羅茨鼓風(fēng)機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)

山東錦工有限公司是一家專業(yè)生產(chǎn)羅茨風(fēng)機(jī)、羅茨鼓風(fēng)機(jī)等機(jī)械設(shè)備公司，位于有“鐵匠之鄉(xiāng)”之稱的山東省章丘市相公鎮(zhèn)，近年來(lái)，錦工致力于新產(chǎn)品的研發(fā)，新產(chǎn)品雙油箱羅茨鼓風(fēng)機(jī)、水冷羅茨鼓風(fēng)機(jī)、油驅(qū)羅茨鼓風(fēng)機(jī)、低噪音羅茨鼓風(fēng)機(jī)，贏得了市場(chǎng)好評(píng)和認(rèn)可。此類產(chǎn)品已廣泛應(yīng)用于電力、污水處理、環(huán)保、化工、鋼鐵、建材、農(nóng)藥、制藥等行業(yè)。產(chǎn)品和服務(wù)遠(yuǎn)銷全國(guó)各地及東南亞，深受客戶好評(píng)。

高爐羅茨鼓風(fēng)機(jī)在煉鐵生產(chǎn)中是一重要的子系統(tǒng)，該系統(tǒng)控制的好壞直接影響到送風(fēng)的質(zhì)量，從而關(guān)系到高爐生鐵的產(chǎn)量和能耗。
一、系統(tǒng)介紹及主要設(shè)計(jì)參數(shù)
武鋼7#高爐羅茨鼓風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)使用的是MAN TURBO公司的AV90-15機(jī)組。該機(jī)組由10KV ABB同步電機(jī)通過(guò)增速齒輪箱帶動(dòng)軸流羅茨鼓風(fēng)機(jī)。該機(jī)組還有如下的輔助系統(tǒng)：潤(rùn)滑油和控制油單元，動(dòng)力油單元，頂軸單元，盤車單元，進(jìn)氣過(guò)濾器單元等。
二、自動(dòng)控制系統(tǒng)構(gòu)成
TURBOLOG DSP BASIC/4為主控制器站，采集處理所有I/O信號(hào)。TURBOLOG PROTECT中的COMPACT/M3為冗余喘振監(jiān)測(cè)（逆流保護(hù)）系統(tǒng)，并帶有VOTER CARD REL2002（緊急停機(jī)保護(hù)選擇系統(tǒng)）和喘振計(jì)數(shù)器，使用TURWIN可進(jìn)行編程和強(qiáng)制調(diào)試。TURBOLOG DSP PROVISET為支持人機(jī)界面的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，提供實(shí)時(shí)監(jiān)控、趨勢(shì)記錄、通訊功能。風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)使用BENTLY NEVADA 3600 。建有一個(gè)操作站和一個(gè)工程師站。
三、系統(tǒng)控制功能及原理
整個(gè)機(jī)組的控制系統(tǒng)有以下幾大部分：連續(xù)控制、邏輯控制及操作監(jiān)視管理等。連續(xù)控制功能有送風(fēng)流量/壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)、風(fēng)機(jī)防喘振調(diào)節(jié)系統(tǒng)。邏輯控制系統(tǒng)有機(jī)組啟動(dòng)步驟聯(lián)鎖系統(tǒng)、逆流保護(hù)系統(tǒng)、重故障緊急停機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)、供輔設(shè)施控制系統(tǒng)、送風(fēng)與撥風(fēng)控制系統(tǒng)等。
（一）重故障緊急停機(jī)聯(lián)鎖控制
為保障機(jī)組的安全運(yùn)行，設(shè)有相應(yīng)的停機(jī)聯(lián)鎖保護(hù)，如果滿足其中一個(gè)條件，就要進(jìn)行聯(lián)鎖保護(hù)停機(jī)。這些條件為：（1）按下急停按鈕，（2）風(fēng)機(jī)軸位移過(guò)大（+/-0.6MM），（3）持續(xù)逆流，（4）潤(rùn)滑油壓力過(guò)低（低于0.8bar），（5）主電機(jī)跳閘。
（二）防喘振控制
1．控制原理
軸流風(fēng)機(jī)運(yùn)行在不同的風(fēng)壓時(shí)，都有嚴(yán)格的吸入風(fēng)量限制范圍，低于該限則發(fā)生喘振。喘振時(shí)出風(fēng)壓力和流量急速地升降，會(huì)聽到喘氣般的聲音，風(fēng)機(jī)的空氣溫度會(huì)急速上升，所以應(yīng)絕對(duì)避免風(fēng)機(jī)在喘振區(qū)工作。通過(guò)控制防喘閥，防喘振控制系統(tǒng)使風(fēng)機(jī)的操作點(diǎn)始終保持在穩(wěn)定范圍內(nèi)，不受過(guò)程流量和壓力的約束。防喘控制是獨(dú)立的，但它的功能在某些過(guò)程會(huì)受到限制。如在機(jī)組啟動(dòng)和停止時(shí)防喘閥是處在故障安全位全開位的。
風(fēng)機(jī)的特性曲線，即風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)壓力與排風(fēng)壓力比POUT/PIN與進(jìn)風(fēng)體積流量QIN的關(guān)系曲線。1-6號(hào)曲線對(duì)應(yīng)與不同的靜葉角度，每條曲線都有一個(gè)最高點(diǎn)，而連接最高點(diǎn)的虛線即是風(fēng)機(jī)的喘振線。喘振線的是通過(guò)對(duì)風(fēng)機(jī)做喘振試驗(yàn)，實(shí)測(cè)出風(fēng)機(jī)4種進(jìn)入喘振狀態(tài)下的進(jìn)風(fēng)壓力PIN、排風(fēng)壓力POUT、進(jìn)風(fēng)溫度TIN、喉部壓差△PIN等參數(shù)，根據(jù)它們的函數(shù)關(guān)系得到的。為防止風(fēng)機(jī)進(jìn)入喘振工況區(qū)，確保風(fēng)機(jī)安全運(yùn)行，將防喘線平行下移3%、6.4%、9.72%得到三條同樣形狀的曲線作為防喘振調(diào)節(jié)系統(tǒng)的安全運(yùn)行線、喘振預(yù)報(bào)線、防喘線。
其安全運(yùn)行線的方程近似為：
POUT/PIN=a+bQ2IN/TIN
QIN進(jìn)風(fēng)流量，a b風(fēng)機(jī)系數(shù)
QIN2=K2△PIN/? ?PINM/zRTIN
K比例系數(shù)，M氣體分子量，z氣體壓縮因子，R氣體常數(shù)
△PIN=r(POUT-aPIN)/bK2，r=M/zR為常數(shù)
只有當(dāng)△PIN=r(POUT-aPIN)/bK2時(shí)，風(fēng)機(jī)才不會(huì)喘振。
2．控制方法
系統(tǒng)的工作原理是：風(fēng)機(jī)喉部壓差△PIN、進(jìn)風(fēng)壓力PIN、排風(fēng)壓力POUT、進(jìn)風(fēng)溫度TIN的PV值，經(jīng)測(cè)量變送后送入折線函數(shù)單元FX，作為防喘調(diào)節(jié)系統(tǒng)的輸入，系統(tǒng)按防喘線的函數(shù)關(guān)系計(jì)算后得出給定值SP，與排氣壓力POUT的PV值比較，當(dāng)PV值達(dá)到報(bào)警值時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)；當(dāng)PV值達(dá)到或超過(guò)放空值時(shí)，防喘振調(diào)節(jié)系統(tǒng)起調(diào)節(jié)作用，經(jīng)PID計(jì)算后得到相應(yīng)的值，控制放風(fēng)閥的開度，使放風(fēng)閥打開，工況點(diǎn)重新回到放空線以下運(yùn)行；若放空
閥開啟仍不能使工況點(diǎn)回到放空線以下，工況繼續(xù)惡化，當(dāng)PV值達(dá)到緊急放風(fēng)值時(shí)，計(jì)算機(jī)輸出信號(hào)使電動(dòng)放風(fēng)閥快速開啟，實(shí)行緊急放風(fēng).系統(tǒng)流程如圖3-3。
由于放風(fēng)量變化范圍大，而且要求動(dòng)作快，設(shè)置了主、副放風(fēng)閥。副放風(fēng)閥采用快速反應(yīng)的小型閥，以求防風(fēng)的平穩(wěn)，只有在緊急狀態(tài)時(shí)才啟動(dòng)主放風(fēng)閥。這應(yīng)實(shí)行分程控制，分程的取值范圍，視工藝要求而定。
3．逆流保護(hù)
逆流是羅茨風(fēng)機(jī)喘振的前兆，逆流保護(hù)可作為防喘控制的一項(xiàng)附屬保護(hù)措施。當(dāng)喘振發(fā)生且超過(guò)了防喘調(diào)節(jié)器的范圍，逆流保護(hù)控制邏輯將調(diào)節(jié)羅茨鼓風(fēng)機(jī)防止喘振狀態(tài)的進(jìn)一步升級(jí)。在機(jī)組啟動(dòng)完畢，并且靜葉已經(jīng)打開到一定角度，機(jī)組已處于正常工作狀態(tài)時(shí)，風(fēng)機(jī)喉部壓差如果小于1.5kPa，邏輯系統(tǒng)立即產(chǎn)生喘振報(bào)警，若再持續(xù)3s時(shí)間后信號(hào)仍未消失，系統(tǒng)在逆流報(bào)警的同時(shí)，進(jìn)行逆流保護(hù)，機(jī)組自動(dòng)進(jìn)入安全運(yùn)行狀態(tài)，安全運(yùn)行結(jié)果是：（1）放風(fēng)閥快速全開，（2）靜葉退回最小角，使風(fēng)量減少，風(fēng)壓降低，（3）逆止閥強(qiáng)行關(guān)閉.若再持續(xù)6s時(shí)間內(nèi)逆流信號(hào)仍未消失，則邏輯系統(tǒng)在?持續(xù)逆流?緊急報(bào)警的同時(shí)，聯(lián)鎖緊急停機(jī)。
（三）送風(fēng)流量/壓力控制
風(fēng)機(jī)的送風(fēng)流量和壓力由過(guò)程負(fù)荷決定。正常情況下，過(guò)程量的大小是通過(guò)改變由伺服閥控制的靜葉角度來(lái)調(diào)節(jié)的。通過(guò)選擇目標(biāo)風(fēng)量，系統(tǒng)可不依據(jù)過(guò)程負(fù)荷自動(dòng)調(diào)節(jié)靜葉角度，以達(dá)到目標(biāo)風(fēng)量。正常生產(chǎn)時(shí)，高爐要求定風(fēng)量控制，以保證爐內(nèi)平衡。當(dāng)熱風(fēng)爐換爐或高爐人工坐料時(shí)，需要比平時(shí)更多的風(fēng)量。為了補(bǔ)償增加的流量（由于管路負(fù)荷的下降），流量控制自動(dòng)切換到定風(fēng)壓控制，系統(tǒng)增加靜葉角度來(lái)補(bǔ)償壓力損失。過(guò)程完畢，系統(tǒng)自動(dòng)返回到流量控制，靜葉角度也降低到先前的初始流量設(shè)定點(diǎn)。
風(fēng)量調(diào)節(jié)的工作原理是：進(jìn)風(fēng)管溫度、壓力和進(jìn)風(fēng)壓差經(jīng)補(bǔ)正計(jì)算后得出實(shí)際風(fēng)量值PV與目標(biāo)風(fēng)量值SP進(jìn)行比較，經(jīng)PID計(jì)算后得到相應(yīng)的值，輸出給伺服閥，控制靜葉角度的改變。風(fēng)壓調(diào)節(jié)與流量調(diào)節(jié)的工作原理相同，直接采集風(fēng)壓值PV與目標(biāo)風(fēng)壓值SP進(jìn)行偏差計(jì)算，經(jīng)PID運(yùn)算進(jìn)行調(diào)節(jié)。為了保證兩控制方式之間的無(wú)擾動(dòng)切換，在系統(tǒng)中設(shè)置輸出跟蹤功能，使處于非工作狀態(tài)的控制器輸出跟蹤工作狀態(tài)的輸出，即在進(jìn)行風(fēng)量控制時(shí)，風(fēng)壓的輸出值跟蹤定風(fēng)量的值，反之亦然。
該計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)保證了機(jī)組的穩(wěn)定高效運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)保證了緊急情況下高爐的生產(chǎn)。

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