S7-300 PLC 在發電廠輸灰系統中的應用

郭新年 李 強(.攀枝花學院 電信學院，四川 攀枝花 67000；.攀鋼發電廠 設備科，四川 攀枝花67000)

0 引言

火力發電廠輸灰流程為： 電除塵器灰斗→鎖氣器→斜槽→伺料機→倉泵→灰庫→汽車→灰場，該系統在整個生產過程中具有重要的作用， 正常運行時能確保鍋爐燃煤燃燒后產生的煤灰及時輸送出去。攀鋼發電廠1# 機組的輸灰控制系統由于設計及設備等方面不同程度地存在一些問題，致使該系統自1993 年投運以來，運行狀況一直不太理想。 主要存在以下一些問題。

倉泵沒有料位計。該系統原來配置的料位計（電容式料位計）可靠性較差，不能準確地測量出倉泵內的料位，故當時在調試時就由時間繼電器來代替料位計，使運行人員在不十分清楚當前泵內的灰料量的情況下，簡單地根據時間來操作，從而因操作失誤、控制失靈等經常造成系統堵管、泄漏等問題，影響生產。

倉泵控制系統設計不合理。 原來設計的控制系統是由中間繼電器、時間繼電器構成的，即繼電器控制系統。這種系統在運行時所表現出來的突出問題是： 繼電器經常因周圍環境中較多的灰塵而接觸不良，從而使整個系統不能正常工作；其次因控制柜、操縱臺內以及相互間的連接電纜、電線非常多，也造成了設備故障率高，維護工作量大，維護費用高等問題。

電除塵器灰斗料位計設計選型不合理，不利于節能降耗。 原來電除塵器灰斗裝設的料位計為堵轉式料位計并只供監視用，而且基本上都不能正常運行，無法提供有效信號。 這就造成了崗位操作人員在不了解灰斗真實料位的情況下，只能憑經驗操作，以至于出現灰斗已經基本無料，而操作人員卻開動設備出料的情況，從而使鎖氣器、飼料機及倉泵等設備低效率運轉，對設備及能源造成了極大的浪費。

為了克服以上缺陷，保證系統安全穩定運行、保護環境以及節能降耗等方面的考慮，對該機組進行了技術改造，由PLC 來構成控制系統。

1 改造后的功能要求

改造后應使該系統具有手動運行方式和自動運行方式。手動運行的功能是根據系統狀況來人為地操縱相應設備。

自動運行的功能為：輸灰系統設有“自動”“手動”二種控制方式，單元切換控制方式，在某個單元輸送時另一單元的進氣閥和出料閥不論自動手動均無法開啟。 以＃1 爐1 單元操作為例，在“＃1 爐一電場”畫面中點擊“手自動切換”按鈕，畫面上彈出“控制方式”選擇窗口，通過點擊窗口中的“自動” 按鈕來進入自動控制操作，自動控制操作時電除塵區輸灰系統參與程序運行的設備均不可人為控制。點擊“手動”按鈕選擇手動控制操作方式，在手控操作方式下可控制任意受程控控制的設備，但不能操作有硬聯鎖的設備。 手動一般僅在調試單一閥門是否完好或在非正常工況下可采用。 各單元選“自動”后，對應“自動/手動”信息框文字顯示為“自動”，選“手動”后，“自動/手動” 信息框文字顯示為“手動”。

在自動輸送過程中，若切換為“手動”方式，所有設備保持當前狀態，并將不會按程序進行下一步動作，直至切換回自動方式。

2 改造方案

根據存在的問題和要實現的功能， 結合本廠現有的技術能力，并通過研討和論證，得出了如下改造方案：

問題的核心——控制系統部分， 用西門子公司的S7-300 PLC 系列可編程序控制器（PLC）來代替中間（時間）繼電器。因為PLC 是一種新型的通用的自動控制裝置，它將傳統的繼電器控制技術、計算機技術和通訊技術融為一體，是專門為工業控制而設計的，具有功能強、通用靈活、可靠性高、穩定性好、抗干攏能力強、編程簡單、使用方便以及體積小、重量輕、功耗低等一系列優點。 它對環境的要求較低。 因此選擇它作為本系統改造后的控制核心， 既可以達到降低系統的故障率、維護費用和維護工作量，保證系統安全、穩定運行的目的；又可以靈活配置所需的模塊，最大限度地限制投資，減少備品備件。

將倉泵泵體的料位計（電容式）改用美國DREXELBROOK 公司的射頻導納點位計。 這樣在料位計可靠的前提下，就可以將倉泵控制系統改為以料位為主，時間延時為輔的控制系統。 保證操作人員在正常情況下能根據料位情況操作設備，這既減少了設備的損耗，又節約了能源。 達到提高設備效率、節能降耗的目的。

在電除塵器上增設FM 型負壓式膜片開關料位計。 該料位計輸出兩對開關量信號，其中一對送到輸灰控制系統作為控制用；另外一對送到監視系統（料位指示燈），作為運行操作人員監視灰斗料位用。

對倉泵、飼料機、鎖氣器以及電除塵器灰斗料位等設備或參數之間的連（閉）鎖系統進行修改、完善。使倉泵短時間不工作（除灰）時，飼料機、鎖氣器等設備也不運行；當電除塵器灰斗內的料位低于預定位置時，系統不進行除灰作業，保證系統始終在高效率下運行，減少或杜絕設備不必要的消耗。 這些都可以達到節能降耗的目的。

總而言之，本次技術改造主要是利用可編程序邏輯控制器（PLC）作為控制系統的核心部件，外圍利用除塵器灰斗料位計、倉泵泵體料位計、及有關設備（倉泵、飼料機、鎖氣器等）的運行狀態、吹灰空氣母管壓力等作為輸入信號；輸出控制倉泵進／出灰、鎖氣器、飼料機以及空壓機負荷等設備或參數。

3 用PLC 來實現輸灰系統的控制

3.1 PLC 的選型

根據控制的要求， 選擇德國西門子公司所生產的S7-300 系列可編程序控制器，PLC 的硬件資源的配置如表1 所示。

3.2 PLC 的輸入輸出點分配

在程序設計之前，應給每一個輸入/輸出信號分配相應的地址，明確每個地址對應信號的含義、名稱，以便軟件編程和系統調試時使用。通過對整個系統控制要求的分析，各輸入輸出變量及所分配的地址如表2 所示。

表1 PLC 的硬件配置表

表2 PLC 的輸入輸出點分配表

3.3 程序設計

根據工藝過程的特點和控制要求，首先確定控制過程中的聯鎖關系，各個輸入、輸出點的先后次序和邏輯關系，然后運用邏輯運算的各種基本規律，寫出PLC 各輸入、輸出點邏輯關系，再由邏輯關系轉化為梯形圖，程序設計時，除使用PLC 的內部輸入和輸出繼電器外，還要充分利用其內部定時器、輔助繼電器等各種功能模塊，然后可利用專用編程軟件在計算機上編寫梯形圖，編好以后，直接將程序下傳至PLC，同時在調試程序的過程中，根據要求，修改定時器的時間，以使系統達到最佳工況狀態，滿足生產的要求。

為了使系統正常運行，程序中應有聯鎖設計，既在進料時應切斷出料過程的控制程序、在料滿以后應繼開進料過程的控制程序。

4 運行效果

通過PLC 技術改造，設備的自動化水平得到了提高。 通過一年多以來的運行情況來看，設備運行正常，使維護、檢修工作量減少，大大降低了維護檢修費用；能準確測量倉泵的料位，使運行人員能準確掌握倉泵的運行狀態；對電除塵器灰斗的操作也可以根據有效的信號進行，提高了鎖氣器、飼料機及倉泵等設備的運行效率，降低了設備的損耗及能源的浪費；保證了整個系統按工藝要求正常運行，達到了預期效果。

5 結束語

由S7-300 PLC 可編程序控制器來構成的輸灰控制系統安全、穩定、使用方便、控制靈活、維護工作量少、修改控制系統相當方便，且又能滿足生產的要求，所以本系統具有推廣價值。

［1］李培榮，等.發電廠除灰控制技術[M].北京：化學工業出版社，2006，6.

［2］廖常初.大中型 PLC 應用教程[M].北京：機械工業出版社，2004.