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　　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。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

　　我國是燃煤大國，燃煤排放的SO2成為影響我國城市空氣質(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，應(yīng)用勢頭強勁，應(yīng)用越來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、功能齊全、性價比高等特點，廣泛應(yīng)用于鍋爐煙氣脫硫工程。作者參與設(shè)計山東某熱源廠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，上位機采用北京亞控公司組態(tài)王KINGVIEW 6.53工業(yè)控制軟件，實現(xiàn)對脫硫系統(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)對煙氣進行噴淋洗滌，使煙氣中的二氧化硫反應(yīng)生成亞硫酸鈣，同時向吸收塔的漿液中鼓入空氣，強制使亞硫酸鈣轉(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)計的是給料系統(tǒng)的PLC控制系統(tǒng)。

　　3、鍋爐脫硫系統(tǒng)簡介

    （1）本系統(tǒng)為2x75t/h鍋爐煙氣脫硫工程，每臺鍋爐前有三臺氣動雙插板閥，系統(tǒng)運行時打開，系統(tǒng)停止時關(guān)閉；可現(xiàn)場操作，控制室操作員站操作，每套系統(tǒng)有一臺22kw羅茨風機，用于將石灰石粉吹入鍋爐，進行脫硫；帶有就地/遠控轉(zhuǎn)換開關(guān)，可由現(xiàn)場控制柜或控制室操作員站操作，并能與爐前氣動閥連鎖，氣動閥不能全部打開，羅茨風機不能運行。

    （2）每套系統(tǒng)有一臺4kw給料機，可變頻調(diào)速。帶有柜門安裝的控制面板，可由現(xiàn)場控制柜或控制室操作員站操作給料機的啟停，故障復(fù)位和給料機轉(zhuǎn)速的控制，并能與羅茨風機連鎖，羅茨風機不運行，給料機亦不能運行。

    （3）兩套系統(tǒng)共用一個石灰石粉倉，粉倉上安裝有一個高料位、兩個低料位三個射頻導(dǎo)納物位開關(guān)，帶有就地/遠控轉(zhuǎn)換開關(guān)，可由現(xiàn)場控制柜、現(xiàn)場除塵器操作箱或控制室操作員站操作；現(xiàn)場除塵器操作箱安裝于0m層，石灰石粉倉進料口附近，用于進料時操作粉倉除塵器并能檢測粉倉內(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個數(shù)字量輸入以及16個數(shù)字量輸出，可擴展到248點數(shù)字量和35路模擬量。S7-200 CPU的指令功能強大，可以進行數(shù)字量邏輯控制、數(shù)據(jù)處理及閉環(huán)過程控制等。

    （2）擴展模塊

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

　　模擬量擴展模塊：2個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。

    （1）數(shù)據(jù)采集功能

　　上位機（工控機）安裝了組態(tài)王KINGVIEW 6.53監(jiān)控軟件，它與S7-200之間通過自由口通信方式建立連接，實現(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，對生產(chǎn)過程的各種信息量（模擬量、開關(guān)量）進行采集、處理、運算、檢索及儲存等，并以文字、圖表、曲線等形式組態(tài)成各種畫面，通過上位機的液晶顯示屏顯示出來，向操作員及時提供機組運行狀態(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、報警顯示等。

　　制表記錄：包括定期記錄、實時記錄、事故順序記錄等。

　　歷史數(shù)據(jù)存儲與檢索。

    （2）模擬量控制

　　脫硫系統(tǒng)運行參數(shù)輸入到PLC，利用PLC和PID軟件功能控制模擬量輸出，實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)功能。此模擬量控制的功能將對給料機變頻器進行頻率控制。脫硫劑石灰石量的多少是由給料機變頻器進行控制的，由于給料量的多少直接影響脫硫的效率，為了經(jīng)濟運行又達到環(huán)保標準，需要根據(jù)SO2含量控制給料量。SO2含量設(shè)定值可以在上位機上進行修改，脫硫后的SO2監(jiān)測值與設(shè)定值進行比較，經(jīng)PID運算后調(diào)節(jié)給料機變頻器的頻率進而控制給料量。

    （3）順序控制SCS

　　SCS控制對象包括機組的電動機、氣動門、電磁閥等，本工程SCS系統(tǒng)，將按可選的功能組級、子組級、單項控制方式考慮，各子組級控制功能的啟、停能獨立運行。運行人員能在CRT鍵盤上選擇自動程序控制或手動操作方式。在程序自動執(zhí)行期間，出現(xiàn)任何故障可向運行人員發(fā)出中斷信號，可使正在運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。當選擇手動操作方式時，SCS系統(tǒng)設(shè)置的許可文件，可預(yù)防運行人員誤操作。設(shè)備的聯(lián)鎖、保護指令具有最高優(yōu)先級，手動指令則比自動指令優(yōu)先，被控設(shè)備的“啟動”、“停止”或“開”、“關(guān)”指令互相閉鎖，且使被控設(shè)備向安全方向動作。SCS的保護和閉鎖功能始終有效，不允許運行人員手動切除。

　　6、控制軟件的設(shè)計思路
　　軟件部分是實現(xiàn)脫硫控制的關(guān)鍵部分。軟件按照模塊化結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，以便達到較強的移植性和今后的功能擴展。

    （1）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)濟運行又達到環(huán)保標準，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濃度傳感器檢測反應(yīng)爐內(nèi)的SO2濃度，變送器將傳感器輸出的電流信號轉(zhuǎn)換為標準量程的電流信號，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)定值進行比較，按照PID控制算法對誤差值進行計算，將運算結(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?，用來控制給料機的輸送量的多少，通過它控制鍋爐內(nèi)的SO2濃度，實現(xiàn)閉環(huán)控制。

　　S7-200 PLC提供了內(nèi)置的PID運算指令。在進行模擬量閉環(huán)控制時，使用模擬量擴展模塊（EM231、EM232）來完成PID控制。本文設(shè)計的PID功能指令如圖3所示，只需設(shè)定好PID參數(shù)，運行PID控制指令，就能求得輸出控制值，實現(xiàn)模擬量閉環(huán)控制。本系統(tǒng)采用了現(xiàn)場實驗整定法，直接在過程控制系統(tǒng)中進行參數(shù)整定。在上位機界面通過SO2實時曲線觀察SO2濃度變化并修改PID參數(shù)，來達到理想的控制值。

　　7、結(jié)束語

      通過應(yīng)用西門子S7-200 PLC，實現(xiàn)了對脫硫系統(tǒng)進行可靠的、高效的實時控制和監(jiān)控，提高了系統(tǒng)的可靠性、安全性和自動化的程度。在山東某熱源廠的應(yīng)用實踐證明，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)濟效益。

　　參考文獻：

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

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