高炉鼓风机控制系统的设计和应用探讨

【摘 要】在国内改革开放的带动下，国内钢铁行业开始了快速、稳定的发展，随着能源紧缺，国家倡导绿色、循环经济发展的趋势，采用先进的科学技术对传统钢铁行业进行技术改造成为国内钢铁发展的新要求。通过扩大炉体容积，提高高炉炉顶压力，可有效减少污染物质的排放，节约原材料，提高高炉产量。因此，对高炉进行扩容，是钢铁产业适应国家发展绿色能源、进行节能减排的主要举措。鼓风机是高炉工作的动力中心，为应对高炉扩容带来的对风量、压力的新需求，必须对鼓风机系统进行重新设计与应用。

【关键词】鼓风机；控制系统；软件

1 高炉鼓风控制控制系统概要

高炉冶炼工艺过程主要是依靠催化剂在高温下将矿石材料还原成钢铁材料的过程，整个生产工艺都是在高炉中进行的。高炉主要有耐火材料筑成圆筒形炉体，因其体积庞大以及工作过程中温度需求、压力需求，送风系统中的鼓风机成为工作过程中的中枢。鼓风机的正常工作与否影响着高炉钢水、铁水等的生产、压力支撑等工作，一旦发生风量压力不足的情况，高炉中矿石燃料就会下落凝结在炉体空间内，形成高炉灌渣现象，给企业造成巨大损失。

鼓风机也称为压缩机，主要用来增加密闭空间压力，并完成气体输送任务，为保证鼓风机的正常工作，避免出现阻塞、喘振、旋转失速等工况，一套优良的控制系统成为其良好工作的重要保证。鼓风机控制系统主要分为连续控制、逻辑控制、监视管理操作控制三方面。连续控制主要实现对风量风压的调节控制，依据不同的鼓风机、对其主要参数进行控制调节来实现定风量定风压的工作过程。连续控制还应包括防喘振控制系统，因喘振对鼓风机造成的破坏难以估量，甚至能够导致鼓风机叶片全部烧毁，因此必须对风量进行严格的限制，防止喘振的发生。逻辑控制系统主要实现对鼓风机机组启动条件进行连锁功能、对工作过程中可能出现的逆流现象进行安全防护、对重大故障进行紧急停机、设备闭锁操作以及对辅助设备的进行工作流程逻辑的控制。鼓风机机组涉及的电气设备种类繁多，操作复杂，对不同的电气设备信号进行互锁，以期达到只有在外部条件满足的情况下才能实现风机机组的启动条件，在发生重大事故时，能通过连锁系统实现整体设备的停机，防止更大的财产损失与人员伤亡。

2 高炉鼓风控制系统结构设计

2.1 明确被控对象设备以及主要参数

在进行高炉鼓风机控制系统结构设计时，首先要明确被控对象，掌握被控对象的结构组成、工作条件、操作参数等主要因素，并对鼓风机控制系统历史情况进行研究分析，了解鼓风机控制系统的限制以及故障历史，以确保鼓风机控制系统在设计制造过程中不会出现大的误差以及不必要的损失。鼓风机组汽轮机的主要技术指标包括总级数、功率范围、工作转速、蒸汽温度、压力、流量等，轴流风机主要技术指标主要包括风机吸入风量、入口温度压力、转速、排风温度压力等主要方面，在辅助设备中主要有凝汽器、冷油器、水泵、油泵、文氏管、消音设备等，通过对鼓风机组基本结构研究，明确控制系统所涉及到的主要设备以及相关的控制流程，掌握控制系统需要进行操作的相关参数，例如，当机组正常工作时，控制系统应该保证防喘振阀以及电动放风阀都处于关闭状态。

2.2 鼓风机组控制系统结构设计

目前，大部分的控制系统分为计算机自动控制系统与手动操作控制系统两部分，两者分工协作，满足不同的控制需求。自动控制系统即通过对预置控制系统主要技术参数，依据计算机技术处理控制完成全部的鼓风机工作流程，在整个过程中不需要人为操作，自动控制系统能够自动进行工作数据采集存储、故障预警显示、故障自动处理以及工作状况备份存档、打印等功能，操作人员只需要对鼓风机工作状态数据进行监控即可。手动操作控制系统则需要操作人员手动控制鼓风机组的开关，通过手操器、电气系统等完成对机组的控制。完善的计算机控制系统能够实现手动、自动的无缝连接转换，以满足多变的工况需求。

依据鼓风机结构组成，计算机控制系统应该由五路模拟量控制输出，由调速系统控制鼓风机转速、汽轮机气门调速，协同控制转速的PID控制器组成闭环控制回路，调速系统与PID转速控制器虽分属两个独立的控制系统，但在工作过程中组成串级控制逻辑结构，能够实现防干扰的作用，又因PID控制器操作方式单一，因此工作动态稳定，对机组的扰动性低。在静叶角度与防喘振控制输出中，应采用静叶角度控制器与防喘阀手操器，在鼓风机组辅助设备控制中则采用驱动报警开关显示来实现开关启停的功能。

为满足计算机控制系统的要求，需要对计算机DOS系统进行结构设计，以使其符合系统软硬件要求、通讯系统要求，设定操作员使用权限，并对报警系统、通讯系统进行控制器的连接，能够随时监测接收以及处理接口信息，最终设计出优化的控制系统方案，满足连续控制、优化控制、逻辑控制以及顺序控制的要求。DOS系统结构主要集成控制系统中的通讯组件、过程控制器以及I/O卡件，过程控制器与I/O卡件通过冗余通信网络连接，不仅能够完成数据采集、滤波、监测、警报以及控制输入输出功能，还能够实现故障的自我诊断，对故障区域进行隔离或者预警，使维修工作人员能够及时的处理故障，减少经济损失。

鼓风机控制系统还包括供电系统以及地线系统的设计，供电系统是维持计算机控制系统正常工作的重要保证，供电不正常如电网波动、对电网的干扰等还会影响到系统的可靠性以及稳定性， 因此必须保证供电系统的稳定运行，防止电网干扰，保证供电系统的连续性、稳定性。在进行计算机供电系统设计时应该采用两路供电线路并行的思想，一路为UPS电源，另一路为交流稳压电源，此外还应包含备用电源以及关键设备的备用蓄电池等。地线系统的设计要注意防干扰特性，在铺设过程中注意与动力电缆等线路分开，采用带有屏蔽功能的电缆，以减少电磁干扰。正确的地线设计应当是既能抑制电磁干扰又能防止自身设备向外辐射干扰的设计。

3 高炉鼓风控制系统应用软件设计

高炉鼓风机控制系统的设计与操作离不开相关软件的应用，好的控制系统软件具有良好的人机互动界面，便捷的操作方式以及高效稳定流畅的控制运行。

计算机控制系统人际界面主要包括总览显示、主显示、监视调控界面、报警显示界面、启动停止及其确认操作界面以及各个工作系统如动力油系统、油系统等的显示界面。通过设计不同的操作层级、显示层级，完成既满足操作简单又能高效完成风机控制工作的应用软件设计。

在软件功能上，能够实现机组正常运行所涉及到的所有操作控制，包括定风量风压、定转速定静叶角度以及启动停机等控制，除此之外，还应包括防喘振控制系统、送风阀切换控制系统、解耦控制系统等功能。在进行软件调试测试过程中，不仅要对系统软硬件进行测试，如AO和AI卡件的调试、网络通信功能的调试等，还要对现场仪表和相关执行机构进行调试，对软件系统进行在线与离线情况下的调试，确保控制系统应用软件在不同工况下稳定运行。

4 总结

随着科学技术的快速发展以及国内对高新科技产业的大力扶植，高炉鼓风机控制系统必将实现自动化、智能化的系统升级。本文通过探讨高炉鼓风机控制系统的设计流程以及相关的控制系统软件设计应用流程，对国内鼓风机控制系统的发展具有一定的参考意义。

参考文献：

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