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西门子S7—300系统在煤气加压站中的应用

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日期:2007-8-21 0:52:31     来源:   作者: 点击:
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1997年太钢引进的按国二十辊轧机、冷热不锈带钢退火线、光亮线等新装备,是以扩大不锈钢生产能力。冷轧煤气混合加压站,是太钢不锈带钢退火线的配套设施,有加压机3台,气源为高炉煤气、焦炉煤气。由于生产线工况不稳而造成用量大幅度频繁波动;同时由于气源管网方面的状况较差,高炉煤气压力波动范围3—10kPa,焦炉煤气压力波动范围1.5。6.5kPa;其波动有时频率很快,仅靠仪表调节产生震荡,无法通过人工调节;经常出现长时间的低压,造成混压困难,甚至造成高炉煤气蝶阀关闭、机前负压的险兆。
太钢于1999年6月采用了西门子SIMATICS7—300PLC、德国UNI公司热值仪、西门子变频技术等进行全过程自动控制改造,实现了混合煤气热值、加压机后压力双稳定的目标,确保了不锈钢的正常生产,节能效益非常可观。
1系统概要
改造后的系统构成复杂,仅调节阀就有九个,此外还要增加变频器,由计算机控制切换调节3台风机转速;增加热值仪,串级调节高焦配比。采用西门子S7—300PLC和研华IPC 610工控机构成DCS系统。S7—300PLC作为下位机来实现所有信号的采集、运算、调节,其特点是:模块化、无排风结构、易于实现分散、运行可靠、性价比高。CP5611卡为S7—300PLC与工控机的通讯接口卡,具有RS485接口和87.5kbps的通信速率,传输距离可达50m,使用中继器可达9100m。
2控制原理
本系统含四个调节回路:
2.1热值调节
热值是用户气源的主要质量指标之一。
冷轧煤气7昆合加压站以高炉煤气为主气,它不可控制,取决于用户用量;焦炉煤气为辅气,要求控制其两道阀门,使高、焦配比约4:1。
2.1.1“高焦限幅”辅热值
本回路为一串级、交叉限幅调节系统。以热值调节为主环,焦炉煤气流量调节为副环,加入了高焦煤气流量单交叉限幅。焦炉煤气流量的设定值不单单取决于热值调节器输出信号,而且受到高炉煤气流量的瞬时值的限制,即按高、焦理论配比值求出应配焦炉煤气流量值,乘以1.05和0.95作为输出信号的上、下限幅值。
该控制思想一则使焦炉煤气流量调节器的调节量不至于过大,从而使高焦配比值在小范围内波动;二则使主环调节器不至于产生调节饱和,加快了滞后较大的主环的动态响应,改善了系统的调节品质。
对热值仪信号故障也有保护性,在实际的运行中,我们发现工人有时忘记了给热值仪过滤器排水,使煤气人口压力太低,燃烧不够,造成仪表信号显示偏低很多,即使焦炉煤气阀开到最大,也不可能把热值调至“正常”,但此时热值调节器输出信号受到高炉煤气流量的交叉限幅,故在此三个信号中,最终以上限值为焦炉煤气流量调节器的设定值,从而使焦炉煤气流量调节阀被约束在了一定的阀位,最终使混合煤
气热值波动稳定在一定范围内。
2.1.2“双阀同控”避“瓶颈”
原设计一阀自动、另一阀手动,实际上两阀都在手动方式,因而常常顾此失彼,致使南、北阀位相差太大;若采用两路单独的调节器,二阀阀位更加混乱,当系统工况变化较大时,其中一阀就会成为调节的“瓶颈”;若采用双调节器进行调节,二阀各自进行动作,虽能使系统在某一阀位组合状态下稳定,但有可能造成二阀阀位相差太大,同样可导致“瓶颈”的现象。
对此采用单台调节器串调双阀的控制方案,即在计算机中设置一台软调节器,其输出信号给到2台手操器,同时带动2台电动蝶阀。为防止二阀同时动作造成超调,将2台手操器内的死区设置的有所差别,当调节器输出要求的阀位信号与实际阀位反馈信号出现偏差时,死区小的手操器(电动调节阀)首先动作,若偏差不大时,就能纠正过来;当调节量不够时,偏差增大,死区大的手操器(电动调节阀)也动作,加
大调节力度,使系统迅速回到稳定状态上。当系统出现较大偏差时,常会出现同时超出二者死区范围的现象,则二阀一同动作,使偏差迅速减小到一定范围,此时大死区的电动调节阀停止动作,剩余的小偏差靠死区小的调节阀来进一步精调到位。
2.2混压调节
混压调节在实际中既影响热值、又影响加压机后压力。所以,混压调节不好,则热值调节、加压机后压力调节都无从谈起。本回路为一串级随动调节系统,在控制回路中建立数学模型,煤气混合压力的设定值随着高、焦气源的压力波动而自动计算设定,同时又加以上下限幅,使工艺操作变得更加合理。从热值的稳定方面来看,机前混压能够随高、焦煤气压力波动而适时适度地调整,保证了焦炉煤气能够按所需的量顺利配人;从加压机后压力的稳定方面来看,机前压力变化范围不至于太宽,减少了对加压机后出口压力调节的干扰。

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