AV90-15电动鼓风机供风自控技术

AV90-15电动鼓风机供风自控技术的应用林浩军天铁冶金集团2009摘要通过自控系统和工艺设计，在老区安装调节阀组，利用SIEMENS（西门子）公司的S7系列PLC以及全数字化智能仪表构成PLC控制系统，使用新区电动鼓风机同时为老区四座高炉供风，保证了高炉的安全、稳定生产。提高了供风的品质和可靠性，实现了安全生产，达到了环保节能降耗的目的。并有效降低事故发生频率，延长高炉使用寿命，关键词鼓风机高炉供风自控系统PID调节1概述近年来，炼铁老区生产工艺和设备不断改进，对高炉炼铁供风质量提出了更高要求。随着天铁新区2800m3高炉的建成投产，为其配套的两台AV90-15电动鼓风机正常生产时为一用一备。如何使其更好的为生产服务，保障稳定运行生产安全成为亟待解决的问题。同时，为了达到节能降耗，利用电动鼓风机启动快速运行稳定的特点，使用新区备用电动鼓风机为老区高炉供风成为集团公司的首选方案。老区现有700m3高炉四座，三号高炉大修后改进生产工艺，采用AV56-13电动鼓风机供风，其余三台均采用汽轮鼓风机供风。新区备用AV90-15型电动鼓风机：风量6400Nm3/min，风压P=0.57MPa（绝压），通过论证可以向炼铁1#至4#高炉供风，这样，一方面使新区备机热备用，从而实现当一台高炉鼓风机因故障停机或转入安全运行模式时，由另一台风机提供部分风量确保高炉正常休风，避免高炉灌风口等恶性事故的发生。另一方面可增加老区现有高炉的风压、风量，使现有高炉的产量、冶炼强度提高。也为5#高炉扩容改造后的供风做好备机准备。在新区高炉设置拨风系统，其中一台为新建2800m3高炉供风，另一台为老区1#~4#高炉供风，在两台AV90-15风机出口管道上做一连通管道，此管道上设立拨风阀，拨风阀两侧设立2个电动阀；2座高炉正常生产时，打开2个电动阀，拨风阀投入自动，当检测到任一风机不能为本高炉提供正常风量时，拨风阀打开，由正常的风机为2座高炉提供冷风，确保风口，给高炉休风提供充足的时间。两台风机互拨风已是成熟技术，本方案完成了向四座高炉同时供风的生产工艺和自控系统的设计。2生产工艺原理（在高炉生产过程中，高炉鼓风系统的安全供风对高炉冶炼环节的安全、稳定顺行具有重要作用，同时，也使鼓风生产承受了巨大压力。在高炉冶炼过程中一旦鼓风机故障停机，冷风突然消失，高炉内部的压力致使铁、炉料进入甚至堵塞风口，这样就必须更换新的风口才能重新恢复生产，不但造成设备损失，而且更换风口消耗时间较长很大程度上影响生产。同时，这种突发事件严重影响炉况，缩短高炉使用寿命。）[摘1]为此，我分厂与中冶京城设计院经过长时间科学计算和综合分析，设计出了本套高炉供风控制系统。采用德国SIEMENS（西门子）公司的S7系列PLC以及全数字化智能仪表构成PLC控制系统，现场采用高质量气动蝶阀作为该系统供风调节阀。电动阀作为止回阀或截止阀组成供风执行系统。2.1供风系统管路设计此供风系统安装于新区向老区供风管道的母管上，一套供风装置由五个阀门组成：中间为气动调节阀，两侧、旁通以及放风均为电动蝶阀。1#～4#高炉冷风参数为：风压：0.3-0.35MPa,正常生产需要的风量为：1900-2200Nm3/min,最大风量为：2300Nm3/min,经比较发现AV90-15可满足3座高炉正常生产供风风量要求，即1#、2#和3#、4#高炉中的一座。设计供风管路工艺图，如图1所示。图1供风工艺管路正常状态下，两台鼓风机组分别向新区和老区高炉供风；如一台鼓风机发生停机故障，则互为拨风机组的另一台鼓风机能够及时将部分风量拨送到断风高炉，确保该高炉不断风，确保新老区高炉安全生产。2.2拨风条件新区AV90-15型电动鼓风机与老区之间的供风系统的建设，使1#～4#高炉供风和新区备机形成一个整体的系统，当老区1#～4#高炉之中任一高炉在事故断风且满足拨风条件时可以由新区备机AV90-15鼓风机对断风高炉进行拨风,确保该高炉不断风，从而避免由断风引发风口灌渣的严重事故发生。3自控系统工艺配置AV90-15老区鼓风机组MQMM放风MMM放风MQMM放风MMM放风MQMM放风MMM放风MMMM放风1#高炉4#高炉3#高炉2#高炉实时监视两台高炉鼓风机运行状况，检测风机正常运行输风量平稳状况。可自动、手动、半自动控制电动阀、调节阀的动作、开闭角度。3.1PLC系统功能设计自控系统所涉及到的工艺设施和设备。（1）供风流量调节阀、供风切换阀、放散阀等。（2）主要控制功能高炉紧急休风和拉风坐料连锁。供风流量定流量和定风压调节。（3）主要监视项目各路供风流量、压力，调节阀运行状态。高炉状态和供风总管压力、温度检测。3.2PLC系统硬件设计选用西门子公司可编程序控制器机型S7系列。I/O点要有15%的余量。（PLC模块基本数据：中央处理器（CPU）：S7-414H热备冗余系统。开关量输入模块（DI）：32P/M，24VDC，光偶隔离。开关量输出模块（DO）：32P/M，24VDC，加中间继电器，接点容量≥2A。模拟量输入模块（AI）：8P/M，4-20mA。模拟量输出模块（AO）：8P/M，4-20mA。）[摘2]3.3运行与控制：因每组阀门控制方式一样，以生产作业时1#高炉调节阀组的操作控制进行论证。管路工艺，如图2所示。图21#高炉供风（1）正常供风时电动阀E1.1、E3.1全开，电动阀E5.1E6.1关闭，电动阀E2.1开度为1/3左右，将调节阀（V1.1）切换到自动控制状态，以其阀后风压为调节参数，也可进行定风量调节，以阀后流量为调节参数，两种自动控制状态可通过HMI画面进行无扰切换。。通过重新输入高炉需要冷风压力设定值，气动调节阀V1.1自动跟踪，以满足高炉加减风需要。MQMM放风ME1.1E4.1E2.1E3.1ME5.1老区鼓风机组ME6.1放风1#高炉V1.1AV90-15（2）倒机作业倒机作业前，由老区现有鼓风机供风，气动调节阀V1.1、电动阀E1.1、E2.1、E3.1、E4.1全关，电动阀E5.1全开。倒机作业时，首先打开电动阀E1.1，适当打开电动阀E4.1，缓慢打开电动阀E2.1，使冷风流量为500Nm3/min左右，然后缓慢打开气动调节阀V1.1，将气动调节阀后风压调到倒机风压。通知高炉系统将冷风压力调到合适的倒机风压，打开电动阀E3.1然后，逐渐关闭电动阀E4.1，关闭后逐渐开大气动调节阀V1.1，同时逐渐关小电动阀E5.1直到全关，完成倒机作业。同时风机跟踪加负荷，以保障风机出口风压稳定，倒机作业中，阀门不需联动，但每个阀门要求能开、能关。（3）拉风坐料高炉拉风坐料操作前通知该系统操作人员及AV90-15电动鼓风机操作人员。一旦拉风坐料，气动调节阀V1.1自动关至设定最小开度。此工况要求：一旦高炉放风阀打开，气动调节阀V1.1自动关至设定最小开度。（4）紧急休风高炉紧急休风时气动调节阀V1.1阀后风量增加，风压降低，此工况要求根据风量、风压变化趋势关小气动调节阀V1.1开度；当风量增大到控制上限，或变化速度增大到一定值，气动调节阀V1.1快速关至最小设定开度。并与高炉放风阀连锁，一旦高炉放风阀打开，调节阀V1.1自动关至设定最小开度。（5）系统调节对每一个调节系统，不但采取参数调节，同时采取趋势及变化加速度调节，提前控制，保障各高炉供风压力的稳定，尽量减少各高炉之间的影响，保障各高炉安全稳定运行。（6）拨风动作当电动鼓风机跳闸拨风系统投入时，要求连锁打开电动阀E2.1，避免因调节阀开度较小时影响供风效果，保障各高炉在风机跳闸后不灌渣。（7）系统联动当一座高炉紧急休风或拉风坐料时，系统通过联动调节其它支路的调节阀，以避免偶合振荡情况的发生3.4HIM程序的开发[3]人机界面程序采用了西门子WINCC6.0软件平台，依据生产工艺和操作习惯进行了设计与开发，实现了画面实时数据监控、历史数据浏览，报警等功能，达到操作方便，界面友好。其中一个监控画面，如图3所示。图3监控画面通过HMI监控画面可以设置调节阀手、自动运行方式，并可实现定风压或定风量自动控制。4PID调节的实现采用PID控制器在自控系统中应用非常广泛，PID控制器结构简单、稳定、可靠、调整方便成为工业控制的主要技术之一。因此在设计控制模型时，对被控对象的结构和参数得不到精确的数学模型时，同时也无法采用其它控制理论时，最适合用PID控制技术。系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。PID控制器根据系统的误差，同时计算出比例、积分、微分的控制量进行调节的。由于我们同时对三座高炉进行供风，同时生产时，三座高炉的炉况是很难掌握的，所以在自动运行时，我们采用大动态超调闭环PID控制技术，同时增大比例度减小积分时间，很好的解决了这一问题，如图4所示。图4PID手操器采用先进的PLC控制系统，对供风系统进行自动控制和调节，实现AV90-15风机同时向老区3座700m3高炉供风，并能分别实现定风压和定风量控制，无论是供风母管风压或因某一高炉引起小幅度风压波动，通过对FISHER气动调节阀的精确可靠控制，保证了高炉生产的安全和稳定；若某一高炉拉风坐料或紧急休风，也能有效的将其控制，对其它高炉没有较大影响。5结语本系统自安装调试到现在已有两年多，AV90-15电动鼓风机向1#-4#高炉的供风，以其快速、高效的特点，保证了高炉的安全、稳定生产。提高了供风的品质和可靠性，实现了经济生产，达到了环保节能降耗的目的。同时，有效降低事故发生频率，延长高炉使用寿命，并能够很好地满足生产工艺要求，拥有极高的性价比。为生产企业新建及改造高炉供风自动控制系统提供了完善的系统解决方案。但本供风系统的缺点就是一旦鼓风机事故停机就会造成在线高炉的生产事故，为了保障供风系统的可靠性，还应重点加强高低压配电系统的可靠性，作为备机的风机要保持良好的备用状态。参考文献[摘1]摘自裴永红，2500m3高炉鼓风自动拨风工艺改造及应用[J].，冶金动力，2006.No.1[摘2]摘自西门子S7-400用户手册，西门子公司2008.