電廠氣力除灰系統(tǒng)的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計
1 引言
燃煤電廠在我國電力工業(yè)的發(fā)展中起著很大的作用，其發(fā)電量占我國總發(fā)電量的80％以上。但是它在為我們提供充足電力的同時，也污染破壞環(huán)境，發(fā)電廠在發(fā)電過程中，將產(chǎn)生大量的工業(yè)廢棄物（飛灰或粉煤灰）。為了保證鍋爐系統(tǒng)的安全運行，同時為了保護環(huán)境，必須及時將這些粉煤灰清除運走，并將廢物綜合利用。目前廣泛采用氣力除灰系統(tǒng)，并且對燃煤電廠提出了提高除塵效率和粉煤灰綜合利用的要求。而在實際運行中，輸灰系統(tǒng)運行的穩(wěn)定可靠性欠佳，運行故障發(fā)生的原因及部位也多種多樣，造成除塵效率下降、氣力輸灰系統(tǒng)停運，使煙塵排放超標(biāo)，灰水污染環(huán)境，影響電廠的正常生產(chǎn)。
2 電廠氣力輸送技術(shù)的發(fā)展
氣力輸送是以壓縮空氣（或其它氣體）為載體，與粉粒狀物料在一定混合比的情況下，在密閉管道內(nèi)通過氣力由一處送往另一處的輸送方式。氣力除灰系統(tǒng)的主要任務(wù)是以倉泵為發(fā)送器，以壓縮空氣作動力，沿除灰管道將電除塵器搜集的飛灰干法送至灰?guī)，然后把灰(guī)炖锏母苫矣密囇b運，或者攪拌成濕灰用汽車外運。
20世紀(jì)20年代，氣力輸送技術(shù)開始應(yīng)用于燃煤電廠，主要用于除塵器底部粉煤灰的輸送，并以蒸汽抽氣器作為氣源設(shè)備。50年代中期，國內(nèi)少數(shù)電廠也開始采用蒸汽抽氣式負(fù)壓氣力輸送系統(tǒng)。這種系統(tǒng)的缺點式出力較低輸送距離較短，設(shè)備磨損嚴(yán)重，蒸汽耗量大，系統(tǒng)運行的安全性和經(jīng)濟型均較差，一般僅限用于中小電廠。60年代以后，泵倉正壓輸送技術(shù)開始在國內(nèi)得到應(yīng)用。進(jìn)入80年代以后，許多電廠相繼自發(fā)達(dá)國家引進(jìn)了各種類型的先進(jìn)除灰設(shè)備及其相關(guān)技術(shù)，進(jìn)一步促進(jìn)了國內(nèi)電廠粉煤灰氣力輸送技術(shù)的發(fā)展。懸浮式輸送技術(shù)以從單一的吸送式發(fā)展到壓送式以及吸－壓聯(lián)合式，栓塞式輸送技術(shù)也已在國內(nèi)燃煤電廠中獲得成功運用。作為氣力輸送技術(shù)理論基礎(chǔ)的氣固兩相流的理論研究及輸送系統(tǒng)的設(shè)計計算方法也不斷得到完善。同時，由于制造技術(shù)和材料工程的飛躍發(fā)展，控制技術(shù)和傳感技術(shù)的長足進(jìn)步，氣力輸送系統(tǒng)的輸送距離、輸送濃度、系統(tǒng)出力和設(shè)備制造工藝及自動化管理水平得到了較大提高，從而提高了系統(tǒng)的可靠性和工程的經(jīng)濟性。
電除塵器在國內(nèi)燃煤電廠大面積推廣應(yīng)用始于70年代，對于粉煤灰的綜合利用具有不可替代的三大優(yōu)勢：干式收塵，使粉煤灰得以保持原有的良好活性；收塵效率高可以最大幅度地將利用價值最高的細(xì)微塵粒收集下來；自身的多電場收塵結(jié)構(gòu)具有對干灰進(jìn)行粒徑分級的特點可以實現(xiàn)粗、中、細(xì)灰分除、分儲和分用。
隨著我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實施和環(huán)境保護、粉煤灰綜合利用的發(fā)展，燃煤電廠氣力除灰技術(shù)的應(yīng)用前景將會越來越好。
3 除灰工藝自動化原理設(shè)計
氣力除灰系統(tǒng)以倉泵為發(fā)送器，以壓縮空氣作動力，沿除灰管道將電除塵器搜集的飛灰干法送至灰?guī)欤麄過程以密封管道的形式輸送。系統(tǒng)設(shè)有專用空氣壓縮機作為干灰輸送動力并兼作控制氣源，在系統(tǒng)末端設(shè)有儲存粗灰、細(xì)灰的干灰?guī)臁Ｆ渲须姵龎m器中一、二電場的灰是粗灰，三、四電場的灰是細(xì)灰。正常情況下，三、四電場的飛灰只能送進(jìn)細(xì)灰?guī)，一、二電場的粗灰只送進(jìn)粗灰?guī)臁．?dāng)細(xì)灰?guī)斐霈F(xiàn)故障時，細(xì)灰可以送到粗灰?guī)炖铩?/p>
系統(tǒng)設(shè)計的除灰系統(tǒng)包括除塵器下的灰斗、灰?guī)旒捌涓綄僭O(shè)備、空壓機、灰儲罐、輸送設(shè)備、管道、倉泵、閥門等。輸灰管道上接電除塵系統(tǒng)并通向除塵器，經(jīng)除塵器過濾后細(xì)灰粉進(jìn)入干灰?guī)。在灰斗裝置處通過電氣三通電動門可以控制采用干除灰處理方式或者水除灰處理方式，料位計用于對干灰?guī)熘懈苫曳蹆Υ媪窟M(jìn)行監(jiān)測。當(dāng)灰斗內(nèi)的干灰粉到達(dá)不同位置時，灰粉發(fā)出的天然的β射線照射到探測器的強度是不一樣的。由探測器測到的射線強度的不同來判斷干灰粉的位置。干灰經(jīng)灰斗排出后通過進(jìn)料閥進(jìn)入倉泵，從出料閥排出，最終排往灰儲罐得以收集和再利用。
干除灰自動控制系統(tǒng)中，plc可根據(jù)料位計傳輸過來的灰粉位置信號（高、正常、低）和倉泵上方的電接點壓力表指示壓力值信號，采取相應(yīng)的處理。當(dāng)料位計指示高料位，系統(tǒng)開進(jìn)料閥，關(guān)出料閥、進(jìn)氣閥、助吹閥、帶濾膜電磁閥，干灰將從灰斗卸放到倉泵進(jìn)行轉(zhuǎn)儲；隨著倉泵不斷儲灰，倉泵內(nèi)部壓力逐漸升高，當(dāng)壓力超過定值i，其上方電接點壓力表電接點接通，上位機顯示畫面中電接點壓力表圖符顯示紅色，此時控制系統(tǒng)將關(guān)閉進(jìn)料閥，電氣三通電動門關(guān)閉干除灰入口，停止干除灰。之后系統(tǒng)打開出料閥，開帶濾膜電磁閥、助吹閥、進(jìn)氣閥并啟動空壓機，在空氣壓力下倉泵內(nèi)部干灰經(jīng)過灰管輸往灰儲罐。在此期間，倉泵內(nèi)部壓力繼續(xù)升高，當(dāng)壓力超過定值ii，系統(tǒng)將停運空壓機，然后自動關(guān)閉進(jìn)氣閥，助吹閥，帶濾膜電磁閥。此后一段時間，倉泵內(nèi)部干灰逐漸減少，壓力下降，當(dāng)壓力低于定值i時，電接點壓力表電接點斷開，系統(tǒng)顯示畫面中顯示為綠色，此時系統(tǒng)將自動關(guān)閉出料閥，開啟進(jìn)料閥，開啟電氣三通電動門重新進(jìn)入干除灰處理過程。干除灰系統(tǒng)框圖如圖1所示。
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圖1 干除灰系統(tǒng)框圖
4 除灰系統(tǒng)的plc控制設(shè)計
根據(jù)系統(tǒng)功能的需要，并對系統(tǒng)可靠性進(jìn)行考慮，選用西門子s7-200系列plc對輸灰進(jìn)行控制。s7-200plc提供了多種功能，使編成控制更加靈活方便；具有擴展模塊，易于系統(tǒng)擴展；內(nèi)部集成的ppi接口為用戶提供了強大的通信功能，實現(xiàn)上位機pc和plc的通信，上位機可以實現(xiàn)編程，還可以監(jiān)視程序的運行。
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圖2 plc控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
4.1 模塊化軟件設(shè)計
傳統(tǒng)編程模式以線性的或順序的方式執(zhí)行每條指令，設(shè)計的程序不容易閱讀，也不易驗證其正確性。本系統(tǒng)設(shè)計方法注重軟件設(shè)計的模塊結(jié)構(gòu)和層次化特點，在設(shè)計程序前，要在總體上對軟件的組成與模塊結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析和設(shè)計，程序在設(shè)計時進(jìn)行自頂而下的逐步細(xì)化，這對于控制結(jié)構(gòu)和功能比較復(fù)雜的系統(tǒng)更容易實現(xiàn)控制？刂葡到y(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。
系統(tǒng)具有手動控制和自動控制功能，上位機可以實現(xiàn)對輸灰系統(tǒng)的監(jiān)控。
4.2 用戶軟件功能設(shè)計
（1）程控部分主要功能：
定時程控除灰： plc根據(jù)料位計傳輸過來的灰粉位置信號（高、正常、低）和倉泵上方的電接點壓力表指示壓力值信號，采取相應(yīng)的處理措施；
高灰位優(yōu)先排灰：料位計指示灰粉位置高時，plc根據(jù)中斷請求優(yōu)先控制進(jìn)行排灰；
程序控制自動輸灰：系統(tǒng)處于程控執(zhí)行狀態(tài)時，由plc對干除灰系統(tǒng)進(jìn)行自動輸灰；
遠(yuǎn)端操作：當(dāng)系統(tǒng)處于遠(yuǎn)操狀態(tài)，操作人員可以在控制室進(jìn)行遠(yuǎn)端手操控制。
（2）上位監(jiān)控部分主要功能：
工藝流程圖、趨勢圖顯示：上位機可以顯示系統(tǒng)工藝流程圖及對倉泵壓力變化進(jìn)行1小時、8小時、12小時、24小時等不同時段曲線跟蹤顯示等；
參數(shù)顯示、報警畫面顯示：當(dāng)倉泵上方電接點壓力表指示偏高時，系統(tǒng)自動發(fā)出警告聲音，顯示紅色警告信號；當(dāng)料位計監(jiān)視灰斗內(nèi)料位高/低時，系統(tǒng)發(fā)出警示信號等；
統(tǒng)計管理功能及各類報表顯示和打印：系統(tǒng)可以對歷史記錄情況（當(dāng)班人員操作記錄、除灰次數(shù)、除灰時間、壓力曲線圖等）進(jìn)行匯總、打印報表等；
生產(chǎn)過程事件及報警記錄：系統(tǒng)可以對生產(chǎn)過程中異常事件進(jìn)行跟蹤及報警記錄；
程控系統(tǒng)與主廠計算機聯(lián)網(wǎng)：系統(tǒng)可以與主廠mis系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，便于工作記錄信息登記、數(shù)據(jù)傳輸、上報等。
5 結(jié)束語
本文選用西門子s7-200系列plc對輸灰進(jìn)行控制，在干除灰系統(tǒng)中采用電接點壓力表對倉泵進(jìn)料/出料過程進(jìn)行控制，通過設(shè)定電接點壓力i值、ii值，可以自動地控制干除灰運行，有效地避免原系統(tǒng)因進(jìn)料/出料過程控制劃分不明顯而引起管道堵塞等問題的出現(xiàn)。實時監(jiān)控、故障顯示記錄提高了系統(tǒng)控制自動化系統(tǒng)化程度，提高了工作效率和粉煤灰的綜合利用率。
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