计算机技术在GHH风机中的研究与应用

1 引言
莱钢热电厂2#风机是德国GHH公司1975年设计制造的产品，由于炼铁工艺的改进，对高炉供风的安全性、稳定性等都发生了变化，原先采用的常规仪表电气控制已不能满足工艺的要求，尤其是在防喘调节上。为此2002年对2#风机进行了计算机控制系统的技术攻关改造。这次改造采用的是ABB公司的DIGIMATIK系列Freelance系统，完成生产工艺显示、数据的处理显示、工艺设备控制、PID回路的自动调节、故障报警和报表打印等功能。经过半年多的运行，整个系统稳定可靠，大大提高了机组的自动化水平。

2 系统硬件
2.1 硬件选型
根据工艺要求，系统点数如附表所示。

该控制系统的总点数为136点。
2.2 系统硬件配置
本控制系统由1个过程站、2个工程师/操作员站组成，配置图如图1所示。

图1 控制系统配置图

各个站之间的数据交换是这样实现的:
现场采集的数据通过信号线送到DCS的模块，模块进行转换后，直接或通过Diginet P送到处理器里，处理器就根据编制的程序对信号进行处理，并且将数据通过Diginet S送到工程师/操作员站上进行显示，操作员在监控画面上启停设备或调节阀门，这些数据就通过送到处理器里，处理器根据程序处理后，将其直接或通过Diginet P送到输出模块，控制现场设备。
过程站采用了处理器和电源冗余，即为系统配置了2块处理器，平时正常运行时，一个处于运行状态，一个处于热备状态。
过程控制网络Diginet S也采用了冗余配置。通过2个集线器HUB，操作站和工程师站上的各2个以太网卡及4条双绞线构成两个互为冗余的以太网络。只要4条双绞线中的任何一条能够保证工作正常，就可以保证整个系统的正常运行。这样就可以大大提高系统的安全性。
打印机用于打印报表。

3 软件编制
Freelance2000系统是一个紧凑型的计算机系统，它将DCS技术和PLC技术集于一身，既可以进行复杂的仪控，又可以进行常规的电气控制。
编制的步骤:
(1) 项目树组态
组态整个项目树所管理的PS(过程站)、OS(操作站)，即整个系统所配置的过程站和操作站，并组态好每个过程站的程序结构，每个操作站的画面监控结构
(2) 系统组态
组态整个系统所连的PS、OS，并为过程站配置I/O模块，对模块的每一个通道的信号进行组态。
(3) 网络组态
为DigiNet S上所连的所有节点进行组态，配置其IP地址、ID地址。
(4) 程序编制
即根据工艺要求进行编程实现工艺提出的控制功能。
(5) 画面的编制
根据工艺要求，编制工艺流程画面、设备启停画面、历史趋势画面、工艺参数显示画面、阀门操作画面等，使操作人员可以通过画面监视整个生产过程，启停设备、监视参数、调节阀门，观察趋势，查询历史记录。
(6) 报表打印实现随时打印报表。

4 控制功能
4.1 过程参数的调节
生产过程中重要的热工参数均能随时进行调节，进行了PID回路控制，使之维持在设定值左右，所有的PID回路都可以进行PV跟踪，无扰动切换。
调节回路有3种工作方式:自动，半自动，手动
(1) 冷凝器液位自动调节
通过调节出口调节阀和再循环阀来控制冷凝器液位，用1个PID回路控制2个阀门，PID的输出直接控制再循环阀，PID的输出经取反后控制出口调节阀，控制框图见图2。

图2 冷凝器液位控制框图

(2) 防喘振控制
当鼓风机送风量减小，出口压力升高时，鼓风机就容易出现喘振。
在不同的转速下，造成喘振的喉部差压和排气压力不同，根据不同转速下造成喘振的喉部差压、排气压力可绘制出喘振曲线;根据不同的转速下，在不同的喉部差压、排气压力下，防喘阀动作的情况，可绘制出防喘线，如图3所示。鼓风机正常工作时，其工作点是在防喘线以下运行的，若越过防喘线则防喘阀就动作，进行放风，以防喘振的出现。图3中, A:喘振曲线;B:防喘线;C:转速最小时的特性曲线;D:转速最大时的特性曲线;P:工况运行点。

图3 风机特性图

我们根据工艺要求，采用了模拟加数字的控制方法，在调节范围内，常规PID调节起作用，在紧急情况下，数字调节起作用，使风机的防喘阀迅速打开，解除紧急情况，调节框图见图4。
其中: SP—根据风机喉部差压及风机进气温度来计算
PV—风机排气压力
当PV-SP＞2，则系统就会发喘振预报，提醒操作人员注意。采用此种控制方法后，大大提高了机组的稳定性，降低了故障率。

图4 防喘振控制框图

4.2 电气控制
主要控制设备有汽机、风机、防喘阀、盘车电机、盘车油压电磁阀、冷凝液泵、润滑油泵等。可以实现这些设备的自动启停、故障报警以及紧急停机等功能，并对一些参加连锁的重要信号采取了冗余技术，进行了闭环控制。风机进气温度是否正常，可用于判断逆流是否发生，因此在风机进气管路上安装了2个温度控制器，采取了3取2的控制方法。流程图如图5所示。

图5 进气温度控制流程图

4.3 流量计算
可以实现风机吸入流量和汽机新汽流量的计算及累计，分别累计8小时、24小时、30天的数据，并显示累计量的起始时间。 计算公式如下:

4.4 监控功能
工艺流程画面5幅，包括风机监测，汽机疏水系统，汽机控制系统，轴系监测系统，油系统;
历史趋势画面24幅，共计可以对138个数据进行历史分析，数据可以保存7天;
设备联锁画面2幅，包括启动联锁和停机联锁;
阀门操作画面2幅，包括2个PID调节回路;
报警画面1幅，重要的报警信号都包括在内;
参数显示画面1幅，显示一些重要参数的值;
防喘监视画面1幅，用于监视工况运行情况;
通过这些画面，操作人员可以在主控室对各个工艺参数进行调节、启停设备，处理报警，分析参数趋势，查看历史记录。
4.5 报表打印功能
可以根据需要随时打印报表。

5 本系统的技术特色
(1) 整个系统采用了处理器冗余、电源冗余，系统的可靠性大大提高。
(2) 对于风机的防喘振控制，采用了模拟加数字调节的方法，在调节范围内，常规PID调节起作用，在紧急情况下，数字调节起作用，使风机的防喘阀迅速打开，解除紧急情况，使风机的喘振控制达到最优化，且反应迅速，保护整个机组的安全。
(3) 对于参加停机联锁的重要信号，采取了冗余技术，如进风温度控制采用了3取2的控制方法;防喘阀故障停机采取了双信号控制等，既使机组安全运行，又有效防止了误停机的发生。
(4) 机组安全运行、逆流保护实现了闭环控制，既保护了机组又使机组稳定安全运行。

6 结论
Freelance2000自动控制系统在风机上的成功应用，较好的实现了生产工艺设备的自动启停控制及电器连锁保护、数据的自动采集和处理、工艺画面显示、受控指标超限报警、设备故障报警、回路调节和报表打印功能。性能稳定可靠，操作维护方便，在降低能耗、高产稳产、保护环境方面发挥了较大作用。

参考文献
[1] 陈汝全.实用微机控制技术[M]. 成都:电子科技大学出版社，2000.