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产品描述
西门子模块6ES7323-1BH01-0AA0型号规格
循环流化床锅炉是一种环保型锅炉，但随着环境治理要求的进一步加深，其SO2排放量仍无法达标。石家庄东方热电股份有限公司热电三厂为保护环境，减少SO2对大气的污染，决定对#4(75t/h)、#5(135t/h)循环流化床锅炉建设炉内喷钙脱硫系统，采用三菱FX2N型PLC作为操作控制系统。
一系统工艺流程
对于循环流化床锅炉进行脱硫处理，目**种普遍采用的方法是将脱硫剂(石灰石粉：粒径0～2mm，比重约1.4t/m3)通过送粉管道从炉**次风口送入锅炉炉膛中与煤一起燃烧，通过化学反应生成CaSO4，达到脱硫目的。系统工艺流程路线如下：
(1)石灰石粉→粉仓→粉仓插板阀→粉仓旋转给料阀→缓冲罐→缓冲罐插板阀→缓冲罐旋转给料阀→喷料泵→送粉管路→炉前检修隔断门→炉膛；
(2)空气→罗茨风机→电动蝶阀→喷射泵→送粉管路(另一路送气化风)→炉前检修隔断门→炉膛；
(3)气化风→空气加热器(有旁路阀)→气化风环管→气化板→粉仓→布袋除尘器。
该系统设计采用双路联调送粉方式，每台炉由两路送粉设备装置及管路将石灰石粉送入炉膛。送粉量由PLC根据每台炉SO2监测装置所提供的信号对该炉的旋转给料阀实行变频联动调节。
二控制系统设计实施
整个控制系统由一台中控室内的监控计算机(操作员/工程师站)、一台现场控制站FX2N型PLC-128MR、并配以4个FX2N-4A/D数据采集模块、一个FX2N-4D/A模拟数据输出模块和4台变频给粉装置组成。监控计算机主要负责实时监控烟气监测系统检测的SO2参数值和对系统进行操作和故障监测，现场控制站根据SO2含量对送粉量进行自动或手动操作，并与上位机采用RS-485进行实时通信。
1.FX2N-128MR现场控制站
FX2N-128MR现场控制站是整个控制系统的核心，其运算处理速度：基本指令0.08µs/指令，应用指令1.52～100µs/指令，输入输出总点数256点，较大存储容量16k步，内置存储器容量8k步，顺控指令27条，步进梯形图指令2条，应用指令128种，298个。FX2N-4A/D数据采集模块：接受4～20mA电流信号转换成数字信号输送给PLC。FX2N-4D/A模拟数据输出模块：将PLC发出的控制量数值转化为4～20mA电流信号输入到变频器控制旋转给料阀。
2.喷钙脱硫系统的启动和控制
喷钙脱硫系统可采用三种方式进行启动。
(1)方式一：自动启动
将各就地设备的控制箱切换至“远方”位置，在显示器屏上点击“全自动启动”按钮，系统将按下列顺序启动设备。
(a)启动罗茨风机延时12s，开始下一步，否则报警；
(b)自动打开风机后电动蝶阀开到预定位置时，开始下一步，否则12s后报警；
(c)此时空气母管压力下降至运行I值(调试确定)。启动缓冲罐下旋转给料阀缓慢升速至**设定转速(调试确定)运行l2s；
(d)启动缓冲罐上粉仓旋转给料阀，并接通缓冲罐料位控制回路；
(e)接通SO2监测控制系统回路，通过PLC控制缓冲罐下旋转给料阀转速，使SO2测量值达设定标准值(<1200mg／m3)，此时空气母管的压力要上升至运行II值；
(f)启动电加热器，并将温度调至设定值。
3.喷钙脱硫控制系统的运行
(1)系统运行时显示的状态参数有：粉仓料位、罗茨风机运行状态、电动蝶阀状态、下旋转给料阀转速、上旋转给料阀运行状态(停止、运行交替显示)、缓冲罐料位、烟气SO2值、空气加热后温度、PLC运行状态指示、喷钙量。
(2)系统运行时可将各设备的运行状态及SO2值实现采集、存储、通信打印、图形显示等功能，各项功能可在CRT人机界面上利用菜单命令来实现。
(a)数据采集：通过画面中的按钮设定数据，通过PLC的A/D模块进行数据采集；
(b)结果显示：将通过PLC的A/D模块采集到的数据显示到画面中；
(c)状态显示：通过PLC与组态的通信将结果状态在画面中显示；
(d)故障报警：当出现故障时，报警画面自动弹出，查看出现故障的地方；
(e)数据存储：通过设定后，设定的数据将自动存储到系统中去；
(f)生成报表：可用工具栏中的按钮查看报表；
(g)图形显示：加上运行狗(watch-dog)之后，启动系统就可显示图形画画，从而从画面中监视整个系统；
(h)打印：选择需要打印的内容点击工具栏上的打印按钮就可打印；
(i)内部通信：通过SC09通信电缆完成PLC与电脑的组态通信。
(3)系统运行时的联锁保护逻辑关系
La当运行罗茨风机因故停运时，自动投入备用风机，否则3s后自动执行事故停机程序；
Lb当某套送粉装置的下旋转给料阀停运时，自动解列联调方式变为单调方式，并停止该套送粉装置；
Lc当送粉装置的下旋转给料阀转速**设定值，但SO2的值不能满足排放标准时，报警；
Ld当某套送粉装置的上旋给料阀停运时，直至下料位报警延时12s后停止下旋给料阀并自动解列联调方式变为单调方式；
Le当风机电动蝶阀误关时，3s内应启动设备用罗茨风机并打开备用罗茨风机后的电动蝶阀，并停止本风机运行，否则进入事故停机程序；
Lf空气电加热器的启动、停止，只需实现远方就地操作和温度显示以及故障停运报警即可，不必加入联锁；
Lg当空气分支管压力值**过高值(调试时定)报警并延时3s停下旋转给料阀，然后进入逻辑Lb程序；
Lh当空气分支管压力值低于低压值(调试时定)时，执行逻辑La程序；
4.喷钙脱硫控制系统的停止
(1)正常停止
当锅炉机组按计划停机时要先将脱硫系统停止运行。若需#4、#5炉都停的话，后停的脱硫系统要将粉仓内的石灰粉用完，然后再停止运行，可采用微机自动停止和人工控制停止两种办法，其顺序是一致的。其步骤如下：
(a)停止某台炉两套送粉装置缓冲罐的上旋转给料阀运行，不再向缓冲罐送料；
(b)缓冲罐内料位降至低料位报警值后，让其依靠联锁自动动作停止下旋转给料阀的运行；
(c)关闭运行罗茨风机出口管路的电动蝶阀；
(d)切断运行罗茨风机与备用罗茨风机的联锁回路，将运行的罗茨风机停止运行；
(e)就地关闭该炉系统装置的手动插板，手动检修隔断门。
(2)事故停止
当系统设备在运行当中出现La、Le所提及的故障情况时，系统要转入事故停机程序，各台设备顺序停机之间需要延时，停机步骤如下：
(a)停止该炉两套送粉装置的下旋转给料阀运行。
(b)停止该炉两套送粉装置的上旋转给料阀运行。
(c)解列运行及备用风机间的联锁，停止运行的罗茨风机。
三应用体会
东方热电三厂脱硫PLC控制系统自投运以来，性能可靠，运行平稳，经过2年多运行，**出现过故障，基本不需要维护。FX2N型PLC小型化、高性能，适合此种环保控制系统的应用改造。随着对供热锅炉环保要求的不断提高，该系统将拥有良好的开发前景
电机分批自启动技术在石油化工等连续生产企业中有着广泛的用途。以PLC为核心控制单元的电机分批自启动系统具有以下功能及特点：
(1)能够实时地监控电机的运行状态；
(2)记忆电网波动前电机的运行状态，只有在电网波动前处于运行状态而且在电网波动时停机的电机才具备电机自启动条件；
(3)准确及时地捕获电网电压信息。
(4)分批自启动的电机按照工艺流程需要，在PLC中预先设置，同时为避免多台电机在自启动中对电网的影响、电机分批自启动中采用分批延时处理方式；
(5)具有多路输入和多路输出功能，实现多台电机自启动集中控制；
(6)具备远程通信接口，实现与上位机或DCS系统的通信，在上位机或DCS系统中方便地对该系统进行监控和维护。
洛阳石油化工总厂的2套PLC电机分批自启动设备，采用西门于S7。300系列PLC，它以CPU313为*处理单元，每执行1000条二进制指令约需0．7ms。S7—300同时具备128点数字量输入／输出和32路模拟量输入／输出，12KB的RAM，20KB的负载存储器；完**够满足电机状态和系统电压的实时监控和及时实现电机分批自启动的要求。
l.系统组成
2.套PLC电机分批自启动系统根据变电所供电方式，每一段低压母线采用l台PIC。系统硬件主要分为外围电路和核心单元2部分。外围电路主要完成母线电压、电机运行状态等信号的采集、处理和转换以及电机启动指令的驱动等。核心单元(即PLC)主要完成信号处理，发出电机驱动指令。
1.1.外围电路
外围电路主要包括以下几个部分：
(1)母线电压采样监测。它通过1个电流型电压变送器将0—380V交流母线电压转换为4*20mA直流信号。
(2)电机运行状态信号监控。电机运行状态信号通过电机控制回路中的1个干接点输入到PLC的输入模块。所有信号的输入都经过光藕隔离，以提高抗干扰能力。
(3)电机驱动单元。电机启动信号由PLC发出，输出单元不直接驱动电机，而是通过1个220V、10A AC的中间继电器带动电机操作回路。这样一方面提高了驱动能力，另一方面使得电气操作回路和PLC控制回路分隔，提高了系统的性。
1．2.核心单元
根据系统的要求，其核心PLC主要有以下几部分：
(1)CPU313及系统软件。它完成电压和电机运行状态监测，实时进行逻辑判断，发出电机分批自启动指令。CPU313有4种操作选择：RUN—P、RUN、STOP和MRES运行方式。
(2)模拟量输入模块SM331(8路输入)。它把电压变送器输入的4。20mA的模拟量转换为数字信号，并将数字信号送到PI，C的控制单元，以供PLC做出电压判断。
(3)数字量输入模块SM321。16路输入2个，32路输入1个，完成62台电机运行状态监测和PLC电机分批自启动系统运行、调试状态监侧，电机运行状态信号通过电机操作回路中的接触器辅助接点接至该模块。
(4)数字量输出模块SM322(输出8路)。
接受PLC控制单元的指令，完成电机驱动信号输出，通过出口中间继电器，驱动电机操作回路，完成电机分批自启动。
3.系统软件设计
电机分批自启动系统软件主要为：
(1)完成系统初始化；
(2)正常状态下的数据监测；
(3)电网电压出现波动后，即电网电压降至70％，所有电机都会因为电气保护装置而强制退出运行，在此之前，程序已经做出判断并锁存电机状态信号；
(4)当电力系统恢复正常(3s内，母线电压恢复至95％)时，程序依据故障前保存的电机状态信号、对具备白启动条件的电机。按照顺序分批发出启动信号，使其恢复运行；
(5)无论在正常状态下或是在电机自启动过程中，PLC均实时监侧母线电压；
(6)通信接口程序。包括系统监测数据和故障信息，PLC将采集的母线电压信息、电机启动状态信息传输到上位机或DCS系统，便于维护人员实时了解设备运行状况。
目前高层在各类城市中比比皆是。为了防止意外火灾，高层建筑一般均设有消防**泵组。尽管规范，规章明确要求消防设施，器材应定期维护保养。但是目前消防水泵都不能做到定期试机运行，天长日久就会导致泵体，底阀和单向阀卡死、锈死，所以经常会出现在发生火灾时设备不能充分发挥作用的情况，造成不应有的损失，为此《民用建筑水灭火系统设计规程》规定**高、一类高层公共的消防泵宜设定时自检装置。国家消防总局在1999年下文要求所有消防设备必须具有自检功能，消防控制设备必须在15天内自动启动一次，防止水泵生锈腐蚀。另在修订中的《建筑设计防火规范》也提出：消防给水设备必须具有自动巡检功能。通常老设备采用落后继电接触器控制方式，中间继电器和定时继电器太多，功能少,线路复杂，接点多，造成故障多可靠性差，维修困难。我们采用北京凯迪恩自动化技术有限公司的可编程序控制器（PLC）对消防泵组进行控制，实现泵组在备用时定期试运行，扑救火灾时自动启动，从而有效地杜绝消防水泵关键时刻不能用的局面。PLC之所以有生命力，在于它的输入输出端更接近现场设备，不需添加太多的中间部件或需要更多的接口，可靠性高，抗各种干扰的能力强、维护方便，硬件无调整元件，价格低寿命长。这样既节省了用户时间和成本，又可以很容易地根据不同需要进行扩展。
1. 自动巡检功能
自动状态(巡检开关接通)下在没有消防用水需求下，**台水泵启动（星形）5-30秒钟（启动时间根据设备确定），运行（三角形）10秒后，停机待命120-360小时（五-十五天）。待命期间如果没有消防用水，则*二台水泵启动5-30秒，运行10秒，停机待命120-360小时，如此周而复始地循环，（巡检周期：从数小时到数百小时之间可任意选择）电控柜并设有**压保护，从可靠角度出发，要设置泄压阀。在有消防用水需求时，泵组立即自动启动，加压供水，充分发挥其应用的作用。如果为避免因压力增大对管网产生破坏，我们在管网增加电磁阀，巡检启泵时才打开电磁阀泄压，巡检启泵工作时间也延时到10分钟。
2.启泵方式与顺序
在自动启动多台泵的情况下，为了避免同时投入水泵而对电网造成过大的冲击，水泵是一台台相隔20秒启动。自动启动和巡检启泵时，先是发出三声声光报警（报警2秒间隔2秒），再启动水泵。当设备的工作泵出现故障时（过载和短路信号），备用泵应能自动投入运行（延时10秒投入）,因为消防泵的重要性备用泵运行不设过载保护 。启泵方式有工频直接起动、自藕降压启动、Ｙ－△降压启动、晶闸管软启动控制、变频恒压控制等方式，以满足不同的使用要求。并且启动顺序可以选择，例如：2台泵的启动顺序有1用2备, 2用1备,两种方式；3台泵的启动顺序有1、2用3备, 2 、3用1备,3、1用2备,三种方式等。
3.控制柜面板显示
在自动控制系统的设计中我们设计了故障显示报警系统。用指示灯指示设备正常运行和故障情况，当设备启动时指示灯以1Hz的频率闪烁,正常运行时对应指示灯常亮，当该设备运行有故障时故障指示灯常亮。为防止指示灯灯泡损坏不能正确反映设备工作情况，专门设置了故障测试按钮，系统运行任何时间持续按任何按钮3s，所有指示灯应全部点亮，如果这时有指示等不亮说明该指示灯已坏，应立即更换，按钮复位后指示灯仍按原工作状态显示设备工作状态。
4.故障显示
当设备出现故障时，信号箱将用声、光报警方式提示工作人员，及时处理故障。在处理故障时，又将故障进行分类，有些故障是要求系统停止运行的，但有些故障对系统工作影响不大，系统可带故障运行，故障可在运行中排除，这样就大大减少整个系统停止运行时间，提高系统可靠性运行水平。
5.接口电路
为了与各个厂家的设备配套，电控柜有两套启泵方式：1.一个启泵信号和一个停泵信号一般用于消防中心多线手动或自动控制，也可以用于低压启泵，**压缺水停泵。2.一个信号，接通启泵断开停泵，一般用于模块控制。为了配合消防栓按钮直接启泵，柜内对外提供一路24V5A直流电源。
接口电路全是直流24V电源，模块可以直接用无源触点控制，不需要切换模块转换，但控制信号必须是无源触点信号。水泵返馈信号是无源触点信号。
6.保护功能
电控柜具有过压、欠压、过流、短路、缺相、水源缺水等故障报警与保护功能。在消防用水时为了避免由于**压水压波动而导致水泵频繁起停，我们在程序中采用了“延时滤波”处理。
7.其它功能
在自动手动切换过程中会停止所有运行的泵；可根据用户需要加装双电源切换功能，或另配单独的双电源互投柜，主、备电源能够自动或手动切换，以满足消防系统的设计要求。 设备还可以根据用户要求增设楼宇自动控制（BA）接口，与终端计算机联网，实现计算机集中监控。
本系统采用可编程序控制器进行控制系统设计，硬件结构简单，廉，响应速度快，性能、价格比很高，和单片机系统相比具有较高的可靠性。经现场使用考验，性能稳定，运行可靠。另外还可以根据实际需要很方便地进行扩展。对于现代智能楼宇，控制系统还可以通过通讯模块纳入到整个楼宇的监控系统之中，体现出较大的灵活性和适应性，具有较高的实际推广价值
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