97 年太鋼引進的法國二十輥軋機、冷熱不銹帶鋼退火線、光亮線等新裝備,是擴大不銹鋼生產能力、發展民族工業、增強不銹鋼市場競爭能力,擴大不銹鋼市場占有份額的重要舉措。冷軋煤氣混合加壓站,是太鋼不銹帶鋼退火線的配套設施,有加壓機3臺,氣源為高爐煤氣、焦爐煤氣；由于生產線工況不穩而造成用量大幅度頻繁波動；同時由于氣源管網方面的狀況較差,高爐煤氣壓力波動范圍3～10Kpa,焦爐煤氣壓力波動范圍1.5～；其波動有時頻率很快,僅靠儀表調節產生震蕩、用人工調節措手不及；經常出現長時間的低壓,造成混壓困難,使得保壓力保不了熱值,保熱值保不了壓力,甚至造成高爐煤氣蝶閥關閉、機前負壓的險兆。不穩的氣源、多變的用戶,使處于中間環節的冷軋煤氣混合加壓站成為矛盾的集中點和保障不銹鋼生產質量的關鍵。原設計的儀表調節系統根本無法滿足生產要求。

太鋼于1999年6月成立了項目攻關組,經過幾個月的艱辛努力,采用先進的德國西門子SIMATICS7300PLC、德國 UNI公司熱值儀、德國西門子變頻技術,投入了全過程自動控制,實現了混合煤氣熱值、加壓機后壓力雙穩定的目標,確保了不銹鋼的正常生產,節能效益非常可觀。

1 系統概要

改造后的系統構成復雜,僅調節閥就有九個,此外還要增加變頻器,由計算機控制切換調節三臺風機轉速；增加熱值儀,串級調節高焦配比。采用德國西門子S7-300PLC可編程控制 器和臺灣研華IPC610工控機構成DCS系統。S7-300PLC可編程控制器作為下位來實現所有信號的采集、運算、調節,其特點是:模塊化、無排風結構、易于實現分布、運行可靠、性價比高。CP5611卡為S7300PLC與工控機的通訊接口卡。RS485物理結構和的波特率,傳輸距離可達 50m,使用中繼器可達9100m。

2 控制原理

本系統含四個調節回路:

2.1 熱值調節

熱值是用戶氣源的主要質量指標之一。

冷軋煤氣混合加壓站以高爐煤氣為主氣,它不可控制,取決于用戶用量；焦爐煤氣為輔氣,要求控制其兩道閥門,使高、焦配比約4:1,折合熱值1350大卡。

2.1.1 “高焦限幅”輔熱值

本回路為一串級、交叉限幅調節系統。以熱值調節為主環,焦爐煤氣流量調節為副環,加入了高焦煤氣流量單交叉限幅。焦爐煤氣流量的設定值不單單取決于熱值調節器輸出信號MV,而且受到高爐煤氣流量的瞬時值的限制,即按高、焦理論配比值求出應配焦爐煤氣流量值,乘以和作為MV的上、下限幅值 MH1、ML1。

該控制思想一則使焦爐煤氣流量調節器的調節量不至于過大,從而使高焦配比值在小范圍內波動；二則使主環調節器不至于產生調節飽和,加快了滯后較大的主環的動態響應,改善了系統的調節品質。

對熱值儀信號故障也有保護性,在實際的運行中,我們發現工人有時忘記了給熱值儀過濾器排水,使煤氣入口壓力太低,燃燒不夠,造成儀表信號顯示偏低很多,即使焦爐煤氣閥開到最大,也不可能把熱值調至“正常”,但此時熱值調節器輸出信號受到高爐煤氣流量的交叉限幅,故在此三個信號中,最終以上限值為焦爐煤氣流量調節器的設定值,從而使焦爐煤氣流量調節閥被約束在了一定的閥位,最終使混合煤氣熱值波動穩定在一定范圍內。