高爐羅茨鼓風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

山東錦工有限公司是一家專業(yè)生產(chǎn)羅茨鼓風(fēng)機(jī)、羅茨真空泵、回轉(zhuǎn)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)品雙油箱羅茨風(fēng)機(jī)、水冷羅茨風(fēng)機(jī)、油驅(qū)羅茨風(fēng)機(jī)、低噪音羅茨風(fēng)機(jī)，贏得了市場(chǎng)好評(píng)和認(rèn)可。

高爐羅茨鼓風(fēng)機(jī)控制要求
高爐羅茨鼓風(fēng)機(jī)的主要性能參數(shù)有送風(fēng)量、排氣(出口)壓力、轉(zhuǎn)速、靜葉角度、效率等。描繪這些參數(shù)之間關(guān)系的曲線稱為特性曲線。從喘振邊界到阻塞線的范圍稱為穩(wěn)定工況區(qū),高爐羅茨鼓風(fēng)機(jī)必須在穩(wěn)定工況區(qū)內(nèi)工作。高爐羅茨鼓風(fēng)機(jī)控制和保護(hù)系統(tǒng)的主要作用是保證高爐正常生產(chǎn)所需的風(fēng)量或者供風(fēng)的壓力,并確保高爐羅茨鼓風(fēng)機(jī)長(zhǎng)期、安全的運(yùn)行,其具體內(nèi)容和要求隨高爐羅茨鼓風(fēng)機(jī)及驅(qū)動(dòng)裝置的形式而異。大、中型高爐的高爐羅茨鼓風(fēng)機(jī)一般應(yīng)設(shè)置有以下幾種控制:保持給定風(fēng)量不變的定風(fēng)量控制,保持供風(fēng)壓力不變的定風(fēng)壓控制,防止高爐羅茨鼓風(fēng)機(jī)發(fā)生喘振、逆流、轉(zhuǎn)子軸溫超限、轉(zhuǎn)子軸位移超限、轉(zhuǎn)子軸振動(dòng)超限等保護(hù)功能,為維持系統(tǒng)正常工作的輔助設(shè)備控制功能等。
控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
由于全靜葉可調(diào)式軸流壓縮機(jī)屬于大型高速旋轉(zhuǎn)設(shè)備,用于高爐送風(fēng)時(shí)被稱做“高爐心臟”設(shè)備,它的運(yùn)行狀態(tài)將直接影響高爐的生產(chǎn)。因此,高爐壓縮機(jī)控制站硬件選用西門(mén)子S7-400系列高端PLC,該系列PLC具有高可靠性、強(qiáng)大的運(yùn)算能力、完善的自診斷功能、強(qiáng)大的聯(lián)網(wǎng)能力,具有CPU冗余能力等功能。工程師站(ES)和操作員站(OS)選用西門(mén)子工業(yè)PC機(jī)并在WindowsXP下安裝西門(mén)子WinCC人機(jī)界面平臺(tái)軟件、西門(mén)子工業(yè)以太網(wǎng)卡CP1613;監(jiān)控站完成畫(huà)面調(diào)用、參數(shù)修改設(shè)定、趨勢(shì)記錄、報(bào)警,報(bào)表生成與打印等功能。交換機(jī)選用西門(mén)子工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)OSM-ITP62。
重要功能的實(shí)現(xiàn)
定風(fēng)量/定風(fēng)壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)
全靜葉可調(diào)式軸流壓縮機(jī)的葉片組由多級(jí)旋轉(zhuǎn)葉片和若干級(jí)靜止葉片組成。靜葉可調(diào)是指靜葉角度可以通過(guò)控制系統(tǒng)來(lái)調(diào)整。軸流壓縮機(jī)對(duì)風(fēng)量或風(fēng)壓的調(diào)節(jié)是通過(guò)調(diào)整壓縮機(jī)靜葉角度來(lái)實(shí)現(xiàn)的。靜葉角度調(diào)節(jié)回路是由內(nèi)環(huán)控制和外環(huán)控制形成的串級(jí)回路組成,如圖2所示。
在壓縮機(jī)從啟動(dòng)、增速、加載到運(yùn)行過(guò)程中,隨著壓縮機(jī)工狀態(tài)的變化,控制回路在定風(fēng)量、定壓力、手動(dòng)、自動(dòng)狀態(tài)間進(jìn)行切換,這些狀態(tài)的切換在任何條件下必須是沒(méi)有擾動(dòng)的,通過(guò)軟件內(nèi)部的無(wú)擾動(dòng)切換功能,使操作人員感到輕松隨意,消除誤操作的顧慮。
防喘振控制
由于喘振的根源是由于排氣壓力過(guò)高引起的,機(jī)組發(fā)生喘振時(shí)對(duì)應(yīng)的排氣壓力稱為喘振壓力。防喘振調(diào)節(jié)的關(guān)鍵是防喘振控制曲線的設(shè)定,它不但會(huì)影響羅茨鼓風(fēng)機(jī)的安全程序,而且也會(huì)影響羅茨鼓風(fēng)機(jī)的運(yùn)行范圍和能量放空,是防喘振控制系統(tǒng)中的控制調(diào)節(jié)核心。防喘振控制曲線由空氣壓縮比、吸風(fēng)溫度、靜葉位置、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和羅茨風(fēng)機(jī)出口風(fēng)量組成。
在羅茨風(fēng)機(jī)準(zhǔn)備投入運(yùn)行時(shí),由制造廠對(duì)羅茨風(fēng)機(jī)做羅茨風(fēng)機(jī)特性試驗(yàn)和喘振試驗(yàn)。根據(jù)實(shí)測(cè)出的羅茨鼓風(fēng)機(jī)喉部差壓(DP)與排氣壓力P的函數(shù)關(guān)系即可得出羅茨風(fēng)機(jī)的特性曲線和喘振曲線。
全靜葉可調(diào)式軸流壓縮機(jī)的喘振點(diǎn)都采取現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)獲得,即在不同的靜葉角度下,測(cè)量對(duì)應(yīng)的喘振壓力,一般至少測(cè)量5至7點(diǎn)。將測(cè)量的點(diǎn)用折線連接即可繪出橫坐標(biāo)為喉部差壓,縱坐標(biāo)為排氣壓力參數(shù)的曲線,稱為該機(jī)組的喘振線。將喘振線縱坐標(biāo)參數(shù)下移5%-10%得到該機(jī)組的防喘振線。防喘振線如圖3所示,圖中防喘振線②是將喘振線縱坐標(biāo)參數(shù)下移5%得到的。

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