摘　要（Abstract） 本文主要介紹了基于現(xiàn)代冗余容錯(cuò)技術(shù)的高爐鼓風(fēng)機(jī)自控系統(tǒng)適應(yīng)性優(yōu)化改造，提高高爐鼓風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，保障高爐生產(chǎn)安全穩(wěn)定運(yùn)行。 1 引言 高爐鼓風(fēng)機(jī)（以下簡稱風(fēng)機(jī)）是給高爐冶煉提供冷風(fēng)的設(shè)備，其工作原理是通過汽輪機(jī)或電機(jī)拖動(dòng)使鼓風(fēng)機(jī)高速旋轉(zhuǎn)，將常溫常壓空氣壓縮到一定壓力溫度后，供給高爐用于鐵水冶煉，完成將蒸汽熱能或電能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能的過程。高爐鼓風(fēng)機(jī)在鐵水冶煉過程中起著非常重要的作用，是制約高爐生產(chǎn)、順產(chǎn)的重要因素之一。 目前萊鋼共有高爐4座，與之配套的風(fēng)機(jī)機(jī)組只有5臺(tái)，其中3、4#風(fēng)機(jī)為10年前引進(jìn)的日本原裝風(fēng)機(jī)，設(shè)備及儀控系統(tǒng)部分老化。正常生產(chǎn)過程中，4臺(tái)機(jī)組供風(fēng)，只有1臺(tái)備用機(jī)組。對(duì)于風(fēng)機(jī)側(cè)來說，備機(jī)嚴(yán)重不足，如果1臺(tái)運(yùn)行風(fēng)機(jī)出現(xiàn)故障，備機(jī)投入使用，整個(gè)熱電廠將面臨著無備機(jī)運(yùn)行的情況。因此非常有必要加強(qiáng)現(xiàn)有的風(fēng)機(jī)機(jī)組控制系統(tǒng)的安全可靠的運(yùn)行。 對(duì)于自控系統(tǒng)，提高其穩(wěn)定性、可靠性是目前最迫切的問題。冗余容錯(cuò)技術(shù)是近幾年發(fā)展起來的新興技術(shù)，具有高可靠性、高可用性、無單點(diǎn)故障等多處優(yōu)點(diǎn)，非常適合在風(fēng)機(jī)機(jī)組改造中應(yīng)用。在這次改造中主要從電源、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、工藝聯(lián)鎖參數(shù)三個(gè)方面入手，廣泛的應(yīng)用了該技術(shù)。 2 電源冗余優(yōu)化 控制系統(tǒng)對(duì)交流電源的電源品質(zhì)要求不是很苛刻，但對(duì)電源的不間斷供電要求特別高，因此風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)都配備了UPS（Uninterruptable power supply），當(dāng)市電失常時(shí)，切換到UPS蓄電池供電，保證控制系統(tǒng)正常運(yùn)行一段時(shí)間。 UPS為自控系統(tǒng)的穩(wěn)定提供了一定保障，但實(shí)際運(yùn)行過程中，由于現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境、電池活化、電網(wǎng)質(zhì)量等諸多因素，UPS在實(shí)際切換過程中還存在著很多問題，導(dǎo)致UPS出現(xiàn)各種供電故障。近幾年UPS故障統(tǒng)計(jì)表明，UPS出現(xiàn)供電中斷事故主要發(fā)生在由UPS主回路、交流旁路、維修旁路相互切換的過程中，由于在切換過程中瞬態(tài)電壓差的不同，導(dǎo)致了“環(huán)流”，當(dāng)環(huán)流過大就會(huì)造成UPS逆變器故障，導(dǎo)致輸出電源畸變甚至瞬時(shí)中斷供電，而且切換過程中故障有隨機(jī)性，很難監(jiān)測(cè)。因此有必要對(duì)電源進(jìn)行優(yōu)化改造。 如果對(duì)UPS進(jìn)行冗余配置, 會(huì)投入很大的成本，而且無論UPS并聯(lián)還是串聯(lián), 對(duì)UPS的同步性、帶階躍性負(fù)載能力都有很高的要求�？紤]到現(xiàn)有的控制系統(tǒng)電源都是冗余配置的, 因此, 可以在UPS負(fù)載側(cè)解決電源冗余問題。 控制思路是:電網(wǎng)電源，UPS電源對(duì)控制系統(tǒng)同時(shí)供電，由DCS自身解決電源冗余切換問題。如圖1所示: [align=center] 圖1 改造后的電源原理簡圖[/align] 根據(jù)以上設(shè)計(jì)，當(dāng)UPS發(fā)生故障時(shí)，另一路市電會(huì)對(duì)系統(tǒng)正常供電;當(dāng)市電回路出現(xiàn)問題時(shí)，UPS所在電源仍然正常工作;即使兩路電源同時(shí)出現(xiàn)問題, 只要UPS蓄電池沒有問題，系統(tǒng)仍然能正常運(yùn)行一段時(shí)間。大大增強(qiáng)系統(tǒng)電源的可靠性, 減少了電源故障，提高整個(gè)系統(tǒng)的可靠系數(shù)。 3 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)優(yōu)化 熱電廠1#風(fēng)機(jī)原通訊電纜為細(xì)同軸電纜，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為總線型結(jié)構(gòu)，同軸電纜的連接頭與網(wǎng)絡(luò)接口卡的連接經(jīng)常出現(xiàn)松動(dòng)，引發(fā)過程站與監(jiān)控站之間的網(wǎng)絡(luò)通訊中斷，影響了操作人員對(duì)機(jī)組的監(jiān)視和操作。原網(wǎng)絡(luò)只有1臺(tái)上位機(jī)，當(dāng)上位機(jī)發(fā)生死機(jī)情況時(shí)，短時(shí)間內(nèi)將看不到機(jī)組的運(yùn)行情況，對(duì)于高速運(yùn)轉(zhuǎn)的設(shè)備來說比較危險(xiǎn)。因此根據(jù)生產(chǎn)的實(shí)際需要對(duì)該機(jī)組的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行改造，改造前、后的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。 [align=center] 圖2 改造前后網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖[/align] 在網(wǎng)絡(luò)中增加了1臺(tái)HUB集線器，將網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)由總線式網(wǎng)絡(luò)改造成星形網(wǎng)絡(luò)，把同軸電纜更換為雙絞線，由于控制站接口中無RJ-45接口，在過程控制站通過Dlink轉(zhuǎn)換接頭，將AUI接口轉(zhuǎn)換為RJ-45接口，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化改造。優(yōu)化改造后，在運(yùn)行過程中徹底消除了網(wǎng)絡(luò)通訊時(shí)常中斷問題，系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性得到了加強(qiáng)。 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的需要，對(duì)5#風(fēng)機(jī)機(jī)組控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了如下改造:5#風(fēng)機(jī)原有的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖3所示。原有的網(wǎng)絡(luò)不能實(shí)現(xiàn)完全的冗余，當(dāng)某一個(gè)通訊模塊CI830出現(xiàn)故障時(shí)，出現(xiàn)故障CI830所在的整個(gè)從站會(huì)出現(xiàn)通訊完全中斷，會(huì)給生產(chǎn)帶來嚴(yán)重后果。在萊鋼某制氧機(jī)曾出現(xiàn)過該模塊損壞的案例，造成制氧機(jī)停機(jī)事故。在論證后，對(duì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了修改，采用了具有冗余切換能力的CI840通訊模塊，取代原有的CI830通訊模塊，如圖4所示。不但簡化了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，而且使整個(gè)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了完全冗余，一條網(wǎng)絡(luò)上的任何一個(gè)元件損壞，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)都會(huì)保持通暢，不影響正常生產(chǎn)。 [align=center] 圖3 原有網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)[/align] 4 工藝聯(lián)鎖參數(shù) 對(duì)于高速旋轉(zhuǎn)的設(shè)備，喘振工況的檢測(cè)至關(guān)重要。如果汽機(jī)轉(zhuǎn)速正常，風(fēng)機(jī)喉部壓差過小，此時(shí)最容易發(fā)生喘振。在原來的逆流判斷中，僅僅使用了差壓變送器對(duì)風(fēng)機(jī)喉部差壓進(jìn)行逆流判斷，由于單個(gè)變送器有可能出現(xiàn)電氣故障，如老化斷線或接線端子松動(dòng)，出現(xiàn)信號(hào)誤變化導(dǎo)致誤停機(jī)，因此采用了3個(gè)喉差開關(guān)三選二邏輯判斷的策略, 消除單點(diǎn)錯(cuò)誤引發(fā)的錯(cuò)誤判斷, 提高風(fēng)機(jī)了穩(wěn)定性和可靠性。 [align=center] 圖4 改造后的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖[/align] [align=center] 圖5 喉差三選二判斷[/align] 這些壓差開關(guān)信號(hào)通過繼電器分成兩路:一路進(jìn)入DCS，參與DCS中的逆流判斷;另一路進(jìn)入一個(gè)小型的PLC（OMRON sysmac CPM1A）。這3個(gè)壓差信號(hào)不論是在DCS中，還是在小型PLC中，都是采用的三取二的表決判斷方法，一旦這3個(gè)壓差信號(hào)中的兩個(gè)達(dá)到逆流值，則立即進(jìn)行相應(yīng)的延時(shí)，DCS和PLC的輸出同時(shí)控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，使機(jī)組防喘閥打開或聯(lián)鎖停機(jī)。這樣就可以提高逆流判斷的快速和準(zhǔn)確性，一旦DCS出現(xiàn)故障，只要PLC正常，則出現(xiàn)逆流后，經(jīng)過一定的延時(shí)，仍然可以使機(jī)組防喘閥打開或停機(jī)，這樣在DCS出現(xiàn)故障的情況下，仍然可以保護(hù)機(jī)組。邏輯圖如圖5所示。 對(duì)于引起工藝聯(lián)鎖停機(jī)的信號(hào)，如潤滑油壓低，動(dòng)力油壓低信號(hào)在程序中均增加了三選二邏輯判斷;增加兩個(gè)溫度開關(guān)與原風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)溫度熱電阻一起組成三選二邏輯判斷，將進(jìn)風(fēng)溫度高作為機(jī)組安全運(yùn)行的一個(gè)條件，增加機(jī)組的安全性能。 5 結(jié)束語 有統(tǒng)計(jì)資料表明，實(shí)際應(yīng)用中DCS的功能僅發(fā)揮30%以下。在原有DCS基礎(chǔ)進(jìn)行改造實(shí)現(xiàn)先進(jìn)控制，只需增加10%的成本，就可得到40%的效益。 利用該自動(dòng)控制系統(tǒng)優(yōu)化后，熱電廠減少了冷風(fēng)的放散量約100m3/min左右，每年減少非計(jì)劃休風(fēng)時(shí)間約50h，帶來了200多萬元的可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。該優(yōu)化改造獲得了萊鋼自動(dòng)化部2003年度科技攻關(guān)一等獎(jiǎng)和2003年萊鋼級(jí)技術(shù)鑒定，達(dá)到省內(nèi)先進(jìn)水平，實(shí)際應(yīng)用效果非常好，值得在冶金行業(yè)廣泛推廣。