合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計，可有效提升風機工作效率，除了能夠保證生產(chǎn)需求之外，還能夠達到節(jié)能減排，響應(yīng)政府環(huán)保的口號，因此對于企業(yè)不光應(yīng)當注重經(jīng)濟效益，更應(yīng)當遵紀守法，提倡節(jié)能減排.

風機消耗的電能主要靠燃煤提供，降低風機工作損耗，提升工作效率對節(jié)能減排有照極其重要的作用。由于環(huán)保要求不斷提升，對電站風機而言，需要對風機的壓力進行加大。但是在參數(shù)選擇上會存在問題，例如：參數(shù)較大、無法配合等。在大多數(shù)風機上都會多少存在或多或少的壓力裕量。我們在增設(shè)脫硝工程或除塵器，對風機進行改造時，發(fā)現(xiàn)改成的風機與原風機壓力相差甚小，甚至原風機就能在節(jié)省電消耗的條件下，滿足正常運行要求，只是存在壓力裕量。為此，除重新進行選型設(shè)計，更換成新型風機的措施外，僅對風機進行局部改造就能滿足壓力提升要求，這是電廠最需要和最歡迎的。例如：不改變風機直徑只更換葉片即可滿足風機壓力提升1 200Pa的新風機；提高轉(zhuǎn)速加風機葉輪改造滿足風機壓力提升要求的新風機，對于軸流式風機來說，不改變風機直徑，提高一級風機轉(zhuǎn)速，往往造成壓力過高，失速安全裕度降低的結(jié)果。若能在提高風機一級轉(zhuǎn)速的同時，通過更換風機葉輪葉片的辦法來達到要求，這不失為一個很好的改進措施。

摘　要(Abstract) 本文主要介紹了基于現(xiàn)代冗余容錯技術(shù)的高爐鼓風機自控工程適應(yīng)性優(yōu)化改造，提高高爐鼓風機控制工程的穩(wěn)定性和可靠性，保障高爐生產(chǎn)安全穩(wěn)定運行。

1 引言

高爐鼓風機(以下簡稱風機)是給高爐冶煉提供冷風的設(shè)備，其工作原理是通過汽輪機或電機拖動使鼓風機高速旋轉(zhuǎn)，將常溫常壓空氣壓縮到一定壓力溫度后，供給高爐用于鐵水冶煉，完成將蒸汽熱能或電能轉(zhuǎn)化為動能的過程。高爐鼓風機在鐵水冶煉過程中起著非常重要的作用，是制約高爐生產(chǎn)、順產(chǎn)的重要因素之一。

目前萊鋼共有高爐4座，與之配套的風機機組只有5臺，其中3、4#風機為10年前引進的日本原裝風機，設(shè)備及儀控工程部分老化。正常生產(chǎn)過程中，4臺機組供風，只有1臺備用機組。對于風機側(cè)來說，備機嚴重不足，如果1臺運行風機出現(xiàn)故障，備機投入使用，整個熱電廠將面臨著無備機運行的情況。因此非常有必要加強現(xiàn)有的風機機組控制工程的安全可靠的運行。

對于自控工程，提高其穩(wěn)定性、可靠性是目前最迫切的問題。冗余容錯技術(shù)是近幾年發(fā)展起來的新興技術(shù)，具有高可靠性、高可用性、無單點故障等多處優(yōu)點，非常適合在風機機組改造中應(yīng)用。在這次改造中主要從電源、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、工藝聯(lián)鎖參數(shù)三個方面入手，廣泛的應(yīng)用了該技術(shù)。

2 電源冗余優(yōu)化

控制工程對交流電源的電源品質(zhì)要求不是很苛刻，但對電源的不間斷供電要求特別高，因此風機控制工程都配備了UPS(Uninterruptable power supply)，當市電失常時，切換到UPS蓄電池供電，保證控制工程正常運行一段時間。

UPS為自控工程的穩(wěn)定提供了一定保障，但實際運行過程中，由于現(xiàn)場環(huán)境、電池活化、電網(wǎng)質(zhì)量等諸多因素，UPS在實際切換過程中還存在著很多問題，導(dǎo)致UPS出現(xiàn)各種供電故障。近幾年UPS故障統(tǒng)計表明，UPS出現(xiàn)供電中斷事故主要發(fā)生在由UPS主回路、交流旁路、維修旁路相互切換的過程中，由于在切換過程中瞬態(tài)電壓差的不同，導(dǎo)致了“環(huán)流”，當環(huán)流過大就會造成UPS逆變器故障，導(dǎo)致輸出電源畸變甚至瞬時中斷供電，而且切換過程中故障有隨機性，很難監(jiān)測。因此有必要對電源進行優(yōu)化改造。

如果對UPS進行冗余配置, 會投入很大的成本，而且無論UPS并聯(lián)還是串聯(lián), 對UPS的同步性、帶階躍性負載能力都有很高的要求。考慮到現(xiàn)有的控制工程電源都是冗余配置的, 因此, 可以在UPS負載側(cè)解決電源冗余問題。

控制思路是:電網(wǎng)電源，UPS電源對控制工程同時供電，由DCS自身解決電源冗余切換問題。如圖1所示:

圖1 改造后的電源原理簡圖

根據(jù)以上設(shè)計，當UPS發(fā)生故障時，另一路市電會對工程正常供電;當市電回路出現(xiàn)問題時，UPS所在電源仍然正常工作;即使兩路電源同時出現(xiàn)問題, 只要UPS蓄電池沒有問題，工程仍然能正常運行一段時間。大大增強工程電源的可靠性, 減少了電源故障，提高整個工程的可靠系數(shù)。

3 網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)優(yōu)化

熱電廠1#風機原通訊電纜為細同軸電纜，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為總線型結(jié)構(gòu)，同軸電纜的連接頭與網(wǎng)絡(luò)接口卡的連接經(jīng)常出現(xiàn)松動，引發(fā)過程站與監(jiān)控站之間的網(wǎng)絡(luò)通訊中斷，影響了操作人員對機組的監(jiān)視和操作。原網(wǎng)絡(luò)只有1臺上位機，當上位機發(fā)生死機情況時，短時間內(nèi)將看不到機組的運行情況，對于高速運轉(zhuǎn)的設(shè)備來說比較危險。因此根據(jù)生產(chǎn)的實際需要對該機組的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)進行改造，改造前、后的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圖2 改造前后網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)圖

在網(wǎng)絡(luò)中增加了1臺HUB集線器，將網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)由總線式網(wǎng)絡(luò)改造成星形網(wǎng)絡(luò)，把同軸電纜更換為雙絞線，由于控制站接口中無RJ-45接口，在過程控制站通過Dlink轉(zhuǎn)換接頭，將AUI接口轉(zhuǎn)換為RJ-45接口，實現(xiàn)了整個網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化改造。優(yōu)化改造后，在運行過程中徹底消除了網(wǎng)絡(luò)通訊時常中斷問題，工程的安全性、穩(wěn)定性得到了加強。

根據(jù)現(xiàn)場的需要，對5#風機機組控制工程網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進行了如下改造:5#風機原有的拓撲結(jié)構(gòu)如圖3所示。原有的網(wǎng)絡(luò)不能實現(xiàn)完全的冗余，當某一個通訊模塊CI830出現(xiàn)故障時，出現(xiàn)故障CI830所在的整個從站會出現(xiàn)通訊完全中斷，會給生產(chǎn)帶來嚴重后果。在萊鋼某制氧機曾出現(xiàn)過該模塊損壞的案例，造成制氧機停機事故。在論證后，對網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進行了修改，采用了具有冗余切換能力的CI840通訊模塊，取代原有的CI830通訊模塊，如圖4所示。不但簡化了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，而且使整個網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)了完全冗余，一條網(wǎng)絡(luò)上的任何一個元件損壞，整個網(wǎng)絡(luò)都會保持通暢，不影響正常生產(chǎn)。

圖3 原有網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)

4 工藝聯(lián)鎖參數(shù)

對于高速旋轉(zhuǎn)的設(shè)備，喘振工況的檢測至關(guān)重要。如果汽機轉(zhuǎn)速正常，風機喉部壓差過小，此時最容易發(fā)生喘振。在原來的逆流判斷中，僅僅使用了差壓變送器對風機喉部差壓進行逆流判斷，由于單個變送器有可能出現(xiàn)電氣故障，如老化斷線或接線端子松動，出現(xiàn)信號誤變化導(dǎo)致誤停機，因此采用了3個喉差開關(guān)三選二邏輯判斷的策略, 消除單點錯誤引發(fā)的錯誤判斷, 提高風機了穩(wěn)定性和可靠性。

圖4 改造后的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)圖

圖5 喉差三選二判斷

這些壓差開關(guān)信號通過繼電器分成兩路:一路進入DCS，參與DCS中的逆流判斷;另一路進入一個小型的PLC(OMRON sysmac CPM1A)。這3個壓差信號不論是在DCS中，還是在小型PLC中，都是采用的三取二的表決判斷方法，一旦這3個壓差信號中的兩個達到逆流值，則立即進行相應(yīng)的延時，DCS和PLC的輸出同時控制現(xiàn)場設(shè)備，使機組防喘閥打開或聯(lián)鎖停機。這樣就可以提高逆流判斷的快速和準確性，一旦DCS出現(xiàn)故障，只要PLC正常，則出現(xiàn)逆流后，經(jīng)過一定的延時，仍然可以使機組防喘閥打開或停機，這樣在DCS出現(xiàn)故障的情況下，仍然可以保護機組。邏輯圖如圖5所示。

對于引起工藝聯(lián)鎖停機的信號，如潤滑油壓低，動力油壓低信號在程序中均增加了三選二邏輯判斷;增加兩個溫度開關(guān)與原風機進風溫度熱電阻一起組成三選二邏輯判斷，將進風溫度高作為機組安全運行的一個條件，增加機組的安全性能。

5 結(jié)束語

有統(tǒng)計資料表明，實際應(yīng)用中DCS的功能僅發(fā)揮30%以下。在原有DCS基礎(chǔ)進行改造實現(xiàn)先進控制，只需增加10%的成本，就可得到40%的效益。

利用該自動控制工程優(yōu)化后，熱電廠減少了冷風的放散量約100m3/min左右，每年減少非計劃休風時間約50h，帶來了200多萬元的可觀的經(jīng)濟效益和社會效益。該優(yōu)化改造獲得了萊鋼自動化部2003年度科技攻關(guān)一等獎和2003年萊鋼級技術(shù)鑒定，達到省內(nèi)先進水平，實際應(yīng)用效果非常好，值得在冶金行業(yè)廣泛推廣。

參考文獻
[1] CI840通訊模塊使用手冊

作者簡介
趙 佳(1976-) 女 助理工程師 1998年畢業(yè)于沈陽大學(xué)自控系，在萊鋼自動化部工作至今，目前從事計算機控制工程及熱工儀控工程的維護工作

來源：佳工機電網(wǎng)

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