堿爐吹灰控制的優化方案

摘要：文章根據貴州省赤天化紙業公司堿爐吹灰器的使用情況，從檢修和控制的方便性以及保持工況的穩定性等方面考慮，利用西門子S7系統對原有的控制方式進行了優化改造，取得了較好的效果。

關鍵詞：堿爐；吹灰；錯吹模式；單吹模式；對吹模式

中圖分類號：TM621 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2012）12-0064-03

一、概述

貴州赤天化紙業股份有限公司年產20萬噸竹漿林紙一體化項目，其堿回收工藝中的堿爐（1500tds/d）以制漿廢液黑液為燃料進行燃燒以消除黑液中的有機物，燃燒產物可還原成堿，在燃燒的同時又可產出蒸汽，可達到消除污染、節能、回收的綜合效果，在紙漿生產過程中有著舉足輕重的作用。

在堿爐運行過程中，為有效地清除受熱面積灰，保證受熱面傳熱效果良好，公司采用了傳統的蒸汽吹灰器，并將所有吹灰器分為兩組進行控制，每一組同一時間只能動作一支吹灰器。但是由于蒸汽吹灰器故障率相對較高，檢修人員在處理故障吹灰器時，對吹灰器的檢修調試又會對該吹灰器所在的控制組的控制造成影響，在不影響系統正常運行的情況下，原有的控制方式既不便于檢修調試，也不利于控制，且在對吹模式下蒸汽使用量較大，影響蒸汽平衡，已不滿足于我們的生產需要，因此需要對其控制進行優化。

二、原控制方式介紹

公司堿爐使用了共76支吹灰器，吹灰蒸汽采用4.1MPa蒸汽，單支吹灰器耗氣量設計值為2.64t/h，吹灰控制系統選用組態王與西門子S7-400系統，在控制上則將76支吹灰器分為左側和右側兩個控制組，每一組有38支吹灰器，控制模式則分為單吹和對吹兩種。

（一）控制模式

單吹模式：其順控方式以左側1#吹灰器開始啟動開始，當左側1#吹灰器運行完畢后啟動右側1#吹灰器，右側1#吹灰器運行完畢則順序啟動左側2#吹灰器，以此類推直至整個程序結束。

對吹模式：其控制方式以左右側1#吹灰器同時啟動開始，運行完畢后則順序啟動左右側2#吹灰器，以此類推直至整個程序結束。

（二）信號交換方式

與現場的信號交換使用的是總線信號：一個吹灰器組共用一個控制信號線、一個吹灰器運行信號線以及一個吹灰器過載信號線，每一組吹灰器使用四個總線信號進行控制。

（三）存在的問題

1．檢修故障吹灰器時為了方便檢修調試，必須將自動控制模式切換為就地控制模式，在此期間要想保持程序運行，就需要操作人員隨時監控，不方便操作。

2．吹灰器組分得不夠細，在生產中常常出現某些位置需要頻繁除灰的情況，這個時候自動控制模式已經不能滿足要求，往往需要操作人員切換到手動模式來對幾支吹灰器進行操作，并隨時進行監控，不方便生產操作。

3．單吹模式下相鄰兩支吹灰器運行間隔時間過長，除灰效率較低，對吹模式下蒸汽消耗量又偏大，會造成蒸汽量波動，不利于生產的穩定。

三、優化目標及方案

（一）優化需要達到的目標

1．利用現有系統和設備，完善原程序不符合生產情況的地方，做到檢修與運行兩不誤。

2．細化吹灰器分組，控制過程中盡量脫離人工干預，減輕操作人員工作量。

3．提高除灰效率，降低吹灰用氣的波動，保持生產穩定。

（二）優化方案

1．取消現場吹灰器遠程/就地切換開關，改為由操作站切換，該切換操作可單獨進行而不影響程序邏輯，需要對吹灰器進行就地操作時，只要在操作畫面上進行切換即可，方便檢修人員在處理故障吹灰器的同時又不影響自動控制序列的正常運行。

2．在吹灰主控程序模塊中利用主控繼電器指令與累加器指令實現步進控制。

3．細化每一側組的吹灰器分組，每一側組根據現場吹灰器位置再細分為6組，然后左右側每一組作為一個控制組，這樣就將原來的2個控制組細化為6個控制組，再在S7程序中增加每一組對應的DB塊用以保存吹灰器控制字數據。原來只有兩個控制分組分別為DB40和DB41，將之細化后新增4個DB模塊DB42～DB45，每個DB模塊中按執行順序保存各組的控制器控制字，以第一控制組DB40為例，見表1：

表1中地址欄為DB40模塊中的數據起始地址，其中以地址DBW0.0開始，保存左側吹灰器控制指令，以地址DBW76.0開始，保存右側吹灰器控制指令，保存的數據則為控制指令輸出，按每一個控制組吹灰器的運行順序，將控制字指令數據依次保存在各地址中，這樣，當開始運行第一組吹灰器時，程序讀取DB40模塊中的數據，按地址依次獲得控制指令。

4．建立序列選擇模塊，計算出序列號（1～6）所對應的DB模塊編號（DB40～DB45），再使用地址直接指針指向該DB模塊。

5．增加錯吹模式，在S7程序中增加FB模塊，原程序中，FB20為原有的單吹、對吹控制程序，新增一個FB21模塊則為錯吹程序，兩個FB塊互不影響，均可根據生產需要進行切換控制。

6．錯吹模式中每一個控制組啟動后從左側第一支吹灰器開始運行，即從DB塊中0.0地址讀取當前控制字，并發出啟動指令，吹灰槍開始運行。運行至開始回退時，通過延時器（該時間可根據生產情況來定）觸發步進信號步進到DB塊下一個地址（通常是地址76.0，見表1）讀取控制字，發出啟動指令，于是下一支吹灰器啟動。在步進過程中，如果發現某支吹灰器被屏蔽，則跳過該地址和延時器，繼續步進，如此循環步進，直到該組右側最后一支吹灰器運行完畢，于是該控制組運行完畢，繼續順序運行下一個控制組程序。

四、改造過程中需要注意的問題

1．在原有控制模式基礎上，新增錯吹模式，其工作原理參照單吹模式進行修改，在當前運行的吹灰器還沒有運行完畢的時候，下一支吹灰器則開始啟動，其目的是提高除灰效率，同時降低用氣波動。要達到該目標需要引入延時器，但是使用延時器時又需要考慮到在某支吹灰器在屏蔽與故障情況下如何跳過延時器順利的步進到下一支吹灰器運行。

2．原控制程序僅分為2個控制組，S7中也只采用了兩個DB模塊對吹灰器的控制字進行保存和處理，如果要細化吹灰器的分組，必須再增加DB模塊對分組數據進行保存，同時還要考慮按分組信號進行順序控制時，程序如何按照操作人員給定的組序列順序進行控制，采用何種選址方式達到目的。

3．原控制信號全部使用總線信號，因此每一支吹灰器的信號監控必須是每一組的總線信號與吹灰器的控制字相結合來進行判斷，在修改程序時需要注意在吹灰器故障、屏蔽時步進器必須能夠正確的工作。

五、結語

經過重組優化，投用后效果明顯，除灰效率明顯提高，堿爐煙道積灰堵塞的情況已大大改善，同時也方便了運行期間檢修人員對故障吹灰器的檢修調試，切換至錯吹模式運行時，蒸汽管網壓力波動情況也得到了改善。本次改造主要對控制方式進行了優化，由于采用的都是原有的系統和設備，沒有產生額外成本，取得了比較滿意的結果。

參考文獻

[1] 廖常初．S7-300/400 PLC應用技術[M]．機械工業出版社，2005．

[2] 西門子．S7-300/400語句表(STL)編程手冊[M]．西門子有限公司，2004．

作者簡介：黃河，男，貴州赤天化紙業股份有限公司設備部助理工程師，研究方向：現場儀表管理，DCS系統的維護。

（責任編輯：趙秀娟）