在煉鐵生產(chǎn)中，鼓風(fēng)機送風(fēng)能力的大小及發(fā)揮情況是高爐能否高產(chǎn)的關(guān)鍵。瑞士蘇爾壽風(fēng)機在我國現(xiàn)行的風(fēng)機系統(tǒng)中處于性能和技術(shù)絕對**地位。它具有機構(gòu)精密、效率高、送風(fēng)特性好、運行穩(wěn)定等優(yōu)點，但控制系統(tǒng)要求嚴格、與之相關(guān)聯(lián)的被控對象較多。以前，進口的蘇爾壽風(fēng)機控制系統(tǒng)均采用DCS加常規(guī)控制儀表進行控制，系統(tǒng)造價高，可靠性取決于調(diào)節(jié)控制儀表。而我國目前開發(fā)的風(fēng)機控制系統(tǒng)仍很不完善，系統(tǒng)運行的高低主要取決于開發(fā)人員本身對系統(tǒng)的了解和對風(fēng)機性能的理解，往往會由于人員失誤造成一些問題。因此，用戶有完善、規(guī)范高爐鼓風(fēng)機控制系統(tǒng)的強烈要求。本文探討瑞士AV63 12型軸流式高爐鼓風(fēng)機的PLC控制。

　　1風(fēng)機系統(tǒng)構(gòu)成可以看出，對于鼓風(fēng)機系統(tǒng)，空氣在經(jīng)過濾風(fēng)室之后進入鼓風(fēng)機。鼓風(fēng)機對其做功后將其從排風(fēng)管道排出，排風(fēng)管道分成3路分別通向防喘振閥、電動放風(fēng)閥和主風(fēng)門。當機組處于正常的工作情況時，防喘振閥和電動放風(fēng)閥都處于關(guān)閉狀態(tài)，風(fēng)機排出的空氣由主風(fēng)門通向高爐。若風(fēng)機工作點進入了防喘控制，控制系統(tǒng)將打開防喘振閥進行放風(fēng)，以降低風(fēng)機的出口壓力，使風(fēng)機的工作點遠離喘振邊界。防喘閥分為大閥和小閥，大小防喘閥為分程控制方式。當兩個防喘振閥均出現(xiàn)故障，不能正常工作時，操作人員用手動控制電動放風(fēng)閥完成放風(fēng)操作。風(fēng)機的靜葉角度執(zhí)行機構(gòu)為一臺伺服裝置完成推動靜葉角度旋轉(zhuǎn)的操作。

　　2控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計高爐壓縮機控制站硬件選用西門子S7 400系列高端PLC.工程師站（ ES）和操作員站（ OS）選用西門子工業(yè)PC機并在Windows2000下安裝西門子WinCC人機界面平臺軟件、西門子工業(yè)以太網(wǎng)卡CP1613.交換機選用西門子工業(yè)以太網(wǎng)交換機OSM ITP62.控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如所示。

　　3控制功能實現(xiàn)3. 1定風(fēng)量/定風(fēng)壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)3. 1. 1靜葉可調(diào)概念全靜葉可調(diào)式軸流壓縮機的葉片組由多級旋轉(zhuǎn)葉片（稱為動葉）和若干級靜止葉片（稱為靜葉）組成。靜葉與動葉之間的夾角稱為靜葉角度，靜葉可調(diào)是指靜葉角度可以通過控制系統(tǒng)來調(diào)整。例如： AV 63 12全靜葉可調(diào)式軸流壓縮機的靜葉角度在14 79之間可調(diào)。靜葉角度越小，壓縮機的出口風(fēng)量、風(fēng)壓越小，拖動壓縮機的主電機的負載越輕。為了減小主電機的啟動電流，要求啟動時壓縮機的靜葉角度為14 ，因此14也稱為壓縮機啟動角度。但是靜葉角度

　　在14 22之間時，壓縮機的運行處于一種氣動不穩(wěn)定狀態(tài)，這對機組的運行很不利，所以在壓縮機組啟動完畢后應(yīng)盡快地將靜葉角度調(diào)至22 ，這一過程稱為靜葉釋放。當壓縮機組向高爐正常供風(fēng)時，靜葉角度根據(jù)工藝需要在22 79之間連續(xù)可調(diào)，因此22也稱為壓縮機*小工作角。

　　靜葉釋放后若無停機狀態(tài)發(fā)生，靜葉角度無法調(diào)至22以下，這是為保證機組安全運行而設(shè)置的。

　　3. 1. 2靜葉伺服系統(tǒng)軸流壓縮機對風(fēng)量和風(fēng)壓的調(diào)節(jié)是通過調(diào)整壓縮機靜葉角度的變化來實現(xiàn)的。靜葉角度的調(diào)節(jié)回路由內(nèi)環(huán)控制和外環(huán)控制形成的串級回路組成，如所示。外環(huán)部分通過PLC內(nèi)部的PID調(diào)節(jié)控制器完成；內(nèi)環(huán)部分包括靜葉位置變送器、靜葉伺服控制器和靜葉伺服機構(gòu)。

　　通過調(diào)節(jié)靜葉角度的變化，可按工藝狀態(tài)的要求增降壓縮機的出力，在工藝對風(fēng)量要求不大時，壓縮機的負荷也隨之降低，沒有因放空運行造成的能源浪費，節(jié)能作用十分明顯。

　　伺服控制器：在內(nèi)環(huán)控制部分，靜葉伺服控制器通過比較來自位置變送器和PLC的控制信號，發(fā)出伺服指令信號驅(qū)動靜葉伺服機構(gòu)，推動靜葉承缸按指定方向動作，從而完成對壓力和風(fēng)量的穩(wěn)定控制。

　　PLC內(nèi)部回路：在外環(huán)控制部分，操作人員可選擇定壓力或定流量控制、手動或自動控制，按照工藝需要對目標值進行設(shè)定，由PID調(diào)節(jié)器完成對壓力或流量的自動調(diào)節(jié)。

　　3. 2防喘振調(diào)節(jié)系統(tǒng)喘振是透平機械的固有特性，是壓縮機在低流量的條件下，葉片上產(chǎn)生氣流脫離形成的脈動流，與出口管網(wǎng)的氣容和氣阻之間形成的振蕩現(xiàn)象。軸流壓縮機發(fā)生的喘振危害遠遠大于其它類型壓縮機，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：①由于動靜葉之間的間隙很小，喘振時，引起過大的振動會損壞葉片等元件。②氣流脈動和機內(nèi)溫度上升會危及葉片和內(nèi)缸。③流量和壓力的大幅振蕩會導(dǎo)致壓縮機從正的流量特性躍變到負的流量特性，使運行不穩(wěn)定，壓縮機進入逆流工況。根據(jù)上述情況，必須禁止軸流壓縮機進入喘振工況。

　　3. 2. 1防喘振控制的意義高爐在煉鐵過程中的供風(fēng)要求和爐況變化會導(dǎo)致附屬管網(wǎng)與機內(nèi)流量和壓力的變化，當機內(nèi)氣流在低流量條件下，風(fēng)機將運行至喘振區(qū)。這時在風(fēng)機的葉柵上產(chǎn)生氣流脫離而形成脈動流，并與附屬管網(wǎng)的氣容和氣阻之間形成自激振蕩現(xiàn)象。風(fēng)機內(nèi)的氣流和附屬管網(wǎng)的壓力和流量脈動可能發(fā)展成增幅振蕩，形成周期性的氣流倒流和排出氣體壓力急劇下降，并產(chǎn)生巨大的吼叫聲和急劇的溫升，即喘振。喘振時氣流的沖擊傳遞給葉片，在軸上產(chǎn)生交變的應(yīng)力，引起軸劇振。由于動靜葉柵之間的間隙很小，此時所引起的過大機械振動會損壞葉片等機件，氣流脈動和機內(nèi)溫升也會危及葉片與內(nèi)缸；流量和壓力的大幅度振蕩會導(dǎo)致風(fēng)機從正的流量特性躍變到負的流量特性上運行，使風(fēng)機進入逆流工況，因此必須設(shè)置防喘振控制。

　　3. 2. 2全靜葉可調(diào)式軸流壓縮機的防喘振控制原理及方法由于喘振的根源是由于排氣壓力過高引起的，機組發(fā)生喘振時對應(yīng)的排氣壓力稱為喘振壓力，同一型號的靜葉可調(diào)式軸流壓縮機根據(jù)制造、安裝地點、安裝精度、進氣溫度、大氣壓力等原因，喘振壓力會發(fā)生變化，另外全靜葉可調(diào)式軸流壓縮機在不同的靜葉角度下對應(yīng)的喘振壓力也不一樣。防喘振調(diào)節(jié)的關(guān)鍵是防喘振控制曲線的設(shè)定，它不但影響鼓風(fēng)機的安全程序，而且也影響鼓風(fēng)機的運行范圍和能量放空，是防喘振控制系統(tǒng)中的控制調(diào)節(jié)核心。

　　由實測出的風(fēng)機喉部差壓（ P）與排氣壓力P的函數(shù)關(guān)系得出風(fēng)機的特性曲線和喘振曲線，即在不同的靜葉角度（喉部差壓）下，測量對應(yīng)的喘振壓力，一般至少測量5 7點。將測量的點用折線連接即可繪出橫坐標為喉部差壓，縱坐標為排氣壓力參數(shù)的曲線，稱為該機組的喘振線。將喘振線縱坐標參數(shù)下移5% 10%得到原始該機組的防喘振線。某實測喘振線、防喘振線如所示。將喘振線縱坐標參數(shù)下移5%得到防喘振線。

　　3. 2. 3防喘振控制的PLC實現(xiàn)方法由于采取了信號故障判斷措施，消除了由于信號故障引起的誤放空、誤停機現(xiàn)象。

　　程序中采用變常數(shù)PID調(diào)節(jié)算法，在進行防喘振調(diào)節(jié)的過程中既保證了工況點快速遠離喘振區(qū)域又盡量減小了由于放空引起的壓力大幅度波動。采用溫度、壓力補償算法，使得防喘振控制的使用適應(yīng)各種氣候條件。采用防喘振調(diào)節(jié)手動/自動低選方法及相應(yīng)確認提示，消除誤操作可能性。該控制方法結(jié)合了全靜葉可調(diào)式軸流壓縮機的特點和壓縮機工藝的實際要求，在可靠的保護壓縮機的前提下提高了系統(tǒng)控制的穩(wěn)定性和可靠性，是一種比較完善的全靜葉可調(diào)式軸流壓縮機的防喘振控制方法。

　　3. 2. 4防喘線計算測得進氣溫度T = 31 ，先將T變成0 1的數(shù)，為T MD，即T MD = （T + 50）/ < 50-（- 50）> = （T + 50）/ 100.補償系數(shù)p 01 = < 50 - （- 50）> / （273. 15 + T ） = 0. 33； p 02 = < 273. 15 + （- 50）> / （273. 15 + T） = 0. 73.經(jīng)溫度補償T MD p 01 + p 02所得數(shù)值送入PLC進行控制。

　　實測喘振線為在不同靜葉角度下測得排氣壓力P和喉部差壓P .靜葉角度換算公式為（靜葉角度- 14 ） 100/ （ 79 - 14 ） ，將靜葉角度換算成開度（ % ） ，將排氣壓力下移5%得到防喘線。 ST EP7防喘線是將排氣壓力P除以0. 6 M Pa得到0 1的數(shù)，喉部差壓P除以20KPa得到0 1的數(shù)。將P ， P值（ 0 1的數(shù)）送入PLC作為ST EP7防喘線進行控制。 WinCC坐標（喘振線）是將實測排氣壓力和喉部差壓經(jīng)坐標變換得到。 （ 500- 583. 33排氣壓力）作為WinCC排氣壓力坐標， （ 100+ 25喉部差壓）作為WinCC喉部差壓坐標。 WinCC坐標（防喘線）是將排氣壓力坐標下移5%得到。測試結(jié)果及計算數(shù)據(jù)均記入。

　　3. 3重要邏輯連鎖控制控制系統(tǒng)中除了設(shè)置定風(fēng)量/定風(fēng)壓調(diào)節(jié)控制和防喘振調(diào)節(jié)控制外，還有機組安全運行方式，啟動聯(lián)鎖，靜葉釋放（電拖機組） ，自動操作，逆流、持續(xù)逆流、軸振動過大、軸位移過大、動力油壓力過低、潤滑油壓力過低等停機聯(lián)鎖保護，保護壓縮機組的安全。運行安全聯(lián)鎖是控制壓縮機啟/停和運行狀態(tài)*為重要的關(guān)鍵設(shè)備，其主要控制對象為高壓電氣聯(lián)鎖（電拖機組）、可調(diào)靜葉、防喘振閥快開電磁閥、逆止閥。在機組運行過程中，各種安全聯(lián)鎖功能按一定時序相互關(guān)聯(lián)，用以實現(xiàn)對壓縮機組的聯(lián)鎖控制，以保證機組的安全。另外，在PLC控制程序和上位人機界面中對每一個參控變量均設(shè)置了報警信息提示，使操作員可以快速地查找故障點，及時處理故障。

　　3. 3. 1機組啟動的控制設(shè)置啟動條件聯(lián)鎖控制的目的就是為了保證機組在啟動前所必須具備的外部條件和內(nèi)部狀態(tài)全部符合要求，保證機組安全正常的開機。主要的外部條件有：潤滑油溫度、潤滑油壓力、動力油壓力、靜葉位置、防喘閥位置等，內(nèi)部狀態(tài)條件是指用于機組安全聯(lián)鎖的各種內(nèi)部存儲器的狀態(tài)在開機前必須全部復(fù)位。當條件全部滿足后，系統(tǒng)發(fā)出允許啟動的信號，否則開機操作無效。

　　3. 3. 2緊急停機控制在機組運行過程中，若發(fā)生下列任一事故均為機組重故障，為了防止事故進一步擴大和保證整個機組的安全，必須緊急停機。聯(lián)鎖停機的主要外部條件有： （ 1）潤滑油壓力過低（三取二） ；（ 2）動力油壓力過低（三取二） ； （ 3）手動緊急停機（來自電控盤） ； （ 4）軟鍵手動緊急停機； （ 5）風(fēng)機軸位移過大； （ 6）風(fēng)機軸振動過大； （ 7）機組持續(xù)逆流； （ 8）主電機運行信號消失。緊急停機程序結(jié)果是將放空閥快速全開，逆止閥快關(guān)，靜葉閉鎖至14 .聯(lián)鎖停機在關(guān)閉機組驅(qū)動能源的同時，將可調(diào)靜葉、逆止閥、防喘閥自動閉鎖在安全位置，同時自動記錄并保持造成停機的原因，以便事后查證。

　　3. 3. 3逆流保護逆流是軸流壓縮機*危險的工況，逆流保護是軸流壓縮機*為重要的保護。由于出口壓力高，壓縮氣體不能暢通輸出，則旋轉(zhuǎn)機械能將其轉(zhuǎn)化為熱能使葉片膨脹，造成動葉和靜葉的相碰而損壞軸流壓縮機。防止逆流的根本措施是加強防喘振控制，阻止喘振狀態(tài)進一步升級，并防止出口氣體的倒流。逆流保護是通過邏輯控制和防喘振控制的密切聯(lián)系，來達到預(yù)期的目的。邏輯系統(tǒng)根據(jù)喘振的強弱、持續(xù)時間的長短，進行綜合判斷處理，大致分為3個階段實施不同的措施： （ 1）靠防喘振控制自動調(diào)節(jié)來消除； （ 2）通過安全運行程序來消除逆流工況； （ 3）萬不得已的情況下實施緊急停機。在防喘振調(diào)節(jié)的作用下，在機組接近喘振時防喘振閥自動調(diào)節(jié)，可保證機組工況不至于達到喘振點。但考慮到在萬一發(fā)生特殊情況下（如防喘振閥調(diào)節(jié)失靈等） ，機組也有進入喘振區(qū)的危險。設(shè)置逆流保護聯(lián)鎖正是出于這種預(yù)防萬一的考慮，在運行過程中自動判別機組是否發(fā)生喘振和逆流，以便在確實發(fā)生喘振的情況下執(zhí)行安全聯(lián)鎖，確保機組絕對安全。

　　3. 4輔助設(shè)備控制輔助設(shè)備是指各種對壓縮機運行必不可少的外圍設(shè)備，從保證壓縮機持續(xù)運行的角度來看，這些外圍設(shè)備的重要程度并不亞于機組本身。輔助設(shè)備監(jiān)控主要包括：潤滑油輔助油泵控制、動力油泵控制、潤滑油箱加熱器控制、動力油箱加熱器控制、盤車機構(gòu)控制、電動送風(fēng)閥控制等。

　　4結(jié)束語開發(fā)及規(guī)范的蘇爾壽AV系列風(fēng)機控制系統(tǒng)已在杭州鋼鐵集團公司投入運行。運行一年多來，控制系統(tǒng)的性能穩(wěn)定，檢測精度高，保護功能完善，抗干擾能力強。特別是防喘振曲線的在線顯示和控制已在風(fēng)機的安全可靠和經(jīng)濟運行方面發(fā)揮了重要作用，達到了預(yù)期的各項。