摘 要：文章描述了Rockwell 1756系列PLC在我厂AV50-12型轴流鼓风机上的应用，对AV50-12控制功能、风机喘振形成及EPU技术做了详细的介绍。
关键词：Rockwell1756；轴流鼓风机；EPU；喘振；防喘振
1 前言
高炉风机控制采用科学、先进的控制方法，不仅有效地保证机组安全，还增大了风机性能，目前我厂的1080m3高炉配备使用的AV50-12全静叶可调式轴流风机。为风机和高炉的工作性能安全稳定和方便操作，系统采用了计算机进行集中监控。为实现高炉稳产、高产的目标，提高送风量的同时尽最大可能减少不必要的放风能耗，我公司于2010年4月新增了由陕鼓动力股份有限公司研发的EPU（Economy &Performance Upgrade）节能控制软件。
2 风机及控制介绍
风机是将旋转的机械能转换成流动空气总压增加而使空气连续运动的动力机械。另外也可以说风机是将旋转的机械能转换成气体的动能和势能，并将气体输送出去的一种动力机械。根据气流运动的特点分类也就是根据叶轮形式来分类可以分为离心风机、轴流风机、混流风机。离心风机改变管道内介质的流向，而轴流风机不改变管道内介质的流向；在我国轴流风机控制技术发展中，各个系统由现场仪表和二次仪表进行信号采集，处理，人工操作。初期便是以常规仪表控制起步的。限于当时的技术条件，防喘振功能由带有PID调节功能的单回路调节器来执行，调用其中折线函数、浮点运算、PID等功能，实现了简单的开闭阀门，粗略调节，快速反应等功能。
目前国内的高炉鼓风机控制方式，大多采用80年代引进的国外先进控制经验，从常规仪表控制过渡到智能仪表控制，在从智能仪表控制过渡到DCS（集散控制系统）控制，最后引入速度更快，运算更灵活的PLC（可编程控制器）控制系统。而AB1756CPU在实现冗余的时候，采用事件触发同步策略，既对所有内存数据进行判断，如果有数据变化就进行同步过程，如果数据没有变化，则不同步，这样节省了大量的运算资源，可以使CPU保持低于20ms的高速扫描周期。硬件的控制技术不断的发展，而软件控制方式发展相对滞后，从最初的仪表控制中采用PID调节，折线计算等简单的运算，到DCS控制时，开始采用工况点温度补偿，可变增益调节，输出变化率限幅等技术。
3 喘振产生的原因及解决思路
喘振是风机特有的工况，喘振的发生对风机造成很大的伤害，其过程分为气流脱离-旋转失速-逐步扩大-气流回流-喘振气体流过压缩机叶栅，其流向与叶栅形成一定的夹角，称为冲角。由于某种因素的作用引起空气流量减少时，会使叶栅的进气冲角增大，当冲角增大到一定程度后，会在叶片的背面形成气流脱离。由于装配误差的存在，这种脱离会从某一个叶片开始产生。
图1是风机特性曲线，曲线1为管网阻力线，与特性曲线L的交点A就是稳定工况点，如果静叶角度不变，而管网阻力增加，则工况点会沿着曲线L上移，当超过某点B时，压缩机的输出流量和排气压力将出现紊乱，机器发生振动，称为喘振，B点称为临界喘振点。在不同的静叶角度下重复上述过程，都存在这样一个临界喘振点，将所有喘振点连起来形成的曲线，称为喘振线，喘振线以上区域的称为“喘振区”，风机只允许在喘振线以下区域运行。
图1 风机特性曲线图 图2 防喘振基本原理
从喘振形成过程来看，在一定的排气压力下，防止风机流量小，就能避免喘振，然而，工艺管网的阻力线是一定的，所以在实际应用中采用“机后放空法”来增大压缩机流量。基本原理可用图2来解释，假设风机实行恒流量F0输出，当排气压力升高超过喘振线B点时，则自动增大风机排气量，工作点已到了C点，即喘振线以下的区域，为了保证所需的流量仍为F0可将多余的流量FC-F0机后放空，如图3 所示。
图3 放空示意图
正常送风期间高炉冷风放散始终保持25%左右开度。长期的放风运行必定造成一些风量和能耗损失。通过对控制系统软件进行优化改进，可以进一步降低放风能耗，节约大量的用电费用。也可以提高风机工况运行区域，达到更高的工艺条件。
4 增加EPU软件控制的必要性
为了满足高炉的工艺要求，对高炉房间的控制将更加严格，一台稳定的风机不仅仅是自身的效益保证，更是高炉乃至全厂效益的增长点。
风机在使用中，存在着长期放风运行造成能源浪费，使用性能和安全性不足等现象，当时对工况点补偿不考虑入口压力盒出口压力的因素，因而使补偿效果不够精确，为了弥补这一点，只能采用放大防喘线安全域度的方式，是防喘振调节点远离喘振区，这样虽然使得调节更加安全简单，却不能发挥风机的最大性能，造成性能上的浪费。
图4 操作方法对比
高炉的产量和质量对供风的风量、风压稳定性有很强的依赖，随着高炉高压操作技术的普及（顶压提高0.1Kpa，增产1.1±0.2%，焦比0.5-1.0%），更需要高压且稳定的风机运行工况。防喘振阀采用快开慢关的调节方式，当工况点接近过着达到防喘振线，防喘阀快速打开，力求将出口压力快速降低，以保证风机的安全，一般防喘阀打开幅度达到20%-50%，导致供风管网压力和流量突降。由于炉内料柱自身的重力作用，会在风压降低时下落，轻则影响产量和出铁，重则发生风口堵塞，造成风口灌渣事故。由于调节效果过于剧烈，在操作时为了避免工况点接近防喘线，一般都采用加大静叶角度，并打开防喘阀至一定角度的方法。加大静叶角度使风机能耗增加，打开防喘阀，则使一部分风量放空，造成浪费。而且人工调解，提心吊胆，软件控制操作省心，不需要操作工手工操作，降低了误操作风险。通过添加温度补偿控制，会根据温度变化，自动调整喘振线和防喘线的位置，挖掘出以前不敢使用的安全区域。在接近防喘线警戒位时，防喘阀提前缓慢点动打开，调整到适应角度，保证风压稳定。
5 结束语
AB1756系统与ControlNet网络及IO设备的搭配，体现系统的可靠性特点，保证了系统的安全运行和有效节能，既具备了1756系列CPU的高端性能，又兼顾了整体设备的维护成本。该系统于2010年4月成功投入运行，有效的达到了控制程序和现场工艺过程的完美结合，为企业带来了持续性的经济效益和生产潜力。