PLC在過熱爐點火系統中的應用

李敏

摘 要：傳統點火裝置控制過程不但費時費力，而且增加了操作人員及設備運行的安全隱患。本次改造采用西門子的STEP 7系統，系統可存儲大量數據，相關監控測點都可數據采集，并由計算機對這些數據作處理，通過WinCC組態畫面來判斷檢測相關工況運行情況。通過改造，達到降低系統故障，改善運行及檢修人員的勞力強度等問題。

關鍵詞：過熱爐 點火系統 PLC

中圖分類號：TP3 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）11（b）-0042-02

某鋼鐵廠用于余熱發電的一臺過熱爐點火系統原采用若干繼電器及自動西門子檢漏裝置、西門子機械程序控制器、西門子火焰檢測裝置來控制燃燒器點火。在點火過程中，通過中間繼電器傳輸開關量信號來控制電機以及電動執行器來完該系統來完成整個點火程序不但費時又費力，而且若在點火過程中發生點火失敗時，就需要人員至現場操作試驗解決，這樣就增加了操作人員及設備運行的安全隱患。

針對這些點火燃燒問題，本人提出整個點火燃燒過程采樣現場開關量、模擬量傳輸至PLC，由后臺機監控現場設備，通過PLC組態邏輯聯鎖相關現場設備，達到集中分散控制，且PLC電源可以由UPS電源供給。改造后由PLC（西門子）采樣、監控、操作系統遠程控制，增加了全程點火步序可控性。

1 系統工藝概況

過熱爐點火系統點火啟動后，機械程控器開始自動控制步序。首先打開天然氣電磁閥，天然氣供給后，觸發高壓點火裝置點火，天然氣著火；接著天然氣火檢亮大概12s左右后，機械程控器觸發#19角打開快切閥V1，輔燃氣閥Vg，輔燃煤氣著火，煤氣火檢1、2、3亮；最后輔燃煤氣燃燒大概5s后，主煤氣V2閥打開，投入主煤氣，煤氣3只火檢正常，爐膛負壓（值范圍-1500～2000Pa）正常，整個點火程序成功啟動，此時可以根據爐膛負壓及溫度來控制過熱爐按工藝要求燃燒，如圖1所示。

2 系統配置

改造前的點火系統完全由原廠家利用西門子機械程序控制器，通過中間繼電器傳輸開關量信號來控制電機以及電動執行器來完成點火程序，同時由于中間繼電器還有接觸不良、磨損、體積大等缺點。而PLC（可編程邏輯控制器）具有系統構成靈活，擴展容易，以開關量控制為其特長；也能進行連續過程的PID回路控制；并能與上位機構成復雜的控制系統，實現生產過程的綜合自動化。

2.1 系統硬件選型

PLC選型對于機械設備電控系統的正常運行是至關重要的。選型要按照機械設備的工藝流程、使用點數、使用環境的要求決定選用何種容量和模塊點數的PLC。余熱爐點火系統主要是有點火燃燒器及點火棒、燃燒介質執行機構控制等構成。原機械程序控制器需19只中間繼電器及5只時間繼電器來控制天然氣閥門、高壓點火器，及煤氣輔燃、主煤氣閥門，技術改造需利用開關量及模擬量不是很多，按照點火機械設備的要求，決定選用僅需配備西門子S7-300系列，容量和模塊擴展點數能滿足要求。

2.2 硬件性能

S7-300是德國西門子公司生產的可編程序控制器（PLC）系列產品之一。其模塊化結構、易于實現分布式的配置以及性價比高、電磁兼容性強、抗震動沖擊性能好，使其在廣泛的工業控制領域中，成為一種既經濟又切合實際的解決方案。S7-300出色的性能表現在：（1）S7-300PLC具有高速的指令處理功能；（2）擁有人機界面（HMI）；（3）可以擴展多達32個模塊；（4）模塊內集成背板總線；（5）網絡連接支持多點接口 （MPI）、PROFIBUS或工業以太網等。

3 系統原理

通過改造，整個點火過程由PLC編程控制現場燃氣閥門開關，而且閥門開度及位置可反饋至后臺機監控。點火棒是否由高壓點火裝置打火點燃天然氣，也可通過火焰探頭及顯示器觀察火焰燃燒大小。火焰3只檢測探頭監控天然氣、輔燃煤氣、主煤氣是否著火，若沒有著火，則PLC程序可編程邏輯聯鎖點火失敗觸發回到第一階段吹掃并檢漏。若天然氣著火點亮則由PLC設定燃燒時間后，投用輔助煤氣5s后，再投用主燃煤氣，完成整個點火過程，達到過熱爐的燃燒成功，并能全程監控。所有監控參數都可由后臺機控制檢測，而后臺機監控組態畫面可以通過WinCC軟件來選擇方案組態完成。

3.1 點火準備

點火前的檢漏，通過PLC來控制燃氣閥門開關V1、V2閥的開啟與關閉，經現場儀表的開關量及模擬量變化來檢測壓力設定值是否達到，由此來判斷是否漏氣，嚴密性是否完好。點火前3臺風機必須先后啟動，先畫面啟動或現場手動再循環風機（進口閥門關到位），如果跳閘停機進口閥門自動關閉。再循環風機啟動且運行正常（引風機進口閥門關到位），然后才可以啟動引風機，如果跳閘停機進口閥門全開。再循環風機和引風機啟動且運行正常后，鼓風機可以啟動（進口閥門關閉），如果跳閘停機則進口閥門全開。

3.2 鍋爐吹掃

爐膛壓力正常，爐膛無火焰，3臺風機運行正常，進口擋板開度大于30%，燃燒器主風門擋板開度大于30%，鍋爐送風量大于3000m3/h，燃料閥門全關，MFT信號已復位，吹掃時間大于3min。

3.3 鍋爐允許點火條件

鍋爐吹掃完成，爐膛壓力正常，爐膛無火焰，風機運行正常，進口擋板開度大于30%，高爐煤氣進口電動閥開啟且壓力正常，天然氣一次電磁閥開啟且壓力正常，鍋爐蒸汽進口電動門開啟，調門開度大于15%，集汽集箱排汽門開啟。

3.4 點火過程

允許后，鍋爐具備點火條件后，由操作員在上位機操作，通過PLC發點火命令（發點火命令后，天然氣調門及燃燒風調門不要操作，PLC程序已設定），PLC發來的點火命令后，由PLC開關量及模擬量模塊收發檢測信號進行閥組檢漏并確認正常，然后進行燃燒器內部吹掃，吹掃完成后，天然氣點火并開天然氣電磁閥，天然氣火檢確認有火或PLC上位機發確認有火信號（3s內）后，輔助煤氣閥Vg（氣動閥）打開，高爐煤氣輔助煤氣閥Vg及快切閥V1打開點火并確認有火，燃燒器風門擋板，煤氣調節閥開到規定開度，主煤氣閥V2（氣動閥）打開并確認主火焰信號A61、A62、A75（火檢三取二）正常。點火成功完成各項操作并確認火檢信號正常后，操作員可通過PLC及組態畫面監控鍋爐各項參數并進行參數負荷調節，鍋爐的正常運行調節開始由操作人員監控控制。

4 結語

通過PLC運用改造后，點火系統具有較高工作可靠性和抗干擾能力，相較以前純機械程控來說，電氣接線及開關點減少較多，且故障降低。改造后的系統可存儲大量數據，相關監控測點都可數據采集，并由計算機對這些數據作處理，通過歷史、實時曲線來判斷檢測相關工況運行情況，從而達到降低運行及檢修人員的勞動強度的目的。

參考文獻

[1] 陶永華.新型PID控制及其應用[M].北京：機械工業出版社，2003：56.

[2] 西門子AG.西門子S7-300系統手冊[Z].2016.

[3] 沈俊安.高爐煤氣放散系統點火裝置系統功能簡述及優化[J].科技信息，2009（29）：821-822，1121.

[4] 程洪，王吉平.35t/h全燒高爐煤氣鍋爐自動點火系統的應用[J].冶金動力，2004（3）：45-47.