我司（無錫羅茨鼓風機廠）是主要從事于生產(chǎn)L系列羅茨鼓風機的專業(yè)廠，生產(chǎn)羅茨鼓風機已有30多年歷史，今天就來說說AV45-12型軸流式高爐鼓風機的PLC控制。

1 引言 

高爐鼓風機是高爐生產(chǎn)的一個至關重要的環(huán)節(jié)，目前安鋼煉鐵廠建有380m3高爐兩座，配備有兩臺風機，分別為d1300高壓離心式鼓風機和av-40全靜葉可調(diào)式軸流風機。 

風機的運行情況隨著高爐生產(chǎn)情況的變化而變化，同時也制約著高爐生產(chǎn)的順利進行。隨著120t轉(zhuǎn)爐的建成，公司對煉鐵的產(chǎn)量也提出了更高的要求。為實現(xiàn)高爐穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)的目標，公司對風機進行了改造，在保留原有av-40全靜葉可調(diào)式軸流風機的基礎上，增加了一套av45-12型全靜葉可調(diào)式軸流風機，代替原有的d1300高壓離心式鼓風機。 

為了適應高爐連續(xù)可靠的生產(chǎn)要求，確保高爐產(chǎn)出高質(zhì)量、高產(chǎn)量的鐵水，勢必要求鼓風機具有良好的處理突發(fā)事件的能力?？紤]到風機和高爐的安全生產(chǎn)和方便操作，系統(tǒng)采用了計算機進行集中監(jiān)控。 

2 系統(tǒng)配置 

軸流風機控制系統(tǒng)硬件上采用modicon quantum 系列140 cpu 671 60高端plc冗余控制，系統(tǒng)由兩臺操作站、以太網(wǎng)交換機、plc主站以及遠程分站構(gòu)成。其中冗余cpu構(gòu)成主/備體系結(jié)構(gòu)，對plc中數(shù)據(jù)處理和通訊提供了基于硬件的自動冗余，它可保證出現(xiàn)故障時切換不會造成任何過程控制的損失。系統(tǒng)硬件組成如圖1所示。
 
圖1 系統(tǒng)硬件組成

新的quantum 140 cpu 671 60熱備處理器設計用于要求有高可靠性控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、不能出現(xiàn)系統(tǒng)停機的關鍵場合，能夠?qū)崿F(xiàn)無擾切換。這種模塊有兩項主要功能：plc處理器和一個專門用于冗余控制的協(xié)處理器。主/備體系結(jié)構(gòu)對管理plc中數(shù)據(jù)處理和通訊提供了基于硬件的自動冗余。這種可靠性的提高可以保證無間斷的過程管理與確?？刂频年P鍵功能。主備兩個plc之間的數(shù)據(jù)交換使用了cpu模板上標配的100mbps以太網(wǎng)端口。在每個掃描周期中對所有數(shù)據(jù)進行交換，而對系統(tǒng)循環(huán)時間只有最低程度的影響。 

另外在軟件上，本次采用在unity pro 2.3編程環(huán)境中設計開發(fā)plc應用程序，在工控組態(tài)軟件ifix4.0中設計編制控制系統(tǒng)hmi應用程序，操作站與plc之間通過工業(yè)以太網(wǎng)通訊。 

3 主要控制回路 

plc完成的主要控制功能：防喘振控制、定流量/定風壓控制、邏輯聯(lián)鎖控制、潤滑油控制、動力油控制、機組軸系監(jiān)測及報警等。 

3.1 防喘振控制 

喘振是軸流壓縮機固有的特性之一。形成喘振工況的原因是由于工況超過了壓縮機固有的允許范圍，使氣體不能順利地從壓縮機內(nèi)部通過，在轉(zhuǎn)子、葉片和靜葉的表面形成氣流分離，氣流在壓縮機內(nèi)部呈紊亂狀態(tài)，并同時產(chǎn)生強烈的振動和大量的熱能積聚。喘振工況對壓縮機具有很強的危害性，如不能及時消除，會對機組的轉(zhuǎn)子和靜葉造成損害，嚴重時，甚至可能導致轉(zhuǎn)子和靜葉全部報廢。 

防喘振控制的基本原理是在機組接近喘振工況時，通過調(diào)整壓縮機出口處的防喘振閥，使防喘閥打開至一定角度，以增加壓縮機內(nèi)部通過的流量，適當降低出口壓力，使工況點遠離喘振區(qū)域。 

在風機準備投運時，由陜西鼓風機廠對風機做風機特性試驗和喘振試驗，根據(jù)實測出的風機入口差壓(δp)與排氣壓力p的函數(shù)關系得出風機的特性曲線和喘振曲線。如圖2所示。
 
圖2 風機的特性曲線和喘振曲線

根據(jù)風機的特性曲線和喘振曲線，在計算機中設定了報警、放散、緊急放風三個函數(shù)發(fā)生器。為確保風機安全運行，在實際中我們將喘振線平行下移2%、7%、10%得出三條同樣形狀的曲線作為防喘振調(diào)節(jié)系統(tǒng)的緊急放風線、放散線和報警線。系統(tǒng)的工作原理是：進口流量和出口壓力經(jīng)變送器測出送至計算機，經(jīng)計算后得出控制防喘閥的pv值(即：測量值)，該值分別與函數(shù)發(fā)生器計算出對應流量下的報警值、放散值、緊急放風值(即：設定值sp)進行比較，當pv值達到報警值時，系統(tǒng)發(fā)出報警信號，提醒操作人員注意工況變化;當pv值達到或超過放散值時，防喘振調(diào)節(jié)系統(tǒng)起調(diào)節(jié)作用，放散閥打開，使工況點重新回到放散線以下運行；若放散閥開啟仍舊不能使工況點回到放散線以下，工況繼續(xù)惡化，當pv值達到緊急放風值時，計算機輸出信號使電動放風閥快速開啟，實行緊急放風。 

3.2 定風量/定風壓控制 

控制原理：軸流壓縮機對風量和風壓的調(diào)節(jié)是通過調(diào)整壓縮機靜葉角度的變化來實現(xiàn)。靜葉角度的調(diào)節(jié)回路由內(nèi)環(huán)控制和外環(huán)控制形成的串級回路組成。內(nèi)環(huán)部分通過pid調(diào)節(jié)控制器完成：外環(huán)部分包括靜葉位置變送器、靜葉伺服控制器和靜葉伺服機構(gòu)。 

在內(nèi)環(huán)控制部分，操作人員可選擇定壓力或定流量控制、手動或自動控制，對目標值進行設定，由pid調(diào)節(jié)器完成對壓力或流量的自動調(diào)節(jié)。 

通過調(diào)節(jié)靜葉角度的變化，可按工藝狀態(tài)的要求增降壓縮機的出力，在工藝對風量要求不大時，壓縮機組的功耗負荷也隨之降低，從而達到節(jié)能的效果。 

伺服放大器：在外環(huán)控制部分，靜葉伺服控制器通過比較來自位置變送器和plc的控制信號，并輸出伺服指令信號驅(qū)動靜葉伺服機構(gòu)，推動靜葉承缸按指定方向動作，從而完成對風機流量、壓力的控制。 

3.3 邏輯聯(lián)鎖控制 

壓縮機安全運行聯(lián)鎖用于控制對壓縮機啟停和運行狀態(tài)最為重要的關鍵設備，主要控制對象包括主汽電磁閥、調(diào)速器、高壓電氣聯(lián)鎖(電拖機組)、可調(diào)靜葉、防喘閥快開電磁閥、逆止閥。在機組運行過程中，各種聯(lián)鎖功能按一定時序相互關聯(lián)，用以實現(xiàn)對壓縮機組的聯(lián)鎖控制，以保證機組的安全。其功能主要包括：啟動聯(lián)鎖、靜葉釋放、自動操作、逆流保護、聯(lián)鎖停機。 

啟動聯(lián)鎖：用于保證機組在啟動前必須具備的外部條件和內(nèi)部狀態(tài)全部符合要求。外部條件主要有潤滑油溫度(>20℃)、潤滑油壓力(>150kpa)、動力油壓力(>11.0mpa)、靜葉位置(全關)、防喘閥位置(全開)等。內(nèi)部條件是指用于機組安全聯(lián)鎖的各種內(nèi)部存儲器的狀態(tài)在開機前必須全部復位。 

自動操作：指機組在解除安全開鎖后的工作狀態(tài)。在機組啟動過程中，可調(diào)靜葉、防喘閥和逆止閥必須閉鎖在安全位置，當達到額定轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運行后，按下“自動操作”，機組解除閉鎖后，向工藝加載送風，可調(diào)靜葉、防喘閥都可以開始自動調(diào)節(jié)。 

逆流保護：在防喘閥調(diào)節(jié)的作用下，在機組接近喘掁時防喘閥自動調(diào)節(jié)，可保證機組工況不致達到喘掁點。考慮到特殊情況(如防喘閥調(diào)節(jié)失靈)，機組也有進入喘掁區(qū)的危險，所以設置逆流保護。這樣在運行過程中自動判別機組是否發(fā)生喘掁和逆流用于在確實發(fā)生喘掁的情況下執(zhí)行安全聯(lián)鎖，以確保機組的絕對安全。 

聯(lián)鎖停機：當機組發(fā)生重大故障時，為避免造成重大設備事故，必須立即停機。聯(lián)鎖停機的外部條件主要是潤滑油壓過低(<60kpa)、動力油壓過(<9mpa)低、主電機跳閘、軸位移過大(>+0.6mm或<-0.6mm)、壓縮機持續(xù)逆流、手動停機。當以上任一條件滿足，則啟動聯(lián)鎖停機，聯(lián)鎖停機在關閉機組驅(qū)動能源的同時，將可調(diào)靜葉、逆止閥、防喘閥自動諸鎖在安全位置，同時記錄并保持造成停機的原因，直至存儲器復位。 

3.4 油系控制 

油系控制主要包括：潤滑油系統(tǒng)、動力油系統(tǒng)以及電加熱器的控制。 

潤滑油系統(tǒng)設置兩臺油泵，互為備用，其中一臺為主泵，另一臺為備用泵，當油壓低時，備用泵自動啟動，補充油壓的不足；當油壓恢復正常、主泵運行正常，備用泵停止工作。動力油系統(tǒng)油泵也是如此工作。 

電加熱器由plc控制，當潤滑油或動力油溫低時電加熱器工作，當油溫高時，電加熱器接觸器斷開，停止工作。 

4 系統(tǒng)關鍵 

應用了modicon plc設計安鋼380m3高爐自動化控制系統(tǒng)，具有如下一些顯著特點。 

4.1 熱備處理器 

硬件上新的quantum 140 cpu 671 60熱備處理器，具有強大的處理和存儲能力，并且雙機熱備具有高效率高可靠性、易擴展特性。在生產(chǎn)過程中能夠無擾切換，確保關鍵功能的可靠性。 

quantum熱備意味著： 

(1) 特制的cpu，熱備功能不附加任何專門的硬件模塊； 

(2) 熱備時無需編程，系統(tǒng)參數(shù)僅通過一個對話框加以定義； 

(3) 清晰的操作模式，有cpu模塊前端的微型終端、一臺編程pc； 

(4) 主備兩個cpu的應用程序可以不同，但這樣也不會中斷冗余連接。 

這樣的熱備可滿足用戶的生產(chǎn)率要求，這意味著管理系統(tǒng)可靠性可以得到完全的保障，確保關鍵設備的可靠運行。 

4.2 自動化軟件平臺unity pro 2.3 

軟件上采用了施耐德電氣新一代自動化軟件平臺unity pro 2.3編程軟件，unity中提供了完整的功能和工具集，將應用程序結(jié)構(gòu)對應到過程或設備的結(jié)構(gòu)上，包括程序段、數(shù)據(jù)監(jiān)視表、操作畫面等等。聯(lián)機修改，可以在保證程序連續(xù)性的基礎上將所做的修改分組，并在運行中一次直接傳輸?shù)絧lc上，這樣所做的修改可以在一個掃描周期中同時生效，通過減少停機時間縮減開發(fā)成本并優(yōu)化運行。運行期間畫面通過以圖形對象的形式來表達變量狀態(tài)，使得調(diào)試易于進行。unity pro在開發(fā)和兼容性方面提供無可匹敵的潛力，用戶界面友好，使得開發(fā)軟件容易，用戶能夠快速掌握易于降低培訓成本。 

另外以ifix4.0監(jiān)控工具軟件開發(fā)的監(jiān)控系統(tǒng)，能夠很好地滿足生產(chǎn)工藝的要求，同時調(diào)整、移植較為方便。 

4.3 ups供電 

在采用了plc雙機熱備的基礎上，為進一步提高系統(tǒng)的可靠性，以上設備采用一臺ups供電，在主電源故障的情況下，保證風機正常工作，允許有一個小時的處理時間不會影響高爐的正常順行。 

5 結(jié)束語 

安鋼380m3高爐軸流風機自控系統(tǒng)自2007年12月投運以來，運行狀況良好，檢測精度高，抗干擾能力強，特別是防喘振曲線的在線顯示和控制已在風機的安全可靠和經(jīng)濟運行方面發(fā)揮了重要作用，表現(xiàn)了良好的實用性、穩(wěn)定性、安全性、可靠性，整個系統(tǒng)不但具有很高的自動化水平，而且充分滿足了生產(chǎn)工藝的要求，對高爐的重要生產(chǎn)環(huán)節(jié)實現(xiàn)了集中全面的實時監(jiān)控，為高爐的穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)提供了良好的設備保證，為安鋼集團公司的增鐵增效創(chuàng)造了良好的條件。 

好了，今天的AV45-12型軸流式高爐鼓風機的PLC控制分析就到這里，想了解我司更多關于L系列羅茨鼓風機的信息請聯(lián)系我們。