旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)自動控制系統(tǒng)優(yōu)化并納入DCS 監(jiān)控

楊志方，劉柯辰

（武漢工程大學(xué) 電氣信息學(xué)院，湖北 武漢430205）

火力發(fā)電廠開式循環(huán)冷卻水的主要作用是向閉式循環(huán)水冷卻水系統(tǒng)的設(shè)備提供冷卻水，其水源為循環(huán)水或循環(huán)水補充水。其中含有較多雜質(zhì)，如果不能清除掉其中大部分雜質(zhì)，將會對設(shè)備管道造成堵塞或者腐蝕，造成某些重要設(shè)備溫度異常，影響機組安全。

本次優(yōu)化的300 MW 火力發(fā)電機組開式水系統(tǒng)配有一臺旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)，目前該旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)由電氣回路控制，裝設(shè)在就地控制柜中，濾網(wǎng)壓差的監(jiān)視方式主要是由運行人員到生產(chǎn)現(xiàn)場查看壓差表。這種方式較為不便，若沒有及時轉(zhuǎn)動濾網(wǎng)則會造成濾網(wǎng)損壞，造成開式循環(huán)冷卻水水量不足。

本文將旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)的控制系統(tǒng)設(shè)計為由PLC 控制，并納入DCS 控制系統(tǒng)，運行人員可在監(jiān)控畫面上監(jiān)視和控制濾網(wǎng)的啟動和停止，不僅減輕了運行人員的勞動強度，而且保證了機組安全、高效地運行。

1 旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)工作過程

循環(huán)水通過旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)進入開式循環(huán)冷卻水泵，水中的雜質(zhì)經(jīng)濾網(wǎng)過濾聚集在濾網(wǎng)筐外，使濾網(wǎng)的前后壓差增大。當濾網(wǎng)前后壓差增大到設(shè)定值時，壓差監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)出壓差大的信號，開始進行濾網(wǎng)反沖洗。

反沖洗時，開反沖洗管道的電動出口閥，同時齒輪箱電動機啟動，通過封閉式傳動軸、減速齒輪箱，帶動反沖洗轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。反沖洗轉(zhuǎn)子下端帶有一個扇形的垃圾槽，槽的一端與反沖洗管道相聯(lián)通。當反沖洗轉(zhuǎn)子的垃圾槽轉(zhuǎn)動至完全覆蓋某一扇形拱裝濾網(wǎng)時，垃圾槽與橡膠密封板使該扇形拱狀濾網(wǎng)上游處形成一個腔室。該腔室與反沖洗出口管道相連通，濾網(wǎng)上游則處于低壓狀態(tài)。此時，濾網(wǎng)下游的壓力高于上游壓力，在這個差壓的作用下，該處濾網(wǎng)下游的循環(huán)水改變流向，從流往電動進水濾網(wǎng)轉(zhuǎn)為流向反沖洗轉(zhuǎn)子的垃圾槽，形成反沖洗水流。聚集在該處的雜質(zhì)被水流帶走，隨著反沖洗轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動，濾網(wǎng)上的雜質(zhì)被清洗干凈[1]。

2 PLC 改造方案

2.1 主電路設(shè)計

主電路設(shè)計如圖1 所示。

圖1 主電路圖

2.2 PLC 選型及I/O 點分配

根據(jù)旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)的工藝要求統(tǒng)計出該控制系統(tǒng)的I/O 點共有33 個，其中數(shù)字量輸入點16 個，數(shù)字量輸出點17 個。根據(jù)輸入和輸出的要求，選用西門子小型一體化PLC S7-200 CPU224 CN，增設(shè)EM223 CN 擴展模塊。其中CPU224 CN模塊內(nèi)置數(shù)字量14 個輸入點和10 個數(shù)字量輸出點，EM223 CN 模塊內(nèi)置8 個數(shù)字量輸入點和8 個數(shù)字量輸出點。

西門子S7-200CN 型PLC 控制器操作方便，可靠性高，性價比高，廣泛用于工業(yè)控制的各個領(lǐng)域。本系統(tǒng)的I/O 點數(shù)分配如表1、表2 所示。根據(jù)I/O 分配情況對相關(guān)設(shè)備和PLC 進行連接，由于出口電動閥和電動機等設(shè)備運行電流較大，而PLC 輸出電流較小，用中間繼電器和PLC 的輸出端子連接，對輸出的信號進行轉(zhuǎn)換，從而能夠正常驅(qū)動設(shè)備并保護PLC 的輸出觸點。

2.3 旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)控制流程

根據(jù)現(xiàn)場工作方式及旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)的控制方式，旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)的控制系統(tǒng)設(shè)計成可以手動控制，也可自動控制；可以現(xiàn)場控制，也可以遠程DCS 上控制。在手動控制的方式下，濾網(wǎng)前后壓差大于0.1 MPa 時壓差測量系統(tǒng)發(fā)出信號至PLC，現(xiàn)場控制柜和控制室電腦均顯示報警，運行人員可以在現(xiàn)場或者電腦上控制出口電動閥和啟動齒輪箱電動機的啟停來完成反沖洗操作。在自動控制方式下，每隔8 h 濾網(wǎng)自動反沖洗1 次，由時間繼電器發(fā)信號至PLC，無論當時濾網(wǎng)前后壓差為多少，均進行反沖洗。壓差測量系統(tǒng)主要由壓差計、磁性觸點等組成。主控制程序流程如圖2 所示。

表1 PLC 輸入點分配

表2 PLC 輸出點分配

3 旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)DCS 控制組態(tài)

為方便運行人員對旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)監(jiān)視和操作，DCS 需提供啟、停按鈕、反饋信號、旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)前后壓差反饋及報警顯示。本系統(tǒng)只需在機組現(xiàn)有控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，將旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)的控制接入DCS 即可。本次接入機組的控制系統(tǒng)為艾默生過程控制有限公司的Ovation DCS。將艾默生DCS 專用通信LC模塊裝入DPU 控制柜中，和就地PLC 用硬接線方式連接。在OVATION DCS 系統(tǒng)中進行邏輯設(shè)置，如圖3 所示。

運用Ovation 系統(tǒng)軟件創(chuàng)建旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)控制系統(tǒng)的監(jiān)控組態(tài)畫面，建立變量與遠程監(jiān)控畫面的連接，實現(xiàn)對現(xiàn)場旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)參數(shù)的監(jiān)視及電動閥、電動機的啟停控制，濾網(wǎng)電動機和濾網(wǎng)出口門監(jiān)控畫面如圖4 所示。

圖2 主控制程序流程圖

圖3 旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)電動機和出口門控制邏輯圖

圖4 濾網(wǎng)電動機和濾網(wǎng)出口門監(jiān)控畫面

4 結(jié)論

開式循環(huán)冷卻水旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)控制系統(tǒng)由電氣回路控制改為由PLC 控制并接入DCS 系統(tǒng)后，可在DCS 上監(jiān)視和控制濾網(wǎng)前后壓差、旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)齒輪箱電動機和出口門。改造后的旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)自動控制效果好，提高了機組的安全性和經(jīng)濟效益，減少了運行人員日常維護和操作的工作量。