基于PLC的鍋爐煙氣脫硫控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、引言

　　我國是燃煤大國，燃煤排放的SO₂成為影響我國城市空氣質(zhì)量的主要污染物。因此，鍋爐煙氣脫硫是減排SO₂的重要手段。

　　鍋爐煙氣脫硫系統(tǒng)具有很高的復(fù)雜性，其對控制系統(tǒng)的要求往往很高。而使用PLC控制已經(jīng)成為一種較先進(jìn)，應(yīng)用勢頭強(qiáng)勁，應(yīng)用越來越廣泛的一種控制設(shè)備。它具有可靠性極高、能經(jīng)受惡劣環(huán)境的考驗(yàn)、功能齊全、性價比高等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于鍋爐煙氣脫硫工程。作者參與設(shè)計(jì)山東某熱源廠2×75t/h鍋爐煙氣脫硫控制系統(tǒng)，采用了西門子S7-200可編程控制器，上位機(jī)采用北京亞控公司組態(tài)王KINGVIEW6.53工業(yè)控制軟件，實(shí)現(xiàn)對脫硫系統(tǒng)的監(jiān)控。

2、脫硫系統(tǒng)工藝流程

　　本熱源廠采用石灰石―石膏濕法煙氣脫硫技術(shù)。該技術(shù)以石灰石漿液作為脫硫劑，在吸收塔內(nèi)對煙氣進(jìn)行噴淋洗滌，使煙氣中的二氧化硫反應(yīng)生成亞硫酸鈣，同時向吸收塔的漿液中鼓入空氣，強(qiáng)制使亞硫酸鈣轉(zhuǎn)化為硫酸鈣，脫硫劑的副產(chǎn)品為石膏。該法脫硫效率高（大于95%），工作可靠性高。

　　該系統(tǒng)包括煙氣換熱系統(tǒng)、吸收塔脫硫系統(tǒng)、給料系統(tǒng)、石膏脫水和廢水處理系統(tǒng)。本文設(shè)計(jì)的是給料系統(tǒng)的PLC控制系統(tǒng)。

3、鍋爐脫硫系統(tǒng)簡介

　　（1）本系統(tǒng)為2x75t/h鍋爐煙氣脫硫工程，每臺鍋爐前有三臺氣動雙插板閥，系統(tǒng)運(yùn)行時打開，系統(tǒng)停止時關(guān)閉;可現(xiàn)場操作，控制室操作員站操作，每套系統(tǒng)有一臺22kw羅茨風(fēng)機(jī)，用于將石灰石粉吹入鍋爐，進(jìn)行脫硫;帶有就地/遠(yuǎn)控轉(zhuǎn)換開關(guān)，可由現(xiàn)場控制柜或控制室操作員站操作，并能與爐前氣動閥連鎖，氣動閥不能全部打開，羅茨風(fēng)機(jī)不能運(yùn)行。

　　（2）每套系統(tǒng)有一臺4kw給料機(jī)，可變頻調(diào)速。帶有柜門安裝的控制面板，可由現(xiàn)場控制柜或控制室操作員站操作給料機(jī)的啟停，故障復(fù)位和給料機(jī)轉(zhuǎn)速的控制，并能與羅茨風(fēng)機(jī)連鎖，羅茨風(fēng)機(jī)不運(yùn)行，給料機(jī)亦不能運(yùn)行。

　?。?）兩套系統(tǒng)共用一個石灰石粉倉，粉倉上安裝有一個高料位、兩個低料位三個射頻導(dǎo)納物位開關(guān)，帶有就地/遠(yuǎn)控轉(zhuǎn)換開關(guān)，可由現(xiàn)場控制柜、現(xiàn)場除塵器操作箱或控制室操作員站操作;現(xiàn)場除塵器操作箱安裝于0m層，石灰石粉倉進(jìn)料口附近，用于進(jìn)料時操作粉倉除塵器并能檢測粉倉內(nèi)的石灰石粉的高度。

4、PLC控制系統(tǒng)硬件組成

　?。?）中央處理單元

　　S7-200選用CPU226CN作為中央處理單元，具有24個數(shù)字量輸入以及16個數(shù)字量輸出，可擴(kuò)展到248點(diǎn)數(shù)字量和35路模擬量。S7-200CPU的指令功能強(qiáng)大，可以進(jìn)行數(shù)字量邏輯控制、數(shù)據(jù)處理及閉環(huán)過程控制等。

　　（2）擴(kuò)展模塊

　　數(shù)字量擴(kuò)展模塊包括：EM223CN，8輸入DC24V/8繼電器輸出;EM221CN，8輸入DC24V。

　　模擬量擴(kuò)展模塊：2個EM231CN，4路模擬量輸入，12位分辨率;EM232CN，2路模擬量輸出，12位分辨率。

5、PLC控制系統(tǒng)功能

　　PLC控制系統(tǒng)完成數(shù)據(jù)采集、模擬量控制以及順序控制等功能。

　　（1）數(shù)據(jù)采集功能

　　上位機(jī)（工控機(jī)）安裝了組態(tài)王KINGVIEW6.53監(jiān)控軟件，它與S7-200之間通過自由口通信方式建立連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。

　　數(shù)據(jù)采集功能將按照所要求的采樣速度，模/數(shù)轉(zhuǎn)換精度及掃描周期，對生產(chǎn)過程的各種信息量（模擬量、開關(guān)量）進(jìn)行采集、處理、運(yùn)算、檢索及儲存等，并以文字、圖表、曲線等形式組態(tài)成各種畫面，通過上位機(jī)的液晶顯示屏顯示出來，向操作員及時提供機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)的信息。

　　數(shù)據(jù)采集的具體功能：

　　?顯示：包括模擬圖顯示、操作顯示、成組顯示、報(bào)警顯示等。

　　?制表記錄：包括定期記錄、實(shí)時記錄、事故順序記錄等。

　　?歷史數(shù)據(jù)存儲與檢索。

　?。?）模擬量控制

　　脫硫系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)輸入到PLC，利用PLC和PID軟件功能控制模擬量輸出，實(shí)現(xiàn)自動調(diào)節(jié)功能。此模擬量控制的功能將對給料機(jī)變頻器進(jìn)行頻率控制。脫硫劑石灰石量的多少是由給料機(jī)變頻器進(jìn)行控制的，由于給料量的多少直接影響脫硫的效率，為了經(jīng)濟(jì)運(yùn)行又達(dá)到環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，需要根據(jù)SO₂含量控制給料量。SO₂含量設(shè)定值可以在上位機(jī)上進(jìn)行修改，脫硫后的SO₂監(jiān)測值與設(shè)定值進(jìn)行比較，經(jīng)PID運(yùn)算后調(diào)節(jié)給料機(jī)變頻器的頻率進(jìn)而控制給料量。

　?。?）順序控制SCS

　　SCS控制對象包括機(jī)組的電動機(jī)、氣動門、電磁閥等，本工程SCS系統(tǒng)，將按可選的功能組級、子組級、單項(xiàng)控制方式考慮，各子組級控制功能的啟、停能獨(dú)立運(yùn)行。運(yùn)行人員能在CRT鍵盤上選擇自動程序控制或手動操作方式。在程序自動執(zhí)行期間，出現(xiàn)任何故障可向運(yùn)行人員發(fā)出中斷信號，可使正在運(yùn)行的程序中斷并回到安全狀態(tài)，屏幕上可顯示程序中斷的故障原因。當(dāng)選擇手動操作方式時，SCS系統(tǒng)設(shè)置的許可文件，可預(yù)防運(yùn)行人員誤操作。設(shè)備的聯(lián)鎖、保護(hù)指令具有最高優(yōu)先級，手動指令則比自動指令優(yōu)先，被控設(shè)備的“啟動”、“停止”或“開”、“關(guān)”指令互相閉鎖，且使被控設(shè)備向安全方向動作。SCS的保護(hù)和閉鎖功能始終有效，不允許運(yùn)行人員手動切除。