羅茨鼓風機自動控制系統(tǒng)

山東錦工有限公司是一家專業(yè)生產(chǎn)羅茨風機、羅茨鼓風機等機械設(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，錦工致力于新產(chǎn)品的研發(fā)，新產(chǎn)品雙油箱羅茨鼓風機、水冷羅茨鼓風機、油驅(qū)羅茨鼓風機、低噪音羅茨鼓風機，贏得了市場好評和認可。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)遠銷全國各地及東南亞，深受客戶好評。

高爐羅茨鼓風機在煉鐵生產(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)計參數(shù)
武鋼7#高爐羅茨鼓風機設(shè)計使用的是MAN TURBO公司的AV90-15機組。該機組由10KV ABB同步電機通過增速齒輪箱帶動軸流羅茨鼓風機。該機組還有如下的輔助系統(tǒng)：潤滑油和控制油單元，動力油單元，頂軸單元，盤車單元，進氣過濾器單元等。
二、自動控制系統(tǒng)構(gòu)成
TURBOLOG DSP BASIC/4為主控制器站，采集處理所有I/O信號。TURBOLOG PROTECT中的COMPACT/M3為冗余喘振監(jiān)測（逆流保護）系統(tǒng)，并帶有VOTER CARD REL2002（緊急停機保護選擇系統(tǒng)）和喘振計數(shù)器，使用TURWIN可進行編程和強制調(diào)試。TURBOLOG DSP PROVISET為支持人機界面的計算機系統(tǒng)，提供實時監(jiān)控、趨勢記錄、通訊功能。風機監(jiān)控系統(tǒng)使用BENTLY NEVADA 3600 。建有一個操作站和一個工程師站。
三、系統(tǒng)控制功能及原理
整個機組的控制系統(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)控制功能有送風流量/壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)、風機防喘振調(diào)節(jié)系統(tǒng)。邏輯控制系統(tǒng)有機組啟動步驟聯(lián)鎖系統(tǒng)、逆流保護系統(tǒng)、重故障緊急停機聯(lián)鎖系統(tǒng)、供輔設(shè)施控制系統(tǒng)、送風與撥風控制系統(tǒng)等。
（一）重故障緊急停機聯(lián)鎖控制
為保障機組的安全運行，設(shè)有相應(yīng)的停機聯(lián)鎖保護，如果滿足其中一個條件，就要進行聯(lián)鎖保護停機。這些條件為：（1）按下急停按鈕，（2）風機軸位移過大（+/-0.6MM），（3）持續(xù)逆流，（4）潤滑油壓力過低（低于0.8bar），（5）主電機跳閘。
（二）防喘振控制
1．控制原理
軸流風機運行在不同的風壓時，都有嚴格的吸入風量限制范圍，低于該限則發(fā)生喘振。喘振時出風壓力和流量急速地升降，會聽到喘氣般的聲音，風機的空氣溫度會急速上升，所以應(yīng)絕對避免風機在喘振區(qū)工作。通過控制防喘閥，防喘振控制系統(tǒng)使風機的操作點始終保持在穩(wěn)定范圍內(nèi)，不受過程流量和壓力的約束。防喘控制是獨立的，但它的功能在某些過程會受到限制。如在機組啟動和停止時防喘閥是處在故障安全位全開位的。
風機的特性曲線，即風機進風壓力與排風壓力比POUT/PIN與進風體積流量QIN的關(guān)系曲線。1-6號曲線對應(yīng)與不同的靜葉角度，每條曲線都有一個最高點，而連接最高點的虛線即是風機的喘振線。喘振線的是通過對風機做喘振試驗，實測出風機4種進入喘振狀態(tài)下的進風壓力PIN、排風壓力POUT、進風溫度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。為防止風機進入喘振工況區(qū)，確保風機安全運行，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)的安全運行線、喘振預(yù)報線、防喘線。
其安全運行線的方程近似為：
POUT/PIN=a+bQ2IN/TIN
QIN進風流量，a b風機系數(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△PIN=r(POUT-aPIN)/bK2時，風機才不會喘振。
2．控制方法
系統(tǒng)的工作原理是：風機喉部壓差△PIN、進風壓力PIN、排風壓力POUT、進風溫度TIN的PV值，經(jīng)測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)系計算后得出給定值SP，與排氣壓力POUT的PV值比較，當PV值達到報警值時，系統(tǒng)發(fā)出報警信號；當PV值達到或超過放空值時，防喘振調(diào)節(jié)系統(tǒng)起調(diào)節(jié)作用，經(jīng)PID計算后得到相應(yīng)的值，控制放風閥的開度，使放風閥打開，工況點重新回到放空線以下運行；若放空
閥開啟仍不能使工況點回到放空線以下，工況繼續(xù)惡化，當PV值達到緊急放風值時，計算機輸出信號使電動放風閥快速開啟，實行緊急放風.系統(tǒng)流程如圖3-3。
由于放風量變化范圍大，而且要求動作快，設(shè)置了主、副放風閥。副放風閥采用快速反應(yīng)的小型閥，以求防風的平穩(wěn)，只有在緊急狀態(tài)時才啟動主放風閥。這應(yīng)實行分程控制，分程的取值范圍，視工藝要求而定。
3．逆流保護
逆流是羅茨風機喘振的前兆，逆流保護可作為防喘控制的一項附屬保護措施。當喘振發(fā)生且超過了防喘調(diào)節(jié)器的范圍，逆流保護控制邏輯將調(diào)節(jié)羅茨鼓風機防止喘振狀態(tài)的進一步升級。在機組啟動完畢，并且靜葉已經(jīng)打開到一定角度，機組已處于正常工作狀態(tài)時，風機喉部壓差如果小于1.5kPa，邏輯系統(tǒng)立即產(chǎn)生喘振報警，若再持續(xù)3s時間后信號仍未消失，系統(tǒng)在逆流報警的同時，進行逆流保護，機組自動進入安全運行狀態(tài)，安全運行結(jié)果是：（1）放風閥快速全開，（2）靜葉退回最小角，使風量減少，風壓降低，（3）逆止閥強行關(guān)閉.若再持續(xù)6s時間內(nèi)逆流信號仍未消失，則邏輯系統(tǒng)在?持續(xù)逆流?緊急報警的同時，聯(lián)鎖緊急停機。
（三）送風流量/壓力控制
風機的送風流量和壓力由過程負荷決定。正常情況下，過程量的大小是通過改變由伺服閥控制的靜葉角度來調(diào)節(jié)的。通過選擇目標風量，系統(tǒng)可不依據(jù)過程負荷自動調(diào)節(jié)靜葉角度，以達到目標風量。正常生產(chǎn)時，高爐要求定風量控制，以保證爐內(nèi)平衡。當熱風爐換爐或高爐人工坐料時，需要比平時更多的風量。為了補償增加的流量（由于管路負荷的下降），流量控制自動切換到定風壓控制，系統(tǒng)增加靜葉角度來補償壓力損失。過程完畢，系統(tǒng)自動返回到流量控制，靜葉角度也降低到先前的初始流量設(shè)定點。
風量調(diào)節(jié)的工作原理是：進風管溫度、壓力和進風壓差經(jīng)補正計算后得出實際風量值PV與目標風量值SP進行比較，經(jīng)PID計算后得到相應(yīng)的值，輸出給伺服閥，控制靜葉角度的改變。風壓調(diào)節(jié)與流量調(diào)節(jié)的工作原理相同，直接采集風壓值PV與目標風壓值SP進行偏差計算，經(jīng)PID運算進行調(diào)節(jié)。為了保證兩控制方式之間的無擾動切換，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，即在進行風量控制時，風壓的輸出值跟蹤定風量的值，反之亦然。
該計算機控制系統(tǒng)保證了機組的穩(wěn)定高效運轉(zhuǎn)，同時保證了緊急情況下高爐的生產(chǎn)。

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