基于DCS與變頻器的煤氣加壓混氣站控制系統設計

王洪廣

（河北鋼鐵集團宣鋼公司，河北張家口075100）

1 引言

在鋼鐵企業煤氣是十分寶貴的資源，在滿足用戶熱值需要的前提下，為了充分利用各種煤氣資源，需進行煤氣加壓混合供應。此加壓混氣站各有高爐煤氣、轉爐煤氣以及焦爐煤氣加壓機四臺，加壓機組均采用一拖二變頻啟動的方式，每臺變頻器先將所拖動的兩臺加壓機中的一臺拖到工頻運行，然后再手動切換變頻器控制另一臺加壓機變頻運行。正常工況下每個加壓機組中有一臺工頻運行，其余兩臺加壓機變頻運行，一臺備用。

在進行煤氣恒壓控制時，兩臺變頻運行的加壓機根據壓力的變化情況進行PID計算從而變頻控制加壓機，使管道內煤氣壓力達到一個恒定的狀態。三種煤氣進入混氣管道供后續用戶使用。系統通過DCS與變頻器配合控制加壓機的啟停以及負荷調整。在系統運行過程中控制系統通過現場總線或硬接線采集煤氣壓力與流量以及加壓機軸承溫度等信號進行監控及聯鎖控制。

2 系統硬件設計

系統做設計時，為了充分發揮變頻器及加壓機作用以及節省費用，變頻器采用一拖二運行方式。正常工況下每個加壓機組中有一臺工頻運行，其余兩臺加壓機變頻運行。這樣不僅實現了加壓機的變頻啟動而且實現了運行狀態下的變頻調節并大大減少了設備費用。系統通過現場總線與變頻器進行通信，各種參數的采集也通過現場總線實現。系統不僅實現對開關量的邏輯控制，還通過對模擬量的計算實現加壓機的變頻自動控制。控制器還通過工業以太網將數據傳輸至工控計算機并接收計算機傳至控制器的指令。

該控制系統大量采用了Profibus總線技術實現了不同公司不同設備間的數據通信，自動化程度高，運行可靠，很好的滿足了技術要求。控制系統的硬件結構圖如圖1。

該系統采用ABB公司的AC800F控制器為核心通過Profibus總線與ABB公司I/O站、TURCK公司遠程I/O站和AB公司變頻器進行數據通信，實現數據采集以及現場設備控制。

圖1 控制系統的硬件結構圖

3 控制系統的軟件設計及實現

Freelance 800F是ABB公司專用的編程軟件，它集成多種編程方式，本系統采用了當下最流行且直觀便于維護的FBD功能塊可視化編程語言編制程序實現加壓機啟停、聯鎖和變頻控制以及各種閥門的控制。操作員可在計算機監控畫面中直觀地操作現場加壓機、閥門等各種設備。加壓機啟動時需潤滑油壓力及對應入口支管煤氣壓力等參數達到規定值，操作員在計算機面板中操作啟動后，程序輸出開關量至變頻器，變頻器控制加壓機變頻啟動。在整個啟動過程和正常運行時，只要煤氣壓力、加壓機溫度、潤滑油溫度等相關聯鎖信號達到停機值，系統將自動輸出停車信號至變頻器和加壓機。圖2所示為程序員自定義的加壓機控制功能塊。

該程序塊，實現加壓機的控制功能要求，在主程序中通過功能塊管腳連接不同的變量多次調用實現多臺煤氣加壓機的控制。加壓機處于變頻控制時，程序調用了Freelance集成的PID控制功能塊實現對加壓機的變頻自動調節，通過調試，程序員設置了PID參數。控制系統根據實測煤氣壓力以及系統設定煤氣壓力值進行PID運算并輸出控制值至變頻器，變頻器控制加壓機保持各加壓機出口的煤氣壓力穩定，各種煤氣安全充分混合后供給用戶。

圖2 程序員自定義的加壓機控制功能塊

4 結束語

系統運行過程中發現應盡量保持煤氣用戶的用量穩定，同時在控制加壓機的過程中應控制出口調節閥配合控制管道煤氣流量。通過系統的良好功能和合理的現場使用，整個系統生產安全可靠，混合氣體出口壓力保持在9~11 kPa，出口流量控制在2.5萬m3~3萬m3，為后續工藝設備的高效穩定生產打下了基礎。