PLC在過熱爐點(diǎn)火系統(tǒng)中的應(yīng)用

李敏

摘 要：傳統(tǒng)點(diǎn)火裝置控制過程不但費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且增加了操作人員及設(shè)備運(yùn)行的安全隱患。本次改造采用西門子的STEP 7系統(tǒng)，系統(tǒng)可存儲(chǔ)大量數(shù)據(jù)，相關(guān)監(jiān)控測(cè)點(diǎn)都可數(shù)據(jù)采集，并由計(jì)算機(jī)對(duì)這些數(shù)據(jù)作處理，通過WinCC組態(tài)畫面來判斷檢測(cè)相關(guān)工況運(yùn)行情況。通過改造，達(dá)到降低系統(tǒng)故障，改善運(yùn)行及檢修人員的勞力強(qiáng)度等問題。

關(guān)鍵詞：過熱爐 點(diǎn)火系統(tǒng) PLC

中圖分類號(hào)：TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2018）11（b）-0042-02

某鋼鐵廠用于余熱發(fā)電的一臺(tái)過熱爐點(diǎn)火系統(tǒng)原采用若干繼電器及自動(dòng)西門子檢漏裝置、西門子機(jī)械程序控制器、西門子火焰檢測(cè)裝置來控制燃燒器點(diǎn)火。在點(diǎn)火過程中，通過中間繼電器傳輸開關(guān)量信號(hào)來控制電機(jī)以及電動(dòng)執(zhí)行器來完該系統(tǒng)來完成整個(gè)點(diǎn)火程序不但費(fèi)時(shí)又費(fèi)力，而且若在點(diǎn)火過程中發(fā)生點(diǎn)火失敗時(shí)，就需要人員至現(xiàn)場(chǎng)操作試驗(yàn)解決，這樣就增加了操作人員及設(shè)備運(yùn)行的安全隱患。

針對(duì)這些點(diǎn)火燃燒問題，本人提出整個(gè)點(diǎn)火燃燒過程采樣現(xiàn)場(chǎng)開關(guān)量、模擬量傳輸至PLC，由后臺(tái)機(jī)監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，通過PLC組態(tài)邏輯聯(lián)鎖相關(guān)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，達(dá)到集中分散控制，且PLC電源可以由UPS電源供給。改造后由PLC（西門子）采樣、監(jiān)控、操作系統(tǒng)遠(yuǎn)程控制，增加了全程點(diǎn)火步序可控性。

1 系統(tǒng)工藝概況

過熱爐點(diǎn)火系統(tǒng)點(diǎn)火啟動(dòng)后，機(jī)械程控器開始自動(dòng)控制步序。首先打開天然氣電磁閥，天然氣供給后，觸發(fā)高壓點(diǎn)火裝置點(diǎn)火，天然氣著火；接著天然氣火檢亮大概12s左右后，機(jī)械程控器觸發(fā)#19角打開快切閥V1，輔燃?xì)忾yVg，輔燃煤氣著火，煤氣火檢1、2、3亮；最后輔燃煤氣燃燒大概5s后，主煤氣V2閥打開，投入主煤氣，煤氣3只火檢正常，爐膛負(fù)壓（值范圍-1500～2000Pa）正常，整個(gè)點(diǎn)火程序成功啟動(dòng)，此時(shí)可以根據(jù)爐膛負(fù)壓及溫度來控制過熱爐按工藝要求燃燒，如圖1所示。

2 系統(tǒng)配置

改造前的點(diǎn)火系統(tǒng)完全由原廠家利用西門子機(jī)械程序控制器，通過中間繼電器傳輸開關(guān)量信號(hào)來控制電機(jī)以及電動(dòng)執(zhí)行器來完成點(diǎn)火程序，同時(shí)由于中間繼電器還有接觸不良、磨損、體積大等缺點(diǎn)。而PLC（可編程邏輯控制器）具有系統(tǒng)構(gòu)成靈活，擴(kuò)展容易，以開關(guān)量控制為其特長(zhǎng)；也能進(jìn)行連續(xù)過程的PID回路控制；并能與上位機(jī)構(gòu)成復(fù)雜的控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的綜合自動(dòng)化。

2.1 系統(tǒng)硬件選型

PLC選型對(duì)于機(jī)械設(shè)備電控系統(tǒng)的正常運(yùn)行是至關(guān)重要的。選型要按照機(jī)械設(shè)備的工藝流程、使用點(diǎn)數(shù)、使用環(huán)境的要求決定選用何種容量和模塊點(diǎn)數(shù)的PLC。余熱爐點(diǎn)火系統(tǒng)主要是有點(diǎn)火燃燒器及點(diǎn)火棒、燃燒介質(zhì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制等構(gòu)成。原機(jī)械程序控制器需19只中間繼電器及5只時(shí)間繼電器來控制天然氣閥門、高壓點(diǎn)火器，及煤氣輔燃、主煤氣閥門，技術(shù)改造需利用開關(guān)量及模擬量不是很多，按照點(diǎn)火機(jī)械設(shè)備的要求，決定選用僅需配備西門子S7-300系列，容量和模塊擴(kuò)展點(diǎn)數(shù)能滿足要求。

2.2 硬件性能

S7-300是德國(guó)西門子公司生產(chǎn)的可編程序控制器（PLC）系列產(chǎn)品之一。其模塊化結(jié)構(gòu)、易于實(shí)現(xiàn)分布式的配置以及性價(jià)比高、電磁兼容性強(qiáng)、抗震動(dòng)沖擊性能好，使其在廣泛的工業(yè)控制領(lǐng)域中，成為一種既經(jīng)濟(jì)又切合實(shí)際的解決方案。S7-300出色的性能表現(xiàn)在：（1）S7-300PLC具有高速的指令處理功能；（2）擁有人機(jī)界面（HMI）；（3）可以擴(kuò)展多達(dá)32個(gè)模塊；（4）模塊內(nèi)集成背板總線；（5）網(wǎng)絡(luò)連接支持多點(diǎn)接口 （MPI）、PROFIBUS或工業(yè)以太網(wǎng)等。

3 系統(tǒng)原理

通過改造，整個(gè)點(diǎn)火過程由PLC編程控制現(xiàn)場(chǎng)燃?xì)忾y門開關(guān)，而且閥門開度及位置可反饋至后臺(tái)機(jī)監(jiān)控。點(diǎn)火棒是否由高壓點(diǎn)火裝置打火點(diǎn)燃天然氣，也可通過火焰探頭及顯示器觀察火焰燃燒大小。火焰3只檢測(cè)探頭監(jiān)控天然氣、輔燃煤氣、主煤氣是否著火，若沒有著火，則PLC程序可編程邏輯聯(lián)鎖點(diǎn)火失敗觸發(fā)回到第一階段吹掃并檢漏。若天然氣著火點(diǎn)亮則由PLC設(shè)定燃燒時(shí)間后，投用輔助煤氣5s后，再投用主燃煤氣，完成整個(gè)點(diǎn)火過程，達(dá)到過熱爐的燃燒成功，并能全程監(jiān)控。所有監(jiān)控參數(shù)都可由后臺(tái)機(jī)控制檢測(cè)，而后臺(tái)機(jī)監(jiān)控組態(tài)畫面可以通過WinCC軟件來選擇方案組態(tài)完成。

3.1 點(diǎn)火準(zhǔn)備

點(diǎn)火前的檢漏，通過PLC來控制燃?xì)忾y門開關(guān)V1、V2閥的開啟與關(guān)閉，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)儀表的開關(guān)量及模擬量變化來檢測(cè)壓力設(shè)定值是否達(dá)到，由此來判斷是否漏氣，嚴(yán)密性是否完好。點(diǎn)火前3臺(tái)風(fēng)機(jī)必須先后啟動(dòng)，先畫面啟動(dòng)或現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)再循環(huán)風(fēng)機(jī)（進(jìn)口閥門關(guān)到位），如果跳閘停機(jī)進(jìn)口閥門自動(dòng)關(guān)閉。再循環(huán)風(fēng)機(jī)啟動(dòng)且運(yùn)行正常（引風(fēng)機(jī)進(jìn)口閥門關(guān)到位），然后才可以啟動(dòng)引風(fēng)機(jī)，如果跳閘停機(jī)進(jìn)口閥門全開。再循環(huán)風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)啟動(dòng)且運(yùn)行正常后，鼓風(fēng)機(jī)可以啟動(dòng)（進(jìn)口閥門關(guān)閉），如果跳閘停機(jī)則進(jìn)口閥門全開。

3.2 鍋爐吹掃

爐膛壓力正常，爐膛無火焰，3臺(tái)風(fēng)機(jī)運(yùn)行正常，進(jìn)口擋板開度大于30%，燃燒器主風(fēng)門擋板開度大于30%，鍋爐送風(fēng)量大于3000m3/h，燃料閥門全關(guān)，MFT信號(hào)已復(fù)位，吹掃時(shí)間大于3min。

3.3 鍋爐允許點(diǎn)火條件

鍋爐吹掃完成，爐膛壓力正常，爐膛無火焰，風(fēng)機(jī)運(yùn)行正常，進(jìn)口擋板開度大于30%，高爐煤氣進(jìn)口電動(dòng)閥開啟且壓力正常，天然氣一次電磁閥開啟且壓力正常，鍋爐蒸汽進(jìn)口電動(dòng)門開啟，調(diào)門開度大于15%，集汽集箱排汽門開啟。

3.4 點(diǎn)火過程

允許后，鍋爐具備點(diǎn)火條件后，由操作員在上位機(jī)操作，通過PLC發(fā)點(diǎn)火命令（發(fā)點(diǎn)火命令后，天然氣調(diào)門及燃燒風(fēng)調(diào)門不要操作，PLC程序已設(shè)定），PLC發(fā)來的點(diǎn)火命令后，由PLC開關(guān)量及模擬量模塊收發(fā)檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行閥組檢漏并確認(rèn)正常，然后進(jìn)行燃燒器內(nèi)部吹掃，吹掃完成后，天然氣點(diǎn)火并開天然氣電磁閥，天然氣火檢確認(rèn)有火或PLC上位機(jī)發(fā)確認(rèn)有火信號(hào)（3s內(nèi)）后，輔助煤氣閥Vg（氣動(dòng)閥）打開，高爐煤氣輔助煤氣閥Vg及快切閥V1打開點(diǎn)火并確認(rèn)有火，燃燒器風(fēng)門擋板，煤氣調(diào)節(jié)閥開到規(guī)定開度，主煤氣閥V2（氣動(dòng)閥）打開并確認(rèn)主火焰信號(hào)A61、A62、A75（火檢三取二）正常。點(diǎn)火成功完成各項(xiàng)操作并確認(rèn)火檢信號(hào)正常后，操作員可通過PLC及組態(tài)畫面監(jiān)控鍋爐各項(xiàng)參數(shù)并進(jìn)行參數(shù)負(fù)荷調(diào)節(jié)，鍋爐的正常運(yùn)行調(diào)節(jié)開始由操作人員監(jiān)控控制。

4 結(jié)語

通過PLC運(yùn)用改造后，點(diǎn)火系統(tǒng)具有較高工作可靠性和抗干擾能力，相較以前純機(jī)械程控來說，電氣接線及開關(guān)點(diǎn)減少較多，且故障降低。改造后的系統(tǒng)可存儲(chǔ)大量數(shù)據(jù)，相關(guān)監(jiān)控測(cè)點(diǎn)都可數(shù)據(jù)采集，并由計(jì)算機(jī)對(duì)這些數(shù)據(jù)作處理，通過歷史、實(shí)時(shí)曲線來判斷檢測(cè)相關(guān)工況運(yùn)行情況，從而達(dá)到降低運(yùn)行及檢修人員的勞動(dòng)強(qiáng)度的目的。

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