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，是擴大不銹鋼生產能力、發展民族工業、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；由于生產線工況不穩而造成用量大幅度頻繁波動；同時由于氣源管網方面的狀況較差，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，僅靠儀表調節產生震蕩、用人工調節措手不及；經常出現長時間的低壓，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。不穩的氣源、多變的用戶，使處于中間環節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質量的關鍵。原設計的儀表調節系統根本無法滿足生產要求。

　　太鋼于1999年6月成立了項目攻關組，經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，實現了混合煤氣熱值、加壓機后壓力雙穩定的目標，確保了不銹鋼的正常生產，節能效益非常可觀。

　　1 系統概要

　　改造后的系統構成復雜，僅調節閥就有九個，此外還要增加變頻器，由計算機控制切換調節三臺風機轉速；增加熱值儀，串級調節高焦配比。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。S7-300PLC可編程控制器作為下位來實現所有信號的采集、運算、調節，其特點是：模塊化、無排風結構、易于實現分布、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

　　本系統含四個調節回路：

　　2.1 熱值調節

　　熱值是用戶氣源的主要質量指標之一。

　　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、交叉限幅調節系統。以熱值調節為主環，焦爐煤氣流量調節為副環，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節器輸出信號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節器的調節量不至于過大，從而使高焦配比值在小范圍內波動；二則使主環調節器不至于產生調節飽和，加快了滯后較大的主環的動態響應，改善了系統的調節品質。

　　對熱值儀信號故障也有保護性，在實際的運行中，我們發現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，也不可能把熱值調至“正常”，但此時熱值調節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節器的設定值，從而使焦爐煤氣流量調節閥被約束在了一定的閥位，最終使混合煤氣熱值波動穩定在一定范圍內。

　　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節器，二閥閥位更加混亂,當系統工況變化較大時，其中一閥就會成為調節的“瓶頸”；若采用雙調節器進行調節，二閥各自進行動作，雖能使系統在某一閥位組合狀態下穩定，但有可能造成二閥閥位相差太大，同樣可導致“瓶頸”的現象。
　　對此采用單臺調節器串調雙閥的控制方案，即在計算機中設置一臺軟調節器，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，將兩手操器內的死區設置的有所差別，當調節器輸出要求的閥位信號與實際閥位反饋信號出現偏差時，死區小的手操器（電動調節閥）首先動作，若偏差不大時，就能糾正過來；當調節量不夠時，偏差增大，死區大的手操器（電動調節閥）也動作，加大調節力度，使系統迅速回到穩定狀態上。當系統出現較大偏差時，常會出現同時超出二者死區范圍的現象，則二閥一同動作，使偏差迅速減小到一定范圍，此時大死區的電動調節閥停止動作，剩余的小偏差靠死區小的調節閥來進一步精調到位。

　　總之，本控制思想避免了上述兩種調節方法的弊端，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，既提高了調節品質，又減少了工人勞動強度。

2.2 混壓調節
　　混壓調節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，混壓調節不好，則熱值調節、加壓機后壓力調節都無從談起。

　　2.2.1 “水漲船高”調混壓

　　本回路為一串級隨動調節系統。在控制回路中建立數學模型，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節的干擾。混壓調節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，也采用了一臺軟調節器控制兩臺電動調節閥的方式，減少對機后出口壓力調節的干擾。

　　2.3 加壓機后壓力（變頻）調節

　　加壓機后壓力是用戶氣源的主要質量指標之二。

　　本回路為一定值單回路調節系統。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速，以“變”求“穩”。

　　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、用戶正常生產的兩道防線。