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摘要：文章介绍了串级控制通过RSLogix5000系列PLC在转炉烟气干法除尘控制系统中蒸发冷却器的供水调节的具体应用，对串级控制所需要的条件、参数及几个关键工艺控制点的软件解决方案进行了简单的说明。
关键词：串级 干法除尘 PLC
前言
新疆八钢南疆钢铁拜城有限公司炼钢厂目前有2座120吨转炉， 1#、2#转炉烟气净化采用LT干法除尘方式。整个LT系统主要由烟气冷却系统、净化系统、煤气回收和放散系统组成。控制系统采用了美国AB Control Logix 1756系列的可编程控制器，用工业以太网与上位机系统进行连接以实时监控，控制器配备Control Net模块，EtherNet模块与转炉本体自动化系统进行联网通信，对蒸发冷却器、电除尘器、ID风机、煤气回收杯阀、放散杯阀等设备实现过程检测、监视、调节和控制。
1 工艺控制过程简述
转炉炼钢尾气经过烟道冷却后，温度在800-1000℃进入蒸发冷却器（EVC），根据烟气温度和烟气流量精确控制供水流量，用转炉回收蒸汽将水完全雾化后冷却烟气，约有30%左右的粗灰尘沉降，通过粗输灰系统，用链式输灰机、双翻板阀等装置送至粗灰仓；冷却后的烟气再进入电除尘器，电除尘器共有四个电场，采用高压直流脉冲电源，根据转炉冶炼步骤的不同运行在不同阶段以控制电压，收集剩余的细粉尘，使经过电除尘器后的烟气含尘量在10mg/Nm3以下。同时，剩余的70%细灰尘通过细输灰系统，用底部刮板输灰机、双翻板阀、集合链式输灰机、斗提机装置送至灰仓；为适应转炉生产各个阶段烟气变化，ID风机为变频调速，实现流量调节，并根据气体分析仪检测的CO和O2浓度来控制切换站，将煤气送至放散塔或煤气柜，实现放散或回收的正常切换。系统HMI如图1所示：
2 串级控制的原理
串级控制是一种复杂控制系统，它根据系统结构命名，是由两个或以上的控制器（主环、副环、次副环……）串联组成，一个控制器的输出作为另一个控制器的设定值，每一个回路中都有一个属于自己的调节器和控制对象。主回路中的调节器称为主调节器，作为系统的主被控变量，又称主对象；副回路中的调节器称副调节器，控制对象为副被控变量，又称副对象，它的输出是一个辅助的控制变量。串级控制的PID结构图如下图2所示：
从图2中可以清楚的看到主、副调节器之间的关系，副调节器的输出经过运算做了主调节器的给定，串级控制实现。如果将副对象置0，PID2将不参与PID1的给定运算，将串级控制改为单PID调节，增加了控制系统的灵活性。
3 串级控制在EVC喷蒸汽的应用
我厂的蒸发冷却器EVC采用双介质喷嘴进行冷却。喷淋水总管流量调节阀是气开式调节阀，得电得气打开，失电关闭，当EVC出口烟气温度高于150℃，同时氧气切断阀处于打开状态和双介质喷嘴蒸汽切断阀在开到位情况下，喷淋水总管切断阀自动打开。EVC出口烟气温度低于200℃，双介质喷嘴蒸汽切断阀关闭喷淋水总管流量切断阀关闭。
蒸发冷却器（EVC）的喷蒸汽控制系统中一共用到两个PID控制器，一个是以蒸发冷却器出口温度为被控对象的温度控制器PID2，另一个是通过设定温度值用公式计算出的水流量值与经温度控制器转换出的水流量值为核心的流量控制器PID1。
当转炉经过兑铁、加料后，氧枪到达开氧点点火的同时给干法除尘发送吹氧信号，干法除尘收到信号后，蒸汽阀打开，蒸发冷却器入口温度上升达到预定温度（给定值）时，供水阀打开，环形双介质喷嘴同时喷出蒸汽和水，水被雾化，必须完全冷却烟道气，才能达到降温、除尘的目的。所需要的喷蒸汽量由蒸发冷却器出、入口温度，干烟气量，烟气比热容，水的蒸发热来决定的。
由式中可以看出，当EVC出口温度设定值确定时，其它参数都可以从各类仪表测量得到或者查表可以得到，因此通过干烟气量和烟气温降计算出来的喷蒸汽量作为流量控制器的设定值，与实际喷蒸汽量作为流量控制器的反馈值进行PID调节控制，通过调节阀，来实现自动调节喷蒸汽流量；同时，考虑到EVC出口温度设定值与反馈值之间的偏差等因素，为了增加系统的动态响应特性，针对蒸发冷却器出口温度设定一个温度控制器，其输出信号将影响流量控制器的设定值，对流量控制器起到前馈控制的作用，使蒸发冷却器的出口温度控制在设定温度范围内。见图3。
串级控制系统输出后，经过D/A转化，输出4—20mA信号控制调节阀的执行机构，控制喷供水流量，这样就完成了对喷水的串级控制。
4 结束语
八钢南疆钢铁公司炼钢厂1#、2#转炉投入使用后，EVC控制喷蒸汽量工作运行可靠，温度控制比较稳定，两套LT干法除尘器在煤气回收和粉尘排放均达到了设计要求，自控系统运行高效稳定，控制精确。
转炉烟气干法除尘系统以其除尘效率高、综合运行费用低、粉尘回收利用率高、煤气热值高、回收率高等优势，必将有更大的发展。■
参考文献
1.王万森.人工智能原理及其应用.电子工业出版社.2004.
2.张庆林.电除尘的主要控制因素.黑龙江造纸.1998.
3.张殿印.除尘器手册.化学工业出版社.2004.
4.梁广.炼钢转炉煤气干法净化回收与利用技术.冶金环境保护.2007.
关键词：串级 干法除尘 PLC
前言
新疆八钢南疆钢铁拜城有限公司炼钢厂目前有2座120吨转炉， 1#、2#转炉烟气净化采用LT干法除尘方式。整个LT系统主要由烟气冷却系统、净化系统、煤气回收和放散系统组成。控制系统采用了美国AB Control Logix 1756系列的可编程控制器，用工业以太网与上位机系统进行连接以实时监控，控制器配备Control Net模块，EtherNet模块与转炉本体自动化系统进行联网通信，对蒸发冷却器、电除尘器、ID风机、煤气回收杯阀、放散杯阀等设备实现过程检测、监视、调节和控制。
1 工艺控制过程简述
转炉炼钢尾气经过烟道冷却后，温度在800-1000℃进入蒸发冷却器（EVC），根据烟气温度和烟气流量精确控制供水流量，用转炉回收蒸汽将水完全雾化后冷却烟气，约有30%左右的粗灰尘沉降，通过粗输灰系统，用链式输灰机、双翻板阀等装置送至粗灰仓；冷却后的烟气再进入电除尘器，电除尘器共有四个电场，采用高压直流脉冲电源，根据转炉冶炼步骤的不同运行在不同阶段以控制电压，收集剩余的细粉尘，使经过电除尘器后的烟气含尘量在10mg/Nm3以下。同时，剩余的70%细灰尘通过细输灰系统，用底部刮板输灰机、双翻板阀、集合链式输灰机、斗提机装置送至灰仓；为适应转炉生产各个阶段烟气变化，ID风机为变频调速，实现流量调节，并根据气体分析仪检测的CO和O2浓度来控制切换站，将煤气送至放散塔或煤气柜，实现放散或回收的正常切换。系统HMI如图1所示：
2 串级控制的原理
串级控制是一种复杂控制系统，它根据系统结构命名，是由两个或以上的控制器（主环、副环、次副环……）串联组成，一个控制器的输出作为另一个控制器的设定值，每一个回路中都有一个属于自己的调节器和控制对象。主回路中的调节器称为主调节器，作为系统的主被控变量，又称主对象；副回路中的调节器称副调节器，控制对象为副被控变量，又称副对象，它的输出是一个辅助的控制变量。串级控制的PID结构图如下图2所示：
从图2中可以清楚的看到主、副调节器之间的关系，副调节器的输出经过运算做了主调节器的给定，串级控制实现。如果将副对象置0，PID2将不参与PID1的给定运算，将串级控制改为单PID调节，增加了控制系统的灵活性。
3 串级控制在EVC喷蒸汽的应用
我厂的蒸发冷却器EVC采用双介质喷嘴进行冷却。喷淋水总管流量调节阀是气开式调节阀，得电得气打开，失电关闭，当EVC出口烟气温度高于150℃，同时氧气切断阀处于打开状态和双介质喷嘴蒸汽切断阀在开到位情况下，喷淋水总管切断阀自动打开。EVC出口烟气温度低于200℃，双介质喷嘴蒸汽切断阀关闭喷淋水总管流量切断阀关闭。
蒸发冷却器（EVC）的喷蒸汽控制系统中一共用到两个PID控制器，一个是以蒸发冷却器出口温度为被控对象的温度控制器PID2，另一个是通过设定温度值用公式计算出的水流量值与经温度控制器转换出的水流量值为核心的流量控制器PID1。
当转炉经过兑铁、加料后，氧枪到达开氧点点火的同时给干法除尘发送吹氧信号，干法除尘收到信号后，蒸汽阀打开，蒸发冷却器入口温度上升达到预定温度（给定值）时，供水阀打开，环形双介质喷嘴同时喷出蒸汽和水，水被雾化，必须完全冷却烟道气，才能达到降温、除尘的目的。所需要的喷蒸汽量由蒸发冷却器出、入口温度，干烟气量，烟气比热容，水的蒸发热来决定的。
由式中可以看出，当EVC出口温度设定值确定时，其它参数都可以从各类仪表测量得到或者查表可以得到，因此通过干烟气量和烟气温降计算出来的喷蒸汽量作为流量控制器的设定值，与实际喷蒸汽量作为流量控制器的反馈值进行PID调节控制，通过调节阀，来实现自动调节喷蒸汽流量；同时，考虑到EVC出口温度设定值与反馈值之间的偏差等因素，为了增加系统的动态响应特性，针对蒸发冷却器出口温度设定一个温度控制器，其输出信号将影响流量控制器的设定值，对流量控制器起到前馈控制的作用，使蒸发冷却器的出口温度控制在设定温度范围内。见图3。
串级控制系统输出后，经过D/A转化，输出4—20mA信号控制调节阀的执行机构，控制喷供水流量，这样就完成了对喷水的串级控制。
4 结束语
八钢南疆钢铁公司炼钢厂1#、2#转炉投入使用后，EVC控制喷蒸汽量工作运行可靠，温度控制比较稳定，两套LT干法除尘器在煤气回收和粉尘排放均达到了设计要求，自控系统运行高效稳定，控制精确。
转炉烟气干法除尘系统以其除尘效率高、综合运行费用低、粉尘回收利用率高、煤气热值高、回收率高等优势，必将有更大的发展。■
参考文献
1.王万森.人工智能原理及其应用.电子工业出版社.2004.
2.张庆林.电除尘的主要控制因素.黑龙江造纸.1998.
3.张殿印.除尘器手册.化学工业出版社.2004.
4.梁广.炼钢转炉煤气干法净化回收与利用技术.冶金环境保护.2007.