AV90-15電動鼓風機供風自控技術

1、AV90-15電動鼓風機供風自控技術的應用林浩軍 天鐵冶金集團 2009摘要 通過自控系統(tǒng)和工藝設計，在老區(qū)安裝調節(jié)閥組，利用SIEMENS（西門子）公司的S7系列PLC以及全數字化智能儀表構成PLC控制系統(tǒng)，使用新區(qū)電動鼓風機同時為老區(qū)四座高爐供風，保證了高爐的安全、穩(wěn)定生產。提高了供風的品質和可靠性，實現了安全生產，達到了環(huán)保節(jié)能降耗的目的。并有效降低事故發(fā)生頻率，延長高爐使用壽命，關鍵詞 鼓風機 高爐供風 自控系統(tǒng) PID調節(jié) 1 概述近年來，煉鐵老區(qū)生產工藝和設備不斷改進，對高爐煉鐵供風質量提出了更高要求。隨著天鐵新區(qū)2800m3高爐的建成投產，為其配套的兩臺AV90-15電動鼓風機正

2、常生產時為一用一備。如何使其更好的為生產服務，保障穩(wěn)定運行生產安全成為亟待解決的問題。同時，為了達到節(jié)能降耗，利用電動鼓風機啟動快速運行穩(wěn)定的特點，使用新區(qū)備用電動鼓風機為老區(qū)高爐供風成為集團公司的首選方案。老區(qū)現有700m3高爐四座，三號高爐大修后改進生產工藝，采用AV56-13電動鼓風機供風，其余三臺均采用汽輪鼓風機供風。新區(qū)備用AV90-15型電動鼓風機：風量6400Nm3/min，風壓P=0.57MPa（絕壓），通過論證可以向煉鐵1#至4#高爐供風，這樣，一方面使新區(qū)備機熱備用，從而實現當一臺高爐鼓風機因故障停機或轉入安全運行模式時，由另一臺風機提供部分風量確保高爐正常休風，避免高爐灌

3、風口等惡性事故的發(fā)生。另一方面可增加老區(qū)現有高爐的風壓、風量，使現有高爐的產量、冶煉強度提高。也為5#高爐擴容改造后的供風做好備機準備。在新區(qū)高爐設置撥風系統(tǒng)，其中一臺為新建2800 m3高爐供風，另一臺為老區(qū)1#4#高爐供風，在兩臺AV90-15風機出口管道上做一連通管道，此管道上設立撥風閥，撥風閥兩側設立2個電動閥；2座高爐正常生產時，打開2個電動閥，撥風閥投入自動，當檢測到任一風機不能為本高爐提供正常風量時，撥風閥打開，由正常的風機為2座高爐提供冷風，確保風口，給高爐休風提供充足的時間。兩臺風機互撥風已是成熟技術，本方案完成了向四座高爐同時供風的生產工藝和自控系統(tǒng)的設計。2 生產工藝原理

4、（在高爐生產過程中，高爐鼓風系統(tǒng)的安全供風對高爐冶煉環(huán)節(jié)的安全、穩(wěn)定順行具有重要作用，同時，也使鼓風生產承受了巨大壓力。在高爐冶煉過程中一旦鼓風機故障停機，冷風突然消失，高爐內部的壓力致使鐵、爐料進入甚至堵塞風口，這樣就必須更換新的風口才能重新恢復生產，不但造成設備損失，而且更換風口消耗時間較長很大程度上影響生產。同時，這種突發(fā)事件嚴重影響爐況，縮短高爐使用壽命。）摘1為此，我分廠與中冶京城設計院經過長時間科學計算和綜合分析，設計出了本套高爐供風控制系統(tǒng)。采用德國SIEMENS（西門子）公司的S7系列PLC以及全數字化智能儀表構成PLC控制系統(tǒng)，現場采用高質量氣動蝶閥作為該系統(tǒng)供風調節(jié)閥。電動

5、閥作為止回閥或截止閥組成供風執(zhí)行系統(tǒng)。2.1 供風系統(tǒng)管路設計 此供風系統(tǒng)安裝于新區(qū)向老區(qū)供風管道的母管上，一套供風裝置由五個閥門組成：中間為氣動調節(jié)閥，兩側、旁通以及放風均為電動蝶閥。1#4# 高爐冷風參數為：風壓：0.3-0.35MPa,正常生產需要的風量為：1900-2200Nm3/min,最大風量為：2300Nm3/min,經比較發(fā)現AV90-15可滿足3座高爐正常生產供風風量要求，即1#、2#和3#、4#高爐中的一座。設計供風管路工藝圖，如圖1所示。AV90-15老區(qū)鼓風機組MQMM放風MMM放風MQMM放風MMM放風MQMM放風MMM放風MMMM放風1#高爐4#高爐3#高爐2#高爐

6、圖1 供風工藝管路正常狀態(tài)下，兩臺鼓風機組分別向新區(qū)和老區(qū)高爐供風；如一臺鼓風機發(fā)生停機故障，則互為撥風機組的另一臺鼓風機能夠及時將部分風量撥送到斷風高爐，確保該高爐不斷風，確保新老區(qū)高爐安全生產。2.2 撥風條件新區(qū)AV90-15型電動鼓風機與老區(qū)之間的供風系統(tǒng)的建設，使1#4#高爐供風和新區(qū)備機形成一個整體的系統(tǒng)，當老區(qū)1#4#高爐之中任一高爐在事故斷風且滿足撥風條件時可以由新區(qū)備機AV90-15鼓風機對斷風高爐進行撥風,確保該高爐不斷風，從而避免由斷風引發(fā)風口灌渣的嚴重事故發(fā)生。3 自控系統(tǒng)工藝配置實時監(jiān)視兩臺高爐鼓風機運行狀況，檢測風機正常運行輸風量平穩(wěn)狀況。可自動、手動、半自動控制電

7、動閥、調節(jié)閥的動作、開閉角度。3.1 PLC系統(tǒng)功能設計自控系統(tǒng)所涉及到的工藝設施和設備。（1）供風流量調節(jié)閥、供風切換閥、放散閥等。（2）主要控制功能 高爐緊急休風和拉風坐料連鎖。 供風流量定流量和定風壓調節(jié)。（3）主要監(jiān)視項目 各路供風流量、壓力，調節(jié)閥運行狀態(tài)。高爐狀態(tài)和供風總管壓力、溫度檢測。3.2 PLC系統(tǒng)硬件設計選用西門子公司可編程序控制器機型S7系列。 I/O點要有15%的余量。（PLC模塊基本數據： 中央處理器（CPU）：S7-414H熱備冗余系統(tǒng)。開關量輸入模塊（DI）：32P/M，24VDC，光偶隔離。開關量輸出模塊（DO）：32P/M，24VDC，加中間繼電器，接點容量

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 運行與控制：因每組閥門控制方式一樣，以生產作業(yè)時1#高爐調節(jié)閥組的操作控制進行論證。管路工藝，如圖2所示。MQMM放風ME1.1E4.1E2.1E3.1ME5.1老區(qū)鼓風機組ME6.1放風1#高爐V1.1AV90-15 圖2 1#高爐供風（1） 正常供風時電動閥 E1.1、E3.1全開，電動閥E5.1 E6.1關閉，電動閥E2.1開度為1/3左右，將調節(jié)閥（V1.1）切換到自動控制狀態(tài)，以其閥后風壓為調節(jié)參數，也可進行定風量調節(jié)，以閥后流量為調節(jié)參數，兩種自動控制狀態(tài)可通過HMI

9、畫面進行無擾切換。 。通過重新輸入高爐需要冷風壓力設定值，氣動調節(jié)閥V1.1自動跟蹤，以滿足高爐加減風需要。（2） 倒機作業(yè)倒機作業(yè)前，由老區(qū)現有鼓風機供風，氣動調節(jié)閥V1.1、電動閥E1.1、E2.1、E3.1、E4.1全關，電動閥E5.1全開。倒機作業(yè)時，首先打開電動閥E1.1，適當打開電動閥E4.1，緩慢打開電動閥E2.1，使冷風流量為500Nm3/min左右，然后緩慢打開氣動調節(jié)閥V1.1，將氣動調節(jié)閥后風壓調到倒機風壓。通知高爐系統(tǒng)將冷風壓力調到合適的倒機風壓，打開電動閥E3.1然后，逐漸關閉電動閥E4.1，關閉后逐漸開大氣動調節(jié)閥V1.1，同時逐漸關小電動閥E5.1直到全關，完成倒

10、機作業(yè)。同時風機跟蹤加負荷，以保障風機出口風壓穩(wěn)定，倒機作業(yè)中，閥門不需聯動，但每個閥門要求能開、能關。（3） 拉風坐料高爐拉風坐料操作前通知該系統(tǒng)操作人員及AV90-15電動鼓風機操作人員。一旦拉風坐料，氣動調節(jié)閥V1.1自動關至設定最小開度。此工況要求：一旦高爐放風閥打開，氣動調節(jié)閥V1.1自動關至設定最小開度。（4） 緊急休風高爐緊急休風時氣動調節(jié)閥V1.1閥后風量增加，風壓降低，此工況要求根據風量、風壓變化趨勢關小氣動調節(jié)閥V1.1開度；當風量增大到控制上限，或變化速度增大到一定值，氣動調節(jié)閥V1.1快速關至最小設定開度。并與高爐放風閥連鎖，一旦高爐放風閥打開，調節(jié)閥V1.1自動關至設

11、定最小開度。（5） 系統(tǒng)調節(jié)對每一個調節(jié)系統(tǒng)，不但采取參數調節(jié)，同時采取趨勢及變化加速度調節(jié)，提前控制，保障各高爐供風壓力的穩(wěn)定，盡量減少各高爐之間的影響，保障各高爐安全穩(wěn)定運行。（6） 撥風動作當電動鼓風機跳閘撥風系統(tǒng)投入時，要求連鎖打開電動閥E2.1，避免因調節(jié)閥開度較小時影響供風效果，保障各高爐在風機跳閘后不灌渣。（7）系統(tǒng)聯動當一座高爐緊急休風或拉風坐料時，系統(tǒng)通過聯動調節(jié)其它支路的調節(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人機界面程序采用了西門子WINCC6.0軟件平臺，依據生產工藝和操作習慣進行了設計與開發(fā)，實現了畫面實時數據監(jiān)控、歷史數據瀏覽，報警等功能，達到操

12、作方便，界面友好。其中一個監(jiān)控畫面，如圖3所示。圖3 監(jiān)控畫面通過HMI監(jiān)控畫面可以設置調節(jié)閥手、自動運行方式，并可實現定風壓或定風量自動控制。4 PID調節(jié)的實現采用PID控制器在自控系統(tǒng)中應用非常廣泛，PID控制器結構簡單、穩(wěn)定、可靠、調整方便成為工業(yè)控制的主要技術之一。因此在設計控制模型時，對被控對象的結構和參數得不到精確的數學模型時，同時也無法采用其它控制理論時，最適合用PID控制技術。系統(tǒng)控制器的結構和參數必須依靠經驗和現場調試來確定，這時應用PID控制技術最為方便。PID控制器根據系統(tǒng)的誤差，同時計算出比例、 積分、微分的控制量進行調節(jié)的。 由于我們同時對三座高爐進行供風，同時生產

13、時，三座高爐的爐況是很難掌握的，所以在自動運行時，我們采用大動態(tài)超調閉環(huán)PID控制技術，同時增大比例度減小積分時間，很好的解決了這一問題，如圖4所示。 圖4 PID手操器采用先進的PLC控制系統(tǒng)，對供風系統(tǒng)進行自動控制和調節(jié)，實現AV90-15風機同時向老區(qū)3 座700m3高爐供風，并能分別實現定風壓和定風量控制，無論是供風母管風壓或因某一高爐引起小幅度風壓波動，通過對 FISHER 氣動調節(jié)閥的精確可靠控制，保證了高爐生產的安全和穩(wěn)定；若某一高爐拉風坐料或緊急休風，也能有效的將其控制，對其它高爐沒有較大影響。5 結語本系統(tǒng)自安裝調試到現在已有兩年多，AV90-15電動鼓風機向1#-4#高爐的供風，以其快速、高效的特點，保證了高爐的安全、穩(wěn)定生產。提高了供風的品質和可靠性，實現了經濟生產，達到了環(huán)保節(jié)能降耗的目的。同時，有效降低事故發(fā)生頻率，延長高爐使用壽命，并能夠很好地滿足生產工藝要