比肖夫通信故障造成顶压波动案例分析

王永康 房 戈

（安阳钢铁公司，河南 安阳 455004）

随着高炉大型化、高压化发展的趋势，传统的煤气清洗工艺已经不能满足生产需求。在1969年前西德比肖夫（Bischoff）公司成功开发的一种具有控制高炉炉顶压力功能，先进、可靠、有效的煤气清洗系统。

从高炉重力煤气除尘器出来的粗煤气进入比肖夫清洗装置，经预洗涤器进行一次水喷淋清洗，洗掉了较粗颗粒的煤气，产生半净煤气。然后经环缝洗涤器接受二次喷淋清洗、除湿，最后煤气流出比肖夫清洗装置，整个清洗过程完成。

环缝装置是比肖夫清洗装置的主要设备，也是炉顶顶压调节执行机构。当环缝装置移动时，就改变了环缝装置与煤气通道的接触面积，从而改变了高炉煤气的流通量，也就改变了高炉炉顶压力。它不仅调节了高炉的炉顶压力，同时也调节了煤气清洗的洗涤效果。所以环缝装置不仅要调节高炉炉顶压力，还要调节环缝装置的差压，既要保证炉顶压力，还要保证煤气洗涤质量，在高炉生产中至关重要。

安钢2800高炉于2007年建成投产，采用比肖夫装置控制炉顶压力，同时配有TRT发电装置。

1 控制系统

安钢2800m3高炉于2007年投产，整个高炉自动控制系统硬件上采用施耐德昆腾系列PLC，软件上采用Unity2.3编程软件及Citect6.0组态软件，网络采用千兆级光纤以太网，将高炉生产区域PLC、上位机连接起来，组成了稳定、可靠的工业环网。

以下介绍比肖夫的控制方式，通过两个PLC完成对环缝装置的操作。

一个PLC是本体PLC，在本体PLC中，写有对环缝锥开度的PID控制程序，如图1所示。

在程序中通过顶压设定值（SP）与顶压实际值（PV）的比较，经PID运算输出锥开度对环缝锥开度进行定位调节，以控制锥开度行程。当顶压上升时，PID输出值增大，环缝装置锥开度加大，此时，煤气流量增大，使得炉顶压力随之降低；反之，煤气压力减小时，PID输出值减小，环缝装置锥开度减小，此时煤气流量减小，使得炉顶压力随之增大，使炉顶压力保持在稳定的设定值上，形成PID闭环控制。

另一个PLC是比肖夫煤气清洗装置的PLC，这个PLC中接受到来自本体PLC锥开度的数据后，通过4～20mA输出模板控制环缝锥开度装置的执行机构。

简言之，一个 PLC负责发控制命令，另一个PLC负责执行命令，这也是这座高炉比肖夫装置控制的特点。

图1 PID控制程序

2 故障现象

在正常生产过程中环缝锥开度突然没有数据，显示“#COM”，高炉压力的“测量值”有数据显示，如图2所示。 故障持续几秒钟时间马上恢复正常，如此反复没有规律。此时高炉顶压在故障发生后出现波动，正常顶压在210kPa，在故障时顶压最高到251kPa，最低到190kPa，上下波动50kPa左右，对高炉生产造成了不良影响。

图2 环缝截图

3 故障原因及解决方案

3.1 故障分析

经过现场询问操作人员及观察，当环缝出现故障显示“#COM”时，HMI画面中环缝的开度值不显示，但是在本体PLC程序中环缝调节的输出值由30度一直减小到0；此时环缝调节均为自动调节。而且同时发现，当环缝出现故障显示“#COM”时，HMI上其他画面的参数均能正常显示，没有出现“#COM”现象。由此分析故障是网络中断造成，但不是所有网络中断，是网络中有某个中断造成这种现象。

在HMI画面Citect通讯配置中，一共连接了本体、炉顶、热风炉、煤气清洗四套PLC系统，通讯故障时仅仅是煤气清洗PLC的数据全为“#COM”，其他三套PLC数据正常。

以上可以判断通讯问题出在两个PLC之间，本体PLC和比肖夫PLC。

3.2 顶压波动原因

在故障时，顶压设定值（SP）大于顶压实际值（PV）时，PLC程序中PID输出增大，即环缝锥开度要变大，此时由于两个PLC之间的网络问题通信中断，本体PLC中锥开度AG1_MV的输出值不能传送给比肖夫PLC，环缝锥开度的执行机构不动作，环缝保持原有开度不变。这时，由于顶压设定值（SP）一直大于顶压实际值（PV），所以在很短的时间内环缝的开度PID输出值变为 100%，因为在PID调节过程中，阀门没有响应，所以开度值一直增大，直到阀门全开为止。

当通信恢复正常，本体PLC中锥开度的PID输出值AG1_MV为100%全开状态，通过光纤环网将开度值送给比肖夫PLC，比肖夫PLC控制环缝执行机构动作，此时输出模板输出电流为最大值20mA，所以执行机构将环缝全开，环缝煤气流增大，使得炉顶压力随之降低，这就造成了炉顶压力突然减小的情况。

反之情况亦然，顶压设定值（SP）小于顶压实际值（PV）时会造成环缝开度为 0，顶压随之增大的情况。

以上情况分析可以将这次通信故障造成炉顶压力波动分为三个阶段。

1）开始通信故障时，仅仅是锥开度没有显示，但是这时的环缝锥开度没有动作，保持原来开度值，炉顶压力基本保持不变。

2）通信故障恢复初期，环缝的锥开度迅速从原来的开度变为全开或全关，造成顶压波动大的事故。

3）通信恢复后期，顶压设定值（SP）、顶压实际值（PV）经过PID运算调节后，逐步调节环缝锥开度到正常值，顶压随即恢复正常。

3.3 解决方案

1）通过网络拓扑图的分析，对网络关键设备进行了排查，检查并更换了PLC到交换机、交换机到交换机之间的网线，确保每个水晶头接触良好。

2）在故障情况下，当环缝锥开度显示为“#COM”时，建议操作人员应该将环缝操作迅速改为手动操作，并手动设定锥开度值，避免通信恢复正常时比肖夫锥开度全开或全关的现象，一定程度上降低了炉顶压力产生较大波动的情况。

3）在PLC程序中的IO扫描中选择“保留上一次值”，当PLC网络通信中断时，数据能够保持上一次的扫描值不变，避免了因为网络中断所有PLC数据全为0的情况，保证了数据的延续性。

3.4 值得注意的问题

关于比肖夫控制、执行的问题。在此次故障中，比肖夫环缝锥开度的操作仅在高炉值班室，高炉工长根据生产实际情况在HMI画面上设定高炉顶压，与实际顶压经过PID运算后将锥开度值，通过光纤环网及数个交换机后传输到动力厂的 TRT操作室中的比肖夫PLC中，再由比肖夫PLC对锥开度的执行机构进行调节控制，这样以来出现问题后设备环节比较繁琐复杂，对于迅速处理故障问题造成了一定障碍。建议在今后工程建设时，要以保障高炉正常生产为前提，充分考虑日常运行维护中出现的各种问题，将比肖夫控制PLC与高炉本体PLC合二为一，用一套PLC进行设定、调节、并且控制执行机构动作，这样可以避免日常生产中因PLC之间网络中断造成的各种生产故障。

[1] 田涛.过程计算机控制及先进控制策略的实现[M].北京:机械工业出版社,2007:1-13.

[2] 郑晟等.现代可编程控制器原理与应用[M].北京:科学出版社,2000.