3#高爐鼓風機控制系統(tǒng)優(yōu)化.pdf

1、近年來隨著中國經(jīng)濟的持續(xù)高速、穩(wěn)定發(fā)展,中國的鋼鐵行業(yè)也進入了新一輪快速發(fā)展,寶鋼作為中國最具競爭力的鋼鐵企業(yè)之一,也通過新建項目及對現(xiàn)有設(shè)備進行挖潛擴大產(chǎn)能、提升競爭力。幾座高爐先后進行擴容提產(chǎn),作為高爐的主要設(shè)備-高爐鼓風機的風量、風壓也隨之提高,鼓風機運行點將突破喘振報警線,進入壓力高位運行區(qū)域。原有控制思想無法保證鼓風機在高位運行的安全問題,需要優(yōu)化控制系統(tǒng),確保高爐送風安全。本文將主要從優(yōu)化鼓風機控制系統(tǒng)入手,對控制系統(tǒng)的硬件

2、及控制模型進行分析和研究,從信號采集、信號分析、PID控制運算、輸出控制、安全保護等整個鼓風機控制系統(tǒng)回路的各個組成環(huán)節(jié)出發(fā),分別進行了優(yōu)化和更新,從而提高整個控制系統(tǒng)的響應(yīng)速率、控制精度,滿足鼓風機高位運行的可靠性、安全性、穩(wěn)定性,為高爐擴容、提產(chǎn)提供可靠保障。具體研究及優(yōu)化、改造內(nèi)容是鼓風機橫河CS3000控制系統(tǒng)的硬件架構(gòu)、控制模型的應(yīng)用軟件及5臺機組控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通訊聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)相互監(jiān)視、操作。1、DCS控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)優(yōu)化采用日本橫

3、河公司大型、主流的DCS控制系統(tǒng)CS3000作為控制系統(tǒng)主體架構(gòu),實現(xiàn)機組的啟動、調(diào)整、調(diào)節(jié)、停機及安全保護等主要功能。針對不同的控制功能及實時性要求,分別采用了多種掃描速率,在保證控制系統(tǒng)FCS控制器負荷率在安全值的前提下,重要的停機保護采用了1mS高速掃描的SOE卡件,用于事故追憶和記錄；防喘振等重要的PID控制采用0.2S高速掃描；常規(guī)的PID控制采用0.5S掃描。另外配以先進、靈活的可編程YS系列調(diào)節(jié)器與CS3000組成防阻塞、

4、防喘振等6個重要回路的雙重化、冗余控制,即當CS3000出現(xiàn)控制器故障、控制回路信號異常或失電等情況時,自動、快速、無擾動地切換到Y(jié)S調(diào)節(jié)器；反之亦然；從而提高了鼓風機運行的安全性、可靠性。更新現(xiàn)場的信號采集裝置和控制輸出的執(zhí)行機構(gòu)等,從現(xiàn)場到控制系統(tǒng)對整個控制回路進行優(yōu)化。通過對氧氣調(diào)節(jié)閥的研究、分析,發(fā)現(xiàn)了由于閥門汽缸設(shè)計容量過小,影響了閥門動作行程時間,導致氧氣流量控制遲滯、振蕩等問題,為此,重新設(shè)計調(diào)節(jié)閥的汽缸并進行更換,較好地

5、解決了氧氣流量控制穩(wěn)定性問題。2、DCS控制系統(tǒng)應(yīng)用軟件控制模型優(yōu)化在實現(xiàn)鼓風機的定風量控制、定風壓控制、防喘振控制等控制的基礎(chǔ)上,著重對防喘振控制模型進行了重新設(shè)計。采用美國CCC(Compressor Control Company壓縮機控制有限公司)公司的先進算法,改變了原來防喘振控制線靜態(tài)接觸式控制,實現(xiàn)鼓風機防喘振線隨鼓風機運行點動態(tài)移動,擴大了鼓風機運行區(qū)域的。采用了當今DCS系統(tǒng)先進的故障回退(FALL BACK)策略,根

6、據(jù)事先的定義組態(tài),當控制系統(tǒng)檢測到某個輸入/輸出回路故障,控制系統(tǒng)自動切換到故障回退策略模式,CS3000控制器采取斷線保持、超限動作、冗余切換等動作。3、CS3000控制系統(tǒng)與不同系統(tǒng)設(shè)備之間的聯(lián)網(wǎng)通訊主要實現(xiàn)了CS3000控制系統(tǒng)與YS系列調(diào)節(jié)器的通訊連接、CS3000與電氣東芝鼓風電動機變頻啟動裝置PLC的通訊連接、CS3000系統(tǒng)與其它鼓風機組CS3000系統(tǒng)和μXL系統(tǒng)的通訊聯(lián)網(wǎng)。CS3000控制系統(tǒng)與YS系列調(diào)節(jié)器的通訊連接

7、,采用了MODBUS通訊協(xié)議RS485方式,實現(xiàn)了CS3000與YS的雙重化、冗余控制功能。在研究中發(fā)現(xiàn)了日本橫河公司MODBUS通訊卡與SOE卡之間的通訊沖突而引發(fā)FCS控制器故障的重大缺陷。通過反復試驗,采取對MODBUS通訊卡掃描周期的延時,錯開了兩者的掃描時間,確保了通訊暢通。CS3000與電氣東芝PLC的通訊連接,采用橫河公司小型PLC系統(tǒng)FA-M3作為網(wǎng)關(guān),將東芝PLC的FL-NET通訊協(xié)議轉(zhuǎn)換為CS3000的ETHERNE

8、T協(xié)議,實現(xiàn)了驅(qū)動鼓風機的同步電動機(SM)信號與鼓風機信號的交接,滿足了機組啟動及運行過程中對同步電動機的監(jiān)控。另外,通過總線轉(zhuǎn)換器BCV(bus converter)和多項目軟件包實現(xiàn)新改造的3#鼓風機的CS3000控制系統(tǒng)與5#鼓風機的CS3000控制系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng),實現(xiàn)兩臺機組信號的無縫連接。通過另外一臺BCV將μXL控制系統(tǒng)的RL-BUS通訊協(xié)議轉(zhuǎn)換成CS3000控制系統(tǒng)的V-NET通訊協(xié)議,實現(xiàn)3#鼓風機的CS3000控制系統(tǒng)與1