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          炼铁厂球团汽包液位自动控制问题及处理措施

          来源: 五矿营口中板有限责任公司 作者:王 博 发布日期:2020-05-22 09:36:57

           摘要

                 分析了某炼铁厂一、二期球团生产中汽包自动控制的关键问题和原有控制的缺陷,提出了一种新的控制方法。该种方法投资少,简单可靠,很好解决了由于蒸汽量过大造成的给水调节阀误动作和动作过于频繁的问题,确保了汽包的安全性及稳定性该方法简单实用,可推广性强。
           
                 某炼铁厂一、二期球团竖炉的导风墙水梁采用的是自然循环汽化冷却,在该系统中汽包的自动程序设计及生产操作至关重要,如果汽包水位过低,则汽包内的水量较少,当蒸汽负荷很大时,水的汽化速度和水量变化速度都很快,如不及时控制,会对导风梁等设备的寿命造成极大的危害,甚至可能会使汽包内的水全部汽化,导致汽包烧坏或爆炸叱相反,当水位过高则会影响汽包的汽水分离,产生蒸汽带液现象,使管壁结构或水倒流造成设备损坏。总之,汽包水位过高或过低所产生的后果极为严重,将影响运行的安全性、稳定性及经济性,必须严格加以控制。
           
          1系统分析
                 原汽包自动控制的硬件结构如图1所示,自动控制的方式有两种,一种是上位机自动控制;一种是上位机手动控制。上位机自动动控制方式为:操作员从操作站的WINCC画面给PLC—个自动控制及设定的液位高度信号,PLC通过液位变送器反馈的液位信号以PID的形式来调节给水电动调节阀的开度,形成一个闭环控制,从而达到控制给水流量使球团汽包
          球团汽包自动控制的硬件结构图
                 液位保持在设定的高度附近波动。上位机手动控制方式为:操作员从操作站给PLC?个手动控制及给水电动调节阀设定的开度信号,来手动调节给水流量,从而达到控制液位高度的目地。由于在生产过程中可能会出现液位变送器损坏的情况,出于安全性考虑原系统中加-监控录象来监控玻璃管液位计的读数,同时在操作站监控画面中做流量、液位等设备的警。此方法结构简单,投资少,容易实现。但是在生产运行过程中发现原有的控制系统存在缺陷,无法满足生产需求。有下几个问题需要解决:
           
                 (1)在上位机自动运行的情况下,由于汽包内含有大量的蒸汽使液位极不稳定,从而造成液位产生虚假信号,这种控制方式克服给水自发性干扰和负荷干扰的能力差,严重的虚假水位将导致给水电动调节阀的误动作,使汽包水位产生激烈的波动从而影响设备寿命和设备的安全、稳定性。
                 (2)在上位机自动运行的时候,出于安全性考虑,汽包的PID调节不能调节太慢且死区不能设的过大,而液位的不稳定又使调节阀动作过于频繁,极易造成给水电动调节阀的损坏,从而造成生产事故。
                 (3)在操作方式选为上位机自动的情况下,由于PID调节参数的调整专业性较强,而生产操作人员水平参差不齐,在紧急情况下生产操作人员无法很好的调节P1D的各项参数,这样就不能很好的控制水位,影响设备的寿命及设备的安全、稳定性。
                 (4)操作人员无法长时间集中注意力,个别时候不能及时发现并处理故障,容易造成生产事故。
                 (5)玻璃管液位计是透明的,通过液位计监控录像无法看清楚读数。
           
          2控制方法的研究
                 研究表明汽包的控制方式主要有单冲量水位控制、双冲量水位控制、三冲量等控制方式|21。但单冲量水位控制和双冲量控制对于给水系统的干扰都不能有效的克服,而三冲量串级控制则算法复杂、调试麻烦且需要增加设备。通过研究,球团汽包的容积较大,且不需要三冲量串级控制这样精确的控制方法Pl。这样我们只要采用双位控制,即只要将水位控制在指定范围内,水位涨到一定高度关闭阀门,水位降到一定高度开阀门就可以满足工艺需要。这样的话就可以将原有的PID调节程序及画面取消,改用SR触发器,并在画面中做相应的改动就能完全满足生产需要,并解决由于汽包内蒸汽量过大造成虚假液位,从而使给水电动调节阀误动作和动作频繁的问题。由于生产情况不确定因素较多,所以需要可以随时更改水位的控制范围,这样就需要在操作站的WINCC画面中做液位上限位、下限位参数设定的窗口画面并连到程序中。而由于汽包供水不能中断,阀门不能全部关死,出于安全性考虑,还需要在WINCC画面中做给水调节阀的开限位和关限位的窗口,画面并连到程序中。通过画面中的液位上、下限位及阀门的开关限位参数设定,操作员就可以根据生产实际情况,简单而快捷的设定相应的参数,很好的解决了由于PID专业性较强,部分操作员无法在紧急情况下调节好PU)参数的问题。由于原有PID控制的画面和程序取消,还需要在WINCC画面中做一上位机手、自动选择按钮及设定手动设定给水电动调节阀开度的窗口画面。以便于液位变送器损坏时,能通过监控录像画面的玻璃管液位计读数,手动调节给水电动调节阀的开度,来控制汽包水位。
          改进后的硬件结构图
                 关于操作人员无法长时间集中注意力,个别时候不能及时发现并处理故障的问题,只需将原有硬件稍做改动如图2,在操作站旁加一个蜂鸣器,利用程序中原有的报警信号,统一通过PLC传送一个DO信号给蜂鸣器。这样产生的声音报警,能很及时提醒操作人员,注意观察操作站画面中的报警信息,根据操作站画面中的报警信息及液位计监控录像中玻璃管液位计读数及时的判断并处理故障。对于玻璃管液位计透明,无法通过液位计监控录像读数的问题,只需要在玻璃管液位计后加一个彩板就可以很好的解决这个问题了。
           
          解决以上问题的主要程序如图3、图4所示:
          主要程序图
                 其中DB103.DBX176.3为操作站WINCC画面给PLC的手、自动选择信号;DB103.DBD144为液位变送器传给PLC的液位信号;DB103.DBD246为画面设定的液位下限位;DB103.DBD242为圃面设定的液位上限位;DB103.DBD250为_面设定给水调节阀的关限位;DB103.DBD254为画面设定给水调节阀的开限位;PQW284为PLC传送给给水调节阀信号的硬件地址;M205.7为当水位达到设定的高限位或操作站选择手动控制方式时给水调节阀的停止信号;M205.6为当水位达到设定的低限位或操作站选择手动控制方式时给水调节阀的停止信号。通过实际运行发现,该方法简单实用,适应性强,改造成本低,有效解决了由于蒸汽量过大造成的给水调节阀误动作和动作过于频繁的问题,并确保了汽包的安全性及稳定性。
           

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