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計算機技術(shù)在GHH風(fēng)機中的研究與應用
1 引言萊鋼熱電廠(chǎng)2#風(fēng)機是德國ghh公司1975年設計制造的產(chǎn)品，由于煉鐵工藝的改進(jìn)，對高爐供風(fēng)的安全性、穩定性等都發(fā)生了變化，原先采用的常規儀表電氣控制已不能滿(mǎn)足工藝的要求，尤其是在防喘調節上。為此2002年對2#風(fēng)機進(jìn)行了計算機控制系統的技術(shù)攻關(guān)改造。這次改造采用的是abb公司的digimatik系列freelance系統，完成生產(chǎn)工藝顯示、數據的處理顯示、工藝設備控制、pid回路的自動(dòng)調節、故障報警和報表打印等功能。經(jīng)過(guò)半年多的運行，整個(gè)系統穩定可靠，大大提高了機組的自動(dòng)化水平。2 系統硬件
2.1 硬件選型
根據工藝要求，系統點(diǎn)數如附表所示。
該控制系統的總點(diǎn)數為136點(diǎn)。 2.2 系統硬件配置
本控制系統由1個(gè)過(guò)程站、2個(gè)工程師/操作員站組成，配置圖如圖1所示。
圖1 控制系統配置圖各個(gè)站之間的數據交換是這樣實(shí)現的:
現場(chǎng)采集的數據通過(guò)信號線(xiàn)送到dcs的模塊，模塊進(jìn)行轉換后，直接或通過(guò)diginet p送到處理器里，處理器就根據編制的程序對信號進(jìn)行處理，并且將數據通過(guò)diginet s送到工程師/操作員站上進(jìn)行顯示，操作員在監控畫(huà)面上啟停設備或調節閥門(mén)，這些數據就通過(guò)送到處理器里，處理器根據程序處理后，將其直接或通過(guò)diginet p送到輸出模塊，控制現場(chǎng)設備。
過(guò)程站采用了處理器和電源冗余，即為系統配置了2塊處理器，平時(shí)正常運行時(shí)，一個(gè)處于運行狀態(tài)，一個(gè)處于熱備狀態(tài)。
過(guò)程控制網(wǎng)絡(luò )diginet s也采用了冗余配置。通過(guò)2個(gè)集線(xiàn)器hub，操作站和工程師站上的各2個(gè)以太網(wǎng)卡及4條雙絞線(xiàn)構成兩個(gè)互為冗余的以太網(wǎng)絡(luò )。只要4條雙絞線(xiàn)中的任何一條能夠保證工作正常，就可以保證整個(gè)系統的正常運行。這樣就可以大大提高系統的安全性。
打印機用于打印報表。3 軟件編制
freelance2000系統是一個(gè)緊湊型的計算機系統，它將dcs技術(shù)和plc技術(shù)集于一身，既可以進(jìn)行復雜的儀控，又可以進(jìn)行常規的電氣控制。
編制的步驟:
(1) 項目樹(shù)組態(tài)
組態(tài)整個(gè)項目樹(shù)所管理的ps(過(guò)程站)、os(操作站)，即整個(gè)系統所配置的過(guò)程站和操作站，并組態(tài)好每個(gè)過(guò)程站的程序結構，每個(gè)操作站的畫(huà)面監控結構
(2) 系統組態(tài)
組態(tài)整個(gè)系統所連的ps、os，并為過(guò)程站配置i/o模塊，對模塊的每一個(gè)通道的信號進(jìn)行組態(tài)。
(3) 網(wǎng)絡(luò )組態(tài)
為diginet s上所連的所有節點(diǎn)進(jìn)行組態(tài)，配置其ip地址、id地址。
(4) 程序編制
即根據工藝要求進(jìn)行編程實(shí)現工藝提出的控制功能。
(5) 畫(huà)面的編制
根據工藝要求，編制工藝流程畫(huà)面、設備啟停畫(huà)面、歷史趨勢畫(huà)面、工藝參數顯示畫(huà)面、閥門(mén)操作畫(huà)面等，使操作人員可以通過(guò)畫(huà)面監視整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程，啟停設備、監視參數、調節閥門(mén)，觀(guān)察趨勢，查詢(xún)歷史記錄。
(6) 報表打印實(shí)現隨時(shí)打印報表。4 控制功能
4.1 過(guò)程參數的調節
生產(chǎn)過(guò)程中重要的熱工參數均能隨時(shí)進(jìn)行調節，進(jìn)行了pid回路控制，使之維持在設定值左右，所有的pid回路都可以進(jìn)行pv跟蹤，無(wú)擾動(dòng)切換。
調節回路有3種工作方式:自動(dòng)，半自動(dòng)，手動(dòng)
(1) 冷凝器液位自動(dòng)調節
通過(guò)調節出口調節閥和再循環(huán)閥來(lái)控制冷凝器液位，用1個(gè)pid回路控制2個(gè)閥門(mén)，pid的輸出直接控制再循環(huán)閥，pid的輸出經(jīng)取反后控制出口調節閥，控制框圖見(jiàn)圖2。
圖2 冷凝器液位控制框圖(2) 防喘振控制
當鼓風(fēng)機送風(fēng)量減小，出口壓力升高時(shí)，鼓風(fēng)機就容易出現喘振。
在不同的轉速下，造成喘振的喉部差壓和排氣壓力不同，根據不同轉速下造成喘振的喉部差壓、排氣壓力可繪制出喘振曲線(xiàn);根據不同的轉速下，在不同的喉部差壓、排氣壓力下，防喘閥動(dòng)作的情況，可繪制出防喘線(xiàn)，如圖3所示。鼓風(fēng)機正常工作時(shí)，其工作點(diǎn)是在防喘線(xiàn)以下運行的，若越過(guò)防喘線(xiàn)則防喘閥就動(dòng)作，進(jìn)行放風(fēng)，以防喘振的出現。圖3中, a:喘振曲線(xiàn);b:防喘線(xiàn);c:轉速最小時(shí)的特性曲線(xiàn);d:轉速最大時(shí)的特性曲線(xiàn);p:工況運行點(diǎn)。
圖3 風(fēng)機特性圖我們根據工藝要求，采用了模擬加數字的控制方法，在調節范圍內，常規pid調節起作用，在緊急情況下，數字調節起作用，使風(fēng)機的防喘閥迅速打開(kāi)，解除緊急情況，調節框圖見(jiàn)圖4。
其中: sp—根據風(fēng)機喉部差壓及風(fēng)機進(jìn)氣溫度來(lái)計算
pv—風(fēng)機排氣壓力
當pv-sp＞2，則系統就會(huì )發(fā)喘振預報，提醒操作人員注意。采用此種控制方法后，大大提高了機組的穩定性，降低了故障率。
圖4 防喘振控制框圖4.2 電氣控制
主要控制設備有汽機、風(fēng)機、防喘閥、盤(pán)車(chē)電機、盤(pán)車(chē)油壓電磁閥、冷凝液泵、潤滑油泵等�？梢詫�(shí)現這些設備的自動(dòng)啟停、故障報警以及緊急停機等功能，并對一些參加連鎖的重要信號采取了冗余技術(shù)，進(jìn)行了閉環(huán)控制。風(fēng)機進(jìn)氣溫度是否正常，可用于判斷逆流是否發(fā)生，因此在風(fēng)機進(jìn)氣管路上安裝了2個(gè)溫度控制器，采取了3取2的控制方法。流程圖如圖5所示。
圖5 進(jìn)氣溫度控制流程圖4.3 流量計算
可以實(shí)現風(fēng)機吸入流量和汽機新汽流量的計算及累計，分別累計8小時(shí)、24小時(shí)、30天的數據，并顯示累計量的起始時(shí)間。 計算公式如下:
4.4 監控功能
工藝流程畫(huà)面5幅，包括風(fēng)機監測，汽機疏水系統，汽機控制系統，軸系監測系統，油系統;
歷史趨勢畫(huà)面24幅，共計可以對138個(gè)數據進(jìn)行歷史分析，數據可以保存7天;
設備聯(lián)鎖畫(huà)面2幅，包括啟動(dòng)聯(lián)鎖和停機聯(lián)鎖;
閥門(mén)操作畫(huà)面2幅，包括2個(gè)pid調節回路;
報警畫(huà)面1幅，重要的報警信號都包括在內;
參數顯示畫(huà)面1幅，顯示一些重要參數的值;
防喘監視畫(huà)面1幅，用于監視工況運行情況;
通過(guò)這些畫(huà)面，操作人員可以在主控室對各個(gè)工藝參數進(jìn)行調節、啟停設備，處理報警，分析參數趨勢，查看歷史記錄。
4.5 報表打印功能
可以根據需要隨時(shí)打印報表。5 本系統的技術(shù)特色
(1) 整個(gè)系統采用了處理器冗余、電源冗余，系統的可靠性大大提高。
(2) 對于風(fēng)機的防喘振控制，采用了模擬加數字調節的方法，在調節范圍內，常規pid調節起作用，在緊急情況下，數字調節起作用，使風(fēng)機的防喘閥迅速打開(kāi)，解除緊急情況，使風(fēng)機的喘振控制達到最優(yōu)化，且反應迅速，保護整個(gè)機組的安全。
(3) 對于參加停機聯(lián)鎖的重要信號，采取了冗余技術(shù)，如進(jìn)風(fēng)溫度控制采用了3取2的控制方法;防喘閥故障停機采取了雙信號控制等，既使機組安全運行，又有效防止了誤停機的發(fā)生。
(4) 機組安全運行、逆流保護實(shí)現了閉環(huán)控制，既保護了機組又使機組穩定安全運行。 6 結論
freelance2000自動(dòng)控制系統在風(fēng)機上的成功應用，較好的實(shí)現了生產(chǎn)工藝設備的自動(dòng)啟�？刂萍半娖鬟B鎖保護、數據的自動(dòng)采集和處理、工藝畫(huà)面顯示、受控指標超限報警、設備故障報警、回路調節和報表打印功能。性能穩定可靠，操作維護方便，在降低能耗、高產(chǎn)穩產(chǎn)、保護環(huán)境方面發(fā)揮了較大作用。參考文獻
[1] 陳汝全.實(shí)用微機控制技術(shù)[m]. 成都:電子科技大學(xué)出版社，2000.論文出處(作者):
變頻調速技術(shù)在礦山中的應用
變頻器在油田中的應用
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