摘　要（Abstract） 本文主要介紹了基于現(xiàn)代冗余容錯技術(shù)的高爐鼓風(fēng)機自控系統(tǒng)適應(yīng)性優(yōu)化改造，提高高爐鼓風(fēng)機控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，保障高爐生產(chǎn)安全穩(wěn)定運行。 1 引言 高爐鼓風(fēng)機（以下簡稱風(fēng)機）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或電機拖動使鼓風(fēng)機高速旋轉(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)化為動能的過程。高爐鼓風(fēng)機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)機機組只有5臺，其中3、4#風(fēng)機為10年前引進的日本原裝風(fēng)機，設(shè)備及儀控系統(tǒng)部分老化。正常生產(chǎn)過程中，4臺機組供風(fēng)，只有1臺備用機組。對于風(fēng)機側(cè)來說，備機嚴重不足，如果1臺運行風(fēng)機出現(xiàn)故障，備機投入使用，整個熱電廠將面臨著無備機運行的情況。因此非常有必要加強現(xiàn)有的風(fēng)機機組控制系統(tǒng)的安全可靠的運行。 對于自控系統(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、無單點故障等多處優(yōu)點，非常適合在風(fēng)機機組改造中應(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)對交流電源的電源品質(zhì)要求不是很苛刻，但對電源的不間斷供電要求特別高，因此風(fēng)機控制系統(tǒng)都配備了UPS（Uninterruptable power supply），當(dāng)市電失常時，切換到UPS蓄電池供電，保證控制系統(tǒng)正常運行一段時間。 UPS為自控系統(tǒng)的穩(wěn)定提供了一定保障，但實際運行過程中，由于現(xiàn)場環(huán)境、電池活化、電網(wǎng)質(zhì)量等諸多因素，UPS在實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)流過大就會造成UPS逆變器故障，導(dǎo)致輸出電源畸變甚至瞬時中斷供電，而且切換過程中故障有隨機性，很難監(jiān)測。因此有必要對電源進行優(yōu)化改造。 如果對UPS進行冗余配置, 會投入很大的成本，而且無論UPS并聯(lián)還是串聯(lián), 對UPS的同步性、帶階躍性負載能力都有很高的要求。考慮到現(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電源對控制系統(tǒng)同時供電，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，當(dāng)UPS發(fā)生故障時，另一路市電會對系統(tǒng)正常供電;當(dāng)市電回路出現(xiàn)問題時，UPS所在電源仍然正常工作;即使兩路電源同時出現(xiàn)問題, 只要UPS蓄電池沒有問題，系統(tǒng)仍然能正常運行一段時間。大大增強系統(tǒng)電源的可靠性, 減少了電源故障，提高整個系統(tǒng)的可靠系數(shù)。 3 網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)優(yōu)化 熱電廠1#風(fēng)機原通訊電纜為細同軸電纜，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，引發(fā)過程站與監(jiān)控站之間的網(wǎng)絡(luò)通訊中斷，影響了操作人員對機組的監(jiān)視和操作。原網(wǎng)絡(luò)只有1臺上位機，當(dāng)上位機發(fā)生死機情況時，短時間內(nèi)將看不到機組的運行情況，對于高速運轉(zhuǎn)的設(shè)備來說比較危險。因此根據(jù)生產(chǎn)的實際需要對該機組的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)進行改造，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)拓撲結(jié)構(gòu)圖[/align] 在網(wǎng)絡(luò)中增加了1臺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，實現(xiàn)了整個網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化改造。優(yōu)化改造后，在運行過程中徹底消除了網(wǎng)絡(luò)通訊時常中斷問題，系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性得到了加強。 根據(jù)現(xiàn)場的需要，對5#風(fēng)機機組控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進行了如下改造:5#風(fēng)機原有的拓撲結(jié)構(gòu)如圖3所示。原有的網(wǎng)絡(luò)不能實現(xiàn)完全的冗余，當(dāng)某一個通訊模塊CI830出現(xiàn)故障時，出現(xiàn)故障CI830所在的整個從站會出現(xiàn)通訊完全中斷，會給生產(chǎn)帶來嚴重后果。在萊鋼某制氧機曾出現(xiàn)過該模塊損壞的案例，造成制氧機停機事故。在論證后，對網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進行了修改，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)，而且使整個網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)了完全冗余，一條網(wǎng)絡(luò)上的任何一個元件損壞，整個網(wǎng)絡(luò)都會保持通暢，不影響正常生產(chǎn)。 [align=center] 圖3 原有網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)[/align] 4 工藝聯(lián)鎖參數(shù) 對于高速旋轉(zhuǎn)的設(shè)備，喘振工況的檢測至關(guān)重要。如果汽機轉(zhuǎn)速正常，風(fēng)機喉部壓差過小，此時最容易發(fā)生喘振。在原來的逆流判斷中，僅僅使用了差壓變送器對風(fēng)機喉部差壓進行逆流判斷，由于單個變送器有可能出現(xiàn)電氣故障，如老化斷線或接線端子松動，出現(xiàn)信號誤變化導(dǎo)致誤停機，因此采用了3個喉差開關(guān)三選二邏輯判斷的策略, 消除單點錯誤引發(fā)的錯誤判斷, 提高風(fēng)機了穩(wěn)定性和可靠性。 [align=center] 圖4 改造后的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)圖[/align] [align=center] 圖5 喉差三選二判斷[/align] 這些壓差開關(guān)信號通過繼電器分成兩路:一路進入DCS，參與DCS中的逆流判斷;另一路進入一個小型的PLC（OMRON sysmac CPM1A）。這3個壓差信號不論是在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個壓差信號中的兩個達到逆流值，則立即進行相應(yīng)的延時，DCS和PLC的輸出同時控制現(xiàn)場設(shè)備，使機組防喘閥打開或聯(lián)鎖停機。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，仍然可以使機組防喘閥打開或停機，這樣在DCS出現(xiàn)故障的情況下，仍然可以保護機組。邏輯圖如圖5所示。 對于引起工藝聯(lián)鎖停機的信號，如潤滑油壓低，動力油壓低信號在程序中均增加了三選二邏輯判斷;增加兩個溫度開關(guān)與原風(fēng)機進風(fēng)溫度熱電阻一起組成三選二邏輯判斷，將進風(fēng)溫度高作為機組安全運行的一個條件，增加機組的安全性能。 5 結(jié)束語 有統(tǒng)計資料表明，實際應(yīng)用中DCS的功能僅發(fā)揮30%以下。在原有DCS基礎(chǔ)進行改造實現(xiàn)先進控制，只需增加10%的成本，就可得到40%的效益。 利用該自動控制系統(tǒng)優(yōu)化后，熱電廠減少了冷風(fēng)的放散量約100m3/min左右，每年減少非計劃休風(fēng)時間約50h，帶來了200多萬元的可觀的經(jīng)濟效益和社會效益。該優(yōu)化改造獲得了萊鋼自動化部2003年度科技攻關(guān)一等獎和2003年萊鋼級技術(shù)鑒定，達到省內(nèi)先進水平，實際應(yīng)用效果非常好，值得在冶金行業(yè)廣泛推廣。