高炉软水热风炉自动补水系统电气控制的改造与应用

刘晓兵 石琳芳

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0 引言

软水泵房软水闭路循环系统是高炉生产的重要设备，主要用于高炉炉体及热风炉高温设备的冷却降温，以保证高温设备的可靠运行，在炼铁生产设备中有着非常重要的地位，其运行的可靠性对高炉的正常生产起着决定性作用。该系统一旦出现故障，将直接影响高温设备的冷却降温，轻则造成使用寿命的缩短，重则损坏设备，进一步造成高炉慢风或休风，影响高炉生产。

1 现状分析

软水泵房软水闭路循环系统必须保持稳定的水压，才不致高温设备得不到正常冷却或闭路循环管网超压损坏导致系统瘫痪。然而，3＃高炉软水泵房热风炉自动补水系统已不能正常工作，原设计的ABB变频器已损坏，不能很好地稳定系统水压，这不仅给工作人员增加了劳动强度，而且影响了高炉的正常生产。由于备件短缺，后来曾更换过一台不同类型的变频器，但由于该变频器功能简单，不具备PID闭环控制功能，不能稳定系统水压，仍实现不了自动补水。

2 改造思路及其可行性分析

笔者认真分析研究软水泵房软水闭路循环自动补水系统控制原理后，认为要保证其正常工作，必须做到以下2点：（1）将补水系统控制装置改用具有PID闭环控制功能的变频器，从而将系统水压稳定在工艺要求范围内，确保高温设备稳定运行。（2）必须保证变频器PID运行性能的决定性参数——热风炉自动补水系统水压反馈值的准确性。

原设计安装的自动补水系统控制器件ABB变频器已损坏，目前无相同型号的备件可利用。现有的备件SA MCO－i系列变频器具有PID闭环控制功能，可通过操作面板设置合适的频率给定值，反馈元件远传压力表所反映的系统水压作为反馈值输入变频器，在变频器内部进行叠加，利用其PID闭环控制功能进行系统水压闭环控制。这样就能稳定系统水压，实现自动补水。SA MCO－i系列变频器具有控制功能灵活、调用参数简捷、调试容易、性能稳定、备件充足、实用性强等优点，可有效提高设备运行的可靠性。

SA MCO－i系列变频器要求反馈元件的阻值在5 kΩ以上，而实际反馈元件远传压力表的阻值只有380Ω，这会使变频器反馈输入端输入电流超过允许值，对变频器造成损害。这种情况可通过改用阻值大于5 kΩ的远传压力表、利用电接点压力表作为反馈元件（将模拟控制改为数字控制，使系统水压稳定在工艺允许范围内）等方法来解决。后来只找到电接点压力表，故采用以电接点压力表作为反馈元件的方法。

3 改造方案

3．1 改造后的电气控制系统

由于使用了不同的控制装置，鉴于各自控制功能及控制方式不同，需对原电气控制线路进行改造。在分析研究了SA MCO－i系列变频器的控制功能、控制方式及接线方式后，笔者根据生产工艺要求，对原控制线路图进行了相应增减，自行设计出了由SA MCO－i系列变频器控制的自动补水系统。改造后的电气控制原理如图1所示。

图1 改造后的电气控制原理图

3．2 工作原理

变频器正常时水泵由变频器驱动运行，当变频器发生故障时，自动切换为工频运行。具体2台水泵哪台运行哪台备用，通过选择控制柜门上水泵开关决定。

变频器正常时，变频器内部触点：FA—FC闭合、FB—FC分断，继电器1 KA吸合，水泵由变频器驱动运行。当系统水压降低至保护低限时，继电器C低吸合C高释放，变频器以给定频率驱动水泵工作，系统水压慢慢上升；当系统水压升高至保护高限时，继电器C高吸合C低释放，变频器以第二速度（0 Hz）运行，水泵停止工作，系统水压慢慢降低；当系统水压又降低至保护低限时，继电器C低又吸合……如此循环往复，使系统水压稳定在工艺允许范围内，实现了自动补水。

当变频器发生故障时，变频器内部触点：FA—FC分断、FB—FC闭合，继电器2 KA吸合，水泵按工频运行。当系统水压降低至保护低限时，继电器C低吸合，水泵以工频50 Hz运行，系统水压慢慢上升；当系统水压升高至保护高限时，继电器C高吸合C低释放，水泵停止工作，系统水压慢慢降低；当系统水压又降低至保护低限时，继电器C低又吸合……如此循环往复，使系统水压稳定在工艺允许范围内，也实现了自动补水。

原来接于变频器反馈输入端的远传压力表改为电接点压力表后，其电接点用来驱动两继电器C高、C低的吸合、释放，进一步控制水泵启动、停止。

由于SA MCO－i系列变频器紧急停止功能运行时变频器会发出报警信号，需复位才能继续工作，因此，不能使用紧急停止端子ES作为系统水压升高至保护高限时的水泵停止控制方式。我们利用变频器的多速控制功能，通过多功能端子——第二速选择端2DF，来实现水泵停止控制。工作原理为：当系统水压升高至保护高限时，继电器C高吸合，第二速选择端2DF端子闭合，变频器以第二速度运行。通过变频器功能参数，我们将第二速的频率值设置为0 Hz，这样，当系统水压升高至保护高限时，变频器以0 Hz运行，水泵也就会停止工作。

4 技术创新点及实施效果

4．1 创新点

改造后的软水热风炉自动补水系统控制装置为具有PID闭环控制功能的SA MCO－i系列变频器，它能将系统水压稳定在工艺要求范围内，从而确保了高温设备的稳定运行，保证了高炉正常生产。

由于作为反馈元件的远传压力表的控制参数与新控制系统不匹配，因此反馈值不能精确反映实际系统水压，使新系统控制性能变差，达不到生产工艺要求。经分析研究，将反馈元件更换为压力范围合适的电接点压力表，按工艺要求调整压力上、下极限，确保系统水压稳定在工艺允许范围内，从而保证了高温设备的正常远行。

4．2 实施效果

该改造项目自实施并投运以来，未发生过一次因系统水压异常造成高温设备损坏及影响高炉生产的现象，大大降低了维修强度和维修成本，实现了降本增效，提高了软水泵房自动补水系统的可靠性。

5 遗留问题

由于时间仓促，未能找到阻值合适的反馈元件——远传压力表，故使用了电接点压力表作为反馈元件，因此系统水压只能稳定在工艺允许的一个范围内而不能稳定在某一压力点上，这样就导致系统水压稍微有所波动。如果更换阻值合适的远传压力表作为反馈元件，系统水压稳定效果将更加理想。

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