S7—300 PLC在发电厂输灰系统中的应用

2014-07-02郭新年李强

科技视界 2014年10期

郭新年　李强

【摘要】本文介绍了火力发电厂输灰系统的工作流程和控制要求，介绍了西门子公司的S7-300 PLC可编程序控制器在该系统中的应用情况，给出了具体实施方案，由该装置所构成的控制系统运行正常，其综合效益十分明显。

【关键词】发电厂；输灰系统；可编程序控制器；S7-300 PLC

【Abstract】In this paper， the work flows and control requirements of the thermal power plant were introduced， the programmable logic controller S7-300 PLC was applied in this system， the implementing scheme was given. The experiment results show that this control system which was composed by the device operated normally， the comprehensive benefits were very obvious.

【Key words】Power plant；Ash conveying system；Programmable logic controller；S7-300 PLC

0 引言

火力发电厂输灰流程为：电除尘器灰斗→锁气器→斜槽→伺料机→仓泵→灰库→汽车→灰场，该系统在整个生产过程中具有重要的作用，正常运行时能确保锅炉燃煤燃烧后产生的煤灰及时输送出去。攀钢发电厂1#机组的输灰控制系统由于设计及设备等方面不同程度地存在一些问题，致使该系统自1993年投运以来，运行状况一直不太理想。主要存在以下一些问题。

仓泵没有料位计。该系统原来配置的料位计（电容式料位计）可靠性较差，不能准确地测量出仓泵内的料位，故当时在调试时就由时间继电器来代替料位计，使运行人员在不十分清楚当前泵内的灰料量的情况下，简单地根据时间来操作，从而因操作失误、控制失灵等经常造成系统堵管、泄漏等问题，影响生产。

仓泵控制系统设计不合理。原来设计的控制系统是由中间继电器、时间继电器构成的，即继电器控制系统。这种系统在运行时所表现出来的突出问题是：继电器经常因周围环境中较多的灰尘而接触不良，从而使整个系统不能正常工作；其次因控制柜、操纵台内以及相互间的连接电缆、电线非常多，也造成了设备故障率高，维护工作量大，维护费用高等问题。

电除尘器灰斗料位计设计选型不合理，不利于节能降耗。原来电除尘器灰斗装设的料位计为堵转式料位计并只供监视用，而且基本上都不能正常运行，无法提供有效信号。这就造成了岗位操作人员在不了解灰斗真实料位的情况下，只能凭经验操作，以至于出现灰斗已经基本无料，而操作人员却开动设备出料的情况，从而使锁气器、饲料机及仓泵等设备低效率运转，对设备及能源造成了极大的浪费。

为了克服以上缺陷，保证系统安全稳定运行、保护环境以及节能降耗等方面的考虑，对该机组进行了技术改造，由PLC来构成控制系统。

1 改造后的功能要求

改造后应使该系统具有手动运行方式和自动运行方式。手动运行的功能是根据系统状况来人为地操纵相应设备。

自动运行的功能为：输灰系统设有“自动”“手动”二种控制方式，单元切换控制方式，在某个单元输送时另一单元的进气阀和出料阀不论自动手动均无法开启。以#1炉1单元操作为例，在“#1炉一电场”画面中点击“手自动切换”按钮，画面上弹出“控制方式”选择窗口，通过点击窗口中的“自动” 按钮来进入自动控制操作，自动控制操作时电除尘区输灰系统参与程序运行的设备均不可人为控制。点击“手动”按钮选择手动控制操作方式，在手控操作方式下可控制任意受程控控制的设备，但不能操作有硬联锁的设备。手动一般仅在调试单一阀门是否完好或在非正常工况下可采用。各单元选“自动”后，对应“自动/手动”信息框文字显示为“自动”，选“手动”后，“自动/手动” 信息框文字显示为“手动”。

在自动输送过程中，若切换为“手动”方式，所有设备保持当前状态，并将不会按程序进行下一步动作，直至切换回自动方式。

2 改造方案

根据存在的问题和要实现的功能，结合本厂现有的技术能力，并通过研讨和论证，得出了如下改造方案：

问题的核心——控制系统部分，用西门子公司的S7-300 PLC系列可编程序控制器（PLC）来代替中间（时间）继电器。因为PLC是一种新型的通用的自动控制装置，它将传统的继电器控制技术、计算机技术和通讯技术融为一体，是专门为工业控制而设计的，具有功能强、通用灵活、可靠性高、稳定性好、抗干拢能力强、编程简单、使用方便以及体积小、重量轻、功耗低等一系列优点。它对环境的要求较低。因此选择它作为本系统改造后的控制核心，既可以达到降低系统的故障率、维护费用和维护工作量，保证系统安全、稳定运行的目的；又可以灵活配置所需的模块，最大限度地限制投资，减少备品备件。

将仓泵泵体的料位计（电容式）改用美国DREXELBROOK公司的射频导纳点位计。这样在料位计可靠的前提下，就可以将仓泵控制系统改为以料位为主，时间延时为辅的控制系统。保证操作人员在正常情况下能根据料位情况操作设备，这既减少了设备的损耗，又节约了能源。达到提高设备效率、节能降耗的目的。

在电除尘器上增设FM型负压式膜片开关料位计。该料位计输出两对开关量信号，其中一对送到输灰控制系统作为控制用；另外一对送到监视系统（料位指示灯），作为运行操作人员监视灰斗料位用。

对仓泵、饲料机、锁气器以及电除尘器灰斗料位等设备或参数之间的连（闭）锁系统进行修改、完善。使仓泵短时间不工作（除灰）时，饲料机、锁气器等设备也不运行；当电除尘器灰斗内的料位低于预定位置时，系统不进行除灰作业，保证系统始终在高效率下运行，减少或杜绝设备不必要的消耗。这些都可以达到节能降耗的目的。

总而言之，本次技术改造主要是利用可编程序逻辑控制器（PLC）作为控制系统的核心部件，外围利用除尘器灰斗料位计、仓泵泵体料位计、及有关设备（仓泵、饲料机、锁气器等）的运行状态、吹灰空气母管压力等作为输入信号；输出控制仓泵进/出灰、锁气器、饲料机以及空压机负荷等设备或参数。

3 用PLC来实现输灰系统的控制

3.1 PLC的选型

根据控制的要求，选择德国西门子公司所生产的S7-300系列可编程序控制器，PLC的硬件资源的配置如表1所示。

3.2 PLC的输入输出点分配

在程序设计之前，应给每一个输入/输出信号分配相应的地址，明确每个地址对应信号的含义、名称，以便软件编程和系统调试时使用。通过对整个系统控制要求的分析，各输入输出变量及所分配的地址如表2所示。

3.3 程序设计

根据工艺过程的特点和控制要求，首先确定控制过程中的联锁关系，各个输入、输出点的先后次序和逻辑关系，然后运用逻辑运算的各种基本规律，写出PLC各输入、输出点逻辑关系，再由逻辑关系转化为梯形图，程序设计时，除使用PLC的内部输入和输出继电器外，还要充分利用其内部定时器、辅助继电器等各种功能模块，然后可利用专用编程软件在计算机上编写梯形图，编好以后，直接将程序下传至PLC，同时在调试程序的过程中，根据要求，修改定时器的时间，以使系统达到最佳工况状态，满足生产的要求。

为了使系统正常运行，程序中应有联锁设计，既在进料时应切断出料过程的控制程序、在料满以后应继开进料过程的控制程序。

4 运行效果

通过PLC技术改造，设备的自动化水平得到了提高。通过一年多以来的运行情况来看，设备运行正常，使维护、检修工作量减少，大大降低了维护检修费用；能准确测量仓泵的料位，使运行人员能准确掌握仓泵的运行状态；对电除尘器灰斗的操作也可以根据有效的信号进行，提高了锁气器、饲料机及仓泵等设备的运行效率，降低了设备的损耗及能源的浪费；保证了整个系统按工艺要求正常运行，达到了预期效果。

5 结束语

由S7-300 PLC可编程序控制器来构成的输灰控制系统安全、稳定、使用方便、控制灵活、维护工作量少、修改控制系统相当方便，且又能满足生产的要求，所以本系统具有推广价值。

【参考文献】

[1]李培荣，等.发电厂除灰控制技术[M].北京：化学工业出版社，2006，6.