基于PLC控制的除氧加藥系統(tǒng)設計

侯金泉

摘? 要：該文針對鍋爐除氧加藥系統(tǒng)自動化程度低，加藥精度不高等情況，著力于介紹一種鍋爐除氧加藥系統(tǒng)的設計方法。該系統(tǒng)主要依靠PLC控制器采集鍋爐補水量信號，通過周期循環(huán)的數(shù)據(jù)處理邏輯和算法，計算出加藥時間，控制加藥泵實現(xiàn)加藥，實現(xiàn)了鍋爐除氧加藥的24小時自動化運行以及加藥量的精確控制。該系統(tǒng)的特點為結構簡單、采集信號點少、可靠性高、便于改造實施。

關鍵詞：除氧加藥;自控;系統(tǒng)設計

中圖分類號：TP27? ? ? ? ? ? 文獻標志碼：A

0 引言

除氧裝置作為鍋爐系統(tǒng)的重要組成部分為大家熟知。為保證鍋爐長期穩(wěn)定運行，鍋爐水在進入鍋爐前要進行除氧和部分藥品添加，以保證鍋爐內壁不受腐蝕。目前，采用較多的方法是在鍋爐水進入鍋爐前進行熱力除氧，同時在熱力除氧階段進行水質調整即藥品添加。我廠LOOS鍋爐根據(jù)原水水質等情況需要進行磷酸三鈉的添加，磷酸根離子能夠與水中微量鈣鎂離子形成疏松沉淀，此沉淀能夠隨排污及時除去，避免產生水垢，保證鍋爐水中的鈣鎂離子不會形成頑固水垢。但磷酸根離子濃度過高時，也會帶來一定的危害。因磷酸三鈉為強堿弱酸鹽，過量添加的話也會造成堿度過高，排污增加，帶來一定的熱力損失。為保證磷酸酸鈉濃度穩(wěn)定，實現(xiàn)精確控制加藥量，就需要一套自動化程度高、控制性強的加藥系統(tǒng)。

1 磷酸根離子濃度測定

磷酸根離子濃度測定方法：目前按照國家標準我們主要采用磷鉬藍比色法進行測定，是根據(jù)試樣溶液顏色深淺的程度與已知標準溶液比較，來確定物質濃度的方法。在實際測量中，我們一般采用0 mg/L～50 mg/L間隔為10 mg/L的標準溶液進行比色。此種測定方法存在一定的局限性。1） 測定時間過長，每次進行測定需2 h以上。2）測定需人工進行操作，耗費人力。3）采用比對法進行測定，檢測精度不高。

2 除氧加藥裝置設計思路

加藥裝置設計的一般思路是通過檢測鍋爐水中磷酸根離子濃度，再根據(jù)磷酸根離子濃度來判定加藥量。但由于磷酸根離子在工業(yè)中的測定方法耗時較長（單次人工測定需2 h）且需要人工判定，因此可行性不高。所以該文著力考慮根據(jù)鍋爐除氧補水量來判定加藥量的方法。

由于加藥量已確定是通過鍋爐除氧補水量來判定，下一步就是控制加藥的實現(xiàn)。目前，可以影響加藥實現(xiàn)的因素主要有加藥濃度、加藥時間和加藥速度。在操作中，主要通過恒定其中2個變量，控制剩余一個變量的方法實現(xiàn)加藥，因此有3種備選方案，如圖1所示。方案1穩(wěn)定加藥濃度、加藥速度，控制加藥時間。方案2穩(wěn)定加藥濃度，加藥時間，控制加藥速度。方案3，穩(wěn)定加藥速度，加藥時間，控制加藥濃度。方案3中控制加藥濃度需要大量人工配藥操作，較難實現(xiàn)，方案2中控制加藥速度需要加藥設備更新投入較大，所以最終選擇方案1恒定加藥濃度、加藥速度，控制加藥時間來作為主要控制思路。

3 除氧加藥裝置方案細化

3.1 方案原理

根據(jù)除氧裝置設計思路，繪制了原理圖，如圖2所示。

裝置主要由3個部分組成，主要包括數(shù)據(jù)采集裝置、控制器以及執(zhí)行裝置。數(shù)據(jù)采集裝置是由流量計構成。控制器由西門子PLC300控制器構成。執(zhí)行裝置由加藥泵構成。3個部分相互配合協(xié)同完成整個控制過程。主要過程是通過數(shù)據(jù)采集流量計采集除氧罐進水流量并上傳數(shù)據(jù)到控制器中，控制器根據(jù)算法計算出控制結果，并將結果通過執(zhí)行裝置執(zhí)行。

3.2 方案軟件

根據(jù)需求在西門子PLC300中編寫設計了一套可以采用周期循環(huán)處理的方式，對加藥時間進行自動控制，其邏輯示意圖如圖3所示。

其主要控制邏輯為采集周期開始時刻流量計計數(shù)并記錄。同時調取上一周期開始時的流量計計數(shù)，兩者相減即可計算出周期時間內的流量。根據(jù)計算出的流量值乘以相應系數(shù)最終計算出執(zhí)行時間，并發(fā)送指令到執(zhí)行器執(zhí)行。

3.3 方案硬件

根據(jù)工廠對除氧加藥系統(tǒng)的的要求，規(guī)劃設計系統(tǒng)架構，并選取相應的硬件材料，進行硬件設計。硬件系統(tǒng)主要由流量采集裝置、控制器、加藥機以及本地控制電路組成。選取1臺西門子PLC—300作為控制器，采用1個E+H流量計和2臺國產恒定流量加藥機。

3.4 方案補充

針對藥液補充情況分別做以下方案設計。1） 藥品稱量方式目前主要有直接重量稱量和標定體積稱量2種方式。直接重量稱量主要是通過使用電子秤直接對磷酸三鈉進行重量稱量，標定體積稱量主要利用固體磷酸三鈉密度基本不變，通過稱量體積達到所0需加藥量的方法。如果所需測量精度要求不高，使用標定體積稱量方式即可達到要求。標定體積法較為簡便，我們采用標定體積法稱量藥品。2）針對補藥間隔，我們主要考慮每班加藥與每天加藥，我們按照鍋爐最大日補水量對鍋爐的所需磷酸三鈉用量進行計算，經(jīng)過估算我們得到每天所需的最大加藥量為3 kg，考慮到加藥罐能夠很輕易地溶解3 kg磷酸三鈉，在保證需求的前提下，最大限度地節(jié)約人力，我們最終選擇每天加藥一次作為補藥間隔。

4 除氧加藥裝置控制過程

鍋爐補水流量通過E+H流量計進行計量統(tǒng)計，并將數(shù)據(jù)上傳PLC，PLC內的周期循環(huán)處理程序自動計算出單位時間內的鍋爐水補給量，系統(tǒng)程序根據(jù)單位時間內的鍋爐水補給量，按照預設比例進行換算，計算出單位時間內鍋爐水需要添加的磷酸三鈉量，并通過已知磷酸三鈉溶液濃度，計算出加藥機需要運行的加藥時間，并最終發(fā)出控制信號。控制加藥機在下一個單位時間內完成預定加壓時間的加藥，隨后繼續(xù)計算下一單位時間的鍋爐水補給量，繼續(xù)進行自動加藥，以此循環(huán)，從而實現(xiàn)不間斷自動根據(jù)補水流量進行加藥的過程。

5 除氧加藥裝置控制特色

該文所設計的加藥系統(tǒng)主要采用了的數(shù)據(jù)處理邏輯，能夠循環(huán)進行數(shù)據(jù)處理，以單位時間為時間間隔，不斷往復計算，從而連續(xù)不間斷地對加藥進行控制，有效規(guī)避了根據(jù)磷酸根離子濃度進行添加的弊端，有效地保證了加藥量根據(jù)補水量的變化而變化，從而保證了加藥的穩(wěn)定性和加藥系統(tǒng)的全天候運行。

6 結語

該文討論了磷酸三鈉在鍋爐水系統(tǒng)的作用情況，并介紹了一種基于PLC控制的除氧加藥系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠根據(jù)鍋爐水補給量添加一定濃度的磷酸三鈉，采用了周期循環(huán)的數(shù)據(jù)處理邏輯，實現(xiàn)了加藥系統(tǒng)的不間斷運行，有效控制了鍋爐水中磷酸根離子的濃度變化，從而有效地保證了鍋爐系統(tǒng)的運行。該系統(tǒng)已在工廠中得到實際應用，并取得了良好的運行效果。

參考文獻

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