羅茨鼓風機自動控制系統

羅茨鼓風機自動控制系統

山東錦工有限公司是一家專業生產羅茨風機、羅茨鼓風機等機械設備公司，位于有“鐵匠之鄉”之稱的山東省章丘市相公鎮，近年來，錦工致力于新產品的研發，新產品雙油箱羅茨鼓風機、水冷羅茨鼓風機、油驅羅茨鼓風機、低噪音羅茨鼓風機，贏得了市場好評和認可。此類產品已廣泛應用于電力、污水處理、環保、化工、鋼鐵、建材、農藥、制藥等行業。產品和服務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中是一重要的子系統，該系統控制的好壞直接影響到送風的質量，從而關系到高爐生鐵的產量和能耗。
一、系統介紹及主要設計參數
武鋼7#高爐羅茨鼓風機設計使用的是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：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、自動控制系統構成
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為冗余喘振監測（逆流保護）系統，并帶有VOTER CARD REL2002（緊急停機保護選擇系統）和喘振計數器，使用TURWIN可進行編程和強制調試。TURBOLOG DSP PROVISET為支持人機界面的計算機系統，提供實時監控、趨勢記錄、通訊功能。風機監控系統使用BENTLY NEVADA 3600 。建有一個操作站和一個工程師站。
三、系統控制功能及原理
整個機組的控制系統有以下幾大部分：連續控制、邏輯控制及操作監視管理等。連續控制功能有送風流量/壓力調節系統、風機防喘振調節系統。邏輯控制系統有機組啟動步驟聯鎖系統、逆流保護系統、重故障緊急停機聯鎖系統、供輔設施控制系統、送風與撥風控制系統等。
（一）重故障緊急停機聯鎖控制
為保障機組的安全運行，設有相應的停機聯鎖保護，如果滿足其中一個條件，就要進行聯鎖保護停機。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，所以應絕對避免風機在喘振區工作。通過控制防喘閥，防喘振控制系統使風機的操作點始終保持在穩定范圍內，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的關系曲線。1-6號曲線對應與不同的靜葉角度，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，根據它們的函數關系得到的。為防止風機進入喘振工況區，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節系統的安全運行線、喘振預報線、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
QIN2=K2△PIN/? ?PINM/zRTIN
K比例系數，M氣體分子量，z氣體壓縮因子，R氣體常數
△PIN=r(POUT-aPIN)/bK2，r=M/zR為常數
只有當△PIN=r(POUT-aPIN)/bK2時，風機才不會喘振。
2．控制方法
系統的工作原理是：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，經測量變送后送入折線函數單元FX，作為防喘調節系統的輸入，系統按防喘線的函數關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，系統發出報警信號；當PV值達到或超過放空值時，防喘振調節系統起調節作用，經PID計算后得到相應的值，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.系統流程如圖3-3。
由于放風量變化范圍大，而且要求動作快，設置了主、副放風閥。副放風閥采用快速反應的小型閥，以求防風的平穩，只有在緊急狀態時才啟動主放風閥。這應實行分程控制，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。當喘振發生且超過了防喘調節器的范圍，逆流保護控制邏輯將調節羅茨鼓風機防止喘振狀態的進一步升級。在機組啟動完畢，并且靜葉已經打開到一定角度，機組已處于正常工作狀態時，風機喉部壓差如果小于1.5kPa，邏輯系統立即產生喘振報警，若再持續3s時間后信號仍未消失，系統在逆流報警的同時，進行逆流保護，機組自動進入安全運行狀態，安全運行結果是：（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）逆止閥強行關閉.若再持續6s時間內逆流信號仍未消失，則邏輯系統在?持續逆流?緊急報警的同時，聯鎖緊急停機。
（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節的。通過選擇目標風量，系統可不依據過程負荷自動調節靜葉角度，以達到目標風量。正常生產時，高爐要求定風量控制，以保證爐內平衡。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，系統增加靜葉角度來補償壓力損失。過程完畢，系統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定點。
風量調節的工作原理是：進風管溫度、壓力和進風壓差經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PID計算后得到相應的值，輸出給伺服閥，控制靜葉角度的改變。風壓調節與流量調節的工作原理相同，直接采集風壓值PV與目標風壓值SP進行偏差計算，經PID運算進行調節。為了保證兩控制方式之間的無擾動切換，在系統中設置輸出跟蹤功能，使處于非工作狀態的控制器輸出跟蹤工作狀態的輸出，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。
該計算機控制系統保證了機組的穩定高效運轉，同時保證了緊急情況下高爐的生產。

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