1997年太鋼引進的按國二十輥軋機、冷熱不銹帶鋼退火線、光亮線等新裝備，是以擴大不銹鋼生產能力。冷軋煤氣混合加壓站，是太鋼不銹帶鋼退火線的配套設施，有加壓機3臺，氣源為高爐煤氣、焦爐煤氣。由于生產線工況不穩而造成用量大幅度頻繁波動；同時由于氣源管網方面的狀況較差，高爐煤氣壓力波動范圍310kPa，焦爐煤氣壓力波動范圍1．5。6．5kPa；其波動有時頻率很快，僅靠儀表調節產生震蕩，無法通過人工調節；經常出現長時間的低壓，造成混壓困難，甚至造成高爐煤氣蝶閥關閉、機前負壓的險兆。

太鋼于1999年6月采用了西門子SIMATICS7300PLC、德國UNI公司熱值儀、西門子變頻技術等進行全過程自動控制改造，實現了混合煤氣熱值、加壓機后壓力雙穩定的目標，確保了不銹鋼的正常生產，節能效益非常可觀。

1 系統概要

改造后的系統構成復雜，僅調節閥就有九個，此外還要增加變頻器，由計算機控制切換調節3臺風機轉速；增加熱值儀，串級調節高焦配比。采用西門子S7300PLC和研華IPC 610工控機構成DCS系統。S7300PLC作為下位機來實現所有信號的采集、運算、調節，其特點是：模塊化、無排風結構、易于實現分散、運行可靠、性價比高。CP5611卡為S7300PLC與工控機的通訊接口卡，具有RS485接口和87．5kbps的通信速率，傳輸距離可達50m，使用中繼器可達9100m。

2 控制原理

本系統含四個調節回路：

2．1熱值調節

熱值是用戶氣源的主要質量指標之一。

冷軋煤氣7昆合加壓站以高爐煤氣為主氣，它不可控制，取決于用戶用量；焦爐煤氣為輔氣，要求控制其兩道閥門，使高、焦配比約4：1。

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，焦爐煤氣流量調節為副環，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，而且受到高爐煤氣流量的瞬時值的限制，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作為輸出信號的上、下限幅值。

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大，從而使高焦配比值在小范圍內波動；二則使主環調節器不至于產生調節飽和，加快了滯后較大的主環的動態響應，改善了系統的調節品質。

對熱值儀信號故障也有保護性，在實際的運行中，我們發現工人有時忘記了給熱值儀過濾器排水，使煤氣人口壓力太低，燃燒不夠，造成儀表信號顯示偏低很多，即使焦爐煤氣閥開到最大，也不可能把熱值調至“正常”，但此時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、另一閥手動，實際上兩閥都在手動方式，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，其中一閥就會成為調節的“瓶頸”；若采用雙調節器進行調節，二閥各自進行動作，雖能使系統在某一閥位組合狀態下穩定，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2臺手操器，同時帶動2臺電動蝶閥。為防止二閥同時動作造成超調，將2臺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際閥位反饋信號出現偏差時，死區小的手操器(電動調節閥)首先動作，若偏差不大時，就能糾正過來；當調節量不夠時，偏差增大，死區大的手操器(電動調節閥)也動作，加大調節力度，使系統迅速回到穩定狀態上。當系統出現較大偏差時，常會出現同時超出二者死區范圍的現象，則二閥一同動作，使偏差迅速減小到一定范圍，此時大死區的電動調節閥停止動作，剩余的小偏差靠死區小的調節閥來進一步精調到位。

2．2混壓調節

混壓調節在實際中既影響熱值、又影響加壓機后壓力。所以，混壓調節不好，則熱值調節、加壓機后壓力調節都無從談起。本回路為一串級隨動調節系統，在控制回路中建立數學模型，煤氣混合壓力的設定值隨著高、焦氣源的壓力波動而自動計算設定，同時又加以上下限幅，使工藝操作變得更加合理。從熱值的穩定方面來看，機前混壓能夠隨高、焦煤氣壓力波動而適時適度地調整，保證了焦爐煤氣能夠按所需的量順利配人；從加壓機后壓力的穩定方面來看，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。

混壓調節就是控制高爐煤氣的兩道閥門。為了避免“瓶頸”，同樣如上所述，也采用了一臺軟調節器控制2臺電動調節閥的方式，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氣源的主要質量指標之一，本回路為一定值單回路調節系統。其設定值為3．5kPa，當加壓機后出口壓力升高／降低時，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。這兩個頻率運行下限是保證加壓機設備安全、用戶正常生產的兩道防線。

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，增大／減小泄壓閥的開度，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，變頻器負責系統全部的調節，而泄放閥處于關閉的“休閑”狀態。當用戶突然大減量，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時(即出口壓超過14kPa)，泄放回路立即參與調節。泄放回路比例帶、積分時間都設得很小，因而，動作很快，與變頻“雙管齊下”，可使壓力迅速降下來，保證了用戶氣源壓力穩定，避免了以前類似情況下加壓機進入喘振的可能，保障了設備安全。在調節過程中，絕不會出現既保持加壓機轉速較高，又使泄放開啟一定高度的“穩定平衡”狀態。

綜上所述，本系統在控制思想和軟件編制上有如下的特點：

(1)小偏差小動作、大偏差大動作，既加決了響應速度，又提高了調節精度。

(2)兩閥在調節過程中，”不會造成“瓶頸”現象。閥位死區大的南閥閥位“階段”性地跟蹤死區小的北閥閥位。當偏差產生時，北閥“有錯必糾”，南閥對北閥在調節中所累計的閥位變化不會坐視不管，而是“該出手時就出手”，大力度地“調一把”(當北閥閥位調到一定開度時效果就不顯著了，此時取決于南閥的開度)。

(3)死機情況下、變頻器仍然能保證運行。無論主機從機中任一掉電，或二者都掉電，變頻器都運行在其保護下限頻率上，加壓機不會停機，保證了用戶的正常生產。

(4)簡單可靠易“倒機”。通過軟件的巧妙設計，使加壓機的切換變得非常簡單：將變頻器輸出頻率下調為零、此時原運行的加壓機處于停止狀態，電流很小，可拉掉其刀開關，并馬上再合上另一臺備用加壓機的刀開關，因變頻器末停，34分鐘即可調頻加速到工作狀態。當然二者切換期間，需關照冷軋關小燒嘴。

控制系統在WIN98環境下運行，組態軟件為STEP7V5．0及Kingview5．0。系統利用組態軟件Kingview5．0的驅動程序與下位S7300PLC進行數據通訊，包括數據采集和發送數據／指令；下位S7·300PLC則通過MPI卡與上位計算機交換數據，每一個驅動程序都是一個公共對象，這種方式使通訊程序和組態軟件構成一個完整的系統，保證了系統高效率地運行。

3 系統畫面

系統畫面分為兩大類：操作員畫面、工程師畫面。

操作員畫面：向操作人員提供了各種數據、曲線、功能鍵，顯示內容豐富鮮明、操作簡捷可靠。工程師畫面：工程師在調節中進行參數修改和設定的重要環境，也是自控系統的核心。

4 結束語

該系統自投運以來，在生產正常的情況下，熱值穩定在6．0左右，壓力穩定在13．5kPa左右，完全滿足了用戶的要求，同時變頻運行于3040Hz左右，泄放閥一般處于關閉的狀態，大大減少了泄放煤氣量和凈焦煤氣量，達到了預期的安全生產、提高產品質量、節能降耗