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基于PLC的锅炉烟气脱硫控制系统的设计
时间 : 2018-09-17 11:44 浏览量 : 17
 1、引言

  我国事燃煤大国,燃煤排放的SO2成为影响我国城市空气质量的主要污染物。因此,锅炉烟气脱硫是减排SO2的重要手段。

  锅炉烟气脱硫系统具有很高的复杂性,其对控制系统的要求往往很高。而使用PLC控制已经成为一种较提高前辈,应用势头强劲,应用越来越广泛的一种控制设备。它具有可靠性极高、能经受恶劣环境的考验、功能齐全、性价比高等特点,广泛应用于锅炉烟气脱硫工程。


  2、脱硫系统工艺流程


  本热源厂采用石灰石—石膏湿法烟气脱硫技术。该技术以石灰石浆液作为脱硫剂,在吸收塔内对烟气进行喷淋洗涤,使烟气中的二氧化硫反应天生亚硫酸钙,同时向吸收塔的浆液中鼓入空气,强制使亚硫酸钙转化为硫酸钙,脱硫剂的副产品为石膏。该法脱硫效率高(大于95%),工作可靠性高。


  该系统包括烟气换热系统、吸收塔脱硫系统、给料系统、石膏脱水和废水处理系统。本文设计的是给料系统的PLC控制系统。


  3、锅炉脱硫系统简介


  (1)本系统为2x75t/h锅炉烟气脱硫工程,每台锅炉前有三台气动双插板阀,系统运行时打开,系统休止时封闭;可现场操纵,控制室操纵员站操纵,每套系统有一台22kw罗茨风机,用于将石灰石粉吹入锅炉,进行脱硫;带有就地/远控转换开关,可由现场控制柜或控制室操纵员站操纵,并能与炉前气动阀连锁,气动阀不能全部打开,罗茨风机不能运行。


  (2)每套系统有一台4kw给料机,可变频调速。带有柜门安装的控制面板,可由现场控制柜或控制室操纵员站操纵给料机的启停,故障复位和给料机转速的控制,并能与罗茨风机连锁,罗茨风机不运行,给料机亦不能运行。


  (3)两套系统共用一个石灰石粉仓,粉仓上安装有一个高料位、两个低料位三个射频导纳物位开关,带有就地/远控转换开关,可由现场控制柜、现场除尘器操纵箱或控制室操纵员站操纵;现场除尘器操纵箱安装于0m层,石灰石粉仓进料口四周,用于进料时操纵粉仓除尘器并能检测粉仓内的石灰石粉的高度。


PLC控制柜


  4、PLC控制系统硬件组成


  (1)中心处理单元

  S7-200选用CPU226 CN作为中心处理单元,具有24个数字量输入以及16个数字量输出,可扩展到248点数字量和35路模拟量。S7-200 CPU的指令功能强盛,可以进行数字量逻辑控制、数据处理及闭环过程控制等。


  (2)扩展模块

  数字量扩展模块包括:EM223 CN,8输入DC 24V/8继电器输出;EM221 CN,8输入DC24V。

  模拟量扩展模块:2个EM231 CN,4路模拟量输入,12位分辨率;EM232 CN,2路模拟量输出,12位分辨率。


  5、PLC控制系统功能


  PLC控制系统完成数据采集、模拟量控制以及顺序控制等功能。


  (1)数据采集功能

  上位机(工控机)安装了组态王KINGVIEW 6.53监控软件,它与S7-200之间通过自由口通讯方式建立连接,实现数据传输。


  数据采集功能将按照所要求的采样速度,模/数转换精度及扫描周期,对出产过程的各种信息量(模拟量、开关量)进行采集、处理、运算、检索及储存等,并以文字、图表、曲线等形式组态成各种画面,通过上位机的液晶显示屏显示出来,向操纵员及时提供机组运行状态的信息。



  数据采集的详细功能:


  ·显示:包括模拟图显示、操纵显示、成组显示、报警显示等。


  ·制表记实:包括按期记实、实时记实、事故顺序记实等。


  ·历史数据存储与检索。


  (2)模拟量控制

  脱硫系统运行参数输入到PLC,利用PLC和PID软件功能控制模拟量输出,实现自动调节功能。此模拟量控制的功能将对给料机变频器进行频率控制。脱硫剂石灰石量的多少是由给料机变频器进行控制的,因为给料量的多少直接影响脱硫的效率,为了经济运行又达到环保尺度,需要根据SO2含量控制给料量。SO2含量设定值可以在上位机长进行修改,脱硫后的SO2监测值与设定值进行比较,经PID运算后调节给料机变频器的频率进而控制给料量。


  (3)顺序控制SCS

  SCS控制对象包括机组的电念头、气动门、电磁阀等,本工程SCS系统,将按可选的功能组级、子组级、单项控制方式考虑,各子组级控制功能的启、停能独立运行。运行职员能在CRT键盘上选择自动程序控制或手动操纵方式。在程序自动执行期间,泛起任何故障可向运行职员发出间断信号,可使正在运行的程序间断并回到安全状态,屏幕上可显示程序间断的故障原因。当选择手动操纵方式时,SCS系统设置的许可文件,可预防运行职员误操纵。设备的联锁、保护指令具有最高优先级,手动指令则比自动指令优先,被控设备的“启动”、“休止”或“开”、“关”指令互相闭锁,且使被控设备向安全方向动作。SCS的保护和闭锁功能始终有效,不答应运行职员手动切除。


  6、控制软件的设计思路

  软件部门是实现脱硫控制的枢纽部门。软件按照模块化结构进行设计,以便达到较强的移植性和今后的功能扩展。


  (1)程序流程


  脱硫系统程序流程如图1所示:


图1 脱硫系统程序流程图


  (2)闭环控制


  为了经济运行又达到环保尺度,需要根据SO2含量控制给料量。本脱硫系统PLC模拟量闭环控制PID功能图如图2所示,用SO2浓度传感器检测反应炉内的SO2浓度,变送器将传感器输出的电流信号转换为尺度量程的电流信号,然后送给模拟量输入模块,经A/D转换后得到与SO2浓度成比例的数字量,CPU将它与SO2设定值进行比较,按照PID控制算法对误差值进行计算,将运算结果(数字量)送给模拟量输出模块,经D/A转换后变为电流信号,用来控制给料机的输送量的多少,通过它控制锅炉内的SO2浓度,实现闭环控制。


图2 PID功能框图


  S7-200 PLC提供了内置的PID运算指令。在进行模拟量闭环控制时,使用模拟量扩展模块(EM231、EM232)来完成PID控制。本文设计的PID功能指令如图3所示,只需设定好PID参数,运行PID控制指令,就能求得输出控制值,实现模拟量闭环控制。本系统采用了现场实验整定法,直接在过程控制系统中进行参数整定。在上位机界面通过SO2实时曲线观察SO2浓度变化并修改PID参数,来达到理想的控制值。


图3 PID控制指令


  7、结束语

  通过应用西门子S7-200 PLC,实现了对脱硫系统进行可靠的、高效的实时控制和监控,进步了系统的可靠性、安全性和自动化的程度。在山东某热源厂的应用实践证实,本系统机能可靠,故障率低,具有非常好的环保效果和经济效益


上海益东电器有限公司创建于1993年,是一家专注于国内外高端工业控制产品推广和服务于一体的高科技企业,公司具有全面的工厂自动化系统集成能力和为制造企业全面电气配套的OEM服务能力,公司一直致力于为客户提供工业自动化产品和客户所需的控制系统解决方案,公司以“技术领先,服务优良”为宗旨,为国内外众多企业的自动化项目配套及改造,提供了领先的技术,可靠的电气系统及解决方案。具体包含:PLC控制柜、变频控制柜、抽屉柜电气成套设备的定制生产。



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