西门子PLC在垃圾燃烧发电厂的应用.docx

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1、西门子PLC在垃圾燃烧发电厂的应用lihan导语：垃圾燃烧发电厂使用高档PLC控制系统，这样可以大大降低控制系统的本钱。关键词：可编程逻辑控制器垃圾燃烧发电厂控制比例积分微分集散控制系统城市生活垃圾、工业垃圾、医院卫生废弃物、淤泥和废橡胶轮胎等垃圾燃烧处理技术，利用垃圾燃烧的余热发电，变废为宝，将是今后环保技术的一个重要开展方向。这种垃圾燃烧日处理废物才能为1350t，余热锅炉的热容量小，发电机组小，一般为20兆瓦以内。因此，垃圾燃烧发电厂的控制系统比大型电厂简单得多。一般来讲，大型电厂的主机控制系统是无法采用PLC来控制的，只有一些辅机系统才可以使用PLC。但是，随着现场总线技术及微处理器性

2、能的突飞猛进，高档PLC集散控制系统已经成功应用在中型及较复杂的控制领域中，例如，垃圾燃烧发电厂就可以使用高档PLC控制系统，这样可以大大降低控制系统的本钱。本文将介绍某垃圾燃烧发电厂PLC控制系统.2、控制系统总体方案介绍该集散控制系统采用SiemensS7-400系列PLC，Siemens公司的S7-400系列PLC是90年代推出的S7系列中的大型机型，具有完善的功能和强大的通讯才能，十分是总线国际标准之一的Profibus，得到很多厂家的支持，非常有利于分布式控制系统的使用，Profibus-DP总线的通讯速率可达12Mbps。S7-417H双机热备系统和ET200M分布式I/O组成的P

3、rofibus-DP总线网构成切换构造，实现故障时的无扰动自动切换，可用在平安性能要求极高的控制系统中。但是S7-417H双机热备系统造价相对昂贵，为了减少硬件投资，可以选用软件双冗余用416CPU进展双机热备，采用分布式I/O的Profibus-DP现场控制总线，上位机与PLC之间采用OSM/ESM环形100兆工业以太网光网进展通讯,上位机采用Intouch7.1组态软件进展系统组态。1工作原理垃圾经自动给料单元送入燃烧炉的枯燥床枯燥，然后送入炉排，炉排在脉冲空气动力装置的推动下抛动垃圾，垃圾与炉排片上的均匀气孔喷出的助燃空气混合燃烧，燃烧产生的热量由余热锅炉回收。余热锅炉产生的高温高压水蒸

4、汽推动汽机发电，燃尽后进入灰渣坑，由自动除渣装置排出。由主燃烧室挥发和裂解出来的烟气进入第二、三级燃烧室，进展进一步燃烧，使烟气的温度高达1000，烟气在此停留时间不少于2s,使有毒的烟气迅速分解，后经烟气处理设备及除尘设备电除尘、布袋除尘处理合格后排入大气。2环保发电厂主要设备焚化炉锅炉2台，每台主要的技术参数如下:垃圾处理量:8.33t/h产生蒸汽量:22.5t/h过热蒸汽压力:4.0MPa过热蒸汽温度:400炉膛温度:980给水温度:145汽轮机发电机组一套，主要的技术参数如下:主蒸汽压力:3.9MPa主蒸汽温度:390发电机主要的技术参数如下:功率:12000kW出线电压:10.5kV

5、频率:50Hz额定转速:3000r/min功率因数:0.8励磁方式:无刷励磁系统烟气处理系统两套配套电气供配电系统该PLC集散控制系统I/O点数有3000余点，其中模拟量300余个。全厂的PLC集散控制系统图如附图所示。3、上位机监控系统配置系统共设4台操纵员站，1台工程师站。其中2台操纵员站用于炉侧设备的监控，包括燃烧炉、锅炉两套系统，烟气脱硫系统，除灰系统;另2台操纵员站用于机侧设备的监控，包括汽机系统、制给水系统、废水处理系统、电气及其它局部。炉侧的两台操纵员站和机侧的2台操纵员站均为双机热备。炉侧和机侧的操纵员站之间功能独立，不能互换操纵。工程师工作站，进展系统软件开发组态和警报顺序事

6、件记录，工程师站将可以作为任一操纵员站完成相关控制监测功能。工程师站、操纵员站及PLC之间采用OSM/ESM环形100兆工业以太网光网进展互连通讯。操纵系统采用中文WindowsNT窗口操纵系统。附图全厂PLC集散控制系统图上位机采用Intouch7.1组态软件进展系统组态。人机界面主要设计有以下内容:1系统工艺流程显示根据设计院提供的系统工艺流程图，按照功能组区域划分；2顺控系统操纵指导显示有顺控步序显示，即顺控程序步骤的状态显示，以及操纵提示等；3调节系统、调节画面回路手操站，调节参数与参数趋势的集中显示；4重要参数趋势显示有实时趋势与历史趋势两种显示;5汽轮机状态等参数的棒图显示;6全局

7、报警显示系统按照功能区分为假设干个报警组，各个报警组的报警窗口分布于相应功能显示窗口的上方，全局报警显示提供集中查看系统所有报警的才能，或者按优先级、报警组过滤查看，并具有全局报警确认；7报表治理提供日报、月报打印功能，打印方式有:定时打印、事件驱动打印、运行人员召唤打印，提供历史报表数据查看功能;8PLC系统状态显示提供系统硬件网络的查错、维护功能;9多级地图式菜单显示；10系统平安级别定义为了保证系统的平安操纵，设计有三级权限:工程师级、高级操纵员级、操纵员级，操纵员级用户可进展系统正常操纵，高级操纵员级用户除具有操纵员级的功能外，还具有修改调节参数、修改时间、查看历史报表、召唤打印等功能

8、，程师级拥有最高权限，具有高级操纵员级所有功能，还可进入开发环境进展组态修改。4、PLC控制系统配置整个系统分1#、2#PLC主站。1#PLC主站分别控制1#及2#锅炉燃烧炉;2#PLC主站分别控制汽机系统、制给水系统、废水处理系统、电气及其它局部。每个PLC主站分别由2个CPU416-2DP订货号:6ES74162XL010AB0组成双机热备，通过实时冗余软件实现控制系统无扰动换，确保系统平安稳定运行，2个CPU通过MPI接口进展互相监视和数据备份，每个CPU分别通过CP443-1工业以太网通讯模块与上位机进展通讯。Siemens的416CPU组成双机热备，只能通过软件来实现，因此称之为软冗

9、余，原那么上CPU315以上的CPU都可以组成软冗余。用户必须自己编写冗余治理程序，把需要冗余的数据放在特定的DB里，在每个扫描周期里主CPU就把这些特定DB里的数据影像到从CPU中。软冗余与硬冗余具有开发人员可以自定义冗余数据库的优点，这样可以大大缩短在每个扫描周期中冗余数据的影像时间。控制信号的输入/输出由相关ET200M分布式I/O模块完成，采用“就近原那么，以最大程度减少现场的硬布线。每个ET200M分别有两块IM153-2通讯模块，分别挂在DP总线上，组成冗余的DP总线。ET200M采用是Siemens300系列分布式I/O模块，价格低廉。每个ET200M可扩展8个I/O模块，容量可

10、高达128字输入/128字输出，最大传输速率为12Mbps。本控制系统由西门子400系列的CPU416-2组成双机热备，进展数据冗余，300系列分布式I/O组成双冗余的DP总线，是性价比极高的集散控制系统，在今后的各种环保电厂主机控制及大型发电机组的辅机控制领域中具有极大的推广价值。CPU416具有非凡的性能，它二进制指令的执行时间为0.08sCPU417H为0.12s，最大的数字量IO或者模拟量IO高达65536或者4096点。本集散控制系统有8000余条逻辑控制语句，30个PID控制回路，其中:带微分前馈控制的回路2个，条件切换输出的回路10个，三冲量调节回路2个，单冲量调节回路26个。系

11、统实时性可靠性要求较高。本集散控制系统中，PLC完玉成厂逻辑顺序控制及所有PID回路控制。其中,逻辑顺序控制分以下几个局部:11-2-3级吹扫其目的是为了确保1-2-3级燃烧室风烟系统相关设备正常且信道畅通，是炉膛保护要求的重要操纵之一；2风机启动；3焚化炉锅炉吹扫其目的是为了确保焚化炉锅炉整个风烟系统相关设备正常且信道畅通，是炉膛保护要求的重要操纵之一；4第二级预热其目的是为了进步第二级温度使其到达设定值，是第一级预热及第一燃烧室燃烧器投入的前提条件;5第一级预热目的是为了进步第一级温度使其到达设定值;6顺序停运；7燃烧器顺序点火/停运；8给料系统自动循环；9除渣系统自动循环；10渣坑水位联

12、锁控制；11吹灰系统顺序控制；12锅炉保护；13主燃料跳闸；14料油跳闸；15正常发电形式；16孤立运行形式；17汽轮机故障形式；18化学水处理控制；19污水处理控制。5、主要PID控制回路1炉膛压力调节系统此系统为单冲量调节回路。按系统工艺，炉膛应保持一定的负压值PT101，故需对引风机PV101进展PI调节。为防止引风机变频器运行过大或者过小，造成锅炉熄火，调节系统中引入高、低限幅模块。2枯燥炉排温度调节系统此系统为单冲量调节回路。按系统工艺，进入燃烧炉一燃室1#炉排的垃圾含有一定水分，直接影响炉膛温度，增加1#-2#燃烧器的负担。因此，从三燃室引入混合烟气进展枯燥。由于三燃室混合烟气的温

13、度较高，故通过调节枯燥风机TV108使枯燥炉排温度TE108维持在设定的工作范围。3再循环烟气温度调节系统此系统为单冲量调节回路。通过调节再循环风机TV109使四燃室烟气温度TE109维持在设定的工作范围。4一燃区炉膛温度调节系统此系统为条件切换多输出调节回路。按系统工艺，燃烧炉一燃室分为起炉运行和正常运行两个阶段。在起炉运行阶段，炉膛温度TE101主要由1#-6#燃烧器的燃油量来控制，通过调节1#-6#燃烧器回油调节阀HV107、HV111、HV117、HV121、HV127、HV131来维持系统对炉膛温度TE101的要求。在正常运行阶段，炉膛温度主要靠1#-4#炉排上垃圾的燃烧来维持，通过

14、调节1#-4#炉排的排风调节阀HV104、HV114、HV124、HV134送风机转速一定，排风调节阀可调节送风量来控制1#-4#炉排上垃圾的燃烧，进而到达系统对炉膛温度TE101的要求。此调节经过将直接影响炉膛负压，为防止炉膛负压的减少对系统的影响，当炉膛负压打破一定值时如小于1kpa，对排风调节阀限幅。5锅炉汽包水位调节系统此系统为三冲量调节回路。通过采用给水流量FT101、蒸汽流量FT103和汽包水位LT102主信号一起对给水调节阀LV102进展PI调节，使汽包水位保持在设定范围内，以适应锅炉的蒸发量。6过热蒸汽温度调节系统系统将减温器后蒸汽温度TE116作为前馈信号引入调节，与过热蒸汽

15、温度TE119主信号一起对减温水调节阀TV119进展PI调节。7汽机前压调节系统此系统为条件切换输出调节回路。正常发电时，利用汽轮机与旁路系统平衡配置，通过汽轮机同步控制器调速汽门来调节主汽门前压力PT302，使其稳定在工作压力上下。当发电机甩负荷时，控制旁路蒸汽调节阀PV302，退出自动状态。8减温减压器温度调节系统减温减压器共有两项调节任务:调节喷水量维持减压后蒸汽温度在工作范围内；调节减压阀的开度维持减压后蒸汽压力在工作范围内。本调节系统通过减温水调节阀TV327来调节减温减压器后温度TE327，使其稳定在工作温度上下。9减温减压器压力调节系统此系统为条件切换输出调节回路。在低负荷状态时

16、，本调节系统通过调节蒸汽旁路调节阀HV302来维持减温减压器后压力PT325，使其稳定在设定工作范围内。当处于甩负荷状态时，调节系统来调节蒸汽调节阀PV325。10低压分汽缸压力调节系统此系统为双调节器条件切换单输出回路。低压分汽缸的蒸汽在正常发电形式下来自汽轮机的抽汽;当发电机处于甩负荷状态或者汽轮机故障状态时，那么来自于主蒸汽经减温减压器后的一局部蒸汽而另一局部蒸汽那么进入高压冷凝器。本调节系统根据系统要求，通过调节蒸汽调节阀来平安公道的分配这两局部蒸汽。当高压蒸汽冷凝器的压力PT327小于0.2Mpa时，调节系统通过调节蒸汽调节阀PV326来维持低压分汽缸压力PT326，使其稳定在设定工

17、作范围内。当高压蒸汽冷凝器的压力PT327大于0.2Mpa时，调节系统通过调节蒸汽调节阀PV326来维持高压蒸汽冷凝器的压力PT327，使其稳定在设定工作范围内。11除氧器液位调节系统此系统为条件切换输出调节回路。正常发电形式时，大量的凝聚水由凝汽器通过低加直接送回到除氧器，不通过疏水箱，除氧器的补给水通过调节进水调节阀LV304_1，实现除氧器液位LT404的恒定。当汽轮机故障状态时，大量的凝聚水从高压冷凝器聚到疏水箱，除氧器的补给水那么通过疏水箱输送，除氧器液位LT404通过调节进水调节阀LV304_2，实现液位的恒定。6、完毕语该PLC集散控制系统经两年多的运行证实，各项技术指标均到达国

18、际先进程度，主要表现如下:1燃烧效率高垃圾在炉排上与空气混合均匀燃烧充分，垃圾燃尽率高；2回热效率高余热锅炉分布在主炉膛和烟道中，可充分吸收垃圾燃烧热量，正常燃烧热效率80%以上，即使水份很大的生活垃圾，燃烧热效率也在70%以上；3处理垃圾范围广泛可以处理工业垃圾、生活垃圾、医院垃圾废弃物、废弃橡胶轮胎等；4运行维护费用低炉排采用了整块设计维护量小，自动控制程度高，运行人员少；5可靠性高经过近半年运行说明，此燃烧炉故障率非常低。6排放物控制程度高由于采用二级烟气再燃烧和先进的烟气处理设备，使烟气得到了充分的处理。经长期测试，烟气排放物中CO含量110PPM，HC含量23PPM，NOx含量35PPM，完全符合欧美排放标准。烟气在二、三级燃烧室燃烧时温度达1000，并且停留时间达2s以上,可使二恶英根本分解，烟气中二恶英的含量为0.04ng/m3,远低于欧美标准0.5ng/m3.