自动控制系统在气烧窑的应用调试问题释疑

1　引言
　　在钢铁公司中，石灰窑产出的石灰一般供炼钢和烧结使用。气烧石灰窑是用气体燃料烧制石灰的炉窑，其具有下述几方面的优点:
(1)气烧石灰窑节约能源，特别是用利用高炉剩余煤气和焦炉剩余煤气，以及其它各种工业炉剩余煤气是最大的能源节约和利用。
(2)有利环境保护，由于气烧窑没有固体燃料经燃烧后排放的大量有害气体，而且原来排放的煤气经燃料后也减少了向大气中排放污染，所以对环境保护非常有利。
(3)炉内温度均匀，煅烧石灰质量好。
　　气体燃料可在石灰石的所有空隙中燃烧，无死角，固体燃料很难做到，布料少有不均就会出现温度有高有低。由于气烧火焰均匀和又是同时放热，可做到快速燃烧和快速冷却，故石灰活性好。
　　福建三钢集团矿山公司现有气烧石灰竖窑五座，均有采用数据采集监控系统，已完成风气流量数据采集并传送至主控室。每座窑有入炉煤气、一次风、二次风各一路，煤气加压机、鼓风风机共计19台，并均已采用变频调速。入炉煤气由我司加压站的3台加压机统一提供，加压机二用一备，abbacs800、atv68及vt210s系列变频器各一台(1#加压机供1#—3#窑煤气，2#加压机供4#、5#窑，3#加压机为备用)。
　　气烧生产要求入炉煤气、空气量稳定，风气配比视气源不同保持定值，为确保稳定，较好改善气烧窑的生产及石灰的质量，现在原有软、硬件的基础上，增设一套s7-300 plc控制系统，运用profibus总线完成五座窑的风气流量等数据采集，承担空气、煤气量比自动调节控制任务。根据生产工艺要求，操作员站输入入炉煤气量、空煤配比及一次、二次风量，系统从控制加压机、风机运行入手，建立闭环控制系统，分别去控制不同风机变频器，使入炉煤气与空气按指定量与比例配入(风气流量均采用pid调节)。

2　系统描述
　　气烧煤气空气自动调节系统总画面如图1所示。

图1　气烧煤气空气自动调节系统总画面
(1)在本套控制系统，plc选用s7-300(6es7 315-2ag10-0ab0)，采用 et200m主从站，profibus系统总线实行远距离信号传送与控制的方式。采用研华工控机piv2.66 80gb,3.5"fd,cd-rom, 512mb ram,带usb口 ,19" lcd， WINOOWs nt操作系统。为了建立起清晰的网络构架，我们的控制系统通过5个独立的profibus-dp网络，分别采集和控制中控室设备、煤气站设备、1＃2＃窑设备、3＃窑设备、4＃5＃窑设备。
　　各个profibus-dp网络与主plc的连接是通过西门子专用的处理器cp342-5来完成的，cp342-5的独立cpu可以使主plc的通讯处理量大幅度降低。
　　变频器的数据采集与指令下达是通过profibus-dp完成的，通过profibus-dp和cp312-5，变频器可以与plc之间完成读写操作。
　　wincc控制总画面如下:
(2)控制方式
　　变频器的主回路的合闸及分闸操作通过wincc画面操作，系统发出通电和断电指令;起停控制信号同样方式在主画面实现操作，然后通过plc发出信号;
　　速度给定的实现比较复杂，分为如下几种情况:
　　当“总线/硬线”控制选择为“硬线”，且“电位/电流”选择为“电位”，此时，变频器速度给定值取决于“电位器”的旋转位置。
　　当“总线/硬线”控制选择为“硬线”，且“电位/电流”选择为“电流”，此时，变频器速度给定值取决于ai通道信号的大小。
　　当“总线/硬线”控制选择为“总线”此时，变频器速度给定值取决于总线速度设定值。
　　在第2和第3种情况下，系统又有“自动”和“手动”的分别。
　　在“手动”情况下，操作员在wincc上输入变频器的设定频率，则变频器按照操作员设定的频率进行速度给定。
　　在“自动”情况下，操作员在wincc上输入流量设定值，系统根据实测流量进行pid运算，并最终给出变频器的速度给定。
　　在“自动”情况下，pid的运算对连接至本管道且处于运行状态的变频器有效。
　　煤气调节阀的控制同样分为手动和自动两只方式:
　　在“手动”情况下，操作员在wincc上输入调节阀的开度，则调节阀按照操作员设定的开度进行开闭。
　　在“自动”情况下，操作员在wincc上输入流量设定值，系统根据实测流量进行pid运算，并最终给出调节阀的开度给定。
(3)pid无扰切换的实现
　　为了保证在从电位信号(0－10v)给定和电流信号(4－20ma)切换时系统能够实现无扰切换，即风流量及煤气的流量不会发生任何波动，笔者编写了如下程序来实现:(以1＃侧风变频控制为例，下面程序存在一点问题，在后文将会解释)

3　调试中遇到的问题及解决方法
　　调试时遇到许多大大小小的问题，下面列举两例，以供参考:
(1)wincc画面显示频率和操作台频率表的显示值不一致，在调试过程中，明电舍的4台变频器在操作台上显示的频率值和plc给出的值始终不同，通过给定不同的值发现有一定的比例关系，但这个值从何而来？
　　测量plc输出模块到变频器ai端子的电流值，和给定是完全一致的，这说明是和变频器输出时产生了变化。查询明电舍vt230se的说明书关于ao输出的参数，发现c组参数c14-0 fm输出增益值为1.14，对比两者的显示值后发现就是所要找的值。
　　这是在改造前变频器调试时为了使显示仪表显示和实际值相同，才做的调整，通常情况这时调整仪表是最佳方案，但现场的仪表是很难调节的，所以才调整的变频器参数。
(2) 1＃侧风给定无法实现无扰切换问题
　　在进行设备投入试验时，当把1＃侧风由电位控制转为电流控制时，如上程序所示，变频器的速度应该跟随在电位时的设定值，但实际上变频器的频率却会不停下降，频率给定没有跟随电位时的设定值，检查程序 “ pid调节器_1_out”以及md498值相等，与mw500比较两者值不同，问题就出在此处。
　　经检查发现md498在多次调用及数据类型转换发生的问题，把后面两个md498更换新的地址后正常。

4　结束语
　　本套系统在矿山公司运行正常，自动化控制明显减轻了操作工的工作强度，节约了岗位定员，并且鼓风量和煤气流量比手动控制稳定，保证了生产的高效运行，提高了产品的质量，值得推广。

本文关键字：控制系统  调试保养，变频技术 - 调试保养