原创 AV40-10型轴流式高炉鼓风机的PLC控制

AV40-10 型轴流式高炉鼓风机的PLC 控制
前言
宣化钢铁集团公司第一炼铁厂2 号高炉
的高炉鼓风机设备采用陕西鼓风机厂生产的
AV40-10 型轴流压缩机，整个高炉鼓风的控制
系统采用美国GE Fanuc 公司的GE 90-30 控
制系统，本高炉鼓风系统已于2002 年8 月份
一次开车成功，其自动化投入达100%，经半
年多的运行，整个控制系统运行稳定可靠，调
节灵敏为宣钢一炼厂的高炉生产提供了充沛
的风量，并从节能降耗方面带来了可观的收
益。
工艺流程
主电机启动带动增速箱转动并通过联轴器带动鼓风机转动，气经进风口过滤器进入鼓风
机，经压缩后，压缩气流经单向止回阀送入高炉供风管道，当机组出现故障时可通过关闭止回
阀，打开两个放空阀保护机组的安全，同时在一般情况下通过防喘振调节可使风机工况点回到
安全工作区，在风机监控操作画面上可以通过静叶调节来实现固定转速条件下的风量改变。
系统构成
AV40-10 机组控制系统PLC 部分采用美国GE 公司的GE 90-30 中小型集散控制系统实
现机组所需的过程控制逻辑控制，上位监控部分采用GE Fanuc 公司的Cimiplicity 监控软件实
现操作监视管理等功能。
系统构成如图一所示，由两台操作站、GE 90-30 冗余的控制器（IC693CPU364）、
GENUIS 总线控制器
（ IC693BEM331 ）、以太网及
GENUIS NET 网、VersaMax I/O
模块构成。
系统功能
由GE90-30 和VersaMax 构
成的系统主要完成以下功能：
?? 防喘振控制
?? 定风量/定风压控制
?? 机组启动控制
?? 紧急停机控制
?? 逆流保护及安全运行控制
?? 润滑油系统控制
?? 动力油系统控制
?? 机组轴系监测及报警
具体介绍如下：
?? 防喘振控制
喘振是透平机械的固有特性，
图一 系统结构图
喘振是压缩机机内的气流在低流量的条件下，在叶片上产生气流脱离而成的脉动流，并与出
口管网的气容和气阻之间形成的振荡现象。轴流压缩机发生的喘振危害远远大于其它类型压
缩机，因此设置了防喘振控制系统。一旦轴流压缩机进入喘振工况，打开放空阀某一角度，
使轴流压缩机迅速离开喘振工况。
1. 调节要求
如图二所示，根据宣钢现场的工艺要求，防喘振线与喘振线之间的距离可在5%-10%之
间调整。
2. 调节原理
由差压变送器测得压缩机喉部压差信
号，送入VersaMax 的模拟量输入模块，由
GE90 30 CPU 进行运算后，作为防喘振PID
调节器的设定值SV。防喘振PID 调节器的
PV 值来自压缩机出口压力的实际值，当PV
﹤SV 时，PID 调节器输入偏差△e(PV-SV)
﹤0，其输出+20mA，放空阀处于全关状态。
当PV﹥SV 时，PID 调节器输入偏差△
e(PV-SV)﹥0，其输出小于+20mA，放空阀
打开某一对应角度，进行防喘振调节。
3. 设计中采用的完善措施
a. 采用比例+积分调节，属无差调节系统，调节精度高。
b. 设置了抗积分饱和功能。
c. 设置了动态校正功能。
d. 设置了防喘振线自动移动功能。
e. 放空阀的快开慢关。
f. 设置了“放空阀闭锁”和“放空阀快速打开”程序。
g. 在上位监控画面设置手动给定值，可以直接控制放空阀角度。
h. 对两个放空阀进行分程调节。
?? 定风量/定风压控制
AV40 型轴流压缩机在转速恒定时，利用改变静叶开度达到调节排气流量和压力，或者固
定静叶某一角度，利用改变汽机转速来达到所需的风量和压力。为了灵活操作，在PLC 内部
设置了“流量/压力选择开关”，可以按高炉实际生产工况的需要选择回路为定风量调节或定压
力调节。
1. 串级调节系统
大闭环由实际流量和压力测量回路，流量/压力调节单元，静叶定位系统和带有静叶调节
机构的轴流压缩机组成流量或压力调节系统。
小闭环由伺服控制器为中心组成，包括位移传感器，电液伺服阀、伺服马达等。其作
用是按串级大闭环的输出（定风量/定风压控制输出）作为伺服控制器的设定值，来调节静
叶开度。
2. 控制原理
根据温压补偿方法计算出风机入口流量，将它作为流量调节单元的实际值PV1，轴流压
缩机排气压力作为压力调节单元的实际值PV2，两调节单元的设定值SV1 和SV2 分别由键
盘设定。两单元对偏差进行“比例+积分”运算后送给“通道选择单元”，通过流量/压力选
择开关选择其中一个作为调节单元输出值（4-20mA），信号经手操器作为静叶伺服控制器
的设定值，静叶开度实际值作为伺服控制器的测量值。伺服控制器的输出送给电液伺服阀，
再通过油缸驱动静叶。
3. 设计中采取的完善功能
a. 静叶控制投自动及静叶闭锁控制。
图二：防喘监视图
b. 风量设定的限副作用。
c. 在上位监控画面上设置手动给定值，可以直接控制静叶开度。
?? 机组启动条件的控制程序
设置启动条件联锁控制系统的目的就是为了保证机组安全正常的开机。当下列条件全部满
足后，系统发出“允许启动”的信号，否则
开机操作无效。
?? 润滑油油温度油压力正常
?? 动力油压力及调节油压力正常
?? 顶升油泵运行
?? 主汽门关
?? 调节门关
?? 试验开关复位
?? 逆止阀关
?? 放空阀全开
?? 静叶闭锁
?? 存储器复位
?? 紧急停机控制程序
在机组运行过程中，若发生下列任一事故均为机组重故障，为了防止事故进一步扩大和
保证整个机组的安全，必须紧急停机：
?? 润滑油压力过低（三取二表决）
?? 手动紧急停机（来自电控盘）
?? 软键手动紧急停机
?? 风机轴位移过大
?? 持续逆流
?? 主电机事故停机
?? 逆流保护及安全运行的控制
逆流保护是压缩机最为重要的保护，当防喘振系统不能有效地调节，从而设置了 “防逆
流保护系统”。逆流系统由“三级”保护组成:
第一级：有逆流信号出现，不论时间长短，在产生“喘振”声光报警的同时，计数器计
下一次“喘振”，这时实际上应由防喘振调节系统起保护调节作用。
第二级：若逆流信号持续T1 秒，或在T2 时间内又出现第二次逆流信号，则机组进入“安
全运行”。并有“逆流”的声光报警。“安全运行”是实现压缩机不停机的自我保护措施。使放
空阀快速全开，逆止阀强行关闭。静叶退回，使风量减小，风压降低。
第三级：在进入自保后的T3 秒内，若逆流信号仍不消失，则进入“紧急停机”状态。
?? 油系统控制
动力油油泵控制（润滑油油泵及冷凝泵控制与动力油油泵类似）：动力油油泵设置两台泵，
互为备用，通过开关（DCS 软键或电控盘操作开关）可选择其中之一作为主泵，则另一台即
为备泵。当动力油压低或主油泵故障时，备泵自动启动，补充油压的不足。当油压正常、主油
泵运行正常后，可选择地停其中一台泵，并且将其切换到备用状态。
结束语
此套由GE 90-30 + VersaMax 实现的高炉鼓风控制系统技术先进,安全可靠.为宣钢的高
炉生产提供了充沛的风量,使高炉产量得到显著的提高.并从节能降耗方面为企业带来可观收
效。
AV40-10 对高炉供风，由于风量、风压明显提高，使高炉发生生铁产量增加和吨铁鼓风
耗量的减少，这对降低生铁鼓风成本无疑也是相当可观的经济效果。