高炉鼓风机控制系统研究与应用

高炉鼓风机控制系统研究与应用

金显熠 ,金立坤

安徽工业大学 安徽 马鞍山 243002

摘要：高炉鼓风机站承担着炼铁高炉的供风任务，其运行状况直接影响到高炉生产系统的稳定。鼓风机控制系统出现过：PLC程序不合理、大型设备运行参数设置不当、HMI不适应生产、水泵房控制系统宕机等问题；现代控制技术形成了以计算机为核心,包括PLC/DCS,常规设备,智能仪表,智能执行机构,总线系统,操作员站,工程师站等组成的多级复杂的控制系统,使鼓风机的控制达到了较高水平。

关键词：高炉鼓风机 PLC程序 HMI 计算机

1  前言

1.1 问题提出

高炉鼓风机站承担着公司高炉的供风任务，其运行状况直接影响到高炉生产系统的稳定。自投产以来，出现过多次鼓风机故障引起的高炉休风事故，对高炉顺行、炼铁成本、劳动强度等都造成了较大影响,甚至整个企业生产过程都受到制约。为了消除鼓风机控制系统存在的设备、程序、运行上的各类隐患，减少控制系统引发的故障停机。通过智能化改造，提高控制系统的稳定性势在必行。

高炉鼓风机站控制系统主要包括风机子系统、电机子系统、循环水子系统等。控制系统采用西门子400控制系统，现场大型设备主要有曼风机2台、陕鼓风机1台、西门子电机3台。投产以来控制系统出现过：PLC程序不合理、大型设备运行参数设置不当、HMI不适应生产、水泵房控制系统宕机等问题。

为了解决现有技术存在的问题们进行研究，必须出找合理的解决方案。

1.2 研究方法和预期效果

1、结合近几年大型设备实际运行参数，包括：温度、压力、流量等，对引发报警或跳机的参数进行优化和修订，杜绝因参数问题引发的不合理报警或跳机。

2、分析控制系统运行中出现的问题，对控制系统PLC程序进行研究和优化，提升系统运行效率和质量。

3、研究人机界面（HMI）运行问题：系统响应时间、用户帮助设施、出错信息处理、命令交互，对HMI优化升级。

4、研究鼓风机站水泵房控制系统冗余改造。

2  新技术开发应用条件

2.1 项目现状分析

2.1.1现状一分析：

图一 导致鼓风机故障发生的逻辑框图                      

鼓风机的跳车信号为单信号联锁，也就是说在某个联锁信号出现故障的情况下，无论是检测元件损坏还是其他原因（如工况不稳定、信号干扰等），在到达联锁设定点后都会停机。这样的设计会极大影响生产的稳定，就算是确认为单检测元件故障，也无法进行处理。

2.1.2现状二分析：

风机水泵房担负着鼓风机系统的用水任务，目前风机水泵房控制系统为施耐德Quantum系列，随着运行时间增加控制系统逐渐老化，并且施耐德Quantum系列CPU已经停产，备件采购困难。此情况对连续安全生产带来风险。

目前正在使用的Quantum系列PLC存在以下问题：

①产品老化，系统可靠性下降。

②外围设备、软件等技术更新导致控制系统遇到诸多兼容性问题。

2.2 控制系统技术路线优化主要思路。

2.2.1在控制系统进行开发以下内容：增加监控画面投切功能，在控制系统中研究、开发故障综合判断功能，将备用联锁点引入DCS，做故障交叉判断等。

2.2.2风机水泵房控制系统冗余改造。

3  新技术开发应用方案

3.1鼓风机控制系统进行开发。

在控制系统进行开发以下内容：增加监控画面投切功能，在控制系统中研究、开发故障综合判断功能，将备用联锁点引入DCS，做故障交叉判断等。

在程序、画面中增加联锁投入、切除功能，当联锁信号到达报警点时，可以对故障信息进行分析，如果为检测元件单方面原因，在不影响工况的情况下，进行联锁切除，维修人员对故障点做进一步处理，故障处理完毕后再次投入联锁。

研究、开发故障综合判断功能，对形成振动、温度、位移等方面故障的综合判断，防止单一条件停机。

备用联锁点引入DCS，做故障交叉判断；风机的部分温度联锁测点，如主电机传动端轴承温度、主电机非传动端轴承温度等，都有备用检测元件，把备用点引入到DCS系统，与同一位置的检测点进行交叉判断。

图二 鼓风机控制系统研发模型的逻辑框图

3.2鼓风机水泵房控制系统冗余改造。

风机水泵房控制系统升级项目主要由以下部分组成：

①处理器由昆腾系列单CPU升级为M580系列冗余CPU。

②24V供电系统由单电源箱升级为冗余电源箱。

改造提升前PLC硬件架构：

优化改造后PLC硬件架构：

图三 鼓风机水泵房PLC控制系统研改造前后对比图

M580系列冗余CPU是施耐德固件最新、软件版本最高的CPU，将会极大提高设备稳定性，同时配置多种通讯接口，增加了系统的扩展性。24V供电系统升级为冗余，提高了供电系统的稳定性。为最小程度的影响生产，考虑保留现有的Quantum IO子站通讯网络。

4  应用效果

通过控制系统开关研究，鼓风机控制系统形成了以计算机为核心,包括PLC/DCS,常规设备,智能仪表,智能执行机构,总线系统,操作员站,工程师站等组成的多级复杂的控制系统,各级之间任务分明.通过人机交互，强大的功能模块，快捷的数据传递和数据存储及管理，自动化控制系统以其快捷、正确、高效的迭代，使鼓风机的控制达到尽善尽美的境地。

参考文献

  [1]杨天亮.防阻塞控制在高炉鼓风机系统中的应用[J].山西冶金,2020,43(04):111-113.
  [2]李蕴华.宣钢高炉鼓风机防喘振性能控制[J].冶金动力,2020(06):34-37.
  [3]牛子洋,赵刘强,王伟业,朱彦亮.高炉鼓风机控制技术开发应用[J].冶金能源,2019,38(02):53-54.
[4]石永芳.宣钢AV80高炉鼓风机控制功能设计[J].山东工业技术,2017(13):23.