97年太鋼引進(jìn)的法國二十輥軋機、冷熱不銹帶鋼退火線(xiàn)、光亮線(xiàn)等新裝備，是擴大不銹鋼生產(chǎn)能力、發(fā)展民族工業(yè)、增強不銹鋼市場(chǎng)競爭能力，擴大不銹鋼市場(chǎng)占有份額的重要舉措。冷軋煤氣混合加壓站，是太鋼不銹帶鋼退火線(xiàn)的配套設施，有加壓機３臺，氣源為高爐煤氣、焦爐煤氣；由于生產(chǎn)線(xiàn)工況不穩而造成用量大幅度頻繁波動(dòng)；同時(shí)由于氣源管網(wǎng)方面的狀況較差，高爐煤氣壓力波動(dòng)范圍3～10Kpa，焦爐煤氣壓力波動(dòng)范圍1.5～6.5KPa；其波動(dòng)有時(shí)頻率很快，僅靠?jì)x表調節產(chǎn)生震蕩、用人工調節措手不及；經(jīng)常出現長(cháng)時(shí)間的低壓，造成混壓困難，使得保壓力保不了熱值，保熱值保不了壓力，甚至造成高爐煤氣蝶閥關(guān)閉、機前負壓的險兆。不穩的氣源、多變的用戶(hù)，使處于中間環(huán)節的冷軋煤氣混合加壓站成為矛盾的集中點(diǎn)和保障不銹鋼生產(chǎn)質(zhì)量的關(guān)鍵。原設計的儀表調節系統根本無(wú)法滿(mǎn)足生產(chǎn)要求。

    太鋼于1999年6月成立了項目攻關(guān)組，經(jīng)過(guò)幾個(gè)月的艱辛努力，采用先進(jìn)的德國西門(mén)子SIMATICS7300PLC、德國UNI公司熱值儀、德國西門(mén)子變頻技術(shù)，投入了全過(guò)程自動(dòng)控制，實(shí)現了混合煤氣熱值、加壓機后壓力雙穩定的目標，確保了不銹鋼的正常生產(chǎn)，節能效益非?？捎^(guān)。

1  系統概要
    改造后的系統構成復雜，僅調節閥就有九個(gè)，此外還要增加變頻器，由計算機控制切換調節三臺風(fēng)機轉速；增加熱值儀，串級調節高焦配比。采用德國西門(mén)子S7-300 PLC可編程控制 器和 臺灣研華IPC 610工控機構成DCS系統。S7-300PLC可編程控制器作為下位來(lái)實(shí)現所有信號的采集、運算、調節，其特點(diǎn)是：模塊化、無(wú)排風(fēng)結構、易于實(shí)現分布、運行可靠、性?xún)r(jià)比高。CP5611卡為 S7300PLC與工控機的通訊接口卡。RS485物理結構和187.5K的波特率，傳輸距離可達50m，使用中繼器可達9100m。

2  控制原理
本系統含四個(gè)調節回路：
2.1  熱值調節
    熱值是用戶(hù)氣源的主要質(zhì)量指標之一。

    冷軋煤氣混合加壓站以高爐煤氣為主氣，它不可控制，取決于用戶(hù)用量；焦爐煤氣為輔氣，要求控制其兩道閥門(mén),使高、焦配比約4：1，折合熱值1350大卡。

2.1.1  "高焦限幅"輔熱值
    本回路為一串級、交叉限幅調節系統。以熱值調節為主環(huán)，焦爐煤氣流量調節為副環(huán)，加入了高焦煤氣流量單交叉限幅。焦爐煤氣流量的設定值不單單取決于熱值調節器輸出信號MV，而且受到高爐煤氣流量的瞬時(shí)值的限制，即按高、焦理論配比值求出應配焦爐煤氣流量值，乘以1.05和0.95作為MV的上、下限幅值MH1、ML1。

    該控制思想一則使焦爐煤氣流量調節器的調節量不至于過(guò)大，從而使高焦配比值在小范圍內波動(dòng)；二則使主環(huán)調節器不至于產(chǎn)生調節飽和，加快了滯后較大的主環(huán)的動(dòng)態(tài)響應，改善了系統的調節品質(zhì)。

    對熱值儀信號故障也有保護性，在實(shí)際的運行中，我們發(fā)現工人有時(shí)忘記了給熱值儀過(guò)濾器排水，使煤氣入口壓力太低，燃燒不夠，造成儀表信號顯示偏低很多，即使焦爐煤氣閥開(kāi)到最大，也不可能把熱值調至"正常"，但此時(shí)熱值調節器輸出信號受到高爐煤氣流量的交叉限幅，故在此三個(gè)信號中，最終以上限值為焦爐煤氣流量調節器的設定值，從而使焦爐煤氣流量調節閥被約束在了一定的閥位，最終使混合煤氣熱值波動(dòng)穩定在一定范圍內。

2.1.2  "雙閥同控"避"瓶頸"
    原設計一閥自動(dòng)、另一閥手動(dòng)，實(shí)際上兩閥都在手動(dòng)方式，因而常常顧此失彼，致使南、北閥位相差太大；若采用兩路單獨的調節器，二閥閥位更加混亂,當系統工況變化較大時(shí)，其中一閥就會(huì )成為調節的"瓶頸"；若采用雙調節器進(jìn)行調節，二閥各自進(jìn)行動(dòng)作，雖能使系統在某一閥位組合狀態(tài)下穩定，但有可能造成二閥閥位相差太大，同樣可導致"瓶頸"的現象。

    對此采用單臺調節器串調雙閥的控制方案，即在計算機中設置一臺軟調節器，其輸出信號給到兩臺手操器，同時(shí)帶動(dòng)兩臺電動(dòng)蝶閥。為防止二閥同時(shí)動(dòng)作造成超調，將兩手操器內的死區設置的有所差別，當調節器輸出要求的閥位信號與實(shí)際閥位反饋信號出現偏差時(shí)，死區小的手操器（電動(dòng)調節閥）首先動(dòng)作，若偏差不大時(shí)，就能糾正過(guò)來(lái)；當調節量不夠時(shí)，偏差增大，死區大的手操器（電動(dòng)調節閥）也動(dòng)作，加大調節力度，使系統迅速回到穩定狀態(tài)上。當系統出現較大偏差時(shí)，常會(huì )出現同時(shí)超出二者死區范圍的現象，則二閥一同動(dòng)作，使偏差迅速減小到一定范圍，此時(shí)大死區的電動(dòng)調節閥停止動(dòng)作，剩余的小偏差靠死區小的調節閥來(lái)進(jìn)一步精調到位。

    總之，本控制思想避免了上述兩種調節方法的弊端，使操作人員對兩個(gè)閥位"知其一即知其二"，無(wú)須高度緊張地頻繁操作，既提高了調節品質(zhì)，又減少了工人勞動(dòng)強度。

2.2  混壓調節
    混壓調節表面上看來(lái)于用戶(hù)的要求"無(wú)關(guān)"，實(shí)際中卻扮演非常重要的角色，它既影響熱值、又影響加壓機后壓力?？梢哉f(shuō)，混壓調節不好，則熱值調節、加壓機后壓力調節都無(wú)從談起。

2.2.1  "水漲船高"調混壓
    本回路為一串級隨動(dòng)調節系統。在控制回路中建立數學(xué)模型，煤氣混合壓力的設定值隨著(zhù)高、焦氣源的壓力波動(dòng)而自動(dòng)計算設定，同時(shí)又加以上下限幅，使工藝操作變得更加合理。從熱值的穩定方面來(lái)看，機前混壓能夠隨高、焦煤氣壓力波動(dòng)而適時(shí)適度地調整，保證了焦爐煤氣能夠按所需的量順利配入；從加壓機后壓力的穩定方面來(lái)看，機前壓力變化范圍不至于太寬，減少了對加壓機后出口壓力調節的干擾?；靿赫{節就是控制高爐煤氣的兩道閥門(mén)，為了避免"瓶頸"，同樣如上所述，也采用了一臺軟調節器控制兩臺電動(dòng)調節閥的方式，減少對機后出口壓力調節的干擾。

2.3  加壓機后壓力（變頻）調節
    加壓機后壓力是用戶(hù)氣源的主要質(zhì)量指標之二。

    本回路為一定值單回路調節系統。其設定值為13.5Kpa,當加壓機后出口壓力升高/降低時(shí)，增大/減小變頻器的輸出頻率，從而改變加壓機的轉速，以"變"求"穩"。
在計算機和變頻器上都設置了最低運行頻率，從而保證出口壓不至于太低，也保證了自帶油泵能夠給出足夠的油壓油量，以免燒壞軸瓦。這兩個(gè)頻率運行下限是保證加壓機設備安全、用戶(hù)正常生產(chǎn)的兩道防線(xiàn)。

2.4  加壓機后壓力（泄放）調節
     這是加壓機后壓力調節的另一手段。

    本回路為一定值單回路調節系統，其設定值為14KPa，當加壓機后出口壓力升高/降低時(shí)，增大/減小泄壓閥的開(kāi)度，以"泄"求"穩"。

2.4.1  變頻、泄放"雙管齊下"穩壓力
    通常，泄放調節器的設定值高于變頻調節器的設定值，一般情況下，變頻器"全權負責"系統的調節，而泄放閥處于關(guān)閉的"休閑"狀態(tài)。當用戶(hù)突然大減量，造成出口壓驟然升高，變頻的調節速度不足以使出口壓迅速降下來(lái)時(shí)（即出口壓超過(guò)14KPa），泄放回路立即參與調節。 泄放回路比例帶、積分時(shí)間都設得很小，因而，動(dòng)作很快，與變頻"雙管齊下"，可使壓力迅速降下來(lái)，保證了用戶(hù)氣源壓力穩定，避免了以前類(lèi)似情況下加壓機進(jìn)入喘振的可能，保障了設備安全。

    在調節過(guò)程中，絕不會(huì )出現既保持加壓機轉速較高，又使泄放開(kāi)啟一定高度的"穩定平衡"狀態(tài)。