西门子6ES7338-4BC01-0AB0产品信息

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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，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（PersonalComputer）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，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，当压力过设定值的上、下，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DCS4-20mA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。

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8000-2000人民币之间。为锅炉、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考虑。

国外有德国西门子Siemens、罗克韦尔（AB）三菱（mitsubishi）光洋（Koyo） 欧姆龙（OMRON） （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）

在该项目中选用西门子。西门子PLC包含了S7200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。

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，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了锅炉的运行。

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

3PLC通过工业以太网与上位机通信也大大的提高了系统的性和稳定性。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148/月/人。由此可得在该岗位上每年的总耗资为1480×6×12=10656。

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。

1 引言

自1907年台电除尘器成功地用于工业生产以来，电除尘器以其除尘效、阻力损失少、处理烟气量大、能处理高温烟气和腐蚀性烟气、日常运行等众多优点，使用领域不断扩大。到目前为止，电除尘器已经是电力、冶金、建材、化工等众多行业除尘设备的。电除尘器的结构、性能和控制方式等也日臻完善，plc控制在电除尘系统各部分的控制中都有不同程度的应用，作用显著。

2 电除尘系统工艺流程及基本原理

电除尘器是在两个曲率半径相差较大的金属收尘（阳）和电晕（阴）上通过高压直流电，并维持一个足以使含尘气体（指一般的含尘烟气，不含腐蚀性和剧毒）电离的静电场（见图1）。含尘气体在静电场中电离后所生成的电子、阴离子和阳离子吸附在通过电场的粉尘上，而使粉尘获得电荷自身带电。荷电粉尘在电场力的作用下向电性相反的电（收尘和电晕）运行而沉积在电上，从而达到粉尘和气体分离的目的。当沉积在电上的粉尘达到一定厚度时，借助于收尘、电晕振打机构使粉尘落入下部的灰斗中，再经过卸灰输灰系统将粉尘排出，而净化后的气体从电除尘器出口处排入大气中。

以济钢炼铁厂400m2烧结机机头电除尘系统为例，整套400m2烧结机机头电除尘自动控制系统由2台ablogix50001756-l55plc和2台上位机组成，其中1台ablogix5000plc设置了1台远程i/o站，2台上位机分别用于操作员站和工程师站

4 控制功能

plc在电除尘系统中主要作用是控制所有低压设备自动运行和远程监控高压整流供电设备，对低压设备的控制一般都有现场手动和远程自动两种控制方式，所控制的设备包括阴振打、阳振打、灰斗卸灰阀电机、仓壁振动器、绝缘子保温梁电加热器、灰斗保温电加热器、灰斗料位计、烟气进出口温度显示、绝缘子保温梁温度显示、声波清灰装置、输灰系统、高压供电设备联锁以及远程监控等。下面对自动控制方式进行简要介绍。

4.1阴、阳振打的控制

电除尘器的阴、阳振打都是由电机通过传动轴将动力传给阴、阳振打机构，使阴线、阳板上的积灰振落到灰斗中。plc系统通过控制器中的时间继电器控制阴、阳振打电机按照一定的时间规律相互配合运行，并根据振打电机对应的接触器和热继电器的返回信号对电机状态进行监控和保护。阴、阳振打的一般控制规律为：一电场的阴、阳振打，以后的各个电场振打周期逐渐加长，具体时间需根据电除尘器刚投产时的测试情况及工艺参数进行确定；以24小时为总振打周期，夜间运行周期要比白天运行[3]；阴、阳振打相互配合运行，但振打周期各自立计算，阳振打要比阴运行时间长、强度大；振打反馈信号只起状态监视和保护作用，不加入周期运行控制当中；为节约能源，振打运行反馈信号与高压整流供电设备有联锁，当大量振打运行时，高压整流供电设备低电压运行或停止，以实现降压振打，此方式可节约大量能源。

4.2绝缘子保温梁电加热器的控制

plc系统通过绝缘子保温梁内温度检测设备检测到的温度返回信号对电加热器进行控制，以防止保温梁内温度露点温度，阴绝缘子表面结露，使绝缘子表面产生爬电或沿面放电，以致电除尘器工作电压无法升上去，除尘器无法正常工作。本系统电加热器共有两路电源，可实现高、低两种功率加热，当保温梁内温度接近露点温度时，plc控制电加热器两路全部加热，尽快提高保温梁温度；当温度在露点温度以上未到设定温度时，单路加热器加热保持温度缓慢上升；当温度设定温度值时，停止加热。plc系统还可根据接触器和热继电器返回信号对电加热器状态进行监控和保护。

4.3灰斗卸灰阀电机及仓壁振动器的控制

灰斗卸灰阀电机是用于灰斗卸灰时电动控制阀门开关的。plc对灰斗卸灰阀电机以及该灰斗仓壁振动器的自动控制是根据灰斗料位计返回信号实现的，当料位计高料位信号返回plc时，plc控制该灰斗卸灰阀电机开启，同时仓壁振动器联锁振动；当料位计低料位信号返回plc时，plc控制该灰斗卸灰阀电机关闭，同时仓壁振动器联锁停止。当不使用料位开关控制或料位开关存在故障时，也可根据经验运行时间对灰斗卸灰阀电机和仓壁振动器进行周期控制，具体时间可根据现场情况自行设定，但灰斗卸灰阀电机要与仓壁振动器有一定配合关系或一起联锁运行，否则会造成卸灰不畅甚致堵灰。

4.4输灰系统的控制

本输灰系统使用的是机械干输灰方式，输灰系统由刮板机、集合刮板机、斗提机、卸灰阀电机、加湿机等组成。输灰系统的控制与皮带流程控制相似，当灰斗卸灰电机运行时，灰斗卸灰阀开启，与此一排灰斗对应的刮板机联锁运行，其他排灰斗卸灰控制同理，每台刮板机可单运行也可同时运行。当任意一排灰斗对应的刮板机运行时，集合刮板机联锁运行，斗提机联锁运行，将除尘灰刮入卸灰仓内，当控制器接到卸灰仓料位高信号时，卸灰阀电机、卸灰仓电振、加湿机联锁运行，将除尘灰排出。

4.5高压供电设备的联锁及远程监控

所有电除尘器的高压整流供电设备都有自己的控制器，这些控制器的网络接口都各有不同，以串口通讯为例，plc系统可通过串口采集器及与logix5000相匹配的模块与该控制器进行通讯，可实现plc系统对高压整流设备远程控制启动和停止，也可对高压整流设备运行状态及参数进行监视。联锁是专门为高压供电设备设计的程序，在远程控制高压供电设备启动时，整流变压器及三点隔离开关返回plc的联锁信号满足条件，否则高压供电设备不允许启动，此联锁对检修设备时的人身及设备运行都起到很大作用。

4.6声波清灰装置的控制

声波清灰装置是与电除尘器相对立的一个系统，作用是在电除尘器停运时对除尘器内部积灰进行清理，运行时将积灰振到灰斗中排出。故plc对声波清灰装置的控制经常用集中手动操作方式运行，当点击运行时，声波清灰装置按照固定顺序清灰一次，并可通过时间继电器对运行时间进行控制，在规定时间内执行循环清灰。

5 结束语

plc控制在济钢炼铁厂400㎡烧结机机头除尘系统的应用中可以看出，plc系统可使电除尘系统自动化水平、控制性能、智能化等方面都有显著提高，现场操作和维护工作量大大减少，设备故障率也大大降低。plc控制对实现电除尘器运行的自动化和管理的智能化，改善电除尘器的运行情况，提高电除尘器的除尘效率，延长各部分构件的使用寿命及节约能源等都具有直接影响和现实意义。