基于S7-200 SMART PLC余熱回收控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

齊 峰,白云濤,王新宇

(1.吉林化工學(xué)院 信息與控制工程學(xué)院，吉林 吉林 132022；2.林嘉德藍(lán)天環(huán)境技術(shù)有限公司 工程部，吉林 吉林 132022)

工業(yè)鍋爐作為生產(chǎn)行業(yè)的能量提供裝置，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展過程中有著重要地位.鍋爐內(nèi)的水體在不斷蒸發(fā)過程中逐步濃縮，從而在鍋爐水的表面殘留下大量的浮油、各種懸浮物和濃縮鹽，容易在鍋爐底部產(chǎn)生沉積的泥渣、泥垢等物質(zhì).為了保證鍋爐的工作效率，保持鍋爐蒸汽高品質(zhì)運(yùn)轉(zhuǎn)，防止鍋爐沉積對(duì)鍋爐壁產(chǎn)生腐蝕，為保障鍋爐的安全運(yùn)行，連續(xù)排污、定期排污是不可缺少的重要環(huán)節(jié).但是排污過程中伴隨著大量蒸汽的浪費(fèi)，所以對(duì)于此環(huán)節(jié)的能量回收是非常必要的[1].

1 鍋爐的連排和定排工藝

1.1 原有連排和定排工藝

鍋爐的連排和定排工藝如圖1所示.電導(dǎo)率傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)鍋爐汽包內(nèi)部指標(biāo)，并將信號(hào)傳遞至控制器，如果電導(dǎo)率超過控制器設(shè)置上限，控制器將打開執(zhí)行器，將鍋爐內(nèi)殘留物質(zhì)排放至擴(kuò)容罐，經(jīng)過擴(kuò)容罐蒸汽直接排放至大氣中，沉淀物質(zhì)將沉淀到擴(kuò)容罐底部，通過污水池排出[2].

圖1 原有連排和定排方框圖

1.2 改良后連排和定排工藝

現(xiàn)將定排罐頂部蒸汽排放部位引入乏汽回收器，工藝流程如圖2所示.

圖2 改良后連排和定排工藝流程圖

乏汽回收器是將擴(kuò)容罐排放的蒸汽與冷水混合后，流入到熱水儲(chǔ)水罐中.熱水儲(chǔ)水罐設(shè)有循環(huán)泵，如果儲(chǔ)水罐中熱水未達(dá)到使用溫度，系統(tǒng)可自動(dòng)開啟循環(huán)泵將儲(chǔ)水罐中的水經(jīng)過乏汽回收器反復(fù)加熱，直至達(dá)到使用溫度后，開啟排水泵將熱水儲(chǔ)水罐中的水排出，此種方式反復(fù)循環(huán)即可達(dá)到余熱回收的目的[3].

2 余熱回收控制系統(tǒng)方案

余熱回收系統(tǒng)需要對(duì)乏汽回收器周邊設(shè)備進(jìn)行控制，才能達(dá)到理想的余熱回收效果.

2.1 冷水控制系統(tǒng)

引入待升溫的冷水品質(zhì)需要保證，所以冷水在進(jìn)入乏汽回收器前，需要對(duì)其進(jìn)行過濾處理.在冷水輸送管道加入石英砂過濾器，可以有效控制水質(zhì).當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到過濾器前端和后端壓差大于1 Bar時(shí)，自動(dòng)開啟反沖洗泵并在15 min后關(guān)閉，沖洗過程中會(huì)將過濾器內(nèi)部沉積物質(zhì)排出；同時(shí)在冷水口設(shè)有補(bǔ)水電動(dòng)球閥，電動(dòng)閥會(huì)根據(jù)水箱液位高度進(jìn)行開關(guān)，保證水箱內(nèi)部滿水狀態(tài)[4].

2.2 循環(huán)泵控制系統(tǒng)

循環(huán)泵在系統(tǒng)中主要作用是將水箱內(nèi)部的水提升至乏汽回收器頂部，讓其與蒸汽充分接觸再升溫.控制系統(tǒng)會(huì)實(shí)時(shí)采集水箱中水溫，當(dāng)水溫低于某個(gè)值時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)循環(huán)泵；當(dāng)水溫高于出水溫度設(shè)定值時(shí)，自動(dòng)停止循環(huán)泵.為了節(jié)約電能，當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)蒸汽壓力低于0.3 Bar時(shí)，循環(huán)泵將不啟動(dòng)[5].

2.3 排水泵控制系統(tǒng)

排水泵是將成品熱水排出水箱的設(shè)備.排水泵主要受水箱液位和水箱溫度控制.當(dāng)水箱液位小于液位最低限時(shí)，排水泵不工作；當(dāng)水箱液位高于液位最低限時(shí)，排水泵是由水箱溫度控制的.當(dāng)水箱溫度高于出水設(shè)定溫度值時(shí)，排水泵工作；當(dāng)水箱溫度低于出水設(shè)定溫度值時(shí)，排水泵停止工作[6].

3 余熱回收控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 硬件設(shè)計(jì)

3.1.1 PLC硬件設(shè)計(jì)

針對(duì)系統(tǒng)所采集的數(shù)字量共28個(gè)、模擬量共2個(gè)，選用S7-200 SMART PLC作為系統(tǒng)控制單元，關(guān)鍵硬件配置單如表1所示.

表1 主要硬件采購(gòu)清單

3.1.2 液位計(jì)設(shè)計(jì)

由于水箱是封閉的，而且通入冷水和成品熱水排水常常會(huì)引起水箱液位有大幅度渦流，所以自制液位計(jì).液位計(jì)分為高、中、低3個(gè)液位點(diǎn)，結(jié)構(gòu)為4根φ6鋼桿由O型圈做密封，并由四氟墊做絕緣隔離，液位計(jì)如圖3所示.

圖3 液位計(jì)外形圖

3.2 下位機(jī)設(shè)計(jì)

3.2.1 冷水控制系統(tǒng)

冷水作為系統(tǒng)被加熱傳熱介質(zhì)，其中冷水控制系統(tǒng)由過濾器和電磁閥組成，并由液位作為控制信號(hào)[7]，程序如圖4所示.

圖4 冷水控制系統(tǒng)程序

3.2.2 循環(huán)泵控制系統(tǒng)

循環(huán)的目的是將水箱內(nèi)的水反復(fù)升溫，此過程中主要是循環(huán)泵的控制.循環(huán)泵主要是由水箱溫度并結(jié)合水箱液位輔助控制[8]，程序如圖5所示.

圖5 循環(huán)泵控制系統(tǒng)

3.2.3 排水泵控制系統(tǒng)

排水是將升溫達(dá)到成品水溫的水箱內(nèi)熱水輸送至需水地點(diǎn)的過程.排水過程中需要使用PT100和水箱液位信號(hào)作為水泵是否運(yùn)行的條件，排水泵的運(yùn)行分為手動(dòng)和自動(dòng)[9].程序如圖6所示.

圖6 排水泵控制系統(tǒng)程序

3.3 上位機(jī)系統(tǒng)開發(fā)

將冷水控制系統(tǒng)、循環(huán)控制系統(tǒng)以及排水控制系統(tǒng)的狀態(tài)信息采集并保存到觸摸屏中，并在觸摸屏中新建工藝流程圖[10]，如圖7所示.

圖7 廢熱回收系統(tǒng)觸摸屏畫面

4 結(jié) 論

基于S7-200 SMART PLC作為控制單元，使用乏汽回收器對(duì)鍋爐的運(yùn)行現(xiàn)有工藝進(jìn)行升級(jí)改造，再配合PLC編程和人機(jī)界面系統(tǒng)的投入，最終，可將95%以上的廢熱蒸汽進(jìn)行回收，提高了鍋爐的能源利用率，達(dá)到了節(jié)能減排效果.為鍋爐運(yùn)行工藝改良提供一定參考和借鑒.