摘要：本文主要介绍的是基于三菱FX2N-48MR PLC的脱硫除雾器冲洗系统的自动控制设计，利用PLC良好的自动控制性能，实现脱硫除雾器冲洗过程的自动化。
关键词：PLC；除雾器冲洗；控制系统；自动控制
1 概述
除雾器是湿法烟气脱硫系统中的关键设备，其性能直接影响湿法洗涤烟气脱硫系统能否连续可靠运行。除雾器通常由除雾器本体和冲洗系统2个部分组成，冲洗系统的作用是定期冲洗由除雾器捕集的液滴和粉尘，保持叶片表面的清洁，防止叶片结垢，维持系统正常运行。
渡市选煤发电厂的脱硫塔采用平板式除雾器，配备4层冲洗系统。在以往的生产过程中，脱硫除雾器冲洗系统采用继电器控制方式，主要依靠人工定时启动冲洗水泵、打开电动闸阀进行冲洗，但这种方式存在诸多缺点：一是工作量大、劳动强度高；二是冲洗水压、水量由人工控制，无法保证冲洗效果；三是除雾器冲洗达不到周期性、及时性和准确性的技术要求。为此我厂自主设计了一种基于三菱FX2N-48MR PLC的脱硫除雾器冲洗系统的自动控制系统，通过自动控制系统进行自动冲洗，实现了脱硫除雾器冲洗过程的自动化。
2 脱硫除雾器冲洗系统
2.1 系统结构
渡市选煤发电厂脱硫塔配备的4层除雾器冲洗系统，主要由冲洗水泵、管路、电动闸阀、喷嘴及控制系统组成，如图1所示。每层除雾器冲洗系统由大量的平行管构成，平行管上安装有等间距的冲洗喷嘴，喷嘴的分布模式能保证覆盖整个除雾器表面。各冲洗层的总管上都安装有一个电动闸阀，共有4个电动闸阀，通过PLC顺序控制电动闸阀的开启关闭来进行除雾器的冲洗。
图1 脱硫除雾器冲洗系统结构示意图
2.2工艺流程
本脱硫除雾器冲洗系统主要控制的参数是除雾器冲洗时间和冲洗间隔时间。除雾器冲洗投入自动后，冲洗水泵启动，打开第一层电动闸阀开始冲洗第一层，冲洗15秒后第一层冲洗结束；关闭第一层电动闸阀并打开第二层电动闸阀，第二层开始冲洗，冲洗15秒后第二层冲洗结束；关闭第二层电动闸阀并打开第三层电动闸阀，第三层开始冲洗，冲洗15秒后第三层冲洗结束；关闭第三层电动闸阀并打开第四层电动闸阀，第四层开始冲洗，冲洗15秒后第四层冲洗结束；关闭第四层电动闸阀并停止冲洗水泵，等待1小时（冲洗间隔时间）后又从第一层开始冲洗，如此循环冲洗。由于采用电动闸阀，开启和关闭是需要时间的，每个闸阀单次从开阀到全开，再到全关，预计时间为25秒（闸阀全开的时间为15秒），所以每次冲洗的时间约为850秒，如图2所示。
图2 脱硫除雾器冲洗系统工艺流程图
3 控制系统的设计
脱硫除雾器冲洗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。
根据脱硫除雾器冲洗系统的控制工艺要求，如图3所示，PLC控制系统的输入信号有22个，输出信号有20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-48MR-001型号的PLC，继电器输出，输入点数、输出点数均为24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。
图3 脱硫除雾器冲洗系统控制系统框图
3.1主回路的设计
根据脱硫除雾器冲洗系统结构及工艺流程，冲洗水泵用电动机M1来运行，并用接触器KM来控制电动机的运行与停止，热继电器FR实现过载保护；第1层至第4层电动闸阀M2～M5由接触器KMF1～KMF4控制闸阀开启，接触器KMR1～KMR4控制闸阀关闭；断路器QF1～QF5将三相电源引入，同时为电路提供短路保护。脱硫除雾器冲洗系统的主回路如图4所示。
图4 控制系统主回路原理图
3.2控制回路的设计
PLC控制系统的输入信号有22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；各种单操作按钮开关10个，分别是SB1冲洗水泵启动按钮、SB2冲洗水泵停止按钮、SBF1～SBF4第一层至第四层电动闸阀开启按钮、SBR1～SBR4第一层至第四层电动闸阀开启按钮；冲洗水泵运行信号KM，故障信号FR，均通过2个小型继电器KI1和KI2由AC 220V转换成DC 24V进入PLC；行程开关8个，分别为SQF1～SQF4第一层至第四层电动闸阀开到位信号和SQR1～SQR4第一层至第四层电动闸阀关到位信号，同样通过8个小型继电器KIF1～KIF4和KIR1～KIR4由AC 220V转换成DC 24V进入PLC。
PLC控制系统的输出信号有20个，其中1个用于驱动冲洗水泵电动机的接触器KM，8个用于控制第一层至第四层电动闸阀开关，11个用于状态指示和故障报警。脱硫除雾器冲洗系统的控制回路如图5和图6所示。
图5 控制系统控制回路原理图1
图6 控制系统控制回路原理图2
3.3控制程序的设计
本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。
手动控制模式下，可以用按钮对脱硫除雾器冲洗系统的各个部分进行单独控制，主要用于故障恢复与检修。
自动控制模式下，脱硫除雾器冲洗系统按照工艺流程进行循环自动冲洗，其控制流程如下。
1）初始化：设定自动控制初始数据。
2）电动闸阀初始检查：第一层至第四层电动闸阀同时开启关闭一次，检查电动闸阀和开关到位信号是否正常。
3）正常冲洗循环：冲洗水泵启动，打开第一层电动闸阀开始冲洗第一层，冲洗15s后第一层冲洗结束；关闭第一层电动闸阀并打开第二层电动闸阀，第二层开始冲洗，冲洗15s后第二层冲洗结束；关闭第二层电动闸阀并打开第三层电动闸阀，第三层开始冲洗，冲洗15s后第三层冲洗结束；关闭第三层电动闸阀并打开第四层电动闸阀，第四层开始冲洗，冲洗15s后第四层冲洗结束；关闭第四层电动闸阀并停止冲洗水泵，等待1h后开始下一个循环。
4）故障报警：具备5种报警保护，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。
电动闸阀开启/关闭超时报警：电动闸阀开启/关闭时，5s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1s间隔闪烁。
电动闸阀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2s；报警方式为相应的开到位和关到位指示灯同时以1s间隔闪烁。
冲洗水泵启动超时报警：发出冲洗水泵启动命令2s内，未接收到冲洗水泵运行信号；报警方式为冲洗水泵运行指示灯以1s间隔闪烁，冲洗水泵故障指示灯亮。
冲洗水泵运行超时报警：在一个正常冲洗循环中，冲洗水泵运行超过850s；报警方式为冲洗水泵运行指示灯以1s间隔闪烁，冲洗水泵故障指示灯亮。
冲洗水泵过载报警：冲洗水泵热继电器动作；报警方式为冲洗水泵故障指示灯亮。
4、结语
本文主要介绍了基于三菱FX2N-48MR PLC的脱硫除雾器冲洗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，实现了除雾器自动冲洗，避免了人工冲洗存在的问题与不足，提高了脱硫除雾器的冲洗效果，保证了脱硫除雾器的安全稳定运行，达到了降低职工劳动强度的目的。
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）
作者简介：
柴华，男，1985年1月出生，川煤集团达竹公司渡市选煤发电厂工作，现任电检车间副主任，助理工程师。
论文作者:柴华
论文发表刊物:《基层建设》2018年第30期
论文发表时间:2018/11/14
标签：闸阀论文; 水泵论文; 系统论文; 第一层论文; 控制系统论文; 信号论文; 自动控制论文; 《基层建设》2018年第30期论文;