PLC在过热炉点火系统中的应用

李敏

摘 要：传统点火装置控制过程不但费时费力，而且增加了操作人员及设备运行的安全隐患。本次改造采用西门子的STEP 7系统，系统可存储大量数据，相关监控测点都可数据采集，并由计算机对这些数据作处理，通过WinCC组态画面来判断检测相关工况运行情况。通过改造，达到降低系统故障，改善运行及检修人员的劳力强度等问题。

关键词：过热炉 点火系统 PLC

中图分类号：TP3 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）11（b）-0042-02

某钢铁厂用于余热发电的一台过热炉点火系统原采用若干继电器及自动西门子检漏装置、西门子机械程序控制器、西门子火焰检测装置来控制燃烧器点火。在点火过程中，通过中间继电器传输开关量信号来控制电机以及电动执行器来完该系统来完成整个点火程序不但费时又费力，而且若在点火过程中发生点火失败时，就需要人员至现场操作试验解决，这样就增加了操作人员及设备运行的安全隐患。

针对这些点火燃烧问题，本人提出整个点火燃烧过程采样现场开关量、模拟量传输至PLC，由后台机监控现场设备，通过PLC组态逻辑联锁相关现场设备，达到集中分散控制，且PLC电源可以由UPS电源供给。改造后由PLC（西门子）采样、监控、操作系统远程控制，增加了全程点火步序可控性。

1 系统工艺概况

过热炉点火系统点火启动后，机械程控器开始自动控制步序。首先打开天然气电磁阀，天然气供给后，触发高压点火装置点火，天然气着火；接着天然气火检亮大概12s左右后，机械程控器触发#19角打开快切阀V1，辅燃气阀Vg，辅燃煤气着火，煤气火检1、2、3亮；最后辅燃煤气燃烧大概5s后，主煤气V2阀打开，投入主煤气，煤气3只火检正常，炉膛负压（值范围-1500～2000Pa）正常，整个点火程序成功启动，此时可以根据炉膛负压及温度来控制过热炉按工艺要求燃烧，如图1所示。

2 系统配置

改造前的点火系统完全由原厂家利用西门子机械程序控制器，通过中间继电器传输开关量信号来控制电机以及电动执行器来完成点火程序，同时由于中间继电器还有接触不良、磨损、体积大等缺点。而PLC（可编程逻辑控制器）具有系统构成灵活，扩展容易，以开关量控制为其特长；也能进行连续过程的PID回路控制；并能与上位机构成复杂的控制系统，实现生产过程的综合自动化。

2.1 系统硬件选型

PLC选型对于机械设备电控系统的正常运行是至关重要的。选型要按照机械设备的工艺流程、使用点数、使用环境的要求决定选用何种容量和模块点数的PLC。余热炉点火系统主要是有点火燃烧器及点火棒、燃烧介质执行机构控制等构成。原机械程序控制器需19只中间继电器及5只时间继电器来控制天然气阀门、高压点火器，及煤气辅燃、主煤气阀门，技术改造需利用开关量及模拟量不是很多，按照点火机械设备的要求，决定选用仅需配备西门子S7-300系列，容量和模块扩展点数能满足要求。

2.2 硬件性能

S7-300是德国西门子公司生产的可编程序控制器（PLC）系列产品之一。其模块化结构、易于实现分布式的配置以及性价比高、电磁兼容性强、抗震动冲击性能好，使其在广泛的工业控制领域中，成为一种既经济又切合实际的解决方案。S7-300出色的性能表现在：（1）S7-300PLC具有高速的指令處理功能；（2）拥有人机界面（HMI）；（3）可以扩展多达32个模块；（4）模块内集成背板总线；（5）网络连接支持多点接口 （MPI）、PROFIBUS或工业以太网等。

3 系统原理

通过改造，整个点火过程由PLC编程控制现场燃气阀门开关，而且阀门开度及位置可反馈至后台机监控。点火棒是否由高压点火装置打火点燃天然气，也可通过火焰探头及显示器观察火焰燃烧大小。火焰3只检测探头监控天然气、辅燃煤气、主煤气是否着火，若没有着火，则PLC程序可编程逻辑联锁点火失败触发回到第一阶段吹扫并检漏。若天然气着火点亮则由PLC设定燃烧时间后，投用辅助煤气5s后，再投用主燃煤气，完成整个点火过程，达到过热炉的燃烧成功，并能全程监控。所有监控参数都可由后台机控制检测，而后台机监控组态画面可以通过WinCC软件来选择方案组态完成。

3.1 点火准备

点火前的检漏，通过PLC来控制燃气阀门开关V1、V2阀的开启与关闭，经现场仪表的开关量及模拟量变化来检测压力设定值是否达到，由此来判断是否漏气，严密性是否完好。点火前3台风机必须先后启动，先画面启动或现场手动再循环风机（进口阀门关到位），如果跳闸停机进口阀门自动关闭。再循环风机启动且运行正常（引风机进口阀门关到位），然后才可以启动引风机，如果跳闸停机进口阀门全开。再循环风机和引风机启动且运行正常后，鼓风机可以启动（进口阀门关闭），如果跳闸停机则进口阀门全开。

3.2 锅炉吹扫

炉膛压力正常，炉膛无火焰，3台风机运行正常，进口挡板开度大于30%，燃烧器主风门挡板开度大于30%，锅炉送风量大于3000m3/h，燃料阀门全关，MFT信号已复位，吹扫时间大于3min。

3.3 锅炉允许点火条件

锅炉吹扫完成，炉膛压力正常，炉膛无火焰，风机运行正常，进口挡板开度大于30%，高炉煤气进口电动阀开启且压力正常，天然气一次电磁阀开启且压力正常，锅炉蒸汽进口电动门开启，调门开度大于15%，集汽集箱排汽门开启。

3.4 点火过程

允许后，锅炉具备点火条件后，由操作员在上位机操作，通过PLC发点火命令（发点火命令后，天然气调门及燃烧风调门不要操作，PLC程序已设定），PLC发来的点火命令后，由PLC开关量及模拟量模块收发检测信号进行阀组检漏并确认正常，然后进行燃烧器内部吹扫，吹扫完成后，天然气点火并开天然气电磁阀，天然气火检确认有火或PLC上位机发确认有火信号（3s内）后，辅助煤气阀Vg（气动阀）打开，高炉煤气辅助煤气阀Vg及快切阀V1打开点火并确认有火，燃烧器风门挡板，煤气调节阀开到规定开度，主煤气阀V2（气动阀）打开并确认主火焰信号A61、A62、A75（火检三取二）正常。点火成功完成各项操作并确认火检信号正常后，操作员可通过PLC及组态画面监控锅炉各项参数并进行参数负荷调节，锅炉的正常运行调节开始由操作人员监控控制。

4 结语

通过PLC运用改造后，点火系统具有较高工作可靠性和抗干扰能力，相较以前纯机械程控来说，电气接线及开关点减少较多，且故障降低。改造后的系统可存储大量数据，相关监控测点都可数据采集，并由计算机对这些数据作处理，通过历史、实时曲线来判断检测相关工况运行情况，从而达到降低运行及检修人员的劳动强度的目的。

参考文献

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