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摘要:本文主要介紹了通過氣力除灰系統、鍋爐除渣控制系統的實現，把組態王強大的監控和顯示功能與西門子S7-200系列可編程控制器（PLC）的現場控制完美的結合在一起，利用SiemensPPI通信協議實現上位機與下位機的關聯，形成了完整的工業過程組態模擬控制系統。PLC是控制系統的核心，倉泵控制、上位機操作和程序執行，都由PLC柜完成。內裝可編程序控制器（PLC）、直流電源和輸出繼電器等。網絡連接采用單網絡控制，通過幾年的運行實踐表明，這種網絡控制方式存在弊病，不利于設備的安全穩定運行。本文提出了相應的優化改造方案。

關鍵詞：除灰系統PLC自動控制

OptimizationDesignofPLCControlSystemforPneumaticAshRemovalSystem

1引言

管道物料輸送是用有壓氣體或液體作為載體在密閉的管道中達到運送散料或容器的目的。它有別于常見的輸水、輸氣或輸油等單相流，而屬于多相流，即氣固、液固或氣固液兩相和三相流輸送。氣力輸送系統屬于其中應用較為廣泛的一類。我國是一個產煤大國，又是一個以火電為主的電力生產大國，在很長一段時間內火力發電一起占據主導地位，且在短時間內這種局面依然不會改變。我國火電廠的燃煤大多又都屬于劣質煤，灰分高是普通現象，每年排放的數以千萬噸的灰渣僅給經濟建設和環境保護帶來了巨大壓力，必須進行有效的處理才能保證安全穩定、經濟環保的運行。

上世紀五、六十年代，我國火電廠輸灰系統都比較簡單，幾乎均為低濃度的水力輸灰，即所謂的“3泵2管1溝”的單一模式。為了節水，加強環境保護，減少灰場用地和投資，以及灰渣綜合利用等方面的要求，漸漸向多類型探索發展，先后發展了高濃度水力輸灰、機械輸灰和氣力輸灰技術。氣力輸送技術應用于燃煤電廠約始于上世紀20年代，主要用于除塵器區域的干灰輸送。但直到50年代中后期，國內少數燃煤電廠才開始接觸使用氣力輸送系統，主要是負壓形式;60年代以后，倉式氣力輸送技術開始得到應用;直到進入80年代，國內眾多電廠開始陸續引進國外各種類型的輸送設備及相關技術，氣力輸送技術在火電廠行業開始得到蓬勃發展。

燃煤電廠在我國電力工業的發展中起著很大的作用，其發電量占我國總發電量的80％以上。但是它在為我們提供充足電力的同時，也污染破壞環境，發電廠在發電過程中，將產生大量的工業廢棄物（飛灰或粉煤灰）。為了保證鍋爐系統的安全運行，同時為了保護環境，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，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，輸灰系統運行的穩定可靠性欠佳，運行故障發生的原因及部位也多種多樣，造成除塵效率下降、氣力輸灰系統停運，使煙塵排放超標，灰水污染環境，影響電廠的正常生產。

2電廠氣力輸送技術的發展

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，在密閉管道內通過氣力由一處送往另一處的輸送方式。氣力除灰系統的主要任務是以倉泵為發送器，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庫，然后把灰庫里的干灰用車裝運，或者攪拌成濕灰用汽車外運。

20世紀20年代，氣力輸送技術開始應用于燃煤電廠，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備。50年代中期，國內少數電廠也開始采用蒸汽抽氣式負壓氣力輸送系統。這種系統的缺點式出力較低輸送距離較短，設備磨損嚴重，蒸汽耗量大，系統運行的安全性和經濟型均較差，一般僅限用于中小電廠。60年代以后，泵倉正壓輸送技術開始在國內得到應用。進入80年代以后，許多電廠相繼自發達國家引進了各種類型的先進除灰設備及其相關技術，進一步促進了國內電廠粉煤灰氣力輸送技術的發展。懸浮式輸送技術以從單一的吸送式發展到壓送式以及吸－壓聯合式，栓塞式輸送技術也已在國內燃煤電廠中獲得成功運用。作為氣力輸送技術理論基礎的氣固兩相流的理論研究及輸送系統的設計計算方法也不斷得到完善。同時，由于制造技術和材料工程的飛躍發展，控制技術和傳感技術的長足進步，氣力輸送系統的輸送距離、輸送濃度、系統出力和設備制造工藝及自動化管理水平得到了較大提高，從而提高了系統的可靠性和工程的經濟性。

電除塵器在國內燃煤電廠大面積推廣應用始于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微塵粒收集下來；自身的多電場收塵結構具有對干灰進行粒徑分級的特點可以實現粗、中、細灰分除、分儲和分用。

3除灰工藝自動化原理設計

氣力除灰系統以倉泵為發送器，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庫，整個過程以密封管道的形式輸送。系統設有專用空氣壓縮機作為干灰輸送動力并兼作控制氣源，在系統末端設有儲存粗灰、細灰的干灰庫。其中電除塵器中一、二電場的灰是粗灰，三、四電場的灰是細灰。正常情況下，三、四電場的飛灰只能送進細灰庫，一、二電場的粗灰只送進粗灰庫。當細灰庫出現故障時，細灰可以送到粗灰庫里。

系統設計的除灰系統包括除塵器下的灰斗、灰庫及其附屬設備、空壓機、灰儲罐、輸送設備、管道、倉泵、閥門等。輸灰管道上接電除塵系統并通向除塵器，經除塵器過濾后細灰粉進入干灰庫。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，料位計用于對干灰庫中干灰粉儲存量進行監測。當灰斗內的干灰粉到達不同位置時，灰粉發出的天然的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。干灰經灰斗排出后通過進料閥進入倉泵，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中，PLC力值信號，采取相應的處理。當料位計指示高料位，系統開進料閥，關出料閥、進氣閥、助吹可根據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閥、帶濾膜電磁閥，干灰將從灰斗卸放到倉泵進行轉儲；隨著倉泵不斷儲灰，倉泵內部壓力逐漸升高，當壓力超過定值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，此時控制系統將關閉進料閥，電氣三通電動門關閉干除灰入口，停止干除灰。之后系統打開出料閥，開帶濾膜電磁閥、助吹閥、進氣閥并啟動空壓機，在空氣壓力下倉泵內部干灰經過灰管輸往灰儲罐。在此期間，倉泵內部壓力繼續升高，當壓力超過定值ii，系統將停運空壓機，然后自動關閉進氣閥，助吹閥，帶濾膜電磁閥。此后一段時間，倉泵內部干灰逐漸減少，壓力下降，當壓力低于定值i時，電接點壓力表電接點斷開，系統顯示畫面中顯示為綠色，此時系統將自動關閉出料閥，開啟進料閥，開啟電氣三通電動門重新進入干除灰處理過程。

4除灰系統原來的控制方式及存在的弊端

#1、#2爐除灰系統及其公用設備共用一套PLC，PLC系統是昆騰電子產品系統，每個主機架內只有一塊網絡模塊140NOE77101，CPU采用140CPU67160熱備，開關量輸入模塊為32點24V直流輸入，開關量輸出模塊為32點輸出；模擬量輸入模塊為8通道輸入，供電電源為線性直流24V電源；模擬量輸出模塊為4通道輸出，供電電源為線性直流24V電源。

PLC系統內主機架與遠程機架通訊只有一路同軸電纜，三臺上位機也只配有一塊網卡進行通訊。由于設備點數較多，再加上后來在線修改程序使程序越來越大，通訊量太大，投熱備后，PLC與上位機通訊經常中斷，運行人員無法正常監視，操作設備；另外機架之間同軸電纜采用單纜通訊也不可靠，有時由于同軸電纜接頭松動等原因，使CPU無法與遠程機架通訊，指令發不出去，特別是空壓機控制均采用長指令，遠程機架與CPU通訊中斷后，空壓機指令消失，全部停止，近而導致設備全部停止，氣動閥門無法操作，不能輸灰，時間長了甚至會影響鍋爐等主設備運行，嚴重時甚至會造成停機。

5除灰系統的PLC控制改造設計

根據系統功能的需要，并對系統可靠性進行考慮，選用西門子S7-200系列PLC對輸灰進行控制。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，易于系統擴展；內部集成的ppi接口為用戶提供了強大的通信功能，實現上位機pc和plc的通信，上位機可以實現編程，還可以監視程序的運行。

圖1PLC控制系統結構圖

5.1模塊化軟件設計

本系統設計方法注重軟件設計的模塊結構和層次化特點，在設計程序前，要在總體上對軟件的組成與模塊結構進行分析和設計，程序在設計時進行自頂而下的逐步細化，這對于控制結構和功能比較復雜的系統更容易實現控制。控制系統結構如圖1所示。

系統具有手動控制和自動控制功能，上位機可以實現對輸灰系統的監控。

5.2用戶軟件功能設計

（1）程控部分主要功能：

①定時程控除灰：plc根據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，采取相應的處理措施；

②高灰位優先排灰：料位計指示灰粉位置高時，plc根據中斷請求優先控制進行排灰；

③程序控制自動輸灰：系統處于程控執行狀態時，由plc對干除灰系統進行自動輸灰；

④遠端操作：當系統處于遠操狀態，操作人員可以在控制室進行遠端手操控制。

2）上位監控部分主要功能：

①工藝流程圖、趨勢圖顯示：上位機可以顯示系統工藝流程圖及對倉泵壓力變化進行1小時、8小時、12小時、24小時等不同時段曲線跟蹤顯示等；

②參數顯示、報警畫面顯示：當倉泵上方電接點壓力表指示偏高時，系統自動發出警告聲音，顯示紅色警告信號；當料位計監視灰斗內料位高/低時，系統發出警示信號等；

③統計管理功能及各類報表顯示和打印：系統可以對歷史記錄情況（當班人員操作記錄、除灰次數、除灰時間、壓力曲線圖等）進行匯總、打印報表等；

④生產過程事件及報警記錄：系統可以對生產過程中異常事件進行跟蹤及報警記錄；

⑤程控系統與主廠計算機聯網：系統可以與主廠mis系統進行聯網，便于工作記錄信息登記、數據傳輸、上報等。

6除灰PLC控制系統優化方案的可行性分析

（1）除灰PLC控制的cpu優化方案的可行性分析：

由于原來設計的1#、2#除灰系統以及公用系統共用1套CPU，一旦CPU出現問題，整個1#、2#除灰系統以及公用系統的六臺空壓機均停運，將會直接影響到主機的正常運行，另外單臺機組檢修時也不方便對PLC控制系統進行檢查，容易影響運行設備，也不能進行電源切換試驗，熱備切換試驗等。

通過增加一套CPU將1#、2#機組分開控制，并且將公用系統得設備一分為二，分別加入1#、2#除灰系統內并根據空壓機的供電情況分配控制，將1#、2#、6#空壓機分配至1#除灰系統，3#、4#、5#空壓機分配至2#除灰系統，這樣大大的提高了除灰系統的穩定性，有利于設備檢修。

（2）網絡優化方案的可行性分析

原設計的網絡，主機架與遠程機架之間為單網通訊，在除灰系統正常運行時，由于網絡的某個接頭接觸不良，造成整個除灰系統癱瘓，通過分析，參考其它程控系統的網絡控制系統，將單網控制回路改為雙網控制，在運行中一旦有一路網絡異常，將及時地切換至另一路運行。避免了除灰系統出現非停情況。

同時上位機與主機架的以太網通訊系統，每臺上位機都由單網卡改為雙網卡，每個主機架也由一個網絡模塊改為兩個網絡模塊，并且增加了一臺交換機，兩臺交換機分屬不同的網段，可以各自獨立實現上位機與PLC主機架CPU的通訊。

7結束語

本文選用西門子S7-200系列PLC對輸灰進行控制，在干除灰系統中采用電接點壓力表對倉泵進料/出料過程進行控制，通過設定電接點壓力i值、ii值，可以自動地控制干除灰運行，有效地避免原系統因進料/出料過程控制劃分不明顯而引起管道堵塞等問題的出現。PLC控制系統優化后以來，PLC與上位機通訊再未出現過異常中斷情況。系統更加安全、可靠、穩定的運行。