干熄焦发电控制系统（精选7篇）
干熄焦发电控制系统 篇1
莱钢首座干熄焦系统于2005年投产,设计和配置了蒸发量为75t/h的余热锅炉。1#干熄焦投产以来,最大的提高了焦炭的质量,改善了焦化厂周边环境,同时回收了能量。投产以来,余热锅炉产生的蒸汽多并入蒸汽管网,通过减温减压装置供给生产和生活使用。为了进一步的改善能源结构,极大限度的回收能源,投资兴建了25MW干熄焦发电装置,合理利用资源,更大限度的发展干熄焦工艺环保节能的优势。本文着重介绍了基于数字控制器和智能伺服器的控制系统在莱钢首座干熄焦发电机组控制系统中的研究与应用。
1 工程概况
1#干熄焦发电机组采用抽汽凝汽式汽轮机拖动,设计装机额定功率为25MW。1、2#干熄焦余热锅炉通过母管为1#干熄焦发电装置提供中温中压标准蒸汽,当发电机组解列的时候,通过相应的减温减压系统,对外提供蒸汽。
在控制上,采用了ABB公司的AC800F系统进行基础自动化控制,实现了盘车、油泵、凝结泵等电气设备的自动控制,对整个机组工况进行监测和控制。整个干熄焦发电机组控制系统作为莱钢CCPP区域的一个子系统,并入CCPP的大型工控环网中,通过OPC协议,把生产工艺数据上传到管理信息系统,实现集中监控和管理。
该机组调速系统采用了WOODWARD公司的505E控制系统,实现了干熄焦发电机组转速和抽汽的自动控制,能够孤网运行。并通过机电联络装置,实现了发电负荷的远程控制。
2 智能数字伺服调节系统
调节系统的主要作用是在外界负荷(电负荷或者热负荷)发生变化时,调整机组的汽进量,以保证机组关键控制参数(转速、频率等)的稳定,保障机组正常开停机以及安全运转。调节系统一般由传感器、传动伺服放大机构、执行机构和反馈装置等几部分组成。传感器是调节系统的眼睛,通过传感器探测被控参数的变化后系统做出相应的反应。传动伺服放大机构将调节系统的输出信号,放大成能够推动执行机构动作的油压,使执行机构发生动作。执行机构包括调速汽门以及机械传动机构,根据传动伺服放大机构的输出,改变汽轮机的进汽量。这种改变,通过反馈装置传送回给调节器,形成闭环,用于保证调节系统的稳定。其调节原理如图1所示:
调速系统是整个发电机组的控制核心。该机组采用了美国WOODWARD公司的505E控制系统。该系统在莱钢发电机组和鼓风机组上有着非常广泛和成熟的应用。该系统主要由以下几个部分组成:WOODWARD505E(505 digital governor for steam turbines with split-range actuators)、SPC(Servo Positon Controller)和CPC(Current to pressure converter)。各部件的信号连接如图2所示:
转速信号通过冗余配置的MPU进入505E调速系统,通过与设定值的比较,比较后的信号输出到SPC,SPC同时接收来自油动机行程反馈装置LVDT的信号,通过自身的PID调节运算后输出4-20mA信号给CPC,CPC将电流信号转化成机构输出调节油压的大小,通过油压变化驱动液压装置调节油动机行程达到指定位置。
根据工艺,该系统分为以下几种控制模式:转速控制、功率控制和抽汽控制。其中转速控制和功率控制是通过转速PID模块来实现的。而抽汽控制是通过抽汽PID来实现的。其中辅助PID有两个作用,一是跟踪转速PID,二是限制发电机功率。辅助PID与转速PID的输出信号经过低选(LSS)输出,达到限制功率的目地。其基本控制原理图如图3所示:
转速控制模式用于发电机并网之前的转速控制,以及发电机孤网运行时的固定频率运行。并网前发电机出口断路器开时,速度PID处于转速控制模式,发电机出口断路器闭合并且外网连接断路器闭合时转速PID处于孤网运行时固定频率控制方式。
功率控制模式用于发电机组并网后的功率控制。当发电机出口断路器和外网连接断路器同时闭合的时候速度PID转入功率控制模式。
抽汽压力设定值与抽汽压力测量值通过比较得到抽汽PID的输出控制信号,与低压油动机阀位限制器的设定值进行高选(HSS),输出给抽汽门的CPC,控制该阀门开度从而控制工业抽汽压力。
3 结束语
WOODWARD505E作为专业的电调装置,具有很强大的功能,组态修改方便,设置灵活,稳定可靠。在莱钢有广泛的应用前景,通过在干熄焦发电机组一段时间的应用,转速控制精度高,负荷控制稳定,抽汽压力调节理想,达到了设计的要求,得到了用户的欢迎和肯定。
参考文献
[1]潘立慧魏松波.干熄焦技术.冶金工业出版社.
干熄焦发电控制系统 篇2
关键词：干熄焦,发电工程,安装工艺
1 干熄焦的原理及其特点
干熄焦是一种熄焦的方法。干熄焦的过程原理就是给刚刚炼出的红焦———发热发红的焦炭———降温的过程。在降温过程中, 红热的焦炭很容易被氧化、燃烧而生成二氧化碳气体挥发掉。为防止这一现象发生, 一般采用惰性气体将红焦在无氧的环境下降温冷却。惰性气体性质稳定, 实际上是红焦降温过程的一种保护气体。其具体工业流程是:在干熄焦过程中, 红焦从干熄炉的顶部装入, 低温惰性气体由循环风机鼓入。两种物质在干熄炉内相遇, 导致红焦层冷却。然后, 冷却后的焦炭再从干熄炉底部排除;而吸收了红焦因降温所释放的热能后, 惰性气体温度升高, 高温的惰性循环气体再从干熄炉环形烟道排出。关键在于, 这些携带了宝贵热量的惰性气体并不能排入空气而白白浪费掉, 它们要进入干熄焦余热锅炉进行热交换, 使锅炉内沸水产生的水蒸汽进入汽轮机带动发电机发电。
从干熄焦的熄焦过程原理我们可以看出, 干熄焦的特点非常明显。不妨归纳为这样几点: (1) 干熄焦主要是一个降温过程, 而降温是要释放热量出来的, 这是能量守恒的一个基本原理; (2) 干熄焦的降温过程涉及到了另外一些物质, 有惰性气体、水蒸气等。在这些物质之间, 又存在着彼此热量的交换及转换; (3) 能量的交换同时伴随着能量形式的转换, 即热能最终转换为电能, 从而被我们进行另外一种更为方便的应用。
2 干熄焦锅炉发电的理论及其过程
其实, 自然界中的任何能量形式之间, 都可以存在彼此间不同方式的转换。干熄焦锅炉发电过程中的能量转换, 是安装工艺的重点。转换效率的高低与否, 直接与此有关。
如果我们从更加具体的细节或者数字来考察一下干熄焦的过程原理, 对其发电的切实可行性在理论上就会有更为详细的了解。第一, 在红焦降温的过程中, 我们可以回收到83%的红焦显热。采用干熄焦的方法, 每处理1t的焦炭, 就可以回收约为1.35GJ的热量;每处理1t的焦炭, 就可以产生气压为3.8MPa, 温度为450℃的水蒸汽0.54t。而如果采用其他方法熄焦, 这部分热量将是损失掉的。显而易见, 这种回收的效率是非常可观也非常理想的。第二, 干熄焦过程所产生的大量余热是一笔不小的“财富”, 我们可以将之转化为电能, 这样带来的好处是, 不仅降低了企业电耗, 节约了发电厂的供电负担, 其发电后的蒸汽还可以作为原材料参与到其它生产工序中。
干熄焦锅炉是和发电工程直接相关的一个环节。干熄焦过程中, 最主要的一点就是给红焦降温。吸收了红焦热量的惰性气体带来了巨大的热量, 这些热量将在干熄焦锅炉里进行转换。这些被加热的惰性气体———循环气体———经余热锅炉换热产生蒸汽, 余热锅炉里产生的蒸汽再进入汽轮发电机组, 推动发电机旋转做功发电。利用干熄焦锅炉发电的流程大致如此。红焦的显热就是这样被转换为电能, 节能及经济效益十分明显。
3 干熄焦锅炉发电工程的安装工艺
3.1 干熄焦锅炉发电工程的设备
干熄焦发电的设备情况是这样的:简单来说, 包括两台干熄焦锅炉, 两座除氧给水泵站, 还有一座汽轮发电机组。除氧泵负责给干熄焦锅炉供水, 以在热交换中产生符合要求压力温度的蒸气;汽轮发电机则在蒸汽的推动下做功发电。整个发电过程的关键环节主要还是在这几个设备的衔接与工作配合上。
3.1.1 干熄焦锅炉的组成
锅炉的主要作用是回收温度高达880℃—980℃的惰性气体所带来的热量, 并进行热交换, 同时产生高温高压蒸汽, 以供热和发电。干熄焦锅炉为中温中压锅炉, 干熄焦锅炉的汽水循环方式为联合循环, 既有强制循环, 又有自然循环。强制循环指的是, 在下水管中, 由强制循环水泵把水打入蒸发器里, 这部分水在蒸发器内吸收热量后蒸发, 汽水混合物在热压及循环水泵的的压力作用下再进入气包。自然循环指的是, 同样在下水管内, 炉水的另一部分进入模式水冷壁, 吸热后在热压的作用下, 也进入气包。
3.1.2 除氧给水气泵站的组成
干熄焦锅炉发电站包含两座除氧给水气泵站, 内部设有四台除盐水箱, 四台除氧给水泵, 两台大气式热力喷雾全补给水除氧泵, 四台锅炉给水泵, 以及两台磷酸盐自动加药装置。
3.1.3 汽轮机发电站的组成
在一座干熄焦发电工程的汽轮机发电站内, 一般设有两台抽凝式汽轮机, 两台空冷发动机, 一座循环水泵站。为保证汽轮机发电站在运行时的供热安全, 站内还设有两套降温减压装置, 如果其中有一套汽轮发电机组应故障停运, 降温减压装置即开始运行。
3.2 干熄焦锅炉发电工程的安装
干熄焦锅炉发电工程的安装除兼具一般锅炉安装工程和小型发电机组安装工艺的共有特点外, 还有施工技术含量高、质量要求高的自身特点。干熄焦锅炉发电工程的安装包括锅炉安装、机组安装、管道安装和电议安装等。其中汽轮组及发电机组的安装尤为关键, 属于大型高精设备, 机组转速高, 安装精度高, 对安装技术的要求也就高。
在安装计划拟定和安装设备就绪的情况下, 干熄焦锅炉的安装工艺为吊装方式。其主要部件的安装顺序是:基础划线、炉室主钢架吊装、焦炉侧水冷壁组装、前后水冷壁组装、蒸发器安装、过热器安装、气包吊装等。其中, 钢架组合的吊装的关键点是钢柱组合。钢柱组合点在焊接前必须找平找正, 复查尺寸。组合尺寸还要考虑到焊接的伸缩余量, 避面焊接后在尺寸上出现较大的偏差。所以组装时要先点焊, 复查尺寸准确后, 再满焊。焊接工艺须达到要求的水平。进行水冷壁组装吊装时, 在顺序正确的情况下, 有关注意事项是:要先调整好各管屏间的位置、水平、对角线等, 然后焊接。对口焊接不可热量过于集中, 防止管壁变形。管子对接坡口角度也要准确把握。再有就是气包安装。在气包吊装就位之前, 要进行一些必要的检查、校正工作。如气包表面或接头有无破损, 气包内外有无裂纹、撞伤, 气包两端和水平垂直线的位置必须准确, 气包的吊装需要找正等。在汽轮发电机组的安装这一环节, 工艺流程多而复杂, 多工序、多工位作业同时交叉进行。安装工艺主要有:垫铁的布置与刮研, 检查台板, 下气缸及发电机定子就位, 汽轮机转子吊入下气缸, 上气缸安装, 汽轮机扣大盖, 发电机穿转子, 调整发电机定子位置及封闭端盖, 基础二次浇灌混凝土等九个工序环节。不仅工序繁琐, 而且难度较大, 工艺技术要求水平极高。可以看出这应该是整个干熄焦锅炉发电工程中最为复杂关键的一环了。这其中的每一个小环节自然还有更为细致的技术要求。另外, 干熄焦锅炉发电工程还有一些附属系统的安装, 在此不再赘述。
总之, 干熄焦锅炉发电工程的安装是个集科学、技术、工艺及材料于一体的综合系统工程。该系统工程在确保整体规划与实施的前提下, 又必须细化为各过程、各环节、各工序的具体技术工艺流程和要求。这样, 才能确保这项工程的质量可靠性, 为人类能源追求增添一份贡献。
参考文献
[1]任少明.浅析干熄焦的自身经济效益及延伸效益[J].燃料与化工, 2005, 36 (4) :6-8.
[2]潘立慧.干熄焦技术[M].北京:冶金工业出版社, 2005.
干熄焦电气自动控制系统优化设计 篇3
1 总体思路
在原有干熄焦控制系统的基础上进行如下改造:1.提升机增加上位机监控画面和程序监控功能, 修改逆变器部分参数, 完善逆变器的功能, 提高变频器连续运转功能;2.增加装入装置复位和报警功能, 以及加装装入装置外置限位;3.对气体分析仪采样系统和程序进行改造, 避免取样管经常堵塞, 减轻维护量。
2 技术方案
2.1 提升机软件设计
在提升机配电室内增加一台上位机, 安装STEP7软件和WINCC软件。利用STEP7软件可以监控提升机程序, 快速找到出现的故障点, 结合现场迅速处理;另一方面, STEP7软件可以诊断西门子PLC硬件故障, 对出现故障的板卡的原因一目了然, 缩短排查时间。利用WINCC软件, 编写多个监控画面, 包括:进线电源条件、自动运行条件、提升条件、走行条件、制动监控、运行画面和数据监控、点检画面、编码器数据投用画面、各个关键测点的趋势画面。提升机运行画面是根据实际装焦过程和外部限位, 以及相互联系的APS系统和装入装置系统构成, 完整的显示提升机往复状态, 只要出现停机, 就可以结合点检画面, 作出准确判断。画面之间有无缝切换功能, 利用这些画面, 根据测点故障时画面颜色的变化和趋势曲线的变化, 就可以清晰地找到故障点, 缩短了检修时间, 提高检修效率。
2.2 装入装置自动控制系统优化升级
根据装入装置运行工艺和各阶段运行速度, 和控制器与变频器之间的控制关系, 增加4个外部U接近开关, 实现开限、关限、预开、预关功能, 并将这些限位接线经保险端子与装入装置内置限位线经保险端子并联, 正常时外置限位保险端子在断开位置, 一旦内置出现故障, 将内置保险端子断开, 外置保险端子合上, 装入装置就能正常关闭、打开, 不影响生产。研究通道输入输出功能, 决定利用未定义输入通道作为复位信号, 修改变频器内部参数, 在变频柜旁安装一个单联按钮发出信号, 实现复位;再利用未定义输出通道, 作为故障信号, 修改变频器内部参数, 在变频柜旁安装一个24V继电器, 作为故障继电器, 在继电器上取一干节点, 引入到干熄焦本体PLC备用通道, 在中控操作站点WINCC画面上, 编写装入装置故障报警颜色变化画面, 并编写声音报警提示。只要装入装置变频器出现故障时, 岗位人员就能及时发现, 维修人员按下按钮就能轻松复位, 缩短排查故障时间。
2.3 干熄焦循环气体取样系统优化设计
这套取样系统只靠一个滤芯进行过滤, 这样给后续样气的干燥和干净工作带来了负担, 从而给取样管路和各分析仪本身造成了堵塞和毁坏。从开工以来, 含氧分析仪检测件更换个2个, 每个4万元, 因其精密度高造成人员无法对其修复。真空泵也因过滤堵塞气体循环不流畅造成空转而毁坏的也有3台。其它还有玻璃管气体流量计, 导压管因其前期工序没有处理好使的焦油原因滞卡疏通, 更换不计其数。
取样系统原理:样气先经过一次过滤的直管段冷却 (这由外套旋风制冷器完成) , 一些冷凝点低的物质 (煤焦油, 萘等) 会变成固体, 因其重力原因, 又掉到循环气体管道里。样气再经过二次过滤器 (F01) 到楼小屋的干燥器里。当取样装置经过一小时工作切换到另一路时, 由PLC控制的蒸汽吹扫30秒, 30秒钟的蒸汽吹扫可以把真管段上的固体融化, 通过蒸汽的压力把其吹到循环气体管道里。然后工业氮通过F01对其不断反吹, 直到另一路的切换。这样不仅对二次过滤进行了吹扫, 同时对一次过滤进行了吹扫, 保障了下次循环的正常运行。
3 结语
干熄焦电气控制系统功能扩展投入运行后, 解决了电气控制系统故障频发, 未出现因电气故障和抢修时间影响生产的情况。该设计实施后运行效果良好, 不仅降低了设备故障率, 还提高了经济效益。
参考文献
干熄焦发电控制系统 篇4
一、提升机PLC控制系统的组成
干熄焦提升机控制系统采用的是昆腾系列PLC。干熄焦的PLC控制系统主要由CPU站, 地面分站, 车上分站, modbus plus网络等四部分组成的。
1. 提升机plc控制系统的分站
提升机PLC控制系统有两个分站, 地面分站位于提升机配电室, 主要是负责采集配电室内的变频器、低压配电器等输入信号以及输出对变频器和接触器等的控制信号。地面分站还有和EI系统PLC的输入输出连接, 负责两套PLC系统间的信号传输。车上分站位于提升机司机室操作台内, 主要是负责提升机接近开关信号、机械室、操作台的开关信号的输入和对现场配电箱控制信号、操作台指示灯信号的输出。
2. 提升机plc控制系统的modbus plus网络
配电室触摸屏、司机室触摸屏和提升机高速计数器是由提升机plc控制系统的modbus plus网络连接的。触摸屏获取提升机的限位信号、状态信号, 以便岗位工直观地看到提升机的运行状态。提升机高速计数器将提升编码器和走行编码器的位置信号传送给CPU, 最后由程序处理, 控制提升机的速度和启停。
二、控制系统的完善与改进
1. 编码器位置检测系统的完善与改进
干熄焦提升机属于特种起重设备, 它的位置检测系统对其安全稳定运行起到非常重要的作用。位置检测系统的主要功能是检测提升机运行过程中的减速、停止、定位、超行程等位置信号。提升机正常运行过程中的位置检测由电感式接近开关和编码器两套系统共同完成, 超行程的位置检测由旋转限位、行程开关、重锤限位等完成。其中, 编码器位置检测系统由绝对值编码器、高速计数器、modbus plus通讯网络, PLC等组成。安装在传动轴上的绝对值编码器将位置信号转换为电信号后传送给高速计数器, PLC再通过modbus plus通讯网络读取高速计数器中的码值。在PLC程序中, 通过实数比较功能将码值转换为中间变量, 再通过对中间变量的运算来完成对提升机的加速、减速、停止以及相关的联锁等控制功能。由于编码器的检测精度高, 其对提升机的精确对位、稳定运行起到重要作用。
焦二干熄焦提升机编码器位置检测系统在运行过程中存在两个缺陷。一是提升机控制系统的modbus plus网络有通讯瞬间中断的故障, 导致提升机在中央自动运行过程中意外停机, 降低了提升机的运行效率和安全性能。另外, 在提升机手动控制时, 编码器位置检测系统不起作用, 只有接近开关控制提升机的加速、减速、停止以及相关的联锁等, 如果负责位置检测的接近开关失灵, 提升机就会出现超行程故障, 从而引发事故。
针对以上缺陷, 我们认真分析了故障原因和PLC程序, 对其做了适当的完善和改进。我们将PLC程序中的比较功能的参数做了适当修改, 由原来的小于等于设定值N比较功能改为小于等于设定值N1且大于等于设定值N2的比较功能。这样就可以克服码值归零造成的影响。原设计中, 提升机在往运行的吊钩打开处开始提升时, 将编码器码值赋给中间变量, 在复运行的下降过程中把编码器码值和这个中间变量的值比较, 如果码值大于等于中间变量的值, 则认为已经下降到吊钩打开位置。这样, 如果码值归零正好发生在赋值时间, 则会造成提升机卷下不能动作的故障。我们对PLC程序做了适当修改, 取消了赋值功能, 将其修改为与一个固定的设定值比较, 克服码值归零造成的影响。另外, 我们在提升机手动操作程序中自编了一段程序, 在吊钩打开、待机位停止、上限停止和装入下限四个限位检测点加入了编码器保护, 实现了提升机手动操作的稳定性和安全性。
通过对编码器位置检测系统的改进后, 经过长时间的运行, 没有发生过类似的故障。无论是提升机的中央自动运行还是手动运行, 都避免了提升机类似故障的出现。提高了提升机的稳定系数, 保证了提升机的稳定运行。
2. 常见故障及处理方法
干熄焦提升机在工作过程中需要和干熄车、APS自动对位装置、装入装置三套设备配合完成装焦。正常运行时, 除干熄车需要司机手动发出操作指令外, 提升机、APS、装入装置都处于自动运行状态。所以, 四套设备之间的联锁功能对它们的稳定、安全运行起到十分重要的作用。
在工作过程中, 它们的联锁功能暴露出三个缺陷。一是装入装置没有“开定位”限位。提升机在走行到“往限位”位置后, 如果检测到“装入装置开到位”信号, 则自动卷下装入红焦。改进前, 仅有一个行程开关检测的“装入装置开到位”信号。如果该信号出现短路, 则提升机会出现误判, 在装入装置未开到位时卷下装入, 出现红焦落地事故。为此, 我们新安装了一个“装入装置开定位”限位, 并将该信号引入到PLC输入。通过修改PLC程序, 使提升机实现了仅同时检测到“装入装置开到位”和“装入装置开定位”两个信号时才自动卷下的联锁功能, 提高了安全可靠性。同时, “开定位”信号未参与到控制装入装置的起停动作, 没有改变装入装置的运行功能。二是提升机在使用“车上手动”操作方式时, 在吊钩打开位置的提升动作和“APS夹紧”没有联锁功能, 运行中容易引发事故。当干熄车接完空罐, APS松开后, 干熄车司机正常操作干熄车出塔, 这时提升机司机如果误操作将提升机卷上, 干熄车撞上提升机吊钩, 造成吊钩变形。通过修改PLC程序, 将“APS夹紧”信号添加到提升机在吊钩打开位置处提升联锁条件中, 避免类似事故。三是提升机在采用“中央自动运行”操作方式时, 偶尔会出现这种异常现象:在送满罐提升到刚过待机位时, 提升机突然改变运行方向, 进行向下卷下动作直到吊钩打开位置正常停止。通过分析PLC程序, 判断出现这种异常现象可能是由于提升机在自动提升到待机位时, 接空罐的信号有效, 使提升机PLC出现了误判, 执行了待机位卷下的程序动作。为了验证这个分析结果, 在提升机自动提升到待机位时, 让干熄车司机按下接空罐按纽, 果然出现了卷下现象。通过修改PLC程序, 在提升机执行提升动作时, 使接空罐的信号不起作用。
对提升机联锁功能做了如上完善后, 避免了类似事故的发生, 提高了提升机的安全、稳定性。
结束语
通过对提升机plc控制系统的改进后, 经过生产实践检验, 收到了很好的应用效果, 保证了焦炭的质量, 稳定了干熄焦的运行。
摘要：本文主要介绍了干熄焦提升机控制系统的组成, 应用中出现的问题及改进措施, 常见故障及处理方法。
干熄焦发电控制系统 篇5
干熄焦余热锅炉汽包液位调节的任务主要有二：
一是维持汽包内水位在允许范围内，因为水位过高过低，都会引发事故。
二是水位调节应保证给水流量的稳定。给水流量稳定对于省煤器和给水管道的安全运行是有极大意义。
一般的中小型工业锅炉的汽包水位控制采用单冲量控制系统，在锅炉负荷较稳定时可以满足控制要求。对于干熄焦余热锅炉，其负荷变化较频繁，仅靠单冲量很难满足要求。
由于锅炉启动时,主蒸汽流量和锅炉给水流量都在可检测的范围以外,不太稳定，系统设计了可在多冲量和单冲量之间切换的控制方式。
2 汽包液位检测
本汽包液位控制系统中引入给水流量控制构成了串级控制系统，汽包水位作为主回路，给水流量作为付回路，同时还引入了蒸汽流量作为前馈控制信号，这样的控制系统被称之为汽包水位三冲量串级控制系统。
除此之外，系统还引入了减温水流量和锅炉连排污流量进行前馈控制。因此系统有三个前馈信号和两个反馈信号。
汽包液位测量使用压差式水位计，在汽包的两侧设置了两个检测点，以提高测量信号的可靠性和准确性，测量信号由操作员在操作站进行选择，还设置了偏差指示计，以显示两个测量点的偏差。汽包液位检测原理如图1。
3 汽包液位控制
汽包液位控制系统是由LI032A,LI032B分别进行两点汽包水位测量的补偿和指示，DI032对两点水位测量值的比较指示其偏差。SELL032对两点汽包液位测量点进行选择。LIC032构成串级控制系统的主回路调节器和单冲量控制系统的调节器。汽包液位控制原理如图2。
DSET-PV1的功能是接受汽包水位调节器的输出和主蒸汽流量、减温水流量、汽包连排污流量，对它们进行运算后作为给水调节器的设定值。其运算式SV=K1D-K2G1+K3G2+K4MV+K5。
K1,K3为正，即当蒸汽流量或汽包连续排污流量增加时，给水流量也增加。K2为负是因为减温水流量增加时蒸汽流量就会增加，而蒸汽流量的增加不是由汽包产生的，而是由减温器产生的，给水流量不需要增加。不减掉减温水量就会造成给水流量的增加。MV为主调节器的输出，K4为主回路调节器控制强度系数，由现场调试决定。
K5是设定的偏值参数，一般为-50%。SW2-33实现三冲量控制和单冲量控制的切换。Ml D-SW是带输出切换开关的手动操作器，其控制状态由给水流量调节器(三冲量控制时)或汽包水位调节器(单冲量控制)的状态决定。在过程控制系统中无论是状态的切换，还是系统的切换都要求无扰动地进行切换。
4 存在的问题及改进措施
本锅炉汽包液位控制系统的缺点是三冲量控制和单冲量控制的切换较为盲目，在低负荷状态和高负荷状态下，过程的动态特性差异较大，采用同一参数对过程进行控制时，不能达到最优的控制状态。在低负荷状态，给水流量的测量和蒸汽流量的测量都会产生很大的误差，三冲量控制往往会失去意义。该控制系统有必要进行技术改进，使系统达到优化控制。具体措施如下：
一是按照负荷的大小，由系统自动地进行单冲量控制和三冲量控制的切换。低负荷时采用单冲量控制系统进行控制。在高负荷状态时，采用三冲量控制系统进行控制。高低负荷的切换点一般设置在主蒸汽流量的25%～30%这个范围内。这样控制的优点在于低负荷采用单冲量控制可以避免由于给水流量和蒸汽流量在低负荷下测量的不准确性。
二是汽包水位调节器设置为二个调节器，单冲量控制和三冲量控制的调节器各用一个，这样就形成了两套相对独立的控制系统。两个调节器的控制参数也不一样，这样避免了在高低负荷状态下，由于控制对象的动态特性不同，采用同一参数控制系统控制效果不能达到最优化的问题。
三是将减温水流量和锅炉连排污流量的前馈控制取消。通过分析可知：本系统中设置的这两个前馈信号增益都较小，对系统的影响不大，实际运行过程中，对系统的作用也不大，因此可以取消这两个前馈控制信号。
四是将蒸汽流量的前馈控制增加一个动态前馈补偿环节。三冲量控制时，即在高负荷状态下，锅炉汽包的虚假水位现象较为严重，采用静态的前馈控制，虽然对虚假水位有一定的拟制作用，但是汽包液位控制对象的动态特性的时间常数较大，增加一个动态前馈补偿环节将更有利于对汽包液位的虚假水位现象的抑制能力。
参考文献
[1]陈文天.YS—80锅炉全程给水控制系统工程[M],北京:冶金工业出版社,2001,1-7.
干熄焦发电控制系统 篇6
140t/h干熄焦作为安钢六米焦炉的配套工程, 是安钢推行清洁生产, 发展循环经济的重要举措之一。提升机是用于干熄焦重要设备, 它的任务是将熄焦车上装满950~1050℃红焦的焦罐提升并运行到干熄炉顶, 再与装入装置配合, 将红焦装入干熄炉内, 然后将装完红焦的空焦罐运回熄焦车, 如此循环往复的工作。
1 提升机的工作特点和要求
常规情况为单机运行, 无备用车, 特殊的工况要求它必须具有高的可靠性和好的可维修性:在炼焦工艺采用干熄焦技术时, 通常以湿熄作为备用, 要想减少对环境的污染就要尽可能少地启用湿熄装置, 其办法只有一个就是提高系统的可靠性, 特殊的工艺要求使提升机具有如下特点: (1) 工作特别频繁, 提升机的年工作日在340天以上, 每天连续工作约21.5小时, 完成一个工作循环的时间通常为6至8分钟, 每次满负荷工作, 且无备用设备, 这种要求是其它任何一种起重机所没有的。 (2) 提升速度高, 控制性能好, 定位精度高, 提升速度高速为20至30m/min。 (3) 设备与生产过程联动控制, 全自动运行。
2 控制系统介绍
提升机控制系统采用了西门子400系列PLC, 综合考虑系统的控制要求, 设计中采用了Profibus-DP总线结构形式。双CPU热备, PLC-PLC远程控制器双缆备份。冗余实现原理:系统运行过程中两个CPU同时启动和运行, 但是在正常运
行时只有主CPU发出控制命令, 而从CPU检测主CPU状态和记录主CPU发出的命令, 当主CPU发生故障时能够延续当时的实际状态接替主CPU发出执行命令。与主CPU通信的同步模块处于正常状态时从CPU能访问I/0模块。当系统发生特定故障时, 系统可以实现主从切换, 从站接替主站继续运行。
电源模块PS407分别配置于底板槽号1、10, 主CPU配置于底板槽号:2, 3, 从CPU配置于底板槽号:11, 12, Profibus-DP双总线下挂三组ET200M从站, 最后由Y耦合器接至调速装置, 即1#提升逆变, 2#提升逆变, 1#走行逆变, 2#走行逆变, 三组ET200M从站通过RS485中继器与车上ET200M从站进行通讯, 实现在线数据交换与现场控制。
PLC与逆变器之间采用总线的方式, 速度的给定, 参数的切换、变频器状态的读取都是通过总线通讯的方式完成的, 这种形式保证了控制系统高精度的速度给定和速度控制, 同时极大地方便了控制的联锁、保护、现场的维护。
主回路电源采用380V供电系统, 电气传动系统采用西门子MASTERDRIVE 6SE7系列整流回馈装置与逆变器控制方式, 提升机构采用两台交流380V/355k W变频电机作为正常提升电机, 走行机构采用两台交流380V/37k W变频电机作为正常走行电机, 当提升或走行电机中的任何一台电机有故障时, 操作人员可以随时通过提升机地面配电室的触摸屏完成单电机运行切换, 保证干熄焦的稳定及为维修人员抢修赢得时间。配套的断路器、接触器、继电器和凹槽接近开关等均采用西门子和施耐德等厂家的高品质产品。电缆小车上的柔性电缆采用德国和日本进口的具有极好的耐磨、耐腐蚀、抗油性、抗扭曲及适宜露天采用的拖链专用电缆。
由于电气控制设备放置于地面, PLC需要与车上诸如限位开关、超速开关有大量的连接。为了减少电缆的施工, 将大量的检测信号在车上集中处理, 设计中在提升机上设置了PLC的远端模块, 该远端模块将提升机上所有的控制信号集中采集, 通过总线与地面PLC CPU进行信号传输, 大大减少了现场电缆施工、连接的工作量, 同时也提供了控制系统的紧密性和可靠性。
提升机是一个与干熄焦系统密切相关的工艺设备, 与系统之间在运行时间、变速、安全联锁等方面有着很重要的联系, 正确理解并处理好这些联系是关系到干熄焦系统稳定、可靠、高效运行的关键所在, 也是我们需要优先关注的问题。
提升机PLC和系统EI之间的控制信号采用开关量 (PLC继电器输出) , 例如:Q0.0, 供EI提升机进线电源通;Q0.1, 供EI提升机进线电源断;Q1.1, 供EI提升机上升过待机位;Q2.2, 供EI打开装入装置等总共47个提升机供中央PLC信号;另外, I8.0, EI预存上料位;I8.4, EI提升塔处自动提升等总共17个来自中央PLC的信号;前者参与到干熄焦系统联锁, 后者参与到提升机自身系统联锁。
控制电路中, 总接触器启停条件:AK1允许合闸、AK2提升、走行超极限、AK3紧急限位开关测试、AK4急停, 四个继电器均处于吸合状态下, 方可启动总接。此四处加上重锤限位的闭点均在控制电路中串联, 同时在程序中参与联锁。
程序组成:第一部分:操作方式选择程序块, 包括:车上单动FC1, 换绳操作FC2, 车上自动FC3, 中央自动FC4。相应程序块中有满足各自操作条件的联锁控制。第二部分:数据采集FC5:采集来自提升、走行编码器的数据, 分别实现提升和走行的位置检测与速度控制, 供中央PLC FC6:主要包括提升机与EI系统联锁信号的具体控制, 通讯控制FC7:集中处理变频器数据的读入与写出, 实现变频器与PLC数据交换, 公共部分FC8:动力电源、控制电源等信号的状态联锁, 以及提升、走行制动器检测监视等。为维护方便, 制作FC9在线监测功能块, 利用SR块、C块, 将影响提升机自动运行和导致总接触器断电的因素显示出来。可以实现故障记录和累积故障次数的功能, 具体包括:提升、走行超极限、重锤限位、旋转限位等25处。
3 故障举例
3.1 2#焦罐车对好位、夹紧焦罐后, 提升机自动不动作, 操作工转入现场手动, 提升机仍然不动作
原因分析及处理:检查提升机各处线路及焦罐车、电机车、APS信号传送状态, 发现, 2#焦罐车“焦罐有无”信号未到, 现场检查看到该限位掉落, 恢复后, 转入中央自动后, 恢复正常。
3.2 提升机提升到上限位后, 自动停
原因分析及处理:提升至上限后, 旋转限位上极限动作, 进线电源断, 说明旋转限位上极限调整距离不合适, 重新调整后, 正常。限位感应片位置不合适, 至上限位时, 感应片松动撞弯, 导致上限位信号丢失。走行右限位极限常闭触头氧化, 右极限信号丢失。
3.3 提升机进线电源断
原因分析及处理:提升机提升或下降过程中进线电源断。程序FC9中风速报警动作, 暂时在程序中对FC6FC4FC3的风速报警进行延时处理, 延时10s后, 转入中央自动操作, 恢复正常, 同时, 通知仪表维修风速报警器。
3.4 提升机自动停
原因分析及处理:提升机在走行的过程中, 自动停止, 伴随装入装置误动作。操作人员手动操作一炉, 但手动操作不能走行, 中控画面焦罐运行状态不显, 提升机画面走行左定位、左停止不显, 经电工送假信号处理, 转入车上手动后, 一切恢复正常, 查找原因, 发现走行旋转编码器可能存在故障, 暂时在程序中FC4功能块上, 删除编码器联锁控制点, 转入中央自动后, 恢复正常。
4 结语
干熄焦提升机PLC控制系统采用的热备配置和通讯双通道配置有效降低了设备的故障率, 在维护过程中, 我们应充分发挥PLC编程灵活、查找故障方便的优点, 确保干熄焦系统安全、稳定、高效运行, 为企业创造更多的经济效益和社会效益。
参考文献
[1]廖常初.S7-300/400 PLC应用技术[M].北京:机械工业出版社, 2011, 12.
干熄焦三电系统的改进实例 篇7
干法熄焦(CDQ)目前已成为我国焦化企业广泛应用的1项节能技术,其利用冷的惰性气体,在干熄炉中与赤热红焦换热从而冷却红焦,吸收了红焦热量的惰性气体将热量传给干熄焦锅炉,产生蒸汽用于汽轮机发电,其经济效益十分可观[1]。上海梅山钢铁股份有限公司干熄焦项目为1#和2#焦炉移地大修配套项目,该项目于2007年开始建设,2008年4月投产,包括新建1座140 t/h干熄焦装置及1座6 MW的背压式汽轮发电机电站及相应的配套设施。它是国内目前唯一将锅炉与干熄焦本体分开操作的干熄焦系统,锅炉及发电机组由动能部管理,干熄焦本体由炼焦分厂管理。其电气控制系统应用了国内外先进的工业自动化技术,在国内同行业中属于领先水平。
本文主要介绍梅钢干熄焦从试生产阶段到稳定生产阶段所经历的电气控制系统改进过程,针对电气控制系统在实际应用中存在的缺陷进行了优化和改进,达到了操作简单、维护方便的目的,实现了干熄焦生产的自动控制,只需要3位操作人员(焦罐车司机、中控操作人员、现场巡检人员)就可维持其正常工作。
1 电气系统配置
该工程用电设备总装机容量6 125 kW,计算有功功率3 368 kW,约160台电动机,其中6 kV电动机2台,最大功率电动机为CDQ气体循环风机,功率为1 350 kW。发电机发电功率为16 830 kW,运行方式为全年发电,按年运行8 160 h计算,年发电量为137.33×106 kW·h。
梅钢干熄焦供配电系统包括炼焦35 kV配电室、干熄焦动力负荷中心、提升机负荷中心、除尘风机电气室和循环风机电气室。其中干熄焦动力负荷中心、提升机负荷中心和循环风机电气室设置在干熄焦控制中心楼内,由2路电源供电。
循环风机和除尘风机分别设有2个电气室,内有6 kV变频器,由动能部高压配电室供电。干熄焦控制中心楼内设2台6/0.4 kV动力变压器,容量分别为1 250 kVA和800 kVA,其主要供电范围有干熄焦本体工艺设备、焦运输系统、提升机系统、干熄焦环境除尘及生活设施等用电设备。低
压配电设备为固定单元柜,由厂家根据图纸直接装配预留接线端子现场接线,一些关键设备如装入装置和旋转密封阀的电气柜为随机附件,从国外整体进口。
2 控制系统配置
整个系统采用美国罗克韦尔公司ContolLogix1756和MicroLogix1500系列的PLC系统进行控制。主要设备的操作在机旁和中控均采用PLC系统控制,即:自动-PLC自动控制;中控手动-PLC联锁控制;机旁手动-PLC解联单独控制。[2]
控制系统可分为干熄焦本体、提升机控制系统、干熄焦除尘地面站和APS四大子系统,其控制系统构成如图1所示。
其中APS的PLC为MicroLogix 1500,它可将APS的状态信号通过继电器回路传送给提升机PLC,同时也接收提升机通过继电器回路或焦罐车通过收、发信器传送的控制信号,从而实现APS,电机车,提升机和干熄焦本体的联锁控制。
3 电气系统的优化改进
由于梅山干熄焦系统是总包工程,很多设计都为“公版”设计,并且这也是梅钢第1套干熄焦系统,生产维护人员在无任何生产实践经验的情况下边摸索边掌握其特性,因此一些未结合梅山生产实际的问题在项目运行投产后逐渐暴露出来。在试生产阶段经常出现电气故障停机并发现有些可引发安全生产事故的电气控制隐患,技术人员边维持生产边进行改进,努力做到低投入高产出。改进后系统逐渐达到了稳定,降低了生产事故发生的概率并提高了生产效率。就电气系统来说,改进主要集中在皮带系统、工艺除尘系统、提升机系统、操作控制系统和传感器等几个方面。
3.1 皮带系统
运焦皮带系统在投产之初,出现无报警停机的现象,有时连续几d都工作正常,而有时1 d却出现几次无报警停机,严重影响了干熄焦的正常稳定生产。后应用RSlogix5000编程软件的I/O点监视功能发现,部分翻板的油缸不能保持在限位位置,导致限位信号丢失,从而造成皮带联锁停机。该问题涉及到9个电液动油缸。由于我厂的备件是统一型号的油缸,更换油缸将造成极大的浪费,并且影响生产,因此只能从程序入手。运焦系统共D101,D102,D103,D104四条皮带,可有四种料线运行方式,如表1所示。
皮带系统在排焦过程中必须要有相应的翻板信号联锁才能正常运行,为了在不影响皮带安全运行的前提下,忽略皮带运行过程中产生的翻板限位丢失,在PLC程序中屏蔽掉皮带运行过程中的翻板限位联锁条件,并加入了逻辑判断条件,判断是否为翻板引起的故障。例如料线一在运行时,V103开限因油缸未能保持而丢失,将在操作员画面中显示“翻板故障”报警,同时PLC向V103发出打开指令(包含超时保护),使V103开限重新保持住,保证与之联锁的皮带不受该故障的影响而停机。
3.2 工艺除尘系统
干熄焦1DC除尘排灰控制系统在设计时由统一的指令控制两组共四台电动机自动运行,当现场旋钮打到“中央控制”时,可以在中控的操作画面上选择“中央自动”和“中央手动”两种操作方式。这两组电动机对应着两个仓位,却只能统一运行于“中央自动”和“中央手动”状态,当有一组电动机出现问题时另一组电动机也要停下来,影响了排灰的效率。
通过修改PLC程序和操作画面,可实现干熄焦1DC排灰操作画面的分组操控,让每组电动机可以独立运行于“自动控制”和“手动控制”状态,提高在单台电动机出现问题时整体设备的工作效率,修改前和修改后的操作画面如图2所示。
生产中,操作人员在发现有一组电动机出现问题时,只需要将有问题的这组电动机切换到“中央手动”即可,或者当两组电动机都处于“中央手动”时,可以分别控制每组电动机的启动和停止。
3.3 提升机系统
3.3.1 避免重罐事故
熄焦车要同时拖动两台焦罐车进行生产,主流程为:1#焦罐车接焦,2#焦罐车到提升机井架下受2#空焦罐,1#焦罐车到提升机井架下送1#满焦罐,2#焦罐车接焦[3]。由于是重复性的工作,在司机观察不仔细的情况下,就有可能在受罐时,将刚接完焦的焦罐车停在提升机井架下,当另一空罐放下时,就会落在有红焦的焦罐上,从而造成重罐事故。该问题在试生产阶段就出现过,幸亏当时地面人员及时发现并通知司机按下“提升机紧急停止”按钮才未造成重大生产事故。
针对重罐事故各厂家采取的方法不同,有的厂家采用IR电缆来实现三车联锁,防止重罐事故。由于梅钢干熄焦设备已经投产使用,重新添加设备比较麻烦,并且涉及到多个设备安装厂家的协调问题,因此在现有条件下对运焦控制系统进行改进,修改后的控制逻辑见图3。
在逻辑图中加入了不允许动作指令m.30。以2#焦罐车为例,当2#焦罐车有罐 (m.12=1)时,1#焦罐车无罐(m.13=0),而2#焦罐车却进入了提升机井架下(m.2=1),这时2#焦罐车提升机禁止条件满足,即使司机误操作,按下允许提升机动作(f.11=1),2#焦罐车“允许动作指令”仍不会发出,从而从电气逻辑上避免了重罐事故的发生,有效防止司机的误操作。
3.3.2 将提升机与本体的PLC网络合并
提升机是干熄焦的重要组成部分,负责焦罐的运输,起到衔接焦罐车和本体的作用,由中国冶金起重行业的龙头企业太原重工有限公司总承包,其涉及到的主要接口有焦罐车与提升机的通信、提升机与干熄焦本体的通信。提升机与干熄焦本体的通信以电气继电回路为主,提升机电气室在中控楼1楼,本体电气室在中控楼2楼,在监控设备的工作状态时十分不方便,并且若要在中控操作画面上加入一些提升机设备监控点也不容易实现。
由于提升机和本体PLC都采用AB公司的ControlLogix 1756系列,因此可以考虑用以太网卡实现两段网络互联。在提升机的扩展机架中插入1756-ENBT网卡,经过组态就可在编程器的网络配置RSLinx中发现该网卡,将网卡IP设为与本体PLC属同一网段的地址,用带屏蔽层的超五类线将其接入本体的交换机中[4]。网络修改前后的信号流程如图4所示。
在联入该交换机的服务器上运行操作画面编辑软件RSstudio SE就可方便地读写提升机的参数,简化了信号传送的中间环节,并可以与电气继电回路并用,确保通信的畅通与可靠。
3.4 操作控制系统
在原有的操作画面中,提升机的状态监测点比较少,并且是以文字的形式显示,操作人员掌握起来较难,在某个状态出问题而导致联锁停机时,操作员也无法直观判断到底是在哪个位置出了故障。由于涉及到的提升机的状态监测点都是由电气继电器回路传送至中控,因此若要添加监控点就要重新布线,实施起来比较麻烦,而将提升机PLC的网络并入本体PLC网络后由于提升机的所有监测点都可以通过以太网方便读取,因此在操作画面中加入提升机的状态监测变得可行。为了使操作画面直观明了,同时又方便读取提升机工作时重要的联锁参数,选取了故障率较高的点和在联锁控制中起重要作用的点进行监控,利用画面编辑软件RSstudio SE就可以编辑状态监测画面,如图5所示。
该画面集成了提升机提升与走行的位置监测点、高度与行程指示、电动机电流指示、极限保护点、工作状态显示、与提升机连锁的APS状态指示以及装入装置的状态指示。利用该画面,操作人员或设备维护人员可以清楚地分析出提升机的工作状态和故障原因,而不再需要专门的技术人员读取PLC程序来分析故障。在节假日或技术人员不能及时赶到的时候,该监测图的优势就得以发挥,原来排除一次故障要在1 h左右,现在甚至操作人员就可看出故障原因,直接通知检修人员更换或维修设备,大大减少了设备故障停机时间。并且由于网络通信比较方便,提升机和本体的所有点都可以在画面上集成,因此还可以进一步优化。
3.5 传感器
干熄焦系统使用了大量的传感器用于信号检测,生产中偶尔出现被检测物体到达指定位置传感器不发出信号,或被检测物体没有到达指定位置却发出“假信号”的情况[5]。由于传感器所起的作用极为关键,因此一旦出现故障就有可能造成严重的生产事故。梅钢干熄焦生产之初,提升机与焦罐车的发信器与受信器就遇过类似问题。当时由于焦罐车在井架下走行时“提升机允许”受信器误发出允许提升信号,导致焦罐车撞击放下的吊钩,造成停产事故。这种事故发生了3次,最长的一次停产近6 h,直接损失达8万元人民币。
根据传感器工作原理及其在生产中所起的作用,可以把它们归结为两大类:(1)不发信号产生事故类;(2)发“假信号”产生事故类。对于第1类情况,我们对重要的位置检测采用多个传感器并联的解决方式,当一个传感器损坏或位置偏离不能正常检测时,其他并联其上的传感器可以正常工作;对于第2类情况,我们采用多个传感器串联的方式,这样即使有一个传感器发假信号,也不能把假信号传递出去。
对重要位置的传感器采用上述改进方法后,事故发生概率由每月的1～2次变为改进后近1 a都未发生,大大节约了设备维修费用,确保了干熄焦生产的安全可靠。
4 结束语
通过对梅钢公司干熄焦电气控制系统的改造,已使干熄焦三电系统能够安全稳定运行,干熄率可达到97%,在全国的干熄焦行业中属于较高的水平。改造经验证明,根据现场实际情况,对控制程序、人机画面、控制参数等进行适当的改进和优化,只需投入较少的人力、物力就可取得较大的设备、安全改进。目前干熄焦三电控制系统还面临着如何让一台变频器带动两台旋转电动机,实现旋转焦罐快速对位以及通过电气系统保护提升机行星减速机等问题,这些问题需要与操作方、机械检修方等共同解决。对电气控制系统的改进也是一个边学习边提高的过程,希望此文能给从事干熄焦电气控制系统维护的同志提供借鉴。
参考文献
[1]潘立慧,魏松波.干熄焦技术[M].北京:冶金工业出版社,2005.
[2]邓李.Control Logix系统实用手册[M].北京:北京机械工业出版社,2008.
[3]潘立慧,魏松波.炼焦新技术[M].北京冶金工业出版社,2006.
[4]林山.Windows XP局域网建设应用实践与精通[M].北京:清华大学出版社,2003.