高炉鼓风机自动控制系统
[摘要]简要介绍了鼓风机自动控制的应用，经典控制方法与程序设计相结合，提高控制的可靠性。

[关键词]喘振自动控制调节
高炉鼓风机在炼铁生产中是一重要的子系统，该系统控制的好坏直接影响到送风的质量，从而关系到高炉生铁的产量和能耗。

一、系统介绍及主要设计参数
武钢7#高炉鼓风机设计使用的是MAN TURBO公司的A V90-15机组。

该机组由10KV ABB同步电机通过增速齿轮箱带动轴流鼓风机。

该机组还有如下的辅助系统：润滑油和控制油单元，动力油单元，顶轴单元，盘车单元，进气过滤器单元等。

主要设计参数如表1-1：
二、自动控制系统构成
TURBOLOG DSP BASIC/4为主控制器站，采集处理所有I/O信号。

TURBOLOG PROTECT中的COMPACT/M3为冗余喘振监测（逆流保护）系统，并带有VOTER CARD REL2002（紧急停机保护选择系统）和喘振计数器，使用TURWIN可进行编程和强制调试。

TURBOLOG DSP PROVISET为支持人机界面的计算机系统，提供实时监控、趋势记录、通讯功能。

风机监控系统使用BENTLY NEV ADA 3600 。

建有一个操作站和一个工程师站。

三、系统控制功能及原理
整个机组的控制系统有以下几大部分：连续控制、逻辑控制及操作监视管理等。

连续控制功能有送风流量/压力调节系统、风机防喘振调节系统。

逻辑控制系统有机组启动步骤联锁系统、逆流保护系统、重故障紧急停机联锁系统、供辅设施控制系统、送风与拨风控制系统等。

整个机组的起停运行使用的是顺控程序，程序方框图如图3-1：
（一）重故障紧急停机联锁控制
为保障机组的安全运行，设有相应的停机联锁保护，如果满足其中一个条件，就要进行联锁保护停机。

这些条件为：（1）按下急停按钮，（2）风机轴位移过大（+/-0.6MM），（3）持续逆流，（4）润滑油压力过低（低于0.8bar），（5）主电机
跳闸。

（二）防喘振控制
1．控制原理
轴流风机运行在不同的风压时，都有严格的吸入风量限制范围，低于该限则发生喘振。

喘振时出风压力和流量急速地升降，会听到喘气般的声音，风机的空气温度会急速上升，所以应绝对避免风机在喘振区工作。

通过控制防喘阀，防喘振控制系统使风机的操作点始终保持在稳定范围内，不受过程流量和压力的约束。

防喘控制是独立的，但它的功能在某些过程会受到限制。

如在机组启动和停止时防喘阀是处在故障安全位全开位的。

如图3-2所示，是风机的特性曲线，即风机进风压力与排风压力比POUT/PIN 与进风体积流量QIN的关系曲线。

1-6号曲线对应与不同的静叶角度，每条曲线都有一个最高点，而连接最高点的虚线即是风机的喘振线。

喘振线的是通过对风机做喘振试验，实测出风机4种进入喘振状态下的进风压力PIN、排风压力POUT、进风温度TIN、喉部压差△PIN等参数，根据它们的函数关系得到的。

为防止风机进入喘振工况区，确保风机安全运行，将防喘线平行下移3%、6.4%、9.72%得到三条同样形状的曲线作为防喘振调节系统的安全运行线、喘振预报线、防喘线。

其安全运行线的方程近似为：
POUT/PIN=a+bQ2IN/TIN
QIN进风流量，a b风机系数
QIN2=K2△PIN/? ?PINM/zRTIN
K比例系数，M气体分子量，z气体压缩因子，R气体常数
△PIN=r(POUT-aPIN)/bK2，r=M/zR为常数
只有当△PIN=r(POUT-aPIN)/bK2时，风机才不会喘振。

2．控制方法
系统的工作原理是：风机喉部压差△PIN、进风压力PIN、排风压力POUT、进风温度TIN的PV值，经测量变送后送入折线函数单元FX，作为防喘调节系统的输入，系统按防喘线的函数关系计算后得出给定值SP，与排气压力POUT 的PV值比较，当PV值达到报警值时，系统发出报警信号；当PV值达到或超过放空值时，防喘振调节系统起调节作用，经PID计算后得到相应的值，控制放风阀的开度，使放风阀打开，工况点重新回到放空线以下运行；若放空
阀开启仍不能使工况点回到放空线以下，工况继续恶化，当PV值达到紧急放风值时，计算机输出信号使电动放风阀快速开启，实行紧急放风.系统流程如图3-3。

由于放风量变化范围大，而且要求动作快，设置了主、副放风阀。

副放风阀采用快速反应的小型阀，以求防风的平稳，只有在紧急状态时才启动主放风阀。

这应实行分程控制，分程的取值范围，视工艺要求而定。

3．逆流保护
逆流是风机喘振的前兆，逆流保护可作为防喘控制的一项附属保护措施。

当喘振发生且超过了防喘调节器的范围，逆流保护控制逻辑将调节风机防止喘振状态的进一步升级。

在机组启动完毕，并且静叶已经打开到一定角度，机组已处于正常工作状态时，风机喉部压差如果小于1.5kPa，逻辑系统立即产生喘振报警，若再持续3s时间后信号仍未消失，系统在逆流报警的同时，进行逆流保护，机组自动进入安全运行状态，安全运行结果是：（1）放风阀快速全开，（2）静叶退回最小角，使风量减少，风压降低，（3）逆止阀强行关闭.若再持续6s时间内逆
流信号仍未消失，则逻辑系统在摮中媪鲾紧急报警的同时，联锁紧急停机。

（三）送风流量/压力控制
风机的送风流量和压力由过程负荷决定。

正常情况下，过程量的大小是通过改变由伺服阀控制的静叶角度来调节的。

通过选择目标风量，系统可不依据过程负荷自动调节静叶角度，以达到目标风量。

正常生产时，高炉要求定风量控制，以保证炉内平衡。

当热风炉换炉或高炉人工坐料时，需要比平时更多的风量。

为了补偿增加的流量（由于管路负荷的下降），流量控制自动切换到定风压控制，系统增加静叶角度来补偿压力损失。

过程完毕，系统自动返回到流量控制，静叶角度也降低到先前的初始流量设定点。

风量调节的工作原理是：进风管温度、压力和进风压差经补正计算后得出实际风量值PV与目标风量值SP进行比较，经PID计算后得到相应的值，输出给伺服阀，控制静叶角度的改变。

风压调节与流量调节的工作原理相同，直接采集风压值PV与目标风压值SP进行偏差计算，经PID运算进行调节。

为了保证两控制方式之间的无扰动切换，在系统中设置输出跟踪功能，使处于非工作状态的控制器输出跟踪工作状态的输出，即在进行风量控制时，风压的输出值跟踪定风量的值，反之亦然。

该计算机控制系统保证了机组的稳定高效运转，同时保证了紧急情况下高炉的生产。

参考文献：
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[3]马竹梧等，炼铁生产自动化技术.第1版.北京：冶金工业出版社.2005.8：92-98
注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。