97年太鋼引進(jìn)的法國(guó)二十輥軋機(jī)、冷熱不銹帶鋼退火線、光亮線等新裝備，是擴(kuò)大不銹鋼生產(chǎn)能力、發(fā)展民族工業(yè)、增強(qiáng)不銹鋼市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力，擴(kuò)大不銹鋼市場(chǎng)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(shè)施，有加壓機(jī)３臺(tái)，氣源為高爐煤氣、焦?fàn)t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(dòng)；同時(shí)由于氣源管網(wǎng)方面的狀況較差，高爐煤氣壓力波動(dòng)范圍3～10Kpa，焦?fàn)t煤氣壓力波動(dòng)范圍1.5～6.5KPa；其波動(dòng)有時(shí)頻率很快，僅靠?jī)x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(zhǎng)時(shí)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(guān)閉、機(jī)前負(fù)壓的險(xiǎn)兆。不穩(wěn)的氣源、多變的用戶(hù)，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(diǎn)和保障不銹鋼生產(chǎn)質(zhì)量的關(guān)鍵。原設(shè)計(jì)的儀表調(diào)節(jié)系統(tǒng)根本無(wú)法滿(mǎn)足生產(chǎn)要求。
太鋼于1999年6月成立了項(xiàng)目攻關(guān)組，經(jīng)過(guò)幾個(gè)月的艱辛努力，采用先進(jìn)的德國(guó)西門(mén)子SIMATICS7300PLC、德國(guó)UNI公司熱值儀、德國(guó)西門(mén)子變頻技術(shù)，投入了全過(guò)程自動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)了混合煤氣熱值、加壓機(jī)后壓力雙穩(wěn)定的目標(biāo)，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(gòu)成復(fù)雜，僅調(diào)節(jié)閥就有九個(gè)，此外還要增加變頻器，由計(jì)算機(jī)控制切換調(diào)節(jié)三臺(tái)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速；增加熱值儀，串級(jí)調(diào)節(jié)高焦配比。采用德國(guó)西門(mén)子S7-300PLC可編程控制 器和 臺(tái)灣研華IPC610工控機(jī)構(gòu)成DCS系統(tǒng)。S7-300PLC可編程控制器作為下位來(lái)實(shí)現(xiàn)所有信號(hào)的采集、運(yùn)算、調(diào)節(jié)，其特點(diǎn)是：模塊化、無(wú)排風(fēng)結(jié)構(gòu)、易于實(shí)現(xiàn)分布、運(yùn)行可靠、性?xún)r(jià)比高。CP5611卡為S7300PLC與工控機(jī)的通訊接口卡。RS485物理結(jié)構(gòu)和187.5K的波特率，傳輸距離可達(dá)50m，使用中繼器可達(dá)9100m。
2 控制原理
本系統(tǒng)含四個(gè)調(diào)節(jié)回路：
2.1 熱值調(diào)節(jié)
熱值是用戶(hù)氣源的主要質(zhì)量指標(biāo)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(hù)用量；焦?fàn)t煤氣為輔氣，要求控制其兩道閥門(mén),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(jí)、交叉限幅調(diào)節(jié)系統(tǒng)。以熱值調(diào)節(jié)為主環(huán)，焦?fàn)t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?fàn)t煤氣流量的設(shè)定值不單單取決于熱值調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)MV，而且受到高爐煤氣流量的瞬時(shí)值的限制，即按高、焦理論配比值求出應(yīng)配焦?fàn)t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?fàn)t煤氣流量調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)量不至于過(guò)大，從而使高焦配比值在小范圍內(nèi)波動(dòng)；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(dòng)態(tài)響應(yīng)，改善了系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)。
對(duì)熱值儀信號(hào)故障也有保護(hù)性，在實(shí)際的運(yùn)行中，我們發(fā)現(xiàn)工人有時(shí)忘記了給熱值儀過(guò)濾器排水，使煤氣入口壓力太低，燃燒不夠，造成儀表信號(hào)顯示偏低很多，即使焦?fàn)t煤氣閥開(kāi)到最大，也不可能把熱值調(diào)至“正�！�，但此時(shí)熱值調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)受到高爐煤氣流量的交叉限幅，故在此三個(gè)信號(hào)中，最終以上限值為焦?fàn)t煤氣流量調(diào)節(jié)器的設(shè)定值，從而使焦?fàn)t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(dòng)穩(wěn)定在一定范圍內(nèi)。
2.1.2 “雙閥同控”避“瓶頸”
原設(shè)計(jì)一閥自動(dòng)、另一閥手動(dòng)，實(shí)際上兩閥都在手動(dòng)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(dú)的調(diào)節(jié)器，二閥閥位更加混亂,當(dāng)系統(tǒng)工況變化較大時(shí)，其中一閥就會(huì)成為調(diào)節(jié)的“瓶頸”；若采用雙調(diào)節(jié)器進(jìn)行調(diào)節(jié)，二閥各自進(jìn)行動(dòng)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(dǎo)致“瓶頸”的現(xiàn)象。
對(duì)此采用單臺(tái)調(diào)節(jié)器串調(diào)雙閥的控制方案，即在計(jì)算機(jī)中設(shè)置一臺(tái)軟調(diào)節(jié)器，其輸出信號(hào)給到兩臺(tái)手操器，同時(shí)帶動(dòng)兩臺(tái)電動(dòng)蝶閥。為防止二閥同時(shí)動(dòng)作造成超調(diào)，將兩手操器內(nèi)的死區(qū)設(shè)置的有所差別，當(dāng)調(diào)節(jié)器輸出要求的閥位信號(hào)與實(shí)際閥位反饋信號(hào)出現(xiàn)偏差時(shí)，死區(qū)小的手操器（電動(dòng)調(diào)節(jié)閥）首先動(dòng)作，若偏差不大時(shí)，就能糾正過(guò)來(lái)；當(dāng)調(diào)節(jié)量不夠時(shí)，偏差增大，死區(qū)大的手操器（電動(dòng)調(diào)節(jié)閥）也動(dòng)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(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)較大偏差時(shí)，常會(huì)出現(xiàn)同時(shí)超出二者死區(qū)范圍的現(xiàn)象，則二閥一同動(dòng)作，使偏差迅速減小到一定范圍，此時(shí)大死區(qū)的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥停止動(dòng)作，剩余的小偏差靠死區(qū)小的調(diào)節(jié)閥來(lái)進(jìn)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(duì)兩個(gè)閥位“知其一即知其二”，無(wú)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(dòng)強(qiáng)度。
2.2 混壓調(diào)節(jié)
混壓調(diào)節(jié)表面上看來(lái)于用戶(hù)的要求“無(wú)關(guān)”，實(shí)際中卻扮演非常重要的角色，它既影響熱值、又影響加壓機(jī)后壓力�？梢哉f(shuō)，混壓調(diào)節(jié)不好，則熱值調(diào)節(jié)、加壓機(jī)后壓力調(diào)節(jié)都無(wú)從談起。
2.2.1 “水漲船高”調(diào)混壓
本回路為一串級(jí)隨動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。在控制回路中建立數(shù)學(xué)模型，煤氣混合壓力的設(shè)定值隨著高、焦氣源的壓力波動(dòng)而自動(dòng)計(jì)算設(shè)定，同時(shí)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(lái)看，機(jī)前混壓能夠隨高、焦煤氣壓力波動(dòng)而適時(shí)適度地調(diào)整，保證了焦?fàn)t煤氣能夠按所需的量順利配入；從加壓機(jī)后壓力的穩(wěn)定方面來(lái)看，機(jī)前壓力變化范圍不至于太寬，減少了對(duì)加壓機(jī)后出口壓力調(diào)節(jié)的干擾�；靿赫{(diào)節(jié)就是控制高爐煤氣的兩道閥門(mén)，為了避免“瓶頸”，同樣如上所述，也采用了一臺(tái)軟調(diào)節(jié)器控制兩臺(tái)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的方式，減少對(duì)機(jī)后出口壓力調(diào)節(jié)的干擾。
2.3 加壓機(jī)后壓力（變頻）調(diào)節(jié)
加壓機(jī)后壓力是用戶(hù)氣源的主要質(zhì)量指標(biāo)之二。
本回路為一定值單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)。其設(shè)定值為13.5Kpa,當(dāng)加壓機(jī)后出口壓力升高/降低時(shí)，增大/減小變頻器的輸出頻率，從而改變加壓機(jī)的轉(zhuǎn)速，以“變”求“穩(wěn)”。
在計(jì)算機(jī)和變頻器上都設(shè)置了最低運(yùn)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(gè)頻率運(yùn)行下限是保證加壓機(jī)設(shè)備安全、用戶(hù)正常生產(chǎn)的兩道防線。
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