宝钢2050mm热轧煤气站新增天然气改造控制系统设计

摘要

煤气气混合加压过程是钢铁生产的重要环节，混合煤气的质量直接影响钢铁生产的质量和产量。煤气混合加压过程复杂，影响因素多，而我国绝大多数煤气加压站采用手动控制，使得混合煤气生产质量远不能达到生产要求，这就迫切需要一种有效的控制方法。
　　煤气站热值与压力控制过程具有非线性、慢时变、大滞后及含有许多不确定因素的特点，传统的控制算法不能完全解决此问题。一旦控制不好，后续加热炉变会出现欠氧和过氧的震荡过程，出现冒黑烟或者烧损增加的问题。因此如何控制好混合问题，特别是增加天然气后，是一个迫切需要解决的问题。
　　本系统针对一次混合的热值和压力存在的耦合问题，设计了串级并联双交叉限幅控制算法，将一次混合后的压力作为主控回路，满足压力控制需求，而高炉煤气和焦炉煤气流量两个副控回路满足热值控制要求，通过高低限幅选择器使热值控制在工艺要求范围内，从而增加天然气后，天然气和焦炉煤气进行成比例的置换，置换的过程中天然气和焦炉煤气总量跟随高炉煤气的配比变化，两种燃气间交叉限幅控制。天然气并入前还需要进行减压控制，同时满足压力和流量控制要求。在此基础上，研究了小流量情况下的大小管分层控制、加压机后二次压力控制，以及为了保护加压机而设计的防喘振旁通流量控制和转炉煤气压力控制等控制算法。
　　由于DCS系统自身能够提供全方位的容错机制，可以有效降低故障带来的生产损失，本系统选用ABB AC800M DCS系统作为控制器实现系统功能。对DCS系统进行了设计，研究了通过OPC方式实现与DCS进行网络通讯的方式，同时设计了HMI人机交互界面，实现了人机操作、历史记录、趋势报警、统计报表、异常诊断等功能。
　　本系统已经在宝钢股份2050mm热轧得到了实际应用，在调试过程中，对天然气压力控制问题、外部干扰源扰动问题进行了深入分析，针对外部原因造成的扰动，通过分析加热炉的需求变化结合过程参数变化建立了前馈补偿算法，提高了系统响应速度并且根据现场运行情况不断的进行改进和优化。
　　现场运行情况表明本方法设计先进，切合工业实际，建立的系统稳定可靠，有效抑制了混合煤气热值与压力的波动，为企业创造了巨大的经济效益和社会效益。

目录

声明

摘要

1．1 研究背景及意义

1．2 煤气加压站控制技术国内外研究现状

1．3 研究目标与研究内容

第2章 煤气站新增天然气改造设计方案

2．1 煤气加压站概况

2．2 新增天然气的必要性及工艺要求

2．3 新增天然气后工艺控制设计方案

2．4 DCS控制系统的设计方案

2．5 本章小结

第3章 改造系统控制算法研究

3．1 系统控制原理

3．2 高炉煤气和焦炉煤气解耦控制

3．3 增加天然气后的解耦控制算法设计

3．3．1 压力／流量控制算法

3．3．2 热值控制算法

3．4 煤气流量大小管分层控制设计

3．5 加压机旁通控制回路设计

3．6 二次混合压力控制及转炉煤气流量控制回路设计

3．7 本章小结

第4章 DCS系统整体设计

4．1 DCS系统硬件设计

4．1．1 系统硬件选型

4．1．2 硬件冗余设计

4．2 网络结构设计

4．3 DCS系统软件结构设计

4．3．1 编程软件CBM介绍

4．3．2 变量连接

4．3．3 任务控制

4．3．4 硬件MMS通讯

4．3．5 解耦控制算法的工程实现

4．4 画面设计

4．4．1 iFix介绍

4．4．2 OPC通讯

4．4．3 过程数据库

4．4．4 HMI画面功能需求与设计

4．4．5 详细画面设计

4．4．6 报表设计

4．5 本章小结

第5章 运行效果及存在问题

5．1 在线运行情况

5．2 存在问题及解决方案

5．2．1 天然气的压力控制问题

5．2．2 外部干扰源分析及对策

5．3 本章小结

第6章 结论与展望

参考文献

致谢