空压机是钢铁企业冶炼生铁工艺流程中极其重要的设备，为高炉提供压缩空气的动力设备， 空压机的工作状态不但决定着工艺质量， 同时也对高炉的安全生产起着至关重要的作用。较离心式空压机， 轴流空压机具有效率高、流量大、工况范围宽、安全可靠等优点， 被大量应用于大、中型高炉， 而空压机机组能否充分发挥应有效率， 控制程序完善与否是决定性的因素。

　　湘钢 1空压机为日本三菱公司生产的静叶可调式轴流空压机， 其静叶及两个防喘振阀由阿斯卡尼亚液动装置驱动。此机组原控制系统为三菱公司 PLC 系统， 由于其年代久远， 自动化程度低， 故障率高， 可维护性差， 已严重影响到机组的安全运行和装置的平稳生产， 厂方决定对其进行改造。文中介绍采用先进的国产 DCS系统 - HOLL iASMACS- S系统实现对湘钢 1空压机组控制系统的改造。

　　
　　1 轴流缩机控制系统的设计

　　1 1 控制系统构成

　　控制系统采用第四代 DCS系统 HOLL iAS- MACS系统， 系统硬件为 SM 系列， 软件为 MACSV系列。该系统由主控制器（ SM203）、扩展 I/O机架、防喘振控制器 （ YS- 80）、继电快速保护回路、工业以太网交换机、操作员站、工程师站、TSI监测仪表、硬操按钮 /开关组成。为了保证空压机的稳定运行和高炉的安全生产， 控制系统采用冗余配置。

　　1 2 控制系统功能实现

　　轴流空压机的控制比较复杂， 其控制难点主要包括： 定风量 /定风压调节系统控制、防喘振控制、连锁控制等。

　　1 2 1 定风量 /定风压调节系统控制

　　在高炉炼铁中， 高炉正常生产需要空压机为高炉提供稳定的工艺特性， 即空压机需定风量 /定风压运行。但在实际生产中存在着很多干扰因素， 造成了风量和风压的波动， 因此需专门设置定风量 /定风压调节系统对某个特定的风量或压力进行操作。其调节手段是采用控制静叶开度和改变转速相结合的方式。定风量 /定风压调节系统可以通过自动或手动操作方式进行切换。手 /自动切换时， 由 DCS 输出信号驱动伺服阀控制静叶。

　　静叶作为空压机定风量 /定压力操作的动作执行器， 可以采用串级调节。串级控制系统的内环是静叶定位调节， 由静叶伺服控制器、电液伺服阀、静叶位置变送器组成； 外环为流量 /压力传感器、流量 /压力控制器组成。当内环切换到串级状态时， 由流量 /压力控制器对比实际参数给定静叶角度设定值。静叶伺服控制器对设定值和位置反馈进行对比， 输出控制信号， 作用于电液伺服阀， 驱动静叶伺服油缸动作， 以到达设定位置。

　　1 2 2 防喘振控制

　　喘振是空压机特有的不正常运行工况， 防喘振控制是空压机控制的核心。该机组中， 通过 YS80 判断喘振。防喘振控制系统是通过对防喘阀开度的调节来完成的， 其原理为： 当空压机接近喘振工况， 即出口压力接近空压机喘振压力时， 防喘振控制系统便及时将管线上的防喘振阀打开某个角度， 从而使空压机出口压力降低， 进而改变空压机的运行工况。这样就避免了空压机进入喘振工况区。

　　轴流空压机的运行工况分 3个区域： 喘振区域、安全区域和阻塞区域。喘振线将喘振区域与安全运行区域分开， 防喘振控制的目的就是防止空压机进入喘振区域运行。通常喘振线是利用现场实测的空压机不同喘振点所绘制出的喘振折线。在实际设计中考虑到为防喘振控制留下足够的安全裕度而增加其安全和可靠性， 下移 5% 作为放风线； 为了再次增加可靠性， 将喘振曲线平行下移 10% 作为防喘振的报警线。具体来说， 当排气压力超过报警线时， 系统发出报警信号，操作人员可以进行手动调节； 当排气压力值超过放风值时， 防喘振调节系统可自动控制， 放风阀按一定的角度打开， 使工况点回到放风线以下运行， 若工况继续恶化， 放风阀失电全部打开。

　　系统检测空压机入口喉部差压 p， 经采集后进行补偿计算得 p X， 再将补偿后的信号带入折线函数 p= f （ p X）， 经过预先标定的防喘振折线计算， 得出当前工况下的调节压力设定值SV1.设定值与当前排气压力 PV2在调节功能块中进行比较计算， 输出调节值作用于防喘调节阀， 形成完整的闭环控制回路。

　　若 SV1> PV2， 调节器输出 0% 使 1放空阀全关。

　　若 SV1< PV2， 调节器输出 > 0% 使 1 防喘阀开至某一开度。

　　1 2 3 连锁控制

　　空压机组连锁控制主要包括： 启动连锁与停车连锁。启动联锁是对机组开机前的保护， 只有在所有条件得到满足之后， 才允许开机。其联锁条件是： 主放风阀全开、副放风阀全开、透平主蒸汽阀全关、轴承油压 > 0 08 MPa、控制油压 > 0 75 MPa、排汽压力 < - 0 075 MPa、静叶控制在自动控制位、静叶控制方式在启动模式、主放风阀控制在自动控制位、静叶反馈在 - 1 1 、H IC - 101输出 > 90% 、转速 < 300 r/m in. 当启动联锁完成后， 进入待启动状态。操作员根据汽轮机的升速曲线 进行机组升速， 机组达到额定转速后， 按自动操作按钮将原控制程序中的流量调节和防喘振控制闭锁解除， 并进行机组加载， 直至满足工艺生产要求。停机联锁是最后采取的一项保护措施。其条件是： 轴承油压过低、推力轴承损坏、动力油压力过低、持续逆流发生， 其中任一条件得到满足， 则联锁停机。
    2 轴流空压机组工艺流程

　　湘钢 1轴流机组装置是由拖动式汽轮机 + 轴流空压机组成。空气经过空气过滤器进入轴流空压机， 轴流空压机在汽轮机驱动下旋转做功， 产生高压、大流量的压缩空气， 再送入高炉。

　　湘钢 1轴流空压机经过了近半年的稳定运行， 得到了用户的肯定。作为国产 DCS控制系统第一次应用于进口空压机的改造， 在克服了资料短缺、工期紧张、施工难度大等一系列困 机组轴系状态监测画面难， 在用户的大力支持下成功地完成了此次工程。HOLL iAS- MACS控制系统自投运以来， 整个系统运行稳定可靠， 对突发事件反应灵敏， 调节的精确性和控制的准确性确保了高炉送风的稳定， 实现了预期高可靠性的目标， 为安全生产、稳定向高炉送风起到了很好的作用， 使高炉产量得到显著的提高。同时也证明了控制系统设计合理、可行， 且安全可靠、运行平稳、操作方便灵活的特点。