S7-300 PLC 在發(fā)電廠輸灰系統(tǒng)中的應(yīng)用

郭新年 李 強(qiáng)(.攀枝花學(xué)院 電信學(xué)院，四川 攀枝花 67000；.攀鋼發(fā)電廠 設(shè)備科，四川 攀枝花67000)

0 引言

火力發(fā)電廠輸灰流程為： 電除塵器灰斗→鎖氣器→斜槽→伺料機(jī)→倉泵→灰?guī)臁嚒覉觯撓到y(tǒng)在整個生產(chǎn)過程中具有重要的作用， 正常運(yùn)行時能確保鍋爐燃煤燃燒后產(chǎn)生的煤灰及時輸送出去。攀鋼發(fā)電廠1# 機(jī)組的輸灰控制系統(tǒng)由于設(shè)計及設(shè)備等方面不同程度地存在一些問題，致使該系統(tǒng)自1993 年投運(yùn)以來，運(yùn)行狀況一直不太理想。 主要存在以下一些問題。

倉泵沒有料位計。該系統(tǒng)原來配置的料位計（電容式料位計）可靠性較差，不能準(zhǔn)確地測量出倉泵內(nèi)的料位，故當(dāng)時在調(diào)試時就由時間繼電器來代替料位計，使運(yùn)行人員在不十分清楚當(dāng)前泵內(nèi)的灰料量的情況下，簡單地根據(jù)時間來操作，從而因操作失誤、控制失靈等經(jīng)常造成系統(tǒng)堵管、泄漏等問題，影響生產(chǎn)。

倉泵控制系統(tǒng)設(shè)計不合理。 原來設(shè)計的控制系統(tǒng)是由中間繼電器、時間繼電器構(gòu)成的，即繼電器控制系統(tǒng)。這種系統(tǒng)在運(yùn)行時所表現(xiàn)出來的突出問題是： 繼電器經(jīng)常因周圍環(huán)境中較多的灰塵而接觸不良，從而使整個系統(tǒng)不能正常工作；其次因控制柜、操縱臺內(nèi)以及相互間的連接電纜、電線非常多，也造成了設(shè)備故障率高，維護(hù)工作量大，維護(hù)費(fèi)用高等問題。

電除塵器灰斗料位計設(shè)計選型不合理，不利于節(jié)能降耗。 原來電除塵器灰斗裝設(shè)的料位計為堵轉(zhuǎn)式料位計并只供監(jiān)視用，而且基本上都不能正常運(yùn)行，無法提供有效信號。 這就造成了崗位操作人員在不了解灰斗真實(shí)料位的情況下，只能憑經(jīng)驗操作，以至于出現(xiàn)灰斗已經(jīng)基本無料，而操作人員卻開動設(shè)備出料的情況，從而使鎖氣器、飼料機(jī)及倉泵等設(shè)備低效率運(yùn)轉(zhuǎn)，對設(shè)備及能源造成了極大的浪費(fèi)。

為了克服以上缺陷，保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行、保護(hù)環(huán)境以及節(jié)能降耗等方面的考慮，對該機(jī)組進(jìn)行了技術(shù)改造，由PLC 來構(gòu)成控制系統(tǒng)。

1 改造后的功能要求

改造后應(yīng)使該系統(tǒng)具有手動運(yùn)行方式和自動運(yùn)行方式。手動運(yùn)行的功能是根據(jù)系統(tǒng)狀況來人為地操縱相應(yīng)設(shè)備。

自動運(yùn)行的功能為：輸灰系統(tǒng)設(shè)有“自動”“手動”二種控制方式，單元切換控制方式，在某個單元輸送時另一單元的進(jìn)氣閥和出料閥不論自動手動均無法開啟。 以＃1 爐1 單元操作為例，在“＃1 爐一電場”畫面中點(diǎn)擊“手自動切換”按鈕，畫面上彈出“控制方式”選擇窗口，通過點(diǎn)擊窗口中的“自動” 按鈕來進(jìn)入自動控制操作，自動控制操作時電除塵區(qū)輸灰系統(tǒng)參與程序運(yùn)行的設(shè)備均不可人為控制。點(diǎn)擊“手動”按鈕選擇手動控制操作方式，在手控操作方式下可控制任意受程控控制的設(shè)備，但不能操作有硬聯(lián)鎖的設(shè)備。 手動一般僅在調(diào)試單一閥門是否完好或在非正常工況下可采用。 各單元選“自動”后，對應(yīng)“自動/手動”信息框文字顯示為“自動”，選“手動”后，“自動/手動” 信息框文字顯示為“手動”。

在自動輸送過程中，若切換為“手動”方式，所有設(shè)備保持當(dāng)前狀態(tài)，并將不會按程序進(jìn)行下一步動作，直至切換回自動方式。

2 改造方案

根據(jù)存在的問題和要實(shí)現(xiàn)的功能， 結(jié)合本廠現(xiàn)有的技術(shù)能力，并通過研討和論證，得出了如下改造方案：

問題的核心——控制系統(tǒng)部分， 用西門子公司的S7-300 PLC 系列可編程序控制器（PLC）來代替中間（時間）繼電器。因為PLC 是一種新型的通用的自動控制裝置，它將傳統(tǒng)的繼電器控制技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)和通訊技術(shù)融為一體，是專門為工業(yè)控制而設(shè)計的，具有功能強(qiáng)、通用靈活、可靠性高、穩(wěn)定性好、抗干攏能力強(qiáng)、編程簡單、使用方便以及體積小、重量輕、功耗低等一系列優(yōu)點(diǎn)。 它對環(huán)境的要求較低。 因此選擇它作為本系統(tǒng)改造后的控制核心， 既可以達(dá)到降低系統(tǒng)的故障率、維護(hù)費(fèi)用和維護(hù)工作量，保證系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行的目的；又可以靈活配置所需的模塊，最大限度地限制投資，減少備品備件。

將倉泵泵體的料位計（電容式）改用美國DREXELBROOK 公司的射頻導(dǎo)納點(diǎn)位計。 這樣在料位計可靠的前提下，就可以將倉泵控制系統(tǒng)改為以料位為主，時間延時為輔的控制系統(tǒng)。 保證操作人員在正常情況下能根據(jù)料位情況操作設(shè)備，這既減少了設(shè)備的損耗，又節(jié)約了能源。 達(dá)到提高設(shè)備效率、節(jié)能降耗的目的。

在電除塵器上增設(shè)FM 型負(fù)壓式膜片開關(guān)料位計。 該料位計輸出兩對開關(guān)量信號，其中一對送到輸灰控制系統(tǒng)作為控制用；另外一對送到監(jiān)視系統(tǒng)（料位指示燈），作為運(yùn)行操作人員監(jiān)視灰斗料位用。

對倉泵、飼料機(jī)、鎖氣器以及電除塵器灰斗料位等設(shè)備或參數(shù)之間的連（閉）鎖系統(tǒng)進(jìn)行修改、完善。使倉泵短時間不工作（除灰）時，飼料機(jī)、鎖氣器等設(shè)備也不運(yùn)行；當(dāng)電除塵器灰斗內(nèi)的料位低于預(yù)定位置時，系統(tǒng)不進(jìn)行除灰作業(yè)，保證系統(tǒng)始終在高效率下運(yùn)行，減少或杜絕設(shè)備不必要的消耗。 這些都可以達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

總而言之，本次技術(shù)改造主要是利用可編程序邏輯控制器（PLC）作為控制系統(tǒng)的核心部件，外圍利用除塵器灰斗料位計、倉泵泵體料位計、及有關(guān)設(shè)備（倉泵、飼料機(jī)、鎖氣器等）的運(yùn)行狀態(tài)、吹灰空氣母管壓力等作為輸入信號；輸出控制倉泵進(jìn)／出灰、鎖氣器、飼料機(jī)以及空壓機(jī)負(fù)荷等設(shè)備或參數(shù)。

3 用PLC 來實(shí)現(xiàn)輸灰系統(tǒng)的控制

3.1 PLC 的選型

根據(jù)控制的要求， 選擇德國西門子公司所生產(chǎn)的S7-300 系列可編程序控制器，PLC 的硬件資源的配置如表1 所示。

3.2 PLC 的輸入輸出點(diǎn)分配

在程序設(shè)計之前，應(yīng)給每一個輸入/輸出信號分配相應(yīng)的地址，明確每個地址對應(yīng)信號的含義、名稱，以便軟件編程和系統(tǒng)調(diào)試時使用。通過對整個系統(tǒng)控制要求的分析，各輸入輸出變量及所分配的地址如表2 所示。

表1 PLC 的硬件配置表

表2 PLC 的輸入輸出點(diǎn)分配表

3.3 程序設(shè)計

根據(jù)工藝過程的特點(diǎn)和控制要求，首先確定控制過程中的聯(lián)鎖關(guān)系，各個輸入、輸出點(diǎn)的先后次序和邏輯關(guān)系，然后運(yùn)用邏輯運(yùn)算的各種基本規(guī)律，寫出PLC 各輸入、輸出點(diǎn)邏輯關(guān)系，再由邏輯關(guān)系轉(zhuǎn)化為梯形圖，程序設(shè)計時，除使用PLC 的內(nèi)部輸入和輸出繼電器外，還要充分利用其內(nèi)部定時器、輔助繼電器等各種功能模塊，然后可利用專用編程軟件在計算機(jī)上編寫梯形圖，編好以后，直接將程序下傳至PLC，同時在調(diào)試程序的過程中，根據(jù)要求，修改定時器的時間，以使系統(tǒng)達(dá)到最佳工況狀態(tài)，滿足生產(chǎn)的要求。

為了使系統(tǒng)正常運(yùn)行，程序中應(yīng)有聯(lián)鎖設(shè)計，既在進(jìn)料時應(yīng)切斷出料過程的控制程序、在料滿以后應(yīng)繼開進(jìn)料過程的控制程序。

4 運(yùn)行效果

通過PLC 技術(shù)改造，設(shè)備的自動化水平得到了提高。 通過一年多以來的運(yùn)行情況來看，設(shè)備運(yùn)行正常，使維護(hù)、檢修工作量減少，大大降低了維護(hù)檢修費(fèi)用；能準(zhǔn)確測量倉泵的料位，使運(yùn)行人員能準(zhǔn)確掌握倉泵的運(yùn)行狀態(tài)；對電除塵器灰斗的操作也可以根據(jù)有效的信號進(jìn)行，提高了鎖氣器、飼料機(jī)及倉泵等設(shè)備的運(yùn)行效率，降低了設(shè)備的損耗及能源的浪費(fèi)；保證了整個系統(tǒng)按工藝要求正常運(yùn)行，達(dá)到了預(yù)期效果。

5 結(jié)束語

由S7-300 PLC 可編程序控制器來構(gòu)成的輸灰控制系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、使用方便、控制靈活、維護(hù)工作量少、修改控制系統(tǒng)相當(dāng)方便，且又能滿足生產(chǎn)的要求，所以本系統(tǒng)具有推廣價值。

［1］李培榮，等.發(fā)電廠除灰控制技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006，6.

［2］廖常初.大中型 PLC 應(yīng)用教程[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.