海为PLC体验文章“一等奖”（郁文胜）—海为PLC在工业煤气发生炉控制上的应用

海为PLC在工业煤气发生炉控制上的应用

佛山市新太重工机械设备有限公司 郁文胜

一、 煤气发生炉的工作原理：

煤气发生炉工作原理是以煤为原料生产煤气，供燃气设备使用的装置。固体原料煤从炉顶部加入，随煤气炉的运行向下移动，在与从炉底进入的气化剂（空气、蒸汽）逆流相遇的同时，受炉底燃料层高温气体加热，发生物理、化学反应，产生粗煤气。此粗煤气（即热煤气）经净化冷却系统后可直接供燃烧设备使用。也即煤在一定条件下以空气和水蒸气为气化剂,充分结合产生化学反应，生成了新的可燃性气体，它是一种新型封闭、高效、节能、环保的燃烧系统，热效率高达80%以上。煤气发生炉按炉型结构可以分为单段炉和双段炉，按煤气的使用温度可以分为热煤气和冷煤气，现就双段炉冷煤气的自动监控系统进行介绍。

二、 煤气发生炉的工艺流程图：

三、 系统概述：

本电气控制系统主要目的是根据双段煤气发生炉的工艺条件要求进行操作上的控制与联锁。以海为PLC为主控制器，威纶通MT8000触摸屏为监控人机界面，利用海为PLC强大的通讯功能，以及智能仪表较强的过程控制功能和较高的可靠性，利用仪表的RS485通讯进行组网控制，根据煤气发生炉的安全可靠性要求，重要控制回路必须由现场智能仪表控制，因此，本系统主要分为饱和蒸汽温度控制，煤气低压总管压力控制,煤气高压总管压力控制，加煤机控制、出灰芦蓖控制、以及汽包水位控制，仪表控制等, 具备鼓风机联锁加压机启动、煤气低压总管压力低联锁加压机运转功能，汽包压力高及其它报警功能。

四、 低压煤气总管压力控制系统：

低压煤气总管压力的控制主要是通过控制鼓风机的鼓风量来控制，通过安装在煤气低压总管上的压力变送器，将压力信号传给智能仪表，再由智能仪表经PID调节去控制鼓风机的控制变频器，鼓风机采用变频控制，采用一开一备共一台变频机组运行，可在中控柜的触摸屏面板监示变频器的运行频率及电流。由于高压总管压力波动后，加压机会自动跟踪压力调节，使得低压总管压力也会随其波动，然后鼓风机再跟综变化，此控制过程鼓风机的反应比较滞后，当高压总管压力波动后，须等加压机调节后，鼓风机才跟随调节，因此，在低压总管压力调节控制回路中应加入前馈控制环节，也就是将高压总管压力信号的波动作为前馈信号引入到低压总管压力的调节回路之中，这样就避免了系统调节时压力波动比较大的缺点。

五、 煤气高压总管压力控制系统：

高压煤气总管压力的控制主要是通过控加压风机的送风量来控制，通过安装在煤气高压总管上的压力变送器，将压力信号传给智能仪表，再由智能仪表经PID调节去控制加压风机的控制变频器，加压机采用变频控制，共两台变频机组运行。可在中控柜的触摸屏面板监示变频器的运行频率及电流,加压风机变频器的运行频率由煤气高压总管压力数显表进行控制。开机时需确保鼓风机变频器已经运转，且煤气低压总管压力大于100Pa后，方能开始启动操作加压机，否则因联锁关系加压机不能起动。（注：加压机正常运转后，若鼓风机变频器停止或低压总管煤气压力低于100Pa，加压机也会自动停止）。

六、 加煤机控制：

加煤机下料系统采用双通道液压阀下料，分为左右上阀和左右下阀，加煤时可以采用手动及自动方式进行。自动方式时由海为PLC进行程序控制，由煤气出口温控表进行控制启动加煤,也可由加煤机操作箱面板上的手动启动加煤旋钮进行启动加煤。并可在后台触摸屏监示到各个阀门的动作状态及加煤次数，加煤次数可在触摸屏上进行手动复位。手动方式时：将控制方式切换到手动控制，然后利用面板上的上（下）阀打开或关闭按钮对上下阀进行打开或关闭，手动控制时上下阀不受程序及时间约束，由操作员根据需要进行控制(注：手动时各通道上下阀也同时互锁，不能同时打开上下阀)。自动方式时：将控制方式切换到自动控制，当PLC接收到由温控表加煤指令（或面板上的手动加煤指令）时，温控表的加煤指令是由上段出口温度表进行控制，加煤启动温度为温控表内的第一段报警AL1值确定（具体设置参见温控表说明书），当前温度达到AL1的设置值时，AL1指示灯亮，并给加煤PLC发出加煤指令。PLC按照下阀打开→→下阀关闭→→上阀打开→→上阀关闭的顺序轮流进行加煤，根据需要可以调整下阀打开时间及上阀打开时间，并通过调整加煤计数器的下煤次数来控制加煤量的大小。根据工艺条件要求，需要再次加煤时，再按“加煤启动”按钮或等待下次加煤指令的到来，加煤机再次自动循环工作。最终加煤完成时须确保灰斗内储存有煤粉，有利于阀门的密封。

七、 出灰机控制系统：

本出灰控制系统工作原理是，由炉蓖对侧的两台液压缸合力来推动整个炉蓖的运转，控制也分为手动和自动两种控制方式，手动方式时，液压油泵由油泵开关控制，启动油泵后，可利用点动前进及点动后退按钮进行控制油缸的进退（注：手动方式时油缸前进和后退按钮无效，而在自动方式时，点动前进与点动后退按钮无效，而油缸前进与后退按钮在自动方式时有效）。自动方式时，由次计数器、次间隔时间继电器，回间隔时间继电器进行控制。

八、 汽包液位控制系统：

本汽包液位控制系统由总柜内的海为PLC来完成加水的逻辑控制，分为上水套汽包，下水套汽包，旋风汽包液位控制。供水系统统一由两台软水泵进行供水，再由各台汽包的电磁阀控制是否加水或停水，只要其中有一台汽包需要加水，软水泵就不会停运。控制模式可在中控柜上的自动/手动旋钮进行控制，软水泵选择可在中控柜上的1#/2#软水泵选择旋钮进行控制。汽包自动加水模式：各台汽包均具备水位自动加水功能，由汽包液位数显仪表根据设定的上下限水位（上限AL1，下限AL2）控制电磁阀和泵进行加水。当达到设定的上限水位时停止电磁阀和泵加水，当水位下降到下限水位时自动启动电磁阀和泵加水。当电磁阀发生故障时，由旁路手动球阀进行加水，水位可根据玻璃管液位计的高度进行控制。控制加水时，泵先启动，延时1秒钟后，电磁阀打开，确保汽包内的压力蒸汽不串到水管内，停止加水时，顺序刚好相反，电磁阀先关闭，延时2秒钟后，泵停。此过程由中控PLC自动完成。而汽包压力通过汽包压力电接点压力表进行报警，当汽包压力高于设定的压力时，报警器报警。

九、 仪表控制系统：

1、 炉底饱和蒸汽温度为一个点，用来控制炉底饱和蒸汽温度，通过设定表上的温度，由智能温控表控制调节阀自动对炉底的饱和蒸汽温度进行PID控制,达到自动控制的要求。

2、 低压煤气总管压力为一个点，通过压力变送器测量压力送给低压煤气总管压力表，通过设定表上的压力，由智能表控制鼓风机的频率的大小来控制鼓风机的转速，从而达到控制炉气出口压力的大小（详见鼓风机操作部份）。

3、 高压煤气总管压力为一个点，通过压力变送器测量压力送给高压煤气总管压力表，通过设定表上的压力，由智能表控制加压风机的频率的大小来控制加压风机的转速，从而达到控制送用户总管压力的大小（详见加压风机操作部份）。

4、 上段煤气出口温度为一个点，为单显表，通过设定报警值1（AL1）的值来控制加煤机的启动。

5、 各汽包液位显示采用磁翻板液位变送器采集信号，上传到各个汽包液位表进行液位显示和控制，通过设定表的上下限报警值（AL1和AL2）来控制水泵的启停，从而达到控制水位的目的。

6、 还有其它点为空气总管压力、上下段煤气出口压力、炉底饱和蒸汽压力、下段出口温度、送用户煤气总管温度、间冷出口温度为单显指示作用，炉身四周测温、电捕绝缘箱温度为巡检表，不参与系统的控制目的。

十、 触摸屏后台操作系统：

触摸屏后台操作系统主要完成工艺参数的监示和管理，分为系统监示、发生炉体、加煤监示、给水控制、报表数据、净化系统、报警查询、趋势查询、事件报警、工艺原理共十个画面。分别说明如下：

1、 初始画面：进入各画面的导航面面图，画面如下：

此画面的左上角有当前日期与时间显示，直接用手触控时间栏，即可调出时间校准画面，可对当前时间进行校准；

2、 系统监示：形象显示了工艺系统的工艺各测量点的参数。画面如下:

此画面共分为1#炉系统和2#炉系统，分别监示1#炉和2#炉的全局系统。其中鼓风机及加压机，空气总管、低压煤气总管、高压煤气总管为公共部份。

3、发生炉体画面：此画面局部将整个炉座的工艺参数显示出来。分为1#和2#炉体部份。画面如下：

4、 加煤监示：监控加煤机的动作状态，画面如下：

此画面也分为1#炉加煤和2#炉加煤系统，分别监示加煤系统的状态，并可以画面上进行加煤触控，当触控加煤方型按钮时便可给加煤机发出加煤指令，并在右侧显示加煤计数及出灰计数，并具复位功能。

5、给水控制画面：分为1#和2#给水控制画面，监示各汽包的给水状态，并可在触摸屏上进行手动控制各给水电磁阀动作。画面如下：

6、报表数据：以报表的形式将工艺各参数表列出来。画面如下：

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