基于有效值法的控制系统温度联锁保护在红钢的应用

徐立荣

（昆明钢铁集团 红河钢铁有限公司，云南 蒙自661100）

随着工业自动化发展及节能降耗需求愈来愈迫切，控制系统能否按照设计预期安全稳定的的运行以满足正常生产的需要已经是每个控制系统技术人员的共同追求。而控制系统的断线保护问题一直困扰着广大的控制人员，由于设计和维护之间存在一定的鸿沟，要想彻底地解决控制系统断线误动作联锁事故的发生，必须是经过严格的设计编程及维护人员在实践中的不断完善才能让控制系统更加优化以满足连续安全稳定生产的根本要求。目前红钢大型设备较多，以高炉风机为例说明，如果高炉风机事故，动辄都是数十万，甚至是上百万的经济损失，如何保证高炉风机的安全运行成为了高炉安全运行的重中之重，其他的大型设备也如此，比如转炉风机、主抽风机、轧钢精轧机、制氧空压机等等。

1 常见控制系统断线保护处理

PLC的CPU是整个控制系统软硬件的核心，一般的控制器在完成基本数据信号处理时，具有灵活的报警处理和质量码功能，虽然每个厂家生产的控制系统都有各自的质量码，但总体上只是满足基本的控制要求。通常是通过对过程点的传感器和高低限的检查，系统的测点在遇到断线时都能第一时间反应出来，当现场仪表断线时，质量码置位以方便报警和让用户自动切除联锁，防止误动作的发生。但是生产厂家考虑的只是基本的保护措施，现场使用的时候还要看具体情况，由用户自己进行优化编程处理，比如接触不良就是一个非常大的控制系统安全隐患。目前常规控制系统提供的断线质量码无法满足现场大型设备的安全要求，这就要求我们要结合现场情况，对断线保护法就行优化改造以达到满足工业安全生产的需求。

2 新型断线保护法

每个联锁控制点的数据采集，在设计初期，我们都是希望测量的值是在合理的范围内的波动，甚至是希望不要出现波动，但实际情况远非我们的设计初衷，尤其是设备及测量仪表老化后，比如接触不良，设备突然收到外部信号的干扰等等，如何有效快速的分辨出信号的真假，既达到保证工联锁保护的有效动作，又要避免误动作的跳机的发生就显得非常重要，通过以上常规断线保护方法的描述可以看出，常规断线保护无法完成对接触不良，甚至是时间较长的干扰信号的合理取舍，在事故分析过程中，往往把这些事故原因归结为操作失误，维护不到位等等，事实上，经过多次实验测试就现场调试后发现，通过实验及现场数据的合理采集处理，能有效避免联锁误动作的发生。值得一提的是，有效值法需要的有效值不是靠凭空的来的，需要大量的实验数据采集，还要结合具体设备进行测试后选择这种办法总结得出。

2.1 问题的提出

本文论述的设计依据是Pt100测量温度时主要是利用电阻随温度的变化近似线性的变化来实现对温度的测量，但在实际使用过程中会经常出现因维护不到位、设备老化、人为误操作等影响电阻的大小间接影响温度测量值导致事故的发生。在控制系统中，要解决这类型的外部干扰，如何界定电阻信号的真假显得非常重要。课题就是利用实验数据结合实际情况对控制系统温度联锁点进行优化控制，控制系统优化后达到设计预期，完全满足实际生产需要。其他常见的数据信号也可以采用类似的方式就行处理。下面进行简单的介绍，由于设计到部分技术保密，不做详细阐述。

2.1.1 测试总趋势图介绍

图1

图2

图1是温度变化总的趋势图，从图中可以看出，分别用了两个温度测点，红色的测点为温度经过变送器后输入控制系统，黑色测点为直接把测量电阻输入控制系统。其中分两次进行了升温测试，一次是25-85℃（介质为水），一次是85-122℃（介质为油），两次升温过程是温度测量的自然升温，即高温源恒定，让测量探头测温自然变化。接触不良测试进行多次测试，每种测量方式各进行一段时间测试。

2.1.2 常规升温曲线介绍

图2为常规升温曲线图，比上图进行了稍微放大，并标注了具体时间，从图上可以看出，两种测量方式，温度从投入高温的测量介质水和油中后，温度升高40摄氏度需要2-3分钟不等。

2.1.3 两种测量方式的接触不良趋势介绍

从图3-图4中可以看出，在探头接线出现接触不良时温度的变化并不是直线上升的（不同于断线），而是有1-4秒的变化过程，正是这个过程会给控制系统信号采集带来灾难性的后果。常规控制系统无法识别这种变化过程，只有人为干预才能避免事故的发生。

图3

图4

图5

仔细看以上四个图不难看出，温度测量的正常温度变化和接触不良及测量探头断线都是有自己的鲜明特征的，最大的不同是不同设备之间会存在一定的差别，这就需要大量的实验数据结合实际生产设备进行人为干预才能避免生产事故的发生。该方法主要是采用有效值法结合控制系统程序对测量点温度采集进行合理取舍，自动判定数据的真实性，如果出现接触不良或断线时自动切除联锁并输出声光报警提醒技术人员及时处理。该方法已经经过大量实验后投入到红钢动力能源厂主要风机控制系统中使用，效果明显，达到了设计预期，完全满足安全生产的需要。

2.2 控制原理图（见图5）

来自现场仪表的数据经过初步数据处理（常规数据处理）后提供上位机显示报警使用及提供给有效数据处理模块进行二次数据处理，二次数据处理模块中需要进行有效值参数的设定（根据实验数据结合现场数据综合设定），处理后的数据再进行联锁动作的判断，异常数据输出报警的同时，再经过滤波处理后提供给二进制质量码指令供控制系统联锁保护自动投入/切除联锁使用。

2.3 有效值法的效益分析

该控制系统优化方法适合各型控制系统，有良好的安全收益和社会效益。该控制系统温度联锁优化方法经过严格实验测试后投入1#2#3#高炉风机、1#2#3#主抽风机、1#2#3#转炉风机，投入生产实践一年多，使用效果明显，没有因温度测点接触不良导致控制系统联锁误动作停机事故的发生。目前三大风机保守设置的有效值区间为50℃，相比实验数据40℃稍微有所提高 （从保护设备角度考虑），延时时间1-5秒不等，优化后既能满足保护生产设备安全需求，又能保证设备能正常联锁动作的要求，完全符合生产实际需要。3套高炉风机间接收益=120万×15%×0.15%×365×3=29.56万元，主抽风机、转炉风机收益风险要偏少很多，间接收益=2万×10%×0.1%×365×6=4380元。推广使用后，将大大降低设备设备事故率，有效减少不必要的事故停机时间，减少不必要的成本支出，间接起到降本增效的目的，为公司的发展做了基础贡献。

3 结语

控制系统优化控制以达到更为理想化的控制是我们每个控制技术员的共同追求，如何有效的对控制系统中的各数据进行合理有效的取舍是一项非常重要的工作。有效值法能把错误信号、假信号、干扰信号、接触不良信号有效滤除，既保证控制系统安全保护联锁的有效动作，又能保证不出现误动作的发生，值得改进和推广。