基于PLC在高爐自動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

1.引言

煤氣回火或脫火是煤氣燒嘴回火或脫火的簡稱，是煤氣在燃燒過程中在燒嘴部位產(chǎn)生的特殊燃燒現(xiàn)象。煤氣回火是當(dāng)煤氣和空氣混合氣體流量減小時(shí)，火焰?zhèn)鞑ニ俣却笥跉怏w噴出速度，使兩者間的動(dòng)平衡遭到破壞，火焰逆流傳播至上游的現(xiàn)象。有時(shí)回火至煤氣管道，使煤氣管焊縫開裂，損壞設(shè)備，不僅影響生產(chǎn)，而且很不安全。因此，通過采用PLC控制系統(tǒng)，可以自動(dòng)判斷煤氣壓力的高低，控制煤氣的燃燒，達(dá)到動(dòng)平衡的最佳狀態(tài)，提高燃燒效率，防止安全隱患的發(fā)生。

2.背景技術(shù)

2.1 研究背景

無論是煤氣還是空氣出現(xiàn)高壓后，都會(huì)加快燒嘴口噴出的混合氣體速度．而當(dāng)煤氣和空氣壓力大于設(shè)計(jì)的脫火壓力時(shí)，在很短的時(shí)間（即高壓時(shí)間域值）后就會(huì)產(chǎn)生脫火。目前比較流行的回火和脫火保護(hù)方式是熱電偶式，其工作原理是熱電偶受熱時(shí)，會(huì)產(chǎn)生熱電勢(shì)，這一電勢(shì)可使電磁閥工作。具體的工作原理為：按動(dòng)旋鈕后，當(dāng)火點(diǎn)燃時(shí)，熱電偶受其火焰加熱，產(chǎn)生熱電勢(shì)。熱電勢(shì)通過導(dǎo)線導(dǎo)入電磁線圈，產(chǎn)生磁場使電磁閥開啟，一旦產(chǎn)生回火或脫火，燒嘴外溫度下降，熱電偶的熱電勢(shì)很快下降到零，線圈失電，電磁閥失效，在彈簧作用下迅速復(fù)位，閥門關(guān)閉煤氣通路，終止供氣，保證安全。雖然這種防回火的裝置在一定程度上解決了回火和脫火問題，但由于回火和脫火的速度很快，很有可能在閥門關(guān)閉之前就因回火或脫火引發(fā)嚴(yán)重后果，造成停產(chǎn)或引發(fā)煤氣管網(wǎng)爆炸，所以必須保證其安全可靠。見圖1。

圖1 控制裝置示意圖

2.2 意義和目的

為克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，通過檢測(cè)煤氣管道中的壓力變化，以及煤氣低壓或高壓持續(xù)的時(shí)間，來準(zhǔn)確判斷發(fā)生回火或脫火的壓力，并控制快切閥快速關(guān)閉，以避免回火或脫火的發(fā)生，做到防患于未然。

3.PLC控制系統(tǒng)

PLC控制系統(tǒng)包括：串接在煤氣管道上的快切閥、PLC控制器和煤氣壓力傳感器、報(bào)警器，報(bào)警器的控制信號(hào)輸入端與PLC控制器的控制信號(hào)輸出端連接；裝置與控制電源、助燃風(fēng)機(jī)、煤氣用戶火源連鎖來切斷煤氣。

當(dāng)控制電源系統(tǒng)意外斷電時(shí)，快切閥會(huì)快速關(guān)閉?？刂齐娐放c助燃風(fēng)機(jī)連鎖運(yùn)行，當(dāng)燃風(fēng)機(jī)運(yùn)行異常時(shí)會(huì)切斷煤氣。與煤氣用戶火源連鎖，一旦檢測(cè)用戶火源消失，也會(huì)切斷煤氣。通過PLC控制系統(tǒng)可以根據(jù)其他因素控制煤氣，取得多方面保護(hù)用氣安全的技術(shù)效果。見圖2。

圖2 PLC控制方法流程圖

4.應(yīng)用方法

壓力傳感器和快切閥與PLC控制器輸入和輸出端連接，方法步驟如下：

4.1 煤氣壓力標(biāo)準(zhǔn)值

PLC將煤氣壓力安全值的最小值與最大值和低壓時(shí)間閾值與高壓時(shí)間閾值預(yù)先設(shè)定為標(biāo)準(zhǔn)值；設(shè)定可以在人機(jī)交互界面（HMI）進(jìn)行設(shè)置。

4.2 采集現(xiàn)場煤氣壓力信號(hào)

當(dāng)煤氣燃燒時(shí)，采集現(xiàn)場煤氣壓力信號(hào)，PLC程序里進(jìn)行邏輯判斷，如果經(jīng)判斷該信號(hào)大于等于預(yù)設(shè)的最小值且小于等于預(yù)設(shè)的最大值時(shí)，PLC程序不動(dòng)作，快切閥保持常開狀態(tài)。

4.3 煤氣壓力信號(hào)的變化

如經(jīng)判斷現(xiàn)場煤氣壓力信號(hào)小于預(yù)設(shè)的最小值時(shí)，再跟蹤該信號(hào)持續(xù)的時(shí)間，當(dāng)該信號(hào)持續(xù)時(shí)間超過低壓時(shí)間閾值時(shí)，則PLC程序采用其下降沿觸發(fā)煤氣快切閥動(dòng)作，切斷煤氣；當(dāng)該信號(hào)僅在低壓時(shí)間閾值內(nèi)波動(dòng)之后又恢復(fù)正常，則PLC程序不動(dòng)作，以避免快切閥誤動(dòng)作的產(chǎn)生。

如經(jīng)判斷現(xiàn)場煤氣壓力信號(hào)大于預(yù)設(shè)的最大值時(shí)，再跟蹤該信號(hào)持續(xù)的時(shí)間，當(dāng)該信號(hào)持續(xù)時(shí)間超過高壓時(shí)間閾值時(shí)，則PLC程序采用其上升沿觸發(fā)煤氣快切閥動(dòng)作，切斷煤氣；當(dāng)該信號(hào)僅在高壓時(shí)間閾值內(nèi)波動(dòng)之后又恢復(fù)正常，則PLC程序不動(dòng)作，以避免快切閥誤動(dòng)作的產(chǎn)生。

4.4 煤氣壓力安全值

煤氣壓力安全的最小值與最大值和低高壓時(shí)間閾值，是根據(jù)實(shí)際用氣情況，通過長期反復(fù)試驗(yàn)和總結(jié)得出的結(jié)果，再通過反復(fù)試驗(yàn)總結(jié)，得到的最佳安全值和時(shí)間閾值。

5.應(yīng)用效果

由于PLC控制系統(tǒng)是根據(jù)煤氣壓力的變化提前預(yù)測(cè)出回火或脫火的壓力，以確保在發(fā)生回火或脫火前，快速切斷氣源，因此，大大提高了用氣的安全性，同時(shí)還根據(jù)煤氣的低壓持續(xù)時(shí)間或高壓的持續(xù)時(shí)間，對(duì)回火的壓力或脫火的壓力做出更準(zhǔn)確的判斷，以確定切斷氣源的時(shí)機(jī)，避免因誤切氣源影響生產(chǎn)，保證生產(chǎn)的正常運(yùn)行。該控制系統(tǒng)增加與電氣重要設(shè)備、控制電源或煤氣用戶火源連鎖來切斷煤氣，并根據(jù)其他因素控制煤氣，以取得多方面保護(hù)用氣安全的技術(shù)效果。

在煤氣管網(wǎng)的設(shè)計(jì)中，須保證在不用煤氣時(shí)管路中的壓力處于安全值范圍內(nèi)，通常在安全值的最大值與最小值的平均值附近，并在正常狀態(tài)下，在開火或關(guān)火瞬間管道中的最?。ù螅毫Σ恍∮冢ú淮笥冢┌踩档淖钚≈担ㄗ畲笾担?。所以，PLC控制系統(tǒng)和裝置接在管道后，在正常情況下不會(huì)因?yàn)殚_火、關(guān)火，導(dǎo)致快切閥的關(guān)閉。如果在開火、關(guān)火時(shí)快切閥關(guān)閉，則可斷定管道內(nèi)的壓力不正常，需與煤氣加壓站聯(lián)系，以排除故障，防患于未然。

6.結(jié)論

PLC控制系統(tǒng)可以通過報(bào)警的方式警示用戶注意人身安全，及時(shí)采取措施，還可以根據(jù)警示判斷煤氣壓力的穩(wěn)定性，當(dāng)煤氣壓力極不穩(wěn)定時(shí)，可以采用手動(dòng)方式控制快切閥。PLC采用模塊化設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便、操作容易。