S7－300在煤氣加壓站中的應用

分類：技術教程日期：2009-08-13 08:33:52 來源：廠商

97年太鋼引進的法國二十輥軋機、冷熱不銹帶鋼退火線、光亮線等新裝備，是擴大不銹鋼生產(chǎn)能力、發(fā)展民族工業(yè)、增強不銹鋼市場競爭能力，擴大不銹鋼市場占有份額的重要舉措。冷軋煤氣混合加壓站，是太鋼不銹帶鋼退火線的配套設施，有加壓機３臺，氣源為高爐煤氣、焦爐煤氣；由于生產(chǎn)線工況不穩(wěn)而造成用量大幅度頻繁波動；同時由于氣源管網(wǎng)方面的狀況較差，高爐煤氣壓力波動范圍3～10Kpa，焦爐煤氣壓力波動范圍1.5～6.5KPa；其波動有時頻率很快，僅靠儀表調(diào)節(jié)產(chǎn)生震蕩、用人工調(diào)節(jié)措手不及；經(jīng)常出現(xiàn)長時間的低壓，造成混壓困難，使得保壓力保不了熱值，保熱值保不了壓力，甚至造成高爐煤氣蝶閥關閉、機前負壓的險兆。不穩(wěn)的氣源、多變的用戶，使處于中間環(huán)節(jié)的冷軋煤氣混合加壓站成為矛盾的集中點和保障不銹鋼生產(chǎn)質(zhì)量的關鍵。原設計的儀表調(diào)節(jié)系統(tǒng)根本無法滿足生產(chǎn)要求。

　　太鋼于1999年6月成立了項目攻關組，經(jīng)過幾個月的艱辛努力，采用先進的德國西門子SIMATICS7300PLC、德國UNI公司熱值儀、德國西門子變頻技術，投入了全過程自動控制，實現(xiàn)了混合煤氣熱值、加壓機后壓力雙穩(wěn)定的目標，確保了不銹鋼的正常生產(chǎn)，節(jié)能效益非常可觀。

　　1 系統(tǒng)概要

　　改造后的系統(tǒng)構成復雜，僅調(diào)節(jié)閥就有九個，此外還要增加變頻器，由計算機控制切換調(diào)節(jié)三臺風機轉(zhuǎn)速；增加熱值儀，串級調(diào)節(jié)高焦配比。采用德國西門子S7-300PLC可編程控制器和臺灣研華IPC610工控機構成DCS系統(tǒng)。S7-300PLC可編程控制器作為下位來實現(xiàn)所有信號的采集、運算、調(diào)節(jié)，其特點是：模塊化、無排風結構、易于實現(xiàn)分布、運行可靠、性價比高。CP5611卡為S7300PLC與工控機的通訊接口卡。RS485物理結構和187.5K的波特率，傳輸距離可達50m，使用中繼器可達9100m。

　　2 控制原理

　　本系統(tǒng)含四個調(diào)節(jié)回路：

　　2.1 熱值調(diào)節(jié)

　　熱值是用戶氣源的主要質(zhì)量指標之一。

　　冷軋煤氣混合加壓站以高爐煤氣為主氣，它不可控制，取決于用戶用量；焦爐煤氣為輔氣，要求控制其兩道閥門,使高、焦配比約4：1，折合熱值1350大卡。

　　2.1.1 “高焦限幅”輔熱值

　　本回路為一串級、交叉限幅調(diào)節(jié)系統(tǒng)。以熱值調(diào)節(jié)為主環(huán)，焦爐煤氣流量調(diào)節(jié)為副環(huán)，加入了高焦煤氣流量單交叉限幅。焦爐煤氣流量的設定值不單單取決于熱值調(diào)節(jié)器輸出信號MV，而且受到高爐煤氣流量的瞬時值的限制，即按高、焦理論配比值求出應配焦爐煤氣流量值，乘以1.05和0.95作為MV的上、下限幅值MH1、ML1。

　　該控制思想一則使焦爐煤氣流量調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)量不至于過大，從而使高焦配比值在小范圍內(nèi)波動；二則使主環(huán)調(diào)節(jié)器不至于產(chǎn)生調(diào)節(jié)飽和，加快了滯后較大的主環(huán)的動態(tài)響應，改善了系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)。

　　對熱值儀信號故障也有保護性，在實際的運行中，我們發(fā)現(xiàn)工人有時忘記了給熱值儀過濾器排水，使煤氣入口壓力太低，燃燒不夠，造成儀表信號顯示偏低很多，即使焦爐煤氣閥開到最大，也不可能把熱值調(diào)至“正常”，但此時熱值調(diào)節(jié)器輸出信號受到高爐煤氣流量的交叉限幅，故在此三個信號中，最終以上限值為焦爐煤氣流量調(diào)節(jié)器的設定值，從而使焦爐煤氣流量調(diào)節(jié)閥被約束在了一定的閥位，最終使混合煤氣熱值波動穩(wěn)定在一定范圍內(nèi)。

　　2.1.2 “雙閥同控”避“瓶頸”

　　原設計一閥自動、另一閥手動，實際上兩閥都在手動方式，因而常常顧此失彼，致使南、北閥位相差太大；若采用兩路單獨的調(diào)節(jié)器，二閥閥位更加混亂,當系統(tǒng)工況變化較大時，其中一閥就會成為調(diào)節(jié)的“瓶頸”；若采用雙調(diào)節(jié)器進行調(diào)節(jié)，二閥各自進行動作，雖能使系統(tǒng)在某一閥位組合狀態(tài)下穩(wěn)定，但有可能造成二閥閥位相差太大，同樣可導致“瓶頸”的現(xiàn)象。
　　對此采用單臺調(diào)節(jié)器串調(diào)雙閥的控制方案，即在計算機中設置一臺軟調(diào)節(jié)器，其輸出信號給到兩臺手操器，同時帶動兩臺電動蝶閥。為防止二閥同時動作造成超調(diào)，將兩手操器內(nèi)的死區(qū)設置的有所差別，當調(diào)節(jié)器輸出要求的閥位信號與實際閥位反饋信號出現(xiàn)偏差時，死區(qū)小的手操器（電動調(diào)節(jié)閥）首先動作，若偏差不大時，就能糾正過來；當調(diào)節(jié)量不夠時，偏差增大，死區(qū)大的手操器（電動調(diào)節(jié)閥）也動作，加大調(diào)節(jié)力度，使系統(tǒng)迅速回到穩(wěn)定狀態(tài)上。當系統(tǒng)出現(xiàn)較大偏差時，常會出現(xiàn)同時超出二者死區(qū)范圍的現(xiàn)象，則二閥一同動作，使偏差迅速減小到一定范圍，此時大死區(qū)的電動調(diào)節(jié)閥停止動作，剩余的小偏差靠死區(qū)小的調(diào)節(jié)閥來進一步精調(diào)到位。

　　總之，本控制思想避免了上述兩種調(diào)節(jié)方法的弊端，使操作人員對兩個閥位“知其一即知其二”，無須高度緊張地頻繁操作，既提高了調(diào)節(jié)品質(zhì)，又減少了工人勞動強度。

2.2 混壓調(diào)節(jié)
　　混壓調(diào)節(jié)表面上看來于用戶的要求“無關”，實際中卻扮演非常重要的角色，它既影響熱值、又影響加壓機后壓力。可以說，混壓調(diào)節(jié)不好，則熱值調(diào)節(jié)、加壓機后壓力調(diào)節(jié)都無從談起。

　　2.2.1 “水漲船高”調(diào)混壓

　　本回路為一串級隨動調(diào)節(jié)系統(tǒng)。在控制回路中建立數(shù)學模型，煤氣混合壓力的設定值隨著高、焦氣源的壓力波動而自動計算設定，同時又加以上下限幅，使工藝操作變得更加合理。從熱值的穩(wěn)定方面來看，機前混壓能夠隨高、焦煤氣壓力波動而適時適度地調(diào)整，保證了焦爐煤氣能夠按所需的量順利配入；從加壓機后壓力的穩(wěn)定方面來看，機前壓力變化范圍不至于太寬，減少了對加壓機后出口壓力調(diào)節(jié)的干擾。混壓調(diào)節(jié)就是控制高爐煤氣的兩道閥門，為了避免“瓶頸”，同樣如上所述，也采用了一臺軟調(diào)節(jié)器控制兩臺電動調(diào)節(jié)閥的方式，減少對機后出口壓力調(diào)節(jié)的干擾。

　　2.3 加壓機后壓力（變頻）調(diào)節(jié)

　　加壓機后壓力是用戶氣源的主要質(zhì)量指標之二。

　　本回路為一定值單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)。其設定值為13.5Kpa,當加壓機后出口壓力升高/降低時，增大/減小變頻器的輸出頻率，從而改變加壓機的轉(zhuǎn)速，以“變”求“穩(wěn)”。

　　在計算機和變頻器上都設置了最低運行頻率，從而保證出口壓不至于太低，也保證了自帶油泵能夠給出足夠的油壓油量，以免燒壞軸瓦。這兩個頻率運行下限是保證加壓機設備安全、用戶正常生產(chǎn)的兩道防線。