1 引言 萊鋼熱電廠2#風(fēng)機(jī)是德國(guó)GHH公司1975年設(shè)計(jì)制造的產(chǎn)品，由于煉鐵工藝的改進(jìn)，對(duì)高爐供風(fēng)的安全性、穩(wěn)定性等都發(fā)生了變化，原先采用的常規(guī)儀表電氣控制已不能滿(mǎn)足工藝的要求，尤其是在防喘調(diào)節(jié)上。為此2002年對(duì)2#風(fēng)機(jī)進(jìn)行了計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)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(tǒng)，完成生產(chǎn)工藝顯示、數(shù)據(jù)的處理顯示、工藝設(shè)備控制、PID回路的自動(dòng)調(diào)節(jié)、故障報(bào)警和報(bào)表打印等功能。經(jīng)過(guò)半年多的運(yùn)行，整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，大大提高了機(jī)組的自動(dòng)化水平。 2 系統(tǒng)硬件 2.1 硬件選型 根據(jù)工藝要求，系統(tǒng)點(diǎn)數(shù)如附表所示。 該控制系統(tǒng)的總點(diǎn)數(shù)為136點(diǎn)。 2.2 系統(tǒng)硬件配置 本控制系統(tǒng)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。 各個(gè)站之間的數(shù)據(jù)交換是這樣實(shí)現(xiàn)的: 現(xiàn)場(chǎng)采集的數(shù)據(jù)通過(guò)信號(hào)線送到DCS的模塊，模塊進(jìn)行轉(zhuǎn)換后，直接或通過(guò)Diginet P送到處理器里，處理器就根據(jù)編制的程序?qū)π盘?hào)進(jìn) 行處理，并且將數(shù)據(jù)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(jiān)控畫(huà)面上啟停設(shè)備或調(diào)節(jié)閥門(mén)，這些數(shù)據(jù)就通過(guò)送到處理器里，處理器根據(jù)程序處理后，將其直接或通過(guò)Diginet P送到輸出模塊，控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。 過(guò)程站采用了處理器和電源冗余，即為系統(tǒng)配置了2塊處理器，平時(shí)正常運(yùn)行時(shí)，一個(gè)處于運(yùn)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條雙絞線構(gòu)成兩個(gè)互為冗余的以太網(wǎng)絡(luò)。只要4條雙絞線中的任何一條能夠保證工作正常，就可以保證整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。這樣就可以大大提高系統(tǒng)的安全性。 打印機(jī)用于打印報(bào)表。 3 軟件編制 Freelance2000系統(tǒng)是一個(gè)緊湊型的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它將DCS技術(shù)和PLC技術(shù)集于一身，既可以進(jìn)行復(fù)雜的儀控，又可以進(jìn)行常規(guī)的電氣控制。 編制的步驟: （1） 項(xiàng)目樹(shù)組態(tài) 組態(tài)整個(gè)項(xiàng)目樹(shù)所管理的PS（過(guò)程站）、OS（操作站），即整個(gè)系統(tǒng)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(jié)構(gòu)，每個(gè)操作站的畫(huà)面監(jiān)控結(jié)構(gòu) （2） 系統(tǒng)組態(tài) 組態(tài)整個(gè)系統(tǒng)所連的PS、OS，并為過(guò)程站配置I/O模塊，對(duì)模塊的每一個(gè)通道的信號(hào)進(jìn)行組態(tài)。 （3） 網(wǎng)絡(luò)組態(tài) 為DigiNet S上所連的所有節(jié)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(jù)工藝要求進(jìn)行編程實(shí)現(xiàn)工藝提出的控制功能。 （5） 畫(huà)面的編制 根據(jù)工藝要求，編制工藝流程畫(huà)面、設(shè)備啟停畫(huà)面、歷史趨勢(shì)畫(huà)面、工藝參數(shù)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(jiān)視整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程，啟停設(shè)備、監(jiān)視參數(shù)、調(diào)節(jié)閥門(mén)，觀察趨勢(shì)，查詢(xún)歷史記錄。 （6） 報(bào)表打印實(shí)現(xiàn)隨時(shí)打印報(bào)表。 4 控制功能 4.1 過(guò)程參數(shù)的調(diào)節(jié) 生產(chǎn)過(guò)程中重要的熱工參數(shù)均能隨時(shí)進(jìn)行調(diào)節(jié)，進(jìn)行了PID回路控制，使之維持在設(shè)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(diào)節(jié)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(diào)節(jié) 通過(guò)調(diào)節(jié)出口調(diào)節(jié)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(diào)節(jié)閥，控制框圖見(jiàn)圖2。 （2） 防喘振控制 當(dāng)鼓風(fēng)機(jī)送風(fēng)量減小，出口壓力升高時(shí)，鼓風(fēng)機(jī)就容易出現(xiàn)喘振。 在不同的轉(zhuǎn)速下，造成喘振的喉部差壓和排氣壓力不同，根據(jù)不同轉(zhuǎn)速下造成喘振的喉部差壓、排氣壓力可繪制出喘振曲線;根據(jù)不同的轉(zhuǎn)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，如圖3所示。鼓風(fēng)機(jī)正常工作時(shí)，其工作點(diǎn)是在防喘線以下運(yùn)行的，若越過(guò)防喘線則防喘閥就動(dòng)作，進(jìn)行放風(fēng)，以防喘振的出現(xiàn)。圖3中, A:喘振曲線;B:防喘線;C:轉(zhuǎn)速最小時(shí)的特性曲線;D:轉(zhuǎn)速最大時(shí)的特性曲線;P:工況運(yùn)行點(diǎn)。 我們根據(jù)工藝要求，采用了模擬加數(shù)字的控制方法，在調(diào)節(jié)范圍內(nèi)，常規(guī)PID調(diào)節(jié)起作用，在緊急情況下，數(shù)字調(diào)節(jié)起作用，使風(fēng)機(jī)的防喘閥迅速打開(kāi)，解除緊急情況，調(diào)節(jié)框圖見(jiàn)圖4。 其中: SP-根據(jù)風(fēng)機(jī)喉部差壓及風(fēng)機(jī)進(jìn)氣溫度來(lái)計(jì)算 PV-風(fēng)機(jī)排氣壓力 當(dāng)PV-SP＞2，則系統(tǒng)就會(huì)發(fā)喘振預(yù)報(bào)，提醒操作人員注意。采用此種控制方法后，大大提高了機(jī)組的穩(wěn)定性，降低了故障率。 4.2 電氣控制 主要控制設(shè)備有汽機(jī)、風(fēng)機(jī)、防喘閥、盤(pán)車(chē)電機(jī)、盤(pán)車(chē)油壓電磁閥、冷凝液泵、潤(rùn)滑油泵等?？梢詫?shí)現(xiàn)這些設(shè)備的自動(dòng)啟停、故障報(bào)警以及緊急停機(jī)等功能，并對(duì)一些參加連鎖的重要信號(hào)采取了冗余技術(shù)，進(jìn)行了閉環(huán)控制。風(fēng)機(jī)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(jī)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。 4.3 流量計(jì)算 可以實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)吸入流量和汽機(jī)新汽流量的計(jì)算及累計(jì)，分別累計(jì)8小時(shí)、24小時(shí)、30天的數(shù)據(jù)，并顯示累計(jì)量的起始時(shí)間。 計(jì)算公式如下: 4.4 監(jiān)控功能 工藝流程畫(huà)面5幅，包括風(fēng)機(jī)監(jiān)測(cè)，汽機(jī)疏水系統(tǒng)，汽機(jī)控制系統(tǒng)，軸系監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，油系統(tǒng); 歷史趨勢(shì)畫(huà)面24幅，共計(jì)可以對(duì)138個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行歷史分析，數(shù)據(jù)可以保存7天; 設(shè)備聯(lián)鎖畫(huà)面2幅，包括啟動(dòng)聯(lián)鎖和停機(jī)聯(lián)鎖; 閥門(mén)操作畫(huà)面2幅，包括2個(gè)PID調(diào)節(jié)回路; 報(bào)警畫(huà)面1幅，重要的報(bào)警信號(hào)都包括在內(nèi); 參數(shù)顯示畫(huà)面1幅，顯示一些重要參數(shù)的值; 防喘監(jiān)視畫(huà)面1幅，用于監(jiān)視工況運(yùn)行情況; 通過(guò)這些畫(huà)面，操作人員可以在主控室對(duì)各個(gè)工藝參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)、啟停設(shè)備，處理報(bào)警，分析參數(shù)趨勢(shì)，查看歷史記錄。 4.5 報(bào)表打印功能 可以根據(jù)需要隨時(shí)打印報(bào)表。 5 本系統(tǒng)的技術(shù)特色 （1） 整個(gè)系統(tǒng)采用了處理器冗余、電源冗余，系統(tǒng)的可靠性大大提高。 （2） 對(duì)于風(fēng)機(jī)的防喘振控制，采用了模擬加數(shù)字調(diào)節(jié)的方法，在調(diào)節(jié)范圍內(nèi)，常規(guī)PID調(diào)節(jié)起作用，在緊急情況下，數(shù)字調(diào)節(jié)起作用，使風(fēng)機(jī)的防喘閥迅速打開(kāi)，解除緊急情況，使風(fēng)機(jī)的喘振控制達(dá)到最優(yōu)化，且反應(yīng)迅速，保護(hù)整個(gè)機(jī)組的安全。 （3） 對(duì)于參加停機(jī)聯(lián)鎖的重要信號(hào)，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(jī)采取了雙信號(hào)控制等，既使機(jī)組安全運(yùn)行，又有效防止了誤停機(jī)的發(fā)生。 （4） 機(jī)組安全運(yùn)行、逆流保護(hù)實(shí)現(xiàn)了閉環(huán)控制，既保護(hù)了機(jī)組又使機(jī)組穩(wěn)定安全運(yùn)行。 6 結(jié)論 Freelance2000自動(dòng)控制系統(tǒng)在風(fēng)機(jī)上的成功應(yīng)用，較好的實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)工藝設(shè)備的自動(dòng)啟?？刂萍半娖鬟B鎖保護(hù)、數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集和處理、工藝畫(huà)面顯示、受控指標(biāo)超限報(bào)警、設(shè)備故障報(bào)警、回路調(diào)節(jié)和報(bào)表打印功能。性能穩(wěn)定可靠，操作維護(hù)方便，在降低能耗、高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)、保護(hù)環(huán)境方面發(fā)揮了較大作用。