萊鋼高爐噴煤自控系統(tǒng)維護

崔 青

（山東鋼鐵萊蕪分公司自動化部，山東萊蕪 271104）

1 前言

萊鋼型鋼高爐粒煤噴吹系統(tǒng)引進英國克萊德工藝，設備對自動化要求程度相當高。自2005年該系統(tǒng)投入運行以來，已經(jīng)產(chǎn)生可觀的經(jīng)濟效益，還有減少環(huán)境污染,減輕運輸壓力等潛在的社會效益。系統(tǒng)運行時間長，程序編制成熟，掃描過程順利，但是設備及其線路已經(jīng)出現(xiàn)老化，嚴重影響PLC的輸入、輸出信號并影響程序作出判斷，必須及時整改隱患、全面排除可能發(fā)生的故障。拓寬思路，未雨綢繆，提前制定應急對策：提高程序的自動化控制水平，減少人為干預因素；建立綜合報警機制，及時反饋設備的異常狀況。從已發(fā)現(xiàn)的隱患和提前的干預等方面全盤考慮，多角度、全方位確保噴煤系統(tǒng)安全穩(wěn)定、保證噴煤生產(chǎn)穩(wěn)定高效。

2 粒煤噴吹自控系統(tǒng)設計

2.1 粒煤噴吹系統(tǒng)簡介

萊鋼型鋼高爐噴煤系統(tǒng)由制粉系統(tǒng)和噴吹系統(tǒng)組成，其中制粉系統(tǒng)包括原煤輸送系統(tǒng)、煙氣爐系統(tǒng)、破碎機系統(tǒng)，噴吹系統(tǒng)包括 A、B、C、D、E、F 六個噴吹罐。制粉系統(tǒng)將原煤由燒結(jié)原料場經(jīng)由膠帶機送至原煤倉，經(jīng)錘式破碎機、旋風收塵器等輸送至螺旋輸送機，再經(jīng)星型給料器送至煤粉倉；噴吹系統(tǒng)以A、B、C、D四個噴吹罐為常用罐，E、F兩個噴吹罐作為備用（可以隨時替換A、B、C、D四個噴吹罐中的任意兩個），噴吹過程自上而下經(jīng)料倉、上料罐、下料罐、旋轉(zhuǎn)給料機等向型鋼2座高爐噴吹粒煤。

2.2 粒煤噴吹自控系統(tǒng)硬件配置

萊鋼型鋼高爐噴煤自控系統(tǒng)由噴吹系統(tǒng)和制粉系統(tǒng)組成，均采用三電一體化（EⅠC）控制，主要由施耐德公司的Quantum系列PLC完成全過程的數(shù)據(jù)采集、處理及順序邏輯控制和回路控制。CPU均采用容量大、運算速度快的140CPU53414控制器，PLC均采用Quantum系列的以太網(wǎng)NOE模塊，通過TCP/ⅠP協(xié)議連接到整個噴煤控制系統(tǒng)的監(jiān)控站【1】，監(jiān)視噴煤的工藝流程和設備狀態(tài)，并且經(jīng)交換機組成環(huán)網(wǎng)，完成噴煤監(jiān)控系統(tǒng)與高爐生產(chǎn)的其他監(jiān)控系統(tǒng)之間的通訊，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸與管理。

2.3 粒煤噴吹自控系統(tǒng)軟件設計

粒煤噴吹自控系統(tǒng)的程序開發(fā)工具是Concept，通過它實現(xiàn)了噴吹系統(tǒng)及制粉系統(tǒng)的編程調(diào)試；監(jiān)控軟件是ⅠFⅠX5.1工控組態(tài)軟件，實時傳遞數(shù)據(jù)、在線監(jiān)控，并實現(xiàn)畫面報警和語音報警等強大功能。兩款軟件結(jié)合應用，可以清晰監(jiān)測閥門的開關(guān)狀態(tài)、料倉/料罐的重量、噴吹煤粉的流量和常規(guī)的壓力等。

3 粒煤噴吹自控系統(tǒng)維護實例

故障診斷與處理在日常維護中經(jīng)常遇到，需要有仔細的觀察、冷靜的分析、快速的判斷、及時的處理，在處理的過程中總結(jié)歸納，能有效預測存在的隱患，先行整改，提前完善，將影響因素降為零，為生產(chǎn)順行保駕護航。

3.1排查隱患——220V電源分離

DAⅠ模板即開關(guān)量輸入模板。將現(xiàn)場輸入信號引入模板可反映現(xiàn)場設備的實際狀況（例如運行、停止、到位……），A代表需要220V電源供電。通過編程軟件的程序轉(zhuǎn)換和監(jiān)控軟件的畫面呈現(xiàn)可以在電腦上反映出設備的運轉(zhuǎn)狀況，操作人員無需去現(xiàn)場就能掌握，實現(xiàn)了遠程監(jiān)控。所以DAⅠ模板起到了傳遞信號的作用，它是PLC組件中不可缺少的模板。當DAⅠ信號出現(xiàn)異常的時候，接入信號的因素、模板本身的因素常常納入考慮范圍，卻極易忽視220 V電源對DAⅠ信號的作用。對未知隱患的預知預測過程中，220 V電源對DAⅠ模板的影響進入了考慮范圍，因為一旦220 V電源跳電，輸入信號瞬間丟失，程序無法采集信號狀態(tài)，不能做出正確的掃描和判斷，監(jiān)控畫面也成為盲區(qū)。

在對噴吹系統(tǒng)PLC柜和制粉系統(tǒng)PLC柜的排查過程中發(fā)現(xiàn)，DAⅠ模板存在著多模板由同一塊電源供電的隱患。由于前一級的220 V開關(guān)牽扯很多的現(xiàn)場設備，設備接線一旦短路就有可能導致該電源開關(guān)跳電，瞬間引起多塊DAⅠ模板同時掉電并丟失信號，后果不可想象。依照發(fā)現(xiàn)隱患立即整改的原則，經(jīng)過反復論證，決定對供電電源進行可靠分離，每個DAⅠ模板由各自獨立的220 V電源開關(guān)供電，相互之間不受影響，即使現(xiàn)場設備接線短路引起開關(guān)跳電，也僅僅是對該電源開關(guān)下涉及的一個模板產(chǎn)生影響，而不會發(fā)生大面積的停電事故，切實提高系統(tǒng)整體的穩(wěn)定性。

3.2提高自動化控制水平——增加P I D調(diào)節(jié)

噴吹系統(tǒng)的控制閥門很多，這是由它復雜的控制工程決定的。手動調(diào)節(jié)摻雜很多的人為因素，導致誤差大、效率低。氣體循環(huán)回路中，從氮氣總管輸出的氮氣分成四路分別供給制粉用氣支路、儀表用氣支路、煤粉倉用氣支路、倉頂除塵用氣支路，這種設計可以使氮氣合理分配，有效的供給分支管道，方便供給現(xiàn)場設備，減少管路氮氣損失量。依靠手動調(diào)節(jié)，操作人員需要根據(jù)氮氣的使用情況，頻繁的計算并調(diào)節(jié)閥門開度，工作量相當大，也極易出現(xiàn)大的誤差。改變現(xiàn)有的手動操作模式，提高自動控制水平，降低勞動強度，實現(xiàn)全自動化控制，其中就用到了PⅠD 調(diào)節(jié)。

當被控對象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學模型時，最適合用PⅠD控制技術(shù)【2】，它是一種模糊邏輯，處理不確定性或非線性的各類問題。PⅠD調(diào)節(jié)技術(shù)由后臺程序完成，可以根據(jù)畫面設定的數(shù)據(jù)進行自整定運行，使現(xiàn)場儀表能根據(jù)系統(tǒng)的實際情況進行自動演算；人工操作簡單、設備響應速度快，并且能在規(guī)定范圍內(nèi)穩(wěn)定動作，降低了設備事故和故障率，能最大限度地滿足高爐生產(chǎn)的需要；改進后的系統(tǒng)實現(xiàn)了免維護，設備自動化水平提高，維修人員的勞動強度和危險性相應降低。

PⅠD調(diào)節(jié)在調(diào)試過程中確定好調(diào)節(jié)參數(shù)，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性即可，而且這種調(diào)試，基本上不需要耗費成本，真正實現(xiàn)了低成本高效益。

圖1 反饋控制的原理圖

3.3 綜合報警

生產(chǎn)過程中，報警管理日益引起操作人員的高度重視，畫面報警可以對超出范圍的數(shù)據(jù)或者設備情況通過閃爍或者突出顯示引起操作人員注意，及時處理問題，不影響后續(xù)生產(chǎn)的進行，這種報警方式因為操作簡單一直被采用；ⅠFⅠX軟件的語音報警功能使報警方式進入了有聲時代，它的應用更加靈活，也能更清晰的提示操作人員出現(xiàn)了何種故障，引起足夠的重視。

ⅠFⅠX組態(tài)軟件的畫面報警可以在連接變量的時候，選擇變量的報警范圍，通過閃爍或者突出顯示等的方法實現(xiàn)，在此不再贅述。ⅠFⅠX的語音報警主要是調(diào)用一個包含報警聲音的WAV格式的音頻文件（可以直接采用系統(tǒng)自帶的音頻文件，也可以自己錄制比較清晰明確的報警音頻文件）。播放WAV格式的語音文件可以通過VBA腳本里調(diào)用操作系統(tǒng)的APⅠ函數(shù)來進行【3】，不需要單獨編寫程序執(zhí)行。在ⅠFⅠX的調(diào)度管理器里有兩種調(diào)度：基于時間的和基于事件的?；跁r間的調(diào)度可在指定的時間觸發(fā)一次或多次；基于事件的調(diào)度用一個有效的數(shù)據(jù)源來觸發(fā)一個動作，當指定的數(shù)據(jù)源的狀態(tài)發(fā)生變化時觸發(fā)一個事件。

圖2 語音報警設置

語音報警與畫面報警同時運用在噴煤系統(tǒng)中，二者雙管齊下，設備始終處于無縫監(jiān)控下，雙重措施保證系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。

4 總結(jié)

發(fā)現(xiàn)隱患、及時排除、有效降低故障率；提高設備的自動化控制水平，減少人為因素影響，降低勞動量；應用綜合報警，并推廣至其他維護區(qū)域，有效保障噴煤系統(tǒng)乃至高爐區(qū)域系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。在萊鋼型鋼高爐噴煤自控系統(tǒng)的日常維護中，總結(jié)維護中遇到的各種問題和解決方法，對以后維護過程

中的判斷與處理有很大的幫助。

【1】馬國華.監(jiān)控組態(tài)軟件及其應用(第1版)[M].北京：清華大學出版社，2001.

【2】黃友銳，曲立國.PⅠD控制器參數(shù)整定與實現(xiàn) [M].科學出版社.2010.1

【3】方彥軍,李世紅.基于ⅠFⅠX的軟件報警技術(shù)在自動測量系統(tǒng)中的實現(xiàn)[J].工業(yè)儀表與自動化裝置.2004.3