张述洪，卞新亮，孙华玉，刘成汇
（山钢股份济南分公司，山东济南250101）
摘要：焦炉煤气鼓风机组自动控制系统采用ABB AC 800F DCS 控制系统，主要完成鼓风机组电气控制、控制逻辑，可实现鼓风机组辅助油泵控制、盘车电机控制、吸力调节及安全运行和连锁保护等功能。优化改进后，各检测点准确有效，安全连锁控制有效稳定运行，满足鼓风机设备的控制要求。
关键词：煤气鼓风机；控制系统；连锁控制；自动调节
1 前言
山钢股份济南分公司化工厂煤气鼓风机是焦炉生产的心脏设施，它肩负着焦炉煤气处理的重要任务。由于焦炉系统为连续生产，要求其配套设施必须先进、可靠、稳定，以确保焦炉及化产系统的安全生产。目前一系统化产2#、3#煤气鼓风机是德国西门子公司的SL7.0a 型单级离心式煤气风机，控制系统使用的是ABB 公司的AC 800F 集散控制系统，随着3#、4#焦炉停产，煤气发生量从8 万m3降为5 万m3，煤气鼓风机从原来开2 台优化为1 台，因此，煤气鼓风机控制需要进一步优化改进。
2 工艺系统简介
本鼓风机组包括离心式通风机、变速箱、电动机三大部分。辅助系统有辅助油泵、盘车电机、前导叶装置等。在各连锁条件满足的情况下风机采用直接启动方式，当转速达到额定转速时，通过控制前导叶装置调节风机入口导叶开度，以保障焦炉生产要求的初冷前煤气压力保持在-1.2 kPa。
润滑油系统是当风机要正常运转时，为整台机组各轴系提供润滑用油。盘车电机在风机停时，驱动转轴，维持传动系统轴的平衡。前导叶装置通过控制机构驱动伺服马达运转来调节风机入口导叶开度，以达到调节风机吸力的目的。
3 控制系统组成
焦炉煤气鼓风机组自动控制系统采用ABB AC800F DCS 控制系统，其中主要完成系统的电气控制、控制逻辑的实现，各控制参数均通过I/O 模块进行采集；设备的集中监视与操作通过HMI 上的VIS画面进行，两台HMI 互为备用，共享操作。
3.1 系统硬件配置
自动化控制系统由1 个控制器及2 个I/O 子站组成，其中电气和仪表各为1 个子站；各子站采用ProfiBus DP 通信协议与AC 800F 控制器进行通信；控制器通过EI803F 以太网模块与操作员站、工程师站以及其它控制系统进行通信。DCS 柜安装在煤气风机操作室，现场来的电缆先接入放在风机房配电室的端子柜，再由端子柜接至DCS 柜。
3.2 系统软件配置
DCS 系统采用Contronll Buid F 9.1 编程软件，运用LD 梯形逻辑控制及FBD 功能块相结合的编程方式来实现对各设备的起停和保护，利用FBD 功能块模拟量处理功能来完成模拟量的采集及处理。上位监控软件采用服务器与客户机二合一的DigVIS 监控软件，运行在WINDOWSXP 平台上，HMI登陆、退出、帮助按钮，并赋予操作人员不同的操作级别。各类人员根据不同的权限进行不同的操作，操作人员权利较小，仅能对画面进行浏览操作。
4 系统主要控制功能
4.1 辅助油泵控制功能
通过DCS 的模拟量采集模块AI810，将现场采集来的4～20 mA 的模拟信号转换成工程信号，DCS程序实时比较检测的润滑油压瞬时量与设定值，通过运算比较，由数字量输出模块DO 810 控制润滑油泵的起停。当润滑油压＜0.14 MPa 时，1（# 2#）油泵自动启动；当鼓风机运行后20 s 油泵自动停止，改为轴流油泵自供油。
DCS 通过比较实时检测的润滑油油箱温度与液位瞬时值与设定值，当润滑油箱加热器自动控制、且液位不低时，油箱温度＜10 ℃，电接点温度计接点接通，加热器启动；油箱温度＞80 ℃，电接点温度计接点断开，加热器停止。
4.2 盘车电机控制功能
盘车电机投入自动时，通过DCS 的数字量模块DI810 及模拟量采集模块AI810，分别将风机运行信号、转速信号、油压信号、轴承温度信号、定子绕组温度信号、振动信号、位移信号、开盖保护信号等采集到控制系统中，在DCS 程序内部进行判断。在风机停机状态下，油压不低于0.14 MPa、轴承温度低于80 ℃、定子绕组温度低于95 ℃、振动小于49 μm、位移＜±0.2 mm、开盖保护信号未到的情况下，转速信号小于300 r/s 时，程序输出盘车电机运行命令，通过数量输出模块DO810，控制盘车电机运行。需要停机时，改为手动控制，进行停机操作控制。
4.3 吸力调节及安全运行功能
根据工艺情况，要求初冷器前煤气压力控制在-1.5 kPa，通过调整煤气大循环管、小循环管闸阀开度进行煤气量粗调，通过PID 控制煤气鼓风机入口导叶开度进行精调，同时保证煤气停机时，入口导叶必须关闭，从而保障设备安全。
主要回路调节有：2#和3#风机初冷器前煤气压力调节各1 个。控制方式单回路调节，通过PID 控制煤气鼓风机入口导叶开度进行精调。因控制参数初冷前煤气压力为负压，前导叶装置控制的动作方式为：鼓风机导叶开度增大，初冷器前压力减小（吸力变大）；鼓风机导叶开度减小，初冷器前煤气压力增大（吸力减小），导叶开度调节目的是为了维持初冷前压力在-1.2 kPa 左右。
为保证前导叶装置在自动状态不因吸力的异常波动导致焦炉放散或憋停风机的恶劣情况发生，在程序内对PID 参数进行优化设定，确保自动状态下不出现导叶全开或全关的状况。
为防止控制系统模块故障导致前导向装置指令信号丢失，而造成前导叶装置关闭，焦炉短时放散的问题发生，设置前导叶装置断线监测功能，使导叶电动执行结构自动检测控制指令信号，一旦检测到指令信号丢失，导叶将保持在现有位置，以此实现控制系统故障状态下的煤气压力保证。
4.4 连锁保护功能
煤气鼓风机连锁保护功能由两部分组成。1）开机保护功能，主要包括前导叶装置关到位、润滑油压不低于0.14 MPa、润滑油温低于55 ℃、油箱液位许可（开关量）、轴承温度低于80 ℃、定子绕组温度低于95 ℃、主回路合闸允许（开关量）等。2）运行状态下紧急停机保护功能，主要包括润滑油压低于0.1 MPa、轴承温度高于100 ℃、定子绕组温度高于130 ℃、振动大于72 μm、位移＞±0.4 mm、鼓风机入口煤气温度高于53 ℃等。
以上连锁保护功能均通过DCS 的数字量模块及模拟量采集模块采集现场检测仪表信号，在程序内部进行处理，并通过输出模块实现远程控制。
5 结语
2#、3#焦炉鼓风机组现均已投产使用，整套系统稳定可靠。控制功能优化改进后，各检测点准确有效，安全连锁控制有效稳定运行，提高了关键岗位、关键设备的可靠性与稳定性，实现了初冷前煤气吸力精准调节控制，在哪降低系统能耗同时有效减少焦炉烟尘泄漏。完善的安全保护功能有效预防焦炉放散环保事故，环境效益与社会效益突出。