基于PLC控制的除氧加药系统设计

侯金泉

摘  要：该文针对锅炉除氧加药系统自动化程度低，加药精度不高等情况，着力于介绍一种锅炉除氧加药系统的设计方法。该系统主要依靠PLC控制器采集锅炉补水量信号，通过周期循环的数据处理逻辑和算法，计算出加药时间，控制加药泵实现加药，实现了锅炉除氧加药的24小时自动化运行以及加药量的精确控制。该系统的特点为结构简单、采集信号点少、可靠性高、便于改造实施。

关键词：除氧加药;自控;系统设计

中图分类号：TP27            文献标志码：A

0 引言

除氧装置作为锅炉系统的重要组成部分为大家熟知。为保证锅炉长期稳定运行，锅炉水在进入锅炉前要进行除氧和部分药品添加，以保证锅炉内壁不受腐蚀。目前，采用较多的方法是在锅炉水进入锅炉前进行热力除氧，同时在热力除氧阶段进行水质调整即药品添加。我厂LOOS锅炉根据原水水质等情况需要进行磷酸三钠的添加，磷酸根离子能够与水中微量钙镁离子形成疏松沉淀，此沉淀能够随排污及时除去，避免产生水垢，保证锅炉水中的钙镁离子不会形成顽固水垢。但磷酸根离子浓度过高时，也会带来一定的危害。因磷酸三钠为强碱弱酸盐，过量添加的话也会造成碱度过高，排污增加，带来一定的热力损失。为保证磷酸酸钠浓度稳定，实现精确控制加药量，就需要一套自动化程度高、控制性强的加药系统。

1 磷酸根离子浓度测定

磷酸根离子浓度测定方法：目前按照国家标准我们主要采用磷钼蓝比色法进行测定，是根据试样溶液颜色深浅的程度与已知标准溶液比较，来确定物质浓度的方法。在实际测量中，我们一般采用0 mg/L～50 mg/L间隔为10 mg/L的标准溶液进行比色。此种测定方法存在一定的局限性。1） 测定时间过长，每次进行测定需2 h以上。2）测定需人工进行操作，耗费人力。3）采用比对法进行测定，检测精度不高。

2 除氧加药装置设计思路

加药装置设计的一般思路是通过检测锅炉水中磷酸根离子浓度，再根据磷酸根离子浓度来判定加药量。但由于磷酸根离子在工业中的测定方法耗时较长（单次人工测定需2 h）且需要人工判定，因此可行性不高。所以该文着力考虑根据锅炉除氧补水量来判定加药量的方法。

由于加药量已确定是通过锅炉除氧补水量来判定，下一步就是控制加药的实现。目前，可以影响加药实现的因素主要有加药浓度、加药时间和加药速度。在操作中，主要通过恒定其中2个变量，控制剩余一个变量的方法实现加药，因此有3種备选方案，如图1所示。方案1稳定加药浓度、加药速度，控制加药时间。方案2稳定加药浓度，加药时间，控制加药速度。方案3，稳定加药速度，加药时间，控制加药浓度。方案3中控制加药浓度需要大量人工配药操作，较难实现，方案2中控制加药速度需要加药设备更新投入较大，所以最终选择方案1恒定加药浓度、加药速度，控制加药时间来作为主要控制思路。

3 除氧加药装置方案细化

3.1 方案原理

根据除氧装置设计思路，绘制了原理图，如图2所示。

装置主要由3个部分组成，主要包括数据采集装置、控制器以及执行装置。数据采集装置是由流量计构成。控制器由西门子PLC300控制器构成。执行装置由加药泵构成。3个部分相互配合协同完成整个控制过程。主要过程是通过数据采集流量计采集除氧罐进水流量并上传数据到控制器中，控制器根据算法计算出控制结果，并将结果通过执行装置执行。

3.2 方案软件

根据需求在西门子PLC300中编写设计了一套可以采用周期循环处理的方式，对加药时间进行自动控制，其逻辑示意图如图3所示。

其主要控制逻辑为采集周期开始时刻流量计计数并记录。同时调取上一周期开始时的流量计计数，两者相减即可计算出周期时间内的流量。根据计算出的流量值乘以相应系数最终计算出执行时间，并发送指令到执行器执行。

3.3 方案硬件

根据工厂对除氧加药系统的的要求，规划设计系统架构，并选取相应的硬件材料，进行硬件设计。硬件系统主要由流量采集装置、控制器、加药机以及本地控制电路组成。选取1台西门子PLC—300作为控制器，采用1个E+H流量计和2台国产恒定流量加药机。

3.4 方案补充

针对药液补充情况分别做以下方案设计。1） 药品称量方式目前主要有直接重量称量和标定体积称量2种方式。直接重量称量主要是通过使用电子秤直接对磷酸三钠进行重量称量，标定体积称量主要利用固体磷酸三钠密度基本不变，通过称量体积达到所0需加药量的方法。如果所需测量精度要求不高，使用标定体积称量方式即可达到要求。标定体积法较为简便，我们采用标定体积法称量药品。2）针对补药间隔，我们主要考虑每班加药与每天加药，我们按照锅炉最大日补水量对锅炉的所需磷酸三钠用量进行计算，经过估算我们得到每天所需的最大加药量为3 kg，考虑到加药罐能够很轻易地溶解3 kg磷酸三钠，在保证需求的前提下，最大限度地节约人力，我们最终选择每天加药一次作为补药间隔。

4 除氧加药装置控制过程

锅炉补水流量通过E+H流量计进行计量统计，并将数据上传PLC，PLC内的周期循环处理程序自动计算出单位时间内的锅炉水补给量，系统程序根据单位时间内的锅炉水补给量，按照预设比例进行换算，计算出单位时间内锅炉水需要添加的磷酸三钠量，并通过已知磷酸三钠溶液浓度，计算出加药机需要运行的加药时间，并最终发出控制信号。控制加药机在下一个单位时间内完成预定加压时间的加药，随后继续计算下一单位时间的锅炉水补给量，继续进行自动加药，以此循环，从而实现不间断自动根据补水流量进行加药的过程。

5 除氧加药装置控制特色

该文所设计的加药系统主要采用了的数据处理逻辑，能够循环进行数据处理，以单位时间为时间间隔，不断往复计算，从而连续不间断地对加药进行控制，有效规避了根据磷酸根离子浓度进行添加的弊端，有效地保证了加药量根据补水量的变化而变化，从而保证了加药的稳定性和加药系统的全天候运行。

6 结语

该文讨论了磷酸三钠在锅炉水系统的作用情况，并介绍了一种基于PLC控制的除氧加药系统，该系统能够根据锅炉水补给量添加一定浓度的磷酸三钠，采用了周期循环的数据处理逻辑，实现了加药系统的不间断运行，有效控制了锅炉水中磷酸根离子的浓度变化，从而有效地保证了锅炉系统的运行。该系统已在工厂中得到实际应用，并取得了良好的运行效果。

参考文献

[1]马立霞.磷酸三钠在工业锅炉生产运行中的应用[J].生产与技术改造，2002，1（2）：53-54.

[2]石书喜.锅炉给水热力除氧的自动控制[J].基础自动化，1995，7（6）：17-18.