羅茨鼓風(fēng)機(jī)自動控制系統(tǒng)

山東錦工有限公司是一家專業(yè)生產(chǎn)羅茨風(fēng)機(jī)、羅茨鼓風(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，錦工致力于新產(chǎn)品的研發(fā)，新產(chǎn)品雙油箱羅茨鼓風(fēng)機(jī)、水冷羅茨鼓風(fēng)機(jī)、油驅(qū)羅茨鼓風(fēng)機(jī)、低噪音羅茨鼓風(fēng)機(jī)，贏得了市場好評和認(rèn)可。此類產(chǎn)品已廣泛應(yīng)用于電力、污水處理、環(huán)保、化工、鋼鐵、建材、農(nóng)藥、制藥等行業(yè)。產(chǎn)品和服務(wù)遠(yuǎn)銷全國各地及東南亞，深受客戶好評。

高爐羅茨鼓風(fēng)機(jī)在煉鐵生產(chǎn)中是一重要的子系統(tǒng)，該系統(tǒng)控制的好壞直接影響到送風(fēng)的質(zhì)量，從而關(guān)系到高爐生鐵的產(chǎn)量和能耗。
一、系統(tǒng)介紹及主要設(shè)計參數(shù)
武鋼7#高爐羅茨鼓風(fēng)機(jī)設(shè)計使用的是MAN TURBO公司的AV90-15機(jī)組。該機(jī)組由10KV ABB同步電機(jī)通過增速齒輪箱帶動軸流羅茨鼓風(fēng)機(jī)。該機(jī)組還有如下的輔助系統(tǒng)：潤滑油和控制油單元，動力油單元，頂軸單元，盤車單元，進(jìn)氣過濾器單元等。
二、自動控制系統(tǒng)構(gòu)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(jiān)測（逆流保護(hù)）系統(tǒng)，并帶有VOTER CARD REL2002（緊急停機(jī)保護(hù)選擇系統(tǒng)）和喘振計數(shù)器，使用TURWIN可進(jìn)行編程和強(qiáng)制調(diào)試。TURBOLOG DSP PROVISET為支持人機(jī)界面的計算機(jī)系統(tǒng)，提供實時監(jiān)控、趨勢記錄、通訊功能。風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)使用BENTLY NEVADA 3600 。建有一個操作站和一個工程師站。
三、系統(tǒng)控制功能及原理
整個機(jī)組的控制系統(tǒng)有以下幾大部分：連續(xù)控制、邏輯控制及操作監(jiān)視管理等。連續(xù)控制功能有送風(fēng)流量/壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)、風(fēng)機(jī)防喘振調(diào)節(jié)系統(tǒng)。邏輯控制系統(tǒng)有機(jī)組啟動步驟聯(lián)鎖系統(tǒng)、逆流保護(hù)系統(tǒng)、重故障緊急停機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)、供輔設(shè)施控制系統(tǒng)、送風(fēng)與撥風(fēng)控制系統(tǒng)等。
（一）重故障緊急停機(jī)聯(lián)鎖控制
為保障機(jī)組的安全運(yùn)行，設(shè)有相應(yīng)的停機(jī)聯(lián)鎖保護(hù)，如果滿足其中一個條件，就要進(jìn)行聯(lián)鎖保護(hù)停機(jī)。這些條件為：（1）按下急停按鈕，（2）風(fēng)機(jī)軸位移過大（+/-0.6MM），（3）持續(xù)逆流，（4）潤滑油壓力過低（低于0.8bar），（5）主電機(jī)跳閘。
（二）防喘振控制
1．控制原理
軸流風(fēng)機(jī)運(yùn)行在不同的風(fēng)壓時，都有嚴(yán)格的吸入風(fēng)量限制范圍，低于該限則發(fā)生喘振。喘振時出風(fēng)壓力和流量急速地升降，會聽到喘氣般的聲音，風(fēng)機(jī)的空氣溫度會急速上升，所以應(yīng)絕對避免風(fēng)機(jī)在喘振區(qū)工作。通過控制防喘閥，防喘振控制系統(tǒng)使風(fēng)機(jī)的操作點始終保持在穩(wěn)定范圍內(nèi)，不受過程流量和壓力的約束。防喘控制是獨(dú)立的，但它的功能在某些過程會受到限制。如在機(jī)組啟動和停止時防喘閥是處在故障安全位全開位的。
風(fēng)機(jī)的特性曲線，即風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)壓力與排風(fēng)壓力比POUT/PIN與進(jìn)風(fēng)體積流量QIN的關(guān)系曲線。1-6號曲線對應(yīng)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(fēng)機(jī)的喘振線。喘振線的是通過對風(fēng)機(jī)做喘振試驗，實測出風(fēng)機(jī)4種進(jìn)入喘振狀態(tài)下的進(jìn)風(fēng)壓力PIN、排風(fēng)壓力POUT、進(jìn)風(fēng)溫度TIN、喉部壓差△PIN等參數(shù)，根據(jù)它們的函數(shù)關(guān)系得到的。為防止風(fēng)機(jī)進(jìn)入喘振工況區(qū)，確保風(fēng)機(jī)安全運(yùn)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(diào)節(jié)系統(tǒng)的安全運(yùn)行線、喘振預(yù)報線、防喘線。
其安全運(yùn)行線的方程近似為：
POUT/PIN=a+bQ2IN/TIN
QIN進(jìn)風(fēng)流量，a b風(fēng)機(jī)系數(shù)
QIN2=K2△PIN/? ?PINM/zRTIN
K比例系數(shù)，M氣體分子量，z氣體壓縮因子，R氣體常數(shù)
△PIN=r(POUT-aPIN)/bK2，r=M/zR為常數(shù)
只有當(dāng)△PIN=r(POUT-aPIN)/bK2時，風(fēng)機(jī)才不會喘振。
2．控制方法
系統(tǒng)的工作原理是：風(fēng)機(jī)喉部壓差△PIN、進(jìn)風(fēng)壓力PIN、排風(fēng)壓力POUT、進(jìn)風(fēng)溫度TIN的PV值，經(jīng)測量變送后送入折線函數(shù)單元FX，作為防喘調(diào)節(jié)系統(tǒng)的輸入，系統(tǒng)按防喘線的函數(shù)關(guān)系計算后得出給定值SP，與排氣壓力POUT的PV值比較，當(dāng)PV值達(dá)到報警值時，系統(tǒng)發(fā)出報警信號；當(dāng)PV值達(dá)到或超過放空值時，防喘振調(diào)節(jié)系統(tǒng)起調(diào)節(jié)作用，經(jīng)PID計算后得到相應(yīng)的值，控制放風(fēng)閥的開度，使放風(fēng)閥打開，工況點重新回到放空線以下運(yùn)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(xù)惡化，當(dāng)PV值達(dá)到緊急放風(fēng)值時，計算機(jī)輸出信號使電動放風(fēng)閥快速開啟，實行緊急放風(fēng).系統(tǒng)流程如圖3-3。
由于放風(fēng)量變化范圍大，而且要求動作快，設(shè)置了主、副放風(fēng)閥。副放風(fēng)閥采用快速反應(yīng)的小型閥，以求防風(fēng)的平穩(wěn)，只有在緊急狀態(tài)時才啟動主放風(fēng)閥。這應(yīng)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(hù)
逆流是羅茨風(fēng)機(jī)喘振的前兆，逆流保護(hù)可作為防喘控制的一項附屬保護(hù)措施。當(dāng)喘振發(fā)生且超過了防喘調(diào)節(jié)器的范圍，逆流保護(hù)控制邏輯將調(diào)節(jié)羅茨鼓風(fēng)機(jī)防止喘振狀態(tài)的進(jìn)一步升級。在機(jī)組啟動完畢，并且靜葉已經(jīng)打開到一定角度，機(jī)組已處于正常工作狀態(tài)時，風(fēng)機(jī)喉部壓差如果小于1.5kPa，邏輯系統(tǒng)立即產(chǎn)生喘振報警，若再持續(xù)3s時間后信號仍未消失，系統(tǒng)在逆流報警的同時，進(jìn)行逆流保護(hù)，機(jī)組自動進(jìn)入安全運(yùn)行狀態(tài)，安全運(yùn)行結(jié)果是：（1）放風(fēng)閥快速全開，（2）靜葉退回最小角，使風(fēng)量減少，風(fēng)壓降低，（3）逆止閥強(qiáng)行關(guān)閉.若再持續(xù)6s時間內(nèi)逆流信號仍未消失，則邏輯系統(tǒng)在?持續(xù)逆流?緊急報警的同時，聯(lián)鎖緊急停機(jī)。
（三）送風(fēng)流量/壓力控制
風(fēng)機(jī)的送風(fēng)流量和壓力由過程負(fù)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(diào)節(jié)的。通過選擇目標(biāo)風(fēng)量，系統(tǒng)可不依據(jù)過程負(fù)荷自動調(diào)節(jié)靜葉角度，以達(dá)到目標(biāo)風(fēng)量。正常生產(chǎn)時，高爐要求定風(fēng)量控制，以保證爐內(nèi)平衡。當(dāng)熱風(fēng)爐換爐或高爐人工坐料時，需要比平時更多的風(fēng)量。為了補(bǔ)償增加的流量（由于管路負(fù)荷的下降），流量控制自動切換到定風(fēng)壓控制，系統(tǒng)增加靜葉角度來補(bǔ)償壓力損失。過程完畢，系統(tǒng)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(shè)定點。
風(fēng)量調(diào)節(jié)的工作原理是：進(jìn)風(fēng)管溫度、壓力和進(jìn)風(fēng)壓差經(jīng)補(bǔ)正計算后得出實際風(fēng)量值PV與目標(biāo)風(fēng)量值SP進(jìn)行比較，經(jīng)PID計算后得到相應(yīng)的值，輸出給伺服閥，控制靜葉角度的改變。風(fēng)壓調(diào)節(jié)與流量調(diào)節(jié)的工作原理相同，直接采集風(fēng)壓值PV與目標(biāo)風(fēng)壓值SP進(jìn)行偏差計算，經(jīng)PID運(yùn)算進(jìn)行調(diào)節(jié)。為了保證兩控制方式之間的無擾動切換，在系統(tǒng)中設(shè)置輸出跟蹤功能，使處于非工作狀態(tài)的控制器輸出跟蹤工作狀態(tài)的輸出，即在進(jìn)行風(fēng)量控制時，風(fēng)壓的輸出值跟蹤定風(fēng)量的值，反之亦然。
該計算機(jī)控制系統(tǒng)保證了機(jī)組的穩(wěn)定高效運(yùn)轉(zhuǎn)，同時保證了緊急情況下高爐的生產(chǎn)。

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