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- / 海為PLC體驗(yàn)文章（一等獎(jiǎng)）—在工業(yè)煤氣發(fā)生爐控制上的應(yīng)用
作者：海為用戶 郁工
一、煤氣發(fā)生爐的工作原理
煤氣發(fā)生爐工作原理是以煤為原料生產(chǎn)煤氣，供燃?xì)庠O(shè)備使用的裝置。固體原料煤從爐頂部加入，隨煤氣爐的運(yùn)行向下移動(dòng)，在與從爐底進(jìn)入的氣化劑（空氣、蒸汽）逆流相遇的同時(shí)，受爐底燃料層高溫氣體加熱，發(fā)生物理、化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生粗煤氣。此粗煤氣（即熱煤氣）經(jīng)凈化冷卻系統(tǒng)后可直接供燃燒設(shè)備使用。也即煤在一定條件下以空氣和水蒸氣為氣化劑,充分結(jié)合產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，生成了新的可燃性氣體，它是一種新型封閉、高效、節(jié)能、環(huán)保的燃燒系統(tǒng)，熱效率高達(dá)80%以上。煤氣發(fā)生爐按爐型結(jié)構(gòu)可以分為單段爐和雙段爐，按煤氣的使用溫度可以分為熱煤氣和冷煤氣，現(xiàn)就雙段爐冷煤氣的自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行介紹。
二、煤氣發(fā)生爐的工藝流程圖
三、系統(tǒng)概述
本電氣控制系統(tǒng)主要目的是根據(jù)雙段煤氣發(fā)生爐的工藝條件要求進(jìn)行操作上的控制與聯(lián)鎖。以海為PLC為主控制器，威綸通MT8000觸摸屏為監(jiān)控人機(jī)界面，利用海為PLC強(qiáng)大的通訊功能，以及智能儀表較強(qiáng)的過程控制功能和較高的可靠性，利用儀表的RS485通訊進(jìn)行組網(wǎng)控制，根據(jù)煤氣發(fā)生爐的安全可靠性要求，重要控制回路必須由現(xiàn)場(chǎng)智能儀表控制，因此，本系統(tǒng)主要分為飽和蒸汽溫度控制，煤氣低壓總管壓力控制,煤氣高壓總管壓力控制，加煤機(jī)控制、出灰蘆蓖控制、以及汽包水位控制，儀表控制等, 具備鼓風(fēng)機(jī)聯(lián)鎖加壓機(jī)啟動(dòng)、煤氣低壓總管壓力低聯(lián)鎖加壓機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)功能，汽包壓力高及其它報(bào)警功能。
四、低壓煤氣總管壓力控制系統(tǒng)
低壓煤氣總管壓力的控制主要是通過控制鼓風(fēng)機(jī)的鼓風(fēng)量來控制，通過安裝在煤氣低壓總管上的壓力變送器，將壓力信號(hào)傳給智能儀表，再由智能儀表經(jīng)PID調(diào)節(jié)去控制鼓風(fēng)機(jī)的控制變頻器，鼓風(fēng)機(jī)采用變頻控制，采用一開一備共一臺(tái)變頻機(jī)組運(yùn)行，可在中控柜的觸摸屏面板監(jiān)示變頻器的運(yùn)行頻率及電流。由于高壓總管壓力波動(dòng)后，加壓機(jī)會(huì)自動(dòng)跟蹤壓力調(diào)節(jié)，使得低壓總管壓力也會(huì)隨其波動(dòng)，然后鼓風(fēng)機(jī)再跟綜變化，此控制過程鼓風(fēng)機(jī)的反應(yīng)比較滯后，當(dāng)高壓總管壓力波動(dòng)后，須等加壓機(jī)調(diào)節(jié)后，鼓風(fēng)機(jī)才跟隨調(diào)節(jié)，因此，在低壓總管壓力調(diào)節(jié)控制回路中應(yīng)加入前饋控制環(huán)節(jié)，也就是將高壓總管壓力信號(hào)的波動(dòng)作為前饋信號(hào)引入到低壓總管壓力的調(diào)節(jié)回路之中，這樣就避免了系統(tǒng)調(diào)節(jié)時(shí)壓力波動(dòng)比較大的缺點(diǎn)。
五、煤氣高壓總管壓力控制系統(tǒng)
高壓煤氣總管壓力的控制主要是通過控加壓風(fēng)機(jī)的送風(fēng)量來控制，通過安裝在煤氣高壓總管上的壓力變送器，將壓力信號(hào)傳給智能儀表，再由智能儀表經(jīng)PID調(diào)節(jié)去控制加壓風(fēng)機(jī)的控制變頻器，加壓機(jī)采用變頻控制，共兩臺(tái)變頻機(jī)組運(yùn)行。可在中控柜的觸摸屏面板監(jiān)示變頻器的運(yùn)行頻率及電流,加壓風(fēng)機(jī)變頻器的運(yùn)行頻率由煤氣高壓總管壓力數(shù)顯表進(jìn)行控制。開機(jī)時(shí)需確保鼓風(fēng)機(jī)變頻器已經(jīng)運(yùn)轉(zhuǎn)，且煤氣低壓總管壓力大于100Pa后，方能開始啟動(dòng)操作加壓機(jī)，否則因聯(lián)鎖關(guān)系加壓機(jī)不能起動(dòng)。（注：加壓機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)后，若鼓風(fēng)機(jī)變頻器停止或低壓總管煤氣壓力低于100Pa，加壓機(jī)也會(huì)自動(dòng)停止）。
六、加煤機(jī)控制
加煤機(jī)下料系統(tǒng)采用雙通道液壓閥下料，分為左右上閥和左右下閥，加煤時(shí)可以采用手動(dòng)及自動(dòng)方式進(jìn)行。自動(dòng)方式時(shí)由海為PLC進(jìn)行程序控制，由煤氣出口溫控表進(jìn)行控制啟動(dòng)加煤,也可由加煤機(jī)操作箱面板上的手動(dòng)啟動(dòng)加煤旋鈕進(jìn)行啟動(dòng)加煤。并可在后臺(tái)觸摸屏監(jiān)示到各個(gè)閥門的動(dòng)作狀態(tài)及加煤次數(shù)，加煤次數(shù)可在觸摸屏上進(jìn)行手動(dòng)復(fù)位。手動(dòng)方式時(shí)：將控制方式切換到手動(dòng)控制，然后利用面板上的上（下）閥打開或關(guān)閉按鈕對(duì)上下閥進(jìn)行打開或關(guān)閉，手動(dòng)控制時(shí)上下閥不受程序及時(shí)間約束，由操作員根據(jù)需要進(jìn)行控制(注：手動(dòng)時(shí)各通道上下閥也同時(shí)互鎖，不能同時(shí)打開上下閥)。自動(dòng)方式時(shí)：將控制方式切換到自動(dòng)控制，當(dāng)PLC接收到由溫控表加煤指令（或面板上的手動(dòng)加煤指令）時(shí)，溫控表的加煤指令是由上段出口溫度表進(jìn)行控制，加煤?jiǎn)?dòng)溫度為溫控表內(nèi)的第一段報(bào)警AL1值確定（具體設(shè)置參見溫控表說明書），當(dāng)前溫度達(dá)到AL1的設(shè)置值時(shí)，AL1指示燈亮，并給加煤PLC發(fā)出加煤指令。PLC按照下閥打開→→下閥關(guān)閉→→上閥打開→→上閥關(guān)閉的順序輪流進(jìn)行加煤，根據(jù)需要可以調(diào)整下閥打開時(shí)間及上閥打開時(shí)間，并通過調(diào)整加煤計(jì)數(shù)器的下煤次數(shù)來控制加煤量的大小。根據(jù)工藝條件要求，需要再次加煤時(shí)，再按“加煤?jiǎn)?dòng)”按鈕或等待下次加煤指令的到來，加煤機(jī)再次自動(dòng)循環(huán)工作。最終加煤完成時(shí)須確保灰斗內(nèi)儲(chǔ)存有煤粉，有利于閥門的密封。
七、出灰機(jī)控制系統(tǒng)
本出灰控制系統(tǒng)工作原理是，由爐蓖對(duì)側(cè)的兩臺(tái)液壓缸合力來推動(dòng)整個(gè)爐蓖的運(yùn)轉(zhuǎn)，控制也分為手動(dòng)和自動(dòng)兩種控制方式，手動(dòng)方式時(shí)，液壓油泵由油泵開關(guān)控制，啟動(dòng)油泵后，可利用點(diǎn)動(dòng)前進(jìn)及點(diǎn)動(dòng)后退按鈕進(jìn)行控制油缸的進(jìn)退（注：手動(dòng)方式時(shí)油缸前進(jìn)和后退按鈕無效，而在自動(dòng)方式時(shí)，點(diǎn)動(dòng)前進(jìn)與點(diǎn)動(dòng)后退按鈕無效，而油缸前進(jìn)與后退按鈕在自動(dòng)方式時(shí)有效）。自動(dòng)方式時(shí)，由次計(jì)數(shù)器、次間隔時(shí)間繼電器，回間隔時(shí)間繼電器進(jìn)行控制。
八、汽包液位控制系統(tǒng)
本汽包液位控制系統(tǒng)由總柜內(nèi)的海為PLC來完成加水的邏輯控制，分為上水套汽包，下水套汽包，旋風(fēng)汽包液位控制。供水系統(tǒng)統(tǒng)一由兩臺(tái)軟水泵進(jìn)行供水，再由各臺(tái)汽包的電磁閥控制是否加水或停水，只要其中有一臺(tái)汽包需要加水，軟水泵就不會(huì)停運(yùn)。控制模式可在中控柜上的自動(dòng)/手動(dòng)旋鈕進(jìn)行控制，軟水泵選擇可在中控柜上的1#/2#軟水泵選擇旋鈕進(jìn)行控制。汽包自動(dòng)加水模式：各臺(tái)汽包均具備水位自動(dòng)加水功能，由汽包液位數(shù)顯儀表根據(jù)設(shè)定的上下限水位（上限AL1，下限AL2）控制電磁閥和泵進(jìn)行加水。當(dāng)達(dá)到設(shè)定的上限水位時(shí)停止電磁閥和泵加水，當(dāng)水位下降到下限水位時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)電磁閥和泵加水。當(dāng)電磁閥發(fā)生故障時(shí)，由旁路手動(dòng)球閥進(jìn)行加水，水位可根據(jù)玻璃管液位計(jì)的高度進(jìn)行控制。控制加水時(shí)，泵先啟動(dòng)，延時(shí)1秒鐘后，電磁閥打開，確保汽包內(nèi)的壓力蒸汽不串到水管內(nèi)，停止加水時(shí)，順序剛好相反，電磁閥先關(guān)閉，延時(shí)2秒鐘后，泵停。此過程由中控PLC自動(dòng)完成。而汽包壓力通過汽包壓力電接點(diǎn)壓力表進(jìn)行報(bào)警，當(dāng)汽包壓力高于設(shè)定的壓力時(shí)，報(bào)警器報(bào)警。
九、儀表控制系統(tǒng)
1、爐底飽和蒸汽溫度為一個(gè)點(diǎn)，用來控制爐底飽和蒸汽溫度，通過設(shè)定表上的溫度，由智能溫控表控制調(diào)節(jié)閥自動(dòng)對(duì)爐底的飽和蒸汽溫度進(jìn)行PID控制,達(dá)到自動(dòng)控制的要求。
2、低壓煤氣總管壓力為一個(gè)點(diǎn)，通過壓力變送器測(cè)量壓力送給低壓煤氣總管壓力表，通過設(shè)定表上的壓力，由智能表控制鼓風(fēng)機(jī)的頻率的大小來控制鼓風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到控制爐氣出口壓力的大小（詳見鼓風(fēng)機(jī)操作部份）。
3、高壓煤氣總管壓力為一個(gè)點(diǎn)，通過壓力變送器測(cè)量壓力送給高壓煤氣總管壓力表，通過設(shè)定表上的壓力，由智能表控制加壓風(fēng)機(jī)的頻率的大小來控制加壓風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到控制送用戶總管壓力的大小（詳見加壓風(fēng)機(jī)操作部份）。
4、上段煤氣出口溫度為一個(gè)點(diǎn)，為單顯表，通過設(shè)定報(bào)警值1（AL1）的值來控制加煤機(jī)的啟動(dòng)。
5、各汽包液位顯示采用磁翻板液位變送器采集信號(hào)，上傳到各個(gè)汽包液位表進(jìn)行液位顯示和控制，通過設(shè)定表的上下限報(bào)警值（AL1和AL2）來控制水泵的啟停，從而達(dá)到控制水位的目的。
6、還有其它點(diǎn)為空氣總管壓力、上下段煤氣出口壓力、爐底飽和蒸汽壓力、下段出口溫度、送用戶煤氣總管溫度、間冷出口溫度為單顯指示作用，爐身四周測(cè)溫、電捕絕緣箱溫度為巡檢表，不參與系統(tǒng)的控制目的。
十、觸摸屏后臺(tái)操作系統(tǒng)
觸摸屏后臺(tái)操作系統(tǒng)主要完成工藝參數(shù)的監(jiān)示和管理，分為系統(tǒng)監(jiān)示、發(fā)生爐體、加煤監(jiān)示、給水控制、報(bào)表數(shù)據(jù)、凈化系統(tǒng)、報(bào)警查詢、趨勢(shì)查詢、事件報(bào)警、工藝原理共十個(gè)畫面。分別說明如下：
1、初始畫面：進(jìn)入各畫面的導(dǎo)航面面圖，畫面如下：
此畫面的左上角有當(dāng)前日期與時(shí)間顯示，直接用手觸控時(shí)間欄，即可調(diào)出時(shí)間校準(zhǔn)畫面，可對(duì)當(dāng)前時(shí)間進(jìn)行校準(zhǔn)；
2、系統(tǒng)監(jiān)示：形象顯示了工藝系統(tǒng)的工藝各測(cè)量點(diǎn)的參數(shù)。畫面如下:
此畫面共分為1#爐系統(tǒng)和2#爐系統(tǒng)，分別監(jiān)示1#爐和2#爐的全局系統(tǒng)。其中鼓風(fēng)機(jī)及加壓機(jī)，空氣總管、低壓煤氣總管、高壓煤氣總管為公共部份。
3、發(fā)生爐體畫面：此畫面局部將整個(gè)爐座的工藝參數(shù)顯示出來。分為1#和2#爐體部份。畫面如下：
4、加煤監(jiān)示：監(jiān)控加煤機(jī)的動(dòng)作狀態(tài)，畫面如下：
此畫面也分為1#爐加煤和2#爐加煤系統(tǒng)，分別監(jiān)示加煤系統(tǒng)的狀態(tài)，并可以畫面上進(jìn)行加煤觸控，當(dāng)觸控加煤方型按鈕時(shí)便可給加煤機(jī)發(fā)出加煤指令，并在右側(cè)顯示加煤計(jì)數(shù)及出灰計(jì)數(shù)，并具復(fù)位功能。
5、給水控制畫面：分為1#和2#給水控制畫面，監(jiān)示各汽包的給水狀態(tài)，并可在觸摸屏上進(jìn)行手動(dòng)控制各給水電磁閥動(dòng)作。畫面如下：
6、報(bào)表數(shù)據(jù)：以報(bào)表的形式將工藝各參數(shù)表列出來。畫面如下：
7、凈化系統(tǒng)畫面：此畫面對(duì)凈化系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)示，并可監(jiān)示加壓機(jī)及鼓風(fēng)機(jī)變頻器的運(yùn)行狀態(tài)，畫面如下：
8、報(bào)警查詢畫面：此畫面對(duì)當(dāng)前的故障報(bào)警進(jìn)行顯示，當(dāng)出現(xiàn)故障報(bào)警時(shí)，并在報(bào)警列表框內(nèi)顯示報(bào)警信息，可根據(jù)信息處理相應(yīng)的故障，可在畫面上進(jìn)行報(bào)警測(cè)試和復(fù)位，若要查詢歷史報(bào)警信息，點(diǎn)擊“歷史查詢”，調(diào)出歷史查詢畫面，便可查詢歷史信息，畫面如下：
9、趨勢(shì)查詢畫面：此畫面可以查詢出爐氣上出口溫度及爐底飽和溫度的實(shí)時(shí)趨勢(shì)，要查詢歷史時(shí)間趨勢(shì)，點(diǎn)擊時(shí)間趨勢(shì)圖便可查詢，畫面如下：
10、事件查詢畫面：此畫面可查詢當(dāng)前實(shí)時(shí)事件信息的查詢，要查詢歷史事件信息，點(diǎn)擊“歷史查詢”，調(diào)出歷史查詢畫面，便可查詢歷史信息，畫面如下：
11、歷史事件畫面：此畫面對(duì)歷史事件及報(bào)警信息進(jìn)行保存，可保存500條信息容量，畫面如下：
12、工藝原理：形象體象雙段煤氣發(fā)生爐工藝系原理。畫面如下：
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