摘 要：本文介紹了基于PLC的鍋爐煙氣脫硫控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)性能穩(wěn)定、安全可靠，提高了脫硫系統(tǒng)的脫硫效率和自動(dòng)化程度。

關(guān)鍵詞：PLC 脫硫 PID

Abstract: This paper introduces design of control system of flue gas desulfurization. The automatic control system, which performed stably, safely and reliably, increases the efficiency and the automation level of the FGD system.

Key words: PLC Desulfurate PID

1、引言

　　我國(guó)是燃煤大國(guó)，燃煤排放的SO₂成為影響我國(guó)城市空氣質(zhì)量的主要污染物。因此，鍋爐煙氣脫硫是減排SO₂的重要手段。

　　鍋爐煙氣脫硫系統(tǒng)具有很高的復(fù)雜性，其對(duì)控制系統(tǒng)的要求往往很高。而使用PLC控制已經(jīng)成為一種較先進(jìn)，應(yīng)用勢(shì)頭強(qiáng)勁，應(yīng)用越來(lái)越廣泛的一種控制設(shè)備。它具有可靠性極高、能經(jīng)受惡劣環(huán)境的考驗(yàn)、功能齊全、性價(jià)比高等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于鍋爐煙氣脫硫工程。作者參與設(shè)計(jì)山東某熱源廠2×75t/h鍋爐煙氣脫硫控制系統(tǒng)，采用了西門子S7-200可編程控制器，上位機(jī)采用北京亞控公司組態(tài)王KINGVIEW 6.53工業(yè)控制軟件，實(shí)現(xiàn)對(duì)脫硫系統(tǒng)的監(jiān)控。

2、脫硫系統(tǒng)工藝流程

　　本熱源廠采用石灰石—石膏濕法煙氣脫硫技術(shù)。該技術(shù)以石灰石漿液作為脫硫劑，在吸收塔內(nèi)對(duì)煙氣進(jìn)行噴淋洗滌，使煙氣中的二氧化硫反應(yīng)生成亞硫酸鈣，同時(shí)向吸收塔的漿液中鼓入空氣，強(qiáng)制使亞硫酸鈣轉(zhuǎn)化為硫酸鈣，脫硫劑的副產(chǎn)品為石膏。該法脫硫效率高（大于95%），工作可靠性高。

　　該系統(tǒng)包括煙氣換熱系統(tǒng)、吸收塔脫硫系統(tǒng)、給料系統(tǒng)、石膏脫水和廢水處理系統(tǒng)。本文設(shè)計(jì)的是給料系統(tǒng)的PLC控制系統(tǒng)。

3、鍋爐脫硫系統(tǒng)簡(jiǎn)介

　　（1）本系統(tǒng)為2x75t/h鍋爐煙氣脫硫工程，每臺(tái)鍋爐前有三臺(tái)氣動(dòng)雙插板閥，系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)打開(kāi)，系統(tǒng)停止時(shí)關(guān)閉;可現(xiàn)場(chǎng)操作，控制室操作員站操作，每套系統(tǒng)有一臺(tái)22kw羅茨風(fēng)機(jī)，用于將石灰石粉吹入鍋爐，進(jìn)行脫硫;帶有就地/遠(yuǎn)控轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，可由現(xiàn)場(chǎng)控制柜或控制室操作員站操作，并能與爐前氣動(dòng)閥連鎖，氣動(dòng)閥不能全部打開(kāi)，羅茨風(fēng)機(jī)不能運(yùn)行。

　?。?）每套系統(tǒng)有一臺(tái)4kw給料機(jī)，可變頻調(diào)速。帶有柜門安裝的控制面板，可由現(xiàn)場(chǎng)控制柜或控制室操作員站操作給料機(jī)的啟停，故障復(fù)位和給料機(jī)轉(zhuǎn)速的控制，并能與羅茨風(fēng)機(jī)連鎖，羅茨風(fēng)機(jī)不運(yùn)行，給料機(jī)亦不能運(yùn)行。

　?。?）兩套系統(tǒng)共用一個(gè)石灰石粉倉(cāng)，粉倉(cāng)上安裝有一個(gè)高料位、兩個(gè)低料位三個(gè)射頻導(dǎo)納物位開(kāi)關(guān)，帶有就地/遠(yuǎn)控轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，可由現(xiàn)場(chǎng)控制柜、現(xiàn)場(chǎng)除塵器操作箱或控制室操作員站操作;現(xiàn)場(chǎng)除塵器操作箱安裝于0m層，石灰石粉倉(cāng)進(jìn)料口附近，用于進(jìn)料時(shí)操作粉倉(cāng)除塵器并能檢測(cè)粉倉(cāng)內(nèi)的石灰石粉的高度。

4、PLC控制系統(tǒng)硬件組成

　　（1）中央處理單元

　　S7-200選用CPU226 CN作為中央處理單元，具有24個(gè)數(shù)字量輸入以及16個(gè)數(shù)字量輸出，可擴(kuò)展到248點(diǎn)數(shù)字量和35路模擬量。S7-200 CPU的指令功能強(qiáng)大，可以進(jìn)行數(shù)字量邏輯控制、數(shù)據(jù)處理及閉環(huán)過(guò)程控制等。

　?。?）擴(kuò)展模塊

　　數(shù)字量擴(kuò)展模塊包括：EM223 CN，8輸入DC 24V/8繼電器輸出;EM221 CN，8輸入DC24V。

　　模擬量擴(kuò)展模塊：2個(gè)EM231 CN，4路模擬量輸入，12位分辨率;EM232 CN，2路模擬量輸出，12位分辨率。

5、PLC控制系統(tǒng)功能

　　PLC控制系統(tǒng)完成數(shù)據(jù)采集、模擬量控制以及順序控制等功能。

　?。?）數(shù)據(jù)采集功能

　　上位機(jī)（工控機(jī)）安裝了組態(tài)王KINGVIEW 6.53監(jiān)控軟件，它與S7-200之間通過(guò)自由口通信方式建立連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。

　　數(shù)據(jù)采集功能將按照所要求的采樣速度，模/數(shù)轉(zhuǎn)換精度及掃描周期，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的各種信息量（模擬量、開(kāi)關(guān)量）進(jìn)行采集、處理、運(yùn)算、檢索及儲(chǔ)存等，并以文字、圖表、曲線等形式組態(tài)成各種畫面，通過(guò)上位機(jī)的液晶顯示屏顯示出來(lái)，向操作員及時(shí)提供機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)的信息。

　　數(shù)據(jù)采集的具體功能：

　　·顯示：包括模擬圖顯示、操作顯示、成組顯示、報(bào)警顯示等。

　　·制表記錄：包括定期記錄、實(shí)時(shí)記錄、事故順序記錄等。

　　·歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與檢索。

　?。?）模擬量控制

　　脫硫系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)輸入到PLC，利用PLC和PID軟件功能控制模擬量輸出，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)功能。此模擬量控制的功能將對(duì)給料機(jī)變頻器進(jìn)行頻率控制。脫硫劑石灰石量的多少是由給料機(jī)變頻器進(jìn)行控制的，由于給料量的多少直接影響脫硫的效率，為了經(jīng)濟(jì)運(yùn)行又達(dá)到環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，需要根據(jù)SO₂含量控制給料量。SO₂含量設(shè)定值可以在上位機(jī)上進(jìn)行修改，脫硫后的SO₂監(jiān)測(cè)值與設(shè)定值進(jìn)行比較，經(jīng)PID運(yùn)算后調(diào)節(jié)給料機(jī)變頻器的頻率進(jìn)而控制給料量。

　?。?）順序控制SCS

　　SCS控制對(duì)象包括機(jī)組的電動(dòng)機(jī)、氣動(dòng)門、電磁閥等，本工程SCS系統(tǒng)，將按可選的功能組級(jí)、子組級(jí)、單項(xiàng)控制方式考慮，各子組級(jí)控制功能的啟、停能獨(dú)立運(yùn)行。運(yùn)行人員能在CRT鍵盤上選擇自動(dòng)程序控制或手動(dòng)操作方式。在程序自動(dòng)執(zhí)行期間，出現(xiàn)任何故障可向運(yùn)行人員發(fā)出中斷信號(hào)，可使正在運(yùn)行的程序中斷并回到安全狀態(tài)，屏幕上可顯示程序中斷的故障原因。當(dāng)選擇手動(dòng)操作方式時(shí)，SCS系統(tǒng)設(shè)置的許可文件，可預(yù)防運(yùn)行人員誤操作。設(shè)備的聯(lián)鎖、保護(hù)指令具有最高優(yōu)先級(jí)，手動(dòng)指令則比自動(dòng)指令優(yōu)先，被控設(shè)備的“啟動(dòng)”、“停止”或“開(kāi)”、“關(guān)”指令互相閉鎖，且使被控設(shè)備向安全方向動(dòng)作。SCS的保護(hù)和閉鎖功能始終有效，不允許運(yùn)行人員手動(dòng)切除。

6、控制軟件的設(shè)計(jì)思路

　　軟件部分是實(shí)現(xiàn)脫硫控制的關(guān)鍵部分。軟件按照模塊化結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，以便達(dá)到較強(qiáng)的移植性和今后的功能擴(kuò)展。

　?。?）程序流程

　　脫硫系統(tǒng)程序流程如圖1所示：

　　（2）閉環(huán)控制

　　為了經(jīng)濟(jì)運(yùn)行又達(dá)到環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，需要根據(jù)SO₂含量控制給料量。本脫硫系統(tǒng)PLC模擬量閉環(huán)控制PID功能圖如圖2所示，用SO₂濃度傳感器檢測(cè)反應(yīng)爐內(nèi)的SO₂濃度，變送器將傳感器輸出的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)量程的電流信號(hào)，然后送給模擬量輸入模塊，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后得到與SO2濃度成比例的數(shù)字量，CPU將它與SO₂設(shè)定值進(jìn)行比較，按照PID控制算法對(duì)誤差值進(jìn)行計(jì)算，將運(yùn)算結(jié)果（數(shù)字量）送給模擬量輸出模塊，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后變?yōu)殡娏餍盘?hào)，用來(lái)控制給料機(jī)的輸送量的多少，通過(guò)它控制鍋爐內(nèi)的SO₂濃度，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。

　　S7-200 PLC提供了內(nèi)置的PID運(yùn)算指令。在進(jìn)行模擬量閉環(huán)控制時(shí)，使用模擬量擴(kuò)展模塊（EM231、EM232）來(lái)完成PID控制。本文設(shè)計(jì)的PID功能指令如圖

　　3所示，只需設(shè)定好PID參數(shù)，運(yùn)行PID控制指令，就能求得輸出控制值，實(shí)現(xiàn)模擬量閉環(huán)控制。本系統(tǒng)采用了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)整定法，直接在過(guò)程控制系統(tǒng)中進(jìn)行參數(shù)整定。在上位機(jī)界面通過(guò)SO₂實(shí)時(shí)曲線觀察SO₂濃度變化并修改PID參數(shù)，來(lái)達(dá)到理想的控制值。

7、結(jié)束語(yǔ)

　　通過(guò)應(yīng)用西門子S7-200 PLC，實(shí)現(xiàn)了對(duì)脫硫系統(tǒng)進(jìn)行可靠的、高效的實(shí)時(shí)控制和監(jiān)控，提高了系統(tǒng)的可靠性、安全性和自動(dòng)化的程度。在山東某熱源廠的應(yīng)用實(shí)踐證明，本系統(tǒng)性能可靠，故障率低，具有非常好的環(huán)保效果和經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)：

　　[1] 廖常初.PLC編程及應(yīng)用[M].第3版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008

　　[2] 黃凈.電氣控制與可編程序控制器[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003