徐立榮

（昆明鋼鐵集團(tuán) 紅河鋼鐵有限公司，云南 蒙自661100）

隨著工業(yè)自動(dòng)化發(fā)展及節(jié)能降耗需求愈來(lái)愈迫切，控制系統(tǒng)能否按照設(shè)計(jì)預(yù)期安全穩(wěn)定的的運(yùn)行以滿足正常生產(chǎn)的需要已經(jīng)是每個(gè)控制系統(tǒng)技術(shù)人員的共同追求。而控制系統(tǒng)的斷線保護(hù)問(wèn)題一直困擾著廣大的控制人員，由于設(shè)計(jì)和維護(hù)之間存在一定的鴻溝，要想徹底地解決控制系統(tǒng)斷線誤動(dòng)作聯(lián)鎖事故的發(fā)生，必須是經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的設(shè)計(jì)編程及維護(hù)人員在實(shí)踐中的不斷完善才能讓控制系統(tǒng)更加優(yōu)化以滿足連續(xù)安全穩(wěn)定生產(chǎn)的根本要求。目前紅鋼大型設(shè)備較多，以高爐風(fēng)機(jī)為例說(shuō)明，如果高爐風(fēng)機(jī)事故，動(dòng)輒都是數(shù)十萬(wàn)，甚至是上百萬(wàn)的經(jīng)濟(jì)損失，如何保證高爐風(fēng)機(jī)的安全運(yùn)行成為了高爐安全運(yùn)行的重中之重，其他的大型設(shè)備也如此，比如轉(zhuǎn)爐風(fēng)機(jī)、主抽風(fēng)機(jī)、軋鋼精軋機(jī)、制氧空壓機(jī)等等。

1 常見(jiàn)控制系統(tǒng)斷線保護(hù)處理

PLC的CPU是整個(gè)控制系統(tǒng)軟硬件的核心，一般的控制器在完成基本數(shù)據(jù)信號(hào)處理時(shí)，具有靈活的報(bào)警處理和質(zhì)量碼功能，雖然每個(gè)廠家生產(chǎn)的控制系統(tǒng)都有各自的質(zhì)量碼，但總體上只是滿足基本的控制要求。通常是通過(guò)對(duì)過(guò)程點(diǎn)的傳感器和高低限的檢查，系統(tǒng)的測(cè)點(diǎn)在遇到斷線時(shí)都能第一時(shí)間反應(yīng)出來(lái)，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)儀表斷線時(shí)，質(zhì)量碼置位以方便報(bào)警和讓用戶自動(dòng)切除聯(lián)鎖，防止誤動(dòng)作的發(fā)生。但是生產(chǎn)廠家考慮的只是基本的保護(hù)措施，現(xiàn)場(chǎng)使用的時(shí)候還要看具體情況，由用戶自己進(jìn)行優(yōu)化編程處理，比如接觸不良就是一個(gè)非常大的控制系統(tǒng)安全隱患。目前常規(guī)控制系統(tǒng)提供的斷線質(zhì)量碼無(wú)法滿足現(xiàn)場(chǎng)大型設(shè)備的安全要求，這就要求我們要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況，對(duì)斷線保護(hù)法就行優(yōu)化改造以達(dá)到滿足工業(yè)安全生產(chǎn)的需求。

2 新型斷線保護(hù)法

每個(gè)聯(lián)鎖控制點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集，在設(shè)計(jì)初期，我們都是希望測(cè)量的值是在合理的范圍內(nèi)的波動(dòng)，甚至是希望不要出現(xiàn)波動(dòng)，但實(shí)際情況遠(yuǎn)非我們的設(shè)計(jì)初衷，尤其是設(shè)備及測(cè)量?jī)x表老化后，比如接觸不良，設(shè)備突然收到外部信號(hào)的干擾等等，如何有效快速的分辨出信號(hào)的真假，既達(dá)到保證工聯(lián)鎖保護(hù)的有效動(dòng)作，又要避免誤動(dòng)作的跳機(jī)的發(fā)生就顯得非常重要，通過(guò)以上常規(guī)斷線保護(hù)方法的描述可以看出，常規(guī)斷線保護(hù)無(wú)法完成對(duì)接觸不良，甚至是時(shí)間較長(zhǎng)的干擾信號(hào)的合理取舍，在事故分析過(guò)程中，往往把這些事故原因歸結(jié)為操作失誤，維護(hù)不到位等等，事實(shí)上，經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)測(cè)試就現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試后發(fā)現(xiàn)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的合理采集處理，能有效避免聯(lián)鎖誤動(dòng)作的發(fā)生。值得一提的是，有效值法需要的有效值不是靠憑空的來(lái)的，需要大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集，還要結(jié)合具體設(shè)備進(jìn)行測(cè)試后選擇這種辦法總結(jié)得出。

2.1 問(wèn)題的提出

本文論述的設(shè)計(jì)依據(jù)是Pt100測(cè)量溫度時(shí)主要是利用電阻隨溫度的變化近似線性的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的測(cè)量，但在實(shí)際使用過(guò)程中會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)因維護(hù)不到位、設(shè)備老化、人為誤操作等影響電阻的大小間接影響溫度測(cè)量值導(dǎo)致事故的發(fā)生。在控制系統(tǒng)中，要解決這類型的外部干擾，如何界定電阻信號(hào)的真假顯得非常重要。課題就是利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)合實(shí)際情況對(duì)控制系統(tǒng)溫度聯(lián)鎖點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化控制，控制系統(tǒng)優(yōu)化后達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)期，完全滿足實(shí)際生產(chǎn)需要。其他常見(jiàn)的數(shù)據(jù)信號(hào)也可以采用類似的方式就行處理。下面進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹，由于設(shè)計(jì)到部分技術(shù)保密，不做詳細(xì)闡述。

2.1.1 測(cè)試總趨勢(shì)圖介紹

圖1

圖2

圖1是溫度變化總的趨勢(shì)圖，從圖中可以看出，分別用了兩個(gè)溫度測(cè)點(diǎn)，紅色的測(cè)點(diǎn)為溫度經(jīng)過(guò)變送器后輸入控制系統(tǒng)，黑色測(cè)點(diǎn)為直接把測(cè)量電阻輸入控制系統(tǒng)。其中分兩次進(jìn)行了升溫測(cè)試，一次是25-85℃（介質(zhì)為水），一次是85-122℃（介質(zhì)為油），兩次升溫過(guò)程是溫度測(cè)量的自然升溫，即高溫源恒定，讓測(cè)量探頭測(cè)溫自然變化。接觸不良測(cè)試進(jìn)行多次測(cè)試，每種測(cè)量方式各進(jìn)行一段時(shí)間測(cè)試。

2.1.2 常規(guī)升溫曲線介紹

圖2為常規(guī)升溫曲線圖，比上圖進(jìn)行了稍微放大，并標(biāo)注了具體時(shí)間，從圖上可以看出，兩種測(cè)量方式，溫度從投入高溫的測(cè)量介質(zhì)水和油中后，溫度升高40攝氏度需要2-3分鐘不等。

2.1.3 兩種測(cè)量方式的接觸不良趨勢(shì)介紹

從圖3-圖4中可以看出，在探頭接線出現(xiàn)接觸不良時(shí)溫度的變化并不是直線上升的（不同于斷線），而是有1-4秒的變化過(guò)程，正是這個(gè)過(guò)程會(huì)給控制系統(tǒng)信號(hào)采集帶來(lái)災(zāi)難性的后果。常規(guī)控制系統(tǒng)無(wú)法識(shí)別這種變化過(guò)程，只有人為干預(yù)才能避免事故的發(fā)生。

圖3

圖4

圖5

仔細(xì)看以上四個(gè)圖不難看出，溫度測(cè)量的正常溫度變化和接觸不良及測(cè)量探頭斷線都是有自己的鮮明特征的，最大的不同是不同設(shè)備之間會(huì)存在一定的差別，這就需要大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行人為干預(yù)才能避免生產(chǎn)事故的發(fā)生。該方法主要是采用有效值法結(jié)合控制系統(tǒng)程序?qū)y(cè)量點(diǎn)溫度采集進(jìn)行合理取舍，自動(dòng)判定數(shù)據(jù)的真實(shí)性，如果出現(xiàn)接觸不良或斷線時(shí)自動(dòng)切除聯(lián)鎖并輸出聲光報(bào)警提醒技術(shù)人員及時(shí)處理。該方法已經(jīng)經(jīng)過(guò)大量實(shí)驗(yàn)后投入到紅鋼動(dòng)力能源廠主要風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)中使用，效果明顯，達(dá)到了設(shè)計(jì)預(yù)期，完全滿足安全生產(chǎn)的需要。

2.2 控制原理圖（見(jiàn)圖5）

來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)儀表的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)初步數(shù)據(jù)處理（常規(guī)數(shù)據(jù)處理）后提供上位機(jī)顯示報(bào)警使用及提供給有效數(shù)據(jù)處理模塊進(jìn)行二次數(shù)據(jù)處理，二次數(shù)據(jù)處理模塊中需要進(jìn)行有效值參數(shù)的設(shè)定（根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)綜合設(shè)定），處理后的數(shù)據(jù)再進(jìn)行聯(lián)鎖動(dòng)作的判斷，異常數(shù)據(jù)輸出報(bào)警的同時(shí)，再經(jīng)過(guò)濾波處理后提供給二進(jìn)制質(zhì)量碼指令供控制系統(tǒng)聯(lián)鎖保護(hù)自動(dòng)投入/切除聯(lián)鎖使用。

2.3 有效值法的效益分析

該控制系統(tǒng)優(yōu)化方法適合各型控制系統(tǒng)，有良好的安全收益和社會(huì)效益。該控制系統(tǒng)溫度聯(lián)鎖優(yōu)化方法經(jīng)過(guò)嚴(yán)格實(shí)驗(yàn)測(cè)試后投入1#2#3#高爐風(fēng)機(jī)、1#2#3#主抽風(fēng)機(jī)、1#2#3#轉(zhuǎn)爐風(fēng)機(jī)，投入生產(chǎn)實(shí)踐一年多，使用效果明顯，沒(méi)有因溫度測(cè)點(diǎn)接觸不良導(dǎo)致控制系統(tǒng)聯(lián)鎖誤動(dòng)作停機(jī)事故的發(fā)生。目前三大風(fēng)機(jī)保守設(shè)置的有效值區(qū)間為50℃，相比實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)40℃稍微有所提高 （從保護(hù)設(shè)備角度考慮），延時(shí)時(shí)間1-5秒不等，優(yōu)化后既能滿足保護(hù)生產(chǎn)設(shè)備安全需求，又能保證設(shè)備能正常聯(lián)鎖動(dòng)作的要求，完全符合生產(chǎn)實(shí)際需要。3套高爐風(fēng)機(jī)間接收益=120萬(wàn)×15%×0.15%×365×3=29.56萬(wàn)元，主抽風(fēng)機(jī)、轉(zhuǎn)爐風(fēng)機(jī)收益風(fēng)險(xiǎn)要偏少很多，間接收益=2萬(wàn)×10%×0.1%×365×6=4380元。推廣使用后，將大大降低設(shè)備設(shè)備事故率，有效減少不必要的事故停機(jī)時(shí)間，減少不必要的成本支出，間接起到降本增效的目的，為公司的發(fā)展做了基礎(chǔ)貢獻(xiàn)。

3 結(jié)語(yǔ)

控制系統(tǒng)優(yōu)化控制以達(dá)到更為理想化的控制是我們每個(gè)控制技術(shù)員的共同追求，如何有效的對(duì)控制系統(tǒng)中的各數(shù)據(jù)進(jìn)行合理有效的取舍是一項(xiàng)非常重要的工作。有效值法能把錯(cuò)誤信號(hào)、假信號(hào)、干擾信號(hào)、接觸不良信號(hào)有效濾除，既保證控制系統(tǒng)安全保護(hù)聯(lián)鎖的有效動(dòng)作，又能保證不出現(xiàn)誤動(dòng)作的發(fā)生，值得改進(jìn)和推廣。