1 概 述
济南钢铁集团总公司（简称济钢）120t转炉一次除尘风机由德国TLT公司生产，煤气回收及一次除尘自动控制系统采用PLC技术，过程控制站采用Schneider公司的Quantumn系列PLC，下位编程软件为基于Windows2000环境下的Concept2.5，上位监控软件采用面向网络的MP7及单机版Vijeo look。主要功能：根据操作人员在HMI（人机接口）上的操作指令、数据设定和现场各检测器的信号完成各个工艺设备或工艺过程的调节控制，进行工艺过程及设备状态的实时数据采集、整理传送到上位CRT显示，完成故障报警处理及显示。
2 生产工艺和控制要求
转炉煤气风机系统由风机、液力偶合器、电机、润滑油系统等组成；转炉煤气回收系统由旁通阀、三通阀、水封逆止阀、煤气放散点火系统、总测量系统等组成。生产工艺流程如图1所示。
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图1 生产工艺流程简图
2.1 风机控制要求
转炉不炼钢时，风机低速运行，转速为487r/min；转炉开始炼钢，在前烧期，风机高速运行（1450r/min）；回收期、后烧期，活动烟罩下降，风机由高速降为1425r/min。1炉钢的冶炼周期为35～40min，其中煤气回收时间在10min左右。
2.2 煤气回收控制要求
当转炉兑完铁水后,鼓风机提速至1450r/min，高速运行，当煤气中O2含量小于2%、CO含量大于35%、转炉煤气柜不满即容积小于75000m3、加压站无故障允许回收、无设备故障等条件都满足时，打开水封逆止阀，到位后三通阀回收侧打开，转炉煤气经水封逆止阀、V型水封，进入转炉煤气总管，通过管道送入转炉煤气柜，转炉煤气被回收储存。当煤气中O2含量大于2%、CO含量小于35%、转炉煤气柜容积大于75000m3、加压站拒绝回收、出现设备故障等任一条件满足时，三通阀放散侧打开，到位后关闭水封逆止阀，转炉煤气经三通阀送入燃烧放散塔，经点火装置点燃放散。
3 控制系统构成及功能
3.1 系统构成
120t转炉一次除尘风机及煤气回收控制系统由1套PLC、2套HMI、系统服务器及打印机、特殊检测设备（CO、O2分析仪）、常规检测设备（电阻温度计、流量变送器、压力变送器等）、调节阀、网络通讯设备等构成。硬件系统配置见图2。
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图2 系统配置
系统设置2套HMI，集中监视地点设在转炉主控室及风机房控制室，2套HMI互为备用，共享操作，但不能两地同时操作，设置相应操作权限选择。
3.2 系统通讯
根据PLC、MP7、Vijeo Look与工业以太网的技术要求，通过工业以太网将上位机与PLC连起来，PLC通过远程I/O与远程设备相连，构成二级通讯网络，并在上位机之间通过以太网与相关系统相连，完成系统间的通讯。
3.3 系统功能
3.3.1 风机升降速控制 风机调速逻辑控制如图3所示。风机的升降速过程是按照一定速率进行的，不允许瞬间大范围跳变，气动执行器行程小于25%，上升或下降速率被限制在0.125/s。
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图3 风机调速逻辑图
3.3.2 煤气回收控制 控制重点是保障安全和阀门的顺序控制，程序见图4。本系统中，当三通阀故障，如果旁通阀处自动操作方式下，则旁通阀自动打开，但当三通阀恢复正常，为安全起见，不允许旁通阀自动关闭，必须人工确认一切正常后，手动将此阀关闭。系统还实现了每炉煤气回收量、回收时间指示，阀门开闭未到位报警，风机叶轮、各阀门冲水切断阀根据工艺要求适时开启及延时关闭等功能。
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图4 煤气回收程序
3.3.3 操作权限选择功能 由于有两套上位监控系统，原则上不可同时操作，故设置操作权限选择。
3.3.4 监控画面设置功能 煤气回收系统CRT操作主画面包括：一次除尘系统主画面、供油系统显示操作画面、离心式风机仪控显示操作画面、煤气回收系统仪控显示操作画面、煤气放散点系统显示操作画面、煤气回收总测量系统显示操作画面、煤气回收仪控报警画面、煤气回收系统趋势图画面。
120t转炉投产后，在相邻两炉钢的冶炼间隙，风机低速运行，当转炉兑完铁水后，鼓风机提速至高速运行，转速大于1420r/min，回收煤气，发现CO、O2含量符合回收条件的时间很短。分析是风机转速太高，抽力过大，吸入过多空气所致。将风机的高转速由1420r/min调整到1290r/min，回收煤气时间达到7min以上；烟气从烟罩到煤气回收的CO、O2分析点管线较长，滞后性大，且1炉钢吹炼时间15min左右，如果吹炼前风机降速较低，提速又有速率限制，等到满足回收成分的转炉煤气到达煤气柜，1炉钢的回收时间可能达不到10min，回收效果不理想。针对这一问题，在冶炼间隙，将风机低转速从487r/min提至700～800r/min。提速时间缩短，抽力加强，使烟气成分较快满足回收条件。
在风机调试过程中，曾因液力偶合器回油管道压力低，引起风机事故停车。实验发现液力偶合器工作油温度低容易造成回油管道压力低，风机提速过程应适当调整冷却水量。但目前设计中冷却水流量无法调节，为常量供水，可增加一个调节回路，在工作油管道取温度检测点作为被控参数，液力偶合器冷却水管线设流量调节阀，以实现自动调节。
120t转炉煤气回收及一次除尘自动控制系统投运以来，性能稳定，满足了工艺设备的要求，实现了自动调速、自动回收、CRT集中监控等功能，在调试过程中立足于先进技术与适用性的有效结合，在严格完成设计要求基础上，不断完善原设计中的不足，保证了系统的正常运行。
