看一看：基于冗余容错技术的高炉鼓风机控制系统优化

摘　要(Abstract)本文主要介绍了基于现代冗余容错技术的高炉鼓风机自控系统适应性优化改造，提高高炉鼓风机控制系统的稳定性和可靠性，保障高炉生产安全稳定运行。1引言高炉鼓风机(以下简称风机)是给高炉冶炼提供冷风的设备，其工作原理是通过汽轮机或电机拖动使鼓风机高速旋转，将常温常压空气紧缩到1定压力温度后，供给高炉用于铁水冶炼，完成将蒸汽热能或电能转化为动能的进程。高炉鼓风机在铁水冶炼进程中起着非常重要的作用，是制约高炉生产、顺产的重要因素之1。目前莱钢共有高炉4座，与之配套的风机机组只有5台违章建筑国家允许强拆吗，其中3、4#风机为10年前引进的日本原装风机，设备及仪控系统部分老化。正常生产进程中，4台机组供风，只有1台备用机组。对风机侧来说，备机严重不足，如果1台运行风机出现故障，备机投入使用，全部热电厂将面临着无备机运行的情况。因此非常有必要加强现有的风机机组控制系统的安全可靠的运行。对自控系统，提高其稳定性、可靠性是目前最迫切的问题。冗余容错技术是近几年发展起来的新兴技术，具有高可靠性、高可用性、无单点故障等多处优点，非常适合在风机机组改造中利用。在这次改造中主要从电源、网络结构、工艺联锁参数3个方面入手，广泛的利用了该技术。2电源冗余优化控制系统对交换电源的电源品质要求不是很刻薄，但对电源的不中断供电要求特别高，因此风机控制系统都配备了UPS(Uninterruptable power supply)，当市电失常时，切换到UPS蓄电池供电，保证控制系统正常运行1段时间。UPS为自控系统的稳定提供了1定保障，但实际运行进程中，由于现场环境、电池活化、电网质量等诸多因素，UPS在实际切换进程中还存在着很多问题，导致UPS出现各种供电故障。近几年UPS故障统计表明，UPS出现供电中断事故主要产生在由UPS主回路、交换旁路、维修旁路相互切换的进程中，由于在切换进程中瞬态电压差的不同，导致了“环流”，当环流过大就会造成UPS逆变器故障，导致输出电源畸变乃至瞬时中断供电，而且切换进程中故障有随机性，很难监测。因此有必要对电源进行优化改造。如果对UPS进行冗余配置, 会投入很大的本钱动迁户没享受动迁待遇怎么办，而且不管UPS并联还是串联, 对UPS的同步性、带阶跃性负载能力都有很高的要求。考虑到现有的控制系统电源都是冗余配置的, 因此, 可以在UPS负载侧解决电源冗余问题。控制思路是:电网电源，UPS电源对控制系统同时供电，由DCS本身解决电源冗余切换问题。如图1所示:图1 改造后的电源原理简图

根据以上设计，当UPS产生故障时，另外1路市电会对系统正常供电;当市电回路出现问题时，UPS所在电源仍然正常工作;即使两路电源同时出现问题, 只要UPS蓄电池没有问题，系统仍然能正常运行1段时间。大大增强系统电源的可靠性, 减少了电源故障，提高全部系统的可靠系数。3网络拓扑结构优化热电厂1#风机原通讯电缆为细同轴电缆，网络结构为总线型结构，同轴电缆的连接头与网络接口卡的连接常常出现松动，引发进程站与监控站之间的网络通讯中断，影响了操作人员对机组的监视和操作。原网络只有1台上位机，当上位机产生死机情况时，短时间内将看不到机组的运行情况，对高速运转的设备来说比较危险。因此根据生产的实际需要对该机组的网络拓扑结构进行改造，改造前、后的网络结构图如图2所示。图2 改造前后网络拓扑结构图

在网络中增加了1台HUB集线器，将网络结构由总线式网络改造成星形网络，把同轴电缆更换为双绞线，由于控制站接口中无RJ⑷5接口，在进程控制站通过Dlink转换接头，将AUI接口转换为RJ⑷5接口，实现了全部网络的优化改造。优化改造后，在运行进程中完全消除网络通讯常常中断问题，系统的安全性、稳定性得到了加强。 根据现场的需要，对5#风机机组控制系统网络结构进行了以下改造:5#风机本来的拓扑结构如图3所示。本来的网络不能实现完全的冗余，当某1个通讯模块CI830出现故障时，出现故障CI830所在的全部从站会出现通讯完全中断，会给生产带来严重后果。在莱钢某制氧机曾出现过该模块破坏的案例，造成制氧机停机事故。在论证后，对网络结构进行了修改，采取了具有冗余切换能力的CI840通讯模块，取代本来的CI830通讯模块，如图4所示。不但简化了网络结构，而且使全部网络实现了完全冗余，1条网络上的任何1个元件破坏，全部网络都会保持通畅，不影响正常生产。图3 原有网络拓扑结构

4工艺联锁参数对高速旋转的设备，喘振工况的检测相当重要。如果汽机转速正常，风机喉部压差太小，此时最容易产生喘振。在原来的逆流判断中，仅仅使用了差压变送器对风机喉部差压进行逆流判断，由于单个变送器有可能出现电气故障，如老化断线或接线端子松动，出现信号误变化导致误停机，因此采取了3个喉差开关3选2逻辑判断的策略, 消除单点毛病引发的毛病判断, 提高风机了稳定性和可靠性。图4改造后的网络拓扑结构图

图5 喉差3选2判断

这些压差开关信号通过继电器分成两路:1路进入DCS，参与DCS中的逆流判断;另外1路进入1个小型的PLC(OMRON sysmac CPM1A)。这3个压差信号不论是在DCS中，还是在小型PLC中，都是采取的3取2的表决判断方法，1旦这3个压差信号中的两个到达逆流值，则立即进行相应的延时，DCS和PLC的输出同时控制现场设备，使机组防喘阀打开或联锁停机。这样就可以够提高逆流判断的快速和准确性，1旦DCS出现故障，只要PLC正常，则出现逆流后，经过1定的延时，仍然可以使机组防喘阀打开或停机，这样在DCS出现故障的情况下，仍然可以保护机组。逻辑图如图5所示。对引发工艺联锁停机的信号，如润滑油压低，动力油压低信号在程序中均增加了3选2逻辑判断;增加两个温度开关与原风机进风温度热电阻1起组成3选2逻辑判断，将进风温度高作为机组安全运行的1个条件，增加机组的安全性能。5结束语有统计资料表明，实际利用中DCS的功能仅发挥30%以下。在原有DCS基础进行改造实现先进控制，只需增加10%的本钱，即可得到40%的效益。利用该自动控制系统优化后，热电厂减少了冷风的放散量约100m3/min左右，每年减少非计划休风时间约50h，带来了200多万元的可观的经济效益和社会效益。该优化改造获得了莱钢自动化部2003年度科技攻关1等奖和2003年莱钢级技术鉴定，到达省内先进水平，实际利用效果非常好，值得在冶金行业广泛推行。参考文献[1] CI840通讯模块使用手册作者简介赵 佳(1976-)女助理工程师1998年毕业于沈阳大学自控系，在莱钢自动化部工作至今没有证的房子能强拆么，目前从事计算机控制系统及热工仪控系统的保护工作。(end)资讯分类行业动态帮助文档展会专题报道5金人物商家文章