某電廠灰庫、石膏庫控制系統的智能化改進與效能提升

郭偉勝，朱 斌，曲宇凱

（1.國家能源集團永州發電有限公司，湖南永州 425000；2.大連天邦中科環保科技發展有限公司，遼寧大連 116600）

某電廠的灰庫設計分為原、粗、細灰庫，每個灰庫都有干式和濕式卸料設備。其中干灰出料口5個，濕灰出料口3個，石膏出料口2個，每個出料口配1個就地控制柜，須運行值班員現場卸料，操作繁瑣，又由于灰庫、石膏庫粉塵較大，容易引發多種職業病。因此，對電廠石膏庫和灰庫進行全面改造是非常必要的。本次改造涉及系統升級和優化，以提高生產效率，降低運營成本，增強員工的工作環境與安全，并為電廠的可持續發展和優質運營奠定堅實基礎。近年來，PLC 對工業裝置下的控制的應用越來越廣泛。PLC 已應用于試驗儀器、水泵系統、噴涂機器人、調色工藝、三相感應電動機、鍋爐、連續生產線等。科學技術的快速發展，使得PLC 技術不斷普及，應用范圍越來越廣，特別是在工業機電一體化生產系統中的應用，減輕了人工作業的勞動強度，提高了機械設備的生產效率。經技術論證，對灰庫、石膏庫控制系統進行改造，控制部分采用西門子PLC 控制，上位機組態軟件采用wincc 組態軟件，操作系統采用中文版windows10。在卸料口安裝攝像頭與語音對講模塊，實現遠程語音聯動操控。

1 石膏庫和灰庫系統原理

脫硫灰庫屬于干法煙氣脫硫技術中尾端的系統，該裝置主要用來儲存脫硫灰，而脫硫灰主要成分為CaSO3·1/2H2O、CaSO4·1/2H2O、CaF2、CaCl2及未反應的Ca（OH）2和雜質等，目前這些脫硫灰的主要用途為廢礦井填埋、高速公路路基、吸聲材料、水泥摻合料、制作高速公路護坡等。灰庫與石膏庫的設備部分工作流程如下。

（1）干灰操作流程：①放下散裝頭；②散裝頭到位聯鎖打開抽塵風機；③打開下料閥放灰；④放灰完成后，關閉下料閥，停運抽塵風機；⑤收回散裝頭。

（2）濕灰庫操作流程：①啟動攪拌機；②打開下料閥、給水閥，開始放灰；③放灰完成后，關閉下料閥和給水閥，最后停運攪拌機。

（3）石膏庫操作流程：①啟動液壓系統、刮刀，將石膏刮落；②卸石膏完成，關閉液壓系統、刮刀，如圖1所示。

圖1 干灰庫放灰機械原理示意

2 控制系統的智能化改造

2.1 改進后系統實施過程

控制系統采用計算機技術、網絡通訊技術、視頻監控技術、PLC 控制技術，借助網絡交換機連接PLC 與上位機，實現對就地設備的遠程監測、控制。在現階段工業電氣自動化領域常用的PLC 控制系統一般涵蓋了中央處理器、I/O 模塊、編程模塊及供電模塊等。所有放灰口均可在一個上位機上遠程操作，上位機操作畫面分為4部分，根據現場實際情況分別對應原灰庫、粗灰庫、細灰庫和石膏庫。操作上位機操作畫面上的按鈕直接控制現場設備。這樣的智能化設計采用了SIMATIC WinCC 軟件作為上位機控制系統。通過該系統，運行人員可以方便地從一個位置進行全面的控制與監控，實現了卸料過程的高效遠程管理。SIMATIC WinCC 軟件是一款功能強大的SCADA軟件。對比其他的SCADA 軟件，WinCC 軟件擁有Visual Basic 和ANSI-C 兩種腳本動態化運行環境，且腳本系統都是標準通用的語法，而其他的SCADA 軟件有一套專用的腳本系統和語法。在基于傳統智能化系統改造的基礎上，設計人員加裝了攝像模塊和語音對講模塊。控制室人員可以實時觀察現場的工作狀態，包括原灰庫、粗灰庫、細灰庫和石膏庫。這為運行人員提供了更加直觀、全面的信息，幫助他們做出準確的決策和控制操作。而語音對講模塊的引入，使得控制室人員能夠隨時與現場人員進行實時溝通。這種雙向交流能夠快速傳遞指令、反饋信息，并及時解決可能出現的問題，提高了操作的高效性和及時性，如圖2所示。

圖2 改造后的控制系統

在石膏庫與灰庫的放灰工作過程中，采用了PLC（可編程邏輯控制器）作為自動控制系統，以實現設備的啟動與停止，這一流程通過定時指令實現，如圖3所示。

圖3 集成控制系統

控制系統中用定時指令實現時間順序控制是較為常用的方法。該自動控制系統涵蓋了多個設備，包括下料閥、給水閥、抽塵風機、給料機、散裝頭、雙軸攪拌機、刮刀和液壓推桿。整個工作流程通過PLC發出命令來實現。當需要啟動或停止某個設備時，PLC 將相應的指令發送給該設備。同時，設備在運行到位時會發送信號反饋給PLC，以確保設備的準確操作。由于存在多個設備，系統對不同放灰口的設備進行整合。通過時間設定，PLC 能夠自動控制整個放灰流程。這意味著設定好的時間表將觸發不同設備的啟動和停止，使整個放灰過程高度自動化和高效。

2.2 改進后現場數據分析

灰庫、石膏庫控制系統升級改造完成，現場裝車試驗，系統運行狀態良好，功能齊全，具備故障報警功能，并能及時反饋設備運行狀態。此次改造實現了顯著的效益優化。首先，通過對系統的優化設計，現場運行人員數量由原來的5人精簡至2人，極大地降低了運行成本。其次，平均單車放灰時間也得到了優化，由原來的20 min 縮短至現在的15 min，進一步提升了生產效率和產能具體見表1。

表1 系統改造前后對比

這次改造也著重考慮了運行人員的健康與安全。原先運行人員在工作的8 h 幾乎全部處于粉塵環境下，而改造后，大部分時間他們可以在清潔的控制室內工作，大幅減少了暴露在粉塵環境中的時間，保護了他們的健康。

此外還實現了自動生成灰庫與石膏庫每日生產數據文檔的功能，這為運營管理提供了便利，方便查閱與分析，更好地安排生產任務和優化生產計劃。

綜上所述，通過電廠石膏庫與灰庫系統的改造，不僅優化了生產效率和降低了運營成本，還增強了員工的工作環境與安全，為電廠的持續穩定運行提供了有力的支持。這些改進為電廠的可持續發展和優質運營奠定了堅實的基礎。

3 結束語

經過改造，控制系統邏輯變得清晰簡明，操作流程更加直觀易懂，使得現場運行人員的工作負擔顯著減輕。通過圖像模塊和語音對講模塊，系統實現了遠程實時監控和交流，從而減少了現場運行人員的數量。每次放灰過程都有詳細的操作記錄，使得整個過程可追溯、有跡可循，有助于問題的排查和質量的控制。

經過改造，運行人員通過大屏監視器可以直觀地了解現場情況，全面了解灰庫與石膏庫的工作狀態，有助于及時做出準確的決策和調整，提高了對現場運行的感知能力。

經過改造，運行人員非必要時不必常駐現場。遠程監控和操作的功能減少了現場操作人員的暴露時間，顯著降低了職業病的威脅。這為運行人員提供了更安全的工作環境，也為企業節約了人力資源成本。