張述洪，卞新亮，孫華玉，劉成匯
（山鋼股份濟南分公司，山東濟南250101）
摘要：焦爐煤氣鼓風機組自動控制系統采用ABB AC 800F DCS 控制系統，主要完成鼓風機組電氣控制、控制邏輯，可實現鼓風機組輔助油泵控制、盤車電機控制、吸力調節及安全運行和連鎖保護等功能。優化改進后，各檢測點準確有效，安全連鎖控制有效穩定運行，滿足鼓風機設備的控制要求。
關鍵詞：煤氣鼓風機；控制系統；連鎖控制；自動調節
1 前言
山鋼股份濟南分公司化工廠煤氣鼓風機是焦爐生產的心臟設施，它肩負著焦爐煤氣處理的重要任務。由于焦爐系統為連續生產，要求其配套設施必須先進、可靠、穩定，以確保焦爐及化產系統的安全生產。目前一系統化產2#、3#煤氣鼓風機是德國西門子公司的SL7.0a 型單級離心式煤氣風機，控制系統使用的是ABB 公司的AC 800F 集散控制系統，隨著3#、4#焦爐停產，煤氣發生量從8 萬m3降為5 萬m3，煤氣鼓風機從原來開2 臺優化為1 臺，因此，煤氣鼓風機控制需要進一步優化改進。
2 工藝系統簡介
本鼓風機組包括離心式通風機、變速箱、電動機三大部分。輔助系統有輔助油泵、盤車電機、前導葉裝置等。在各連鎖條件滿足的情況下風機采用直接啟動方式，當轉速達到額定轉速時，通過控制前導葉裝置調節風機入口導葉開度，以保障焦爐生產要求的初冷前煤氣壓力保持在-1.2 kPa。
潤滑油系統是當風機要正常運轉時，為整臺機組各軸系提供潤滑用油。盤車電機在風機停時，驅動轉軸，維持傳動系統軸的平衡。前導葉裝置通過控制機構驅動伺服馬達運轉來調節風機入口導葉開度，以達到調節風機吸力的目的。
3 控制系統組成
焦爐煤氣鼓風機組自動控制系統采用ABB AC800F DCS 控制系統，其中主要完成系統的電氣控制、控制邏輯的實現，各控制參數均通過I/O 模塊進行采集；設備的集中監視與操作通過HMI 上的VIS畫面進行，兩臺HMI 互為備用，共享操作。
3.1 系統硬件配置
自動化控制系統由1 個控制器及2 個I/O 子站組成，其中電氣和儀表各為1 個子站；各子站采用ProfiBus DP 通信協議與AC 800F 控制器進行通信；控制器通過EI803F 以太網模塊與操作員站、工程師站以及其它控制系統進行通信。DCS 柜安裝在煤氣風機操作室，現場來的電纜先接入放在風機房配電室的端子柜，再由端子柜接至DCS 柜。
3.2 系統軟件配置
DCS 系統采用Contronll Buid F 9.1 編程軟件，運用LD 梯形邏輯控制及FBD 功能塊相結合的編程方式來實現對各設備的起停和保護，利用FBD 功能塊模擬量處理功能來完成模擬量的采集及處理。上位監控軟件采用服務器與客戶機二合一的DigVIS 監控軟件，運行在WINDOWSXP 平臺上，HMI登陸、退出、幫助按鈕，并賦予操作人員不同的操作級別。各類人員根據不同的權限進行不同的操作，操作人員權利較小，僅能對畫面進行瀏覽操作。
4 系統主要控制功能
4.1 輔助油泵控制功能
通過DCS 的模擬量采集模塊AI810，將現場采集來的4～20 mA 的模擬信號轉換成工程信號，DCS程序實時比較檢測的潤滑油壓瞬時量與設定值，通過運算比較，由數字量輸出模塊DO 810 控制潤滑油泵的起停。當潤滑油壓＜0.14 MPa 時，1（# 2#）油泵自動啟動；當鼓風機運行后20 s 油泵自動停止，改為軸流油泵自供油。
DCS 通過比較實時檢測的潤滑油油箱溫度與液位瞬時值與設定值，當潤滑油箱加熱器自動控制、且液位不低時，油箱溫度＜10 ℃，電接點溫度計接點接通，加熱器啟動；油箱溫度＞80 ℃，電接點溫度計接點斷開，加熱器停止。
4.2 盤車電機控制功能
盤車電機投入自動時，通過DCS 的數字量模塊DI810 及模擬量采集模塊AI810，分別將風機運行信號、轉速信號、油壓信號、軸承溫度信號、定子繞組溫度信號、振動信號、位移信號、開蓋保護信號等采集到控制系統中，在DCS 程序內部進行判斷。在風機停機狀態下，油壓不低于0.14 MPa、軸承溫度低于80 ℃、定子繞組溫度低于95 ℃、振動小于49 μm、位移＜±0.2 mm、開蓋保護信號未到的情況下，轉速信號小于300 r/s 時，程序輸出盤車電機運行命令，通過數量輸出模塊DO810，控制盤車電機運行。需要停機時，改為手動控制，進行停機操作控制。
4.3 吸力調節及安全運行功能
根據工藝情況，要求初冷器前煤氣壓力控制在-1.5 kPa，通過調整煤氣大循環管、小循環管閘閥開度進行煤氣量粗調，通過PID 控制煤氣鼓風機入口導葉開度進行精調，同時保證煤氣停機時，入口導葉必須關閉，從而保障設備安全。
主要回路調節有：2#和3#風機初冷器前煤氣壓力調節各1 個?？刂品绞絾位芈氛{節，通過PID 控制煤氣鼓風機入口導葉開度進行精調。因控制參數初冷前煤氣壓力為負壓，前導葉裝置控制的動作方式為：鼓風機導葉開度增大，初冷器前壓力減?。ㄎψ兇螅?；鼓風機導葉開度減小，初冷器前煤氣壓力增大（吸力減?。?，導葉開度調節目的是為了維持初冷前壓力在-1.2 kPa 左右。
為保證前導葉裝置在自動狀態不因吸力的異常波動導致焦爐放散或憋停風機的惡劣情況發生，在程序內對PID 參數進行優化設定，確保自動狀態下不出現導葉全開或全關的狀況。
為防止控制系統模塊故障導致前導向裝置指令信號丟失，而造成前導葉裝置關閉，焦爐短時放散的問題發生，設置前導葉裝置斷線監測功能，使導葉電動執行結構自動檢測控制指令信號，一旦檢測到指令信號丟失，導葉將保持在現有位置，以此實現控制系統故障狀態下的煤氣壓力保證。
4.4 連鎖保護功能
煤氣鼓風機連鎖保護功能由兩部分組成。1）開機保護功能，主要包括前導葉裝置關到位、潤滑油壓不低于0.14 MPa、潤滑油溫低于55 ℃、油箱液位許可（開關量）、軸承溫度低于80 ℃、定子繞組溫度低于95 ℃、主回路合閘允許（開關量）等。2）運行狀態下緊急停機保護功能，主要包括潤滑油壓低于0.1 MPa、軸承溫度高于100 ℃、定子繞組溫度高于130 ℃、振動大于72 μm、位移＞±0.4 mm、鼓風機入口煤氣溫度高于53 ℃等。
以上連鎖保護功能均通過DCS 的數字量模塊及模擬量采集模塊采集現場檢測儀表信號，在程序內部進行處理，并通過輸出模塊實現遠程控制。
5 結語
2#、3#焦爐鼓風機組現均已投產使用，整套系統穩定可靠?？刂乒δ軆灮倪M后，各檢測點準確有效，安全連鎖控制有效穩定運行，提高了關鍵崗位、關鍵設備的可靠性與穩定性，實現了初冷前煤氣吸力精準調節控制，在哪降低系統能耗同時有效減少焦爐煙塵泄漏。完善的安全保護功能有效預防焦爐放散環保事故，環境效益與社會效益突出。