張述洪，卞新亮，孫華玉，劉成匯
（山鋼股份濟南分公司，山東濟南250101）
摘要：焦爐煤氣鼓風機組自動控制系統(tǒng)采用ABB AC 800F DCS 控制系統(tǒng)，主要完成鼓風機組電氣控制、控制邏輯，可實現(xiàn)鼓風機組輔助油泵控制、盤車電機控制、吸力調(diào)節(jié)及安全運行和連鎖保護等功能。優(yōu)化改進后，各檢測點準確有效，安全連鎖控制有效穩(wěn)定運行，滿足鼓風機設(shè)備的控制要求。
關(guān)鍵詞：煤氣鼓風機；控制系統(tǒng)；連鎖控制；自動調(diào)節(jié)
1 前言
山鋼股份濟南分公司化工廠煤氣鼓風機是焦爐生產(chǎn)的心臟設(shè)施，它肩負著焦爐煤氣處理的重要任務(wù)。由于焦爐系統(tǒng)為連續(xù)生產(chǎn)，要求其配套設(shè)施必須先進、可靠、穩(wěn)定，以確保焦爐及化產(chǎn)系統(tǒng)的安全生產(chǎn)。目前一系統(tǒng)化產(chǎn)2#、3#煤氣鼓風機是德國西門子公司的SL7.0a 型單級離心式煤氣風機，控制系統(tǒng)使用的是ABB 公司的AC 800F 集散控制系統(tǒng)，隨著3#、4#焦爐停產(chǎn)，煤氣發(fā)生量從8 萬m3降為5 萬m3，煤氣鼓風機從原來開2 臺優(yōu)化為1 臺，因此，煤氣鼓風機控制需要進一步優(yōu)化改進。
2 工藝系統(tǒng)簡介
本鼓風機組包括離心式通風機、變速箱、電動機三大部分。輔助系統(tǒng)有輔助油泵、盤車電機、前導(dǎo)葉裝置等。在各連鎖條件滿足的情況下風機采用直接啟動方式，當轉(zhuǎn)速達到額定轉(zhuǎn)速時，通過控制前導(dǎo)葉裝置調(diào)節(jié)風機入口導(dǎo)葉開度，以保障焦爐生產(chǎn)要求的初冷前煤氣壓力保持在-1.2 kPa。
潤滑油系統(tǒng)是當風機要正常運轉(zhuǎn)時，為整臺機組各軸系提供潤滑用油。盤車電機在風機停時，驅(qū)動轉(zhuǎn)軸，維持傳動系統(tǒng)軸的平衡。前導(dǎo)葉裝置通過控制機構(gòu)驅(qū)動伺服馬達運轉(zhuǎn)來調(diào)節(jié)風機入口導(dǎo)葉開度，以達到調(diào)節(jié)風機吸力的目的。
3 控制系統(tǒng)組成
焦爐煤氣鼓風機組自動控制系統(tǒng)采用ABB AC800F DCS 控制系統(tǒng)，其中主要完成系統(tǒng)的電氣控制、控制邏輯的實現(xiàn)，各控制參數(shù)均通過I/O 模塊進行采集；設(shè)備的集中監(jiān)視與操作通過HMI 上的VIS畫面進行，兩臺HMI 互為備用，共享操作。
3.1 系統(tǒng)硬件配置
自動化控制系統(tǒng)由1 個控制器及2 個I/O 子站組成，其中電氣和儀表各為1 個子站；各子站采用ProfiBus DP 通信協(xié)議與AC 800F 控制器進行通信；控制器通過EI803F 以太網(wǎng)模塊與操作員站、工程師站以及其它控制系統(tǒng)進行通信。DCS 柜安裝在煤氣風機操作室，現(xiàn)場來的電纜先接入放在風機房配電室的端子柜，再由端子柜接至DCS 柜。
3.2 系統(tǒng)軟件配置
DCS 系統(tǒng)采用Contronll Buid F 9.1 編程軟件，運用LD 梯形邏輯控制及FBD 功能塊相結(jié)合的編程方式來實現(xiàn)對各設(shè)備的起停和保護，利用FBD 功能塊模擬量處理功能來完成模擬量的采集及處理。上位監(jiān)控軟件采用服務(wù)器與客戶機二合一的DigVIS 監(jiān)控軟件，運行在WINDOWSXP 平臺上，HMI登陸、退出、幫助按鈕，并賦予操作人員不同的操作級別。各類人員根據(jù)不同的權(quán)限進行不同的操作，操作人員權(quán)利較小，僅能對畫面進行瀏覽操作。
4 系統(tǒng)主要控制功能
4.1 輔助油泵控制功能
通過DCS 的模擬量采集模塊AI810，將現(xiàn)場采集來的4～20 mA 的模擬信號轉(zhuǎn)換成工程信號，DCS程序?qū)崟r比較檢測的潤滑油壓瞬時量與設(shè)定值，通過運算比較，由數(shù)字量輸出模塊DO 810 控制潤滑油泵的起停。當潤滑油壓＜0.14 MPa 時，1（# 2#）油泵自動啟動；當鼓風機運行后20 s 油泵自動停止，改為軸流油泵自供油。
DCS 通過比較實時檢測的潤滑油油箱溫度與液位瞬時值與設(shè)定值，當潤滑油箱加熱器自動控制、且液位不低時，油箱溫度＜10 ℃，電接點溫度計接點接通，加熱器啟動；油箱溫度＞80 ℃，電接點溫度計接點斷開，加熱器停止。
4.2 盤車電機控制功能
盤車電機投入自動時，通過DCS 的數(shù)字量模塊DI810 及模擬量采集模塊AI810，分別將風機運行信號、轉(zhuǎn)速信號、油壓信號、軸承溫度信號、定子繞組溫度信號、振動信號、位移信號、開蓋保護信號等采集到控制系統(tǒng)中，在DCS 程序內(nèi)部進行判斷。在風機停機狀態(tài)下，油壓不低于0.14 MPa、軸承溫度低于80 ℃、定子繞組溫度低于95 ℃、振動小于49 μm、位移＜±0.2 mm、開蓋保護信號未到的情況下，轉(zhuǎn)速信號小于300 r/s 時，程序輸出盤車電機運行命令，通過數(shù)量輸出模塊DO810，控制盤車電機運行。需要停機時，改為手動控制，進行停機操作控制。
4.3 吸力調(diào)節(jié)及安全運行功能
根據(jù)工藝情況，要求初冷器前煤氣壓力控制在-1.5 kPa，通過調(diào)整煤氣大循環(huán)管、小循環(huán)管閘閥開度進行煤氣量粗調(diào)，通過PID 控制煤氣鼓風機入口導(dǎo)葉開度進行精調(diào)，同時保證煤氣停機時，入口導(dǎo)葉必須關(guān)閉，從而保障設(shè)備安全。
主要回路調(diào)節(jié)有：2#和3#風機初冷器前煤氣壓力調(diào)節(jié)各1 個。控制方式單回路調(diào)節(jié)，通過PID 控制煤氣鼓風機入口導(dǎo)葉開度進行精調(diào)。因控制參數(shù)初冷前煤氣壓力為負壓，前導(dǎo)葉裝置控制的動作方式為：鼓風機導(dǎo)葉開度增大，初冷器前壓力減小（吸力變大）；鼓風機導(dǎo)葉開度減小，初冷器前煤氣壓力增大（吸力減小），導(dǎo)葉開度調(diào)節(jié)目的是為了維持初冷前壓力在-1.2 kPa 左右。
為保證前導(dǎo)葉裝置在自動狀態(tài)不因吸力的異常波動導(dǎo)致焦爐放散或憋停風機的惡劣情況發(fā)生，在程序內(nèi)對PID 參數(shù)進行優(yōu)化設(shè)定，確保自動狀態(tài)下不出現(xiàn)導(dǎo)葉全開或全關(guān)的狀況。
為防止控制系統(tǒng)模塊故障導(dǎo)致前導(dǎo)向裝置指令信號丟失，而造成前導(dǎo)葉裝置關(guān)閉，焦爐短時放散的問題發(fā)生，設(shè)置前導(dǎo)葉裝置斷線監(jiān)測功能，使導(dǎo)葉電動執(zhí)行結(jié)構(gòu)自動檢測控制指令信號，一旦檢測到指令信號丟失，導(dǎo)葉將保持在現(xiàn)有位置，以此實現(xiàn)控制系統(tǒng)故障狀態(tài)下的煤氣壓力保證。
4.4 連鎖保護功能
煤氣鼓風機連鎖保護功能由兩部分組成。1）開機保護功能，主要包括前導(dǎo)葉裝置關(guān)到位、潤滑油壓不低于0.14 MPa、潤滑油溫低于55 ℃、油箱液位許可（開關(guān)量）、軸承溫度低于80 ℃、定子繞組溫度低于95 ℃、主回路合閘允許（開關(guān)量）等。2）運行狀態(tài)下緊急停機保護功能，主要包括潤滑油壓低于0.1 MPa、軸承溫度高于100 ℃、定子繞組溫度高于130 ℃、振動大于72 μm、位移＞±0.4 mm、鼓風機入口煤氣溫度高于53 ℃等。
以上連鎖保護功能均通過DCS 的數(shù)字量模塊及模擬量采集模塊采集現(xiàn)場檢測儀表信號，在程序內(nèi)部進行處理，并通過輸出模塊實現(xiàn)遠程控制。
5 結(jié)語
2#、3#焦爐鼓風機組現(xiàn)均已投產(chǎn)使用，整套系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。控制功能優(yōu)化改進后，各檢測點準確有效，安全連鎖控制有效穩(wěn)定運行，提高了關(guān)鍵崗位、關(guān)鍵設(shè)備的可靠性與穩(wěn)定性，實現(xiàn)了初冷前煤氣吸力精準調(diào)節(jié)控制，在哪降低系統(tǒng)能耗同時有效減少焦爐煙塵泄漏。完善的安全保護功能有效預(yù)防焦爐放散環(huán)保事故，環(huán)境效益與社會效益突出。