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煉鐵廠球團汽包液位自動控制問題及處理措施

來源: 五礦營口中板有限責任公司 作者:王 博 發布日期:2020-05-22 09:36:57

 摘要

       分析了某煉鐵廠一、二期球團生產中汽包自動控制的關鍵問題和原有控制的缺陷,提出了一種新的控制方法。該種方法投資少,簡單可靠,很好解決了由于蒸汽量過大造成的給水調節閥誤動作和動作過于頻繁的問題,確保了汽包的安全性及穩定性該方法簡單實用,可推廣性強。
 
       某煉鐵廠一、二期球團豎爐的導風墻水梁采用的是自然循環汽化冷卻,在該系統中汽包的自動程序設計及生產操作至關重要,如果汽包水位過低,則汽包內的水量較少,當蒸汽負荷很大時,水的汽化速度和水量變化速度都很快,如不及時控制,會對導風梁等設備的壽命造成極大的危害,甚至可能會使汽包內的水全部汽化,導致汽包燒壞或爆炸叱相反,當水位過高則會影響汽包的汽水分離,產生蒸汽帶液現象,使管壁結構或水倒流造成設備損壞。總之,汽包水位過高或過低所產生的后果極為嚴重,將影響運行的安全性、穩定性及經濟性,必須嚴格加以控制。
 
1系統分析
       原汽包自動控制的硬件結構如圖1所示,自動控制的方式有兩種,一種是上位機自動控制;一種是上位機手動控制。上位機自動動控制方式為:操作員從操作站的WINCC畫面給PLC—個自動控制及設定的液位高度信號,PLC通過液位變送器反饋的液位信號以PID的形式來調節給水電動調節閥的開度,形成一個閉環控制,從而達到控制給水流量使球團汽包
球團汽包自動控制的硬件結構圖
       液位保持在設定的高度附近波動。上位機手動控制方式為:操作員從操作站給PLC?個手動控制及給水電動調節閥設定的開度信號,來手動調節給水流量,從而達到控制液位高度的目地。由于在生產過程中可能會出現液位變送器損壞的情況,出于安全性考慮原系統中加-監控錄象來監控玻璃管液位計的讀數,同時在操作站監控畫面中做流量、液位等設備的警。此方法結構簡單,投資少,容易實現。但是在生產運行過程中發現原有的控制系統存在缺陷,無法滿足生產需求。有下幾個問題需要解決:
 
       (1)在上位機自動運行的情況下,由于汽包內含有大量的蒸汽使液位極不穩定,從而造成液位產生虛假信號,這種控制方式克服給水自發性干擾和負荷干擾的能力差,嚴重的虛假水位將導致給水電動調節閥的誤動作,使汽包水位產生激烈的波動從而影響設備壽命和設備的安全、穩定性。
       (2)在上位機自動運行的時候,出于安全性考慮,汽包的PID調節不能調節太慢且死區不能設的過大,而液位的不穩定又使調節閥動作過于頻繁,極易造成給水電動調節閥的損壞,從而造成生產事故。
       (3)在操作方式選為上位機自動的情況下,由于PID調節參數的調整專業性較強,而生產操作人員水平參差不齊,在緊急情況下生產操作人員無法很好的調節P1D的各項參數,這樣就不能很好的控制水位,影響設備的壽命及設備的安全、穩定性。
       (4)操作人員無法長時間集中注意力,個別時候不能及時發現并處理故障,容易造成生產事故。
       (5)玻璃管液位計是透明的,通過液位計監控錄像無法看清楚讀數。
 
2控制方法的研究
       研究表明汽包的控制方式主要有單沖量水位控制、雙沖量水位控制、三沖量等控制方式|21。但單沖量水位控制和雙沖量控制對于給水系統的干擾都不能有效的克服,而三沖量串級控制則算法復雜、調試麻煩且需要增加設備。通過研究,球團汽包的容積較大,且不需要三沖量串級控制這樣精確的控制方法Pl。這樣我們只要采用雙位控制,即只要將水位控制在指定范圍內,水位漲到一定高度關閉閥門,水位降到一定高度開閥門就可以滿足工藝需要。這樣的話就可以將原有的PID調節程序及畫面取消,改用SR觸發器,并在畫面中做相應的改動就能完全滿足生產需要,并解決由于汽包內蒸汽量過大造成虛假液位,從而使給水電動調節閥誤動作和動作頻繁的問題。由于生產情況不確定因素較多,所以需要可以隨時更改水位的控制范圍,這樣就需要在操作站的WINCC畫面中做液位上限位、下限位參數設定的窗口畫面并連到程序中。而由于汽包供水不能中斷,閥門不能全部關死,出于安全性考慮,還需要在WINCC畫面中做給水調節閥的開限位和關限位的窗口,畫面并連到程序中。通過畫面中的液位上、下限位及閥門的開關限位參數設定,操作員就可以根據生產實際情況,簡單而快捷的設定相應的參數,很好的解決了由于PID專業性較強,部分操作員無法在緊急情況下調節好PU)參數的問題。由于原有PID控制的畫面和程序取消,還需要在WINCC畫面中做一上位機手、自動選擇按鈕及設定手動設定給水電動調節閥開度的窗口畫面。以便于液位變送器損壞時,能通過監控錄像畫面的玻璃管液位計讀數,手動調節給水電動調節閥的開度,來控制汽包水位。
改進后的硬件結構圖
       關于操作人員無法長時間集中注意力,個別時候不能及時發現并處理故障的問題,只需將原有硬件稍做改動如圖2,在操作站旁加一個蜂鳴器,利用程序中原有的報警信號,統一通過PLC傳送一個DO信號給蜂鳴器。這樣產生的聲音報警,能很及時提醒操作人員,注意觀察操作站畫面中的報警信息,根據操作站畫面中的報警信息及液位計監控錄像中玻璃管液位計讀數及時的判斷并處理故障。對于玻璃管液位計透明,無法通過液位計監控錄像讀數的問題,只需要在玻璃管液位計后加一個彩板就可以很好的解決這個問題了。
 
解決以上問題的主要程序如圖3、圖4所示:
主要程序圖
       其中DB103.DBX176.3為操作站WINCC畫面給PLC的手、自動選擇信號;DB103.DBD144為液位變送器傳給PLC的液位信號;DB103.DBD246為畫面設定的液位下限位;DB103.DBD242為圃面設定的液位上限位;DB103.DBD250為_面設定給水調節閥的關限位;DB103.DBD254為畫面設定給水調節閥的開限位;PQW284為PLC傳送給給水調節閥信號的硬件地址;M205.7為當水位達到設定的高限位或操作站選擇手動控制方式時給水調節閥的停止信號;M205.6為當水位達到設定的低限位或操作站選擇手動控制方式時給水調節閥的停止信號。通過實際運行發現,該方法簡單實用,適應性強,改造成本低,有效解決了由于蒸汽量過大造成的給水調節閥誤動作和動作過于頻繁的問題,并確保了汽包的安全性及穩定性。
 

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