熊黎
（东莞市科伟环保电力有限公司 广东东莞 523000）
摘要：以往常规仪表控制系统因操作频繁、故障率高，无法满足半干法烟气脱硫系统需要。而PLC控制系统以其独特的优势在该过程中极具适用性。本文具体介绍PLC控制系统及半干法烟气脱硫工艺，全面分析其应用效果。
关键词：PLC控制系统；半干法烟气脱硫；自动调节模拟量
前言
传统常规仪表控制系统因其自身局限性，无法适用于半干法高倍率灰钙循环脱硫除尘一体化工程控制系统。PLC控制系统对可编程逻辑控制器和计算机控制系统进行同步使用，弥补了常规仪表控制系统的缺陷。该系统的优势在于依托网络通讯，执行管理、监测、控制相关工作，其操作简便，抗干扰能力强，具备可扩展性等，适用于半干法烟气脱硫系统。
1 半干法烟气脱硫工艺
烟气在气、固、液三相状态下经物理及化学反应脱硫。依托烟气反应过程中产生的显热蒸发吸收液中的水分，生成干粉状产物。该背景下应用到的工艺设备比较简单，作为生成物的钙硫酸盐，在干粉状态下处理简便，耗水量和设备腐蚀度都比较小。但其对设备自动化提出了很高的要求，难以控制吸收剂用量，通常情况下吸收效率低[1]。
某矿锅炉房4×20t/h工业煤粉锅炉选用半干法高倍率灰钙循环脱硫工艺，各锅炉脱硫工艺系统分开设置。如图1所示，为单台脱硫工艺。
图1 脱硫工艺流程
热烟气经锅炉排出后，进入立管脱硫反应器中，高温潮湿状态下，烟气内的硫化物与增温混合器中的高钙循环飞灰中的活性脱硫物质发生作用，生成脱硫物质。烟气经脱硫之后，仍携带飞灰，通过旋风分离器和布袋除尘器除尘，排入大气中。被分离的飞灰则回到循环灰仓中，在底部脱硫剂变频卸料阀作用下进入潮湿混合器中。参照灰仓料位和灰的活性，对电磁阀进行科学设置，用以自动排灰。
2 PLC控制系统
2.1 PLC控制系统构成
2.1.1 PLC选型及特点
依据半干法脱硫工艺要求，选用西门子公司S7-300控制系统。该系统具备模块化特征，与中、小规模工程控制性能要求吻合。特点如下：分布式结构和多界面网络功能，应用过程灵活；模块性能多样化，符合自动化控制要求；倘若增加控制任务，系统亦可自由扩展；集成功能多，应用广泛；操作、编程、维护简单、便捷。
2.1.2 控制系统结构
这一控制系统构成要素包含工业控制计算机、PLC主站、PLC远程站及远程控制设备，其具备强大的网络功能，本质为三级控制网络系统，由现场设备层、过程控制层、监视控制层构成。
现场设备层包含Profibus总线、变频器、分散式I/O等，PLC控制器和现场设备能够进行双向数据传输。Profibus总线能够采集变频器故障信号、运行信号、频率信号等，继而上传到控制器中。控制器也能够通过Profibus总线将起、停指令和频率给定信号等下传至变频器。
过程控制层包括网络交换机、工业以太网连接等，有助于工业控制计算机和PLC控制器数据双向传输。无论是现场设备状态、故障信号，还是工艺生产数据，都可经过以太网，由控制器向工业控制计算机传输。设备操作指令信号经工业计算机向控制器的传输也通过以太网实现[2]。
监视控制层由工程师站、激光打印机和监控软件构成。实施方法为系统的组态和编程功能经由工程师站完成之后，依据实际需求，修改工艺参数设定。结束系统调试后，依托权限设置，将其更改为操作员站。该控制层不仅能够实时监控数据、显示动态图形、查询和调用历史数据、诊断系统状态，而且还能够制作报表、分析状态趋势、生成数据库、执行相关管理维护功能等。
2.1.3 PLC可靠性设计
供电系统。隔离变压器供电系统和UPS供电系统常被应用到PLC系统中。该工程选用的PLC供电系统，如图2所示。PLC柜内包含UPS电源，主要用以向控制器或电源模块供电，而I/O模块和现场仪表、动力设备控制电源等以隔离变压器为载体，单独供电，以免各设备电源相互干扰，使该系统供电更加可靠。
图2 UPS供电系统
接地系统。接地可靠性设计为系统提供了稳定、可靠的运行环境，确保设备、人员安全，很大程度上规避了干扰信号导致的误动作情况。PLC系统包含独立和串联两种接地方式。其中，串联接地方式施工过程简单，接地干线用量小，在该工程背景下极具适用性，施工效果非常好。
2.2 PLC控制系统功能
2.2.1采集和处理数据
PLC控制系统在操作员站上对温度、压力、流量等工艺参数予以显示，实时监测、存储数据，生成数据库，便于运行人员进行查看、调用及图表制作等。同时，依据工艺要求，对报警阈值进行科学设置，倘若工艺参数超过阈值，会发生报警信号，并在第一时间处理。
2.2.2自动调节模拟量
调节循环灰给料量。在半干法脱硫工艺中，脱硫循环灰给料量会对脱硫效率产生影响，因而，应对脱硫循环灰给料量进行准确控制。在实验室构建模糊控制模型，该过程中会用到比例、微分模糊PID控制算法等。用积分项对稳态误差进行消除，将脱硫效率控制在特定范围内。微分控制能够对反应器进、出口差压实际值和给定值偏差变化情况进行预测，避免系统出现失稳情况。控制系统对脱硫剂变频卸料阀进行自动调节。反应器进出口烟气压力差值增大，表明烟气量减小，二氧化硫含量也比较小。PLC系统依托差压值对循环灰量进行计算，输出信号使脱硫剂变频卸料阀转速降低，减少循环灰给料量。反之，则增加。
调节恒压变频给水。在脱硫增湿系统内，如果给水压力波动幅度在工艺设定值范围之外，工艺系统增湿混合器供水稳定性难以保障，导致脱硫生产缺乏稳定性和连续性。该工程背景下，通过对恒压变频给水调节系统进行设置，调节变频给水泵。倘若过程值给水母管压力比较大，PLC依据压力设定值计算偏差，当偏差减小，PLC会进行信号输出，变频给水泵转速也会降低，给水量减少，给水母管压力小，与设定值相同。反之，减小给水母管压力，依托PLC系统进行信号输出，使变频给水泵转速提升，给水量增加，会使给水母管压力保持恒定。在PLC操作员站上，对模拟量自动调节系统进行科学设置，使其保持自动/手动无扰切换。该背景下，运行人员主要以计算机为载体，通过远程控制，确保系统处于正常运行状态[3]。
2.2.3控制开关量顺序
PLC控制系统依托联锁保护程序，对半干法脱硫系统中的辅机实施顺序控制。在反应器烟气温度比较高的情况下，PLC参考温度传感器反馈的数值，确定增湿水雾化阀开启数量，使反应器内脱硫循环灰含水量增加，实现反应器烟气温度控制。采用相反操作，会使反应器烟气温度升高。PLC完成运行状态和阀门状态信号接收后，能够帮助运行人员了解设备状态，一旦发生故障，通过触发联锁保护进行报警，以免干扰脱硫系统及锅炉正常运行。
结语
综上所述，PLC控制系统以其独特的优势在半干法烟气脱硫系统中适用性强。其实施过程简单，既能够规避误操作情况，也能够减少不必要的人员消耗，很大程度上提升了系统运行稳定性，烟气排放也符合国家标准。
参考文献：
[1]张晗.PLC控制系统在半干法烟气脱硫工程中的应用[J].煤炭工程，2018，（1）：69-72.
[2]朱永祥.基于DCS和PLC混合控制的半干法脱硫控制系统的改进[J].中小企业管理与科技（上旬刊），2016，（2）：230-230.
[3]王宇鹏，于晓鹏.SDA干法烧结烟气脱硫系统中仪表设备的应用[J].自动化与仪器仪表，2017，（1）：114-116.
论文作者:熊黎
论文发表刊物:《河南电力》2018年7期
论文发表时间:2018/9/13
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