项目概述

        某焦化厂煤气鼓风机，设计是处理两座6米焦炉的煤气量，现采用工频恒速驱动方式，通过调节风机前后阀门和开关循环管的方法来调节焦炉集气管压力，浪费能源，严重影响焦炉集气管压力的稳定。

        焦炉集气管压力系统是一个耦合严重、具有严重非线性、时变特性、扰坳变化剧烈的多变量系统；当一个焦气管压力产生波动时，就会引起另一个集气管压力的波动。采用经典控制理论其基本算法是PID或它的延伸，当波动较大时，就会造成整个焦气管系统拉锯，出现振荡现象，难以保证集气管压力的稳定。

        针对上述存在的问题，本公司开发的BP3Y系列煤气生产输配高压变频调速系统主控单元硬件设备采用S7-300 PLC+工业控制计算机、美国ROBICON公司高压变频器；控制软件是根据现代控制理论，由我公司技术部独立开发成功的自寻优模糊控制软件系统，具有解除各控制回路之间的耦合，并根据不同波形采取不同的控制参数来响应，达到焦炉集气管压力稳定的目的。该系统不改变原有工频运行条件，不变动原有设备基础，不另购新电机，不影响生产，仅用一个月左右的时间完成改造并投入运行。

系统参数及控制要求：

        鼓风机型号、额定流量、数量：D900--23、B52m3/min、2台。

        鼓风机电机：800kW、6000V、2级 、2台。

        控制参数：集气管压力。

        监控参数：

        脱硫系统前煤气压力

        初冷塔前吸力

        初冷塔后压力

        循环氨水主管出口压力

        各座焦炉氨水分压

        循环水进初冷塔温度（I段、II段）

        循环水出初冷塔温度（I段、II段）

        机前煤气温度

        机后煤气温度

        集气管温度

        燃气发电煤气流量

        焦炉煤气总管流量

        控制对象：一台800kW/6kV ROBICON高压变频器——高压电动机、两座6米焦炉段集气管电动执行器变频调速装置任选手动/自动变频运行方式，具有远程/就地控制功能。

工控系统故障时，变频器手动运行；变频器故障时，工控系统仍能对机前吸力和集气管压力进行自动调节。

主控单元采用SIEMENS S7-300 PLC，具有耐冲击，耐强电能力，通过信号隔离器与外界信号隔离。

计算机控制系统提供联网通讯接口。

        变频器选用，必须符合国家的电气标准规范，要充分考虑焦化厂的2次条件，环境条件。

        变频器要工作可靠，维护检修方便，要具有良好的调速性能，谐波分量要小。

        两台鼓风机可选其中任意变频调速，并有工频运行、手动变频运行、自动变频运行三种方式，变频和工频可在鼓风机运行时，不停机安全切换，切换过程中仍能保证焦炉集气管压力稳定。

优化焦炉集气管压力控制，确保焦炉集气管压力稳定同时获得最佳的节能效果，集气管压力要稳定在130±5Pa范围内。

        变频系统要具有过载、过流、过热、过压、欠压保护功能，变频设备要有防止雷击引起的电网电压波动保护功能。变频系统要有故障报警，故障诊断功能。

        变频系统在特殊情况下，突发故障停运时，在一定时间内，要保证鼓风机维持变频时的转速运行，并发出重故障报警，以给工艺一段调整时间，后切换到工频。

        变频控制系统要有较强抗扰能力，工业控制机的选用要考虑与焦化厂原有计算机的通讯，联网。

与变频器配合的高压开关柜设计要符合国家规定的电气标准规范，高压柜内元件要选用经久耐用，质量较好的部件。

        计算机显示画面要美观大方，系统稳定，安全。要有工艺流程，设备运行状态显示，历史趋势，密级管理、操作查询、报警打印等功能。

        电气设计要符合防爆标准规范。

        与变频器配合的高压开关柜要有安全联锁装置，防止违章切换对工艺设备及变频设备造成损坏。

        高压柜设在焦化厂中央变电所备用柜处，变频器及操作台设在鼓风机室。

控制系统方案描述：

方案描述

工艺过程控制方案

        由于该焦化厂新炉为双焦炉，故可以将机前蝶阀尽量开大，通过调节煤气鼓风机的转速来稳定焦炉集气管压力。鼓风机工频运行时，维持一个较大的机前吸力，一般机前调节蝶阀开度只有50%，靠调节机前蝶阀来调节焦炉煤气生产中因人工操作（加煤、开、关氨水）引起的压力波动峰值。鼓风机变频运行时，机前蝶阀是全开的，机前吸力很小，鼓风机转速较低，节能效果很好。

        但采用高压变频调速器驱动的煤气鼓风机又有其特殊性，即转速升、降均需一定的时间才能达到设定转速。而焦炉生产中人工操作（加煤、开、关氨水）时压力波动幅值很大，要求变频运行鼓风机必须在短时间内通过调节转速使机前吸力满足集气管压力变化的要求。在非人工操作时，变频鼓风机调节频繁又影响系统的稳定性和控制精度。由此可见，采用经典控制理论的PID调节无法满足焦炉集气管的压力系统稳定的技术要求。

        我们在其它焦化厂煤气鼓风机高压变频改造高度过程事实证明确实如此。根据焦炉生产过程中人工操作的突发性强、焦炉集气管压力瞬间波动幅值大的特别，根据现代控制理论，采用模糊控制软件系统，采用逻辑判断、去扰动，根据不同波形采用不同的控制参数进行瞬息万变判断、自组织、多参数响应的方法，根据集气管压力变化波形不断自动调整、较正控制参数，达到敏感性和稳定性的统一。优化焦炉生产工艺参数，确保集气管压力稳定的同时获得最佳节能效果。

方案特点

        本技术方案可完全满足“风机参数及控制要求”及“变频改造要求”内容。

在分析控制对象的基础上提出了一种自判断、自组织、多参数的自寻优控制方法：根据集气管压力变化波形、工控机不断自动调整、校正控制参数，达到敏感性和稳定性的统一。优化焦炉生产工艺参数，确保焦气管压力稳定的同时获得最佳节能效果。

        设计专用二维模糊控制器对焦炉集气管的压力系统进行自动控制，以达到技术要求。

        当变频器需要快速反应时，采用双频制动技术，使系统可以既获得良好的动态性能，又不致于在大惯性负载应用场合出现减速过电压故障停机。

数据采集配置灵活

简单易用的组态手段和工具

具有丰富、实用、友好的实时监控界面

模块安装方便、维护简单

卡件可配电输出

信号点点隔离

系统配置灵活，可在线修改组态

集气管压力二维模糊控制软件

系统功能

监视系统的模拟量和数字量

显示工艺流程画面

建立趋势画面并获得趋势信息

显示并确认报警

显示操作指示

自动和手动控制方式的选择及调整过程设定值和偏置

焦炉集气管压力模糊控制

管理各类报表及打印

可在线、离线进行参数设定、检查与修改，并完成控制功能

操作监视

现场测控

打印输出

超限报警全部超出正常值的检测点具有报警功能，可以实现音响报警