摘要：本文主要介绍的是基于三菱FX2N-16MR PLC的脱硫配碱系统自动控制的设计。该控制系统的设计包括硬件设计和软件设计，主要运用了三菱PLC、接触器、继电器、行程开关等器件，利用PLC良好的自动控制性能，实现脱硫配碱过程的自动化。
关键词：PLC；脱硫配碱；控制系统；自动控制
1 概述
目前，火电厂烟气脱硫工艺很多，按用水量可分为湿法、干法、半干法；按脱硫剂的不同，又可分为石灰石/石灰-石膏法、钠法、镁法、氨法、双碱法等。
渡市选煤发电厂选用湿式钙-钙双碱法脱硫，在以往的生产过程中，配碱系统采用继电器控制方式，主要依靠人工根据配碱池水位高低，人工操作阀门和开关手动配碱，但这种方式存在诸多缺点：一是工作量大、劳动强度高；二是配碱过程全靠工人经验掌控，浆液浓度无法控制，石灰耗量大；三是由于配碱的不稳定，导致脱硫塔、脱硫管道和脱硫出口烟道易结垢。为此我厂自主设计了一种基于三菱FX2N-16MR PLC的脱硫配碱的自动控制系统，通过自动控制系统进行自动配碱，实现了脱硫配碱过程的自动化。
2 脱硫配碱系统
渡市选煤发电厂配备的配碱系统，主要由生石灰粉仓、配碱池、雷达液位计、石灰添加电动闸阀、返回水气动阀和吹气电磁阀等组成，如图1所示。通过根据配碱池的水位高低，控制各个阀门的开启关闭来进行配碱。
图1 脱硫自动配碱工艺布置图
3 控制系统方案设计
3.1主控元件选定
配碱系统的自动控制采用可编程控制器（PLC）作为主要控制元件，它负责将按钮、行程开关和其他开关量信号进行采集，通过程序运算后，发出信号去控制接触器、继电器等电器元件，进而控制各电机的运行，同时控制相应指示灯的显示。
根据脱硫配碱系统的控制工艺要求，如图2所示，PLC控制系统的输入信号有7个，输出信号有7个，且均为开关量，结合经济实用性的考虑，控制系统选用三菱FX2N-16MR-001型号的PLC，继电器输出，输入点数、输出点数均为8点，可以满足工艺要求，且留有一定的余量，便于以后的修改和扩展。
3.2液位监视单元选定
配碱池是用于配置、存放石灰浆液的容器，是否需要配置浆液最直接的参数就是配碱池的液位，因此，准确监测配碱池的液位十分重要。由于在配置石灰浆液时，粉尘和水汽较大，对测量水位会造成严重的干扰，必须选用能有效的穿透粉尘、水汽，抗干扰能力强的监测设备。
26G高频雷达水位计采用天线发射极窄的微波脉冲，这个脉冲以光速在空间传播，遇到被测介质表面，其部分能量被反射回来，被同一天线接收。发射脉冲与接收脉冲的时间间隔与天线到被测介质表面的距离成正比。通过准确识别发射脉冲与接收脉冲的时间间隔，从而进一步计算出天线到被测介质表面的距离。
它具有：1.波束角小，能量集中，能有效穿透粉尘、水汽等，具有更强抗干扰能力，大大提高了测量精度和可靠性；2.天线尺寸小，便于安装和加防尘罩等天线防护装置；3.重量轻约1千克，便于安装；4.采用脉冲工作方式，雷达液位计发射功率极低，对人体及环境均无伤害等优点。
综合考虑之后，本项目选用26G高频雷达水位计。
3.3控制回路的设计
根据脱硫配碱系统结构及工艺流程，石灰添加电动闸阀用电动机M来运行，并用接触器KMF和KMR来控制电动机的正反转；加水气动阀由电磁阀YVS控制开启关闭，电磁阀YVQ控制向生石灰粉仓吹入压缩空气蓬松石灰；断路器QF将三相电源引入，同时为电路提供短路保护。
PLC控制系统的输入信号有7个，均为开关量。其中转换开关S一个，选择手动控制和自动控制模式；各种信号6个，分别是石灰添加电动闸阀开到位和关到位信号，液位上上限、上限、下限、下下限信号。
PLC控制系统的输出信号有7个，其中2个用于驱动石灰添加电动闸阀电动机的接触器KMF和KMR，2个用于控制加水气动阀和吹气电磁阀，3个用于状态指示和故障报警。
脱硫配碱系统的原理图如图3所示。
图3 控制系统原理图
3.4控制程序的设计
本项目设计的自动控制系统具有手动控制和自动控制两种模式。通过转换开关S设定控制模式。
自动控制模式下，自动配碱系统按照工艺流程进行循环自动配碱，其控制流程如下。
1）上电初始化：设定自动控制初始数据。
2）电动闸阀初始检查：石灰添加电动闸阀关闭一次，检查电动闸阀是否正常关闭到位。
3）PLC自动关闭吹气电磁阀和加水电磁阀，开始检测水位信号。
4）当水位降至2米时，PLC控制加水电磁阀吸合打开返回水气动阀，开始加水；控制石灰添加电动闸阀打开，开始添加石灰；控制吹气电磁阀打开，向生石灰粉仓吹入压缩空气，蓬松生石灰。
5）PLC内部石灰添加计时器和关水计时器开始计时。
6）当石灰添加计时器到达设定2分钟后发出信号，PLC控制石灰添加电动闸阀和吹气电磁阀关闭。
7）当水位达到3.2米或PLC内部关水计时器计时7分钟完毕，PLC控制加水电磁阀释放关闭返回水气动阀。
8）如此循环往复。
本自动控制设计具备种故障报警保护，一旦发生故障，立即停止循环，启动蜂鸣器并按相应报警方式报警。
1）石灰添加电动门开启/关闭超时报警：电动门开启/关闭时，7秒内未接收到相应的开到位/关到位信号；报警方式为相应的开到位/关到位指示灯以1秒间隔闪烁，并且“故障声光报警”蜂鸣器持续报警。
2）石灰添加电动门开到位和关到位信号故障报警：同时接收到电动闸阀开到位和关到位信号超过2秒；报警方式为开到位和关到位指示灯同时以1秒间隔闪烁，并且“故障声光报警”蜂鸣器持续报警。
3）水位超上/下限报警：当水位超过3.4米的上上限或低于1.8米的下下限时，“石灰加碱池水位超上/下限指示”灯亮，并且“故障声光报警”蜂鸣器持续报警。
4）加水超时报警：当单次加水时间超过7分钟时，极可能26G高频雷达水位计出现死机故障，导致水位无变化；报警方式为“故障声光报警”蜂鸣器持续报警。
4 结语
本文主要介绍了基于三菱FX2N-16MR PLC的脱硫配碱系统的自动控制设计。该控制系统设计上采取手动、自动两种操作方式，并在软件和硬件上，增加多重保护措施，尽量将意外事故的发生或误操作的影响降到最小限度，实现了自动配碱，其配出的浆液PH值合格稳定，操作简单，使用方便，降低了工人劳动强度，降低了脱硫运行成本，以较少的投入，取得了明显的经济效益和社会效益。
参考文献：
[1]吴建强、姜三勇著．《可编程序控制器原理及其应用》．哈尔滨工业大学出版社，1999
[2]张浩风著.《PLC梯形图设计方法与应用实例》.机械工业出版社出版，2008
[3]刘建华、张静之著.《三菱FX2N系列PLC应用技术》.机械工业出版社出版，2010（5）
论文作者:柴华
论文发表刊物:《基层建设》2019年第21期
论文发表时间:2019/10/14
标签：石灰论文; 闸阀论文; 自动控制论文; 信号论文; 加水论文; 水位论文; 电磁阀论文; 《基层建设》2019年第21期论文;