某电厂灰库、石膏库控制系统的智能化改进与效能提升

郭伟胜，朱 斌，曲宇凯

（1.国家能源集团永州发电有限公司，湖南永州 425000；2.大连天邦中科环保科技发展有限公司，辽宁大连 116600）

某电厂的灰库设计分为原、粗、细灰库，每个灰库都有干式和湿式卸料设备。其中干灰出料口5个，湿灰出料口3个，石膏出料口2个，每个出料口配1个就地控制柜，须运行值班员现场卸料，操作繁琐，又由于灰库、石膏库粉尘较大，容易引发多种职业病。因此，对电厂石膏库和灰库进行全面改造是非常必要的。本次改造涉及系统升级和优化，以提高生产效率，降低运营成本，增强员工的工作环境与安全，并为电厂的可持续发展和优质运营奠定坚实基础。近年来，PLC 对工业装置下的控制的应用越来越广泛。PLC 已应用于试验仪器、水泵系统、喷涂机器人、调色工艺、三相感应电动机、锅炉、连续生产线等。科学技术的快速发展，使得PLC 技术不断普及，应用范围越来越广，特别是在工业机电一体化生产系统中的应用，减轻了人工作业的劳动强度，提高了机械设备的生产效率。经技术论证，对灰库、石膏库控制系统进行改造，控制部分采用西门子PLC 控制，上位机组态软件采用wincc 组态软件，操作系统采用中文版windows10。在卸料口安装摄像头与语音对讲模块，实现远程语音联动操控。

1 石膏库和灰库系统原理

脱硫灰库属于干法烟气脱硫技术中尾端的系统，该装置主要用来储存脱硫灰，而脱硫灰主要成分为CaSO3·1/2H2O、CaSO4·1/2H2O、CaF2、CaCl2及未反应的Ca（OH）2和杂质等，目前这些脱硫灰的主要用途为废矿井填埋、高速公路路基、吸声材料、水泥掺合料、制作高速公路护坡等。灰库与石膏库的设备部分工作流程如下。

（1）干灰操作流程：①放下散装头；②散装头到位联锁打开抽尘风机；③打开下料阀放灰；④放灰完成后，关闭下料阀，停运抽尘风机；⑤收回散装头。

（2）湿灰库操作流程：①启动搅拌机；②打开下料阀、给水阀，开始放灰；③放灰完成后，关闭下料阀和给水阀，最后停运搅拌机。

（3）石膏库操作流程：①启动液压系统、刮刀，将石膏刮落；②卸石膏完成，关闭液压系统、刮刀，如图1所示。

图1 干灰库放灰机械原理示意

2 控制系统的智能化改造

2.1 改进后系统实施过程

控制系统采用计算机技术、网络通讯技术、视频监控技术、PLC 控制技术，借助网络交换机连接PLC 与上位机，实现对就地设备的远程监测、控制。在现阶段工业电气自动化领域常用的PLC 控制系统一般涵盖了中央处理器、I/O 模块、编程模块及供电模块等。所有放灰口均可在一个上位机上远程操作，上位机操作画面分为4部分，根据现场实际情况分别对应原灰库、粗灰库、细灰库和石膏库。操作上位机操作画面上的按钮直接控制现场设备。这样的智能化设计采用了SIMATIC WinCC 软件作为上位机控制系统。通过该系统，运行人员可以方便地从一个位置进行全面的控制与监控，实现了卸料过程的高效远程管理。SIMATIC WinCC 软件是一款功能强大的SCADA软件。对比其他的SCADA 软件，WinCC 软件拥有Visual Basic 和ANSI-C 两种脚本动态化运行环境，且脚本系统都是标准通用的语法，而其他的SCADA 软件有一套专用的脚本系统和语法。在基于传统智能化系统改造的基础上，设计人员加装了摄像模块和语音对讲模块。控制室人员可以实时观察现场的工作状态，包括原灰库、粗灰库、细灰库和石膏库。这为运行人员提供了更加直观、全面的信息，帮助他们做出准确的决策和控制操作。而语音对讲模块的引入，使得控制室人员能够随时与现场人员进行实时沟通。这种双向交流能够快速传递指令、反馈信息，并及时解决可能出现的问题，提高了操作的高效性和及时性，如图2所示。

图2 改造后的控制系统

在石膏库与灰库的放灰工作过程中，采用了PLC（可编程逻辑控制器）作为自动控制系统，以实现设备的启动与停止，这一流程通过定时指令实现，如图3所示。

图3 集成控制系统

控制系统中用定时指令实现时间顺序控制是较为常用的方法。该自动控制系统涵盖了多个设备，包括下料阀、给水阀、抽尘风机、给料机、散装头、双轴搅拌机、刮刀和液压推杆。整个工作流程通过PLC发出命令来实现。当需要启动或停止某个设备时，PLC 将相应的指令发送给该设备。同时，设备在运行到位时会发送信号反馈给PLC，以确保设备的准确操作。由于存在多个设备，系统对不同放灰口的设备进行整合。通过时间设定，PLC 能够自动控制整个放灰流程。这意味着设定好的时间表将触发不同设备的启动和停止，使整个放灰过程高度自动化和高效。

2.2 改进后现场数据分析

灰库、石膏库控制系统升级改造完成，现场装车试验，系统运行状态良好，功能齐全，具备故障报警功能，并能及时反馈设备运行状态。此次改造实现了显著的效益优化。首先，通过对系统的优化设计，现场运行人员数量由原来的5人精简至2人，极大地降低了运行成本。其次，平均单车放灰时间也得到了优化，由原来的20 min 缩短至现在的15 min，进一步提升了生产效率和产能具体见表1。

表1 系统改造前后对比

这次改造也着重考虑了运行人员的健康与安全。原先运行人员在工作的8 h 几乎全部处于粉尘环境下，而改造后，大部分时间他们可以在清洁的控制室内工作，大幅减少了暴露在粉尘环境中的时间，保护了他们的健康。

此外还实现了自动生成灰库与石膏库每日生产数据文档的功能，这为运营管理提供了便利，方便查阅与分析，更好地安排生产任务和优化生产计划。

综上所述，通过电厂石膏库与灰库系统的改造，不仅优化了生产效率和降低了运营成本，还增强了员工的工作环境与安全，为电厂的持续稳定运行提供了有力的支持。这些改进为电厂的可持续发展和优质运营奠定了坚实的基础。

3 结束语

经过改造，控制系统逻辑变得清晰简明，操作流程更加直观易懂，使得现场运行人员的工作负担显著减轻。通过图像模块和语音对讲模块，系统实现了远程实时监控和交流，从而减少了现场运行人员的数量。每次放灰过程都有详细的操作记录，使得整个过程可追溯、有迹可循，有助于问题的排查和质量的控制。

经过改造，运行人员通过大屏监视器可以直观地了解现场情况，全面了解灰库与石膏库的工作状态，有助于及时做出准确的决策和调整，提高了对现场运行的感知能力。

经过改造，运行人员非必要时不必常驻现场。远程监控和操作的功能减少了现场操作人员的暴露时间，显著降低了职业病的威胁。这为运行人员提供了更安全的工作环境，也为企业节约了人力资源成本。