旋轉濾網自動控制系統優化并納入DCS 監控

楊志方，劉柯辰

（武漢工程大學 電氣信息學院，湖北 武漢430205）

火力發電廠開式循環冷卻水的主要作用是向閉式循環水冷卻水系統的設備提供冷卻水，其水源為循環水或循環水補充水。其中含有較多雜質，如果不能清除掉其中大部分雜質，將會對設備管道造成堵塞或者腐蝕，造成某些重要設備溫度異常，影響機組安全。

本次優化的300 MW 火力發電機組開式水系統配有一臺旋轉濾網，目前該旋轉濾網由電氣回路控制，裝設在就地控制柜中，濾網壓差的監視方式主要是由運行人員到生產現場查看壓差表。這種方式較為不便，若沒有及時轉動濾網則會造成濾網損壞，造成開式循環冷卻水水量不足。

本文將旋轉濾網的控制系統設計為由PLC 控制，并納入DCS 控制系統，運行人員可在監控畫面上監視和控制濾網的啟動和停止，不僅減輕了運行人員的勞動強度，而且保證了機組安全、高效地運行。

1 旋轉濾網工作過程

循環水通過旋轉濾網進入開式循環冷卻水泵，水中的雜質經濾網過濾聚集在濾網筐外，使濾網的前后壓差增大。當濾網前后壓差增大到設定值時，壓差監測系統發出壓差大的信號，開始進行濾網反沖洗。

反沖洗時，開反沖洗管道的電動出口閥，同時齒輪箱電動機啟動，通過封閉式傳動軸、減速齒輪箱，帶動反沖洗轉子轉動。反沖洗轉子下端帶有一個扇形的垃圾槽，槽的一端與反沖洗管道相聯通。當反沖洗轉子的垃圾槽轉動至完全覆蓋某一扇形拱裝濾網時，垃圾槽與橡膠密封板使該扇形拱狀濾網上游處形成一個腔室。該腔室與反沖洗出口管道相連通，濾網上游則處于低壓狀態。此時，濾網下游的壓力高于上游壓力，在這個差壓的作用下，該處濾網下游的循環水改變流向，從流往電動進水濾網轉為流向反沖洗轉子的垃圾槽，形成反沖洗水流。聚集在該處的雜質被水流帶走，隨著反沖洗轉子的轉動，濾網上的雜質被清洗干凈[1]。

2 PLC 改造方案

2.1 主電路設計

主電路設計如圖1 所示。

圖1 主電路圖

2.2 PLC 選型及I/O 點分配

根據旋轉濾網的工藝要求統計出該控制系統的I/O 點共有33 個，其中數字量輸入點16 個，數字量輸出點17 個。根據輸入和輸出的要求，選用西門子小型一體化PLC S7-200 CPU224 CN，增設EM223 CN 擴展模塊。其中CPU224 CN模塊內置數字量14 個輸入點和10 個數字量輸出點，EM223 CN 模塊內置8 個數字量輸入點和8 個數字量輸出點。

西門子S7-200CN 型PLC 控制器操作方便，可靠性高，性價比高，廣泛用于工業控制的各個領域。本系統的I/O 點數分配如表1、表2 所示。根據I/O 分配情況對相關設備和PLC 進行連接，由于出口電動閥和電動機等設備運行電流較大，而PLC 輸出電流較小，用中間繼電器和PLC 的輸出端子連接，對輸出的信號進行轉換，從而能夠正常驅動設備并保護PLC 的輸出觸點。

2.3 旋轉濾網控制流程

根據現場工作方式及旋轉濾網的控制方式，旋轉濾網的控制系統設計成可以手動控制，也可自動控制；可以現場控制，也可以遠程DCS 上控制。在手動控制的方式下，濾網前后壓差大于0.1 MPa 時壓差測量系統發出信號至PLC，現場控制柜和控制室電腦均顯示報警，運行人員可以在現場或者電腦上控制出口電動閥和啟動齒輪箱電動機的啟停來完成反沖洗操作。在自動控制方式下，每隔8 h 濾網自動反沖洗1 次，由時間繼電器發信號至PLC，無論當時濾網前后壓差為多少，均進行反沖洗。壓差測量系統主要由壓差計、磁性觸點等組成。主控制程序流程如圖2 所示。

表1 PLC 輸入點分配

表2 PLC 輸出點分配

3 旋轉濾網DCS 控制組態

為方便運行人員對旋轉濾網監視和操作，DCS 需提供啟、停按鈕、反饋信號、旋轉濾網前后壓差反饋及報警顯示。本系統只需在機組現有控制系統的基礎上，將旋轉濾網的控制接入DCS 即可。本次接入機組的控制系統為艾默生過程控制有限公司的Ovation DCS。將艾默生DCS 專用通信LC模塊裝入DPU 控制柜中，和就地PLC 用硬接線方式連接。在OVATION DCS 系統中進行邏輯設置，如圖3 所示。

運用Ovation 系統軟件創建旋轉濾網控制系統的監控組態畫面，建立變量與遠程監控畫面的連接，實現對現場旋轉濾網參數的監視及電動閥、電動機的啟停控制，濾網電動機和濾網出口門監控畫面如圖4 所示。

圖2 主控制程序流程圖

圖3 旋轉濾網電動機和出口門控制邏輯圖

圖4 濾網電動機和濾網出口門監控畫面

4 結論

開式循環冷卻水旋轉濾網控制系統由電氣回路控制改為由PLC 控制并接入DCS 系統后，可在DCS 上監視和控制濾網前后壓差、旋轉濾網齒輪箱電動機和出口門。改造后的旋轉濾網自動控制效果好，提高了機組的安全性和經濟效益，減少了運行人員日常維護和操作的工作量。