PLC技术在电厂除灰监控系统中的应用

摘 要：本文讲述了plc 技术在电厂除灰监控系统中的应用，介绍了气力除灰系统的设计原则，控制系统总体结构设计，现场控制系统功能分析设计，监控功能设计等内容。

关键词：plc 技术；除灰；监控

除灰系统是火力发电厂配套的辅助处理设施，能否保持长期连续稳定的工作是关系到整个发电机组安全生产的一个重要环节。依据输送压力的不同，气力除灰方式可分为正压系统和负压系统两大类型。其中正压气力除灰系统包括大仓泵正压输送系统、气锁阀正压除灰系统、小仓泵正压除灰系统、紊流双套管正压除灰系统、脉冲气刀式栓塞流正压气力除灰系统等。本文针对紊流双套管正压除灰系统进行设计研究，该除灰系统将电除尘器搜集的煤粉灰通过压力罐（仓泵）正压气力输送至干灰库。配备专用空气压缩机作为气力除灰输送动力，同时兼作控制气源，整个过程以密封管道的形式输送，除灰系统末端连接到储存粗灰、细灰的干灰库。

气力除灰系统大体结构为：每个灰斗下设一台压力罐，一组压力罐（4 个）为一个除灰单元，同单元共用一根灰管，同时进、出灰。该系统需要的压力罐数目多，除灰效率高，扩容改造方便；控制方面，控制量适中，控制的机械器件主要是阀门。本系统的除灰阀门采用国产化的某品牌阀门。煤粉灰的泄露通常是由除灰管道中的阀门产生的，这就对阀门的各种性能提出了很高的要求。该阀门是用于干燥、自由流动和无粘性散装物料输送线的通断装置，是一种新型的阀门设备，其最大的特点就是拥有良好的密封性。它所特有的密封结构能够非常好地解决除灰管道粉尘泄漏的问题，从而保证火电厂的除灰车间拥有干净整洁的生产环境。 为了实现生产的集中管理功能，提高信息自动化管理水平，上位机监控系统必须建立一个友好的人机交互界面，操作员可以通过该界面对整个系统的除灰进程进行监视，下达各种控制命令给现场设备，实时采集并保存各种重要运行参数，并能对重要的数据进行查询。

一、气力除灰系统的设计原则

发电厂的气力除灰系统是与整个发电机组相配套的辅助处理系统，控制系统直接面向生产的重要设备，系统运行是否可靠直接影响整个电厂的生产；且运行环境极其恶劣，粉尘多，水汽重，振动大，控制线路长，控制逻辑复杂。因而在设计时必需坚持高效益、可靠、实用、先进、开放的原则。

1、高效益性原则 气力除灰系统所设计的目标是在电厂进灰量一定时，最大限度的提高出灰量，同时尽可能的减低能源消耗量，以提高经济效益。

2、可靠性原则 在系统中所采用的控制设备的可靠性是最重要的。必须选用可靠的控制产品与各类传感器。主要控制设备必须具备防尘、防水、防干扰、防振动的能力。在信号采集、开关确认等方面加强处理，确保系统的长期稳定可靠运行。

4、先进性原则 随着控制技术、计算机技术及网络通讯技术的发展，现代控制设备提供了更加先进、成熟和强大的控制功能。气力除灰控制系统应采用这些最新成果，如 plc 技术、现场总线技术、分布式 i/o 技术等，利用这些先进技术来对生产管理进行优化。

5、开放性原则 系统在设计时应充分考虑到以后足够的扩充和升级余地。在设备选型时应考虑其接口的通用性与互连性，不宜采用封闭式的、自成体系的连接体系。

二、控制系统总体结构设计

应用 plc 技术、计算机通讯技术，形成结构开放、控制功能完善、操作简单规范的新型监测控制系统，提高生产自动化水平与管理技术水平，是本次控制系统设计的宗旨。 经过分析可知：输送系统的被控对象以开关量为主，并且属于顺序控制。为了满足输灰过程中的控制要求和生产管理的要求，并且考虑到经济性因素，降低成本，气力系统在吸收了集散控制系统优点的基础上，采用可编程控制器、工控机为主要监控设备，自行设计开发出具有两层结构的集散控制系统，分为过程管理级、直接控制级。

主控计算机作为上位机，它的主要任务是对现场采集来的信号进行显示、处理、动态监视，在画面上可以设置各个工艺参数，并对每个压力罐的阀门进行开关操作；plc 作为下位机，和现场的传感器、料位计、阀门等外围设备一起完成对现场设备的直接控制。

三、现场控制系统功能分析设计

现场控制系统是既属于主控系统又属于相对独立的智能控制系统，它接收主控机下发的参数设置、运行指令，并以预定的方式对压力罐除灰进行控制。这样既保证了系统的集中监控管理，又保证了各控制的分散性，切实做到了“分散控制、集中管理”。

现场控制系统的功能要能自动完成整个除灰流程，并将实时数据上传给工控机；系统必须可靠，在设备调试和检修时，应该能进行就地控制；如果发生故障，应该能紧急停止系统的运行。因此，现场控制系统设计为自动控制、手动控制两种控制方式。

现场被控对象只有压力罐及其相关阀门，一般运行在自动控制方式。plc 控制整个除灰流程，并向上位机传送实时数据。在自动控制方式下，根据预定的程序，对系统中各阀门进行开关控制。并以阀门的开关到位信号为控制标志。如果不以阀门的开关到位信号为控制标志，将有可能导致事故发生。

现场手动控制是在设备调试、检修以及出现故障的时候，操作工在现场就地控制设备时使用。手动控制在硬件上应设计有连锁关系，以确保安全。手动控制保证了在 plc 自动控制系统出现故障时，还可以保证生产的顺利进行，不至于使除灰系统瘫痪。比如出现堵灰警报，系统会自动运行排堵程序，或者停机，待人工手动排堵。

四、监控功能设计

在监控系统中，工控机（上位机）处于“过程控制级”，它的作用是对整个系统的除灰运行实现集中管理，监视被控设备的运行状态，下达操作命令给被控对象，适时修改过程参数，优化过程运行。

工控机（上位机）主要实现生产监视控制功能和生产管理功能。

生产监视和控制功能方面，提供各设备和阀门运行状态显示以及运行状态切换。因此，基本监控界面要详细反映某个单元设备运行的各种信息，包括启、停控制、运行方式选择、报警故障信息显示、压力罐内压力、灰管压力、各阀门的状态、工艺的动态过程，以及其它如标准时间、日期等。

管理功能方面，提供实时数据查询、报警记录等功能。因此，要提供平面曲线图方式显示，以便技术人员掌握一段时间内设备运行与生产情况，以及事故追忆和诊断。在除灰运行过程中，如果遇到灰管堵塞、电磁阀门故障、温度过高等故障均以设备报警信息提示，以便进行故障分析。

总之，在电厂气力除灰系统中采用plc 应用方案可以大大减轻人员工作负担，增强系统抗干扰能力，提高系统操作的准确性，大幅度提高粉煤灰综合利用率，同时产生良好的社会效益和经济效益。