PLC 在汽輪鼓風機控制系統上的應用

張 磊

（1.河鋼股份有限公司承德分公司，河北 承德 067001；2.河北省釩鈦工程技術研究中心，河北 承德 067001）

其中部分汽輪鼓風機組主要運用的是自動化的控制系統，并且由兩組控制系統集于一身，包括：汽輪機調速系統控制器和風機控制器，前者的主要作用為調控汽輪機的轉動速度，后者的主要作用為調控風機出口處的風壓與出風量、還能夠調控放風閥與逆流閥，進而達成風機自身防止逆流和防止喘振保護的標準。但是這兩組調控系統的構造和運行均是各自獨立的，在協調性上有待提升。

1 高爐鼓風機控制系統簡述

高爐冶煉重點指的是利用催化劑在極高的溫度中把礦石材料轉化為鋼鐵材料，因為在體積上過于龐大，所以在操作期間就提升了對于壓力和溫度的標準，這時的鼓風機便成了操作過程中的中間樞紐。鼓風機運行的正常與否會對鐵水和鋼水的生產以及壓力支撐等活動帶來直接影響，如果風量達不到標準，就極易使得礦石燃料墜落而后固結在爐體中，最終導致出現高爐灌渣的情況，給企業造成較高的經濟虧損。優質的控制系統能夠充分確保鼓風機的順利穩定運行，當前，主要將PLC 流程控制程序運用在高爐鼓風控制系統中，其主要作用為能夠針對鼓風機實施連續監控、流程監控以及邏輯監控等。其中的連續監控重點是對風壓和風量實施控制工作；而邏輯監控重點是針對鼓風機的機組開啟情況實施安全防范、連鎖功能以及緊急關停等功能實施控制；其中的過程監控重點是指針對鼓風機的運轉流程實施全方位、全過程的監督控制，實時找出其中存在的問題并加以處置。在鼓風機的機組中會關系到很多類型的電氣設施，并且操控起來也十分繁瑣，而利用PLC 流程監控程序，便能夠將繁瑣的操作變得更加便捷，不但能夠有效提升作業的成效，還能夠在出現突發情況時進行及時應對，以免形成重大事故。

2 常見干擾分析

第一，代表數據的曲線顯示不夠明確、偶爾會產生尖波震蕩的情況、曲線的走勢和實際情況不符。這些問題均是由電磁輻射影響得來的。如果將PLC 系統布控在射頻場中，便會遭受輻射的影響，而這種影響重點從這兩點出發：①系統中的輻射，通過電路感應帶來影響；②系統信內網絡的輻射，通過信息聯通的線路感應帶來影響。輻射影響和場地中設施的布控還有設施形成的大小不一的電磁場，尤其是和頻率都有很大關聯，通常會利用布控屏蔽電纜與PLC 局部屏蔽還有高壓泄放元件的方式開展維護工作。

第二，回路處于開路情況中或者數據顯示滿量程的不正常狀態。這些問題通常是因為差模和共模電壓導致的，甚至會導致模件產生損壞現象。共模影響屬于信號對地時的電位差，重點是由地電位差、電網串入和空間電磁輻射等共同在信號線中構成的電壓導致的。有些時候共模的電壓會比較高，尤其是在運用隔離效果不高的配電器進行供電活動時，由變送器傳送訊號的共模電壓大都不低，甚至最高可超過130 瓦。共模電壓利用不對稱的電路能夠轉化為差模電壓，干擾到測控的訊號，導致元部件出現損壞現象，此類的共模影響可以是交流的、也可以是直流的。

第三，控制程序的數據混亂、邏輯運算混亂、程序忽然遺失、死機等。此類情況大都是由于接地系統雜亂導致的影響。在控制程序中的地線包含了：交流地、系統地、保護地以及屏蔽地等。接地程序的雜亂影響到控制程序重點是因為每個接地點的電位布控不夠均衡，在各個接地點中均有地電位差的情況，導致地環路電流的情況出現，進而干擾了程序的順利運行。如果系統地和各種接地之間的關系設置的不夠合理，這時形成的地環流就極易在地線中構成不均衡的電位分布，干擾了程序中模擬電路與邏輯電路的順利運行。極易干擾到PLC 數據存儲與邏輯運算的是邏輯地電位的布控影響，會容易產生程序丟失、數據雜亂和死機的情況。模擬地電位的布控情況會降低量測的精準度，導致對訊號的量測失去精準度，在控制上形成誤操作。

3 PLC在汽輪鼓風機控制系統上的應用

3.1 系統要求

當前，控制系統大致由兩部分構成，分別為：手動操作控制系統與自動控制系統，這兩部分在分工協作的過程中可以達成需要的控制標準。按照軸流鼓風機的開啟流程、正常運轉流程和外部對于汽輪機的規定，控制程序必須達成下述幾點要求：第一，達成開啟條件：包括調節油壓、動力油油壓以及潤滑油油壓，另外還應該確保風機的靜葉是關停的、放空閥是開啟的、止回閥也是關停的、而逆流實驗的開關應該是在原來位置上的，真空達標、軸位移正常、機組運行正行等。第二，根據外方設計的標準，當鼓風機運轉期間遭遇以下幾個問題的其中之一時會出現死機：風汽機軸位置移動太大、風汽機軸振動幅度過大、潤滑油的壓力不達標、調節油的壓力不達標、汽機速度過高保護跳閘、手動緊急停機、排汽溫度過高、排汽壓力過高、持續逆流等均會導致出現停機情況。

3.2 監控系統架構

相應的鼓風機PLC 監控程序重點是由上位機組態與底層PLC 共同構成的，底層PLC 重點是采用目前運用最為廣泛的西門子系統模塊，型號為S7-300，按照場地中的信號數量和類型，設置N 個模擬量輸入AI 模塊對壓力、溫度、轉速以及流量等模擬信號進行接收，設置八通道的模擬量輸出AO 模塊，主要用在操控各種閥門的開度、液力耦合器的轉動速度等執行訊號的傳輸，其中的數字量傳輸的DO 模塊和DI 模塊重點用在電氣設施的啟動和關停信號上、啟停量報警點等數據訊號的傳輸。上位機則選的系統為西門子WinCC7．0，同時還要裝配Step7V5．5SIMATICManager 軟件，主要用在對PLC 執行系統的調節和保護上，各種現場模擬與數字訊號都是利用帶有斷電保護功能的繼電器和變送器維護以后進到有關的模塊通道中，以免現場的噪音形成影響，保證信號的穩固可靠性。

利用下述幾項優質的系統設計方案，有效提升了程序的運轉成效，提升了設備的抗造性與靈便性。第一，程序配置的合理性。重點利用PLC 來執行此系統的控制系統，利用WinCC 來執行模擬量的預警判斷與遠程操控權限的管控，以有效提升PLC系統的執行速度和質量，保證在出現問題時能夠及時做出反應。第二，良好的抗干擾性。為了消減掉現場環境中不利因素極易造成的影響，不但需要選出優質的檢測儀器，還應該在模擬量轉變的流程中設置上軟件濾鏡波功能，更好的消減掉訊號移動極易形成的帶有影響性的信號。只有把連續性強、穩定性強的優質數據記錄到系統中，才能預防因為漂移的信號致使鼓風機出現誤停機的情況。第三，測點斷線檢測功能。鼓風機在出現震蕩期間，極易導致監測點出現斷線的情況，設置上能夠檢驗斷線的功能，在出現斷線情況時，上位機能夠登記與顯示出斷線之前的數據，同時將斷線的提示傳輸到操控者處，方便操控人員盡快找出問題所在，確保程序的順利運轉。

3.3 汽機調速系統

利用Woodward 企業的型號為505 的調節器完成汽機轉動速度的調整，505 工作場地中來的兩路轉速訊號以后和設定轉動速度對比以后，經過PID 調整以后傳輸出一路4mA ～20mA 訊號給調節轉動速度的電磁閥，在轉化大小電流的過程中轉變調速汽門的開度，而后控制好蒸汽的進入量，完成操控轉速的目標。此外，在此汽輪機組中還配置著PROTECT203 這一型號的超速維護程序，在203 收到的三路轉速訊號內包含兩個超速的訊號時，就輸出訊號到505 處，幫助505 傳輸出停機的訊號，進而對機組構成了良好的維護。

3.4 逆流保護系統

當風機出現喘振情況時便會產生逆流的情況，想要預防這一問題的出現，不但給機組布置了防止喘振的操控程序，此外，利用逆流維護程序來維護風機的穩固性，滿足了多重保護的成效。和過去的機組利用型號較小的歐姆龍PLC 構成的程序比較，把其直接組合在了S7-400PLC 程序中。在產生逆流情況時，管控壓力的開關輸出單個開關量訊號到PLC,為了防止產生錯誤操控，在場地中收集三個喉差的差壓開關的訊號，傳輸到PLC 處，運用三選二的模式，在產生兩個動作訊號時，就可認定產生了逆流，通過程序輸出單個訊號到停機系統中，另外還需要給到放風閥的快開電磁閥失電的訊號，讓放風閥能夠迅速開啟，維護機組的安全性。

4 結語

綜上所述，得出以下結論：隨著控制技術的發展及其在冶金領域中廣泛的應用，對汽輪鼓風機控制提出了更高的要求，將PLC 技術應用到汽輪鼓風機系統控制中，提高機組的運行可靠性，提高機組的運行操作和自動化水平，已勢在必行。