PLC在锅炉辅机上应用的可行性分析

一 锅炉炉后冷却和除渣系统基本描述

锅炉炉后冷却和除渣系统是指锅炉中的煤在燃烧完后排出炉膛，而此时的炉渣温度还高达800-1100℃，因此需要对炉渣进行冷却。对于冷却炉渣的系统称为锅炉炉后冷却系统。例如冷渣机就是专门的冷却设备；将冷却后的炉渣输送到指定储存地的系统称为锅炉炉后除渣系统。例如皮带输送机、刮板输送机等。

滚筒式冷渣机简介：

滚筒式冷渣机分螺旋式、百叶式、扬料板式和蜂窝式，蜂窝式（即多管式）又有水平布置型和倾斜布置型两种。滚筒式冷渣机的工作原理是，利用螺旋片、百叶片、扬料板焊于筒体内，通过筒体转动，使之充分与热渣接触，并把热量传递给冷却水。该型冷渣机对渣和焦块大小的适应性强，不存在结焦危险，容易实现连续运行，其操作要求较低。

皮带输送机简介：

皮带输送机是以传送皮带为载体，以旋转扭矩为动力的输送设备。其组成为机架、输送皮带、电机减速机、上、下托辊等。皮带输送机是常见的输送设备。其又可分为平皮带输送机和、大倾角派代输送机等。

二 PLC概述

可编程控制器（Programmable Controller）本应简称为PC，为与个人计算机（Personal Computer）的简称PC相区别，所以将可编程控制器简称为PLC（Programmable Logic Controller）。它是以微处理器为基础的新型工业控制装置。

特点

1 编程方法简单易学；

2 功能强、性能价格比高；

3 硬件配套齐全，使用方便，适应性强；

4 无触点免配线，可靠性高，抗干扰能力强；

5 系统设计、安装、调试工作量少；

6 维修工作量小，维修方便；

7 体积小，能耗低；

三 在传统系统中冷渣机和皮带输送机电气控制描述

冷渣机：

1控制系统设有远/近地控制。远程控制为DCS控制，近地控制为现场控制。两控制方式互为互锁。

2DCS控制时，可根据炉床炉压4-20mA信号来控制冷渣机转速，实现自动调节、自动控制，有效地降低人工调节冷渣机转速的劳动量；

3控制柜设置有急停功能，该功能可在任何控制方式下实现紧急停机。

4冷渣机进出水口设有PT100温度传感器，该信号直接传送至DCS，可实时监控进出水温度变化。当温度超过设定值时，DCS给出控制信号，及时控制冷渣机的运转；

5冷渣机进水口设有压力变送器，压力反馈信号4-20mA传送至DCS,当压力超过设定值的上、下限时，DCS给出控制信号到控制柜；

6冷渣机进水口设有差压变送器，变送器将得到的水流量以4-20mA的信号反馈至DCS。当出现低流量或断流时，DCS控制冷渣机报警并停机，有效地保护冷渣机本体。

7冷渣机在电动机的轴端安装有速度传感器。4-20mA信号传送至DCS，可实时监控设备转速；

8冷渣器进出水口阀门采用智能型一体化。具备行程限位、过力矩、远/近地控制、阀位反馈输出接口等送至DCS或本体控制柜，并可接受DCS4-20 mA调节信号控制进出水口阀位；

9冷渣机底座上安装有接近开关，当筒体出现轴向、径向位移并超出允许值时，控制柜报警并将DPDT开关信号送至DCS，及时通知检修人员进行调整；

皮带输送机：

1控制系统设有远/近地控制。远程控制为DCS控制，近地控制为现场控制。两控制方式互为互锁。

2设置两级跑偏开关，当出现皮带跑偏是将信号送入DCS,及时通知中控人员。

3设置拉绳开关，当巡检人员在现场巡视发现问题时可在任何控制方式下实现紧急停机。

4 控制柜设置有急停功能，该功能可在任何控制方式下实现紧急停机。

在传统的锅炉系统中炉后冷却系统和炉后除渣系统为两个独立的系统，互不干涉、互补影响。且两种设备基本上是由不同的厂商提供，所以在电气上的联动就存在问题，其兼容性也不高，因此让锅炉运营存在安全隐患。为解决这一问题很多建设方在招标时也会要求各厂家提供连锁功能，但这就使得各种设备的控制分散，需要很多人员去操作设备。这在成本上就存在浪费现象。

表1

四 可编程控制器在冷却系统和除渣系统中的优化应用

在锅炉总系统中两套系统为上下级关联设备，因此可将两套系统合二为一。在整合之后有利于实现设备的联动和兼容性。以下以乐山科尔碱业有限公司的锅炉炉后除渣系统改造为例进行实例分析。

该项目配备2X25T锅炉、2台冷渣机、一条槽型皮带输送机、2条平皮带输送机。

一）控制方式设定：

1启动方式可分为独立启/停和一键启/挺两种方式。

2 在使用一键启动时才用延时顺序启动。启动顺序为3号平皮带输送机→2号平皮带输送机→1号槽型皮带输送机→冷渣机，延时时间为10秒；在使用一键停机时也采用延时顺序停机。停机顺序为冷渣机→1号槽型皮带输送机→2号平皮带输送机→3号平皮带输送机，延时时间为20秒，以保证设备上无输送物。

3 具备连锁保护功能。当末级设备出现故障而停机时前级的所有设备均立刻停机；当中间设备出现故障停机时故障机的前级所有设备均立刻停机以防止物料的堆积。

4 冷渣机采用变频控制，以调整其转速。

二）可编程控制器选型

锅炉每重新点一次火的花费在8000-20000元人民币之间。为保障锅炉安全、顺利运行因此对可编程控制器的稳定性格外严格，所以在可编程控制器的选型上优先考虑国际品牌。

国外知名品牌有德国西门子Siemens、罗克韦尔（AB） 三菱（mitsubishi）光洋（Koyo） 欧姆龙（OMRON） 莫迪康（modicon）LS产电 GE Fanuc 松下电工（nais）等。其中具有代表性型的是国外:西门子 三菱（mitsubishi）

在该项目中优先选用西门子品牌。西门子PLC包含了S7 200系列、S7 300系列、S7 400系列，根据对该项目的功能分析综合考虑得出选用S7 200系列中的S7 224CPU性价比最高。

S7 224CPU性能简介：

主要性能：集成14输入/10输出共24个数字量I/O点，2输入/1输出共3个模拟量I/O点，可连接7个扩展模块，最大扩展至168路数字量I/O点或 38路模拟量I/O点；

其他性能：20K字节程序和数据存储空间，6个独立的高速计数器(100KHz)，2个100KHz的高速脉冲输出，2个RS485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力；

特点：本机还新增多种功能，如内置模拟量I/O，位控特性，自整定PID功能，线性斜坡脉冲指令，诊断LED，数据记录及配方功能等。是具有模拟量I/O和强大控制能力的新型CPU。

三）扩展模块选型

1数字量和模拟量扩展模块将根据设备需要的点数来确定。

2与上位机的通信将选用EM277网络模块。

四）CPU的通信

1与触摸屏的通信方式采用RS485串口通信

2 与上位机的通信通过M277网络模块以工业以太网通信。也可通过EM277接入光纤收发器内再通过光纤与上位机通信。

五总结

一）技术总结

1通过采用PLC控制的方式解决了两套系统兼容性和连锁效果不理想的情况大大保障了锅炉的安全运行。

2 PLC与变频器采用了RS485串口通信使得变频器在采用PID控制是有了更好的通信方式，实现了变频器的自动调节功能。

3 PLC通过工业以太网与上位机通信也大大的提高了系统的可靠性和稳定性。此外在操作方式上也采用触摸屏操作，减少了开关连接线避免了因开关和线路上引起的操作问题，并且美化了控制柜让操作更为直观。

二）经济总结

该项目未改造前，此岗位由6个操作工进行三班工作制。根据乐山科尔碱业有限公司提供的数据显示，在该给上的员工工作为1480元/月/人。由此可得在该岗位上每年的总耗资为1480×6×12=106560元。

PLC供应商报价下：表2

由此可见，在采用PLC后一年内可收回成本。

对于使用单位而言不仅提高了锅炉运行的安全性，而且降低了运营成本，节约了人力资源。由此可见PLC在锅炉的炉后冷却和除渣系统的应用是有效、可行的。

围绕着锅炉主体，为主体服务的辅助设备还很多且都是由多个设备厂商提供。根据此案例的分析结论可知，在锅炉辅机上应用PLC来改善各辅助系统是有效、可行的。