高炉鼓风机控制系统的设计和应用

高炉鼓风机控制系统的设计和应用

王廷东亓累全万春景

陕西电器研究所王廷东亓累全万春景

摘要：本文首先概括叙述了高炉鼓风机系统，并在此基础上提出高炉鼓风机计算机控制系统的设计与应用。期望通过本文的研究能够对提高机组的生产能效和延长其使用寿命有所帮助。

关键词：高炉鼓风机；控制系统；设计一、高炉鼓风机系统概述高炉鼓风机是冶金工业中不可或缺的重要设备之一，它是一种将空气加压后供给高炉冶炼所需的气体压缩设备。国内较为常用的高炉鼓风机有以下几种形式：其一，固定轴流式。它是借助升力的作用对空气作功，从而提高空气的压力和动能，这种类型的鼓风机稳定工况区一般都比较狭窄，为了确保设备运行的稳定性，在某些工况下需要进行防风处理，由此造成了能源浪费，与节能降耗的要求不符，所以目前已经应用的相对较少；其二，离心式。这种类型的鼓风机主要是借助离心力的作用，通过叶轮叶片对空气进行作功，进而提升其压力和动能。

虽然离心式鼓风机的工效相对较低，但由于它的价格比较低廉，并且对空气过滤的要求也不是很高，故此，应用比较广泛；其三，可调轴流式。这是目前高炉鼓风机的主要机型，它的优点是效率高、稳定工况区宽且在该区域内的效率变化相对较小，在静叶角度为固定状态时，风机的性能曲线较陡，易于定风量的操作。不仅如此，它的外形尺寸和自重较小，适用性较高。

对于高炉鼓风机而言，其运行稳定与否直接影响高炉的正常生产，若是鼓风机在生产过程中出现故障停机，将会造成高炉内的矿料与铁水因无风压作用而凝结，由此便会形成高炉灌渣，一旦发生此类情况，将会给企业带来巨大的经济损失，并且还会缩短高炉的使用寿命。为此，对高炉鼓风机进行有效控制显得尤为重要，而这一目标的实现需要借助功能强大、性能稳定的计算机控制系统。下面本文重点对高炉鼓风机控制系统的设计与应用进行论述。

二、高炉鼓风机计算机控制系统的设计与应用（一）控制系统的设计思路由于高炉鼓风机对工艺的要求相对较高，加之设备的联锁保护比较复杂，同时，各种检测信号之间还互相影响和制约，若是采用常规的仪表或是人工方式对鼓风机进行控制，很难满足实际要求，并且也与企业的长远发展目标不符。鉴于此，为有效提高系统的可靠性，并在综合考虑各方面因素的基础上，可以采用DCS系统对高炉鼓风机进行控制。DCS又被称之为计算机集散控制系统，它是目前工业领域中应用较为广泛的系统之一，其本身的功能比较强大，性能方面也较为稳定，通过DCS系统的应用，不但能够实现分散控制集中管理的目标，而且当鼓风机发生故障后，还能根据预先设置好的程序进行联锁保护，有助于防止设备损坏。在对高炉鼓风机控制系统进行设计时，应当本着技术先进、稳定可靠、低成本高回报的思想，ABB公司研制开发的AC800F系统最符合上述要求，该系统不但能够是DCS的优势获得最大程度地发挥，而且还能满足生产工艺的要求，既实现了鼓风机设备的自动化控制，又进一步降低了工人的劳动强度，生产效率随之大幅提高。

（二）控制系统的设计要点该控制系统的总体设计方案如下：以三电一体化作为立足点，并以分层结构、集中控制为主要特点，在充分考虑系统抗干扰能力的基础上，确保机组稳定、可靠运行。按照总体设计方案，可将控制系统的设计分为以下几个部分：1.仪表设计。该部分主要包括调速系统、静叶伺服系统、轴系监测保护系统以及放风系统设计。

2.电气设计。该部分主要包括以下设计内容：主控室电控盘、低压配电盘、电源自动切换柜以及照明等等。

3.自动控制系统设计。按照总体设计要求，该系统共分为以下三层：第一层为生产现场相关参数的检测与数据采集；第二层为数据处理和过程控制；第三层为集中操作监视。根据高炉鼓风机组的工艺特点，可以设计两个过程站，并以此来实现模拟量、数字量等数据信息的采集与处理。上位PC机与过程站可以采用工业以太网进行实时通讯，而过程站与I/O模块之间则可采用PROFIBUS进行通讯，这样便可以使整个网络实现冗余化。上位PC机共有两台，其中一台为操作员站，主要负责实现各个部分动态工艺参数与流程的显示以及报警信息、设备状态信息的显示，同时，还能够实现辅助设备的自动启停、工况监测等功能。另一台PC机为工程师站，除具备操作员站的所有功能之外，还能够实现系统项目树组态以及用户自定义程序开发等功能。从高炉鼓风机组运行的特点出发，其控制系统必须具备较高的稳定性和可靠性，这也是对控制系统最基本的要求之一，为了达到这一目标，系统应当具备较强的抗干扰能力。为此，在设计过程中应当全面考虑、综合设计，并在安装调试过程中予以足够重视，确保安装质量。从本质的角度上讲，控制系统的抗干扰设计是一项较为复杂且系统的工作，在具体设计中，可采取如下措施：干扰源抑制、衰减或切断电磁干扰途径、提高系统本身的抗干扰能力。

（三）控制系统的应用效果本文所提出的系统现已在国内某大型钢铁企业的高炉鼓风机组中获得了应用，自该系统应用之后，实现了机组的自动化控制和现场设备的自动联锁，系统本身的控制水平较高，功能强大，运行稳定可靠，平均年降低故障休风时间超过50h，报警及时，使故障的处理更加及时，处理时间显著缩短，有效提高了生产效率。因联锁系统设计完善、动作可靠，从而给风机提供了有效保护，极大程度地延长了其使用年限，保守估计可延长5-7年左右。

结论总而言之，为了确保高炉鼓风机的安全、稳定、可靠运行，并提高其自动化程度，应当结合机组特点，并满足生产工艺要求的基础上，设计与之相适应的控制系统，通过控制系统对鼓风机进行自动化控制，借此来降低机组能耗、确保安全生产，这有助于企业经济效益的提升。

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