基于PLC的鍋爐煙氣脫硫控制系統(tǒng)的設(shè)計
1、引言
本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/265703.htm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,應(yīng)用勢頭強勁,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、功能齊全、性價比高等特點,廣泛應(yīng)用于鍋爐煙氣脫硫工程。作者參與設(shè)計山東某熱源廠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,上位機采用北京亞控公司組態(tài)王KINGVIEW 6.53工業(yè)控制軟件,實現(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羅茨風機,用于將石灰石粉吹入鍋爐,進行脫硫;帶有就地/遠控轉(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,羅茨風機不能運行。
(2)每套系統(tǒng)有一臺4kw給料機,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的啟停,故障復(fù)位和給料機轉(zhuǎn)速的控制,并能與羅茨風機連鎖,羅茨風機不運行,給料機亦不能運行。
(3)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,石灰石粉倉進料口附近,用于進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
(1)中央處理單元
S7-200選用CPU226 CN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,可擴展到248點數(shù)字量和35路模擬量。S7-200 CPU的指令功能強大,可以進行數(shù)字量邏輯控制、數(shù)據(jù)處理及閉環(huán)過程控制等。
(2)擴展模塊
數(shù)字量擴展模塊包括:EM223 CN,8輸入DC 24V/8繼電器輸出;EM221 CN,8輸入DC24V。
模擬量擴展模塊:2個EM231 CN,4路模擬量輸入,12位分辨率;EM232 CN,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(工控機)安裝了組態(tài)王KINGVIEW 6.53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)進行采集、處理、運算、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,通過上位機的液晶顯示屏顯示出來,向操作員及時提供機組運行狀態(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、報警顯示等。
·制表記錄:包括定期記錄、實時記錄、事故順序記錄等。
·歷史數(shù)據(jù)存儲與檢索。
(2)模擬量控制
脫硫系統(tǒng)運行參數(shù)輸入到PLC,利用PLC和PID軟件功能控制模擬量輸出,實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)功能。此模擬量控制的功能將對給料機變頻器進行頻率控制。脫硫劑石灰石量的多少是由給料機變頻器進行控制的,由于給料量的多少直接影響脫硫的效率,為了經(jīng)濟運行又達到環(huán)保標準,需要根據(jù)SO2含量控制給料量。SO2含量設(shè)定值可以在上位機上進行修改,脫硫后的SO2監(jiān)測值與設(shè)定值進行比較,經(jīng)PID運算后調(diào)節(jié)給料機變頻器的頻率進而控制給料量。
(3)順序控制SCS
SCS控制對象包括機組的電動機、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、單項控制方式考慮,各子組級控制功能的啟、停能獨立運行。運行人員能在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)任何故障可向運行人員發(fā)出中斷信號,可使正在運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)防運行人員誤操作。設(shè)備的聯(lián)鎖、保護指令具有最高優(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的保護和閉鎖功能始終有效,不允許運行人員手動切除。
6、控制軟件的設(shè)計思路
軟件部分是實現(xiàn)脫硫控制的關(guān)鍵部分。軟件按照模塊化結(jié)構(gòu)進行設(shè)計,以便達到較強的移植性和今后的功能擴展。
(1)程序流程
脫硫系統(tǒng)程序流程如圖1所示:
圖1 脫硫系統(tǒng)程序流程圖
(2)閉環(huán)控制
為了經(jīng)濟運行又達到環(huán)保標準,需要根據(jù)SO2含量控制給料量。本脫硫系統(tǒng)PLC模擬量閉環(huán)控制PID功能圖如圖2所示,用SO2濃度傳感器檢測反應(yīng)爐內(nèi)的SO2濃度,變送器將傳感器輸出的電流信號轉(zhuǎn)換為標準量程的電流信號,然后送給模擬量輸入模塊,經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后得到與SO2濃度成比例的數(shù)字量,CPU將它與SO2設(shè)定值進行比較,按照PID控制算法對誤差值進行計算,將運算結(jié)果(數(shù)字量)送給模擬量輸出模塊,經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后變?yōu)殡娏餍盘?,用來控制給料機的輸送量的多少,通過它控制鍋爐內(nèi)的SO2濃度,實現(xiàn)閉環(huán)控制。
圖2 PID功能框圖
S7-200 PLC提供了內(nèi)置的PID運算指令。在進行模擬量閉環(huán)控制時,使用模擬量擴展模塊(EM231、EM232)來完成PID控制。本文設(shè)計的PID功能指令如圖3所示,只需設(shè)定好PID參數(shù),運行PID控制指令,就能求得輸出控制值,實現(xiàn)模擬量閉環(huán)控制。本系統(tǒng)采用了現(xiàn)場實驗整定法,直接在過程控制系統(tǒng)中進行參數(shù)整定。在上位機界面通過SO2實時曲線觀察SO2濃度變化并修改PID參數(shù),來達到理想的控制值。
圖3 PID控制指令
7、結(jié)束語
通過應(yīng)用西門子S7-200 PLC,實現(xiàn)了對脫硫系統(tǒng)進行可靠的、高效的實時控制和監(jiān)控,提高了系統(tǒng)的可靠性、安全性和自動化的程度。在山東某熱源廠的應(yīng)用實踐證明,本系統(tǒng)性能可靠,故障率低,具有非常好的環(huán)保效果和經(jīng)濟效益。
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