PLC系统在蒸汽锅炉控制中的应用.pdf

2 0 0 9年 第 4期 炼 油 与 化 工 R E F I NI NG AN D C H E MI C A L I N D U S T R Y 3 9 P L C系统在蒸汽锅炉控制中的应用 孙宝山 大庆石化公司炼油厂， 黑龙江大庆 1 6 3 7 1 1 摘要 介绍了P L C 计算机控制系统在蒸汽锅炉中的应用 ， 结合生产实际运行情况和工艺操作特 点， 对P L C 控制系统的硬件组态及软件设计进行了详尽的阐述。 关键词 P L C； 蒸汽锅炉 ； 控制系统 ； 组态 中图分类号 T P 2 7 3 文献标识码 B 文章编号 1 6 7 1 4 9 6 2 2 0 0 9 0 4 0 0 3 9 0 2 某装置的锅炉 由于长期生产高温 、高压蒸 汽， 仪表控制信号较多 ， 因此对控制系统的可靠 性要求较高。 其控制系统一直采用D C S 系统 ， 该系 统性能价格比相对较好。但随着技术不断发展， P L C 仪表控功能不断增强 ，用于 回路 调节 和组态 画面的功能不 断完善 ，特别 是P L C 系统具有抗 干 扰能力强、对电源质量要求相对较低的特点 ， 因 此采用P L C 系统对锅 炉运行控制取得 了更好 的效 果 。 1 工艺控制要求及控制方案 1 ． 1 工艺控制要求 锅炉系统主要包括水煤浆系统、保安系统和 锅炉本体。 1 水煤浆系统。除渣泵的压差控制， 防止在 大流量 、 低扬程工况下运行 ； 多级固液过滤器 的逻 辑控制； 碎渣机运行受阻逻辑控制； 气化风机风量 控制； 电除尘器的启、 停操作的逻辑控制 ； 卸干灰 的操作程序控制；装车仓和汽喷射装置的逻辑控 制。 2 安全控制系统 。 锅炉运行时有2 种工况 正 常工况和掺和工况。正常工况下， 全烧煤浆； 掺和 工况下 ， 除了烧煤浆 ， 还可以掺烧高达3 0 ％的高压 瓦斯。要求实现煤浆电动阀、 高压瓦斯电动阀的自 动控制。 3 锅炉本体。要求实现送风机、 引风机的生 动启停有主紧急停机； 实现引风机的变频调速 ； 实 现锅炉本体排空阀、紧急疏水阀出口蒸汽阀的自 动控制 ； 能及时调节汽包水位于、 主蒸汽温度、 炉 膛负夺、 烟汽含氧量。 1 ． 2 控制方案 1 系统配置。 根据控制要求， 确定系统I ／ O 点 数， 见表1 。 表1系统I ／ O 点数 根据I ／ O 点数确定控制系统【 均配置 处理器为 P L C 一 5 ／ 4 0 ， 1 个l 6 槽本地框架， 带2 个l 6 槽远程I ／ O 框 架和1 1 台变频调速器 ，上位机与处理器之间折通 讯休作D H ，本地框架和远程I ／ O 框架及变频器通 过1 0 通讯 。系统配置框图见图1 。 燹频 设备 图1系统配置 2 系统配置特点有3 个。 ① 所有变频设备都 有是通过通信方式和P L C 连接起来，作为P L C 的远 程I ／ O 点。② 所有P I D 调节回路都处于主框架内。 ③ 仪电合一。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 炼 油 与 化 工 R E F I N I N G A N D C H E MI C A L I N D US T R Y 第 2 O卷 2 软件设计 2 ． 1 系统通讯 该控制系统的通讯系统[2 ] 由2 层通信网组成 上位机与处理器之间通过D H 网交换数据， 处理器 和远程I ／ O 点之间通过R I O 网交换数据。 2 ． 2 自控功能 主要实现数据的采集、 显示 ， 并对重要参数进 行P I D 调节， 调节回路有3 种工作方式 自动、 半 自 动和手动。 自动由P L C自动调节 阀门开度 ；半 自动 由操 作人员直接在画面上键人闪门开度；手动由操作 人员用手操器操作阀门开度，画面上跟踪此阀门 开度。这3 种工作方式的优先顺序是手动最高， 半 自动次之 ， 自动最低。 1 汽包液位调节 汽包液位调节的任务是使锅炉进水量和锅炉 蒸发量相平衡，并维持汽密水位在工艺规定的安 全范畴内。该调节系统采用三冲量调节， 即根据给 水流量、 汽包液位和蒸汽流量调节给水阀， 见图2 。 图2 汽包液位调节流程 该控制回路可以消除“ 假液位” 。因为当由于 蒸汽负荷突然增加 ， 而出现“ 假液位” 时， P I D 的设 定点不变 ， 则主给水 的阀门开度就基本功不变 ； 经 过短时间汽包 内压力恢复平衡 ， “ 假液位” 消除 ， 此 时液位由于蒸发理增加面开始下降，则∑值开始 增加 ， 给水 阀门就开 大 ， 增加给水量 ， 保持汽包水 位平衡 。 2 水煤浆加热器出口水温控制 水煤浆温度是关键的控制参数， 浆温过高、 浆 泵人 口汽化、 将中断供浆 ， 使锅炉灭火 ； 浆温太低 造成浆管堵塞， 使水煤浆在线过滤器堵塞。 3 过热蒸汽温度 自动调节 过热蒸汽温度是非常重要的参数，过高会烧 坏过热器水管，对负荷设备的安全运行带来不利 因素， 过低会直接影响负荷设备的使用。因此它的 控制要求比较严格，一般工艺上都是用喷水减温 的方法来控制过热蒸汽温度。 根据过热蒸汽温度 和减温器后蒸汽温度调节 减温水调节阀，使过热蒸汽温度维持在工艺安全 范围， 见图3 。 图3 过热蒸 汽温度调节流程 当人 口蒸汽及减温水一侧扰动时，首先反应 为减温器后汽温的变化，这个回路就可以及时调 整， 使扰动对过热蒸汽温度的影响大大减少， 提高 了调节品质。 4 锅炉负压 自动调节 炉膛负压是重要参数，负压过低 ，则漏风严 重 ， 总的风量增加 ， 烟气热量损失增大 ， 同时 ， 引风 机的电耗增加， 不利于经济燃烧； 负压偏正， 炉膛 要向外喷火， 不利于安全生产。该回路是根据炉膛 负压来调节引风机转速，但负压不仅仅受引风机 的影响， 还和送风量、 给粉量等因素有关， 因此， 调 整引风机转速的同时，要兼顾调整送风量和给粉 量， 互为配合， 使负压基本稳定。 2 ． 3 电控功能 该控制有2 种工作方式， 单机和联动。 1 单机 单独启停各设备 ， 各设备之间无任 何联系。用于单体试车或检修。 2 联动 根据工艺要求自动顺序启动及停止 整个设备。 2 ． 4 变频调速 1 台引风机 、 6 台供浆泵采用变频调速 ， 变频器 为A B 的1 3 3 6 ， 它们作为P L C 的远程I ／ 0 点， 通过R I O 和P L C 进行通讯 ，操作人员提高监控画面调整速 度、 监视电流， 引风机和供泵的速度可以通过P I D 回路自动调节转速。 2 ． 5 监控功能 在Wi n d o w s 2 0 0 0 平台上 ， 组态软件画面及 时设 备状态， 采集数据 ， 跟踪实时趋势、 历史趋势， 可使 操作人员根据工艺需要开关阀门， 启停设备。 1 工艺流程画面。 在工艺流程画面显示主要 工艺流程， 相关设备、 阀门状态， 并显示相应的检 测参数 ， 显示变频调速设备的运行速度， 操作人员 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 0 9年 第 4期 炼 油 与 化 工 REF I NI NG AND CHEMI CAL I NDUS TRY 41 常减压装置的用能分析 田 慧， 刘 建 中国石油工程建设公司 华东设计分公司， 山东青岛2 6 6 0 7 1 摘要 文中采用“ 基准能耗” 的方法， 对某常减压装置进行了用能分析。通过大量的理论分析和 模拟， 结合标定数据和工程实际经验 ， 建立了合理实用的“ 基准能耗” 计算方法和评价指标， 对 于科学的评价装置的用能水平、 诊断其节能潜力、 提高装置的管理水平具有一定的借鉴作用。 关键词 基准能耗； 常减压装置； 节能； 计算 中图分类号 T E 6 2 4 ． 2 文献标识码 B 文章编号 1 6 7 1 4 9 6 2 2 0 0 9 0 4 0 0 4 1 0 2 采用“ 基准能耗 ” 评价石化装置 的用能水平 ， 是国外一些大型石油公司目前普遍采用的一种方 法 ， 具有一定的实用性和先进性 。针对国内的常减 压、 催化裂化、 延迟焦化等装置的能耗共性， 分析 了其节能潜力 ， 建立了合理实用的“ 基准能耗” 计 算方法和评价指标 ， 对于科学地评价装置的用能 水平， 提高能耗管理水平具有现实意义_l1 。 “ 基准能耗”中制定了较先进的基础工艺条 件，通过装置实际单项工艺参数与规定的基础条 件进行比较 ， 以及各分项能耗的对比， 可以比较方 便地发现存在的节能问题和潜力。基准能耗的计 算结果可以作为设计和改造的努力目标 ，对于装 置的节能管理、工艺节能设计和节能技术改造起 到了很好 的作用。 现 以常减压装置为例 ， 阐明“ 基准 能耗 ” 在 实 际工作中的应用。 1 基准能耗的基础工艺条件 常减压装置“ 基准能耗” 规定的基础工艺条件 见表1 。 表 1 基准能耗规定的基础工艺条件 项目 基准能耗 原油相对密度／ g e m - 3 总拔出率， ％ 原油人装置温度／ o C 脱盐后原油含水／ ％ 原油换热／ ℃ 脱前 初底油 0． 8 5 9 5 61 4 0 O ． 1 l 1 O 3 00 可以根据需要调整变频速度。 2 阀门操作画面。根据需要开关阀门时， 点 击此阀门就可以弹出调节子窗口，可以在上面开 关阀门或调节开度， 且不影响监视工艺状况。 3 设备操作画面。可以在此启停设备。 4 紧急停车画面。在紧急情况下 ， 点击此画 面中的任何一个设备，实现此设备的上游设备保 持原状， 下游设备紧急停车。 5 自动调节画面。 可根据工况需要改变设定 值 ， 实现手动、 自动、 半 自动的无扰动切换， 阀门开 度调整。 6 趋势画面。用实时趋势 、 历史趋势可以查 询数据的实时值、 历史值 ， 便于操作人员分析数据 和事件。 7 报警画面。显示所有未确认的报警， 显示 名称、 报警值、 报警时问， 设备故障发出声音报警。 8 报表打印。 操作人员可以根据需要随时打 印报表。 3 结束语 该P L C 系统自投人运行以来，系统运行稳定， 没有出现过因为P L C 系统故障而影响生产的情况。 为管理人员、 操作人员带来了极大方便。特别是该 系统投资少 、 见效快 、 实用性强 ， 在实际应用中取 得了较好 的效果 。实践证 明， 用P L C 控制整个锅炉 系统是完全可行的， 而且系统设计方便灵活， 具有 推广价值。 参考文献 [ 1 ]宋德玉． 可编程序控制器原理及应用系统设计技术[ M] ． 北京 冶金工业 出版社 ， 2 0 0 2 2 1 2 4 ． [ 2 ]陈诗滔．工业过程仪表与控制[ M] ． 北京 中国轻工业出版社， 2 0 0 4 5 7 6 0 ． 收稿 日期 2 0 0 9 1 1 - 0 5 作者简介 孙宝山， 男， 助理工程师， 1 9 9 1 年毕业于大庆石油化工总 厂职工大学仪表 自动化专业，现从事石化装置的仪表及 自 动化设 备的操作工作 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m