AV90-15電動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)供風(fēng)自控技術(shù)

1、AV90-15電動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)供風(fēng)自控技術(shù)的應(yīng)用林浩軍 天鐵冶金集團(tuán) 2009摘要 通過自控系統(tǒng)和工藝設(shè)計(jì)，在老區(qū)安裝調(diào)節(jié)閥組，利用SIEMENS（西門子）公司的S7系列PLC以及全數(shù)字化智能儀表構(gòu)成PLC控制系統(tǒng)，使用新區(qū)電動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)同時(shí)為老區(qū)四座高爐供風(fēng)，保證了高爐的安全、穩(wěn)定生產(chǎn)。提高了供風(fēng)的品質(zhì)和可靠性，實(shí)現(xiàn)了安全生產(chǎn)，達(dá)到了環(huán)保節(jié)能降耗的目的。并有效降低事故發(fā)生頻率，延長(zhǎng)高爐使用壽命，關(guān)鍵詞 鼓風(fēng)機(jī) 高爐供風(fēng) 自控系統(tǒng) PID調(diào)節(jié) 1 概述近年來，煉鐵老區(qū)生產(chǎn)工藝和設(shè)備不斷改進(jìn)，對(duì)高爐煉鐵供風(fēng)質(zhì)量提出了更高要求。隨著天鐵新區(qū)2800m3高爐的建成投產(chǎn)，為其配套的兩臺(tái)AV90-15電動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)正

2、常生產(chǎn)時(shí)為一用一備。如何使其更好的為生產(chǎn)服務(wù)，保障穩(wěn)定運(yùn)行生產(chǎn)安全成為亟待解決的問題。同時(shí)，為了達(dá)到節(jié)能降耗，利用電動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)啟動(dòng)快速運(yùn)行穩(wěn)定的特點(diǎn)，使用新區(qū)備用電動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)為老區(qū)高爐供風(fēng)成為集團(tuán)公司的首選方案。老區(qū)現(xiàn)有700m3高爐四座，三號(hào)高爐大修后改進(jìn)生產(chǎn)工藝，采用AV56-13電動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)供風(fēng)，其余三臺(tái)均采用汽輪鼓風(fēng)機(jī)供風(fēng)。新區(qū)備用AV90-15型電動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)：風(fēng)量6400Nm3/min，風(fēng)壓P=0.57MPa（絕壓），通過論證可以向煉鐵1#至4#高爐供風(fēng)，這樣，一方面使新區(qū)備機(jī)熱備用，從而實(shí)現(xiàn)當(dāng)一臺(tái)高爐鼓風(fēng)機(jī)因故障停機(jī)或轉(zhuǎn)入安全運(yùn)行模式時(shí)，由另一臺(tái)風(fēng)機(jī)提供部分風(fēng)量確保高爐正常休風(fēng)，避免高爐灌

3、風(fēng)口等惡性事故的發(fā)生。另一方面可增加老區(qū)現(xiàn)有高爐的風(fēng)壓、風(fēng)量，使現(xiàn)有高爐的產(chǎn)量、冶煉強(qiáng)度提高。也為5#高爐擴(kuò)容改造后的供風(fēng)做好備機(jī)準(zhǔn)備。在新區(qū)高爐設(shè)置撥風(fēng)系統(tǒng)，其中一臺(tái)為新建2800 m3高爐供風(fēng)，另一臺(tái)為老區(qū)1#4#高爐供風(fēng)，在兩臺(tái)AV90-15風(fēng)機(jī)出口管道上做一連通管道，此管道上設(shè)立撥風(fēng)閥，撥風(fēng)閥兩側(cè)設(shè)立2個(gè)電動(dòng)閥；2座高爐正常生產(chǎn)時(shí)，打開2個(gè)電動(dòng)閥，撥風(fēng)閥投入自動(dòng)，當(dāng)檢測(cè)到任一風(fēng)機(jī)不能為本高爐提供正常風(fēng)量時(shí)，撥風(fēng)閥打開，由正常的風(fēng)機(jī)為2座高爐提供冷風(fēng)，確保風(fēng)口，給高爐休風(fēng)提供充足的時(shí)間。兩臺(tái)風(fēng)機(jī)互撥風(fēng)已是成熟技術(shù)，本方案完成了向四座高爐同時(shí)供風(fēng)的生產(chǎn)工藝和自控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。2 生產(chǎn)工藝原理

4、（在高爐生產(chǎn)過程中，高爐鼓風(fēng)系統(tǒng)的安全供風(fēng)對(duì)高爐冶煉環(huán)節(jié)的安全、穩(wěn)定順行具有重要作用，同時(shí)，也使鼓風(fēng)生產(chǎn)承受了巨大壓力。在高爐冶煉過程中一旦鼓風(fēng)機(jī)故障停機(jī)，冷風(fēng)突然消失，高爐內(nèi)部的壓力致使鐵、爐料進(jìn)入甚至堵塞風(fēng)口，這樣就必須更換新的風(fēng)口才能重新恢復(fù)生產(chǎn)，不但造成設(shè)備損失，而且更換風(fēng)口消耗時(shí)間較長(zhǎng)很大程度上影響生產(chǎn)。同時(shí)，這種突發(fā)事件嚴(yán)重影響爐況，縮短高爐使用壽命。）摘1為此，我分廠與中冶京城設(shè)計(jì)院經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間科學(xué)計(jì)算和綜合分析，設(shè)計(jì)出了本套高爐供風(fēng)控制系統(tǒng)。采用德國(guó)SIEMENS（西門子）公司的S7系列PLC以及全數(shù)字化智能儀表構(gòu)成PLC控制系統(tǒng)，現(xiàn)場(chǎng)采用高質(zhì)量氣動(dòng)蝶閥作為該系統(tǒng)供風(fēng)調(diào)節(jié)閥。電動(dòng)

5、閥作為止回閥或截止閥組成供風(fēng)執(zhí)行系統(tǒng)。2.1 供風(fēng)系統(tǒng)管路設(shè)計(jì) 此供風(fēng)系統(tǒng)安裝于新區(qū)向老區(qū)供風(fēng)管道的母管上，一套供風(fēng)裝置由五個(gè)閥門組成：中間為氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥，兩側(cè)、旁通以及放風(fēng)均為電動(dòng)蝶閥。1#4# 高爐冷風(fēng)參數(shù)為：風(fēng)壓：0.3-0.35MPa,正常生產(chǎn)需要的風(fēng)量為：1900-2200Nm3/min,最大風(fēng)量為：2300Nm3/min,經(jīng)比較發(fā)現(xiàn)AV90-15可滿足3座高爐正常生產(chǎn)供風(fēng)風(fēng)量要求，即1#、2#和3#、4#高爐中的一座。設(shè)計(jì)供風(fēng)管路工藝圖，如圖1所示。AV90-15老區(qū)鼓風(fēng)機(jī)組MQMM放風(fēng)MMM放風(fēng)MQMM放風(fēng)MMM放風(fēng)MQMM放風(fēng)MMM放風(fēng)MMMM放風(fēng)1#高爐4#高爐3#高爐2#高爐

6、圖1 供風(fēng)工藝管路正常狀態(tài)下，兩臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)組分別向新區(qū)和老區(qū)高爐供風(fēng)；如一臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)發(fā)生停機(jī)故障，則互為撥風(fēng)機(jī)組的另一臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)能夠及時(shí)將部分風(fēng)量撥送到斷風(fēng)高爐，確保該高爐不斷風(fēng)，確保新老區(qū)高爐安全生產(chǎn)。2.2 撥風(fēng)條件新區(qū)AV90-15型電動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)與老區(qū)之間的供風(fēng)系統(tǒng)的建設(shè)，使1#4#高爐供風(fēng)和新區(qū)備機(jī)形成一個(gè)整體的系統(tǒng)，當(dāng)老區(qū)1#4#高爐之中任一高爐在事故斷風(fēng)且滿足撥風(fēng)條件時(shí)可以由新區(qū)備機(jī)AV90-15鼓風(fēng)機(jī)對(duì)斷風(fēng)高爐進(jìn)行撥風(fēng),確保該高爐不斷風(fēng)，從而避免由斷風(fēng)引發(fā)風(fēng)口灌渣的嚴(yán)重事故發(fā)生。3 自控系統(tǒng)工藝配置實(shí)時(shí)監(jiān)視兩臺(tái)高爐鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀況，檢測(cè)風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行輸風(fēng)量平穩(wěn)狀況。可自動(dòng)、手動(dòng)、半自動(dòng)控制電

7、動(dòng)閥、調(diào)節(jié)閥的動(dòng)作、開閉角度。3.1 PLC系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)自控系統(tǒng)所涉及到的工藝設(shè)施和設(shè)備。（1）供風(fēng)流量調(diào)節(jié)閥、供風(fēng)切換閥、放散閥等。（2）主要控制功能 高爐緊急休風(fēng)和拉風(fēng)坐料連鎖。 供風(fēng)流量定流量和定風(fēng)壓調(diào)節(jié)。（3）主要監(jiān)視項(xiàng)目 各路供風(fēng)流量、壓力，調(diào)節(jié)閥運(yùn)行狀態(tài)。高爐狀態(tài)和供風(fēng)總管壓力、溫度檢測(cè)。3.2 PLC系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)選用西門子公司可編程序控制器機(jī)型S7系列。 I/O點(diǎn)要有15%的余量。（PLC模塊基本數(shù)據(jù)： 中央處理器（CPU）：S7-414H熱備冗余系統(tǒng)。開關(guān)量輸入模塊（DI）：32P/M，24VDC，光偶隔離。開關(guān)量輸出模塊（DO）：32P/M，24VDC，加中間繼電器，接點(diǎn)容量

8、2A。模擬量輸入模塊（AI）：8P/M，4-20mA。模擬量輸出模塊（AO）：8P/M，4-20mA。）摘23.3 運(yùn)行與控制：因每組閥門控制方式一樣，以生產(chǎn)作業(yè)時(shí)1#高爐調(diào)節(jié)閥組的操作控制進(jìn)行論證。管路工藝，如圖2所示。MQMM放風(fēng)ME1.1E4.1E2.1E3.1ME5.1老區(qū)鼓風(fēng)機(jī)組ME6.1放風(fēng)1#高爐V1.1AV90-15 圖2 1#高爐供風(fēng)（1） 正常供風(fēng)時(shí)電動(dòng)閥 E1.1、E3.1全開，電動(dòng)閥E5.1 E6.1關(guān)閉，電動(dòng)閥E2.1開度為1/3左右，將調(diào)節(jié)閥（V1.1）切換到自動(dòng)控制狀態(tài)，以其閥后風(fēng)壓為調(diào)節(jié)參數(shù)，也可進(jìn)行定風(fēng)量調(diào)節(jié)，以閥后流量為調(diào)節(jié)參數(shù)，兩種自動(dòng)控制狀態(tài)可通過HMI

9、畫面進(jìn)行無擾切換。 。通過重新輸入高爐需要冷風(fēng)壓力設(shè)定值，氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥V1.1自動(dòng)跟蹤，以滿足高爐加減風(fēng)需要。（2） 倒機(jī)作業(yè)倒機(jī)作業(yè)前，由老區(qū)現(xiàn)有鼓風(fēng)機(jī)供風(fēng)，氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥V1.1、電動(dòng)閥E1.1、E2.1、E3.1、E4.1全關(guān)，電動(dòng)閥E5.1全開。倒機(jī)作業(yè)時(shí)，首先打開電動(dòng)閥E1.1，適當(dāng)打開電動(dòng)閥E4.1，緩慢打開電動(dòng)閥E2.1，使冷風(fēng)流量為500Nm3/min左右，然后緩慢打開氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥V1.1，將氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥后風(fēng)壓調(diào)到倒機(jī)風(fēng)壓。通知高爐系統(tǒng)將冷風(fēng)壓力調(diào)到合適的倒機(jī)風(fēng)壓，打開電動(dòng)閥E3.1然后，逐漸關(guān)閉電動(dòng)閥E4.1，關(guān)閉后逐漸開大氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥V1.1，同時(shí)逐漸關(guān)小電動(dòng)閥E5.1直到全關(guān)，完成倒

10、機(jī)作業(yè)。同時(shí)風(fēng)機(jī)跟蹤加負(fù)荷，以保障風(fēng)機(jī)出口風(fēng)壓穩(wěn)定，倒機(jī)作業(yè)中，閥門不需聯(lián)動(dòng)，但每個(gè)閥門要求能開、能關(guān)。（3） 拉風(fēng)坐料高爐拉風(fēng)坐料操作前通知該系統(tǒng)操作人員及AV90-15電動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)操作人員。一旦拉風(fēng)坐料，氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥V1.1自動(dòng)關(guān)至設(shè)定最小開度。此工況要求：一旦高爐放風(fēng)閥打開，氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥V1.1自動(dòng)關(guān)至設(shè)定最小開度。（4） 緊急休風(fēng)高爐緊急休風(fēng)時(shí)氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥V1.1閥后風(fēng)量增加，風(fēng)壓降低，此工況要求根據(jù)風(fēng)量、風(fēng)壓變化趨勢(shì)關(guān)小氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥V1.1開度；當(dāng)風(fēng)量增大到控制上限，或變化速度增大到一定值，氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥V1.1快速關(guān)至最小設(shè)定開度。并與高爐放風(fēng)閥連鎖，一旦高爐放風(fēng)閥打開，調(diào)節(jié)閥V1.1自動(dòng)關(guān)至設(shè)

11、定最小開度。（5） 系統(tǒng)調(diào)節(jié)對(duì)每一個(gè)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，不但采取參數(shù)調(diào)節(jié)，同時(shí)采取趨勢(shì)及變化加速度調(diào)節(jié)，提前控制，保障各高爐供風(fēng)壓力的穩(wěn)定，盡量減少各高爐之間的影響，保障各高爐安全穩(wěn)定運(yùn)行。（6） 撥風(fēng)動(dòng)作當(dāng)電動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)跳閘撥風(fēng)系統(tǒng)投入時(shí)，要求連鎖打開電動(dòng)閥E2.1，避免因調(diào)節(jié)閥開度較小時(shí)影響供風(fēng)效果，保障各高爐在風(fēng)機(jī)跳閘后不灌渣。（7）系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)當(dāng)一座高爐緊急休風(fēng)或拉風(fēng)坐料時(shí)，系統(tǒng)通過聯(lián)動(dòng)調(diào)節(jié)其它支路的調(diào)節(jié)閥，以避免偶合振蕩情況的發(fā)生 3.4 HIM程序的開發(fā)3人機(jī)界面程序采用了西門子WINCC6.0軟件平臺(tái)，依據(jù)生產(chǎn)工藝和操作習(xí)慣進(jìn)行了設(shè)計(jì)與開發(fā)，實(shí)現(xiàn)了畫面實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)控、歷史數(shù)據(jù)瀏覽，報(bào)警等功能，達(dá)到操

12、作方便，界面友好。其中一個(gè)監(jiān)控畫面，如圖3所示。圖3 監(jiān)控畫面通過HMI監(jiān)控畫面可以設(shè)置調(diào)節(jié)閥手、自動(dòng)運(yùn)行方式，并可實(shí)現(xiàn)定風(fēng)壓或定風(fēng)量自動(dòng)控制。4 PID調(diào)節(jié)的實(shí)現(xiàn)采用PID控制器在自控系統(tǒng)中應(yīng)用非常廣泛，PID控制器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定、可靠、調(diào)整方便成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。因此在設(shè)計(jì)控制模型時(shí)，對(duì)被控對(duì)象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)得不到精確的數(shù)學(xué)模型時(shí)，同時(shí)也無法采用其它控制理論時(shí)，最適合用PID控制技術(shù)。系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試來確定，這時(shí)應(yīng)用PID控制技術(shù)最為方便。PID控制器根據(jù)系統(tǒng)的誤差，同時(shí)計(jì)算出比例、 積分、微分的控制量進(jìn)行調(diào)節(jié)的。 由于我們同時(shí)對(duì)三座高爐進(jìn)行供風(fēng)，同時(shí)生產(chǎn)

13、時(shí)，三座高爐的爐況是很難掌握的，所以在自動(dòng)運(yùn)行時(shí)，我們采用大動(dòng)態(tài)超調(diào)閉環(huán)PID控制技術(shù)，同時(shí)增大比例度減小積分時(shí)間，很好的解決了這一問題，如圖4所示。 圖4 PID手操器采用先進(jìn)的PLC控制系統(tǒng)，對(duì)供風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)控制和調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)AV90-15風(fēng)機(jī)同時(shí)向老區(qū)3 座700m3高爐供風(fēng)，并能分別實(shí)現(xiàn)定風(fēng)壓和定風(fēng)量控制，無論是供風(fēng)母管風(fēng)壓或因某一高爐引起小幅度風(fēng)壓波動(dòng)，通過對(duì) FISHER 氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的精確可靠控制，保證了高爐生產(chǎn)的安全和穩(wěn)定；若某一高爐拉風(fēng)坐料或緊急休風(fēng)，也能有效的將其控制，對(duì)其它高爐沒有較大影響。5 結(jié)語本系統(tǒng)自安裝調(diào)試到現(xiàn)在已有兩年多，AV90-15電動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)向1#-4#高爐的供風(fēng)，以其快速、高效的特點(diǎn)，保證了高爐的安全、穩(wěn)定生產(chǎn)。提高了供風(fēng)的品質(zhì)和可靠性，實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)，達(dá)到了環(huán)保節(jié)能降耗的目的。同時(shí)，有效降低事故發(fā)生頻率，延長(zhǎng)高爐使用壽命，并能夠很好地滿足生產(chǎn)工藝要