基于PLC的FGD控制系统.pdf

过程控 制实施技 术 石 油 化 工 自 动 化 ，2 0 0 8 ，1 9 8 AUT0M AT1 0N 1 N PETRO- CHEM 1 CAL 1 NDUS TRY 基于 P L C的 F GD控制系统 高志强1 ， 吴冬梅1 ， 周根来2 1 ．中原石化总厂仪表车间 ， 河南 濮 阳4 5 7 0 0 1 ， 2 ．北京博奇 电力科技有 限公 司， 北京 1 0 0 0 2 2 摘 要 以 8 x 6 0 0 MW 机组为工程背景， 首先对烟气脱硫系统 的工艺进行了概述 ， 介绍了烟气 脱硫系统的组成及工作原理 ， 并分析了系统的控制要求和控制功能， 设计 了烟气脱硫 自动控制系统和基于工控组态软件 的计算机监控 系统 。该 系统 主要 由上 位计算机 、 P L C控制系统和现场智能监控仪表等组成。 关 键 词 烟气脱硫 ； 可编程控制器； 过程 控制； 监控 系统 中图分类号 T P 2 7 3 文献标 识码 B 文章编号 1 0 0 7 7 3 2 4 2 0 0 8 0 1 0 0 9 8 0 3 FGD Pr o c e s s i ng Co n t r o l Sy s t e m Ba s e d o n PLC Ga o Z h i q i a n g ，W u Do n g me i ，Zh o u Ge n l a i 1 ．Th e Z h o n g y u a n P e t r o c h e mi c a l P l a n t ，I n s t r u me n t S h o p ，P u y a n g ，4 5 7 0 0 1，Ch i n a ； 2 ．T h e B e i j i n g B o q i E l e c t r o n i c T e c h n o l o g y C o ．L t d ．B e i j i n g ，1 0 0 0 2 2 ， C h i n a A b s t r a c t T a k i n g t h e 8 6 0 0 MW u n i t a s t h e p r o j e c t b a c k g r o u n d ，t h e d e s i g n o f a a u t o ma t i c c o n t r o l s y s t e m a n d c o mp u t e r s u p e r v i s o r y s y s t e m b a s e d o n c o n f i g u r a t i o n s o f t wa r e i n t h e FGD f u e l g a s de s ul f ur i z a t i on ha s be e n d e s i gn e d． The s y s t e m i s c o mpo s e d wi t h u pp e r pl a c e c ompu t e r ，PLC c on t r ol s y s t e m a n d i n t e l l i g e nt mon i t o r i n s t r u m e nt s i n t he f i e l d，e t c ． ． Ke y wo r d sFGD ；PLC；pr o c e s s c on t r ol ；s up e r v i s or y s y s t e m 1 工 艺 系统说 明 石灰石_ 石膏湿法烟气脱硫系统分为烟道系统 和吸 收塔 系统两 大部 分 。F GD装 置 安装 有 一 个 独 立烟道系统 ， 包括 从入 口烟道 其烟气挡板直通 增 压 风机 开始 的 未经 处 理 的烟 道 ， 从 增 压 风 机 至 吸收 塔入 口， 从 吸收 塔 出 口返 回至末端 带有 净化 烟 气挡板的烟道 。要相应地防治烟道出现腐蚀 。 S O 吸收系统由吸收塔 包括壳体 、 喷淋层、 搅 拌器 、 氧化系统 、 除雾器 、 浆液循环泵及管线、 石膏 浆液排出泵及管线等组成 。每个 吸收塔各设 1套 石膏浆液排放及石膏浆液旋流器 。2个吸收塔设 3 个 氧化风 机 ， 两用一 备 。 S O 吸收塔上部完成溶解 、 洗涤、 吸收， 浆液循 环泵将循环 浆液 石灰石／ 石膏浆 液 送入喷嘴喷 淋 ， 浆液 自上 而下 与 自下 而 上 的烟气 逆 流接 触 后 ， 除 去 烟 气 中 的 尘 杂 、 溶 解 烟 气 中 的 S O ， 并 与 C a C O。 发生化 学反 应 而被 吸收 ， 生成 的 C a S O。 向下 汇 集 至吸收 塔 的下 部 。吸 收 塔下 部 分 为氧 化 区 和 结 晶区。在氧化 区， 由氧化风机向氧化区浆液鼓送 压缩空气 ， 利用其中的 O 将 C a S O。 氧化成 C a S O 。 石 膏浆 液 由结 晶区排 出经 石 膏 浆 液排 出泵 送 至 石 膏旋流站。在吸收塔上部设置两层除雾器 ， 以除去 脱硫净化后烟气夹带的液滴 ， 烟气 由塔顶引 出， 经 出口挡板进入旁路钢结构烟道 ， 从烟囱排放。 2 控 制 系统 结构 主控制 器 C o n t r o l L o g i x系统 结 构包 括 I ／ O及 通 讯 模 块 ， 机 架 组 态 、 R e mo t e I ／ O C o n t r o l Ne t 。 HMI 系统 包括 T C P ／ I P地址 及 I n t o u c h 。 主控制 器选用 C o n t r o l L o g i x L 6 2 。控 制处理 器 L 6 2与服 务 器 工 程 师 站 通 讯 模 块 采 用 Co n t r o l Ne t ， 服务器实现 R S L I NX与 O P C的数据交换 ， 服务 器与操作站通讯采用 E t h e r n e t 。 输入部分包括流量信号 、 液位信号 、 压力信号、 温度信号 、 阀门位置反馈信号等。输出部分包括控 制电动阀开闭的信号， 通过它使执行机构动作， 驱 动阀门的开关 ， 同时也控制电机的启停 。 上位机通过网络对 P L C进行操作 ， 利用 P L C 对整个 F GD系统中的设备进行数据采集 和控制 ， 并通过上位机的人机接 口对 系统发出控制指令 ， 各 收稿 日期 2 0 0 7 1 0 2 0 修改稿 。 作者简介 高志强 1 9 7 5 一 ， 湖北武汉人 ， 1 9 9 5年毕业 于辽 河 石油学校 ， 现在 中石化中原石油化工总厂仪表车 间， 一直从 事于仪 表 白动化维护工作。 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 1 期 高志强等． 基于 P L C的 F GD控 制系统 设备的运行状态信息在上位机 C R T上直观 、 动态 地显 示 出来 。 3 控 制程序 设计 F GD控 制系统 包 括系 统 的 自动 ／ 手 动启 动 、 停 止 、 程控启动／ 停止 。其控制方式设置成组操作或 单独操作等 ， 设有状态指示、 故 障原 因显示及必须 的选择 和联 锁功 能 。 对于简单型控制单元 ， 仅设置 自动／ 手动 软手 操 两种控制方式； 对于复杂型单元设置半 自动／ 自 动 手 动 干预控 制 方式 。 a 简单型控制单元 在 自动方式下 ， 程序根据设定 的参数 自动开关 或启停该单元 内的阀门、 泵 、 风机等设备， 对单元进 行必要的联锁控制。在手动 软手操 方式下 ， 可对 单元 内的单体设备进行软手操 。在 自动切换 到手 动后， 单元内设备 的开关或启停状态保持不变 无 扰 切换 。 b 复杂 型控 制单 元 在 自动方式下， 单元连续执行直至步序结束而 无需人 工 确认 。 在手动方式下 ， 单元每执行完相关步序中的一 步， 均需人为确认 后转入下一步操作。 自动和手动 之间的切换是无扰的， 操作人员可根据实际情况随 时确定所需的控制状态 。在复杂型单元的控制中， 自动 、 程控方式下设置程控启动功能和程控停止功 能。在程控执行期间 主要是除雾水冲洗 ， 若发现 阀门有故障 ， 不需要停止相应设 备来处理问题 ， 仍 继续执行 。在程控执行期间 主要是石膏底流 ， 若 发现电机、 阀门有故 障， 需要手动停止相应设 备来 处 理 问题 ， 不 会继 续执 行 。 3 ． 1 C o n t r o l L o g i x功能 设计 以电机为例说 明程序 P L C控制设计 ， 每台电 机有 4个 D I 点 ， 2个 D0点 。 a 现场状态 。控制室手动 自动都不能对 阀 门操作 。HMI 监视阀门运行状态 。阀门启动报警 不检测 。阀 门停 止 报 警 不检 测 。阀 门 意外 停 止 报 警不检测 。控制回路断线报警检测。 b 远程状态 。HMI自动。操 作 员 发 出 自 动启动命令 ， 系统若 没有联 锁信号 、 报警信号 ， 系 统 内各 阀门 D O点发 出启 动输 出信 号， 阀门 自动 运行 ； 操作员 发 出 自动运 行信 号 ， 系统若 有 联锁 信号 、 报警信号 ， 系统内各 阀门 DO点不发出启 动 输 出信号 ， 阀 门不 启动 ； 操作 员 发 出 自动停 止命 令 ， 系统 内各 阀门 D O点发出停止输出信号 ， 阀门 自动 停 止 。 HMI 手动 。操作员发 出手动启动命 令， 阀门 没有报警信号 ， 阀门 D O点发出启动输 出信号， 阀 门手动运行； 操作员发 出手动启动命令 ， 阀门有报 警信号， 阀门 DO点不发 出启动输 出信号 ， 阀门不 运行； 操 作员 发 出手动停 止命令 ， 系统 内各 阀门 D O点发出停止输出信号， 阀门停止。 报警 。启动报警 阀门启动输 出在 秒 钟后没有 运行反 馈信 号则进行 报警 ， DO点输 出 停止信号。停止报警 阀门停止输 出在 秒 钟后没有 停止 反馈信 号则进行 报 警 ， D O点输 出 停止信号 ； 意外停止报警 阀门在远程状态运行 ， 外界故障造成 阀门意外停 止则进 行报 警 ， DO点 输 出停止信号 ； 来 自 HMI 的报警 复位信号置 1 ， 消除上述 3个报 警 ， 若 报警 条件 仍然 存 在， 报 警 不 能 消除 。 3 ． 2 烟 气 控 制 程序 烟气 管 道 系 统 由百 叶 窗 挡 板 或 双 百 叶 窗 挡 板实现。向这些挡 板供 应密 封气 可 以在锅 炉运 行时在 F GD装置内进行 维修 和检 验工作 。通过 切换旁路挡板 和脱硫 装置 进 、 出 口挡板 的开 关 ， 实现“ 脱硫 装 置 的运 行 ” 和 “ 脱 硫装 置 的旁 路运 行” ， 保证在 任何情 况下不 影 响发 电机 组 的安全 运 行 。 a 增压 风机 启动 条件 。只有全 部 具备 以 下条件时 ， 增压风机才能启动 增压风机 1 或 2 润滑 油 泵 运行 2 h ； 增 压 风 机 1 或 2 冷 却 风 机 运 行反馈 ； 烟气 出 口挡 板开 到位反 馈 ； 烟气 人 口挡 板关到位反 馈 ； 烟气 旁路挡 板 开到位 反馈 ； 增压 风机叶片关 闭 ； 增 压风 机 润滑 油 油量 高 于 3 L ／ mi n ； 增压 风 机 液 压 油 油 压 高 于 2 ． 5 MP a ； 增 压 风 机 电机润滑油油温高于 2 5 ℃ ； 增压 风机 电机润滑 油油压高于0 ． 0 7 5 MP a ； 增 压风 机润滑 油油 箱油 位高于 7 5 ； 3台循 环泵 中至少有 1台循环泵运 行反馈 ； 增压 风机轴 承温度低 于 8 0 ℃ ； 增 压风机 电机轴承温度低于 8 5 ℃ ； 增压风机电机定子温度 低 于 l 1 0 ℃ 。 b 增压机停止条件 ， 当出现下列任一条 件 时 ， 增压风机故障停止 增压风机电机油压过低 ， 延 时 2 5 s ； 循 环 泵 3台停 止 ； 出 口挡 板 关 闭 ； 入 口 挡板关 闭； 旁路挡板打开。 C 增 压 风 机 润 滑 油 温 度 小 于 2 5 ℃ 且 2台 润滑油泵 中至少有 1台运 行 ， 加热 器接 通 ； 润滑 油温度大于 3 5 ℃ ， 加热器断路。 d 增 压 风机 电机润 滑 油 温 度小 于 1 5 ℃ 且 2 台润 滑 油 泵 中 至 少 有 1台运 行 ， 加 热 器 接 通 ； 润 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 石油化 工 自动化 滑油温度大于 2 5 ℃ ， 加热器断路 。 e 当出现下列任一情 况时 ， 烟气 旁路挡板 联锁 开 启 增 压 风 机 人 口压 力 大 于 6 0 0 P a ； 增 压 风 机人 口压 力小 于 一 6 0 0 P a ； F G D 人 口烟 气 温 度 大 于 1 6 0 ℃ ； 增压 风 机 运行 停 止 反 馈 ； 烟气 人 口挡 板关 闭反 馈 ； 烟 气 出 口挡 板 关 闭 反馈 ； 3台浆 液循 环泵中全部停止反馈 ； 主机组要 求打开旁路 挡板 及锅炉 MF T信 号 ； 烟气人 口烟尘 体积分 数 大于 1 5 0 0 mg ， 延 时 1 mi n 。 4流 程 图 监控 画面 设计 4 ． 1 监控 系统 设计 I n T o u c h包含 3个主要程序I n T o u c h应用程 序 管 理器 、 Wi n d o w Ma k e r TM 以及 Wi n d o w V i e we r TM 。 Wi n d o wMa k e r T M 是一种开发环境， 在其中可 以使用 面向对象的图形来创建富于动感 的触控式显示窗 口。Wi n d o w Vi e w e r TM 1| 是一 种运 行 时环 境 ， 用 于 显 示 在Wi n d o wMa k e r T M 中 创 建 的 图 形 窗 口。 Wi n d o w V i e we r T M 可 以执 行 I n T o u c h Qu i c k S c r i p t ， 执 行历史数据记录与报告 ， 处理报警记录与报告 ， 并可 以充当 D D E与 S u i t e L i n k通讯协议的客户端和服务 器 。上位 机 监控 系 统 包 括 系 统 工艺 流 程 图画 面 和 P C操作台画面。操作人员可以实时监视和控制整 个 F GD系统的设备运行状况和主要工艺参数， 并可 以方便地在画面间切换， 实时记录主要参数的变化 及趋势 ， 可 以方便地对参 数进行设 置 ， 提 高监 控系统 的安全性能； 同完整记录报警时间、 报警类型等。每 2台机组脱 硫分 别 设 2台操 作 站 ， 每 台都 可 对 两个 机组操作。每 台包 含如 下 画面 F GD 5主 画面； F GD5吸收塔 系统 ； F G D5烟气 系统 ； F GD 5增 压风 机系统 ； F G D5石 膏排放 系统； F GD5除雾器和搅 拌器系统； 工艺水系统 。 4 ． 2 系统设 备 操作 控制 系统 分 为 自动 、 程 控 、 手 动 3种 远 控 方 式 和就地手操 4种基本控制方式 。C R T操作要达到 以下 要求 。 a 任何 C RT画面均能在 2 s的时间内完全显 示出来 ， 所有显示的数据每秒更新一次。 b 调用任一画面的操作次数不多于 3次 ， 点 击工艺系统流程图中的任一可操作设备时， 能直接 弹出该 设备 的操作 界 面 ， 以完成 该 设 备 的操作 功能 。 c 运行人员通过键盘 、 鼠标 等手段发出的任 何操作指令均能在 1 s内被执行。 d 对控 制 系 统 的组 态 可 在 线 或 离 线 进 行 ， 不 影响系统的正常运行 。 以电机操作为例说 明系统设 备的操作方 式。 F GD系统每一个 电动阀门都 有画面手动、 点操 和 程 序 自动开关 3种操 作方式 。 a 画面手动点操 在就地 电动 阀箱 上， 旋转 就 地／ 远方 按 钮 到远 方 位 置 ， 切 换 阀 门相 对 应 的手 动／ 自动模式为手动模式。 b 在画面阀门图符上单击 鼠标左键 、 点手 自 动切换按钮 ， 完成手／ 自动反复切换 ， 同时阀门后部 在手动状态 显示 白色框 ， 自动状态则 自动隐藏 白 框 。点启动 停止 按钮闪烁， 按确认后， 阀门执行 相应动作 ， 否则按取消按钮， 则取消操作 。 c 程序 自动开关 是指 阀门在 自动模式下 ， 按照程序的设定 自动进行开启和关闭操作 。在 自 动模 式下 ， 单个 阀门并不 需要 人 的干预 。 大唐 国际托克托 F GD系统每台机组配 1台增 压风机 ， 人 口、 出口和旁路 3个挡板 门， 1个 吸收 塔。脱硫岛正常工况下 ， 人 口和出 口挡板 门打开， 旁路挡板 门关闭 ， 增压风机同时运行 ， 当增压风机 停止时 ， 旁路立即打开 。 3个挡板门并不是点击 鼠标左键， 弹出画面进 行操作 。烟气旁路挡板 全部满足 以下条件才能手 动 关 闭 增 压 风机 人 口压力 处 于 一6 0 0 ～ 6 0 0 P a 范 围 内 ， F GD 人 口烟 气 温 度 低 于 1 6 0℃ ， 烟 气 人 口、 出 口挡板 开 到位 反馈 ， 增压 风机 运行 反馈 ； 浆液 循 环泵 至少 有 2台运 行 。 在任一主监控画面下 ， 用 鼠标点击“ 报警画面” 按钮 ， 就可 以直接进入报警画面窗口。在报警画面 中， 可 以看到报警产生的 日期 、 时间、 状态、 分类 模 拟和离散 、 类型 高报和低 报 、 优先级 、 报警组和 报警限等。当有报警发生时， 报警画面本条报警信 息闪烁 ， 并根据用户要求可产生声音报警。操作工 按报警确认按钮 ， 可以消除报警 。报警确认一般可 以分为 4种 分组确认 ， 选择确认 ， 屏幕确认 ， 全部 确认 。 5结 束语 从 2 0 0 6年 8月 F GD 控 制 系 统 投 运 以 来 ， 该 控制系统能 对精处 理系统 实 现全过 程 自动化 控 制 ， 保证了设备运行 的连续 性。在生产过程 中操 作员完全可以根据 现场实际情况选 择 自动 、 半 自 动 、 手 动 运 行 方 式 ， 所 有 的 运 行 方 式 切 换 都 是 无 扰动 的， 可 以保 证 设 备运 行 的稳 定性 。系统 稳 定 ， 运行可 靠 ， 使用方 便 ， 自动 化程 度 高， 减 少 了 运行人员编 制 ， 提 高 了企 业 的工作 效 率， 而且该 系统还具有一定 的安全保护能力 ， 得 到了运行人 员 的好 评 。 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m