張述洪，卞新亮，孫華玉，劉成匯
（山鋼股份濟(jì)南分公司，山東濟(jì)南250101）
摘要：焦?fàn)t煤氣鼓風(fēng)機(jī)組自動(dòng)控制系統(tǒng)采用ABB AC 800F DCS 控制系統(tǒng)，主要完成鼓風(fēng)機(jī)組電氣控制、控制邏輯，可實(shí)現(xiàn)鼓風(fēng)機(jī)組輔助油泵控制、盤車電機(jī)控制、吸力調(diào)節(jié)及安全運(yùn)行和連鎖保護(hù)等功能。優(yōu)化改進(jìn)后，各檢測點(diǎn)準(zhǔn)確有效，安全連鎖控制有效穩(wěn)定運(yùn)行，滿足鼓風(fēng)機(jī)設(shè)備的控制要求。
關(guān)鍵詞：煤氣鼓風(fēng)機(jī)；控制系統(tǒng)；連鎖控制；自動(dòng)調(diào)節(jié)
1 前言
山鋼股份濟(jì)南分公司化工廠煤氣鼓風(fēng)機(jī)是焦?fàn)t生產(chǎn)的心臟設(shè)施，它肩負(fù)著焦?fàn)t煤氣處理的重要任務(wù)。由于焦?fàn)t系統(tǒng)為連續(xù)生產(chǎn)，要求其配套設(shè)施必須先進(jìn)、可靠、穩(wěn)定，以確保焦?fàn)t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(fēng)機(jī)是德國西門子公司的SL7.0a 型單級離心式煤氣風(fēng)機(jī)，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?fàn)t停產(chǎn)，煤氣發(fā)生量從8 萬m3降為5 萬m3，煤氣鼓風(fēng)機(jī)從原來開2 臺優(yōu)化為1 臺，因此，煤氣鼓風(fēng)機(jī)控制需要進(jìn)一步優(yōu)化改進(jìn)。
2 工藝系統(tǒng)簡介
本鼓風(fēng)機(jī)組包括離心式通風(fēng)機(jī)、變速箱、電動(dòng)機(jī)三大部分。輔助系統(tǒng)有輔助油泵、盤車電機(jī)、前導(dǎo)葉裝置等。在各連鎖條件滿足的情況下風(fēng)機(jī)采用直接啟動(dòng)方式，當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)，通過控制前導(dǎo)葉裝置調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)入口導(dǎo)葉開度，以保障焦?fàn)t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(dāng)風(fēng)機(jī)要正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，為整臺機(jī)組各軸系提供潤滑用油。盤車電機(jī)在風(fēng)機(jī)停時(shí)，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)軸，維持傳動(dòng)系統(tǒng)軸的平衡。前導(dǎo)葉裝置通過控制機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)伺服馬達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn)來調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)入口導(dǎo)葉開度，以達(dá)到調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)吸力的目的。
3 控制系統(tǒng)組成
焦?fàn)t煤氣鼓風(fēng)機(jī)組自動(dòng)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(shí)現(xiàn)，各控制參數(shù)均通過I/O 模塊進(jìn)行采集；設(shè)備的集中監(jiān)視與操作通過HMI 上的VIS畫面進(jìn)行，兩臺HMI 互為備用，共享操作。
3.1 系統(tǒng)硬件配置
自動(dòng)化控制系統(tǒng)由1 個(gè)控制器及2 個(gè)I/O 子站組成，其中電氣和儀表各為1 個(gè)子站；各子站采用ProfiBus DP 通信協(xié)議與AC 800F 控制器進(jìn)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(jìn)行通信。DCS 柜安裝在煤氣風(fēng)機(jī)操作室，現(xiàn)場來的電纜先接入放在風(fēng)機(jī)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(yùn)用LD 梯形邏輯控制及FBD 功能塊相結(jié)合的編程方式來實(shí)現(xiàn)對各設(shè)備的起停和保護(hù)，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(jī)二合一的DigVIS 監(jiān)控軟件，運(yùn)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(jìn)行不同的操作，操作人員權(quán)利較小，僅能對畫面進(jìn)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(shí)比較檢測的潤滑油壓瞬時(shí)量與設(shè)定值，通過運(yùn)算比較，由數(shù)字量輸出模塊DO 810 控制潤滑油泵的起停。當(dāng)潤滑油壓＜0.14 MPa 時(shí)，1（# 2#）油泵自動(dòng)啟動(dòng)；當(dāng)鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行后20 s 油泵自動(dòng)停止，改為軸流油泵自供油。
DCS 通過比較實(shí)時(shí)檢測的潤滑油油箱溫度與液位瞬時(shí)值與設(shè)定值，當(dāng)潤滑油箱加熱器自動(dòng)控制、且液位不低時(shí)，油箱溫度＜10 ℃，電接點(diǎn)溫度計(jì)接點(diǎn)接通，加熱器啟動(dòng)；油箱溫度＞80 ℃，電接點(diǎn)溫度計(jì)接點(diǎn)斷開，加熱器停止。
4.2 盤車電機(jī)控制功能
盤車電機(jī)投入自動(dòng)時(shí)，通過DCS 的數(shù)字量模塊DI810 及模擬量采集模塊AI810，分別將風(fēng)機(jī)運(yùn)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(dòng)信號、位移信號、開蓋保護(hù)信號等采集到控制系統(tǒng)中，在DCS 程序內(nèi)部進(jìn)行判斷。在風(fēng)機(jī)停機(jī)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(dòng)小于49 μm、位移＜±0.2 mm、開蓋保護(hù)信號未到的情況下，轉(zhuǎn)速信號小于300 r/s 時(shí)，程序輸出盤車電機(jī)運(yùn)行命令，通過數(shù)量輸出模塊DO810，控制盤車電機(jī)運(yùn)行。需要停機(jī)時(shí)，改為手動(dòng)控制，進(jìn)行停機(jī)操作控制。
4.3 吸力調(diào)節(jié)及安全運(yùn)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(jìn)行煤氣量粗調(diào)，通過PID 控制煤氣鼓風(fēng)機(jī)入口導(dǎo)葉開度進(jìn)行精調(diào)，同時(shí)保證煤氣停機(jī)時(shí)，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(fēng)機(jī)初冷器前煤氣壓力調(diào)節(jié)各1 個(gè)?？刂品绞絾位芈氛{(diào)節(jié)，通過PID 控制煤氣鼓風(fēng)機(jī)入口導(dǎo)葉開度進(jìn)行精調(diào)。因控制參數(shù)初冷前煤氣壓力為負(fù)壓，前導(dǎo)葉裝置控制的動(dòng)作方式為：鼓風(fēng)機(jī)導(dǎo)葉開度增大，初冷器前壓力減?。ㄎψ兇螅?；鼓風(fēng)機(jī)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(dòng)狀態(tài)不因吸力的異常波動(dòng)導(dǎo)致焦?fàn)t放散或憋停風(fēng)機(jī)的惡劣情況發(fā)生，在程序內(nèi)對PID 參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)定，確保自動(dòng)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?fàn)t短時(shí)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(dòng)執(zhí)行結(jié)構(gòu)自動(dòng)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(shí)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(hù)功能
煤氣鼓風(fēng)機(jī)連鎖保護(hù)功能由兩部分組成。1）開機(jī)保護(hù)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(yùn)行狀態(tài)下緊急停機(jī)保護(hù)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(dòng)大于72 μm、位移＞±0.4 mm、鼓風(fēng)機(jī)入口煤氣溫度高于53 ℃等。
以上連鎖保護(hù)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(jìn)行處理，并通過輸出模塊實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。
5 結(jié)語
2#、3#焦?fàn)t鼓風(fēng)機(jī)組現(xiàn)均已投產(chǎn)使用，整套系統(tǒng)穩(wěn)定可靠?？刂乒δ軆?yōu)化改進(jìn)后，各檢測點(diǎn)準(zhǔn)確有效，安全連鎖控制有效穩(wěn)定運(yùn)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(shí)現(xiàn)了初冷前煤氣吸力精準(zhǔn)調(diào)節(jié)控制，在哪降低系統(tǒng)能耗同時(shí)有效減少焦?fàn)t煙塵泄漏。完善的安全保護(hù)功能有效預(yù)防焦?fàn)t放散環(huán)保事故，環(huán)境效益與社會(huì)效益突出。