北京西门子中国一级代理商DP电缆供应商

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1 引言  沂河桃园橡胶坝位于山东省临沂市境内。橡胶坝是用高分子合成材料，按要求的尺寸、锚固于河床底板上形成封闭状、用水(气)充胀后形成的挡水坝。不需挡水时，放空坝袋内的水(气)，就可恢复原有河渠的过水断面。橡胶坝可用于防洪、灌溉、发电、供水、航运、挡潮及城市园林美化，也可用于活动围堰、渠系临时挡水工程等。  沂河桃园橡胶坝担负着当地拦河蓄水、泄洪、航运管理等重要任务。计算机自动化监控系统是工程正常运行管理和渡汛的一个重要措施。本自动化监控系统充分利用计算机技术、现场总线技术、网络技术、自动控制技术等技术进行橡胶坝的自动化监控，提升了橡胶坝和船闸状态监视，运行控制，日常管理的现代化水平，同时也为今后实现跨地区分布式网络化多媒体远程监控打下了基础。沂河桃园橡胶坝自动化控制系统的开发能够提高橡胶坝的现代化管理水平,具有很强的经济和社会意义。  2 系统整体结构  橡胶坝控制系统的整体结构设计如图1所示，主要由现地测控系统和上位远程监控系统两部分组成数据采集与监视控制系统(scada系统)。橡胶坝现地测控系统选用西门子s7-300和s7-200系列plc平台开发，以plc为，采集各种传感器的信号，完成上下游水位及闸室水位、葛沟水位、船舶监测、各闸门开启高度、坝袋内压、坝体高度以及坝体其他参数的。它主要包括两套s7-200现场船闸控制柜、一套s7-300充排水泵控制柜、一个葛沟水位站监测柜、交通信号灯、电动蝶阀和现场所安装的数据采集及相关控制设备所构成的硬件系统，同时，还包括针对大坝监测所用的设备渗压计。   图1 橡胶坝控制系统结构图 上位机远程控制系统主要由两台工业控制计算机及其软件、大坝监测设备mcu、工业交换机等组成。两台工业控制计算机，一台作为服务器，另一台作为客户机，客户机务器采用opc通讯；软件主要是实现控制系统的参数设置、工作状况显示、运行控制、数据统计和历史查询等功能，实时接收现地传感器等运行数据，记录各个坝袋以及闸门的运行情况，监控橡胶坝控制系统的整体运行情况。  通讯方面，两套s7-200现场船闸控制柜与s7-300控制柜采用profi-busu协议，葛沟水位s7-200监测柜与s7-300控制柜采用无线电台远程传输方式。服务器与客户机采用工业以太网通讯。同时，大坝监测设备mcu和监控主机采用rs485协议。  橡胶坝测控系统在充分考虑船闸启闭及充排水泵操作的性和性的前提下，利用成熟的工业控制技术、传感器技术、技术以及计算机技术，实现橡胶坝船闸及泵信息的实时、闸门自动启闭、以及相关环境及船闸管理情况的实时监控。  3 监控系统功能设计  3.1 闸门和泵控制  (1) 现地控制：现场操作人员能通过一组切换开关实现人工控制方式与自动控制方式的转换。在人工控制方式下，现场操作人员可按原有方式启闭闸门或泵，其动作相关信息将接受上级部门的实时监控。在自动方式下可以进行远程控制。人工和自动控制方式也可通过远程监控系统切换。  (2) 远程控制：根据各级用户通过网络发给现场测控单元(plc)的指令，闸门可自动开启或关闭，充、排水泵自动启动或者停止，其动作由各级用户根据权限控制。  (3) 闸门启闭及泵启动告警：在闸门将要启闭以及启闭过程当中，在闸门启闭装置附近应有相应的声光装置发出告警提示，以提醒在现场的工作人员注意。  (4) 限位保护：在闸门启闭装置的上面和下面应安装启闭机运行范围的限位开关，一旦启闭装置运行到这两个位置时，这两个限位开关将立即通知测控单元，切断启闭机电源，以避免启闭机出运行范围。  (5) 相序保护：在启闭机的供电线路里面应串有相序保护器，避免由于三相电源相序混乱所造成的启闭机电机的不正常运转。  (6) 过载保护：每个启闭机的控制电路里面配有热过载继电器，根据不同电机功率要求其有不同的设定值，当电机发生过载或是其他故障时，此继电器将能自动切断电机的供电电源，以免烧毁电机。  3.2 数据监测  实时监测数据应包括：闸前水位、闸后水位、闸门开度、闸门荷载、闸门上升或下降接触器状态、闸门行程开关状态、启闭机保护装置状态、动力和控制电源状态、有关操作按钮或开关状态、闸门启闭机电源电压、电流等。  (1) 水位监测：在闸室及闸室前后都要按水位观测要求安装水位传感器，以便实时监测闸室及闸室前后的实时水位信息。  (2) 闸位的自动跟踪测量：无论闸门动作与否，安装于闸门启闭机传动装置上的闸位计都应实时检测闸门的高度值，并上传给现场测控单元。  (3) 电流、电压监测：在供电线路里面还要配置多功能电表，用以实时监测三相电源的电流和电压，为启闭机的启闭操作提供参考数据。  (4) 液压系统监测：包括油压、压力报警信号(压、欠压)、滤油器堵塞报警信号、油箱油位过低报警信号；  (5) 环境监测：在发电机室中装有温湿度等传感器，用以实时监测机房中的工作环境状况。  (6) 状态监测：包括进出闸信号灯状态、上下游闭锁状态、闸门上升或下降接触器状态、闸门行程开关状态、启闭机保护装置状态、动力和控制电源状态、有关操作按钮或开关状态等。  3.3 充排水控制系统  坝袋充排水控制系统主要由上位控制系统、充排水泵、软起动器、电气控制装置、水位检测设备、坝袋高度及坝袋内压检测设备等组成，根据坝袋高度、坝袋内压以及水位，通过对水泵电机的启停控制以及输水管路上的电动蝶阀的开关等进行坝袋的充排水自动控制，坝袋的充排水所需时间与工程的运用要求相适应。  坝袋充排水控制系统主要包括汛期和非汛期两种充排水控制方式，汛期时，我们根据葛沟水位的情况，作出一个闭环控制，来调节坝袋的高度；非汛期时，我们根据上游水位的情况，作出一个闭环控制，来调节相应坝袋的高度。  4 系统硬件设计  4.1 可编程控制器的选型  针对用户要求，要求设备plc模块化、、高性、高速指令处理、用户友好的参数设置、简单的维护及服务和合理的价格等，综合考虑各个plc的性能和性价比，我们选用了simens的可编程控制器s7-200和s7-300系列，s7-200作为子站，s7-300作为主站。其中，葛沟水位站plc采用了cpu222，船闸启闭控制plc采用了cpu226， s7-300采用了cpu315-2dp。  4.2 扩展从站模块  扩展从站模块(em277profib-us-dp)：可将s7-200 cpu连接到profibus-dp网络。em277经过串行i/o总线连接到s7-200 cpu。pro-fibus网络经过其dp通信端口，连接到em277 profibus-dp模块。这个端口可运行于9600波特和12m波特之间的任何profibus波特率。作为dp从站，em277模块接受从主站来的多种不同的i/o配置，向主站发送和接收不同数量的数据。这种特性使用户能修改所传输的数据量，以满足实际应用的需要。与许多dp站不同的是，em277模块不仅仅是传输i/o数据。em277能读写s7-200cpu中定义的变量数据块。这样，使用户能与主站交换任何类型的数据。将数据移到s7-200 cpu中的变量存储器，就可将输入、计数值、定时器值或其它计算值传送到主站。类似地，从主站来的数据存储在s7-200cpu中的变量存储器内，并可移到其它数据区。em277 profibus-dp模块的dp端口可连接到网络上的一个dp主站上，但仍能作为一个mpi从站与同一网络上如simatic编程器或s7-300/s7-400 cpu等其它主站进行通信。  5 系统软件设计  5.1 操作系统软件  橡胶坝监控系统的操作系统软件采用bbbbbbs 2000 server。它是在bbbbbbs nt server 4.0的基础上，进一步发展活动目录，它采用了类似exchange server 的数据存储方式，称为extensible storage service，其特点是不需要事先定义数据库的参数，可以做到动态的增长，性能非常优良。在数据存储之上已建立索引的，可以方便快速地搜索和。活动目录的分区是域(domain)，一个域可以存储上百万个对象，域之间还有层次关系，可无限地扩展。  在数据存储之上，建立一个对象模型，以构成活动目录。这一对象模型对ldap有纯粹的支持，还可以管理和修改schema。通过修改sche-ma的工具，用户和开发人员可以自己定义特殊的类和属性，来创建所需要的对象和对象属性。活动目录是一个分布式的目录服务，信息可以分散在多台不同的计算机上，保证访问和容错；同时不管用户从何处访问或信息处在何处，都对用户提供统一的视图。  5.2 plc控制程序的开发  plc作为橡胶坝测控系统的，plc编程软件对于实现现地、远程监控是至关重要的。step7是用于simatic s7300/400站创建可编程逻辑控制程序的标准软件；microwin是用于simatic s7200站创建可编程逻辑控制程序的标准软件，都可使用梯形逻辑图、功能块图或语句表3种方式编写具体程序。  s7200 plc中不需要编写任何与通讯有关的程序，只需要将要交换的数据整理到一个连续的v存储区当中即可，而s7300中需要在ob1(或是定时中断组织块ob35)当中调用系统功能x_get(sfc67)和x_put(sfc68)，实现s7300 与s7200之间的通讯，调用sfc67和sfc68时var_addr参数填写s7200的数据地址区。  本系统s7-300控制程序的开发采用西门子公司的step7 5.4， s7-200控制程序的开发采用西门子公司的microwin v4.0 sp3。  5.3 上位机simatic wincc软件设计  本系统采用西门子公司的软件simatic wincc(视窗控制)设计而成，具有数据显示，累积量查询和报表打印等功能。  simatic wincc(视窗控制)，是西门子(siemens)在自动化领域中的技术和microsoft的强大功能相结合的产物。它有各种有效功能用于自动化过程，是用于个人计算机上的，按价格和性能分级的人机界面。可以容易的结合标准和用户程序生成人机界面，准确的满足实际要求。  simatic wincc主要包括计算机(computer)， 标签管理(tag manage -ment)，数据类型(data type)和编辑器(editor)四大部分。其中计算机一项是对计算机进行有关的设置；标签管理是对标签进行初始化定义；数据类型是对标签所代表的数据类型进行定义；编辑器则是为主要的部分，它主要包括以下几个部分：  (1) 图形编辑器(graphics desig -ner)；  (2) 报表系统(report designer)；  (3) 标签存档(tag logging)；  (4) 报警存档(alarm logging)。  由于wincc软件本身是一个利用新的面向对象的软件编程技术开发而成的32位应用程序，可以用其内嵌的c语言或vb语言编辑器(而且wincc自己也具有丰富的函数库)编写适用于用户工程需要的动作或脚本文件，来进行数据的记录及存储，这样使得对于过程数据的处理、分析比通过odbc和sql访问归档数据为灵活、简单。其中一段关于变量采集与归档得程序如下：  void savbbbbues()  { #pragma code("kernel32.dll");  void getlocaltime(systemt -ime* lpst);  #pragma code();  sy  int nmonth; stemtime st;  int nyear;  int nday;  int nhour;  int nminute;  int nsecond; */定义时间参数/*  int i;  int nvaluecount=94;*/定义变量个数/*  file *fp,*fptemp,*fplog;  char filename[64]={0};  char strerr[256]={0};  char * tagname[150]={  "zspower_leiji",  "6wf1_leiji",  ."7sf4_leiji"  }; */定义参数，其中包括由需要记录的94个变量组成的数组/*  unsigned float fvalue[150]={0.0f};  getlocaltime(&st);  nyear=st.wyear;  nmonth=st.wmonth;  nday=st.wday; */系统时间/*  sprintf(filename,"d:\\data-\\%04d%02d%02d",nyear,nmonth,nday);  fptemp=fopen(filename,"r");  if(fptemp) goto exit; */与系统时间相符的二进制文件是否已存在/*  fp=fopen(filename,"wb");  if(!fp)  { fplog=fopen("d:\\data\\log.txt","wa+");  sprintf(strerr,"%04d/%02d/%02d%02d:%02d:%02d------can`t write  logfile:%04d%02d%02d",nyear,nmonth,nday,nhour,nminute,nsecond,nyear,nmonth,nday);  fwrite(strerr,sizeof(strerr),1,fplog);  fclose(fplog);  return;  } */创建与系统时间相符的二进制文件并打开/*  for (i=0;i<92;i++)  {  fvalue[i]=gettagfloat(tagname[i]);  }  fwrite(fvalue,4,94,fp);  fclose(fp); */按照数组中定义的变量顺序依次将变量瞬时值写入文件/*  exit:  fclose(fptemp);*/关闭文件/*  }  5.4 监控流程设计  本系统中，plc程序设计主要完成开关量逻辑控制和模拟量回路控制。开关量逻辑控制包括各个水泵阀门的启停及其联锁控制，模拟量回路控制包括各个回路的pid控制算法的实现和比值控制系统和串级控制系统的实现

1 引言  目前，我国造纸行业的控制系统主要采用集散控制系统(dcs)，控制器和现场设备之间靠大量的i/o电缆连接，不仅增加成本，而且降低了系统的性。  控制系统传送4～20ma信号，并以此监控现场设备，这样，由于控制器获得的信息量有限，现场级设备的在线故障诊断、报警、记录功能比较弱；另一方面也很难完成现场设备的动态监控、远程参数设定、修改等功能，造成造纸控制系统的信息集成能力不强和可维护性较差，影响工厂的生产效率，并给生产管理带来诸多不便。  随着计算机网络技术的发展，串行现场总线通信技术已深入到自动控制的各个领域。应用这项技术可以将可编程序控制器、交直流驱动器、监控计算机、远程i/o及智能传感器等连接起来，实现分布式计算机控制，可提高检测和控制的精度，改善系统的动态响应速度，提高系统的性，因而建立基于现场总线的纸机控制系统成为解决这一问题的有效途径。  profibus过程现场总线是一种全数字化的、串行、双向传输、多分支结构的通信网络，用于工厂/车间仪表和控制设备的局域网。profibus-dp是profibus过程现场总线协议的工厂自动化控制子集。因此其在纸机控制系统中的应用，将大大减少布线工作量与电缆投资，避免信号干扰，使系统，操作简便，监控直观。正是基于上述原因，山东中茂圣源纸浆有限公司纸板纸机项目工程中采用了profibus-dp现产总线技术，实现了该机组的通信及分布式控制，了良好的效果。  2 纸板造纸工艺分析  图1所示的纸板造纸机示意图中，可以看到该纸机是一种由多台设备组成的联动机。湿部包括浆料流送设备、网部和压榨部；干部包括干燥部、切纸机和理纸机。具有适合抄纸性能的浆料进入造纸机的浆料流送设备，经浆流分布器和流浆箱的分布和匀整以后，均匀而稳定的流送到运动着的成形网的网面上。浆流在网部逐渐地过滤、脱水，形成连续的湿的纸幅。当湿纸幅脱水到一定干度，便可以从网面剥离，送至压榨部继续脱水。压榨部是由若干组辊式压榨组成。湿纸幅是由压榨毛毯支托着，在压辊间用机械挤压的方法脱水。为了保持压榨毛毯的良好脱水性能，压榨辊上配设有毛毯洗涤装置。经压榨部后，湿纸幅的干度一般可达40%左右。然后湿纸幅经气垫式烘干箱进一步脱水。干燥后的纸板经牵引辊进入切纸机，经纵切由送纸辊进入横切部分，横切甩将纸幅切断送出。切断的纸经输送辊、高速输送带、低速输送带、压纸带送往理纸机。后打包称重，整个工序完成。   图1 纸板纸机示意图 2.1 稳速的要求  造纸机由纸浆到形成纸张，需经过多个分部，因此是一个多单元的速度协调系统，各个分部间的速度要求严格配合，根据工艺流程，一般有以下关系：只要其中一个分部速度不稳，就会无法维持生产，纸幅不是断裂，就是松垮下来。如果整台纸机车速不稳，就不能保证纸张的定量(每平方米纸页的重量)不变。因此要求纸机的各分部都能稳速。但是，在实际运行中，有许多干扰因素破坏速度的稳定，例如电网电压的波动、频率的变化、负载的波动、温度的变化等等，对电气传动自动化控制的要求是克服这些干扰的影响，保车速的稳定。  2.2 平稳起动的要求  纸机中有的分部要求平稳起动，例如网部起动太快就会损坏铜网；干燥部传动惯量比较大，起动太猛会把机械连轴扭断，因此要求整个系统能平稳起动，而且各分部要能单起动和停止。  2.3 纸机速度链  由于各分部传送着生产过程中的纸张，根据造纸工艺的要求，各分部间要求达到线速度比例协调(相邻两个分部间的线速度比值应保持恒定)，地、地保持这个比例系数是保证产品质量、生产正常运行的重要条件，任何原因破坏这种比例协调，就会降低产品质量。同时，纸机的这种速度比例协调关系应在该变车速或停机后重新开机时继续保持，而不需重新调节。其次，这种比例协调应具有微调功能，以调节相邻两分部间的速差，避免纸张在传送过程中的松弛和绷紧现象，并且速度微调应该灵敏、，不应在调过程中有明显的滞后现象。比例协调关系如下：  n1=k1(n0+δn0)  n2=k2(n1+δn1)  n3=k3(n2+δn2)  n4=k4(n3+δn3)  本系统中，采用profibus-dp过程现场总线结合plc程序来完成速度链的控制，避免了运算放大器的速度链给定环节的信号漂移，提高了稳定性。    图2 纸板纸机系统结构示意图 3 工艺自动化系统设计  3.1 硬件构成  根据纸板纸机的工艺要求，该控制系统有profibus-dp构成单主从工作方式，如图2所示。主站选用siemens的s7-300 plc(cpu313c-2dp)，站地址设为2，实现总线通信控制和管理，完成周期性数据访问。网部、压榨部、干燥部和切纸机的各变频器(mm440)为从站，地址分别为3，4，5，6，7，8，9，10。现场触摸屏通过mpi口与plc相连，其地址设为1。上位机通过cp5611与主站plc连接，地址使用默认值0。理纸机部分的远程i/o(et200m)地址为11。主站plc与变频器及现场触摸屏实现高速数据通讯，完成整个纸机传动过程中的速度链、负荷分配、张力控制等功能。现场触摸屏实时显示各分布点的工作状态，监测各变频器的运行、故障状态，通过它可以对各传动点实现全部控制功能。plc实时的接受来自上位机和触摸屏的优化控制指令，自动调节各分部的速度以适应生产需求。同时plc将各分部的运行参数送往上位机，以便及时了解生产状况。整个系统采用profibus-dp现场总线控制技术，系统全部控制功能的实现都由现场总线通讯完成。只靠一条通讯电缆传输，省去了传统的线路接点。大大提高系统的性，节约了控制电缆。同时实现了从操作到控制的全数字化，杜绝了现场干扰对控制系统运行的影响。  3.2 软件设计  plc的编程使用s7系列的编程软件step7 v5.3，通过其对系统进行相应的网络配置，如通信端口的设置，站地址和速率的设定等；然后对主站s7-300进行硬件组态，通过配置，cpu313c-2dp可以各个变频器和et200m的i/o 分配地址，这样从编程角度来看，cpu313c-2dp队给从站的控制如同本机的i/o一样。  step7 v5.3软件采用模块化结构编程，整个控制程序由ob组织块、fc功能块、db数据块等构成。控制字是现场总线系统控制传动单元的基本手段。控制字由现场总线控制器(plc)发送给传动单元，传动单元根据控制字的位编码指示作出相应动作。状态字是一个包含了状态信息的字，它由传动单元发送给现场总线控制器(plc)。组织块ob是系统操作程序与用户应用程序在各种条件下的接口界面，用于控制程序的运行。不同的ob有不同的功能。本设计中组织块有ob1、ob20、ob35、ob82、ob86、ob87、ob100、ob121、ob122。  ob1是用作主程序循环的，它用来设计主循环程序的结构；在用户程序延时中断ob20种调用了系统功能块sfc32(“srt_dint” 启动延时中断)、 sfc33(“can_dint” 取消延时中断)、sfc34(“qry_dint” 查询延时中断的状态)。ob35是程序循环中断组织块；ob82是诊断中断程序，诊断接受来自有诊断能力的模块；ob86是机架错误中断，ob87通讯错误中断；ob100属于启动组织块，是暖启动用的；ob121是程序错误组织块，ob122是访问错误组织块，属于故障处理组织块。ob1是主程序，主要完成系统的初始化、初始参数设定、调用子程序。fc是自定义的子程序块，包括网部控制、压榨部控制、干燥部控制、切纸机控制、理纸机控制、故障处理、数据采集与处理等功能块。数据块db用来存放用户程序运行所需的大量数据或变量，它也是实现各程序块之间交换、传递和共享数据的重要途径。在本系统中，上位机和下位机的通信主要是通过都区和改变下位机的db块来实现的。该系统共设计了8个db块，分别表示实际速度数据块、设定速度数据块、电流数据块、时钟背景数据块、报警数据块、实际温度数据块、设定温度数据块和纸板尺寸数据块。通过读取下位机的db块，上位机上显示相应的速度、纸板尺寸和报警等相应信息。通过触摸屏改变下位机相应的db块数据，就可以生产达到预期的目的。  上位机采用visual c++进行画面显示设计，通过dll获得plc的实时数据，进行动画设计，数据管理，报表打印和故障记录和分析等。现场触摸屏通过siemens的hmi组态软件protool v6.0进行组态和编制画面。触摸屏画面是以设备图为底并分段细化。从触摸屏上可以轻松观察系统总图、各分部图，直至每个分布的传感器的状态。利用触摸屏提供的输入/输出、棒图、曲线图、字符、帮助信息、口令和画面切换等功能，可以观察和设定变频器的频率、转速及当前实际的频率和转速、纸机的运行状况等。  4 结束语  工程实践证明，本控制系统采用profibus-dp网络技术实现分布式控制，可以大大降低现场信号连接的工作量和费用，提高信号的传输精度与灵活性，降低系统成本，给安装、调试和设备维护带来方便。profibus-dp网络速度快、性高、开放性好、抗干扰能力强，适用于各种工业控制系统，是pc、plc与其他智能现场设备通信的优选网络。(end)

1 引言 

高炉鼓风机是高炉生产的一个至关重要的环节，目前安钢炼铁厂建有380m3高炉两座，配备有两台风机，分别为d1300高压离心式鼓风机和av-40全静叶可调式轴流风机。 

风机的运行情况随着高炉生产情况的变化而变化，同时也制约着高炉生产的顺利进行。随着120t转炉的建成，公司对炼铁的产量也提出了高的要求。为实现高炉稳产、高产的目标，公司对风机进行了改造，在保留原有av-40全静叶可调式轴流风机的基础上，增加了一套av45-12型全静叶可调式轴流风机，代替原有的d1300高压离心式鼓风机。 

为了适应高炉连续的生产要求，确保高炉产出高质量、高产量的铁水，势必要求鼓风机具有良好的处理突发事件的能力。考虑到风机和高炉的生产和方便操作，系统采用了计算机进行集中监控。 

2 系统配置 

轴流风机控制系统硬件上采用modicon quantum 系列140 cpu 671 60plc冗余控制，系统由两台操作站、以太网交换机、plc主站以及远程分站构成。其中冗余cpu构成主/备体系结构，对plc中数据处理和通讯提供了基于硬件的自动冗余，它可保出现故障时切换不会造成任何过程控制的损失。系统硬件组成如图1所示。

 
图1 系统硬件组成

新的quantum 140 cpu 671 60热备处理器设计用于要求有高性控制系统结构、不能出现系统停机的关键场合，能够实现无扰切换。这种模块有两项主要功能：plc处理器和一个专门用于冗余控制的协处理器。主/备体系结构对管理plc中数据处理和通讯提供了基于硬件的自动冗余。这种性的提高可以保证无间断的过程管理与确保控制的关键功能。主备两个plc之间的数据交换使用了cpu模板上标配的100mbps以太网端口。在每个扫描周期中对所有数据进行交换，而对系统循环时间只有程度的影响。 

另外在软件上，本次采用在unity pro 2.3编程环境中设计开发plc应用程序，在工控组态软件ifix4.0中设计编制控制系统hmi应用程序，操作站与plc之间通过工业以太网通讯。 

3 主要控制回路 

plc完成的主要控制功能：防喘振控制、定流量/定风压控制、逻辑联锁控制、润滑油控制、动力油控制、机组轴系监测及报警等。 

3.1 防喘振控制 

喘振是轴流压缩机固有的特性之一。形成喘振工况的原因是由于工况过了压缩机固有的允许范围，使气体不能顺利地从压缩机内部通过，在转子、叶片和静叶的表面形成气流分离，气流在压缩机内部呈紊乱状态，并同时产生强烈的振动和大量的热能积聚。喘振工况对压缩机具有很强的危害性，如不能及时，会对机组的转子和静叶造成损害，严重时，甚至可能导致转子和静叶全部报废。 

防喘振控制的基本原理是在机组接近喘振工况时，通过调整压缩机出口处的防喘振阀，使防喘阀打开至一定角度，以增加压缩机内部通过的流量，适当降低出口压力，使工况点远离喘振区域。 

在风机准备投运时，由陕西鼓风机厂对风机做风机特性试验和喘振试验，根据实测出的风机入口差压(δp)与排气压力p的函数关系得出风机的特性曲线和喘振曲线。如图2所示。

 
图2 风机的特性曲线和喘振曲线

根据风机的特性曲线和喘振曲线，在计算机中设定了报警、放散、紧急放风三个函数发生器。为确保风机运行，在实际中我们将喘振线平行下移2%、7%、10%得出三条同样形状的曲线作为防喘振调节系统的紧急放风线、放散线和报警线。系统的工作原理是：进口流量和出口压力经变送器测出送至计算机，经计算后得出控制防喘阀的pv值(即：测量值)，该值分别与函数发生器计算出对应流量下的报警值、放散值、紧急放风值(即：设定值sp)进行比较，当pv值达到报警值时，系统发出报警信号，提醒操作人员注意工况变化;当pv值达到或过放散值时，防喘振调节系统起调节作用，放散阀打开，使工况点重新回到放散线以下运行；若放散阀开启仍旧不能使工况点回到放散线以下，工况继续恶化，当pv值达到紧急放风值时，计算机输出信号使电动放风阀快速开启，实行紧急放风。 

3.2 定风量/定风压控制 

控制原理：轴流压缩机对风量和风压的调节是通过调整压缩机静叶角度的变化来实现。静叶角度的调节回路由内环控制和外环控制形成的串级回路组成。内环部分通过pid调节控制器完成：外环部分包括静叶位置变送器、静叶伺服控制器和静叶伺服机构。 

在内环控制部分，操作人员可选择定压力或定流量控制、手动或自动控制，对目标值进行设定，由pid调节器完成对压力或的自动调节。 

通过调节静叶角度的变化，可按工艺状态的要求增降压缩机的出力，在工艺对风量要求不大时，压缩机组的功耗负荷也随之降低，从而达到节能的效果。 

伺服放大器：在外环控制部分，静叶伺服控制器通过比较来自位置变送器和plc的控制信号，并输出伺服指令信号驱动静叶伺服机构，推动静叶承缸按方向动作，从而完成对风机流量、压力的控制。 

3.3 逻辑联锁控制 

压缩机运行联锁用于控制对压缩机启停和运行状态为重要的关键设备，主要控制对象包括主汽电磁阀、调速器、高压电气联锁(电拖机组)、可调静叶、防喘阀快开电磁阀、逆止阀。在机组运行过程中，各种联锁功能按一定时序相互关联，用以实现对压缩机组的联锁控制，以保证机组的。其功能主要包括：启动联锁、静叶释放、自动操作、逆流保护、联锁停机。 

启动联锁：用于保证机组在启动前具备的外部条件和内部状态全部符合要求。外部条件主要有润滑油温度(>20℃)、润滑油压力(>150kpa)、动力油压力(>11.0mpa)、静叶位置(全关)、防喘阀位置(全开)等。内部条件是指用于机组联锁的各种内部存储器的状态在开机前全部复位。 

自动操作：指机组在解除开锁后的工作状态。在机组启动过程中，可调静叶、防喘阀和逆止阀闭锁在位置，当达到额定转速稳定运行后，按下“自动操作”，机组解除闭锁后，向工艺加载送风，可调静叶、防喘阀都可以开始自动调节。 

逆流保护：在防喘阀调节的作用下，在机组接近喘掁时防喘阀自动调节，可保证机组工况不致达到喘掁点。考虑到特殊情况(如防喘阀调节失灵)，机组也有进入喘掁区的危险，所以设置逆流保护。这样在运行过程中自动判别机组是否发生喘掁和逆流用于在确实发生喘掁的情况下执行联锁，以确保机组的。 

联锁停机：当机组发生重大故障时，为避免造成重大设备事故，立即停机。联锁停机的外部条件主要是润滑油压过低(<60kpa)、动力油压过(<9mpa)低、主电机跳闸、轴位移过大(>+0.6mm或<-0.6mm)、压缩机持续逆流、手动停机。当以上任一条件满足，则启动联锁停机，联锁停机在关闭机组驱动能源的同时，将可调静叶、逆止阀、防喘阀自动诸锁在位置，同时并保持造成停机的原因，直至存储器复位。 

3.4 油系控制 

油系控制主要包括：润滑油系统、动力油系统以及电加热器的控制。 

润滑油系统设置两台油泵，互为备用，其中一台为主泵，另一台为备用泵，当油压低时，备用泵自动启动，油压的不足；当油压恢复正常、主泵运行正常，备用泵停止工作。动力油系统油泵也是如此工作。 

电加热器由plc控制，当润滑油或动力油温低时电加热器工作，当油温高时，电加热器接触器断开，停止工作。 

4 系统关键 

应用了modicon plc设计安钢380m3高炉自动化控制系统，具有如下一些显著特点。 

4.1 热备处理器 

硬件上新的quantum 140 cpu 671 60热备处理器，具有强大的处理和存储能力，并且双机热备具有率高性、易扩展特性。在生产过程中能够无扰切换，确保关键功能的性。 

quantum热备意味着： 

(1) 特制的cpu，热备功能不附加任何专门的硬件模块； 

(2) 热备时编程，系统参数仅通过一个对话框加以定义； 

(3) 清晰的操作模式，有cpu模块的微型终端、一台编程pc； 

(4) 主备两个cpu的应用程序可以不同，但这样也不会中断冗余连接。 

这样的热备可满足用户的生产率要求，这意味着管理系统性可以得到的，确保关键设备的运行。 

4.2 自动化软件平台unity pro 2.3 

软件上采用了施耐德电气新一代自动化软件平台unity pro 2.3编程软件，unity中提供了完整的功能和工具集，将应用程序结构对应到过程或设备的结构上，包括程序段、数据监视表、操作画面等等。联机修改，可以在保程序连续性的基础上将所做的修组，并在运行中一次直接传输到plc上，这样所做的修改可以在一个扫描周期中同时生效，通过减少停机时间缩减开发成本并优化运行。运行期间画面通过以图形对象的形式来表达变量状态，使得调试易于进行。unity pro在开发和兼容性方面提供无可匹敌的潜力，用户界面友好，使得开发软件容易，用户能够快速掌握易于降低培训成本。 

另外以ifix4.0监控工具软件开发的监控系统，能够很好地满足生产工艺的要求，同时调整、移植较为方便。 

4.3 ups供电 

在采用了plc双机热备的基础上，为进一步提高系统的性，以上设备采用一台ups供电，在主电源故障的情况下，保证风机正常工作，允许有一个小时的处理时间不会影响高炉的正常顺行。 

5 结束语 

安钢380m3高炉轴流风机自控系统自2007年12月投运以来，运行状况良好，检测精度高，抗干扰能力强，特别是防喘振曲线的在线显示和控制已在风机的和经济运行方面发挥了重要作用，表现了良好的实用性、稳定性、性、性，整个系统不但具有很高的自动化水平，而且充分满足了生产工艺的要求，对高炉的重要生产环节实现了集中的实时监控，为高炉的稳产、高产提供了良好的设备保证，为安钢集团公司的增铁增效创造了良好的条件

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