PLC在SCR板式脫硝催化劑生產(chǎn)線中應(yīng)用

馮秋生

【摘要】選擇性催化還原法（selective catalytic reduction， SCR）是目前國際上應(yīng)用最廣泛的煙氣脫硝技術(shù)，應(yīng)用PLC技術(shù)在SCR板式脫硝催化劑生產(chǎn)線上實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜高精度的電氣控制，降低了設(shè)備控制運(yùn)行成本，實(shí)現(xiàn)了工藝、設(shè)備、電氣控制有機(jī)結(jié)合，所生產(chǎn)的催化劑脫硝效率高、適用范圍廣、使用壽命長，技術(shù)水平國內(nèi)領(lǐng)先，打破了國外技術(shù)封鎖。

【關(guān)鍵詞】PLC;SCR;生產(chǎn)線;應(yīng)用

近年，PLC的網(wǎng)絡(luò)能力、模擬量處理能力、運(yùn)算速度、內(nèi)存、復(fù)雜運(yùn)算能力已發(fā)展到很高程度，在各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。2013年在紹興SCR板式脫硝催化劑生產(chǎn)線中采用IPC+PLC集中分散控制，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備控制、報(bào)警、報(bào)表、網(wǎng)絡(luò)通訊多功能組合，上位機(jī)IPC（INTOUCH組態(tài)畫面）下掛西門子S7-300PLC作為中央控制系統(tǒng)，就地控制采用西門子S7-200PLC和按鈕控制箱結(jié)合實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制，PLC之間由profibus網(wǎng)絡(luò)協(xié)議通訊，生產(chǎn)線數(shù)據(jù)相互共享。整條生產(chǎn)線主要設(shè)備控制流程：拌合設(shè)備機(jī)組→給料設(shè)備機(jī)組→敷料設(shè)備機(jī)組→壓褶成型設(shè)備機(jī)組→天然氣焙燒爐設(shè)備機(jī)組→裝箱打包設(shè)備機(jī)組，輔助設(shè)備有：網(wǎng)板清洗設(shè)備機(jī)組;理化設(shè)備;成品運(yùn)輸設(shè)備;廠區(qū)監(jiān)視設(shè)備等等。

1.生產(chǎn)工藝

1.1 拌合設(shè)備工藝

拌合設(shè)備是工藝體現(xiàn)的精華部分。7種粉料和一定比例AB溶液在一定時(shí)間內(nèi)在拌和機(jī)內(nèi)逐漸融合攪拌。7種粉料由7臺葉輪給料秤精細(xì)給定，AB液用2臺容積泵模擬給定，一臺攪拌機(jī)。7種粉料和AB液在一定時(shí)間內(nèi)均勻給定拌合，控制采用S7-200PLC模擬量采集，數(shù)據(jù)計(jì)算，過程控制數(shù)據(jù)修正，模擬量輸出等軟件編程，達(dá)到動(dòng)態(tài)精度0.5%的控制，拌合出的催化劑泥料經(jīng)過24小時(shí)陳化供給生產(chǎn)線敷料。系統(tǒng)由1AA柜控制。

1.2 給料設(shè)備工藝

拌合陳化好的催化劑泥料由擠出機(jī)二次擬合擠出，由切料機(jī)切片，切片通過皮帶機(jī)輸送至網(wǎng)帶上，網(wǎng)帶上等距附著泥料切片，準(zhǔn)備好進(jìn)入下道工序棍壓敷料。網(wǎng)帶由放卷機(jī)輸出，網(wǎng)帶接頭經(jīng)剪板機(jī)齊邊焊接。

網(wǎng)帶上單位長度泥料切片，決定著下道工序棍壓敷料效果，在下道工序棍壓后網(wǎng)帶敷料厚度、敷料面積、泥料粘附力等來檢驗(yàn)敷料效果。控制網(wǎng)帶速度、擠出泥料速度、泥料切片速度是本工序關(guān)鍵，三個(gè)速度協(xié)調(diào)同步保障泥料切片在單位網(wǎng)帶上數(shù)量，也保障了生產(chǎn)速度，系統(tǒng)由2AA柜控制。

1.3 敷料設(shè)備工藝

敷料設(shè)備也就是棍壓敷料設(shè)備，由上級給料設(shè)備機(jī)組供料。2臺烘干爐分為二級烘干，分別安裝在一二級棍壓之間和二三級棍壓之間。泥料切片附在網(wǎng)帶上（等距）進(jìn)入第一級棍壓，第一級棍壓后檢驗(yàn)敷料網(wǎng)帶厚度、敷料面積、泥料粘附力、冗余料，數(shù)據(jù)處理后通訊反饋到給料設(shè)備機(jī)組控制系統(tǒng)，給料系統(tǒng)運(yùn)算控制網(wǎng)帶速度、擠出泥料速度、泥料切片速度，調(diào)整泥料切片在單位網(wǎng)帶上數(shù)量，保障第一級棍壓優(yōu)化運(yùn)行。敷料網(wǎng)帶進(jìn)入第一級烘干爐脫水，烘干爐溫度自動(dòng)控制，敷料網(wǎng)帶由爐帶拖出進(jìn)入第二級棍壓。第二級棍壓具有敷料成型，網(wǎng)帶糾偏，含水率檢測，補(bǔ)料等功能，含水率檢測數(shù)據(jù)反饋給一二級烘干爐溫度控制，控制溫度調(diào)整敷料網(wǎng)板含水率，保證產(chǎn)品質(zhì)量是第二級棍壓重要指標(biāo)之一，含水率設(shè)定是經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，不同地域需含水率產(chǎn)品不同，需地域工程師提供數(shù)據(jù)。

二級棍壓后敷料網(wǎng)板進(jìn)入第二級烘干爐，二次脫水，烘干爐溫度自動(dòng)控制，敷料網(wǎng)帶由爐帶拖出進(jìn)入第三級棍壓。第三級棍壓具有敷料成型，網(wǎng)帶糾偏，定尺飛剪等功能。

一二三級棍壓間隙由伺服電機(jī)調(diào)整，2臺伺服電機(jī)安裝在上滾筒兩端，上滾筒與下滾筒的間隙是敷料網(wǎng)板的厚度，每級棍壓后安裝有網(wǎng)板厚度在線監(jiān)測儀，檢測數(shù)據(jù)通過伺服電機(jī)即時(shí)調(diào)整滾筒間隙。一二三級棍壓滾筒由變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)，轉(zhuǎn)速之差根據(jù)實(shí)際網(wǎng)帶拉力設(shè)定。定尺飛剪根據(jù)產(chǎn)品尺寸定尺切塊，飛剪機(jī)中心控制模塊為onk型控制器，精度高，轉(zhuǎn)速快等優(yōu)點(diǎn)，由飛剪機(jī)切塊的敷料網(wǎng)板進(jìn)入壓褶成型設(shè)備機(jī)組。系統(tǒng)由3AA柜控制。

1.4 壓褶成型設(shè)備工藝

工作順序：飛剪機(jī)切塊的敷料網(wǎng)板進(jìn)入壓褶成型設(shè)備機(jī)組第一條皮帶，敷料網(wǎng)板輸送到分線機(jī)械手工位，敷料網(wǎng)板由分線機(jī)械手分配給2臺壓褶機(jī)，敷料網(wǎng)板壓褶成型后由皮帶機(jī)送入裝箱機(jī)械手工位，每箱58塊，由機(jī)械手裝好箱進(jìn)入天然氣焙燒爐設(shè)備機(jī)組。

分線機(jī)械手是雙臂機(jī)械手，機(jī)械手上裝有吸盤，吸附網(wǎng)板。機(jī)械手十字雙軸上下左右移動(dòng)。裝箱機(jī)械手是單臂機(jī)械手，吸盤180度旋轉(zhuǎn)，機(jī)械手上下左右移動(dòng)，吸盤180度旋轉(zhuǎn)都是伺服控制系統(tǒng)完成。壓褶機(jī)是一臺結(jié)構(gòu)緊湊、控制復(fù)雜、加工精度高，調(diào)整繁瑣的關(guān)鍵工位，壓褶機(jī)配有輸送皮帶，工件定位擋板，網(wǎng)板動(dòng)態(tài)檢測機(jī)構(gòu)，定位擋板，凸輪式4褶連壓機(jī)構(gòu)，壓褶機(jī)獨(dú)立控制系統(tǒng)，聯(lián)鎖點(diǎn)融入壓褶成型設(shè)備機(jī)組。系統(tǒng)由4AA柜控制。

1.5 天然氣焙燒爐設(shè)備工藝

工作順序：敷料網(wǎng)板壓褶成型裝箱機(jī)械手裝箱（58塊），鏈板式輸送機(jī)移箱至轉(zhuǎn)臂式吊裝機(jī)械手處，機(jī)械手吊箱移置天然氣焙燒爐入口，天然氣焙燒爐出口機(jī)械手吊箱移出到裝箱打包設(shè)備機(jī)組。單箱從入爐到出爐需經(jīng)過24小時(shí)21段溫控區(qū)，爐出口設(shè)有網(wǎng)板指標(biāo)檢驗(yàn)處，可在線抽檢，即時(shí)反饋，溫控曲線實(shí)時(shí)調(diào)整。

天然氣焙燒爐由智能儀表+PLC+計(jì)算機(jī)控制模式進(jìn)行溫度、壓力的控制，具有直觀顯示溫度壓力數(shù)據(jù)，歷史數(shù)據(jù)存儲15天，監(jiān)控畫面柱狀、表格、曲線相結(jié)合，便于調(diào)整;網(wǎng)箱速度通過變頻器調(diào)節(jié)，簡單方便。系統(tǒng)由5AA柜控制。

1.6 裝箱打包設(shè)備工藝

敷料網(wǎng)板裝箱焙燒后，經(jīng)過檢驗(yàn)合格運(yùn)至包裝車間，16箱為一模塊包裝好入庫登記造冊。使用設(shè)備：電腦打號機(jī)一臺，3噸吊車一臺，3噸叉車一輛，電焊機(jī)一臺。

2.控制系統(tǒng)構(gòu)成

2.1 控制系統(tǒng)

以上設(shè)備機(jī)組控制系統(tǒng)1AA至5AA柜自成系統(tǒng)，通用功能：

（1）以S7-200PLC CPU226為控制中心通過總線下掛DI＼DO＼AI＼AO擴(kuò)展模塊連接到設(shè)備機(jī)組上的位置開關(guān)及傳感器組件;

（2）通過EM277的PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)協(xié)議連接到總控室S7-300PLC CPU315-2DP控制柜、IPC工控機(jī)和其它設(shè)備機(jī)組控制系統(tǒng)中的EM277上;

（3）通過串行通訊端口1的MODBUS網(wǎng)絡(luò)協(xié)議下掛多臺MM420變頻器控制設(shè)備機(jī)組電機(jī)轉(zhuǎn)速;

（4）通過串行通訊端口2的USS網(wǎng)絡(luò)協(xié)議上掛觸摸屏對設(shè)備機(jī)組的轉(zhuǎn)速、位置、溫度、通訊等狀態(tài)進(jìn)行設(shè)定控制，同時(shí)串行通訊端口2還具有PPI網(wǎng)絡(luò)功能，與編程設(shè)備聯(lián)接執(zhí)行軟件數(shù)據(jù)修改程序下載等任務(wù)。

控制系統(tǒng)三層硬件連接，二級網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，控制柜相互獨(dú)立，網(wǎng)絡(luò)串連，設(shè)備運(yùn)行平穩(wěn)、網(wǎng)絡(luò)速度快、效率高，是本控制的優(yōu)點(diǎn)。

2.2 總線PROFIBUS

總控室IPC工控機(jī)通過總線PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)將1AA至5AA柜控制系統(tǒng)連接，各控制柜PLC采集的生產(chǎn)線數(shù)據(jù)相互共享，總控室可直接讀取1AA至5AA柜觸摸屏上設(shè)定的參數(shù)數(shù)據(jù)、報(bào)警信號。設(shè)備機(jī)組由觸摸屏就地控制，IPC工控機(jī)對設(shè)備機(jī)組實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。現(xiàn)場總線PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)是將現(xiàn)場設(shè)備與工業(yè)過程控制單元、現(xiàn)場操作站等互連而成的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，具有全數(shù)字化、分散、雙向傳輸和多分支的特點(diǎn)，是現(xiàn)場設(shè)備智能運(yùn)行的基礎(chǔ)。

PROFIBUS主要由PROFIBUS-FMS、PROFIBUS-PA和PROFIBUS-DP三部分組成。其中PROFIBUS-DP是一種高速（傳輸速率9.6kbps～12Mbps）、經(jīng)濟(jì)的設(shè)備級網(wǎng)絡(luò)，主要用于現(xiàn)場控制器與分散I/O之間的通訊，可滿足交直流調(diào)速系統(tǒng)快速相應(yīng)的時(shí)間要求;PROFIBUS-PA用IECII58-2標(biāo)準(zhǔn)，傳輸速率為31.25kbps，提供本質(zhì)安全特性，適用于安全性要求較高以及由總線供電的場合;PROFIBUS-FMS主要解決車間級通訊問題，完成中等傳輸速度的循環(huán)或者非循環(huán)數(shù)據(jù)交換任務(wù)。本控制系統(tǒng)采用PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)，設(shè)定傳輸速率1.5Mbps。

2.3 組態(tài)軟件INTOUCH

工控機(jī)采用INTOUCH組態(tài)軟件，INTOUCH具有（1）顯示功能：能用圖形實(shí)時(shí)地顯示生產(chǎn)線上各個(gè)設(shè)備的運(yùn)行情況，動(dòng)態(tài)顯示生產(chǎn)工藝流程;動(dòng)態(tài)顯示模擬量信號、開關(guān)量信號、各種累計(jì)信號的數(shù)值，通過按鈕、開關(guān)、信號燈、顏色、百分比、填充等手段實(shí)時(shí)生動(dòng)地表達(dá)出來。

（2）數(shù)據(jù)管理：能夠建立和產(chǎn)生數(shù)據(jù)庫，操作信息庫，故障信息庫。

（3）數(shù)據(jù)處理：能在INTOUCH的曲線跟蹤功能中，它既可以顯示實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，也可以查詢歷時(shí)數(shù)據(jù)。

（4）報(bào)警功能：當(dāng)某一模擬量（如溫度，壓力，流量等）超出給定范圍或某一開關(guān)量（如電機(jī)的啟停，閥門開關(guān)等）發(fā)生變位時(shí)，根據(jù)不同的需要發(fā)出不同等級的報(bào)警。

（5）報(bào)表功能：即時(shí)報(bào)表，日報(bào)表，月報(bào)表，年報(bào)表。

（6）安全功能：按不同的操作級別分別加密，不同級別的操作員操作權(quán)限不同。

（7）打印功能：可以實(shí)現(xiàn)報(bào)表和圖形的打印，以及各種報(bào)警的實(shí)時(shí)打印。

（8）INTOUCH操作站硬件基礎(chǔ)是工控機(jī)和工業(yè)網(wǎng)卡，軟件構(gòu)成為WIN98/NT/2000系統(tǒng)。

3.結(jié)語

提出工藝方案，控制變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。根據(jù)設(shè)備機(jī)組各工位職能，控制系統(tǒng)選型、方案確定極為重要，由西門子可編程控制器和觸摸屏組成就地控制系統(tǒng)，和INTOUCH操作站監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成就地與遠(yuǎn)程、直控與網(wǎng)絡(luò)、二級三層實(shí)時(shí)控制與數(shù)據(jù)在線管理的立體系統(tǒng)，通過在SCR板式脫硝催化劑生產(chǎn)線一年的應(yīng)用，實(shí)踐證明該系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)定性，可操作性，完全達(dá)到工藝的要求，年產(chǎn)成品10000立方。

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