西门子S7-400H在高炉轴流鼓风机的应用

西门子S7-400H在高炉轴流鼓风机的应用

冀华

陕钢集团龙钢公司炼铁厂

身份证:610581198409083418

摘要：介绍了西门子S7-400H冗余PLC在炼铁高炉鼓风机上的应用实例S7-400H可编程控制器满足高可用性的需要是，一种智能化和分布性达到了最新技术水平的可编程控制器，该系统在控制、调节与监控，单元和系统的全部功能，以及获取和准备过程数据的全部功能中都起着重要的作用。

1前言

高炉鼓风机(以下简称风机)是给高炉冶炼提供冷风的设备，其工作原理是通过汽轮机或电机拖动使鼓风机高速旋转，将常温常压空气压缩到一定压力温度后，供给高炉用于铁水冶炼，完成将蒸汽热能或电能转化为动能的过程。高炉鼓风机在铁水冶炼过程中起着非常重要的作用，是制约高炉顺利生产的重要因素之一，因此非常有必要加强风机自动化控制系统的可靠性。龙钢炼铁厂1800M3高炉采用的汽拖鼓风机自控系统采用德国西门子PLC可编程控制器S7-400H冗余系统，监控及操作画面采用西门子HMI人机交换Wincc7.0版完成对鼓风机的监控和人机对话。

2 S7-400H PLC介绍

S7-400H是德国西门子公司的最新一代具有容错技术的PLC，S7-400H可编程控制器满足高可用性的需要是，一种智能化和分布性达到了最新技术水平的可编程控制器，该系统在控制、调节与监控，单元和系统的全部功能，以及获取和准备过程数据的全部功能中都起着重要的作用。该系统配置采用两套S7-400H的冗余CPU作为中央处理单元，每套包括一块存储卡、一个414-4HCPU、两个同步模块和一块工业以太网卡，采用光纤连接同步。其中一个为主控制单元，另外一个处于冗余热备状态。当主CPU单元出现故障或者断电时，备用单元会在下一周期接替主CPU继续进行运算处理。这个过程对设备无扰动，也不会影响正常的工艺过程。I/O设备采用西门子工业通讯网络的PROFIBUS DP方式连接，终端设备为西门子ET200M站，两个ET200M站分别挂在各个CPU的DP端口，形成两条并行的通讯总线。PROFIBUS DP方式为主从通讯方式，CPU为主站，ET200M为从站，最高通讯速率可达到12Mbit。所有I/O模板都安装在ET200M站上，为S7-300系列I/O模块。这个配置方案最大限度的平衡了性能和价格的优势，也兼顾了运算功能的强大和输入输出卡件的通用性，该配置还有利于将来增加I/O冗余功能。

3风机自动化控制系统介绍

3.1防喘振控制功能

轴流鼓风机防喘振多采用喉部差压—排气压力曲线(图一)。风机喉部差压△P现场安装三台差压变送器，信号经三取二后进行补偿计算△Px，再将补偿后的信号带入折线函数P=f(△Px)，经过预先标定的防喘振折线计算，得出当前工况下的调节设定值SP。设定值与当前排气压力PV在PID调节功能块中进行比较计算，输出调节值作用于防喘振调节阀。

图一

喘振点一般为4个，AV71-15风机实验数据如下：

防喘线（红）为实验所得

防喘线（黄）：排气压力值为喘振实验所得数据×0.93:；喉差值为喘振实验所得数据×1.05。

3.2逆流保护功能

风机发生喘振时，如果防喘振阀不能及时动作将使喘振形势急速恶化，如果不能有效的干预，就会发生更严重的工艺倒风现象。逆流保护作为防喘振控制的后备保护，是最后一道“防线”，具体做法是：当喉差三取二后的值小于逆流保护喉差，1s后系统发出机组喘振报警，3s后如果报警还存在则发出逆流报警，同时进入安全运行状态，5s后如果报警还存则系统产生持续逆流报警，执行连锁停机。

3.3风机启动停机过程及联锁

3.3.1开机前启动条件的检查与确认

将画面切换至启动画面，按下“存储器复位”按钮，使机组故障状态存储器复位（绿色），如果按下“存储器复位”按钮后，存储器仍为红色，则需切换至停机联锁画面检查是否存在停机条件使存储器无法复位。如果停机条件出现或者机组处于安全运行状态则存储器都会变红。

如果各项条件满足时，相应的指示呈绿色，如果哪一项不满足，应先采取措施使启动条件满足，启动条件共有以下几项：

1.润滑油冷油器后温度≥25℃

2.防喘阀全开

3.静叶全关

4.润滑油压力≥150KPa

5.动力油压力≥12Mpa

6.1#、２＃主汽门全关

7.止回阀全开

8.试验开关复位

9.存储器复位

10.盘车运行

当以上条件全部满足后，启动条件会显示“全部具备”，按下“允许启动”按钮，这时允许启动指示灯变成绿色，允许启动信号发给了1＃、2＃主汽门，在现场将主汽门打开，如果两个主汽门都开到位，505调速器将接收到允许启动信号，汽机将可以启动。机组启动后，随着转速上升，注意观察，盘车是否脱开，当转速高于500rpm时，顶升油泵是否自动停止。

3.3.2风机紧急停机介绍

为了保护风机设备，当机组出现重大故障时，将执行紧急停机程序，重大故障包括：动力油压力开关过低、润滑油压力过低、保安油压力过低、505跳闸、汽机转速过高、风机轴振动过高、汽机轴振动过高、风机轴位移过大、汽机轴位移过大、持续逆流、风机轴温过高、汽机轴温过高、汽机回油温度过高、真空度过低、汽机排汽压力过高。其中温度信号需在程序内部做断线保护，以确保不会因为热电阻失效而引起风机意外跳闸。润滑油和动力油压力、真空度过低采用压力开关信号三取二表决。停机动作发生后，产生联锁动作，静叶关闭至最小位置，防喘振阀全开，逆止阀全关，并输出汽机跳闸信号。

4结束语

西门子PLC S7-400H冗余自动化控制系统在轴流鼓风机控制系统中的应用，达到了PLC过程控制程序和现场工艺的完美结合。向导化的组态界面、多样性的编程手段，促进了更新更完善的控制工艺的开发；冗余过程的高效率、容错的能力和运算的高速度使该系列PLC在自动化生产控制中得到了广泛的应用。该系统于2010年10月成功投入运行，运行过程始终稳定而可靠，达到了预期的设计目标，为企业带来了持续、稳定的经济效益和生产潜力。