锅炉吹灰器PLC控制系统改DCS控制系统
2014-06-28马胜
马胜
摘 要：茂名臻能热电有限公司#5锅炉吹灰PLC控制系统系美国戴梦德公司2001年产品，已投入运行十几年，设备老化现象严重（如PLC通讯不畅、DO输出通道失控、程序混乱等），且因为设备型号较为陈旧，许多备品已无法购买，作为2013年#5炉脱硝系统改造的配套项目，需要在脱硝反应区增加12只吹灰器，但原PLC软件组态不开放，逻辑组态和修改画面困难，系统已无法增容扩展，经过研究论证，决定将戴梦德公司的PLC控制系统改为DCS系统控制。
关键词：吹灰器；PLC；改造；DCS控制系统
中图分类号：TM62 文献标识码：A
1 改造前设备状况及改造方案
1.1 改造前设备状况
#5机组吹灰PLC控制系统改造前采用美国戴梦德公司产品，型号为PC-E984-265，是一种用于操作和监测锅炉吹灰设备的PLC控制器，用于控制42台IR吹灰器（短吹），18台IK吹灰器（长吹），4台空预器吹灰器，6台电动门及2台压力气动调阀。它是一个分布式系统，由OIU（操作员接口装置）和BIU（吹灰器输入、输出接口装置）两个主要部件组成。OIU安装在控制室，包括键盘、控制器、显示器，BIU安装在电子间，BIU有220VAC输出和24VDC输入电路，有直流模拟输入。但由于PLC控制器设备老化现象严重，DO输出模块无故失控，程序混乱现象经常发生，锅炉吹灰器无法正常运行，造成炉管结焦而引起过热汽温升高，锅炉出力下降等不良现象，从而影响锅炉的安全和经济运行。
1.2 改造方案
改造后的吹灰器控制系统由上海新华控制有限公司的DCS实现，通过DCS通讯卡并入原#5炉输灰控制系统，在原输灰操作员站上实现操作、显示、报警等功能。保留原有BIU柜及吹灰动力柜，并新增1只脱硝吹灰器动力柜。
2 吹灰系统构成和功能
整套吹灰系统包括2只DCS机柜、1只BIU柜、3只吹灰器动力柜及新增1只脱硝吹灰器动力柜都安装在控制电子间。现场原有设备：2台吹灰主蒸汽阀、1台辅助蒸汽阀、3台疏水阀，64台锅炉吹灰器；现现场新增设备：1台脱硝反应区吹灰主蒸汽阀、1台疏水阀12台吹灰器。
2.1 对操作画面的设置如下：
2.1.1 参照原吹灰器的操作界面作部分修改，中央为吹灰器在锅炉上分布的展开示意图，共分为三个操控区域：左侧为本体吹灰器操控区，右上为省煤器吹灰器操控区，右下为空预器吹灰器操控区。其中，IR01～IR42为短行程吹灰器；IK01～IK12为长行程吹灰器；IKEL1～IKEL8为省煤器长行程吹灰器；IKAH1～IKAH4为空预器长行程吹灰器。画面的下部为其他操作画面选择按钮及系统状态报警框。脱硝反应区吹灰器操作画面另单独设置。
2.1.2 吹灰系统分手动、程控两种状态。手动时，可以对任何阀门、吹灰器单独进行操作。为便于检修，在手动状态下又设置了远方、就地两种形式，使检修人员能够在现场试验吹灰器。程控时，根据实际情况选择吹灰区域、吹灰方式（单吹、对吹）和需屏蔽的吹灰器后，执行顺序吹灰。程序吹灰可以中途暂停、提前结束，控制系统还可根据MFT动作、蒸汽压力异常、吹灰启动失败、吹灰器过流、过载、吹灰超时等异常情况提供必要的报警及联锁，以保护设备的安全。
2.1.3 左侧吹灰器电流：显示分布在左前墙的吹灰器运行时的电流值。
2.1.4 右侧吹灰器电流：显示分布在右后墙的吹灰器运行时的电流值。
2.1.5 左侧吹灰器过载：显示分布在左前墙的过载吹灰器。
2.1.6 右侧吹灰器过载：显示分布在右后墙的过载吹灰器
2.1.7 现场吹灰器到DCS柜的反馈信号共有以下几点：
左侧吹灰器IR、IK前进：Gl；后退：El；过载：Hl
右侧吹灰器IR、IK前进：G2；后退：E2；过载：H2
空预器吹灰器IKAH1、3前进：G3；后退：E3；过载：H3
空预器吹灰器IKAH2、4前进：G4；后退：E4；过载：H4
省煤器吹灰器IKEL1、2、6、7前进：G5；后退：E5；过载：H5
省煤器吹灰器IKEL3、4、5、8前进：G6；后退：E6；过载：H6
2.2 对吹灰控制逻辑设计
本体吹灰器控制
由于原单台吹灰器到DCS机柜的指令信号仅有启动指令，反馈信号也仅有前进、后退、过载三个，而且是左侧吹灰器组共用信号、右侧吹灰器组共用信号，没有单台到位反馈。这就给程序设计带来一定的困难，必须根据现有反馈信号实现对吹灰器的正常完成、过载，故障处理等情况的判断。
2.2.1 吹灰器正常、异常的逻辑判断
对正常完成的判断是：取吹灰器后退信号的逻辑非，即下降沿产生一个0.5秒脉冲，此信号作为吹灰正常完成。具体到每台吹灰器则以该吹灰器指令发出，RS触发器保持该指令，直到吹灰正常完成信号（后退信号消失）来复位该指令，然后取逻辑非延时2s作为该吹灰器的正常完成判断。
对启动失败的判断是：单台吹灰器指令发出后，在20s内前进信号没来，即认为该吹灰器启动失败。
对过载的判断是：单台吹灰器指令发出后，出现过载信号，即认为该吹灰器过载。
2.2.2 吹灰器顺控逻辑
锅炉吹灰顺控逻辑又分为本体吹灰顺控逻辑、本体短吹顺控逻辑、本体长吹顺控逻辑、省煤器吹灰顺控逻辑以及空预器吹灰顺控逻辑。本体吹灰顺控逻辑设计，包括开吹灰疏水阀和减压阀，开进汽门疏水5min后关疏水门，然后开始走短吹顺控和长吹顺控。
在短吹顺控逻辑中，当对吹的两台吹灰器正常完成吹灰后，顺控会自动执行下一步，如果发生过载等异常情况，吹灰顺控会中断，直到消除过载信号，触发主画面上的吹灰继续，顺控程序才会继续在当前步骤往下执行。
为防止过载或者异常的吹灰器造成整个吹灰顺控无法执行，增加了屏蔽吹灰器的功能，当吹灰器屏蔽后，吹灰顺控会自动忽略该吹灰器，不发指令，继续执行其余步骤。
长吹灰器动作原理与短吹灰器基本一样，只是由于其机构庞大，保护措施相对要完善一些。例如，对过流、蒸汽压力等情况，必须将长吹灰器退回，防止烧坏。
空预器吹灰包括AH1～AH4四台吹灰器，AH1、AH2两台旧吹灰器动作原理与IK长吹灰器一样，而AH3、AH4两台吹灰器是步退式吹灰，既可以使用蒸汽吹灰，也可以用高压冲洗水冲洗，因此控制逻辑需增加冲洗泵及水泵阀控制。
2.2.3 脱硝反应区吹灰器控制逻辑
由于脱硝反应区吹灰器有单独前进到位及后退到位信号，对其逻辑设计简单明了，在此不作叙述。
结语
茂名臻能热电有限公司#5锅炉吹灰PLC控制系统改为DCS控制系统后，消除了原PLC控制程序混乱、输出模块不受控制等缺陷，实现了新旧系统的兼容和对接，使用效果良好，为同类系统的改造提供一个在参考。
参考文献
[1]吹灰控制系统在DCS系统中的设计实现[Z].中国自动化网.endprint
摘 要：茂名臻能热电有限公司#5锅炉吹灰PLC控制系统系美国戴梦德公司2001年产品，已投入运行十几年，设备老化现象严重（如PLC通讯不畅、DO输出通道失控、程序混乱等），且因为设备型号较为陈旧，许多备品已无法购买，作为2013年#5炉脱硝系统改造的配套项目，需要在脱硝反应区增加12只吹灰器，但原PLC软件组态不开放，逻辑组态和修改画面困难，系统已无法增容扩展，经过研究论证，决定将戴梦德公司的PLC控制系统改为DCS系统控制。
关键词：吹灰器；PLC；改造；DCS控制系统
中图分类号：TM62 文献标识码：A
1 改造前设备状况及改造方案
1.1 改造前设备状况
#5机组吹灰PLC控制系统改造前采用美国戴梦德公司产品，型号为PC-E984-265，是一种用于操作和监测锅炉吹灰设备的PLC控制器，用于控制42台IR吹灰器（短吹），18台IK吹灰器（长吹），4台空预器吹灰器，6台电动门及2台压力气动调阀。它是一个分布式系统，由OIU（操作员接口装置）和BIU（吹灰器输入、输出接口装置）两个主要部件组成。OIU安装在控制室，包括键盘、控制器、显示器，BIU安装在电子间，BIU有220VAC输出和24VDC输入电路，有直流模拟输入。但由于PLC控制器设备老化现象严重，DO输出模块无故失控，程序混乱现象经常发生，锅炉吹灰器无法正常运行，造成炉管结焦而引起过热汽温升高，锅炉出力下降等不良现象，从而影响锅炉的安全和经济运行。
1.2 改造方案
改造后的吹灰器控制系统由上海新华控制有限公司的DCS实现，通过DCS通讯卡并入原#5炉输灰控制系统，在原输灰操作员站上实现操作、显示、报警等功能。保留原有BIU柜及吹灰动力柜，并新增1只脱硝吹灰器动力柜。
2 吹灰系统构成和功能
整套吹灰系统包括2只DCS机柜、1只BIU柜、3只吹灰器动力柜及新增1只脱硝吹灰器动力柜都安装在控制电子间。现场原有设备：2台吹灰主蒸汽阀、1台辅助蒸汽阀、3台疏水阀，64台锅炉吹灰器；现现场新增设备：1台脱硝反应区吹灰主蒸汽阀、1台疏水阀12台吹灰器。
2.1 对操作画面的设置如下：
2.1.1 参照原吹灰器的操作界面作部分修改，中央为吹灰器在锅炉上分布的展开示意图，共分为三个操控区域：左侧为本体吹灰器操控区，右上为省煤器吹灰器操控区，右下为空预器吹灰器操控区。其中，IR01～IR42为短行程吹灰器；IK01～IK12为长行程吹灰器；IKEL1～IKEL8为省煤器长行程吹灰器；IKAH1～IKAH4为空预器长行程吹灰器。画面的下部为其他操作画面选择按钮及系统状态报警框。脱硝反应区吹灰器操作画面另单独设置。
2.1.2 吹灰系统分手动、程控两种状态。手动时，可以对任何阀门、吹灰器单独进行操作。为便于检修，在手动状态下又设置了远方、就地两种形式，使检修人员能够在现场试验吹灰器。程控时，根据实际情况选择吹灰区域、吹灰方式（单吹、对吹）和需屏蔽的吹灰器后，执行顺序吹灰。程序吹灰可以中途暂停、提前结束，控制系统还可根据MFT动作、蒸汽压力异常、吹灰启动失败、吹灰器过流、过载、吹灰超时等异常情况提供必要的报警及联锁，以保护设备的安全。
2.1.3 左侧吹灰器电流：显示分布在左前墙的吹灰器运行时的电流值。
2.1.4 右侧吹灰器电流：显示分布在右后墙的吹灰器运行时的电流值。
2.1.5 左侧吹灰器过载：显示分布在左前墙的过载吹灰器。
2.1.6 右侧吹灰器过载：显示分布在右后墙的过载吹灰器
2.1.7 现场吹灰器到DCS柜的反馈信号共有以下几点：
左侧吹灰器IR、IK前进：Gl；后退：El；过载：Hl
右侧吹灰器IR、IK前进：G2；后退：E2；过载：H2
空预器吹灰器IKAH1、3前进：G3；后退：E3；过载：H3
空预器吹灰器IKAH2、4前进：G4；后退：E4；过载：H4
省煤器吹灰器IKEL1、2、6、7前进：G5；后退：E5；过载：H5
省煤器吹灰器IKEL3、4、5、8前进：G6；后退：E6；过载：H6
2.2 对吹灰控制逻辑设计
本体吹灰器控制
由于原单台吹灰器到DCS机柜的指令信号仅有启动指令，反馈信号也仅有前进、后退、过载三个，而且是左侧吹灰器组共用信号、右侧吹灰器组共用信号，没有单台到位反馈。这就给程序设计带来一定的困难，必须根据现有反馈信号实现对吹灰器的正常完成、过载，故障处理等情况的判断。
2.2.1 吹灰器正常、异常的逻辑判断
对正常完成的判断是：取吹灰器后退信号的逻辑非，即下降沿产生一个0.5秒脉冲，此信号作为吹灰正常完成。具体到每台吹灰器则以该吹灰器指令发出，RS触发器保持该指令，直到吹灰正常完成信号（后退信号消失）来复位该指令，然后取逻辑非延时2s作为该吹灰器的正常完成判断。
对启动失败的判断是：单台吹灰器指令发出后，在20s内前进信号没来，即认为该吹灰器启动失败。
对过载的判断是：单台吹灰器指令发出后，出现过载信号，即认为该吹灰器过载。
2.2.2 吹灰器顺控逻辑
锅炉吹灰顺控逻辑又分为本体吹灰顺控逻辑、本体短吹顺控逻辑、本体长吹顺控逻辑、省煤器吹灰顺控逻辑以及空预器吹灰顺控逻辑。本体吹灰顺控逻辑设计，包括开吹灰疏水阀和减压阀，开进汽门疏水5min后关疏水门，然后开始走短吹顺控和长吹顺控。
在短吹顺控逻辑中，当对吹的两台吹灰器正常完成吹灰后，顺控会自动执行下一步，如果发生过载等异常情况，吹灰顺控会中断，直到消除过载信号，触发主画面上的吹灰继续，顺控程序才会继续在当前步骤往下执行。
为防止过载或者异常的吹灰器造成整个吹灰顺控无法执行，增加了屏蔽吹灰器的功能，当吹灰器屏蔽后，吹灰顺控会自动忽略该吹灰器，不发指令，继续执行其余步骤。
长吹灰器动作原理与短吹灰器基本一样，只是由于其机构庞大，保护措施相对要完善一些。例如，对过流、蒸汽压力等情况，必须将长吹灰器退回，防止烧坏。
空预器吹灰包括AH1～AH4四台吹灰器，AH1、AH2两台旧吹灰器动作原理与IK长吹灰器一样，而AH3、AH4两台吹灰器是步退式吹灰，既可以使用蒸汽吹灰，也可以用高压冲洗水冲洗，因此控制逻辑需增加冲洗泵及水泵阀控制。
2.2.3 脱硝反应区吹灰器控制逻辑
由于脱硝反应区吹灰器有单独前进到位及后退到位信号，对其逻辑设计简单明了，在此不作叙述。
结语
茂名臻能热电有限公司#5锅炉吹灰PLC控制系统改为DCS控制系统后，消除了原PLC控制程序混乱、输出模块不受控制等缺陷，实现了新旧系统的兼容和对接，使用效果良好，为同类系统的改造提供一个在参考。
参考文献
[1]吹灰控制系统在DCS系统中的设计实现[Z].中国自动化网.endprint
摘 要：茂名臻能热电有限公司#5锅炉吹灰PLC控制系统系美国戴梦德公司2001年产品，已投入运行十几年，设备老化现象严重（如PLC通讯不畅、DO输出通道失控、程序混乱等），且因为设备型号较为陈旧，许多备品已无法购买，作为2013年#5炉脱硝系统改造的配套项目，需要在脱硝反应区增加12只吹灰器，但原PLC软件组态不开放，逻辑组态和修改画面困难，系统已无法增容扩展，经过研究论证，决定将戴梦德公司的PLC控制系统改为DCS系统控制。
关键词：吹灰器；PLC；改造；DCS控制系统
中图分类号：TM62 文献标识码：A
1 改造前设备状况及改造方案
1.1 改造前设备状况
#5机组吹灰PLC控制系统改造前采用美国戴梦德公司产品，型号为PC-E984-265，是一种用于操作和监测锅炉吹灰设备的PLC控制器，用于控制42台IR吹灰器（短吹），18台IK吹灰器（长吹），4台空预器吹灰器，6台电动门及2台压力气动调阀。它是一个分布式系统，由OIU（操作员接口装置）和BIU（吹灰器输入、输出接口装置）两个主要部件组成。OIU安装在控制室，包括键盘、控制器、显示器，BIU安装在电子间，BIU有220VAC输出和24VDC输入电路，有直流模拟输入。但由于PLC控制器设备老化现象严重，DO输出模块无故失控，程序混乱现象经常发生，锅炉吹灰器无法正常运行，造成炉管结焦而引起过热汽温升高，锅炉出力下降等不良现象，从而影响锅炉的安全和经济运行。
1.2 改造方案
改造后的吹灰器控制系统由上海新华控制有限公司的DCS实现，通过DCS通讯卡并入原#5炉输灰控制系统，在原输灰操作员站上实现操作、显示、报警等功能。保留原有BIU柜及吹灰动力柜，并新增1只脱硝吹灰器动力柜。
2 吹灰系统构成和功能
整套吹灰系统包括2只DCS机柜、1只BIU柜、3只吹灰器动力柜及新增1只脱硝吹灰器动力柜都安装在控制电子间。现场原有设备：2台吹灰主蒸汽阀、1台辅助蒸汽阀、3台疏水阀，64台锅炉吹灰器；现现场新增设备：1台脱硝反应区吹灰主蒸汽阀、1台疏水阀12台吹灰器。
2.1 对操作画面的设置如下：
2.1.1 参照原吹灰器的操作界面作部分修改，中央为吹灰器在锅炉上分布的展开示意图，共分为三个操控区域：左侧为本体吹灰器操控区，右上为省煤器吹灰器操控区，右下为空预器吹灰器操控区。其中，IR01～IR42为短行程吹灰器；IK01～IK12为长行程吹灰器；IKEL1～IKEL8为省煤器长行程吹灰器；IKAH1～IKAH4为空预器长行程吹灰器。画面的下部为其他操作画面选择按钮及系统状态报警框。脱硝反应区吹灰器操作画面另单独设置。
2.1.2 吹灰系统分手动、程控两种状态。手动时，可以对任何阀门、吹灰器单独进行操作。为便于检修，在手动状态下又设置了远方、就地两种形式，使检修人员能够在现场试验吹灰器。程控时，根据实际情况选择吹灰区域、吹灰方式（单吹、对吹）和需屏蔽的吹灰器后，执行顺序吹灰。程序吹灰可以中途暂停、提前结束，控制系统还可根据MFT动作、蒸汽压力异常、吹灰启动失败、吹灰器过流、过载、吹灰超时等异常情况提供必要的报警及联锁，以保护设备的安全。
2.1.3 左侧吹灰器电流：显示分布在左前墙的吹灰器运行时的电流值。
2.1.4 右侧吹灰器电流：显示分布在右后墙的吹灰器运行时的电流值。
2.1.5 左侧吹灰器过载：显示分布在左前墙的过载吹灰器。
2.1.6 右侧吹灰器过载：显示分布在右后墙的过载吹灰器
2.1.7 现场吹灰器到DCS柜的反馈信号共有以下几点：
左侧吹灰器IR、IK前进：Gl；后退：El；过载：Hl
右侧吹灰器IR、IK前进：G2；后退：E2；过载：H2
空预器吹灰器IKAH1、3前进：G3；后退：E3；过载：H3
空预器吹灰器IKAH2、4前进：G4；后退：E4；过载：H4
省煤器吹灰器IKEL1、2、6、7前进：G5；后退：E5；过载：H5
省煤器吹灰器IKEL3、4、5、8前进：G6；后退：E6；过载：H6
2.2 对吹灰控制逻辑设计
本体吹灰器控制
由于原单台吹灰器到DCS机柜的指令信号仅有启动指令，反馈信号也仅有前进、后退、过载三个，而且是左侧吹灰器组共用信号、右侧吹灰器组共用信号，没有单台到位反馈。这就给程序设计带来一定的困难，必须根据现有反馈信号实现对吹灰器的正常完成、过载，故障处理等情况的判断。
2.2.1 吹灰器正常、异常的逻辑判断
对正常完成的判断是：取吹灰器后退信号的逻辑非，即下降沿产生一个0.5秒脉冲，此信号作为吹灰正常完成。具体到每台吹灰器则以该吹灰器指令发出，RS触发器保持该指令，直到吹灰正常完成信号（后退信号消失）来复位该指令，然后取逻辑非延时2s作为该吹灰器的正常完成判断。
对启动失败的判断是：单台吹灰器指令发出后，在20s内前进信号没来，即认为该吹灰器启动失败。
对过载的判断是：单台吹灰器指令发出后，出现过载信号，即认为该吹灰器过载。
2.2.2 吹灰器顺控逻辑
锅炉吹灰顺控逻辑又分为本体吹灰顺控逻辑、本体短吹顺控逻辑、本体长吹顺控逻辑、省煤器吹灰顺控逻辑以及空预器吹灰顺控逻辑。本体吹灰顺控逻辑设计，包括开吹灰疏水阀和减压阀，开进汽门疏水5min后关疏水门，然后开始走短吹顺控和长吹顺控。
在短吹顺控逻辑中，当对吹的两台吹灰器正常完成吹灰后，顺控会自动执行下一步，如果发生过载等异常情况，吹灰顺控会中断，直到消除过载信号，触发主画面上的吹灰继续，顺控程序才会继续在当前步骤往下执行。
为防止过载或者异常的吹灰器造成整个吹灰顺控无法执行，增加了屏蔽吹灰器的功能，当吹灰器屏蔽后，吹灰顺控会自动忽略该吹灰器，不发指令，继续执行其余步骤。
长吹灰器动作原理与短吹灰器基本一样，只是由于其机构庞大，保护措施相对要完善一些。例如，对过流、蒸汽压力等情况，必须将长吹灰器退回，防止烧坏。
空预器吹灰包括AH1～AH4四台吹灰器，AH1、AH2两台旧吹灰器动作原理与IK长吹灰器一样，而AH3、AH4两台吹灰器是步退式吹灰，既可以使用蒸汽吹灰，也可以用高压冲洗水冲洗，因此控制逻辑需增加冲洗泵及水泵阀控制。
2.2.3 脱硝反应区吹灰器控制逻辑
由于脱硝反应区吹灰器有单独前进到位及后退到位信号，对其逻辑设计简单明了，在此不作叙述。
结语
茂名臻能热电有限公司#5锅炉吹灰PLC控制系统改为DCS控制系统后，消除了原PLC控制程序混乱、输出模块不受控制等缺陷，实现了新旧系统的兼容和对接，使用效果良好，为同类系统的改造提供一个在参考。
参考文献
[1]吹灰控制系统在DCS系统中的设计实现[Z].中国自动化网.endprint
