摘要: 介紹了昆騰系列PLC 在津西鋼鐵7#、8#高爐TRT中的應(yīng)用，包括系統(tǒng)的硬件組成、實(shí)現(xiàn)功能和實(shí)際運(yùn)行的效果。并提供一些經(jīng)驗供類似的高爐TRT工程借鑒。 Application of Quantum PLC to TRT of No.7 and No.8 BF of HEBEIJINXISTEL L. Abstract: The application of QUANTUM PLC to TRT of No.7 and No.8 BF of HEBEIJINXISTELL is introduced, which includes the configuration、function and the real result of the control system. And some useful experiences of the project that may be valuable for the similar projects are provided. 關(guān)鍵詞:工藝流程 系統(tǒng)配置 實(shí)現(xiàn) 一、 概述 高爐煤氣余壓發(fā)電的原理是利用透平膨脹機(jī)將原來損耗在減壓閥組上高爐煤氣的壓力能和一部分潛熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，再通過發(fā)電機(jī)將機(jī)械能變?yōu)殡娔茌斔徒o電網(wǎng)。高爐煤氣余壓發(fā)電不僅回收了高爐煤氣一部分能量，又可凈化煤氣，降低噪音，同時改善了高爐頂壓的調(diào)節(jié)品質(zhì)，更利于高爐的生產(chǎn)。高爐煤氣余壓透平發(fā)電（TRT）是冶金行業(yè)中公認(rèn)的節(jié)能手段，回收的能量約占高爐風(fēng)機(jī)所需能量的30%-50%。 河北津西鋼鐵股份有限公司 TRT項目是國內(nèi)首次一臺TRT裝置同時在兩座高爐上的應(yīng)用，經(jīng)過多家單位的通力合作，2005年4月底開車成功、并網(wǎng)發(fā)電。該項目的成功實(shí)施對多座高爐上應(yīng)用TRT有極大的促進(jìn)作用。 7#、8#高爐的主要技術(shù)參數(shù)見表1，7#、8#高爐采用干法除塵，煤氣壓力和溫度相對較高，這些都是應(yīng)用TRT的有利條件。 表1 河北津西鋼鐵股份有限公司7#、8#高爐主要技術(shù)參數(shù)： 二、工藝流程及系統(tǒng)配置 2.1工藝流程 河北津西鋼鐵股份有限公司7#、8#高爐TRT工藝流程如圖1所示。高爐煤氣經(jīng)過除塵裝置后，經(jīng)入口電動碟閥、入口插板閥、快速切斷閥后，進(jìn)入透平機(jī)，然后經(jīng)出口插板閥、出口電動碟閥到煤氣管網(wǎng)，在入口插板閥之前，透平出口之后并聯(lián)著旁通快開閥組，旁通閥組在正常停機(jī)和緊急停機(jī)時，進(jìn)行高爐頂壓控制。 2.2系統(tǒng)配置 為保證TRT機(jī)組長期安全、穩(wěn)定地運(yùn)行，河北津西鋼鐵股份有限公司7#、8#高爐TRT控制系統(tǒng)采用昆騰系列 PLC系統(tǒng)。昆騰系列 PLC系統(tǒng),充分應(yīng)用了最新信號處理技術(shù)、高速網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、可靠的軟件平臺和軟件設(shè)計技術(shù)以及現(xiàn)場總線技術(shù)，采用了高性能的微處理器和成熟的先進(jìn)控制算法,具有高速可靠的數(shù)據(jù)輸入、輸出、運(yùn)算、過程控制功能和聯(lián)鎖邏輯控制功能，能適應(yīng)更廣泛更復(fù)雜的應(yīng)用要求，是一個全數(shù)字化、結(jié)構(gòu)靈活、功能完善的新型開放式過程控制系統(tǒng)。 項目由一個工程師站、兩個操作員站組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)拓?fù)湟妶D2。其中控制處理器采用雙CPU，實(shí)現(xiàn)冗余控制；通訊網(wǎng)絡(luò)通訊采用10/100M以太網(wǎng)，應(yīng)用光纖環(huán)網(wǎng)和交換機(jī)組成網(wǎng)絡(luò)冗余系統(tǒng)，真正實(shí)現(xiàn)處理器和網(wǎng)絡(luò)的冗余控制盒；主控制卡、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡及重要的模擬量輸入、輸出通道采用冗余配置，保證系統(tǒng)安全高效運(yùn)行。 系統(tǒng)配置清單如下： 三、控制要求與實(shí)現(xiàn) 　　 TRT裝置的自控，主要包括啟動聯(lián)鎖、自動升速控制、正常調(diào)頂壓、正常停機(jī)控制、緊急停機(jī)控制等，而各過程中保持高爐頂壓的穩(wěn)定是裝置實(shí)現(xiàn)自動化的關(guān)鍵。 本項目利用昆騰系列 PLC和圖形功能豐富的圖形處理軟件iFix，編制了用戶控制軟件包，很好地實(shí)現(xiàn)了上述要求并有良好的用戶界面。 3.1 啟動聯(lián)鎖 TRT機(jī)組的啟動必須滿足特定的條件，并按照一定的步驟順序進(jìn)行，當(dāng)條件不滿足時，則“啟動聯(lián)鎖”程序?qū)⑼度脒\(yùn)行，實(shí)現(xiàn)啟動閥和入口電動碟閥鎖閉。TRT機(jī)組正常啟動的條件主要有：高爐同意TRT啟動、電氣允許TRT啟動、潤滑油壓力大于設(shè)定值、動力油壓力大于設(shè)定值、透平靜葉全關(guān)等。如上述任何一個條件不滿足,TRT機(jī)組將（在“啟動聯(lián)鎖”程序的保護(hù)下）無法正常啟動。 3.2 全自動啟機(jī) 啟動過程主要分為升轉(zhuǎn)速、并網(wǎng)、升功率。為保證機(jī)組安全，TRT啟機(jī)必須按照一定順序有步驟的進(jìn)行，如圖3所示。 升轉(zhuǎn)速過程主要依靠PLC控制啟動閥、入口電動碟閥、透平靜葉之間協(xié)同動作,使轉(zhuǎn)速按照一定的升速曲線自動升至并穩(wěn)定在目標(biāo)值， 保證發(fā)電機(jī)并網(wǎng)順利進(jìn)行。升速曲線由4段不同斜率的直線組成，開始時，啟動閥控制回路的設(shè)定值按照一定的速率自動增加，依靠PID調(diào)節(jié)來控制啟動閥逐步打開，轉(zhuǎn)速升到某一定值后，全開入口電動碟閥，關(guān)閉啟動閥，靜葉控制轉(zhuǎn)速回路自動投入，按照升速曲線繼續(xù)升速，使得透平的轉(zhuǎn)速升到目標(biāo)值，并保持穩(wěn)定，等待并網(wǎng)。只要參數(shù)整定正確，轉(zhuǎn)速可以很好的跟蹤轉(zhuǎn)速曲線，本裝置升速過程中轉(zhuǎn)速波動控制在±8 r/min。 并網(wǎng)成功后，TRT進(jìn)入升功率過程，此過程中TRT和高爐的減壓閥組共同控制高爐頂壓，PLC系統(tǒng)負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)靜葉開度，不僅要保證高爐頂壓，還要保證升功率過程順利進(jìn)行。來自高爐的頂壓測量值、設(shè)定值與升速參數(shù)共同用于TRT控制系統(tǒng)對靜葉的控制，隨著靜葉開度的增大，使得煤氣負(fù)荷逐漸轉(zhuǎn)移到TRT，高爐的減壓閥組同時也逐漸關(guān)小，以完成升功率過程。在升功率過程中，如果高爐頂壓出現(xiàn)波動，PLC通過調(diào)節(jié)靜葉開度，調(diào)節(jié)升功率的速度，來保證高爐頂壓及時恢復(fù)正常。全自動啟機(jī)過程的程框圖如下： 申請啟動 ↓ 高爐同意啟動 ↓ 啟動閥控制投自動 ↓ 靜葉控制投自動 ↓ 發(fā)電機(jī)并網(wǎng) ↓ 升功率控制投自動 ↓ 進(jìn)入正常調(diào)頂壓控制 3.3正常停機(jī) 　　 TRT正常停機(jī)時，TRT經(jīng)過降功率過程，煤氣逐步由TRT轉(zhuǎn)移至旁通閥組，旁通閥組和靜葉同時調(diào)節(jié)高爐頂壓，旁通閥組和靜葉也是由綜合回路來控制的，兩個旁通閥中的一個作為調(diào)節(jié)閥，另外一個作為量程閥，量程閥按照調(diào)節(jié)閥的開度和高爐頂壓的變化來動作，工程師可以任選一個作為調(diào)節(jié)閥。功降到零功率后，發(fā)電機(jī)解列（發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)脫離），快速切斷閥慢關(guān)，靜葉以一定的速度關(guān)閉，配合高爐逐步將煤氣由旁通閥組轉(zhuǎn)移至高爐減壓閥組。 3.4緊急停機(jī) 只要任何一個緊急停機(jī)條件滿足時,TRT即進(jìn)入緊急停機(jī)狀態(tài)。TRT緊急停機(jī)時，快速切斷閥在1秒內(nèi)快關(guān)，旁通快開閥快速打開到某一開度，使煤氣改從旁通快開閥流過，避免了高爐爐頂壓力的急劇波動。此時旁通快開閥的開度根據(jù)緊急停機(jī)時的靜葉開度和煤氣流量運(yùn)算后得出。隨后PLC通過旁通閥調(diào)節(jié)高爐頂壓，配合高爐將煤氣逐步轉(zhuǎn)移到減壓閥組，直至完全由減壓閥組來控制高爐頂壓。 四、投運(yùn)效果 　　 津鋼7#、8#高爐TRT實(shí)現(xiàn)了全自動運(yùn)行，從自動升速、升功率到正常運(yùn)行、正常停車，操作人員只需按下“啟動”或“正常停車”按鈕即可。當(dāng)緊急停車條件被觸發(fā)或按下“緊急停車”按鈕，PLC系統(tǒng)自動實(shí)現(xiàn)緊急停車過程中所需步驟。整個過程中控制效果良好，無需人工干預(yù)，正常運(yùn)行時高爐頂壓波動在±5 kPa范圍內(nèi)，緊急停機(jī)時高爐頂壓波動在±10 kPa范圍內(nèi)。 目前津鋼7#、8#高爐TRT平均發(fā)電功率在3000KW左右（高爐上現(xiàn)仍保留有直通管道，若將其密封，發(fā)電功率還可進(jìn)一步提高），預(yù)計2-3年收回全部投資，經(jīng)濟(jì)效益十分可觀。 五、結(jié)束語 津鋼7#、8#高爐TRT集散控制系統(tǒng)投運(yùn)至今，性能可靠，運(yùn)行平穩(wěn)。特別是利用昆騰系列 PLC系統(tǒng)和圖形功能強(qiáng)大的iFIX圖形軟件包實(shí)現(xiàn)了TRT全自動啟機(jī)，正常停機(jī)和緊急停機(jī)的自動控制，保證了TRT機(jī)組安全高效運(yùn)行，保證了高爐頂壓平穩(wěn)正常。從津鋼7#、8#高爐TRT的順利投運(yùn)，可看出昆騰系列 PLC系統(tǒng)和iFIX圖形軟件在高爐TRT上的應(yīng)用具有如下優(yōu)點(diǎn)： 1、 可靠性高，軟硬件性能穩(wěn)定。 2、 操作簡單，維護(hù)方便。純中文的組態(tài)和監(jiān)控畫面，為維護(hù)人員、操作人員提供了良好的人機(jī)接口。全自動啟停和控制，更是大大降低了對人員素質(zhì)的依賴，避免了誤操作可能性。 3、 中央處理器、通訊網(wǎng)絡(luò)和主要控制部件都采用了熱冗余配置，即提高了系統(tǒng)的安全性，又提高了系統(tǒng)的性價比。 4、客戶服務(wù)及時，配品配件供應(yīng)方便等優(yōu)勢。