PLC在鍋爐干式出灰系統(tǒng)中的應用

1 引言
電廠出灰系統(tǒng)是熱電廠的一個重要系統(tǒng)。近幾年灰渣利用率越來越高,同時干式出灰系統(tǒng)具有節(jié)約水資源、保護環(huán)境等特點，因此目前電廠出灰多采用干式出灰系統(tǒng)。在干式出灰系統(tǒng)中，工況惡劣、控制點數(shù)多。傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)由于抗干擾能力弱、可靠性差、效率低，達不到預期的控制目標。而可編程邏輯控制器(PLC)的抗干擾能力強、可靠性高，選用可編程控制器(PLC)用于某熱電廠鍋爐干式出灰系統(tǒng)可以顯著提高工程的實用性。

2 工藝流程及控制要求
2.1 系統(tǒng)工作流程
某熱電廠共有八臺鍋爐，每臺鍋爐包括三個電場集塵裝置，每個電場包括一組(兩個)倉泵，每個倉泵附近配置一個就地控制箱,利用控制箱盤面上的手動開關，可以對現(xiàn)場閥門進行手動操作和現(xiàn)場調(diào)試。下面以單個倉泵為例來說明具體的工藝流程。
鍋爐煙氣中的灰塵通過電收塵收集后落入灰倉，灰倉下部安裝有倉泵，灰經(jīng)輸灰管進入倉泵。在自動控制運行工況下，具體工藝流程為:倉泵內(nèi)無灰時，打開透氣閥→延時5s→開進料閥→延時5s→當倉泵進料量達到設定值(時間/重量/人工)時→料位信號到→關閉進料閥→延時5s→關閉透氣閥→此時判斷母管壓力是否到位/判斷灰管壓力是否到位/判斷在此系統(tǒng)中沒有其它倉泵出灰，所有條件滿足→打開出料閥→延時5s→打開一次氣閥→延時5s→打開二次氣閥1min后→檢查灰管壓力，當灰管壓力低于設定值時→關閉一次氣閥→延時20s后→關閉二次氣閥→關閉出料閥完成一次出灰循環(huán)。
當發(fā)生出灰管路堵塞時，系統(tǒng)設置了排堵閥，通過負壓反抽來疏通出灰管路。關閉一次氣閥后，延時20s后關閉二次氣閥。目的是保證出灰管路暢通，避免發(fā)生管路堵塞。每臺倉泵的出灰系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 出灰系統(tǒng)流程示意圖
2.2 控制要求
(1) 實現(xiàn)出灰的過程自動化，為便于操作調(diào)整及應急處理，應能隨時切換到手動控制狀態(tài);
(2) 當操作室內(nèi)的“遠程/就地”開關打到“就地”位置時，自動停止出灰;
(3) 倉泵的進料重量和進料時間雙重控制，進料重量或進料時間任意一個達到要求都作為倉泵料滿對待;
(4) 同一出灰管線上只能有一個倉泵出灰，一電場用一根出灰管，先滿足出灰條件的優(yōu)先出灰，二、三電場共用一根出灰管，先滿足出灰條件的優(yōu)先出灰;
(5) 當發(fā)生灰管堵塞后(灰管壓力大于550KPa)，報警指示燈發(fā)出聲光報警，直至灰管堵塞故障排除;
(6) 當來氣母管壓力小于400KPa時，系統(tǒng)自動停止運行。

3 控制系統(tǒng)構成
本系統(tǒng)選用西門子公司的S7-300型可編程控制器和MT500型觸摸屏人機界面。MT500型觸摸屏直觀生動地顯示PLC、PC機上的數(shù)據(jù)信息。S7-300是模塊化中型PLC系統(tǒng)，能滿足中等性能要求的應用。該控制系統(tǒng)主要由主控制柜、現(xiàn)場控制箱、若干測量傳感器和輔助電器(稱重傳感器、壓力傳感器、電磁閥等由生產(chǎn)廠家配套供給)等組成，具有倉泵運行遠程自動、遠程手動、現(xiàn)場手動三種控制方式，控制方式的轉(zhuǎn)換由設置在主控制柜上的轉(zhuǎn)換開關完成。開關切換至自動位置時，點擊要使用的倉泵畫面，可選擇其中一種方式。
S7-300系列PLC作為西門子公司的新一代產(chǎn)品，具有以下特點:
(1) 功能強:極強的計算性能，完善的指令集，MPI接口和通過SIMATIC NET聯(lián)網(wǎng)能力強;
(2) 快速:指令處理極其快速，功能強大的CPU只需0.3ms就可處理1024個二進制語句，在文字處理方面也同樣表現(xiàn)出色;
(3) 通用:高性能模板和六種CPU適用任一場合，模塊可擴至3個擴展機架，用戶友好的WINDOWS STEP7編程;
(4) 全集成:全部模塊化，運行可靠，操作方便，特別適合于比較惡劣的工況。本系統(tǒng)PLC由電源模塊、模擬量輸入模塊、數(shù)字量輸入模塊、數(shù)字量輸出模塊和中央處理單元組成?？刂葡到y(tǒng)組成框圖如圖2所示。

圖2 出灰控制系統(tǒng)圖

4 軟件設計
4.1 系統(tǒng)界面設計
系統(tǒng)界面分系統(tǒng)主畫面與系統(tǒng)操作畫面。在系統(tǒng)主畫面中，可以選擇要操作的倉泵和要啟停的系統(tǒng)。
在操作畫面中，運行人員可觀察每個倉泵的運轉(zhuǎn)情況，也可對每個倉泵進行遠方操作或根據(jù)運行工況對系統(tǒng)的參數(shù)進行修正，以保證系統(tǒng)的正常運行。故障發(fā)生后，可以在操作畫面進行故障的處理。系統(tǒng)的操作畫面如圖3所示:

圖3 操作畫面
4.2 系統(tǒng)程序設計
(1) 在系統(tǒng)程序設計中，為防止在自動運行狀態(tài)下，由于灰量大或別的原因使出灰過程受阻，引起灰管壓力上升慢，給系統(tǒng)造成倉泵內(nèi)灰已出完的假象，從而導致系統(tǒng)判斷失誤。為避免系統(tǒng)操作引起堵管，在程序中設置了一分鐘的延時時間，在出料閥打開一分鐘后再檢測灰管的壓力，給出灰過程的順利進行提供可靠的保證。
(2) 為防止過程參數(shù)的影響，特設定了出料時間和進料時間。為防止重量信號出現(xiàn)故障而使控制系統(tǒng)一直處于進料狀態(tài)，引起倉泵灰滿特設定進料時間，無論重量信號有無達到設定值，都將停止進料。另外由于灰管壓力不只受出灰過程的影響，而且還受來氣母管壓力的影響，當來氣管壓力升高時，會造成出灰過程順利，灰已全部出完，但灰管壓力長時間下降不到給定值。因此在程序設計中增加了出料時間，當出料時間大于8min時，系統(tǒng)就自動停止出灰，進入下輪循環(huán)，有效地避免了系統(tǒng)長時間不出灰的狀況。
(3) 當系統(tǒng)的來氣壓力低于額定值400kPa或灰管壓力高于給定值(550kPa)時系統(tǒng)自動停止運行，因為此時灰管易出現(xiàn)堵管現(xiàn)象，為防止事故的進一步擴大。系統(tǒng)會自動出現(xiàn)報警，正在運行的系統(tǒng)會立即停下來，所有的閥門自動關閉。此時將系統(tǒng)切換至遠程控制排堵。

5 結束語
項目由于采用了PLC技術，系統(tǒng)的可靠性顯著提高。通過實際運行可知系統(tǒng)性能穩(wěn)定可靠，滿足工藝要求。