AV50 风机自动化控制改造

2022-02-08郭亿祥

设备管理与维修 2022年24期

关键词：静叶逆流励磁

郭亿祥

（广东中南钢铁股份有限公司炼铁厂，广东韶关 512123）

0 引言

AV50 风机透平机组使用时间超过19 年，系统存在控制逻辑落后、设备故障率高的问题，近年来系统在正常运行时频繁进入“安全模式”，严重影响高炉生产，需对控制系统进行改造。

1 AV50 风机存在的问题

（1）控制系统软、硬件使用年限较长，硬件产品老化严重、故障率较高，软件及操作系统版本较低，部分PLC 及仪表设备硬件厂家因升级换代而停产，无可靠的备件保证。

（2）控制系统设备组成复杂，高压系统最先设计为电机定子串水电阻降压起动，后改为磁控软起动器起动，静叶控制由PLC、手操器、伺服控制器、伺服阀组成，控制设备过多，增加了设备的故障点。

（3）防喘振控制算法落后，当运行点越过防喘线时，防喘振PID 未能从当前阀门开度进行调节，存在死区；防喘阀打开后，由于没有进行预先调节，防喘振PID 增益调节不合理，一旦防喘振调节功能激活，阀门开度过大，直接将工况点风压、风量拉低，导致后端工艺生产极不稳定。

（4）风机在正常运行过程中，在外界条件无任何明显变化，且无人工干预的情况下，风机静叶发生关闭，导致进气流量减小，工况点越过喘振线进入不安全区域，控制系统联锁触发进入安全运行模式，导致风机放风，影响高炉正常运行生产，监控系统采用大量脚本语言进行编制，存在软件漏洞的风险，需要进行修改纠正。

（5）风机在送风过程中，送风压力随热风炉切换而出现送风压力波动，对高炉生产造成影响。

（6）拨风系统集成于AV50 机组控制系统内部，两个系统的接口部分不够清晰，拨风控制逻辑需要进行完善，提高拨风系统运行可靠性。

2 进入安全模式原因分析

风机正常时，静叶出现自动关闭至22°，导致风机直接进入安全模式。

2.1 自动控制程序

通过解读程序，在操作人员无操作失误的情况下，控制系统程序不会发出静叶关闭指令，此处操作失误特指将静叶控制模式由自动模式转为手动模式，因程序不具备无扰切换功能，所以当工作模式发生改变后，可能出现静叶关闭或打开的情况。通过现场分析，风机进入安全模式时，静叶控制模式在自动模式，故操作人员操作失误的可能性不存在。

2.2 外界设备故障

静叶控制设备是由PLC、静叶手操器、静叶伺服阀（伺服控制器、电液伺服阀）组成。手操器和伺服控制器出现故障可能性相对较小，经停机及在线试验，以上设备动作可靠，电液伺服阀出故障可能性不大。

机组配置为电机+变速箱+轴流压缩机，控制系统由PLC、低压电气系统、高压电气系统、励磁系统、润滑油动力油控制系统、静叶控制系统（静叶手操器、静叶伺服器）组成（图1）。

图1 AV50 风机控制系统

2.3 控制系统信号干扰问题

静叶控制信号由PLC 通过静叶手操器、伺服控制器控制电液伺服阀动作，信号在传输过程中存在受到电磁干扰的可能，经查AV50 风机PLC 系统为单独接地，接地电阻<1 Ω，符合国家标准，故障时周围设有电焊设备工作，故信号干扰造成系统故障的可能性可以排除。

2.4 PLC 控制系统

控制系统软件可能存在漏洞，因控制静叶开关按钮采用脚本语言进行编制，结合脚本程序的执行周期和监控软件的通信状态异常，原因可能为画面软件经过多次升级，西门子编程软件从STEP7v5.0 逐级升级到STEP7v5.6，画面程序由WinCC6.2 逐级升级到WinCC7.4，脚本语言升级过程可能出现问题，控制系统软件可能存在漏洞，极有可能是控制系统内部故障，造成静叶出现自动关闭至22°，导致风机直接进入安全模式的原因。

3 改造方案

（1）机组软硬件升级改造，PLC 模块更换，软件升级到最新版本，对控制系统软件进行版本升级，控制系统软件采用WinCC7.5+STEP7v5.6 编程。

（2）取消静叶控制手操器，将手操器功能由WinCC 画面控制功能进行替代，更换伺服控制器、电液伺服阀。

（3）高/低压电气控制系统改造：①磁控软起动器控制优化；②高压柜控制优化，与磁控软起动器一次控制不变，二次信号直接由PLC 控制；③低压电气控制系统原样恢复。

（4）更换励磁柜，将励磁柜状态信号接入PLC 系统，对励磁控制方式进行优化：①励磁柜采用恒磁控制，星点柜短接后自动投入；②励磁柜保证当控制器出现故障时，输出电流恒定不变，同时报警提示系统故障。

（5）压缩机控制软件包进行控制系统程序及监控画面的重新开发：①防喘振线动态补偿算法，应用简化能量头和简化流量平方的防喘线算法，实现喘振线在不同进口温度、进口压力下动态补偿；②允许工况点贴近防喘振曲线运行，扩大了现有风机运行的工况范围；③在正常运行期间消除放风量，降低能量消耗；④通过自动精确调节静叶和防喘振阀的解耦控制，保证热风炉送风压力稳定，避免了误操作的可能性；⑤压缩机控制软件重新编制。

4 改造后的主要控制功能

4.1 风机系统启动

在正式起动风机前可以对机组进行试验，对系统中的油泵可进行备自投试验、静叶释放试验、励磁自投试验，防止起动后静叶无法打开等故障出现。优化风机起动过程，清晰地显示起动条件，方便操作人员判断，起动过程实时显示各种设备动态数据。

4.1.1 油泵控制

润滑、动力油泵电机当出口压力低于阀值时备自投。

4.1.2 机组静叶释放功能

在主电机运行后，按下静叶释放按钮执行静叶释放动作，静叶角度由14°释放至22°，若在规定的时间内静叶角度没有由14°释放至22°，显示静叶释放失败，复位后重新释放静叶。

4.1.3 机组允许加载操作功能

主电机运行情况下，按下允许加载按钮，则闭锁标志撤消，放空电磁阀得电，止回阀电磁阀失电。

4.1.4 机组逆流保护功能

在主电机运行，静叶角度＞22°情况下，若风机喉部差压过低信号持续1 s，系统发出机组喘振报警信号，若在规定的时间内机组喘振报警信号仍然存在，则发出机组逆流报警信号。在规定的时间后，若机组喘振报警信号仍然存在，则发出机组持续逆流信号。机组逆流报警信号和机组持续逆流信号用存储器位按钮清除，逆流实验按钮闭合，可以模拟产生喘振报警、逆流报警、持续逆流报警信号。

4.1.5 机组安全运行功能

当机组逆流报警或按下手动安全运行按钮时，机组发出安全运行报警信号，同时进入安全运行状态。由按下手动安全运行按钮时，机组发出的安全运行报警信号，可以由存储器复位按钮清除。

4.1.6 机组停机联锁

当闭合手动紧急停机按钮、动力油压过低、润滑油压过低、风机轴位移过大、风机轴振动过大、机组持续逆流报警、主电机由运行至停止状态其中之一发生时，系统发出联锁停机信号及机组停机标志，同时存储器置1。

4.1.7 机组防喘振功能

防喘阀调节采取手动设定与自动控制低选输出方式，当喘阀调节手动设定为关状态，并且工况点达到防喘振曲线时，防喘阀自动打开，具有快开功能；当防喘阀调节手动设定为关状态，并且工况点离开防喘振曲线时，防喘阀自动关闭，具有慢关功能；当工况点未达到防喘振曲线时，手动调节防喘阀，防喘阀开度受手动设定控制。

4.1.8 机组静叶控制

当机组停机或开机后未进行静叶释放之前，静叶闭锁至14°。当开机并进行静叶释放之后，静叶释放至22°。若无停机状态产生，进行静叶释放之后，静叶角度无法关闭至22°以下。

4.2 报警系统

4.2.1 实时报警查询

在报警画面中各种报警发生时，其相应的报警灯会变红且蜂鸣器报警提示，用户可在此画面中查询报警信息，并在报警纪录中查询报警具体时间，然后根据工艺要求做出相应处理。

4.2.2 报警历史查询

选择报警信息文本对话框弹出窗口，会显示报警编号及信息文本，可实现历史记录查询。

4.2.3 报警音响

当系统发生报警时，PLC 机柜中的报警器将会发出声音报警，操作人员检查相应的设备，排除故障，然后点击报警消音按钮，暂时消音。此时报警系统的工作状态为：如果有新的报警点发生报警时，报警器会再次响起警报，若无其他报警发生则无报警音。

4.3 静叶工作

静叶的正常工作角度为22°～79°，调节静叶将会直接影响喉部差压（图2）。根据高炉的要求控制风量，图中的两条曲线分别是：最上部的曲线为喘振线，中间的线为防喘振线。正常情况下工况点应该处于中间的曲线以下，当工况点处于中间的曲线之上时防喘阀自动调节，打开一定开度，直到工况点再次下降到线以下，当工况点达到上部曲线以上时，进入安全运行状态，下部曲线是防阻塞线，只做报警和提示，没有其他联锁，提示操作人员工况点在该线之上运行。