富士變頻器、研華工控機在煉焦監控系統中的應用

　　摘要：本文介紹了使用工控機、富士變頻器來實現煉焦監控及煤氣輸送系統中的變頻調速的監控方案，分析了該系統的主要組成部分及特性。 　
　　關鍵詞：變頻器、PID控制、運行策略、組態軟件。　　
　　０ 引言
　　　　徐鋼焦化分廠煉焦監控及煤氣輸送系統要求兩個煉焦爐壓力最好在90正負30Pa，并且需要動態保存大量數據，以備分析。因兩個焦爐集氣管壓力由兩個氣動閥調節開度及總管壓力共同作用控制，總管壓力由富士變頻器調速控制,兩個焦爐集氣管與煤氣總管呈F型,若采用手動調節控制壓力和流量，不僅繁瑣，而且誤差較大，并造成能源浪費，系統老化加快。計算機技術的飛速發展，為工業自動化開辟了廣闊的發展空間，用戶可以方便快捷地組建優質高效的監控系統，并且通過采用遠程監控及診斷、雙機熱備等先進技術，使系統更加安全可靠，本系統采用工控機、變頻器和組態軟件等組成恒壓煉焦監控及煤氣輸送系統控制方案，實現了對系統的自動監控，達到了該系統的需要，并實現了良好的節能效果。 　　　　
　　1 技術方案
　　原系統總管壓力采用大循環系統控制，煤氣重復冷卻，冷卻系統的能力影響了焦爐的產量，現將總管壓力采用富士變頻器調節控制風機轉速，不僅提高了產量，而且節約了能源，在工控機與變頻器的連接方面原打算使用變頻器的485接口通過485－COM轉換模板，這樣可以監控變頻器更多的參數，可是在調試過程中，組態畫面中變頻器的狀態顯示總是不正常，而變頻器也常出現通訊中斷報警，估計是昆侖通態MCGS5.1的硬件驅動或協議不兼容所致，為了可靠選用了與氣動閥執行機構同樣的模式,使用模擬量I/O板與工控機連接。　　
　　2 硬件配置
　　系統采用１臺研華工控機、2塊AI模板（康拓-IPC5488），1塊AO模板（康拓-IPC5486D），１臺富士變頻器，氣動閥2個，壓力變送器３個，溫度變送器若干（因只作為監視用，就不作詳細介紹了）。監控軟件采用昆侖通態MCGS5.1。調節系統如圖１所示，電氣控制原理框圖如圖２所示。　　
　　3 連接　
　　　 研華工控機有6組PCI擴展槽。兩組通過康拓-IPC5488與AI轉換模板通訊，每塊AI模板可接入16路4~20MA模擬信號,用于壓力和氣動閥閥位，溫度及變頻器頻率反饋連接.一組通過康拓-IPC5486D與AO轉換模板通訊， 每塊AO模板可接出4路4~20MA模擬信號.用于閥位及變頻器速度給定。我們在MCGS中將其在設備管理窗口完成登記，添加到設備窗口并設置設備構件的基本屬性，最后 建立設備通道和實時數據庫之間的連接。
　　
　　

　　圖1調節系統組成

　　圖2電氣控制原理框圖

　　
　　
　　4 變頻器選擇及應用說明
　　因原風機流量采用大循環調節，在加煤及加氨階段大循環開度很小，要滿足風機在各中工況下，不同轉速的要求，需選用于電機功率相符的變頻器，目前，市場上變頻器種類很多，一般來說，國外產品其元件及性能應較好，因該廠以前使用過富士變頻器，對其參數比較熟悉，有一定的維護經驗，對以后的維護有利，最后選擇了日本富士G11－132KW變頻器。為保證系統的可靠性，變頻器采用工頻/變頻兩種工作方式，速度給定同樣使用上位機自動控制/現場手動控制兩種方式，風機主回路及變頻器接線圖如圖3所示
　　
　　

　　圖3 風機主回路及變頻器接線圖　
　　
　　5 程序設計
　　5．１ 人機界面
　　　　組態軟件采用昆侖通態公司MCGS5.5，系統共有“主界面”、“報警”、“報表”、“壓力曲線”、“自動控制”、“參數設定”7個界面。我們根據實際的工藝進行了以窗口為單位來構造用戶運行系統的圖形界面組態，并利用該軟件強大的圖庫，制作了精美的工藝模擬窗口．“主界面”用于模擬顯示現場狀態，“報警”界面用于顯示系統中報警，“報表”界面用于保存、打印報表，“壓力曲線”用于顯示系統實時、歷史壓力變化“自動控制”用柱狀指示顯示系統實時壓力變化，控制參數輸出計算值，“參數設置”用于設置、選擇系統參數。　　
　　 5.2 MCGS特性介紹
　　MCGS全中文工業自動化控制組態軟件（以下簡稱MCGS工控組態軟件或MCGS）為用戶建立全新的過程測控系統提供了一整套解決方案。MCGS工控組態軟件是一套32位工控組態軟件，可穩定運行于Windows95/98/NT操作系統，集動畫顯示、流程控制、數據采集、設備控制與輸出、網絡數據傳輸、雙機熱備、工程報表、數據與曲線等諸多強大功能于一身，并支持國內外眾多數據采集與輸出設備，廣泛應用于石油、電力、化工、鋼鐵、礦山、冶金、機械、紡織、航天、建筑、材料、制冷、交通、通訊、食品、制造與加工業、水處理、環保、智能樓宇、實驗室等多種工程領域。
　　　　　　　
　　5．3 ＰＩＤ控制及運行策略設計　
　　　　　昆侖通態提供了ＰＩＤ運算指令及運行策略的組態。使用時用運行策略來完成和實現對系統運行流程的自由控制，使系統能夠按照設定的順序和條件來操作實時數據庫、控制用戶窗口的顯示、關閉和設備構件的工作狀態，從而做到對對象工作過程的精確控制。因為現場工藝情況非常復雜，我們策略運行及ＰＩＤ相結合的方法，將壓力設為多個等級，每個等級使用不同的Ｐ值，這雖然增加了調試的難度，但是經過我們多次的調試，效果是可喜的，在焦爐加煤和噴氨時，兩個集氣管的壓力波動范圍大幅減小，即使超出范圍也能在很短的時間內恢復到正常值．現以1集氣管與1氣動閥開度控制策略為例，加以演示：
　　IF PV1>=60 AND PV1<120 THEN
　　 OP1自=OP1自0
　　ENDIF
　　 /1壓力在正常范圍內時/
　　IF PV1>=120 THEN
　　 IF PV1>PV1OLD THEN
　　 OP1自=OP1自0+G10*(PV1-SV1)
　　 ELSE
　　 OP1自=OP1自0+G1*(PV1-SV1+CC)
　　 ENDIF
　　ENDIF
　　
　　IF PV1<60 THEN
　　 IF PV1　　 OP1自=OP1自0+G10*(PV1-SV1)
　　 ELSE
　　 OP1自=OP1自0+G1*(PV1-SV1-CC)
　　 ENDIF
　　ENDIF
　　IF OP2自>=85 AND PV1A>=150 AND PV1AOLD>=150 AND PV1<=50 AND PV1OLD<=50 AND OP1自>16 THEN
　　 OP1自=OP1自-G2
　　ENDIF
　　 /開度在極限情況1/
　　IF OP2自<=15 AND PV1A<=50 AND PV1AOLD<=50 AND PV1>=150 AND PV1OLD>=150 AND OP1自<84 THEN
　　 OP1自=OP1自+G2
　　ENDIF
　　 /開度在極限情況2/
　　IF OP1自>=85 THEN
　　 OP1自=85
　　ENDIF
　　IF OP1自<=15 THEN
　　 OP1自=15
　　ENDIF
　　/閥位開度限制/　　
　　6 結論 　　
　　本系統采用昆侖通態配合研華工控,富士變頻器來實現煉焦監控及煤氣輸送系統中的變頻調速的監控方案，以研華工控機為核心，通過昆侖通態與氣動閥、變頻器連接實現系統的恒壓穩定控制，并在工控機上實時模擬顯示系統的狀態及各種相關數據。系統運行結果表明，該監控系統控制靈活方便，穩定可靠,節約能源，滿足了實驗系統的要求。 　　　
　　　　參考文獻
　　1《富士變頻器使用手冊》
　　2《MCGS工控組態軟件使用手冊》