海為PLC在工業(yè)煤氣發(fā)生爐控制上的應(yīng)用

作者：郁文勝

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，隨煤氣爐的運行向下移動，在與從爐底進(jìn)入的氣化劑（空氣、蒸汽）逆流相遇的同時，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強大的通訊功能，以及智能儀表較強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、煤氣低壓總管壓力低聯(lián)鎖加壓機(jī)運轉(zhuǎn)功能，汽包壓力高及其它報警功能。

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變頻機(jī)組運行，可在中控柜的觸摸屏面板監(jiān)示變頻器的運行頻率及電流。由于高壓總管壓力波動后，加壓機(jī)會自動跟蹤壓力調(diào)節(jié)，使得低壓總管壓力也會隨其波動，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的波動作為前饋信號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)時壓力波動比較大的缺點。

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，共兩臺變頻機(jī)組運行?？稍谥锌毓竦挠|摸屏面板監(jiān)示變頻器的運行頻率及電流,加壓風(fēng)機(jī)變頻器的運行頻率由煤氣高壓總管壓力數(shù)顯表進(jìn)行控制。開機(jī)時需確保鼓風(fēng)機(jī)變頻器已經(jīng)運轉(zhuǎn)，且煤氣低壓總管壓力大于100Pa后，方能開始啟動操作加壓機(jī)，否則因聯(lián)鎖關(guān)系加壓機(jī)不能起動。（注：加壓機(jī)正常運轉(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)也會自動停止）。

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，加煤時可以采用手動及自動方式進(jìn)行。自動方式時由海為PLC進(jìn)行程序控制，由煤氣出口溫控表進(jìn)行控制啟動加煤,也可由加煤機(jī)操作箱面板上的手動啟動加煤旋鈕進(jìn)行啟動加煤。并可在后臺觸摸屏監(jiān)示到各個閥門的動作狀態(tài)及加煤次數(shù)，加煤次數(shù)可在觸摸屏上進(jìn)行手動復(fù)位。手動方式時：將控制方式切換到手動控制，然后利用面板上的上（下）閥打開或關(guān)閉按鈕對上下閥進(jìn)行打開或關(guān)閉，手動控制時上下閥不受程序及時間約束，由操作員根據(jù)需要進(jìn)行控制(注：手動時各通道上下閥也同時互鎖，不能同時打開上下閥)。自動方式時：將控制方式切換到自動控制，當(dāng)PLC接收到由溫控表加煤指令（或面板上的手動加煤指令）時，溫控表的加煤指令是由上段出口溫度表進(jìn)行控制，加煤啟動溫度為溫控表內(nèi)的第一段報警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，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)整下閥打開時間及上閥打開時間，并通過調(diào)整加煤計數(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，再按“加煤啟動”按鈕或等待下次加煤指令的到來，加煤機(jī)再次自動循環(huán)工作。最終加煤完成時須確保灰斗內(nèi)儲存有煤粉，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，由爐蓖對側(cè)的兩臺液壓缸合力來推動整個爐蓖的運轉(zhuǎn)，控制也分為手動和自動兩種控制方式，手動方式時，液壓油泵由油泵開關(guān)控制，啟動油泵后，可利用點動前進(jìn)及點動后退按鈕進(jìn)行控制油缸的進(jìn)退（注：手動方式時油缸前進(jìn)和后退按鈕無效，而在自動方式時，點動前進(jìn)與點動后退按鈕無效，而油缸前進(jìn)與后退按鈕在自動方式時有效）。自動方式時，由次計數(shù)器、次間隔時間繼電器，回間隔時間繼電器進(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)一由兩臺軟水泵進(jìn)行供水，再由各臺汽包的電磁閥控制是否加水或停水，只要其中有一臺汽包需要加水，軟水泵就不會停運。控制模式可在中控柜上的自動/手動旋鈕進(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。汽包自動加水模式：各臺汽包均具備水位自動加水功能，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)定的上限水位時停止電磁閥和泵加水，當(dāng)水位下降到下限水位時自動啟動電磁閥和泵加水。當(dāng)電磁閥發(fā)生故障時，由旁路手動球閥進(jìn)行加水，水位可根據(jù)玻璃管液位計的高度進(jìn)行控制?？刂萍铀畷r，泵先啟動，延時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，順序剛好相反，電磁閥先關(guān)閉，延時2秒鐘后，泵停。此過程由中控PLC自動完成。而汽包壓力通過汽包壓力電接點壓力表進(jìn)行報警，當(dāng)汽包壓力高于設(shè)定的壓力時，報警器報警。

九、儀表控制系統(tǒng)

1、爐底飽和蒸汽溫度為一個點，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)閥自動對爐底的飽和蒸汽溫度進(jìn)行PID控制,達(dá)到自動控制的要求。

2、低壓煤氣總管壓力為一個點，通過壓力變送器測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?。ㄔ斠姽娘L(fēng)機(jī)操作部份）。

3、高壓煤氣總管壓力為一個點，通過壓力變送器測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?。ㄔ斠娂訅猴L(fēng)機(jī)操作部份）。

4、上段煤氣出口溫度為一個點，為單顯表，通過設(shè)定報警值1（AL1）的值來控制加煤機(jī)的啟動。

5、各汽包液位顯示采用磁翻板液位變送器采集信號，上傳到各個汽包液位表進(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、觸摸屏后臺操作系統(tǒng)

觸摸屏后臺操作系統(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、報表數(shù)據(jù)、凈化系統(tǒng)、報警查詢、趨勢查詢、事件報警、工藝原理共十個畫面。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)前日期與時間顯示，直接用手觸控時間欄，即可調(diào)出時間校準(zhǔn)畫面，可對當(dāng)前時間進(jìn)行校準(zhǔn)；

2、系統(tǒng)監(jiān)示：形象顯示了工藝系統(tǒng)的工藝各測量點的參數(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便可給加煤機(jī)發(fā)出加煤指令，并在右側(cè)顯示加煤計數(shù)及出灰計數(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)行手動控制各給水電磁閥動作。畫面如下：

6、報表數(shù)據(jù)：以報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)變頻器的運行狀態(tài)，畫面如下：

8、報警查詢畫面：此畫面對當(dāng)前的故障報警進(jìn)行顯示，當(dāng)出現(xiàn)故障報警時，并在報警列表框內(nèi)顯示報警信息，可根據(jù)信息處理相應(yīng)的故障，可在畫面上進(jìn)行報警測試和復(fù)位，若要查詢歷史報警信息，點擊“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時趨勢，要查詢歷史時間趨勢，點擊時間趨勢圖便可查詢，畫面如下：

10、事件查詢畫面：此畫面可查詢當(dāng)前實時事件信息的查詢，要查詢歷史事件信息，點擊“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：此畫面對歷史事件及報警信息進(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：