高爐軟水熱風爐自動補水系統電氣控制的改造與應用

劉曉兵 石琳芳

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0 引言

軟水泵房軟水閉路循環系統是高爐生產的重要設備，主要用于高爐爐體及熱風爐高溫設備的冷卻降溫，以保證高溫設備的可靠運行，在煉鐵生產設備中有著非常重要的地位，其運行的可靠性對高爐的正常生產起著決定性作用。該系統一旦出現故障，將直接影響高溫設備的冷卻降溫，輕則造成使用壽命的縮短，重則損壞設備，進一步造成高爐慢風或休風，影響高爐生產。

1 現狀分析

軟水泵房軟水閉路循環系統必須保持穩定的水壓，才不致高溫設備得不到正常冷卻或閉路循環管網超壓損壞導致系統癱瘓。然而，3＃高爐軟水泵房熱風爐自動補水系統已不能正常工作，原設計的ABB變頻器已損壞，不能很好地穩定系統水壓，這不僅給工作人員增加了勞動強度，而且影響了高爐的正常生產。由于備件短缺，后來曾更換過一臺不同類型的變頻器，但由于該變頻器功能簡單，不具備PID閉環控制功能，不能穩定系統水壓，仍實現不了自動補水。

2 改造思路及其可行性分析

筆者認真分析研究軟水泵房軟水閉路循環自動補水系統控制原理后，認為要保證其正常工作，必須做到以下2點：（1）將補水系統控制裝置改用具有PID閉環控制功能的變頻器，從而將系統水壓穩定在工藝要求范圍內，確保高溫設備穩定運行。（2）必須保證變頻器PID運行性能的決定性參數——熱風爐自動補水系統水壓反饋值的準確性。

原設計安裝的自動補水系統控制器件ABB變頻器已損壞，目前無相同型號的備件可利用。現有的備件SA MCO－i系列變頻器具有PID閉環控制功能，可通過操作面板設置合適的頻率給定值，反饋元件遠傳壓力表所反映的系統水壓作為反饋值輸入變頻器，在變頻器內部進行疊加，利用其PID閉環控制功能進行系統水壓閉環控制。這樣就能穩定系統水壓，實現自動補水。SA MCO－i系列變頻器具有控制功能靈活、調用參數簡捷、調試容易、性能穩定、備件充足、實用性強等優點，可有效提高設備運行的可靠性。

SA MCO－i系列變頻器要求反饋元件的阻值在5 kΩ以上，而實際反饋元件遠傳壓力表的阻值只有380Ω，這會使變頻器反饋輸入端輸入電流超過允許值，對變頻器造成損害。這種情況可通過改用阻值大于5 kΩ的遠傳壓力表、利用電接點壓力表作為反饋元件（將模擬控制改為數字控制，使系統水壓穩定在工藝允許范圍內）等方法來解決。后來只找到電接點壓力表，故采用以電接點壓力表作為反饋元件的方法。

3 改造方案

3．1 改造后的電氣控制系統

由于使用了不同的控制裝置，鑒于各自控制功能及控制方式不同，需對原電氣控制線路進行改造。在分析研究了SA MCO－i系列變頻器的控制功能、控制方式及接線方式后，筆者根據生產工藝要求，對原控制線路圖進行了相應增減，自行設計出了由SA MCO－i系列變頻器控制的自動補水系統。改造后的電氣控制原理如圖1所示。

圖1 改造后的電氣控制原理圖

3．2 工作原理

變頻器正常時水泵由變頻器驅動運行，當變頻器發生故障時，自動切換為工頻運行。具體2臺水泵哪臺運行哪臺備用，通過選擇控制柜門上水泵開關決定。

變頻器正常時，變頻器內部觸點：FA—FC閉合、FB—FC分斷，繼電器1 KA吸合，水泵由變頻器驅動運行。當系統水壓降低至保護低限時，繼電器C低吸合C高釋放，變頻器以給定頻率驅動水泵工作，系統水壓慢慢上升；當系統水壓升高至保護高限時，繼電器C高吸合C低釋放，變頻器以第二速度（0 Hz）運行，水泵停止工作，系統水壓慢慢降低；當系統水壓又降低至保護低限時，繼電器C低又吸合……如此循環往復，使系統水壓穩定在工藝允許范圍內，實現了自動補水。

當變頻器發生故障時，變頻器內部觸點：FA—FC分斷、FB—FC閉合，繼電器2 KA吸合，水泵按工頻運行。當系統水壓降低至保護低限時，繼電器C低吸合，水泵以工頻50 Hz運行，系統水壓慢慢上升；當系統水壓升高至保護高限時，繼電器C高吸合C低釋放，水泵停止工作，系統水壓慢慢降低；當系統水壓又降低至保護低限時，繼電器C低又吸合……如此循環往復，使系統水壓穩定在工藝允許范圍內，也實現了自動補水。

原來接于變頻器反饋輸入端的遠傳壓力表改為電接點壓力表后，其電接點用來驅動兩繼電器C高、C低的吸合、釋放，進一步控制水泵啟動、停止。

由于SA MCO－i系列變頻器緊急停止功能運行時變頻器會發出報警信號，需復位才能繼續工作，因此，不能使用緊急停止端子ES作為系統水壓升高至保護高限時的水泵停止控制方式。我們利用變頻器的多速控制功能，通過多功能端子——第二速選擇端2DF，來實現水泵停止控制。工作原理為：當系統水壓升高至保護高限時，繼電器C高吸合，第二速選擇端2DF端子閉合，變頻器以第二速度運行。通過變頻器功能參數，我們將第二速的頻率值設置為0 Hz，這樣，當系統水壓升高至保護高限時，變頻器以0 Hz運行，水泵也就會停止工作。

4 技術創新點及實施效果

4．1 創新點

改造后的軟水熱風爐自動補水系統控制裝置為具有PID閉環控制功能的SA MCO－i系列變頻器，它能將系統水壓穩定在工藝要求范圍內，從而確保了高溫設備的穩定運行，保證了高爐正常生產。

由于作為反饋元件的遠傳壓力表的控制參數與新控制系統不匹配，因此反饋值不能精確反映實際系統水壓，使新系統控制性能變差，達不到生產工藝要求。經分析研究，將反饋元件更換為壓力范圍合適的電接點壓力表，按工藝要求調整壓力上、下極限，確保系統水壓穩定在工藝允許范圍內，從而保證了高溫設備的正常遠行。

4．2 實施效果

該改造項目自實施并投運以來，未發生過一次因系統水壓異常造成高溫設備損壞及影響高爐生產的現象，大大降低了維修強度和維修成本，實現了降本增效，提高了軟水泵房自動補水系統的可靠性。

5 遺留問題

由于時間倉促，未能找到阻值合適的反饋元件——遠傳壓力表，故使用了電接點壓力表作為反饋元件，因此系統水壓只能穩定在工藝允許的一個范圍內而不能穩定在某一壓力點上，這樣就導致系統水壓稍微有所波動。如果更換阻值合適的遠傳壓力表作為反饋元件，系統水壓穩定效果將更加理想。

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