μXL集散控制系统在济钢干熄焦工程中的应用

摘要：济钢干熄焦工程为国家经贸委投资建设的节能示范工程，其仪表自动化控制选用日本横河μXL集散控制系统，在该套控制系统的软件编制过程中，力求使之运行在最佳状态，完成了三冲量、串级等复杂控制功能，为济钢干熄焦的正常运行提供了可靠的保障。

关键词：集散控制  冗余  双重化  三冲量  串级调节   温压补偿

一、概述
干熄焦工程是我国煤化行业新兴的一项节能环保示范工程，它是利用惰性循环气体N2（约180℃）通过鼓风装置进入干熄炉与炽热的红焦逆向流动进行热交换，将红焦熄灭，并将红焦的热量通过循环系统（N2约800℃）传递到余热锅炉，产生54Mpa、450℃的高压蒸汽，然后送入汽轮发电机进行发电，从而实现降低环境污染，充分利用资源，提高焦炭质量的目的。

二、μXL集散控制系统的构成和作用
作为本工程的仪表控制系统——μXL集散控制系统应运行在最佳状态，保证干熄焦的熄焦效果和余热锅炉的正常运行。
μXL集散控制系统的特点：
1、强有力的控制机能，实现了正规的远程自动操作。
2、系统构成灵活，有良好的扩展性。
3、实现了高度的可靠性。
本套μXL集散控制系统由三台现场控制单元、三台操作站、插件箱、各种插件和通信总线等组成，为了提高系统的可靠性，采用了冗余的MFCD控制单元，实现了CPU、输入输出卡MAC2（控制用）、电源及通信的双重化。
其系统配置如图一所示：
本套μXL集散控制系统共包括六个子系统：
1、1#、2#熄焦系统
2、1#、2#锅炉系统
3、除尘系统
4、循环风机主电机测温系统
5、循环气体成份在线分析系统
6、气力输送系统

图二
2、锅炉主蒸汽温度串级调节
一方面为了保护蒸汽过热器，另一方面了为保护汽轮机，主蒸汽的温度要保持在450℃，这样就要在二级过热器入口前借助喷水减温对一级过热器出口温度进行控制。为了使控制效果达到最佳，我们采用主蒸汽温度和二级过热器入口温度两个点来进行串级控制。原理框图如图三所示。

图三
3、干熄炉预存段压力自动调节：
当干熄炉预存段内压力超过外压力时，炉内焦粉通过装焦时打开的炉盖放散到大气中，增加环境污染；当干熄炉预存段内压力低于外界压力时，空气就会进入干熄炉，燃烧焦炭。因此，预存段压力（表压）必须控制在±0pa左右。该套控制通过调节循环风机后的调节阀PV1101A（DN350）来实现，但当需排放的气体量增大，难以调节压力时，再继续调节阀门PV1101B（DN200）；当需排放的气体量减小，应先调节阀门PV1101B，再调节PV1101A。
4、锅炉入口气体温度调节：
该温度控制是以控制电机转速为主。温度测量由热电偶检测送到μXL集散控制系统，经该系统标准信号（4-20mA）送至变频器，调节风机转速，改变循环风量，以达到调节锅炉前气体温度的目的。当电机调速故障时，由仪表自控系统分别与主辅风机对应投入运行，即主风机运行时，关闭TV1107B（TV1207B），由μXL集散控制系统输出信号调节阀门TV1107A（1207A）；当辅风机运行时，关闭TV1107A，由μXL集散控制系统输出信号调节阀门TV1107B。
5、连锁通讯：
在整个系统中有近80个点的连锁信号状态通过网络传递给电气专业的AB-PLC系统，这一功能通过μXL集散控制系统提供的高级BASIC语言实现。首先，各控制器中采用顺控表将要传递的点运算后放到各控制器的开关量存储器内；然后，在操作站的T1区运行一段数据采集程序，将1#、2#控制器（1MFCD，2MFCD）的开关量存储器内的信号取出来，写到3#控制器（3MFCD）中运行一段传递程序，通过PX1模块的RS-232口将数据发出，写入AB-PLC系统的寄存器内，并检查是否正常。此项技术为国内首次采用。通讯程序流程图如图四所示。

图四
6、主蒸汽流量温压补偿的实现：
主蒸汽流量是通过孔板检测的，孔板的设计参数是标准状态下的参数。由于蒸汽的密度受温度、压力的影响较大，而锅炉主蒸汽的温度和压力又较高（54MPa、450℃）并有较大波动。所以，在工况下测量到的主蒸汽流量较在标准状况下测量的流量有较大的差别，给生产和管理带来了不便。为了使测量的数据更加准确，我们对其进行温度、压力补偿，补偿公式为：


根据公式将各参数填入，对计算公式进行编译，然后下装到控制单元，便可实现流量的温、压补偿。
7、PID控制的回路状态切换：
PID控制的回路状态切换在调整画面中可以进行，但在工艺流程画面中不能进行。由于调整画面的查找不方便，为了便于操作，我们利用μXL集散控制系统控制单元的BASIC功能在流程图画面中实现了调节状态的切换。在流程图画面中根据控制回路的数量设置相应的功能软键，通过功能键启动相应的BASIC程序来完成控制回路状态的切换。
实践证明，这样的操作方式既方便了操作人员的操作又能快捷迅速地实现控制功能。

四、结束语
μXL集散控制系统以其强大的控制功能和丰富的上位监视功能实现了整个干熄焦系统仪表的自动控制。该系统自投运以来，运行可靠稳定，各项指标完全达到了设计要求，特别是在正常工况下锅炉一级省煤器入口水温可控制在，干熄槽预存段压力可控制在，锅炉汽包水位可控制在mm。其可靠性，易操作和易维护性受到用户的好评，为干熄焦达产达效、降低环境污染、充分利用资源奠定了坚实的基础。由于济钢干熄焦工程是国家节能示范工程，该项目的投用还产生广泛的社会效益，为干熄焦工艺在中国的普及推广提供了有利的保障。


党勇
济南钢铁集团总公司焦化厂  250101
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