TRICON系統(tǒng)在馬鋼高爐風(fēng)機(jī)控制的應(yīng)用(正)

1、TRICONEX三重化系統(tǒng)在高爐風(fēng)機(jī)控制中的應(yīng)用呂秀榮 中國安徽馬鞍山鋼鐵集團(tuán)有限公司【摘要】：介紹了TRICONEX三重化系統(tǒng)的特點，在壓縮機(jī)控制中實現(xiàn)的功能，在生應(yīng)用中體現(xiàn)出來的優(yōu)勢。實踐證明，TRICONEX控制系統(tǒng)軟件功能豐富、硬件性能安全可靠，先進(jìn)的控制策略，完全滿足高爐生產(chǎn)的要求，比較適合大型高爐風(fēng)機(jī)及壓縮機(jī)組綜合控制。關(guān)鍵詞：三重冗余、定風(fēng)壓、定風(fēng)量、喘振、高爐風(fēng)機(jī)控制0引言在鋼鐵行業(yè)的生產(chǎn)過程中，煉鐵是整個生產(chǎn)鏈中較為重要的一個工藝環(huán)節(jié)，隨著冶金自動化水平的不斷提高，使各個工藝之間更加緊密的聯(lián)系在一起，煉鐵、煉鋼、軋鋼等連續(xù)不間斷生產(chǎn)成為鋼鐵企業(yè)對煉鐵廠評估的重要的指標(biāo)，高爐鼓

2、風(fēng)機(jī)作為高爐系統(tǒng)中最重要的動力設(shè)備。它不但直接提供高爐冶煉所需的氧氣，而且提供克服高爐料柱阻力所需的氣體動力。風(fēng)機(jī)出現(xiàn)故障不僅僅會影響高爐本體，還要影響到整個鋼鐵工藝的其它環(huán)節(jié)，它的事故停機(jī)損失用數(shù)字是無法衡量的，所以高爐風(fēng)機(jī)控制之重要性不言而喻。1 大型鋼鐵企業(yè)高爐風(fēng)機(jī)的配備形式及要求：11高爐風(fēng)機(jī)裝置機(jī)組配備形式目前國內(nèi)外高爐鼓風(fēng)機(jī)組主要的配備形式有兩種，一是蒸汽透平（汽輪機(jī)）驅(qū)動軸流風(fēng)機(jī)（圖），另一種由電動機(jī)驅(qū)動軸流風(fēng)機(jī)（圖）。兩種驅(qū)動方式各有優(yōu)勢，汽輪機(jī)拖動的主設(shè)備有鍋爐、汽機(jī)及風(fēng)機(jī)，相對初期投入成本略高，鍋爐與汽機(jī)的調(diào)速控制相對復(fù)雜，人力投入相對較多，但由于蒸汽成本較低，長周期運營能

3、耗較低，故汽輪機(jī)驅(qū)動風(fēng)機(jī)的方案早期被廣大用戶所認(rèn)可；隨著電力行業(yè)的大力發(fā)展，以及企業(yè)自備電廠的不斷新建，電機(jī)驅(qū)動風(fēng)機(jī)方案不斷得到應(yīng)用，電機(jī)驅(qū)動的主設(shè)備為電機(jī)、風(fēng)機(jī)+（變頻啟動），相對汽機(jī)拖動而言，初期投入及未來維護(hù)成本略低，控制方案相對簡單，但耗電量較大，運營成本較高，隨著變頻技術(shù)及電力事業(yè)的不斷發(fā)展壯大，目前越來越多的改擴(kuò)建項目采用了后者電拖的方案。當(dāng)然冶金用戶會根據(jù)自己企業(yè)的發(fā)展特點及具體工況要求選擇不同的機(jī)組類型及配備方式。汽機(jī)驅(qū)動軸流風(fēng)機(jī)方案示意圖電機(jī)驅(qū)動軸流風(fēng)機(jī)方案示意圖（圖）壓縮機(jī)齒輪箱主電機(jī)壓縮機(jī)汽輪機(jī)12高爐風(fēng)機(jī)配備形式及TRICONEX控制系統(tǒng)在馬鋼使用情況馬鋼于2003年和

4、2004年新上一座2500m3高爐、一座1000 m3高爐，配套上了兩套TRICONEX風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)，從三年來現(xiàn)場運行的情況看，防喘反應(yīng)速度快（約50MS左右，顯示為45MS），性能穩(wěn)定、可靠性高，后期維護(hù)方便、成本較低。在2007年對老風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)改造時，將老控制系統(tǒng)改為TRICONEX控制系統(tǒng)。風(fēng)機(jī)由同步電機(jī)托動，TRICONEX控制系統(tǒng)主要實現(xiàn)軸流風(fēng)機(jī)主/輔系統(tǒng)的連鎖保護(hù)、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、送風(fēng)風(fēng)量風(fēng)壓控制、防喘振控制、電機(jī)軸系監(jiān)測等綜合控制。2500m3高爐是三臺AV80風(fēng)機(jī)供兩座高爐，兩用一備。（一套2004年安裝并投入使用TRICONEX控制系統(tǒng)；一套2007年老系統(tǒng)改造為TRI

5、CONEX控制系統(tǒng)；一臺未改造老控制系統(tǒng)（即將改造）1000 m3高爐是一座高爐由一臺AV56風(fēng)機(jī)供風(fēng)，控制系統(tǒng)運行近5年來，完全滿足供風(fēng)條件，沒有因為控制系統(tǒng)故障而導(dǎo)致停機(jī)斷風(fēng)，綜合性能穩(wěn)定。綜合看馬鋼三套TRICONEX運行歷史近5年時間，其體現(xiàn)的綜合性能較高，安全可靠性及可維護(hù)性都體現(xiàn)出較大優(yōu)勢。2TRICONEX系統(tǒng)特點簡介系統(tǒng)的最大特點是系統(tǒng)主處理器、系統(tǒng)總線、I/O模件均為三重化冗余結(jié)構(gòu)，每個I/O模件內(nèi)有三個獨立的電路，輸入模件中每個分電路讀入過程數(shù)據(jù)并將此信息送到各個主處理器。每掃描一次，三個主處理器通過三總線（TRIBUS）與其相鄰的兩個主處理器進(jìn)行通訊，達(dá)到同步。三總線對數(shù)

6、字輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行表決，對輸出信號進(jìn)行比較，把模擬輸入輸入數(shù)據(jù)復(fù)制并送到各主處理器，主處理器執(zhí)行各種算法，算出輸出值，并送到各輸出模件。輸出數(shù)據(jù)的表決在輸出模件中完成，信號通過輸出表決排除錯誤信息，系統(tǒng)不論是其硬件故障或內(nèi)部外部導(dǎo)致的瞬間故障出現(xiàn)時，都能做到無差錯，不會中斷控制，做到真正的冗余冗錯控制。其結(jié)構(gòu)圖下：3硬件配置及使用的軟件31硬件配置硬件配置優(yōu)勢是主機(jī)架及擴(kuò)展機(jī)架各有2塊電源模件，主機(jī)架中有三個執(zhí)行同一程序的主處理器。硬件配置圖如下：POWERPOWERMAIN PROCESSORMAIN PROCESSORMAIN PROCESSOREICMNCMNCMPOWERPOWERPOWE

7、RPOWERBENTLY350032軟件321組態(tài)編程軟件：TriStation1131。有三種編程語言，即：功能塊圖表語言(FBD)、梯形圖語言（LD）、結(jié)構(gòu)化文本（ST）。使用靈活方便，易掌握 ?？梢栽陔x線狀態(tài)下對程序進(jìn)行調(diào)試，調(diào)試完畢，下裝前通過“與最后一次下裝比較”指令，可以清楚地看到修改過的內(nèi)容。在不影響機(jī)組運行的情況下對程序進(jìn)行修改下裝。還可實現(xiàn)在線診斷，檢測TRICON硬件的運行狀態(tài)。322事件記錄軟件即SOE軟件?？梢允占涗洺绦蛑蠦OOL量的動作狀態(tài)，當(dāng)機(jī)組出現(xiàn)故障時，通過對SOE記錄的事件及畫面模擬量歷史記錄曲線，可非常有效地解決各種問題，解釋運行過程中異?，F(xiàn)象等。323畫

8、面軟件：Wonderware InTouch實現(xiàn)對設(shè)備的操作、過程監(jiān)控、過程報警、歷史趨勢記錄等功能。324動態(tài)數(shù)據(jù)交換軟件即DDE軟件：實現(xiàn)上位機(jī)與下位機(jī)通訊的協(xié)議。4實現(xiàn)的控制功能41主要程序組成l 輔助系統(tǒng)的控制程序：包括1、2動力油、潤滑油輔助油泵、頂軸油泵、盤車機(jī)構(gòu)、送風(fēng)閥、快速減壓閥等系統(tǒng)的控制；l 逆流保護(hù)程序：分三個階段a).報警及喘振計數(shù)；b).進(jìn)入安全運行。防喘振閥強(qiáng)制打開、逆止閥關(guān)閉、靜葉退到最小工作角；c).跳機(jī)；l 機(jī)組聯(lián)鎖保護(hù)程序：機(jī)組啟動、緊急停機(jī)、報警等；l 高爐聯(lián)系信號程序；l 機(jī)組振動、位移數(shù)據(jù)檢測、連鎖報警程序：通過TRICONEX主機(jī)架中的智能通訊模件E

9、ICM將BENTLY3500系統(tǒng)檢測的數(shù)據(jù)，通過MODBUS協(xié)議使用軟件包內(nèi)的“讀雙整型數(shù)據(jù)”功能塊將振動、位移數(shù)據(jù)讀入，參與機(jī)組控制及畫面顯示、報警等。l 風(fēng)機(jī)風(fēng)量/風(fēng)壓控制程序；l 風(fēng)機(jī)防喘振控制程序。42風(fēng)機(jī)風(fēng)量/風(fēng)壓控制、防喘振控制介紹風(fēng)機(jī)風(fēng)量/風(fēng)壓控制、防喘振控制是風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)的核心部分，下面主要對這三個控制系統(tǒng)進(jìn)行。421風(fēng)機(jī)風(fēng)量/風(fēng)壓控制風(fēng)量、風(fēng)壓是壓縮機(jī)送風(fēng)的重要指標(biāo)，是高爐穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)的重要條件。高爐風(fēng)量有兩種控制方式，即定風(fēng)量/定風(fēng)壓控制。根據(jù)高爐的工藝要求，選為定風(fēng)量或定壓力工作方式。定風(fēng)量/定風(fēng)壓采用兩個控制器低選輸出作為伺服控制器的設(shè)定值，與靜葉位置反饋比較，根據(jù)控制器輸

10、出值的大小，通過靜葉伺服機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)靜葉角度的大小?？刂破鲗崿F(xiàn)手/自動無擾動切換。當(dāng)機(jī)組滿足自動操作條件后，將流調(diào)節(jié)器投到自動狀態(tài)，可以根據(jù)工藝需要設(shè)定和調(diào)整流量的設(shè)定值。實現(xiàn)定流量的自動調(diào)節(jié)。在機(jī)組正常運行過程中，如果出現(xiàn)防喘振閥動作、出口差壓變送器、壓力變送器、溫度轉(zhuǎn)換器故障等，則機(jī)組控制系統(tǒng)自動將定風(fēng)量調(diào)節(jié)切換為手動。避免機(jī)組由于自動運行造成靜葉動作，導(dǎo)致送風(fēng)風(fēng)量風(fēng)壓波動，影響高爐的安全生產(chǎn)。熱風(fēng)爐換爐時實現(xiàn)自動沖風(fēng)。調(diào)節(jié)器在自動運行時，收到高爐沖風(fēng)信號后，設(shè)定值自動增加15的風(fēng)量，直至充風(fēng)信號消失。422防喘振控制 TRICON-TS3000控制系統(tǒng)響應(yīng)速度快，安全性高，能以最少的放空量或

11、回流量防止機(jī)組的喘振，減少對工藝的干擾和能源的消耗。主要功能是：FTUICPTPTFYTTTTPTPICSICST入口流量 (hx)當(dāng)前工作點跟蹤設(shè)定設(shè)定點控制線喘振線PD/PSl 通用防喘振線計算模塊消除了分子量變化的影響l 溫度、壓力補償功能l 任意折線函數(shù)功能l 防止積分飽和功能l 在喘振控制線附近進(jìn)行控制l 根據(jù)需要可以設(shè)置喘振控制快開線l 對快速擾動進(jìn)行超前控制l 最低負(fù)荷啟車和停車的功能l 死區(qū)設(shè)定實現(xiàn)穩(wěn)定性l 安全裕度（Margin）重校功能l 可變增益控制l 喘振預(yù)報功能 l 分程控制功能l 快開慢關(guān)功能壓縮機(jī)喘振不僅造成出口風(fēng)量、風(fēng)壓大幅度波動影響高爐生產(chǎn)，對機(jī)組本身的危害非

12、常大。機(jī)組各部件由于喘振承受過高的動應(yīng)力，加速軸承、軸瓦的機(jī)械磨損。如果壓縮機(jī)連續(xù)發(fā)生喘振產(chǎn)生高溫，造成壓縮機(jī)零部件燒毀變形。因此喘振控制不論對高爐的生產(chǎn)還是對壓縮機(jī)本身的安全都非常重要。機(jī)組在正常運行過程中，兩個防喘振閥處于全關(guān)狀態(tài)。當(dāng)機(jī)組發(fā)生喘振時，工作點左移，自動打開防喘振閥。打開過程比關(guān)閉過程要快，即快開慢關(guān)。發(fā)生喘振時，能快速做出反映，保護(hù)機(jī)組安全；關(guān)閉防喘振閥時，過程較慢，避免關(guān)閉過快產(chǎn)生氣流振蕩發(fā)生喘振。防喘振閥的自動動作是根據(jù)偏差的大小來控制的。風(fēng)機(jī)的喉部差壓經(jīng)入口溫度補正，通過功能塊LINIT11處理后的輸出作為設(shè)定值，出口壓力作為實際值，設(shè)定值實際值作為偏差，當(dāng)偏差為負(fù)自動

13、打開防喘振閥。偏差大于等于零后停止動作。值得一提的是，機(jī)組的防喘控制速度達(dá)到了45MS，反應(yīng)迅速。43機(jī)組的啟動條件及連鎖控制：431啟機(jī)控制：設(shè)置啟動條件聯(lián)鎖控制系統(tǒng)的目的就是為了保證機(jī)組安全正常的開機(jī)。當(dāng)下列條件全部滿足后，系統(tǒng)發(fā)出“允許啟動”的信號，否則開機(jī)操作無效。啟機(jī)條件：潤滑油油溫度油壓力正常動力油壓力及調(diào)節(jié)油壓力正常頂升油泵運行主汽門關(guān)調(diào)節(jié)門關(guān)試驗開關(guān)復(fù)位逆止閥關(guān)放空閥全開靜葉閉鎖存儲器復(fù)位啟動待命  432緊急停車控制        緊急停機(jī)控制程序在機(jī)組運行過程中，若發(fā)生下列任一事故均為

14、機(jī)組重故障，為了防止事故進(jìn)一步擴(kuò)大和保證整個機(jī)組的安全，必須緊急停機(jī)：潤滑油壓力過低（三取二表決）手動緊急停機(jī)（來自電控盤）軟鍵手動緊急停機(jī)風(fēng)機(jī)軸位移過大持續(xù)逆流主電機(jī)事故停機(jī) 433逆流保護(hù)及安全運行的控制    逆流是軸流壓縮機(jī)最危險的工況。造成逆流的原因有兩個方面： （1）工藝系統(tǒng)事故使系統(tǒng)的壓力驟升，造成氣流向軸流壓縮機(jī)倒流。 （2）喘振狀態(tài)的進(jìn)一步發(fā)展。軸流壓縮機(jī)進(jìn)入喘振工況，若不及時排除，由于工藝系統(tǒng)和管網(wǎng)的容量很大，就會產(chǎn)生持續(xù)逆流。 由于出口壓力高，壓縮機(jī)氣體不能暢通輸出，則旋轉(zhuǎn)機(jī)械能將其轉(zhuǎn)化為熱能使葉片膨脹，造成動葉與靜葉的相

15、碰而損壞軸流壓縮機(jī)。因此，我們說防止逆流的根本措施是加強(qiáng)防喘振控制，阻止喘振狀態(tài)的進(jìn)一步升級，其二是防止出口氣體的倒流。 逆流保護(hù)是通過邏輯控制系統(tǒng)和防喘振系統(tǒng)的密切聯(lián)系，來達(dá)到預(yù)期的目的的。邏輯系統(tǒng)根據(jù)喘振的強(qiáng)弱、持續(xù)時間的長短，進(jìn)行綜合判斷處理，大致可以分為三個階段，實施不同的措施。 A 、靠防喘振控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)來消除喘振工況。 B 、通過安全運行程序來消除逆流工況。 C 、在迫不得已的情況下實施自動聯(lián)鎖停機(jī)程序。5三重化控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的綜合對比隨著TRICONEX控制系統(tǒng)的投入實用，帶來了新的控制理念和策略，簡要總結(jié)如下：l 綜合對比：原來PLC只能實現(xiàn)控制風(fēng)機(jī)輔助系統(tǒng)、機(jī)組啟動

16、、停止、連鎖保護(hù)的功能；風(fēng)機(jī)的重要控制系統(tǒng)風(fēng)量、風(fēng)壓控制系統(tǒng)和防喘振控制系統(tǒng)，由三臺智能調(diào)節(jié)器控制。TRICONEX系統(tǒng)完全在程序內(nèi)實現(xiàn)控制功能，操作員通過畫面操作。減少了硬件連接，避免了調(diào)節(jié)器元件損壞、老化等帶來的故障，降低了故障的機(jī)率。l 人機(jī)接口的使用：改變了由操作臺通過按鈕控制機(jī)組的主/輔系統(tǒng)。減少了許多DI、DO點、盤面指示燈、顯示儀表，即節(jié)省了DI、DO模件、指示燈、顯示儀表，又減少了備品、備件及日常維護(hù)量；還可通過歷史記錄曲線及SOE所收集的開關(guān)量動作情況，分析運行中的各種異?，F(xiàn)象，可以快速準(zhǔn)確的找到故障原因，縮短處理故障時間。達(dá)到減少停機(jī)時間及提高送風(fēng)量的效果。l 非常高的可靠

17、性：由于主機(jī)架和擴(kuò)展機(jī)架分別有兩塊電源模件，每一機(jī)架上的模件分別由兩路電源供電，一路由UPS供電，另一路直接來自供電網(wǎng)絡(luò)。系統(tǒng)運行過程中，即使有一塊電源模件出現(xiàn)故障或有一路電源失電仍可保證機(jī)組正常運行。主機(jī)架中還有三個執(zhí)行同一程序的主處理器模件，在一個、兩個、三個主處理器的情況下都能正常運行。也就是說只要有任意一個主處理器正常，就可保證系統(tǒng)的正常運行。l 生產(chǎn)的連續(xù)性：由于系統(tǒng)支持熱備及熱插拔功能，當(dāng)主模件發(fā)生故障，熱備模件立即投入使用；如果機(jī)架上沒有熱備模件，可在線更換模件。將備件插入與故障模件相鄰的邏輯槽位，當(dāng)控制狀態(tài)切換到更換的模件后，將故障模件拔出，不影響機(jī)組運行，真正達(dá)到快速無擾動切換，最大限度保證生產(chǎn)的連續(xù)性