连铸结晶水事故控制系统的探讨

2022-01-04邱银富

现代制造技术与装备 2021年11期

邱银富

（首钢京唐钢铁联合有限责任公司，唐山 063200）

每套连铸结晶水系统由3台供水泵供水，其中2台正常使用，1台备用。当压力无法满足要求时，就会启动备用泵。使用系统补水泵给稳压罐供水，能够保证供水压力稳定[1]。事故水箱补水泵给事故水箱供水过程中都采用两台泵，其中一台正常使用，另一台备用。另外，系统中还设有1台事故柴油机。当系统停电，正常供水泵无法工作时，事故柴油机开始工作，从而实现系统闭路供水转为开路供水，保证系统事故状态下的稳定安全运行。供水系统事故切断阀的控制由不间断电源系统（Uninterruptible Power System，UPS）供电，经过安全继电器，再通过安全继电器的辅助点控制切断阀继电器来控制切断阀的打开和关闭。

1 连铸结晶器水事故控制系统硬件组成及急需解决的问题

1.1 控制系统硬件组成及作用

控制系统主要设备包括PLC400、压力传感器、WinCC监控系统[2]、高压控制柜、事故切断阀、安全继电器、UPS以及柴油机控制柜等。

PLC400的主要功能为：采集压力信号，以判断供水泵供水是否正常；采集高压柜真空断路器信号，以判断主回路供电是否正常；采集高压柜控制回路继电器信号，以判断控制回路供电是否正常；采集事故切断阀、安全继电器和UPS设备的运行状态，以判断安全继电器和UPS是否故障。此外，该装置还可以发出柴油机、事故切断阀启动或停止命令以及接收WinCC监控系统命令。压力传感器主要用来采集水泵供水管压力，并将实际压力传送给可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）[3]。WinCC监控系统可以监控系统压力和各设备异常报警信息，并将供水泵电机恢复正常按钮命令传送给PLC。高压控制柜能够将合闸信号、电流值、控制回路继电器辅助触点信号传送给PLC，而且可以判断出真空断路器是否处于合闸状态。控制回路继电器辅助触点信号可以判断控制回路断路器供电是否正常。事故切断阀能够将自身的打开、关闭信号反馈给PLC。安全继电器主要用来接收高压柜的控制回路继电器断电信号，以控制事故切断阀的动作。UPS设备主要用来采集UPS主断路器进线、出线电源信号，通过380 V继电器判断UPS供电是否正常，并将辅助触点信号传送给PLC。柴油机控制柜用来接收急停继电器的控制信号，并将接收信号通过K31A和K31B辅助触点并联传送给柴油机柜，以控制柴油机自动启动或通过接收PLC命令控制柴油机的启动、停止，如图1所示。

图1 连铸结晶水事故控制系统UPS和急停继电器接线图

1.2 要解决的技术问题

连铸结晶水系统事故切断阀的硬线控制回路设计分为停电状态和非停电状态两路，如图2所示。其中：非停电状态是在设备正常情况下的逻辑控制，其控制原理为事故水阀得电，气源打开，使事故水阀处于关闭状态；停电状态是指事故切断阀失电打开，此时是否需要按下“停电状态”的按钮以使事故切断阀得电打开，需要人为判断高压是否正常供电。3台供水泵运行是否正常、事故切断阀的实际状态、此时的供水压力和流量、UPS是否正常以及急停继电器是否正常等问题涉及因素较多，在应急操作判断和故障处理上时间都会较长，因此需要采集设备各个状态的信息，通过PLC逻辑判断给出自动应急控制方案和相应故障设备的报警信息[4]。

图2 事故水阀停电和非停电状态控制图

2 连铸结晶器水事故控制系统改进技术研究

安全继电器控制柜内电源取自UPS电源，并通过安全继电器对事故切断阀进行联锁控制。安全继电器动作联锁点取自高压炼钢连铸水系统柜的1段PT柜（1KA）和2段PT柜（2KA），仅当1KA和2KA同时吸合且供电正常时，安全继电器才正常工作。此时，控制继电器K31A和K31B得电，同时K31A和K31B的常闭点信号会传送给柴油机控制柜以控制柴油机联锁启动，如图3所示。

图3 PLC控制柴油机启动原理图

通过PLC采集[5]UPS主断路器的进出线不同相，并使用线圈电压为380 V的继电器并联接入。当UPS进线电源异常或者主断路器分闸时，都可以检测出UPS进线供电异常，通过将此继电器的辅助触点信号传送给PLC，能够把UPS供电异常报警信息传送到WinCC监控画面，从而对操作人员进行报警提示。当UPS供电异常时，UPS会切换到电池供电。若安全继电器通过电池供电后仍能正常工作，且常开触点吸合，则判断电池有电正常；当UPS供电异常时，安全继电器不能得电吸合，则判断电池无电异常，并把电池异常报警信息传送到WinCC监控画面，对操作人员进行报警提示。

当安全继电器的各常开触点全部串联在一起传送给PLC[6]，且安全继电器得电，1KA与2KA吸合时，判断安全继电器正常，反之为异常，同时将安全继电器异常报警信息传送到WinCC监控画面，对操作人员进行报警提示。高压柜控制回路1KA和2KA常开辅助触点传送给PLC，全部正常得电时，判断高压柜控制回路供电正常，反之为异常，并把异常报警传送到WinCC监控画面，对操作人员进行报警提示。当高压柜控制回路异常时，安全继电器也会报出异常故障。

结晶器供水泵电机为3台高压电机，正常情况下2台正常使用，1台备用。PLC通过采集高压柜真空断路器合闸辅助触点的信号，当判断出任意2台或3台处于合闸状态时，合闸后10 s电机启动完成。此时若对应电机的电流和大于等于26 A，则判断为电机供电正常，反之为异常，并把异常报警传送到WINCC监控画面，对操作人员进行报警提示。

异常状态时，改进后自动判断控制分为以下5种：

（1）当事故切断阀打开，安全继电器异常、UPS供电正常、供水泵电机主电供电正常时，根据图2和图3可知，此时事故切断阀失电打开，柴油机启动。PLC通过及时判断出此异常信息能够立即输出信号，以控制事故切断阀得电关闭。当压强大于等于1.25 MPa时，PLC输出控制柴油机停止命令。故障处理完成后，安全继电器恢复正常时，其辅助触点与K31A和K31B的辅助触点在PLC内进行与逻辑控制，从而恢复正常逻辑控制状态。

（2）当事故切断阀打开，安全继电器正常、UPS供电异常（此时UPS电池供电正常）、供水泵电机主电供电正常时，根据图1、图2和图3可知，此时各控制系统正常，但由于电池供电时间短，系统很快就会处于断电状态。因此，为避免事故发生，需要立即控制PLC输出使事故切断阀得电，同时要控制PLC输出使柴油机处于停止状态。当UPS供电正常时，恢复正常逻辑控制。

（3）当事故切断阀打开，安全继电器正常、UPS供电正常、供水泵电机主电供电正常，但事故切断阀的控制继电器K31A或K31B故障时，此时事故切断阀失电打开，柴油机启动，PLC及时判断出此异常信息，并立即输出信号，以控制事故切断阀得电关闭。当压强大于等于1.25 MPa时，PLC输出信号使柴油机停止。故障处理完成后，系统恢复正常控制。

（4）当事故切断阀打开，安全继电器异常、UPS供电异常、供水泵电机主电供电正常时，根据图1、图2和图3可知，此时事故切断阀失电打开，柴油机启动，PLC及时判断出此异常信息，并立即输出信号，以控制事故切断阀得电关闭。当压强大于等于1.25 MPa时，PLC输出控制信号使柴油机停止。故障处理完成，且K31A和K31B的辅助触点在PLC内进行与逻辑控制正常后，恢复正常控制。

（5）当事故切断阀关闭，安全继电器正常、UPS供电正常、供水泵电机主电供电异常时，PLC输出控制柴油机启动，并控制事故切断阀打开。当供水泵电机供电恢复正常时，系统不会自动恢复正常控制，此时需要在主控室画面点击水泵供电恢复正常按钮，将PLC的柴油机启动和事故切断阀打开命令复位，以切除PLC控制，从而恢复到正常控制。