近年来随着中国经济的持续高速、稳定发展,中国的钢铁行业也进入了新一轮快速发展,宝钢作为中国最具竞争力的钢铁企业之一,也通过新建项目及对现有设备进行挖潜扩大产能、提升竞争力。几座高炉先后进行扩容提产,作为高炉的主要设备-高炉鼓风机的风量、风压也随之提高,鼓风机运行点将突破喘振报警线,进入压力高位运行区域。原有控制思想无法保证鼓风机在高位运行的安全问题,需要优化控制系统,确保高炉送风安全。本文将主要从优化鼓风机控制系统入手,对控制系统的硬件及控制模型进行分析和研究,从信号采集、信号分析、PID控制运算、输出控制、安全保护等整个鼓风机控制系统回路的各个组成环节出发,分别进行了优化和更新,从而提高整个控制系统的响应速率、控制精度,满足鼓风机高位运行的可靠性、安全性、稳定性,为高炉扩容、提产提供可靠保障。具体研究及优化、改造内容是鼓风机横河CS3000控制系统的硬件架构、控制模型的应用软件及5台机组控制系统网络通讯联网实现相互监视、操作。1、DCS控制系统硬件结构优化采用日本横河公司大型、主流的DCS控制系统CS3000作为控制系统主体架构,实现机组的启动、调整、调节、停机及安全保护等主要功能。针对不同的控制功能及实时性要求,分别采用了多种扫描速率,在保证控制系统FCS控制器负荷率在安全值的前提下,重要的停机保护采用了1mS高速扫描的SOE卡件,用于事故追忆和记录;防喘振等重要的PID控制采用0.2S高速扫描;常规的PID控制采用0.5S扫描。另外配以先进、灵活的可编程YS系列调节器与CS3000组成防阻塞、防喘振等6个重要回路的双重化、冗余控制,即当CS3000出现控制器故障、控制回路信号异常或失电等情况时,自动、快速、无扰动地切换到YS调节器;反之亦然;从而提高了鼓风机运行的安全性、可靠性。更新现场的信号采集装置和控制输出的执行机构等,从现场到控制系统对整个控制回路进行优化。通过对氧气调节阀的研究、分析,发现了由于阀门汽缸设计容量过小,影响了阀门动作行程时间,导致氧气流量控制迟滞、振荡等问题,为此,重新设计调节阀的汽缸并进行更换,较好地解决了氧气流量控制稳定性问题。2、DCS控制系统应用软件控制模型优化在实现鼓风机的定风量控制、定风压控制、防喘振控制等控制的基础上,着重对防喘振控制模型进行了重新设计。采用美国CCC(Compressor Control Company压缩机控制有限公司)公司的先进算法,改变了原来防喘振控制线静态接触式控制,实现鼓风机防喘振线随鼓风机运行点动态移动,扩大了鼓风机运行区域的。采用了当今DCS系统先进的故障回退(FALL BACK)策略,根据事先的定义组态,当控制系统检测到某个输入/输出回路故障,控制系统自动切换到故障回退策略模式,CS3000控制器采取断线保持、超限动作、冗余切换等动作。3、CS3000控制系统与不同系统设备之间的联网通讯主要实现了CS3000控制系统与YS系列调节器的通讯连接、CS3000与电气东芝鼓风电动机变频启动装置PLC的通讯连接、CS3000系统与其它鼓风机组CS3000系统和μXL系统的通讯联网。CS3000控制系统与YS系列调节器的通讯连接,采用了MODBUS通讯协议RS485方式,实现了CS3000与YS的双重化、冗余控制功能。在研究中发现了日本横河公司MODBUS通讯卡与SOE卡之间的通讯冲突而引发FCS控制器故障的重大缺陷。通过反复试验,采取对MODBUS通讯卡扫描周期的延时,错开了两者的扫描时间,确保了通讯畅通。CS3000与电气东芝PLC的通讯连接,采用横河公司小型PLC系统FA-M3作为网关,将东芝PLC的FL-NET通讯协议转换为CS3000的ETHERNET协议,实现了驱动鼓风机的同步电动机(SM)信号与鼓风机信号的交接,满足了机组启动及运行过程中对同步电动机的监控。另外,通过总线转换器BCV(bus converter)和多项目软件包实现新改造的3#鼓风机的CS3000控制系统与5#鼓风机的CS3000控制系统联网,实现两台机组信号的无缝连接。通过另外一台BCV将μXL控制系统的RL-BUS通讯协议转换成CS3000控制系统的V-NET通讯协议,实现3#鼓风机的CS3000控制系统与1#、2#、4#鼓风机的μXL控制系统联网。5台鼓风机控制系统的联网,实现了在一个操作站上可对5台鼓风机进行监控、操作,提高了机组自动化控制水平及劳动生产率。