PLC在石灰石制粉控制系统中的应用

0 引言

　　随着人们对生活环境认识的提高，越来越多的火电厂中配置了烟气脱硫系统，石灰石粉作为燃煤锅炉中主要的脱硫剂，其购买价格的高低直接影响发电成本。一般石灰石粉粒度越低价格越高，为了降低成本，大部分电厂购买石灰石原料，用自设的制粉系统制备石灰石粉，因此制粉系统也成为了环保中脱硫环节的一个重要组成部分，该系统的可靠性、稳定性及自动化程度直接关系到脱硫系统的正常运行和火电厂的经济效益。

可编程控制器(PLC)具有结构紧凑、可靠性高、组态灵活、编程简单、调试维护方便等优点。该系统以西门子S7—300系列PLC编程软件为编程基础，通过数字式和模拟式的输入、输出进行自动控制，结合winCC的组态界面，实行实时监控。该石灰石制粉控制系统已顺利投产，目前运行稳定。

1 系统组成和控制要求

　　1.1 制粉系统的组成

　　基于西门子PLC的自动控制系统，主要是将从矿厂采购的石灰石经过一定的加工过程，制备出满足需要的石灰石成品粉，用于火电厂的烟气脱硫剂。该石灰石粉制备系统包括破碎系统和粉碎系统。破碎系统主要包括振动给料机、破碎机、斗式提升机等；粉碎系统主要由振动给料机、粉碎机、斗式提升机、振动筛、布袋除尘器等组成。两系统中间通过块料仓连接；该块料仓起到一定的缓冲作用。

　　1.2 工艺控制要求

　　工艺要求该制粉系统的各设备按预先指定的顺序依次启动和停止，完成对石灰石的破碎和粉碎过程。系统设备启动时要按逆序进行，先启动布袋除尘器，然后间隔一定的时间依次启动其他设备。停机顺序正好与启动顺序相反，要先停振动给料机。

　　在该系统中，振动给料机和粉碎机之间不需要闭环控制，只要给振动给料机预先设个定值来控制给料量即可。成品仓中设置2个小型传感器作为料位仪，用来检测石灰石粉的总量，当粉量达到所设定的高料位时，通过程序控制立即联锁停止破碎系统；当粉量达到所设定的低料位时，系统指示报警。

2 系统配置

　　　　所设I／O点数应多于系统所需点数，以作备用。根据I／O点数确定该控制系统的配置。控制系统采用传统的上、下位机的主从式结构，一台配有PROFIBUSCP5611通讯卡的DELL商务计算机作为上位机，通过PRoFlBus DP总线与PLc的cPu连接。根据控制方案的设计，上位机监控软件采用西门子公司的wincc6．0组态软件，运行环境为windowsXP操作系统。下位机的执行机构采用西门子S7—300系列PLc：电源模块1个，Ps 307 5 A；cPU模块1个，313—2DP 16DL／16DO；数字量输入模块1个，D132×DC24 V；数字量输Ⅳ输出模块1个，8入\8出，DC24 V，0.5 A；模拟量输入模块2个，A18×12Bit；模拟量输出模块1个，A08×12Bit；直流24 V开关电源1个。控制系统的网络配置如图3所示。

3 控制方案

　　3.1 制粉系统工作过程

　　原料斗下设有出料口，为保证石灰石原料能够均匀地卸出并确保其卸空率，出料口设有振动给料机给破碎机送料，破碎机对石灰石进行一级破碎，再经斗式提升机将破碎后的石灰石运输到块料仓中，至此，石灰石破碎过程完成。块料仓的出料口处同样设置振动给料机，按照粉碎机的台时粉碎量给振动给料机设定给料量，喂入粉碎机中进行粉磨，磨出的石灰石粉经由斗式提升机送入振动筛中进行粗、细粉分离，粗粉被送入粉碎机中继续研磨，细粉即成品粉被收集送人成品仓储存。

　　3.2 系统的控制

　　控制方式分为就地控制、远程手动控制和自动联锁控制。就地控制即在生产现场对设备进行控制，一般是某个设备现场检修或故障时使用。远程手动控制是在控制室中利用程序进行手动控制，可对设备进行单独调试。自动联锁控制是完全交由已经编制好的程序进行全部生产控制。

　　工作原理：通过对各设备得电、失电的控制，来控制设备的启动、停止；通过改变PLC的输入，来实现系统的联锁动作。控制流程如图4所示。其中DlOl、D102、D103分别为破碎系统的振动给料机、破碎机和斗式提升机；D104、D105、D106、D107、D108依次为粉碎系统的振动给料机、粉碎机、斗式提升机、振动筛和布袋除尘器。

　　为了提高控制系统的可靠性和效率，在方案中设计了2条生产线，即常规的冗余，采用成倍增加设备的方式来参与控制，以期能够将因控制设备的意外而导致的整个制粉系统停机减少。

4 软件设计

　　4.1 控制程序设计

　　系统采用的是西门子系列编程软件STEP 7，此编程软件中用户可以编写子程序放在程序模块FC中，在主程序中可直接调用这些程序模块，为编程带来方便。程序中子程序为各电动机启、停的程序，在循环主程序中，对每台设备的启、停的控制都可调用此电动机的控制程序。

　　当启动位常开触点闭合，运行输出位得电，同时其常开触点闭合，这样达到自锁的目的。为了实现顺序联锁控制，启动时，先启动D108，然后把D108的运行输出状态经过延时后，作为D107的启动输入，然后依次启动D106-D101。停止时，先停D101，再把其停止输出状态延时后，作为D102停止的输入，然后依次停止D103～D108。同时任一设备的故障都可作为其前面设备停止的输入，使其前面的设备紧急停车，而其后面的设备可顺序延时停车。

　　4.2 监控界面设计

　　系统采用西门子公司的WinCC6.0组态软件设计监控界面，外表美观，设计简单，操作方便。

　　此界面明确显示了该系统的工艺流程和设备组成。系统运行时，在此界面上可根据设备颜色的变换来监控设备运行状态，设备旁可显示运行频率或电流来实现数据检测，各设备可通过各自的启停按钮实现单独启、停功能，右下角的状态转换按钮可实现手动、自动的无扰动切换，另外，还设置了报警显示和解除等功能。

　　该监控软件可实现工业生产过程中数据的实时显示和处理、生产过程动态可视化控制、参数设定和相应控制、监控报警、生成报表等功能。

5 结语

　　该控制系统可实现石灰石粉制备系统的自动控制，现场数据采集，实时监控，过程显示，故障报警等功能。PLC既可完成各种复杂的工艺流程，又可通过修改软件来改变控制过程，无论是从设计思路还是设计过程来说，都非常的灵活，并且调试简便。