TRICON系统在马钢高炉风机控制的应用(正)

1、TRICONEX三重化系统在高炉风机控制中的应用吕秀荣 中国安徽马鞍山钢铁集团有限公司【摘要】：介绍了TRICONEX三重化系统的特点，在压缩机控制中实现的功能，在生应用中体现出来的优势。实践证明，TRICONEX控制系统软件功能丰富、硬件性能安全可靠，先进的控制策略，完全满足高炉生产的要求，比较适合大型高炉风机及压缩机组综合控制。关键词：三重冗余、定风压、定风量、喘振、高炉风机控制0引言在钢铁行业的生产过程中，炼铁是整个生产链中较为重要的一个工艺环节，随着冶金自动化水平的不断提高，使各个工艺之间更加紧密的联系在一起，炼铁、炼钢、轧钢等连续不间断生产成为钢铁企业对炼铁厂评估的重要的指标，高炉鼓

2、风机作为高炉系统中最重要的动力设备。它不但直接提供高炉冶炼所需的氧气，而且提供克服高炉料柱阻力所需的气体动力。风机出现故障不仅仅会影响高炉本体，还要影响到整个钢铁工艺的其它环节，它的事故停机损失用数字是无法衡量的，所以高炉风机控制之重要性不言而喻。1 大型钢铁企业高炉风机的配备形式及要求：11高炉风机装置机组配备形式目前国内外高炉鼓风机组主要的配备形式有两种，一是蒸汽透平（汽轮机）驱动轴流风机（图），另一种由电动机驱动轴流风机（图）。两种驱动方式各有优势，汽轮机拖动的主设备有锅炉、汽机及风机，相对初期投入成本略高，锅炉与汽机的调速控制相对复杂，人力投入相对较多，但由于蒸汽成本较低，长周期运营能

3、耗较低，故汽轮机驱动风机的方案早期被广大用户所认可；随着电力行业的大力发展，以及企业自备电厂的不断新建，电机驱动风机方案不断得到应用，电机驱动的主设备为电机、风机+（变频启动），相对汽机拖动而言，初期投入及未来维护成本略低，控制方案相对简单，但耗电量较大，运营成本较高，随着变频技术及电力事业的不断发展壮大，目前越来越多的改扩建项目采用了后者电拖的方案。当然冶金用户会根据自己企业的发展特点及具体工况要求选择不同的机组类型及配备方式。汽机驱动轴流风机方案示意图电机驱动轴流风机方案示意图（图）压缩机齿轮箱主电机压缩机汽轮机12高炉风机配备形式及TRICONEX控制系统在马钢使用情况马钢于2003年和

4、2004年新上一座2500m3高炉、一座1000 m3高炉，配套上了两套TRICONEX风机控制系统，从三年来现场运行的情况看，防喘反应速度快（约50MS左右，显示为45MS），性能稳定、可靠性高，后期维护方便、成本较低。在2007年对老风机控制系统改造时，将老控制系统改为TRICONEX控制系统。风机由同步电机托动，TRICONEX控制系统主要实现轴流风机主/辅系统的连锁保护、数据采集、数据处理、送风风量风压控制、防喘振控制、电机轴系监测等综合控制。2500m3高炉是三台AV80风机供两座高炉，两用一备。（一套2004年安装并投入使用TRICONEX控制系统；一套2007年老系统改造为TRI

5、CONEX控制系统；一台未改造老控制系统（即将改造）1000 m3高炉是一座高炉由一台AV56风机供风，控制系统运行近5年来，完全满足供风条件，没有因为控制系统故障而导致停机断风，综合性能稳定。综合看马钢三套TRICONEX运行历史近5年时间，其体现的综合性能较高，安全可靠性及可维护性都体现出较大优势。2TRICONEX系统特点简介系统的最大特点是系统主处理器、系统总线、I/O模件均为三重化冗余结构，每个I/O模件内有三个独立的电路，输入模件中每个分电路读入过程数据并将此信息送到各个主处理器。每扫描一次，三个主处理器通过三总线（TRIBUS）与其相邻的两个主处理器进行通讯，达到同步。三总线对数

6、字输入数据进行表决，对输出信号进行比较，把模拟输入输入数据复制并送到各主处理器，主处理器执行各种算法，算出输出值，并送到各输出模件。输出数据的表决在输出模件中完成，信号通过输出表决排除错误信息，系统不论是其硬件故障或内部外部导致的瞬间故障出现时，都能做到无差错，不会中断控制，做到真正的冗余冗错控制。其结构图下：3硬件配置及使用的软件31硬件配置硬件配置优势是主机架及扩展机架各有2块电源模件，主机架中有三个执行同一程序的主处理器。硬件配置图如下：POWERPOWERMAIN PROCESSORMAIN PROCESSORMAIN PROCESSOREICMNCMNCMPOWERPOWERPOWE

7、RPOWERBENTLY350032软件321组态编程软件：TriStation1131。有三种编程语言，即：功能块图表语言(FBD)、梯形图语言（LD）、结构化文本（ST）。使用灵活方便，易掌握 。可以在离线状态下对程序进行调试，调试完毕，下装前通过“与最后一次下装比较”指令，可以清楚地看到修改过的内容。在不影响机组运行的情况下对程序进行修改下装。还可实现在线诊断，检测TRICON硬件的运行状态。322事件记录软件即SOE软件。可以收集记录程序中BOOL量的动作状态，当机组出现故障时，通过对SOE记录的事件及画面模拟量历史记录曲线，可非常有效地解决各种问题，解释运行过程中异常现象等。323画

8、面软件：Wonderware InTouch实现对设备的操作、过程监控、过程报警、历史趋势记录等功能。324动态数据交换软件即DDE软件：实现上位机与下位机通讯的协议。4实现的控制功能41主要程序组成l 辅助系统的控制程序：包括1、2动力油、润滑油辅助油泵、顶轴油泵、盘车机构、送风阀、快速减压阀等系统的控制；l 逆流保护程序：分三个阶段a).报警及喘振计数；b).进入安全运行。防喘振阀强制打开、逆止阀关闭、静叶退到最小工作角；c).跳机；l 机组联锁保护程序：机组启动、紧急停机、报警等；l 高炉联系信号程序；l 机组振动、位移数据检测、连锁报警程序：通过TRICONEX主机架中的智能通讯模件E

9、ICM将BENTLY3500系统检测的数据，通过MODBUS协议使用软件包内的“读双整型数据”功能块将振动、位移数据读入，参与机组控制及画面显示、报警等。l 风机风量/风压控制程序；l 风机防喘振控制程序。42风机风量/风压控制、防喘振控制介绍风机风量/风压控制、防喘振控制是风机控制系统的核心部分，下面主要对这三个控制系统进行。421风机风量/风压控制风量、风压是压缩机送风的重要指标，是高炉稳产高产的重要条件。高炉风量有两种控制方式，即定风量/定风压控制。根据高炉的工艺要求，选为定风量或定压力工作方式。定风量/定风压采用两个控制器低选输出作为伺服控制器的设定值，与静叶位置反馈比较，根据控制器输

10、出值的大小，通过静叶伺服机构调节静叶角度的大小。控制器实现手/自动无扰动切换。当机组满足自动操作条件后，将流调节器投到自动状态，可以根据工艺需要设定和调整流量的设定值。实现定流量的自动调节。在机组正常运行过程中，如果出现防喘振阀动作、出口差压变送器、压力变送器、温度转换器故障等，则机组控制系统自动将定风量调节切换为手动。避免机组由于自动运行造成静叶动作，导致送风风量风压波动，影响高炉的安全生产。热风炉换炉时实现自动冲风。调节器在自动运行时，收到高炉冲风信号后，设定值自动增加15的风量，直至充风信号消失。422防喘振控制 TRICON-TS3000控制系统响应速度快，安全性高，能以最少的放空量或

11、回流量防止机组的喘振，减少对工艺的干扰和能源的消耗。主要功能是：FTUICPTPTFYTTTTPTPICSICST入口流量 (hx)当前工作点跟踪设定设定点控制线喘振线PD/PSl 通用防喘振线计算模块消除了分子量变化的影响l 温度、压力补偿功能l 任意折线函数功能l 防止积分饱和功能l 在喘振控制线附近进行控制l 根据需要可以设置喘振控制快开线l 对快速扰动进行超前控制l 最低负荷启车和停车的功能l 死区设定实现稳定性l 安全裕度（Margin）重校功能l 可变增益控制l 喘振预报功能 l 分程控制功能l 快开慢关功能压缩机喘振不仅造成出口风量、风压大幅度波动影响高炉生产，对机组本身的危害非

12、常大。机组各部件由于喘振承受过高的动应力，加速轴承、轴瓦的机械磨损。如果压缩机连续发生喘振产生高温，造成压缩机零部件烧毁变形。因此喘振控制不论对高炉的生产还是对压缩机本身的安全都非常重要。机组在正常运行过程中，两个防喘振阀处于全关状态。当机组发生喘振时，工作点左移，自动打开防喘振阀。打开过程比关闭过程要快，即快开慢关。发生喘振时，能快速做出反映，保护机组安全；关闭防喘振阀时，过程较慢，避免关闭过快产生气流振荡发生喘振。防喘振阀的自动动作是根据偏差的大小来控制的。风机的喉部差压经入口温度补正，通过功能块LINIT11处理后的输出作为设定值，出口压力作为实际值，设定值实际值作为偏差，当偏差为负自动

13、打开防喘振阀。偏差大于等于零后停止动作。值得一提的是，机组的防喘控制速度达到了45MS，反应迅速。43机组的启动条件及连锁控制：431启机控制：设置启动条件联锁控制系统的目的就是为了保证机组安全正常的开机。当下列条件全部满足后，系统发出“允许启动”的信号，否则开机操作无效。启机条件：润滑油油温度油压力正常动力油压力及调节油压力正常顶升油泵运行主汽门关调节门关试验开关复位逆止阀关放空阀全开静叶闭锁存储器复位启动待命  432紧急停车控制        紧急停机控制程序在机组运行过程中，若发生下列任一事故均为

14、机组重故障，为了防止事故进一步扩大和保证整个机组的安全，必须紧急停机：润滑油压力过低（三取二表决）手动紧急停机（来自电控盘）软键手动紧急停机风机轴位移过大持续逆流主电机事故停机 433逆流保护及安全运行的控制    逆流是轴流压缩机最危险的工况。造成逆流的原因有两个方面： （1）工艺系统事故使系统的压力骤升，造成气流向轴流压缩机倒流。 （2）喘振状态的进一步发展。轴流压缩机进入喘振工况，若不及时排除，由于工艺系统和管网的容量很大，就会产生持续逆流。 由于出口压力高，压缩机气体不能畅通输出，则旋转机械能将其转化为热能使叶片膨胀，造成动叶与静叶的相

15、碰而损坏轴流压缩机。因此，我们说防止逆流的根本措施是加强防喘振控制，阻止喘振状态的进一步升级，其二是防止出口气体的倒流。 逆流保护是通过逻辑控制系统和防喘振系统的密切联系，来达到预期的目的的。逻辑系统根据喘振的强弱、持续时间的长短，进行综合判断处理，大致可以分为三个阶段，实施不同的措施。 A 、靠防喘振控制系统的调节来消除喘振工况。 B 、通过安全运行程序来消除逆流工况。 C 、在迫不得已的情况下实施自动联锁停机程序。5三重化控制系统与传统控制系统的综合对比随着TRICONEX控制系统的投入实用，带来了新的控制理念和策略，简要总结如下：l 综合对比：原来PLC只能实现控制风机辅助系统、机组启动

16、、停止、连锁保护的功能；风机的重要控制系统风量、风压控制系统和防喘振控制系统，由三台智能调节器控制。TRICONEX系统完全在程序内实现控制功能，操作员通过画面操作。减少了硬件连接，避免了调节器元件损坏、老化等带来的故障，降低了故障的机率。l 人机接口的使用：改变了由操作台通过按钮控制机组的主/辅系统。减少了许多DI、DO点、盘面指示灯、显示仪表，即节省了DI、DO模件、指示灯、显示仪表，又减少了备品、备件及日常维护量；还可通过历史记录曲线及SOE所收集的开关量动作情况，分析运行中的各种异常现象，可以快速准确的找到故障原因，缩短处理故障时间。达到减少停机时间及提高送风量的效果。l 非常高的可靠

17、性：由于主机架和扩展机架分别有两块电源模件，每一机架上的模件分别由两路电源供电，一路由UPS供电，另一路直接来自供电网络。系统运行过程中，即使有一块电源模件出现故障或有一路电源失电仍可保证机组正常运行。主机架中还有三个执行同一程序的主处理器模件，在一个、两个、三个主处理器的情况下都能正常运行。也就是说只要有任意一个主处理器正常，就可保证系统的正常运行。l 生产的连续性：由于系统支持热备及热插拔功能，当主模件发生故障，热备模件立即投入使用；如果机架上没有热备模件，可在线更换模件。将备件插入与故障模件相邻的逻辑槽位，当控制状态切换到更换的模件后，将故障模件拔出，不影响机组运行，真正达到快速无扰动切换，最大限度保证生产的连续性