連鑄結(jié)晶水事故控制系統(tǒng)的探討

邱銀富

（首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司，唐山 063200）

每套連鑄結(jié)晶水系統(tǒng)由3臺(tái)供水泵供水，其中2臺(tái)正常使用，1臺(tái)備用。當(dāng)壓力無法滿足要求時(shí)，就會(huì)啟動(dòng)備用泵。使用系統(tǒng)補(bǔ)水泵給穩(wěn)壓罐供水，能夠保證供水壓力穩(wěn)定[1]。事故水箱補(bǔ)水泵給事故水箱供水過程中都采用兩臺(tái)泵，其中一臺(tái)正常使用，另一臺(tái)備用。另外，系統(tǒng)中還設(shè)有1臺(tái)事故柴油機(jī)。當(dāng)系統(tǒng)停電，正常供水泵無法工作時(shí)，事故柴油機(jī)開始工作，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)閉路供水轉(zhuǎn)為開路供水，保證系統(tǒng)事故狀態(tài)下的穩(wěn)定安全運(yùn)行。供水系統(tǒng)事故切斷閥的控制由不間斷電源系統(tǒng)（Uninterruptible Power System，UPS）供電，經(jīng)過安全繼電器，再通過安全繼電器的輔助點(diǎn)控制切斷閥繼電器來控制切斷閥的打開和關(guān)閉。

1 連鑄結(jié)晶器水事故控制系統(tǒng)硬件組成及急需解決的問題

1.1 控制系統(tǒng)硬件組成及作用

控制系統(tǒng)主要設(shè)備包括PLC400、壓力傳感器、WinCC監(jiān)控系統(tǒng)[2]、高壓控制柜、事故切斷閥、安全繼電器、UPS以及柴油機(jī)控制柜等。

PLC400的主要功能為：采集壓力信號(hào)，以判斷供水泵供水是否正常；采集高壓柜真空斷路器信號(hào)，以判斷主回路供電是否正常；采集高壓柜控制回路繼電器信號(hào)，以判斷控制回路供電是否正常；采集事故切斷閥、安全繼電器和UPS設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，以判斷安全繼電器和UPS是否故障。此外，該裝置還可以發(fā)出柴油機(jī)、事故切斷閥啟動(dòng)或停止命令以及接收WinCC監(jiān)控系統(tǒng)命令。壓力傳感器主要用來采集水泵供水管壓力，并將實(shí)際壓力傳送給可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）[3]。WinCC監(jiān)控系統(tǒng)可以監(jiān)控系統(tǒng)壓力和各設(shè)備異常報(bào)警信息，并將供水泵電機(jī)恢復(fù)正常按鈕命令傳送給PLC。高壓控制柜能夠?qū)⒑祥l信號(hào)、電流值、控制回路繼電器輔助觸點(diǎn)信號(hào)傳送給PLC，而且可以判斷出真空斷路器是否處于合閘狀態(tài)。控制回路繼電器輔助觸點(diǎn)信號(hào)可以判斷控制回路斷路器供電是否正常。事故切斷閥能夠?qū)⒆陨淼拇蜷_、關(guān)閉信號(hào)反饋給PLC。安全繼電器主要用來接收高壓柜的控制回路繼電器斷電信號(hào)，以控制事故切斷閥的動(dòng)作。UPS設(shè)備主要用來采集UPS主斷路器進(jìn)線、出線電源信號(hào)，通過380 V繼電器判斷UPS供電是否正常，并將輔助觸點(diǎn)信號(hào)傳送給PLC。柴油機(jī)控制柜用來接收急停繼電器的控制信號(hào)，并將接收信號(hào)通過K31A和K31B輔助觸點(diǎn)并聯(lián)傳送給柴油機(jī)柜，以控制柴油機(jī)自動(dòng)啟動(dòng)或通過接收PLC命令控制柴油機(jī)的啟動(dòng)、停止，如圖1所示。

圖1 連鑄結(jié)晶水事故控制系統(tǒng)UPS和急停繼電器接線圖

1.2 要解決的技術(shù)問題

連鑄結(jié)晶水系統(tǒng)事故切斷閥的硬線控制回路設(shè)計(jì)分為停電狀態(tài)和非停電狀態(tài)兩路，如圖2所示。其中：非停電狀態(tài)是在設(shè)備正常情況下的邏輯控制，其控制原理為事故水閥得電，氣源打開，使事故水閥處于關(guān)閉狀態(tài)；停電狀態(tài)是指事故切斷閥失電打開，此時(shí)是否需要按下“停電狀態(tài)”的按鈕以使事故切斷閥得電打開，需要人為判斷高壓是否正常供電。3臺(tái)供水泵運(yùn)行是否正常、事故切斷閥的實(shí)際狀態(tài)、此時(shí)的供水壓力和流量、UPS是否正常以及急停繼電器是否正常等問題涉及因素較多，在應(yīng)急操作判斷和故障處理上時(shí)間都會(huì)較長(zhǎng)，因此需要采集設(shè)備各個(gè)狀態(tài)的信息，通過PLC邏輯判斷給出自動(dòng)應(yīng)急控制方案和相應(yīng)故障設(shè)備的報(bào)警信息[4]。

圖2 事故水閥停電和非停電狀態(tài)控制圖

2 連鑄結(jié)晶器水事故控制系統(tǒng)改進(jìn)技術(shù)研究

安全繼電器控制柜內(nèi)電源取自UPS電源，并通過安全繼電器對(duì)事故切斷閥進(jìn)行聯(lián)鎖控制。安全繼電器動(dòng)作聯(lián)鎖點(diǎn)取自高壓煉鋼連鑄水系統(tǒng)柜的1段PT柜（1KA）和2段PT柜（2KA），僅當(dāng)1KA和2KA同時(shí)吸合且供電正常時(shí)，安全繼電器才正常工作。此時(shí)，控制繼電器K31A和K31B得電，同時(shí)K31A和K31B的常閉點(diǎn)信號(hào)會(huì)傳送給柴油機(jī)控制柜以控制柴油機(jī)聯(lián)鎖啟動(dòng)，如圖3所示。

圖3 PLC控制柴油機(jī)啟動(dòng)原理圖

通過PLC采集[5]UPS主斷路器的進(jìn)出線不同相，并使用線圈電壓為380 V的繼電器并聯(lián)接入。當(dāng)UPS進(jìn)線電源異?；蛘咧鲾嗦菲鞣珠l時(shí)，都可以檢測(cè)出UPS進(jìn)線供電異常，通過將此繼電器的輔助觸點(diǎn)信號(hào)傳送給PLC，能夠把UPS供電異常報(bào)警信息傳送到WinCC監(jiān)控畫面，從而對(duì)操作人員進(jìn)行報(bào)警提示。當(dāng)UPS供電異常時(shí)，UPS會(huì)切換到電池供電。若安全繼電器通過電池供電后仍能正常工作，且常開觸點(diǎn)吸合，則判斷電池有電正常；當(dāng)UPS供電異常時(shí)，安全繼電器不能得電吸合，則判斷電池?zé)o電異常，并把電池異常報(bào)警信息傳送到WinCC監(jiān)控畫面，對(duì)操作人員進(jìn)行報(bào)警提示。

當(dāng)安全繼電器的各常開觸點(diǎn)全部串聯(lián)在一起傳送給PLC[6]，且安全繼電器得電，1KA與2KA吸合時(shí)，判斷安全繼電器正常，反之為異常，同時(shí)將安全繼電器異常報(bào)警信息傳送到WinCC監(jiān)控畫面，對(duì)操作人員進(jìn)行報(bào)警提示。高壓柜控制回路1KA和2KA常開輔助觸點(diǎn)傳送給PLC，全部正常得電時(shí)，判斷高壓柜控制回路供電正常，反之為異常，并把異常報(bào)警傳送到WinCC監(jiān)控畫面，對(duì)操作人員進(jìn)行報(bào)警提示。當(dāng)高壓柜控制回路異常時(shí)，安全繼電器也會(huì)報(bào)出異常故障。

結(jié)晶器供水泵電機(jī)為3臺(tái)高壓電機(jī)，正常情況下2臺(tái)正常使用，1臺(tái)備用。PLC通過采集高壓柜真空斷路器合閘輔助觸點(diǎn)的信號(hào)，當(dāng)判斷出任意2臺(tái)或3臺(tái)處于合閘狀態(tài)時(shí)，合閘后10 s電機(jī)啟動(dòng)完成。此時(shí)若對(duì)應(yīng)電機(jī)的電流和大于等于26 A，則判斷為電機(jī)供電正常，反之為異常，并把異常報(bào)警傳送到WINCC監(jiān)控畫面，對(duì)操作人員進(jìn)行報(bào)警提示。

異常狀態(tài)時(shí)，改進(jìn)后自動(dòng)判斷控制分為以下5種：

（1）當(dāng)事故切斷閥打開，安全繼電器異常、UPS供電正常、供水泵電機(jī)主電供電正常時(shí)，根據(jù)圖2和圖3可知，此時(shí)事故切斷閥失電打開，柴油機(jī)啟動(dòng)。PLC通過及時(shí)判斷出此異常信息能夠立即輸出信號(hào)，以控制事故切斷閥得電關(guān)閉。當(dāng)壓強(qiáng)大于等于1.25 MPa時(shí)，PLC輸出控制柴油機(jī)停止命令。故障處理完成后，安全繼電器恢復(fù)正常時(shí)，其輔助觸點(diǎn)與K31A和K31B的輔助觸點(diǎn)在PLC內(nèi)進(jìn)行與邏輯控制，從而恢復(fù)正常邏輯控制狀態(tài)。

（2）當(dāng)事故切斷閥打開，安全繼電器正常、UPS供電異常（此時(shí)UPS電池供電正常）、供水泵電機(jī)主電供電正常時(shí)，根據(jù)圖1、圖2和圖3可知，此時(shí)各控制系統(tǒng)正常，但由于電池供電時(shí)間短，系統(tǒng)很快就會(huì)處于斷電狀態(tài)。因此，為避免事故發(fā)生，需要立即控制PLC輸出使事故切斷閥得電，同時(shí)要控制PLC輸出使柴油機(jī)處于停止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)UPS供電正常時(shí)，恢復(fù)正常邏輯控制。

（3）當(dāng)事故切斷閥打開，安全繼電器正常、UPS供電正常、供水泵電機(jī)主電供電正常，但事故切斷閥的控制繼電器K31A或K31B故障時(shí)，此時(shí)事故切斷閥失電打開，柴油機(jī)啟動(dòng)，PLC及時(shí)判斷出此異常信息，并立即輸出信號(hào)，以控制事故切斷閥得電關(guān)閉。當(dāng)壓強(qiáng)大于等于1.25 MPa時(shí)，PLC輸出信號(hào)使柴油機(jī)停止。故障處理完成后，系統(tǒng)恢復(fù)正?？刂?。

（4）當(dāng)事故切斷閥打開，安全繼電器異常、UPS供電異常、供水泵電機(jī)主電供電正常時(shí)，根據(jù)圖1、圖2和圖3可知，此時(shí)事故切斷閥失電打開，柴油機(jī)啟動(dòng)，PLC及時(shí)判斷出此異常信息，并立即輸出信號(hào)，以控制事故切斷閥得電關(guān)閉。當(dāng)壓強(qiáng)大于等于1.25 MPa時(shí)，PLC輸出控制信號(hào)使柴油機(jī)停止。故障處理完成，且K31A和K31B的輔助觸點(diǎn)在PLC內(nèi)進(jìn)行與邏輯控制正常后，恢復(fù)正常控制。

（5）當(dāng)事故切斷閥關(guān)閉，安全繼電器正常、UPS供電正常、供水泵電機(jī)主電供電異常時(shí)，PLC輸出控制柴油機(jī)啟動(dòng)，并控制事故切斷閥打開。當(dāng)供水泵電機(jī)供電恢復(fù)正常時(shí)，系統(tǒng)不會(huì)自動(dòng)恢復(fù)正常控制，此時(shí)需要在主控室畫面點(diǎn)擊水泵供電恢復(fù)正常按鈕，將PLC的柴油機(jī)啟動(dòng)和事故切斷閥打開命令復(fù)位，以切除PLC控制，從而恢復(fù)到正?？刂?。

3 結(jié)語

本文在不增加設(shè)備的基礎(chǔ)上，通過邏輯控制提高了自動(dòng)化控制、自動(dòng)故障判斷和自動(dòng)切換控制的能力，同時(shí)降低了鑄機(jī)斷澆次數(shù)、設(shè)備故障率和故障處理時(shí)間。通過對(duì)UPS供電的自動(dòng)判斷，可以提前進(jìn)行自動(dòng)切換控制，且處理完成后可以自動(dòng)恢復(fù)到正?？刂疲鞠龑?duì)鑄機(jī)的影響。