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新疆八一钢铁有限公司能源中心
【摘 要】介绍八钢第一炼钢厂150吨转炉空压站自动控制简析，同时简单分析了系统的一些缺陷及相应的处理对策
【关键词】中央控制层；ControNET； 露点温度
前言
新疆八一钢铁股份有限公司150吨转炉空压站建立于2012年8月，主要是为150吨转炉、棒高线厂提供生产所需的压缩空气，设备主要由3台离心式空压机、3台干燥器和3台自洁式过滤器组成。同时预留其二期工程扩建的1台离心式空压机1台干燥器和1台自洁式过滤器。
150吨转炉空压站主要特点是1.供气集中，便于整个系统用气量的平衡，做到节约资源要求，同时利于维护操作和集中管理。2.根据设定压力调整离心式空压机进气量达到满足生产同时又节能降耗。3.各类数据统一由上位机监控归档。
1.空压机站系统原理及流程
常温常压的空气经过滤后，经离心式空压机压缩成高温高压的压缩空气降温后，进入干燥器除水降温成为高压常温含水蒸汽较低的压缩空气，经稳压罐后提供用户点，整个系统由空气过滤器、空压机和干燥器组成，空气过滤器选用的FC16/L-PLC自洁式过滤器，空压机选用的是SM6000离心式空压机（韩国三星）。干燥器选用LDY330余热再生式干燥器。
1.1自洁式空气过滤器是一种具有自动清灰功能的新型高效空气过滤器，特别适用于在沙暴多发条件下对用气设备进行长期的、连续不断的空气净化。全自动控制，工作安全可靠。
基本工作原理：在空气过滤过程中，由于尘埃的吸附使流经高效滤芯的空气流的内外压差会逐步增大，当过滤器滤芯的内外压差大于某一整定值时，“脉冲控制器”即自动启动，它控制“脉冲阀”在极短的时间内用压缩空气向每排滤芯进行由里向外有程序的脉沖式反冲洗 ，以清除吸附于滤芯上的积尘；当滤芯冲洗干净时（即内外压差小于某一设定值或反冲洗经过若干次循环后），冲洗过程及自行停止。由于反冲洗的压缩空气是通过“文丘里管”向滤芯引射，所以不仅耗气量极少，而且爆发力强，冲洗效果好。脉冲清洗时基本不影响用气设备的正常运行。
1.2离心式空压机原理：空气经过空气过滤器进入离心式空压机进气导叶，通过进气导叶调整完成压缩空气的进气量，通过一级、二级、三级等多级压缩，将常温常压的空气压缩成高温高压的压缩空气。
基本工作基本原理：通過叶轮对气体作功，在叶轮和扩压器的流道内，利用离心升压作用和降速扩压作用，将机械能转换为气体压力能的。更通俗地说，气体在流过离心式压缩机的叶轮时，高速旋转的叶轮使气体在离心力的作用下，一方面压力有所提高，另一方面速度也极大增加，即离心式压缩机通过叶轮首先将原动机的机械能转变为气体的静压能和动能。此后，气体在流经扩压器的通道时，流道截面逐渐增大，前面的气体分子流速降低，后面的气体分子不断涌流向前，使气体的绝大部分动能又转变为静压能，也就是进一步起到增压的作用
1.3余热再生吸附式干燥机原理：余热再生干燥器是一种新型吸附干燥器，是利用空压机高温排气的热量直接加热再生干燥剂，使吸附剂得到彻底再生，即使在0.35MPa的低压工况使用，只要压缩机的负载率不低于70%，干燥装置就能可靠地工作，因此可充分利用自身能源，具有节能效用。
基本基本原理：由空压机排出的大量空气，由压缩空气入口管流入，通过气阀进入两个塔中的运转塔，其中的湿气会被吸附剂所吸收而干燥。当空气流通到塔顶时，空气中的水份被全部吸收，露点温度可达-40℃，从而达到干燥目的。整个循环标准需10分钟，每塔各运行5分钟，一塔在工作的过程中 （运转塔），另一塔处于再生状态（非运转塔）再生时间为4.5分钟，续压时间0.5分钟。在再生的过程中，运转塔中一部份干燥的空气经再生风量调节阀进入非运转塔将塔内的水份经消音器带到大气中去。其运转时耗气量为设备处理量的12%
2.空压站的压力调节
由于用户点用气分散，整体流量波动较大，容易造成压力波动，而整个系统需要相对稳定的供气压力，因此需要保持恒压状态，压力调节的控制在离心式空压机控制中完成， 具体控制如下：检测元件检测到离心式空压机出口压力，将信号送至其本体PLC，PLC将信号与设定值比较，当压力值在设定范围时，系统保持原有状态， 当压力高于设定值时，系统通过减小进气流量及增大放空阀开度，降低离心式空压机出口压力。当压力低于设定值时，系统通过增大进气流量及减小放空阀开度，调节离心式空压机出口压力。调节方式如（图1）：
3.实现安全平稳供气的措施
为实现安全平稳供气，从以下几个方面进行1.供电系统优化；2.自动控制系统优化；
3.1供电系统优化。要实现安全平稳供气，供电系统高压部分采用双电源单母线式主接线，高压母线由两路供电，中间由母联连接，正常工作时母联处于断开状态系统由两路分别供电，必要时可合母联断开任意一路供电。
高压直流控制部分采用直流屏供电，直流屏输出直流220V提供高压柜直流电源同时向蓄电池充电，当直流屏出现故障时，由蓄电池提供直流电，蓄电池容量为100AH。直流屏由两路交流380V进线电源通过双回路自投方式提供交流电源，一路停电后另一路自动投入供电。通过这种供电方式保证了高压系统在紧急状态下能及时停车。
低压供电系统同高压供电系统类似。PLC系统、仪表监控系统由UPS供电，UPS由双回路自投方式提供220V交流电，高压固态软起控制AC220V电取自直流屏逆变单元输出的AC220V，其他控制电源由各自相对应控制柜供电。同时高压电源与低压电源取自同一段母线电源。
3.2自动控制系统。自动控制系统主要有设备级控制层，中央监控与管理层
3.2.1设备控制层。每台离心式空压机、过滤器、干燥器设备级控制系统均由一套A-B 1769系列可编程控制器和单色触摸屏组成，并安装在就地电控柜内。控制器和触摸屏之间通过RS232方式进行通讯，触摸屏用于参数设定、显示运行状态及报警信息，A-B 1769控制器完成对单体设备（离心式空压机、过滤器、干燥器）的运行状态和参数的采集并实现对其逻辑控制功能。离心式空压机、过滤器、干燥器的各项数据通过ControNET通讯方式传输至中央控制层。
3.2.2中央控制及管理层。中央控制层由A-B 1756可编程控制器组成，其设置于设备级控制层与中央监控与管理层之间是空压站的核心控制层，它通过两条ControNET通讯电缆连接至各台离心式空压机、过滤器、干燥器A-B 1769系列可编程控制器。
中央管理层是由两台HMI组成，它通过以太网与中央控制层连接，监控中央控制层、设备控制层所有数据及报警信息，同时记录历史记录及运行趋势。操作人员通过HMI控制和监控整个空压站所有设备的运行状态。自动控制系统网络如（图2）
4.存在的问题及对策
4.1空压机冷却水由150T转炉水系统供水，水系统出现故障将直接影响空压机、干燥器正常运行，由于外供轧钢系统，也造成水系统不便于停电检修。
4.2为保证任意一段高压系统故障不会造成压缩空气完全停止供应，我们采取两段高压系统各开启一台离心机运行，这样就造成了二段高压所带的2#离心机长期运行（仅在需维护保养时停车检修），二期安装后，二段高压增加一台离心机即可解决此问题。
4.3由于各离心机与干燥器直接连接，向外供气，这样就造成干燥器与离心机任意一台设备出现问题，两台设备均不能正常运行，二期建设时准备将离心机出口管路连通并加装储气罐解决这一问题。
5.结束语
新疆八一钢铁股份有限公司第一炼钢厂150T转炉空压站系统根据用户点的需要，充分考虑到各种影响压力的因素，提出了有针对性的方案，如将高低压分段控制、网络分层，等有效措施，满足了生产厂的需求。
作者简介：
张猛，男，38岁，主要从事电气技术工作。
【摘 要】介绍八钢第一炼钢厂150吨转炉空压站自动控制简析，同时简单分析了系统的一些缺陷及相应的处理对策
【关键词】中央控制层；ControNET； 露点温度
前言
新疆八一钢铁股份有限公司150吨转炉空压站建立于2012年8月，主要是为150吨转炉、棒高线厂提供生产所需的压缩空气，设备主要由3台离心式空压机、3台干燥器和3台自洁式过滤器组成。同时预留其二期工程扩建的1台离心式空压机1台干燥器和1台自洁式过滤器。
150吨转炉空压站主要特点是1.供气集中，便于整个系统用气量的平衡，做到节约资源要求，同时利于维护操作和集中管理。2.根据设定压力调整离心式空压机进气量达到满足生产同时又节能降耗。3.各类数据统一由上位机监控归档。
1.空压机站系统原理及流程
常温常压的空气经过滤后，经离心式空压机压缩成高温高压的压缩空气降温后，进入干燥器除水降温成为高压常温含水蒸汽较低的压缩空气，经稳压罐后提供用户点，整个系统由空气过滤器、空压机和干燥器组成，空气过滤器选用的FC16/L-PLC自洁式过滤器，空压机选用的是SM6000离心式空压机（韩国三星）。干燥器选用LDY330余热再生式干燥器。
1.1自洁式空气过滤器是一种具有自动清灰功能的新型高效空气过滤器，特别适用于在沙暴多发条件下对用气设备进行长期的、连续不断的空气净化。全自动控制，工作安全可靠。
基本工作原理：在空气过滤过程中，由于尘埃的吸附使流经高效滤芯的空气流的内外压差会逐步增大，当过滤器滤芯的内外压差大于某一整定值时，“脉冲控制器”即自动启动，它控制“脉冲阀”在极短的时间内用压缩空气向每排滤芯进行由里向外有程序的脉沖式反冲洗 ，以清除吸附于滤芯上的积尘；当滤芯冲洗干净时（即内外压差小于某一设定值或反冲洗经过若干次循环后），冲洗过程及自行停止。由于反冲洗的压缩空气是通过“文丘里管”向滤芯引射，所以不仅耗气量极少，而且爆发力强，冲洗效果好。脉冲清洗时基本不影响用气设备的正常运行。
1.2离心式空压机原理：空气经过空气过滤器进入离心式空压机进气导叶，通过进气导叶调整完成压缩空气的进气量，通过一级、二级、三级等多级压缩，将常温常压的空气压缩成高温高压的压缩空气。
基本工作基本原理：通過叶轮对气体作功，在叶轮和扩压器的流道内，利用离心升压作用和降速扩压作用，将机械能转换为气体压力能的。更通俗地说，气体在流过离心式压缩机的叶轮时，高速旋转的叶轮使气体在离心力的作用下，一方面压力有所提高，另一方面速度也极大增加，即离心式压缩机通过叶轮首先将原动机的机械能转变为气体的静压能和动能。此后，气体在流经扩压器的通道时，流道截面逐渐增大，前面的气体分子流速降低，后面的气体分子不断涌流向前，使气体的绝大部分动能又转变为静压能，也就是进一步起到增压的作用
1.3余热再生吸附式干燥机原理：余热再生干燥器是一种新型吸附干燥器，是利用空压机高温排气的热量直接加热再生干燥剂，使吸附剂得到彻底再生，即使在0.35MPa的低压工况使用，只要压缩机的负载率不低于70%，干燥装置就能可靠地工作，因此可充分利用自身能源，具有节能效用。
基本基本原理：由空压机排出的大量空气，由压缩空气入口管流入，通过气阀进入两个塔中的运转塔，其中的湿气会被吸附剂所吸收而干燥。当空气流通到塔顶时，空气中的水份被全部吸收，露点温度可达-40℃，从而达到干燥目的。整个循环标准需10分钟，每塔各运行5分钟，一塔在工作的过程中 （运转塔），另一塔处于再生状态（非运转塔）再生时间为4.5分钟，续压时间0.5分钟。在再生的过程中，运转塔中一部份干燥的空气经再生风量调节阀进入非运转塔将塔内的水份经消音器带到大气中去。其运转时耗气量为设备处理量的12%
2.空压站的压力调节
由于用户点用气分散，整体流量波动较大，容易造成压力波动，而整个系统需要相对稳定的供气压力，因此需要保持恒压状态，压力调节的控制在离心式空压机控制中完成， 具体控制如下：检测元件检测到离心式空压机出口压力，将信号送至其本体PLC，PLC将信号与设定值比较，当压力值在设定范围时，系统保持原有状态， 当压力高于设定值时，系统通过减小进气流量及增大放空阀开度，降低离心式空压机出口压力。当压力低于设定值时，系统通过增大进气流量及减小放空阀开度，调节离心式空压机出口压力。调节方式如（图1）：
3.实现安全平稳供气的措施
为实现安全平稳供气，从以下几个方面进行1.供电系统优化；2.自动控制系统优化；
3.1供电系统优化。要实现安全平稳供气，供电系统高压部分采用双电源单母线式主接线，高压母线由两路供电，中间由母联连接，正常工作时母联处于断开状态系统由两路分别供电，必要时可合母联断开任意一路供电。
高压直流控制部分采用直流屏供电，直流屏输出直流220V提供高压柜直流电源同时向蓄电池充电，当直流屏出现故障时，由蓄电池提供直流电，蓄电池容量为100AH。直流屏由两路交流380V进线电源通过双回路自投方式提供交流电源，一路停电后另一路自动投入供电。通过这种供电方式保证了高压系统在紧急状态下能及时停车。
低压供电系统同高压供电系统类似。PLC系统、仪表监控系统由UPS供电，UPS由双回路自投方式提供220V交流电，高压固态软起控制AC220V电取自直流屏逆变单元输出的AC220V，其他控制电源由各自相对应控制柜供电。同时高压电源与低压电源取自同一段母线电源。
3.2自动控制系统。自动控制系统主要有设备级控制层，中央监控与管理层
3.2.1设备控制层。每台离心式空压机、过滤器、干燥器设备级控制系统均由一套A-B 1769系列可编程控制器和单色触摸屏组成，并安装在就地电控柜内。控制器和触摸屏之间通过RS232方式进行通讯，触摸屏用于参数设定、显示运行状态及报警信息，A-B 1769控制器完成对单体设备（离心式空压机、过滤器、干燥器）的运行状态和参数的采集并实现对其逻辑控制功能。离心式空压机、过滤器、干燥器的各项数据通过ControNET通讯方式传输至中央控制层。
3.2.2中央控制及管理层。中央控制层由A-B 1756可编程控制器组成，其设置于设备级控制层与中央监控与管理层之间是空压站的核心控制层，它通过两条ControNET通讯电缆连接至各台离心式空压机、过滤器、干燥器A-B 1769系列可编程控制器。
中央管理层是由两台HMI组成，它通过以太网与中央控制层连接，监控中央控制层、设备控制层所有数据及报警信息，同时记录历史记录及运行趋势。操作人员通过HMI控制和监控整个空压站所有设备的运行状态。自动控制系统网络如（图2）
4.存在的问题及对策
4.1空压机冷却水由150T转炉水系统供水，水系统出现故障将直接影响空压机、干燥器正常运行，由于外供轧钢系统，也造成水系统不便于停电检修。
4.2为保证任意一段高压系统故障不会造成压缩空气完全停止供应，我们采取两段高压系统各开启一台离心机运行，这样就造成了二段高压所带的2#离心机长期运行（仅在需维护保养时停车检修），二期安装后，二段高压增加一台离心机即可解决此问题。
4.3由于各离心机与干燥器直接连接，向外供气，这样就造成干燥器与离心机任意一台设备出现问题，两台设备均不能正常运行，二期建设时准备将离心机出口管路连通并加装储气罐解决这一问题。
5.结束语
新疆八一钢铁股份有限公司第一炼钢厂150T转炉空压站系统根据用户点的需要，充分考虑到各种影响压力的因素，提出了有针对性的方案，如将高低压分段控制、网络分层，等有效措施，满足了生产厂的需求。
作者简介：
张猛，男，38岁，主要从事电气技术工作。