前言
与莱钢4#高炉配套，热电厂引进了唐钢的一台AV56-13二手风机。自动化部承担了该风机的三电一体化设计。该设计主要包括仪控设计、计算机控制系统设计、电控设计三个部分。考虑到了设备的先进性和通用性，我们选用了ABB的AC800F控制系统。在吸收了热电厂原有风机设计优势的同时，不仅避免了前两台风机在设计上出现的不足，而且还对静叶控制系统，轴系检测系统，电调系统等关键部分进行了优化，完善了控制程序，优化了风机控制画面，建立了友好的用户界面，提高了风机的控制水平和控制精度。下面将从仪控设计、计算机控制系统设计、电控设计三个方面详细论述。
2 仪控设计
由于风机控制要求比较严格，因此根据5#风机的技术要求，在仪控设备选型上进行了严格的论证。主要设计内容包括：
2.1 现场检测元件
为保证风机的安全稳定运行，所有的现场变送器采用霍尼韦尔ST900系列产品。所有停机信号都采用数字开关量，采用压力开关为上海远东的压力/微差压开关。模拟量只参与程序和画面显示，不做停机信号，提高了控制精度。
2.2 静叶控制系统
静叶控制是风机控制的关键部分，该系统的控制的精确度、稳定性直接关系到风压、风量的变化，影响高炉的工况。因此性能优良的静叶控制设备是风机正常运行的前提保证。在对多家设备进行对比后，我们选择了由北航634所的BGCD-6121B型伺服控制器、美国PARK公司BD15电液伺服阀、FISHER公司4211位置变送器构成的闭环控制回路，该套设备采用标准输入信号，设备通用性好；位置反馈由原来的直行程变成现在的角行程，精度和稳定性更高，故障率很低。伺服控制器采用美国MOOG公司的核心技术，专用于轴流风机静叶角度控制，可靠性高，应用方便。该套控制设备目前在首钢、武钢等大型钢厂都有着广泛的应用，并且普遍反映控制效果比较理想，通过我们这段时间的实际应用，控制效果非常理想。
2.3 防喘设备
防喘阀采用了分体气动式FISHER阀，解决了防喘阀安装位置振动大，温度高的问题，改变了液动防喘阀控制不稳定的现状。
2.4取消二次仪表控制。所有控制信号直接进入微机控制，方便准确。
3 计算机控制系统设计
采用计算机控制，极大的提高了生产效率，通过远程控制，节约生产时间，加快了生产节奏。5#风机采用了ABB公司Z新的全能综合型开放控制系统AC800F，该系统融合DCS和PLC优点于一体，并支持多国际现场总线标准具有高度的灵活性和极好的扩展性。该控制系统的核心技术为FCS控制技术。FCS实质是一种开放的、具可互操作性的、彻底分散的分布式控制系统，具有极大的优越性。
3.1硬件结构
5#风机的网络结构图如下图所示：
系统配置了两套控制器，平时正常运行时，一套处于运行状态，另一套处于热备状态，一旦主控制器故障，则备用控制器能立刻投入运行，丝毫不影响系统的正常运行；也为每套控制器配置了两套现场总线网络，均处于工作状态，一旦其中的一条网络出现故障，则另一条网络仍然能保证系统运行，丝毫不影响系统的正常运行，这样就提高了整个系统的可靠性。
控制器是该系统的部分，包括电源模块、与上位通讯的网卡、实现控制器冗余的网卡、与I/O通讯的网卡四部分。两台冗余的控制器通过以太网与两台上位机进行通讯，实现现场设备的监控、报警、报表打印、历史趋势查看等功能。冗余的控制器通过连接模块形成冗余的PROFIBUS网络，通过与I/O模板的数据交换，实现现场数据的采集和处理。
3.2 实现功能
通过DCS的控制，可以实现以下仪表控制功能和电气控制功能：
3.2.1仪表控制功能
3.2.1.1冷凝器液位自动调节
通过调节疏水阀和回水阀来控制冷凝器液位，用一个PID回路控制两个阀门，PID的输出直接控制回水阀，PID的输出经取反后控制疏水阀，控制框图见图二：
其中：
SP ---- 根据风机喉部差压及风机进气温度来计算
PV----风机排气压力
当SP－PV＜2，则系统就会发工况偏高报警，提醒操作人员注意。
当PV－SP＞2，则系统就会发喘振预报，提醒操作人员注意。
3.2.2电气控制。
主要控制设备有防喘阀、电动放风阀、冷凝液泵（2台）、润滑油泵（2台）、动力油泵（2台）、盘车油泵、盘车电磁阀、逆止阀、主电磁阀、动力油电加热器、润滑油电加热器等。
可以实现风机启动联锁控制、安全运行控制、逆流保护和判断、联锁停机、防喘阀故障判断等功能，还可以实现对设备的自动启停、故障报警以及紧急停机等功能。
以逆流保护和判断为例，对控制功能进行简要说明：
当风机发生逆流时，风机喉部差压信号会迅速减小，因此喉部差压信号是反映风机是否发生逆流的Z敏感的信号，因此喉差信号的稳定性和安全性比较关键，以往的设计是，参与逆流判断的喉差信号为差压变送器，而且只有1台，这样，一旦此变送器出现故障，就会引起系统误判断，使得风机在正常运行时，会误转入逆流控制方式，防喘阀完全打开，对高炉造成一定的经济损失.
为了防止这种情况出现，我们设计首先在逆流设定值之下10%设置报警值， 提醒操作人员注意；然后对逆流判断采用了三个喉差开关三选二的方式，控制测策略为若机组正常运行过程中，检测到三个喉部压差开关中有两个同时低于报警设定值，则说明发生了逆流，机组立即转入逆流保护， 若只有一个喉差开关检测到低于设定值，则系统正常运行，操作人员可对出现问题的信号进行适当的检查，看是由于什么原因造成信号偏高，既保护了机组又防止了误停机的发生。原理图如图四所示:
3.3技术创新点
1）应用了FCS控制技术，将该控制技术完全融合在系统控制过程中。
2）应用了多重冗余技术，不仅包括通常意义的控制器冗余，还包括网络冗余、电源冗余，极大的提高了控制系统的可靠稳定性。
3）机组安全运行、逆流保护实现了闭环控制，既保护了机组又使机组稳定安全运行。
4）对于重要联锁采取了冗余技术，如逆流判断采用了三取二的控制方法，既可以使机组安全运行，又能有效防止了误停机的发生。
5）应用追寻记忆，实现了设备状态的动态跟踪。
4电控设计
电控部分的主要设计内容包括主控室电控盘设计、低压配电盘设计、机旁操作箱设计等几个部分。主要控制设备有冷凝液泵（2台）、润滑油泵（2台）、动力油泵（2台）、盘车油泵、电动送风阀电机、电动主汽门等。其控制特点如下：
4.1所有泵类都在电气控制盘设计了自动、手动、闭锁转换开关，在手动位置，可通过电气控制盘和本地操作箱上的启动、停止按钮启动/停止现场设备；在闭锁位置，所控设备处于停止状态；在自动位置，由计算机系统控制现场设备，所有电气控制盘和本地操作箱上的启动/停止按钮均不起作用；选择开关的自动位进计算机系统；电气控制盘和本地操作箱上的指示灯指示目前设备的状态。
4.2为了保证电源系统的稳定可靠，设计了电源自动切换柜，来自低配室的两路电源都进入电源自动切换柜，正常时一路供电，另一路备用，一旦主供电电源出现故障可自动切换到备用供电线路，保证电源系统的正常供应。
4.3对于盘车操作采用了既可在计算机系统中进行操作，又可以在开机盘上进行操作的方式，避免在计算机系统出现问题的时候无法盘车的情况。
4.4由于电气元件的问题，在系统调试过程中，发现当设备控制由自动转换到手动后，无法用手动按钮停止设备，造成在紧急情况下，无法在现场立即停止设备，针对这个问题，我们在程序中采用了电气延时技术，保证在切换到手动后，控制系统输出的信号保持一定的时间，保证电气设备无扰切换，提高了系统的可操作性。
5结束语
该项目投入应用后，在风机方面，保证风机稳定运行，提高了风机的控制精度，降低了故障休风率；在高炉方面，满足了高炉对风量、风压的需求，提高了高炉的利用系数，相应提高了莱钢的核心竞争力。
