概述
山东泰山钢铁集团2002 年新上450m3无料钟炉顶高炉。公司为了节约能源，充分利用现有的生产设备，公司决定采用汽轮鼓风。
汽轮鼓风系统风机采用陕西鼓风集团生产的AV40轴流风机，利用已有的6000KW汽轮机作为原动力。持续可靠地向高炉鼓风是保证炼铁高质、高产的前提。鼓风系统运行失常、输出风压不稳定就会造成高炉悬料、坐料，严重时还会毁坏高炉本体。为保证鼓风系统的稳定运行，并随时根据高炉工艺生产情况实时调整风压、风量，生产控制系统采用PLC 实现集散控制功能，完成对生产工艺、设备运行参数的监控。
对汽轮鼓风系统的控制难点主要包括对风压或风量的闭环控制、风机的防喘振及防逆流控制、汽轮机的速度控制等。要获得以上良好的控制性能首先控制系统要对现场具有实时的跟踪性、快速的反应性，能对现场运行趋势作出正确的调节，这就要求控制器必须具有高速的运算和复杂的逻辑控制功能。
系统构成
1. 系统硬件
为保证控制系统的可靠性，控制器采用进口GE 系列90 -70 PLC。GE
系列90-70 PLC 作为控制系统具有以下较好的性能：
● 在CPU模块中有两个处理器，其中一个用于模拟量及特殊的控制功能，另一个用于开关量逻辑控制，且CPU具有高速浮点运算功能。
● 系统机架采用标准的VME总线结构，可以安装第三方的标准模块。
● 具备强大的信号处理功能，适于大规模现场控制。
● 高速的数据通讯功能保证监控数据与现场同步性。
系统的硬件配置如图1所示：
图1 控制系统硬件组成
2. 控制软件系统
监控站软件操作系统安装Windows2000 SP4，相关监控软件采用CIMPLICITY 6.0。两台监控站属于对等站，通过工业以太网与工控PLC相连，共同进行汽轮鼓风过程控制、实时数据的监视、运行参数的历史趋势、重要参数的报警记录、报表打印、手/自动操作方式的选择、报警值、停机值及过程设定值的调整等操作。
PLC编程采用Versa软件，支持模块化程序结构，程序根据整个子系统不同的控制对象作成相应子程序功能块，由主程序进行调用。子程序功能块主要包括定风压系统的调节、防喘振系统的调节、数据采集与处理逻辑联锁等。
● 定风压系统的调节：根据高炉工艺生产运行情况，通过监控站画面完成定风压调节手/自动操作方式的选择和所需风压值的设定，模拟量输出模块发出4-20mA的信号控制电液伺服阀，电液伺服阀通过油压来调整风机静叶的开度（21°-79°），从而实现高炉不同的风压值，控制过程如图2所示。
图2 P设、Pv：压力设定植、实际值
● 防喘振系统的调节：防喘振系统的调节是通过对防喘阀（在风机的排气侧与大气直接相连）开度的调节来完成的。为了安全起见，防喘阀选择失电全开，控制阀的开度为4-20mA，4mA 为全开，20mA 为阀门全关，整个动作过程为快开慢关。
在风机安装完毕投入运行之前，由风机安装调试人员和风机生产厂家合作做风机的特性试验和喘振试验，根据喉部差压ΔP与排气压力P的函数关系绘制风机的喘振曲线。
在实际运行中，将喘振曲线平行下移10%作为防喘振的报警线，下移5%作为放散线（喘振曲线的调整如图3所示）。当排气压力超过报警线时，系统发出报警信号，操作人员可以进行手动调节；当排气压力值超过放散值时，防喘振调节系统可自动控制，放散阀按一定的角度打开，使工况点回到放散线以下运行，若工况继续恶化，放散阀失电全部打开。防喘振调节系统如图4所示。
△P：进风差压 t：进风温度
T：绝对温度 △P"：补偿后的差压
SP1：函数计算后对应的设定压力
PV1：实测出口压力
SP2：防喘阀开度计算值
PV2：实测防喘阀开度
图4 防喘振调节系统
● 逻辑联锁包括汽轮鼓风系统的启动条件、油站系统、汽机疏水调节系统双泵之间主备切换、备泵的投入/切除控制、汽机盘车的自动运行、轴振动、轴位移、喘振等引起的报警及停机保护等。
● 上位机主要监控画面有：启动条件，停机保护，机组轴系，喘振曲线，油路系统，历史趋势，报警记录，报表打印等。
[1] 启动条件：每次开机前判断是否具备开机条件。
[2] 停机保护：显示每次事故停机的原因，根据现场实际情况可对一些停机保护进行投入或切除。
[3] 汽机、风机系统工艺流程图及动态数据显示，操作人员可进行监视与调整运行参数。
[4] 机组轴系：显示汽机、风机轴系振动、位移、温度等参数。
[5] 喘振曲线：显示当前风机运行的工况点与喘振曲线的相对位置，判断风机是否运行在安全区域。
[6] 油路系统：主要监控动力油站和润滑油站的运行参数。
[7] 历史趋势：对重要参数如排气压力、风机轴位移等进行归档记录。
[8] 报警记录：根据报警设定值对运行过程中出现的异常情况进行声光报警，直至人工按下复位按钮。
[9] 报表打印：可随时进行数据报表打印。
系统的作用及功能
1. 汽轮机运行的各种参数集中监控
● 汽轮机主体轴振动、轴位移、轴承温度、汽轮机各点润滑油进油压力、进油温度、回油压力、回油温度等参数进行集中监视、归档、记录并根据设定值进行报警。
● 汽轮机疏水系统的调节包括新汽压力的调整、蒸汽温度的监视及热井液位、凝结水泵、出口调节阀的控制。
● 盘车的自动控制。
● 汽轮机进汽速关阀的控制、汽机速度的监视。
2. 风机运行参数的集中监控
● 对风机进气压力、进气温度、排气压力、排气温度、风机轴向位移、轴振动、轴温度等参数监控。
● 对风压控制 定风压控制是高炉鼓风控制的主要部分，需根据高炉工艺运行情况随时调整风机排气压力。主要通过对电液伺服阀的控制来完成对静叶开度的调整，以达到对风压的调整。
● 风机防喘振的调节 喘振会造成鼓风系统的破坏，严重影响了高炉的运行，必须设置功能齐全的防喘振调节功能。
3. 油路系统的监控
整个油路循环系统是汽轮鼓风运行的前提。油路监控主要包括对动力油站和润滑油站的监控，并根据出口油压来设置油压联锁。
4. 整个汽轮鼓风系统的联锁停机保护
当发生危及鼓风系统安全运行的故障，如汽机或风机轴的位移过大、轴承温度超高、工况运行超出喘振曲线安全区域等情况并持续时，必须进行灵敏可靠的停机保护。
自2003年初投入运行以来，该监控系统实现了对鼓风系统整个生产工艺流程的实时数据提取，自动进行数据计算，并根据情况可以自动、或人工手动对现场设备进行控制，并实现了自动与手动的无扰切换，保证了系统运行稳定可靠，操作灵活方便，保护快速灵敏，为向高炉持续可靠的供风奠定了基础，年创造经济效益达2000万元。
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