过程控制系统论文关于过程控制的论文

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高炉TRT过程控制系统的研究与应用

摘要： TRT为高炉煤气余压能量回收透平发电装置的简称，它是把高炉出口煤气中所蕴含的压力能和热能，通过透平膨胀机作功，驱动发电机发电的一种能量回收装置。从而达到节能、降噪、环保的目的，具有很好的经济效益和社会效益，是目前现代国际、国内钢铁企业公的节能环保装置。TRT机组运行的关键是：在任何时刻，都不能影响高炉的炉顶压力。

关键词： PLC；可靠性；PID；自动控制

1 概述

TRT为高炉煤气余压能量回收透平发电装置的简称，它是把高炉出口煤气中所蕴含的压力能和热能，通过透平膨胀机作功，驱动发电机发电的一种能量回收装置。从而达到节能、降噪、环保的目的，具有很好的经济效益和社会效益，是目前现代国际、国内钢铁企业公认的节能环保装置。

2 高炉TRT过程控制系统工艺简介

目前，作为我国高炉节能、降噪、环保的能量回收装置TRT，不可避免在运行过程中出现紧急停机现象。特别是目前高炉普遍的塌料现象，如果对于系统的过程控制方案采取不当，将会导致高炉炉顶压力迅间增大，以至“憋压”。当压力超上限，就迫使TRT紧急跳车，使机组及时的退出静叶对高炉顶压的自动调节。当快切阀门关闭以后，调节高炉顶压的控制权就交给两个液压伺服控制的旁通阀（快开阀）。在国内TRT的发展历史上，由于所选择的控制系统方案不当而导致了多次事故的发生，一般情况下很容易将透平止推瓦损坏，更为严重的是由于炉顶压力的迅间增大，给高炉造成了极大的危险和危害，以至被迫停炉，影响了生产。

3 关键技术

通过参照TRT工艺的要求，对机组紧急停机时的高炉顶压调节采取了前馈-反馈（FFC-FBC）控制方案。该控制方案综合了前馈控制与反馈控制的优点，将反馈控制不易克服的干扰（高炉煤气流量）进行前馈控制，快速打开旁通阀，使高炉煤气形成畅通。但是由于前馈控制属于开环控制，尽管可以消除这一不安全因素，但不能完全保证顶压稳定，如果顶压波动较大，势必影响高炉生产，因此就对该过程采取了前馈-反馈控制（也称为复合控制）。机组发电运行阶段，高炉顶压的控制权交给了透平静叶，具有一定的干扰。如果不选择合适的控制方案，则也将影响高炉炉顶压力。为了提高系统的抗干扰能力，我们对这一过程采取了串级控制通过静叶来调节高炉顶压，目前，在国内很多公司TRT控制设备通常在TRT自动投入的时候，通常采取顶压功率复合控制，他们把功率PID 调节器输出与顶压PID调节器输出的最小值作为顶压功率复合调节的输出。这种控制方案的实施在抗干扰能力方面稍逊于串级控制思想方案的调节。因为一般在设备运行过程中，高炉煤气发生量随时变化，除此之外，煤气的温度及透平入口的压力也时刻在发生变化，这将会造成静叶的开度时刻的改变，这就是调节过程中产生的干扰因素。为此要克服对高炉顶压调节的干扰，采取串级控制回路调节是山东莱钢银前1000m3高炉TRT系统控制的一大亮点。这种调节方案的实施稳定的调节高炉的炉顶压力，设备运行稳定，也给操作人员带来了便利。从高炉TRT串级调节系统方框途中可以看出，该系统有两个环路，一个内环（副环）和一个外环（主环）。PID调节器是主调节器，伺服控制器是副调节器。主被控变量为高炉炉顶压力，透平静叶的开度为副变量。主控制器的输出是副控制器的给定，而副控制器的输出直接送到电液伺服阀。在该串级控制

系统中，主环是一个定值控制系统，而副回路是一个随动系统。对于本系统采取串级控制思路有如下好处：首先，从TRT系统的串级调节方框图上可以看出，由于副回路的存在，改善了对象（高炉炉顶压力）的特性，使调节系统的工作频率提高了。与单回路控制系统相比，在相同衰减比的条件下，串级系统的工作频率要高，系统工作频率提高，操作周期就可以缩短，过度过程的时间相对也将缩短，因而对于调节高炉顶压的控制质量获得的改善。其次，采用串级控制系统具有较强的抗干扰能力。这是因为当干扰作用与副环时，在它还没影响到主变量高炉炉顶压力之前伺服控制器。首先对干扰作用采取抑制措施，进行“粗调”，合适与否最后视高炉炉顶压力是否受影响来判断，如果高炉顶压还会受影响（不过这种影响比没有伺服控制器采取抑制措施要小的多），那么将再由主控制器（PID调解器）进行“细调”。由于这里对副环干扰有两级控制措施，显然控制质量要比单回路控制系统一台控制器的控制质量要好的多。最后，串级系统具有一定的自适应能力当采用串级控制时，主环是一个定值系统，副环却是一个随动系统。主控制器能够根据操作条件和负荷的变化，不断修改副控制器的给定值，以适应操作条家和负荷变化的情况。根据以上采用的串级控制方案的作用进行分析，的确，这种过程控制方案是恰到好处，是TRT发展史上的又一成功。

4 系统实施

为了满足用户的需求，解决现行系统存在的问题，依据生产工艺计设备技术要求，在保证系统性能可靠的前提下，尽量压缩投资，实现高性低价格，新系统将设计为采用SIEMENS系列S7-400H硬件冗余设备，STEP 7编程软件和WINCC软件。

监控画面是监控室操作人员可以了解和掌握现场设备运行情况、重点参数和可以通过画面操作设备的显示在计算机上的画面。通过监控画面操作人员可以非常简单及时的掌握设备的运行情况等，可以节约劳动力。

5 结论

系统运行后监控画面各参数显示准确；手动自动可正常切换；加压机可以使用自动启动/停止，运行状态显示准确；操作阀可使用自动开和关，可准确显示开到位/关到位；加压机频率可实现手动和自动，频率反馈准确；可实现出口压力PID调节，历史趋势显示正常，油泵连锁实现，测试成功。系统运行正常，参数显示准确，手动实现，均可达到设计要求，该系统是可以在实践中使用的。本系统基本能够满足热电厂TRT正常生产的要求。该系统具准确显示现场设备参数、实现手动功能、油泵连锁等，给现场操作人员有带来很大的方便，提高了工作效率。整个系统的界面简洁、美观大方，操作基本满足人们的使用习惯，不熟悉计算机的用户也能很快掌握操作流程。