西門子PLC在煙氣脫硫脫硝系統(tǒng)中的應(yīng)用

陳樂+楊光

摘 要：PLC控制系統(tǒng)的使用越來越廣泛，由于它可以顯著地提高工作效率，使得生產(chǎn)和運(yùn)行更加精細(xì)化，并在一定程度上提高了生產(chǎn)過程的安全性，所以在各類工業(yè)生產(chǎn)過程中都得到了應(yīng)用。其中西門子PLC開放的語言環(huán)境，方便的人機(jī)交互，非常便于生產(chǎn)操作、在線修改、過程維護(hù)。文章主要介紹西門子PLC在煙氣脫硫脫硝系統(tǒng)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：PLC控制系統(tǒng)；脫硫脫硝；應(yīng)用

中圖分類號：X701.3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）24-0145-03

1 工藝簡介

在煙氣脫硫脫硝系統(tǒng)中，一共分為三個(gè)主要系統(tǒng)流程：

1.1 脫硝系統(tǒng)

脫硝技術(shù)采用選擇性催化還原法（SCR），SCR是指在催

化劑的作用下，利用還原劑（如NH3或尿素等）“有選擇性”地與煙氣中的NOx反應(yīng)，并生成無毒無污染的N2和H2O。選擇性催化還原系統(tǒng)中，一般由還原劑儲存系統(tǒng)、還原劑蒸發(fā)系統(tǒng)、混合氣體噴入系統(tǒng)、反應(yīng)器系統(tǒng)及監(jiān)測控制系統(tǒng)等組成。[1]

1.2 余熱回收系統(tǒng)

煙道余熱利用目前在國內(nèi)已是成熟技術(shù)，具體方案為：從脫硝反應(yīng)器來的廢熱煙氣，通過引風(fēng)機(jī)的作用，將煙氣引至余熱鍋爐，同時(shí)將軟水引入進(jìn)水側(cè)，通過熱交換，產(chǎn)生蒸汽并入管網(wǎng)。余熱系統(tǒng)由地下總煙道、地上鋼制煙道、余熱鍋爐系統(tǒng)、引風(fēng)機(jī)等組成。[2]

1.3 脫硫系統(tǒng)

采用鎂法煙氣脫硫技術(shù)，吸收塔的結(jié)構(gòu)為逆流噴淋洗滌塔。排煙經(jīng)過除塵器后，通過引風(fēng)機(jī)送入脫硝系統(tǒng)除去煙氣中的氮氧化物，再通過余熱回收系統(tǒng)，將煙氣溫度降低至150℃左右，煙氣再通過脫硫塔吸收段下部進(jìn)入吸收塔內(nèi)洗滌，凈煙氣由塔頂煙囪排入大氣中。煙氣進(jìn)入吸收塔后首先經(jīng)過三層噴淋系統(tǒng)進(jìn)行洗滌吸收，由于洗滌液被特制的空心錐噴嘴霧化成比表面積極大的霧滴，可以同煙氣進(jìn)行充分的傳質(zhì)、吸收、洗滌煙塵等過程，噴淋吸收液由吸收塔循環(huán)泵供給。經(jīng)過噴霧吸收洗滌的煙氣中夾帶著一定的水滴，在進(jìn)入煙囪前必須進(jìn)行除霧，為此在脫硫塔內(nèi)設(shè)置了除霧段，除霧后的煙氣通過煙囪直接排放。

2 PLC控制系統(tǒng)

2.1 PLC技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

2.1.1 功能性強(qiáng)

PLC控制技術(shù)不僅具有記錄數(shù)據(jù)、對順序進(jìn)行控制、進(jìn)行邏輯運(yùn)算等功能，還能夠運(yùn)用模擬量或者是數(shù)字量的方式進(jìn)行對外的數(shù)據(jù)的輸出和輸入，并且在程序中可以編制工藝過程的安全聯(lián)鎖，報(bào)警設(shè)定。

2.1.2 容易進(jìn)行安裝和操作

一般可以進(jìn)行編碼程序的控制器體積都比較小、質(zhì)量也比較輕，連接十分的簡單和方便，并且能夠?qū)崿F(xiàn)即插即用，且能夠簡單易行的與設(shè)備內(nèi)部相連，使得機(jī)電一體化能夠輕易的實(shí)現(xiàn)。

2.1.3 對環(huán)境的適應(yīng)能力較強(qiáng)

PLC的模擬量和數(shù)字量模塊都使用了光電隔離技術(shù)，與現(xiàn)場設(shè)備連接的各個(gè)模塊通道都相互隔離，使得PLC硬件系統(tǒng)有極強(qiáng)的抗干擾能力。此外其還有較好的抗粉塵能力和抵抗沖擊的能力，可靠性高。

2.1.4 簡單易學(xué)，維護(hù)方便

PLC的接口十分簡單容易配置，編程中的梯形圖語言通過圖形和符號就能夠理解其中的邏輯關(guān)系，學(xué)習(xí)起來非常的容易。而系統(tǒng)的硬件種類較少，即使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)需要改造，所需要的備件數(shù)量也會較少，所以維護(hù)系統(tǒng)也很便捷。[3]

2.2 硬件配置

在此系統(tǒng)中，PLC的硬件配置主要采用西門子S7-400+ET200M分布式總線IO形式。由西門子S7-400作為主機(jī)架，擴(kuò)展機(jī)架及遠(yuǎn)程IO柜由S7-300的IO模塊組成，IO模塊包括熱電阻、熱電偶模擬量輸入模塊、常規(guī)模擬量輸入模塊、模擬量輸出模塊、數(shù)字量輸入模塊和數(shù)字量輸出模塊等。PLC系統(tǒng)硬件通過PROFIBUS DP網(wǎng)絡(luò)連接，再經(jīng)過以太網(wǎng)交換機(jī)，通過以太網(wǎng)連接至工控機(jī)。

2.3 軟件配置

在此系統(tǒng)中，采用西門子STEP 7作為下位機(jī)編程軟件，采用WinCC作為上位機(jī)組態(tài)軟件。

3 主要功能的實(shí)現(xiàn)

3.1 模擬量轉(zhuǎn)換（如圖1）

其中，調(diào)用了原先編好的模擬量轉(zhuǎn)換程序塊FC10 “SCALE-ADJUST”，將從現(xiàn)場接收到模塊地址的PIW528 4～20mA信號，轉(zhuǎn)換為-3～0kPa的壓力，通過DB10.DBD8上傳入上位機(jī)畫面顯示，M100.2為設(shè)備斷線信號。

該應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)脫硝系統(tǒng)中儲氨罐液位、液氨蒸發(fā)器溫度壓力、煙氣溫度壓力等，余熱回收系統(tǒng)中汽包液位、蒸汽溫度壓力、給水泵出口壓力等，脫硫系統(tǒng)中漿液的PH值、煙氣的溫度壓力，吸收劑漿液密度等儀表設(shè)備的顯示和報(bào)警功能，并且模擬量的實(shí)時(shí)信號可以參與到其他設(shè)備的連鎖條件中。

3.2 調(diào)節(jié)閥控制（如圖2）

其中通過FB41功能塊控制調(diào)節(jié)閥，M615.1為閥門的手動/自動，DB11.DBD8為閥門控制的模擬量，在畫面通過程序的背景數(shù)據(jù)塊設(shè)置閥門自動調(diào)節(jié)時(shí)的P、I、D值，最后通過MW682輸出到PQW274，從模擬量輸出模塊上的端子輸出4～20mA控制閥門。

該應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)脫硝系統(tǒng)中氨氣/空氣流量調(diào)節(jié)閥等，余熱回收系統(tǒng)中汽包液位調(diào)節(jié)閥、蒸汽調(diào)節(jié)閥等，脫硫系統(tǒng)中循環(huán)槽吹氧調(diào)節(jié)閥、吸收劑漿液總管壓力調(diào)節(jié)閥等設(shè)備的壓力、流量、液位的連續(xù)、穩(wěn)定控制功能。

3.3 典型電機(jī)控制（如圖3）

這是一個(gè)典型的油泵的啟停程序，如果收到設(shè)備上電信號和遠(yuǎn)程操作信號，可以通過畫面進(jìn)行手動或者自動啟停。手動啟停可以通過畫面上“啟動”、“停止”按鈕來操作，自動啟動則需要根據(jù)PT351_1的壓力值低報(bào)警信號（通過畫面設(shè)定）延時(shí)3秒后啟動，如果PT351_1壓力大于18kPa，延時(shí)3秒自動停止油泵運(yùn)行。在運(yùn)行過程中，如果收到油泵故障報(bào)警，也會給油泵發(fā)出停止命令。

該應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)脫硝系統(tǒng)中卸料壓縮機(jī)等，余熱回收系統(tǒng)中除氧給水泵、引風(fēng)機(jī)等，脫硫系統(tǒng)中煙氣擋板門、MgO漿液箱攪拌機(jī)、吸收塔攪拌器等設(shè)備在連鎖狀態(tài)或者維護(hù)狀態(tài)中的啟停功能。

3.4 油泵、水泵或風(fēng)機(jī)等設(shè)備互為備用程序（如圖4）

這個(gè)程序段是作為兩個(gè)設(shè)備一用一備或三個(gè)設(shè)備兩用一備編制的FB功能塊，可以在設(shè)備控制FC功能塊中調(diào)用，調(diào)用示例如圖5。

當(dāng)兩臺設(shè)備投入一用一備自動運(yùn)行時(shí)，在編程時(shí)需要在“N”管腳填上數(shù)字“2”（“3”代表采用兩用一備的模式自動運(yùn)行），當(dāng)鼠標(biāo)在畫面上點(diǎn)擊M511.4地址對應(yīng)的“備用”按鈕，則系統(tǒng)認(rèn)為第一臺設(shè)備為備用設(shè)備。當(dāng)?shù)诙_設(shè)備沒有現(xiàn)場得到電信號或設(shè)備運(yùn)行信號，或程序接收到第二臺設(shè)備的故障信號的話，程序就會觸發(fā)M511.5地址對應(yīng)的程序，第一臺設(shè)備就會自動啟動。同理，第二臺設(shè)備在畫面上選擇備用時(shí)，也會根據(jù)第一臺設(shè)備的情況自動啟動。

該應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)脫硝系統(tǒng)中液氨供應(yīng)泵、稀釋風(fēng)機(jī)，余熱回收系統(tǒng)中給水泵，脫硫系統(tǒng)中密封風(fēng)機(jī)、漿液輸送泵、除霧器沖洗水泵等設(shè)備的一用一備操作功能。還可以實(shí)現(xiàn)脫硫系統(tǒng)中吸收塔循環(huán)泵、機(jī)封冷卻水泵等設(shè)備的兩用一備操作功能。

4 結(jié)束語

在PLC系統(tǒng)廣泛流行的當(dāng)今，曾經(jīng)的DCS系統(tǒng)逐漸可以被PLC系統(tǒng)取代，PLC系統(tǒng)的運(yùn)用不僅可以提高企業(yè)生產(chǎn)效率，完善的連鎖程序也可以避免設(shè)備故障的頻繁發(fā)生，同時(shí)也提高了自動化控制的程度，減輕了企業(yè)員工的勞動強(qiáng)度。其中，西門子PLC系統(tǒng)作為當(dāng)今最主流的PLC系統(tǒng)，它以其更簡潔的系統(tǒng)構(gòu)建、更方便的系統(tǒng)維護(hù)、更人性化的操作流程越來越被廣泛使用。

參考文獻(xiàn)：

[1]鄒凌云，孫普.燒結(jié)煙氣脫硫脫硝處理技術(shù)的比較分析[J].山西冶金，2016（4）：57-59.

[2]董輝，王愛華，馮軍勝，等.燒結(jié)過程余熱資源回收利用技術(shù)進(jìn)步與展望[J].鋼鐵，2014，49（9）：1-9.

[3]譚建一.PLC控制技術(shù)在煤礦生產(chǎn)中的應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2017（1）：128.endprint