工作过程管理.docx

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工作过程管理

工作过程管理

——技术创新篇

银山钢区车间动力站

2014年11月8日

煤气柜倾斜仪的开发与应用

一、过程的识别

30万立方米高炉煤气柜倾斜仪自投入使用已有多年，开始出现运行不稳定状况，倾斜仪是煤气柜中非常重要的仪表设备，关系到煤气柜的安全运行，由于此仪表设备价格较高，备品备件需要特批，为节省备品备件费用，班组决定组织技术骨干进行此仪表的攻关，最终开发出替代品。

二、过程要求的确定

要求开发人员彻底掌握倾斜仪的测量原理，研究出倾斜度及倾斜方位的计算公式，要求替代产品测量精度不低于原有倾斜仪，同时稳定性高，价格控制在原有倾斜仪的十分一。

三、过程的设计

测量原理：

倾斜仪是在活塞上部东西南北四个方向分别安装四个测量罐，活塞中间安装两个差压变送器，通过导压管将南北向测量罐与一台差压变送器相连，东西向测量罐与另一台差压变送器相连，注入变压器油（变压器油不挥发，粘稠度低且流通性好），差压变送器电流信号经配电器引入信号转换器，利用液面高度差产生的压力差，进行计算得出活塞南北向及东西向的倾斜度，信号转换器根据设计好的公式编程计算活塞的倾斜度及倾斜方位，再转换输出到数显表及主控PLC，用于报警及连锁控制。

计算公式：

利用数学几何原理，最终求解得出倾斜度和倾斜方位的计算公式为：

………………………………………………..………..

（1），

…………………………………………………...

（2），

当Hew>0及Hsn>0时

………………………………………………………………...……...（3），

当Hew<0及Hsn>0时

……………………………………………………………….....（4），

当Hew<0及Hsn<0时

……………………………………………………………….....（5），

当Hew>0及Hsn<0时

……………………………………………………………….....（6），

当Hew=0且Hsn>0时C=90，当Hew<0且Hsn=0时C=180，当Hew=0且Hsn<0时C=270，当Hew≥0且Hsn=0时C=0。

其中H为活塞倾斜度、C为倾斜方位、Hew为东西向高度差值（东向高为正、西向高为负）、Hsn为南北向高度差（南向高为正、北向高为负）。

替代产品设计：

更换原有现场仪表设备（两台差压变送器），将差压信号经一入两出配电器分别引入PLC和原有倾斜仪二次转换仪表，设计并编写倾斜度及倾斜方位计算公式，利用PLC程序算出煤气柜活塞倾斜度及倾斜方位，用于煤气柜运行报警及连锁控制。

原有倾斜仪二次转换仪表数据作为参考数据。

四、过程的实施

主要包括：

1、将原有两个配电器换成两个一入两出配电器，每个配电器的一路信号直接进PLC，别一路信号进原有信号转换器；2、根据公式编写PLC程序，计算倾斜度和倾斜方位，在上位机上采集数据并记录；3、对现场检测测量部分进行检测校验，确保一次仪表的准确性。

PLC计算出的数据、倾斜仪信号转换器输出的数据、现场测量的数据三个数值进行对比，验证PLC计算数据的准确性。

图1、改造后的倾斜仪电信号示意图

五、过程的改进

研发小组对30万立方米高炉煤气柜倾斜仪进行改造。

改造前，倾斜仪测量数据经常跳变到最大值，维持一段时间后，自动恢复正常，改造后原有倾斜仪数据作为参考数据，新的倾斜度及倾斜方位测量数据准确，运行稳定，直接参与联锁控制，运行数月未出现问题

此次改造后，煤气柜不用再购买倾斜仪，一次节约了设备维护成本17万多元，且为煤气柜的安全稳定运行提供了有力的数据保障，创造了很大的经济效益。

此项目已申报专利，可作为一个产品进行推广，应用于其它煤气柜，每使用一台可创效10余万元。

此项申报并取得了实用新型专利，名称为《活塞式煤气柜倾斜仪》

煤气柜柜容仪的开发与应用

一、过程的识别

30万立方米高炉煤气柜柜容仪自投入使用已有多年，开始出现运行不稳定状况，柜容仪是煤气柜中非常重要的仪表设备，关系到煤气柜的安全运行，由于此仪表设备价格较高，备品备件需要特批，为节省备品备件费用，班组决定组织技术骨干进行此仪表的攻关，最终开发出替代品。

二、过程要求的确定

要求开发人员彻底掌握柜容仪的测量原理，研究出柜容及活塞运行速度的计算公式，要求替代产品测量精度不低于原有柜容仪，同时稳定性高，价格控制在原有柜容仪的十分一。

三、过程的设计

柜容仪测量原理：

钢丝绳一端连接到煤气柜活塞上，另一端缠绕到柜容指示盘的钢丝绳收绳盘上，将编码器的轴与钢丝绳收绳盘的轴相连，这样活塞上下运行过程中，钢丝绳收绳盘跟着转动，编码器检测收绳盘转动的位置及速度。

柜容仪二次表接收编码器信号，计算煤气柜柜容和活塞运行速度。

将现场编码器更换为Profibus-DP总线编码器，设计一套西门子Ｓ７-300ＰＬＣ用于连接编码器，读取编码器数据，设计并编写ＰＬＣ程序计算出煤气柜柜容及活塞运行速度，柜容及活塞运行速度通过ＡＯ模板输出4～20mA电流到煤气柜主控ＰＬＣ，用于报警及连锁控制。

原有柜容仪二次仪表停用。

四、过程的实施

PLC的选型要求西门子S7-300系列PLC，具有Profibus-DP通讯主站功能，输入输出功能要求具有4个4～20mA模拟量输出通道、6个数字量（继电器）输出通道。

编码器选择多圈绝对值Profibus-DP总线型，电源为24V直流供电，一圈码值为4096，且为本质安全型。

根据下图安装连接编码器，信号经过Profibus-DP通讯电缆传到PLC的DP总线通讯端口上，编写PLC计算程序，将编码器信号转换成活塞高度及运行速度，经过模拟量输出通道输出到中控PLC（或DCS）系统及数显表，供中控PLC编程使用。

活塞高度的计算公式为：

……………………………………………………………1

活塞运行速度的计算公式为：

…………………………………………………………………2

其中

为活塞高度、

为编码器当前码值、

为活塞在最低位时的码值、

为编码器转一圈的码值变化量、

为钢丝绳绕卷扬机一圈的长度（单位米）、

为活塞在最低位时的高度（单位米）、

为活塞运行速度（单位米/分）、

为编码器码值变化速度（单位为每秒）。

煤气柜活塞运行速度一般要以米/分为单位，所以活塞运行速度计算公式中要乘以60。

图1：

编码器安装简图

电源模块

CPU模块

DP模块

AO模块

1

DO模块

3

至中控PLC系统

2

图2：

信号传输简图

五、过程的改进

原有柜容仪运行不稳定，柜容指示值有时会发生大的跳变，由于编码器故障导致煤气柜活塞运行速度测量不准确，经常跳到量程最大值。

新开发的柜容仪应用后，柜容值及活塞速度测量准确，运行稳定，功能强大，操作维修方便，为煤气柜安全运行提供了可靠的数据依靠，同时开发及维护成本远远低于市场上其它的柜容仪，作为一个产品，可广泛应用于其它煤气柜的柜容及活塞速度测量。

此次改造一次性节约设备成本13万元。

此项申报了专利，专利名称《活塞式煤气柜的柜容仪》

锅炉汽包水位自动控制的开发与应用

一、过程的识别

此前能源动力厂型钢热电区1~4#锅炉汽包水位全部为手动控制，汽包水位测量精度低，误差大，手动控制方式水位波动大，

二、过程要求的确定

提高汽包水位测量精度，减少测量误差，开发汽包水位自动控制功能，实现汽包水位的自动控制，降低汽包水位波动大小，使锅炉工况更加稳定。

三、过程的设计

汽包水位控制系统设计方案

现场安装三个汽包水位计，水位计算引入压力补偿，使得测量更加准确，实现锅炉汽包水位全过程测量。

参与调节的汽包水位的选取由操作员从画面选取水位测量值，画面上能直观地显示所选取的水位计，程序将所选取的水位的平均值作为水位调节的测量值并参与连锁报警，当选取的水位计中有一个出现异常，偏离平均值过大（±50mm），程序自动将此水位剔除，异常水位处理好后，可以从画面再次选上，参与水位平均值计算。

水位选取最少为两个，当剩余两个水位的偏差较大时，水位调节退出自动，同时系统发出报警提示操作人员，汽包水位由操作员手动调节。

汽包水位控制采取三冲量控制（串级前馈控制系统），主环调节水位，副环调节给水流量，控制的核心思想是汽水平衡，即主蒸汽量=主给水量+锅炉排污流量，三冲量控制能有效消除因汽机负荷变化时引起的锅炉汽包虚假水位变化对控制的影响。

四、过程的实施

下面结合附图详细对本控制技术进一步说明。

汽包水位智能测量技术：

水位计仍延用平衡容器水位计，锅炉汽包安装四台平衡容器水位计（如附图1），水位计数值选取由操作员从画面选取不少三个水位计测量值，画面上能直观地显示所选取的水位计，程序将所选取的水位计的平均值作为水位调节的测量值并参与连锁报警，当选取的水位计中有异常水位时（数值偏离平均值过大，如±30mm），程序逐级判断异常水位，先判断偏差最大的水位，程序将此水位认为是异常水位，并自动将此水位剔除，不参与平均值计算，防止异常水位影响水位自动控制，剩余选取的水位程序继续判断有无异常水位，如有异常水位再次剔除。

在正常生产过程中维护人员对异常水位进行维修处理，异常水位处理好后，可以从画面再次选上，参与水位平均值计算。

水位选取最少为两个，当剩余两个水位的偏差较大时，程序认为水位测量故障，水位控制退出自动，同时系统发出报警提示操作人员，汽包水位由操作员手动调节。

汽包水位汽水平衡原理控制技术：

将汽水平衡原理引入到汽包水位控制中，即主给水量=主蒸汽量+锅炉排污流量，同时锅炉排污流量采取虚拟测量技术，不仅能有效消除因汽机负荷变化时引起的锅炉汽包虚假水位变化对控制的影响，而且调节速度快，无过调现象。

由于锅炉汽包有连续排污和不定时排污，△F为锅炉排污流量，由于该流量难以测量，电厂锅炉中一般没有此测量仪表，采取虚拟测量技术计算△F，在排污量没有发生变化时，锅炉处于汽水平衡状态，PID1输出值≈0，排污发生变化时汽水平衡被打破，汽包水位就会发生变化，PID1输出值开始增减，对给水流量设定值进行一个补偿，从而恢复汽水平衡状态，水位偏差减小PID1输出值再次逐渐回到0。

PID1、PID2手自动切换时程序作无扰处理，并且设置一定的死区，死区设置不能太小，太小会使给水调节阀动作过于频繁，不利于给水调节阀的安全运行。

锅炉排污流量的虚拟测量技术：

锅炉排污流量采用虚拟测量技术进行计算，程序计算当前时间前5分钟内的主给水流量QF1和当前时间前5分钟内的主蒸汽流量QF2，△F=QF1－QF2，这样△F能够比较真实地反应出锅炉的排污流量，解决了上述汽包水位汽水平衡控制原理中的锅炉排污流量无法测量的难题。

故障保护程序：

1、水位测量故障：

选取的水位计逐一排除偏差较大者，当剩余两个水位计相差较大时，系统报水位测量故障，给水调节退出自动，由操作员手动调节。

2、给水调节阀故障：

当投入自动的调节阀阀位控制值与反馈值长时间偏差较大，系统报给水调节阀故障，给水流量与给水调节阀门开度成一定的曲线关系，当给水流量与阀门开度偏离此关系过大时，可能是给水流量测量故障，也可能是给水调节阀故障，在此将主蒸汽流量作为参考值，如果给水流量与主蒸汽流量偏差不大，则是给水调节阀故障，如果给水流量与主蒸汽量偏差较大，则给水流量测量出现故障。

给水调节阀报故障后，给水调节退出自动，操作员可手动将另一个工作正常的调节阀切换到自动调节状态。

故障调节阀处理好后，点击故障复位方可再次投入自动调节。

3、给水流量测量故障：

判断方法见第2条。

给水流量测量故障时，给水调节退出自动，操作员手动调节汽包水位，确保锅炉运行安全。

4、主蒸汽量故障：

当给水流量与主蒸汽量如果偏差过大，给水调节阀与给水流量还成线性关系时，如果此时水位正常，则主蒸汽流量测量故障，给水调节退出自动，由操作员手动调节水位，确保锅炉运行安全。

5、调节回路故障：

当水位测量、给水流量测量、蒸汽测量都正常，水位偏离设定值过大时，调节回路故障，给水调节退出自动，由操作员手动调节水位，确保锅炉运行安全。

隔离器

电源模板

CPU模板

通讯模板

A

I模板

AO模板

隔离器

控制信号

反馈信号

给水调节阀

配电器

+－－

汽包水位1

至AO模板

至AI模板

至AI模板

配电器

+－－

至AI模板

配电器

+－－

至AI模板

配电器

+－－

至AI模板

汽包水位2

汽包水位3

汽包水位4

上位机

五、过程的改进

能源动力厂型钢锅炉汽包水位自动控制技术改造实施后，锅炉汽包水位更加平稳，控制精度达到了±20mm。

执行器动作平缓，调整频率较低，有效地降低了调节阀及执行器的故障率，降低了维护成本。

汽包水位的稳定，使得锅炉工况更加稳定，有效地提高了锅炉热效率，降低了工人劳动强度。

申报并取得了发明型专利，名称为《一种汽包的水位控制方法》。

风机防喘阀定位器冷备系统设计与应用

一、过程的识别

防喘阀在高炉鼓风机系统中是重要的保安设备，防止因风机发生喘振而损坏，所以防喘阀必须能够可靠运行。

阀门定位器是防喘阀控制的关键设备，一旦定位器出现异常，风机将不能正常供风，对高炉造成很大的影响。

能源动力厂型钢热电区1~4#风机防喘阀都是FISHER气动防喘阀，更换新的定位器后，调试非常麻烦，一般需要2个小时以上，发生定位器故障后，如何能更快地恢复正常，成为我们要解决的重大问题，我们班组组织技术骨干进行探讨。

二、过程要求的确定

要求防喘阀定位器发生故障后，风机能够在半小时内恢复供风，且班组每个人都能处理定位器故障。

三、过程的设计

防喘阀定位器冷备系统是在原有定位器基础上再安装一台定位器，两台定位器气路通过球阀隔断，在检修期间安装并调试好两台定位器，正常生产时用一台定位器，另一台不接线，作为备用，当在用的定位器发生故障时，只需将信号线从在用的定位器上拆下接到备用定位器上，再将气路切换到备用定位器上，备用定位器就可以正常工作，上位机操作防喘阀动作正常后，即可恢复正常供风。

这样处理时间由原来的两个小时以上，缩短为半个小时以内，大大降低了故障处理时间。

图1分体式定位器安装管路配置示意图（气缸式）

图2原气缸式执行机构气动控制原理

图3气缸式执行机构气动控制原理改造实施图

四、过程的实施

1~4#风机检修期间，每台防喘阀在原有定位器基础上再安装一台阀门定位器，两台定位器气路通过球阀隔断，并调试好两台定位器，正常生产时用一台定位器，另一台不接线，作为备用，当在用的定位器发生故障时，只需将信号线从在用的定位器上拆下接到备用定位器上，再将气路切换到备用定位器上，备用定位器就可以正常工作，上位机操作防喘阀动作正常后，即可恢复正常供风。

这样处理时间由原来的两个小时以上，缩短为半个小时以内，大大降低了故障处理时间。

五、过程的改进

降低了防喘阀定位器故障处理时间，由原来的两个小时以上，缩短为半个小时以内，大大降低了故障停机时间。

1#TRT快切阀控制系统改造

一、过程的识别

二、过程要求的确定

三、过程的设计

四、过程的实施

五、过程的改进

4#AV100风机脱湿系统的优化改造

一、过程的识别

高炉鼓风脱湿器由制冷单元、高效换热器、除雾器及自动排水系统组成。

制冷单元制造出冷水经高效换热器降温，使相对湿度≤100%的空气进入脱湿器，在这里，空气放出的热量被冷水吸收，冷却到预先设定的饱和温度。

此时，由于温度的降低，空气中所含的水蒸气凝结成液滴，大部分液滴因重力作用而被析出汇集到排水系统排出脱湿器外。

另外一部分直径为5~20μm的液滴仍混在空气中，再通过除雾器去除这部分被携带的液滴（除雾效率98%以上），最后将处理完的空气经鼓风机吸入口负压作用吸入鼓风机中。

除雾器的设置有效的防止了小液滴混入空气中，从而有效的避免了脱湿器做虚功而使脱湿能力下降。

二、过程要求的确定

当室外空气湿度比较高时，为了避免含有水分的空气进入风机做虚功，通过脱湿器将空气中的水分除去，节省电机用电量，增加效率。

三、过程的设计

采用西门子300系列PLC，制冷机组采用欧姆龙公司的C200H系列PLC，制冷机组冷却水出水调节阀采用西门子200系列PLC，组成硬件自动化控制系统。

通过1#溴化锂机组、2#溴化锂机组、减温减压调节装置、冷却水出水调节阀4套系统对过程进行控制。

采用平级调节，蒸汽出口压力经过压力PID调节仪表调节阀门开度。

蒸汽温度经过温度PID调节阀仪表调节阀门开度调节。

当测量的压力低PID输出增加，压力高PID输出减少。

四、过程的实施

根据生产的需要，利用成套的溴化锂机组、和减温减压设备，采用串级通讯，将西门子系统与欧姆龙系统通讯方式，利用现场有效测点来实现脱湿器自动调节。

五、过程的改进

除湿系统正常工作后，供风介质发生物理变化，有效的增加了风机效率，大大缩短了用电量，使供电量每小时下降约1000度，大幅降低了生产成本。

风机开机自动实验系统的开发与应用

1、过程的识别

原有的风机实验方案只是简单的风机静叶、防喘阀的闭锁解除状态的扩展，仅操作实验下静叶和防喘阀。

而整套风机的实验项目其实包括:

润滑油泵切换、润滑油压力低停机、动力油泵切换、动力油压力低停机、盘车自启连锁、喘振逆流实验、安全运行、轴振轴位移停机实验等共十三项内容，其中九项需要人为程序强制，实验烦琐且需程序强制完后及时解除强制，不容有失误。

2、过程要求的确定

在无需硬件投资的情况下，设计一套自动实验方案和程序，由岗位人员一人通过操作计算机画面快速完成风机需做的十三项实验内容，取代原先三人共同配合耗时两个小时的工作，从根本上降低劳动强度，提高风机实验效率。

3、过程的设计

设计思路如下：

4、过程的实施

利用风机停机时间，在原有的风机运行程序中，加入实验旁路。

并配合现场设备运行，实现风机每项实验的仿真模拟。

并且自动实验状态严格加上进入的限制要求条件。

每一项实验内容均有分布的实验进入、退出按钮等。

并且加上了风机开机启动过程中强制退出实验状态等。

主要分为三组实验画面，分别是动力油系统实验、润滑油系统实验和其他实验。

其中其他实验又包含盘车系统、轴位移停机系统和喘振逆流系统等。

每项实验均作了“进入按钮”和“退出按钮”。

在未进入“自动实验状态”时，主要操作按钮均显示“未激活”状态。

通知“自动实验”会采用转速信号、速关油压信号和汽轮机排汽压力等做限制和强制复位。

如图所示：

五、过程的改进

改善后降低了人工成本，使原先需要三个人的工作现在只需一人通过计算机画面即可完成。

极大的提高了风机快速查验设备可靠程度的效率，大大节约风机实验时间，从最初的两个小时实验时间缩短为现在的半小时，确保了风机的准时开机，间接保证了高炉的正常复风和相应TRT的顶压发电。

5#风机控制系统改造

1、过程的识别

型钢能源动力厂5#风机是德国GEBHARDTAutomationGmbH公司成套设备，自2010年安装调试之后，目前存在设备、工艺、仪控、电气、监控等不稳定因素，且与现有操作人员习惯不匹配等原因。

2、过程要求的确定

针对出现的诸多情况，分析并制定了相关的解决办法：

风机的控制系统包括机组复位、机组启动、自动操作、安全运行、正常停机和紧急停机六部分组成。

机组复位条件如下：

润滑油温度低于20℃

润滑油压力高于200kPa

防喘阀全开

静叶全关

电动放风阀全关

无停机信号

以上条件满足时，可对机组进行复位操作，复位风机的停机及安全运行状态。

机组启动

在复位条件满足的情况下，并且满足以下条件时，允许机组启动

放风阀全关

风机、电机侧顶轴油泵运行、顶轴油压建立

盘车运行

逆止阀全关

无停机信号

自动操作

在“电机允许加载”信号到达后，并确保无“风机安全运行状态”、“逆流报警”时进行此操作，释放静叶和防喘阀动作。

安全运行

以下条件时进行风机安全运行

安全运行按钮

风机逆流保护

风机防喘动作

静叶开度低于最小工作角

正常、紧急停机

以下条件满足时进行风机的停机操作

风机轴位移过高

持续逆流保护

润滑油压力低

电机急停动作

风机、电机振动过大（可投入、屏蔽）

风机轴瓦温度大（可投入、屏蔽）

3、过程的设计

硬件部分

在对机组硬件改造之前，对现有MAN风机公司控制系统进行封存，保留原有系统中的CPU及上位机。

CPU在电池电量充足、插入存储卡的情况下，可保证原有的程序不丢失。

更换新的CPU模板将新开发的程序进行下装。

新增加两台上位机，进行画面监控操作等。

软件部分

重新编制程序遵循原则，保留5#风机的控制逻辑的判断思路，按照4#风机的编程方式和画面布局重新编程。

采用PCS7V8.0中文版,在windows7操作平台上重新编写。

直接提供中文界面的操作环境。

4、过程的实施

由于原有的控制程序无法进行监控，风机防喘曲线的相关参数无法确认，需要能源动力厂或风机厂家等配合进行风机的防喘测试试验，并由工艺等相关部门对所得的参数和防喘阀的控制要求进行确认。

相关的主要设备的现场联动调试等需要能源动力厂配合。

主要包括，油泵、盘车、电动送风、放风阀等电气设备、联动测试和静叶、防喘阀等液压系统的电液转换伺服控制器的调试等。

工艺方面可提供相关风机的控制过程及控制要求，并对该要求进行确认。

对所有的停机值、报警值等进行确认。

能源动力厂原有的陕鼓的机组均没有阻塞线的设置。

德国MAN透平机组自带阻塞线。

在自动化部重新开发程序中，是否要保留阻塞线的设置？

风机长时间在阻塞线下运行会对机组造成何种损伤？

需要工艺方面确认；风机DCS系统与电机励磁系统需要调试等；

在风机程序完成下装，并完成风机喘振试验之后，建议进行风机的72小时试车。

5、过程的改进

采用国产化重新编制程序、画面，可以很好的解决操作画面繁琐、人机界面复杂等问题。

但是对励磁及变频系统运行不稳定，故障原因查找困难；风机送风风量波动；等问题，因与控制系统关系不大，可能没有好的改善效果。