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

郭新年　李強(qiáng)

【摘 要】本文介紹了火力發(fā)電廠輸灰系統(tǒng)的工作流程和控制要求，介紹了西門子公司的S7-300 PLC可編程序控制器在該系統(tǒng)中的應(yīng)用情況，給出了具體實(shí)施方案，由該裝置所構(gòu)成的控制系統(tǒng)運(yùn)行正常，其綜合效益十分明顯。

【關(guān)鍵詞】發(fā)電廠；輸灰系統(tǒng)；可編程序控制器；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(yàn)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?yàn)镻LC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。

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。

【參考文獻(xiàn)】

[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.

[責(zé)任編輯：丁艷]

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。

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。

【參考文獻(xiàn)】

[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.

[責(zé)任編輯：丁艷]

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。

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。

【參考文獻(xiàn)】

[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.

[責(zé)任編輯：丁艷]