旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)自動(dòng)控制系統(tǒng)優(yōu)化并納入DCS 監(jiān)控

楊志方，劉柯辰

（武漢工程大學(xué) 電氣信息學(xué)院，湖北 武漢430205）

火力發(fā)電廠開式循環(huán)冷卻水的主要作用是向閉式循環(huán)水冷卻水系統(tǒng)的設(shè)備提供冷卻水，其水源為循環(huán)水或循環(huán)水補(bǔ)充水。其中含有較多雜質(zhì)，如果不能清除掉其中大部分雜質(zhì)，將會(huì)對(duì)設(shè)備管道造成堵塞或者腐蝕，造成某些重要設(shè)備溫度異常，影響機(jī)組安全。

本次優(yōu)化的300 MW 火力發(fā)電機(jī)組開式水系統(tǒng)配有一臺(tái)旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)，目前該旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)由電氣回路控制，裝設(shè)在就地控制柜中，濾網(wǎng)壓差的監(jiān)視方式主要是由運(yùn)行人員到生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)查看壓差表。這種方式較為不便，若沒有及時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)濾網(wǎng)則會(huì)造成濾網(wǎng)損壞，造成開式循環(huán)冷卻水水量不足。

本文將旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)為由PLC 控制，并納入DCS 控制系統(tǒng)，運(yùn)行人員可在監(jiān)控畫面上監(jiān)視和控制濾網(wǎng)的啟動(dòng)和停止，不僅減輕了運(yùn)行人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，而且保證了機(jī)組安全、高效地運(yùn)行。

1 旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)工作過程

循環(huán)水通過旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)進(jìn)入開式循環(huán)冷卻水泵，水中的雜質(zhì)經(jīng)濾網(wǎng)過濾聚集在濾網(wǎng)筐外，使濾網(wǎng)的前后壓差增大。當(dāng)濾網(wǎng)前后壓差增大到設(shè)定值時(shí)，壓差監(jiān)測(cè)系統(tǒng)發(fā)出壓差大的信號(hào)，開始進(jìn)行濾網(wǎng)反沖洗。

反沖洗時(shí)，開反沖洗管道的電動(dòng)出口閥，同時(shí)齒輪箱電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，通過封閉式傳動(dòng)軸、減速齒輪箱，帶動(dòng)反沖洗轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。反沖洗轉(zhuǎn)子下端帶有一個(gè)扇形的垃圾槽，槽的一端與反沖洗管道相聯(lián)通。當(dāng)反沖洗轉(zhuǎn)子的垃圾槽轉(zhuǎn)動(dòng)至完全覆蓋某一扇形拱裝濾網(wǎng)時(shí)，垃圾槽與橡膠密封板使該扇形拱狀濾網(wǎng)上游處形成一個(gè)腔室。該腔室與反沖洗出口管道相連通，濾網(wǎng)上游則處于低壓狀態(tài)。此時(shí)，濾網(wǎng)下游的壓力高于上游壓力，在這個(gè)差壓的作用下，該處濾網(wǎng)下游的循環(huán)水改變流向，從流往電動(dòng)進(jìn)水濾網(wǎng)轉(zhuǎn)為流向反沖洗轉(zhuǎn)子的垃圾槽，形成反沖洗水流。聚集在該處的雜質(zhì)被水流帶走，隨著反沖洗轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)，濾網(wǎng)上的雜質(zhì)被清洗干凈[1]。

2 PLC 改造方案

2.1 主電路設(shè)計(jì)

主電路設(shè)計(jì)如圖1 所示。

圖1 主電路圖

2.2 PLC 選型及I/O 點(diǎn)分配

根據(jù)旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)的工藝要求統(tǒng)計(jì)出該控制系統(tǒng)的I/O 點(diǎn)共有33 個(gè)，其中數(shù)字量輸入點(diǎn)16 個(gè)，數(shù)字量輸出點(diǎn)17 個(gè)。根據(jù)輸入和輸出的要求，選用西門子小型一體化PLC S7-200 CPU224 CN，增設(shè)EM223 CN 擴(kuò)展模塊。其中CPU224 CN模塊內(nèi)置數(shù)字量14 個(gè)輸入點(diǎn)和10 個(gè)數(shù)字量輸出點(diǎn)，EM223 CN 模塊內(nèi)置8 個(gè)數(shù)字量輸入點(diǎn)和8 個(gè)數(shù)字量輸出點(diǎn)。

西門子S7-200CN 型PLC 控制器操作方便，可靠性高，性價(jià)比高，廣泛用于工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域。本系統(tǒng)的I/O 點(diǎn)數(shù)分配如表1、表2 所示。根據(jù)I/O 分配情況對(duì)相關(guān)設(shè)備和PLC 進(jìn)行連接，由于出口電動(dòng)閥和電動(dòng)機(jī)等設(shè)備運(yùn)行電流較大，而PLC 輸出電流較小，用中間繼電器和PLC 的輸出端子連接，對(duì)輸出的信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，從而能夠正常驅(qū)動(dòng)設(shè)備并保護(hù)PLC 的輸出觸點(diǎn)。

2.3 旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)控制流程

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工作方式及旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)的控制方式，旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)成可以手動(dòng)控制，也可自動(dòng)控制；可以現(xiàn)場(chǎng)控制，也可以遠(yuǎn)程DCS 上控制。在手動(dòng)控制的方式下，濾網(wǎng)前后壓差大于0.1 MPa 時(shí)壓差測(cè)量系統(tǒng)發(fā)出信號(hào)至PLC，現(xiàn)場(chǎng)控制柜和控制室電腦均顯示報(bào)警，運(yùn)行人員可以在現(xiàn)場(chǎng)或者電腦上控制出口電動(dòng)閥和啟動(dòng)齒輪箱電動(dòng)機(jī)的啟停來完成反沖洗操作。在自動(dòng)控制方式下，每隔8 h 濾網(wǎng)自動(dòng)反沖洗1 次，由時(shí)間繼電器發(fā)信號(hào)至PLC，無論當(dāng)時(shí)濾網(wǎng)前后壓差為多少，均進(jìn)行反沖洗。壓差測(cè)量系統(tǒng)主要由壓差計(jì)、磁性觸點(diǎn)等組成。主控制程序流程如圖2 所示。

表1 PLC 輸入點(diǎn)分配

表2 PLC 輸出點(diǎn)分配

3 旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)DCS 控制組態(tài)

為方便運(yùn)行人員對(duì)旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)監(jiān)視和操作，DCS 需提供啟、停按鈕、反饋信號(hào)、旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)前后壓差反饋及報(bào)警顯示。本系統(tǒng)只需在機(jī)組現(xiàn)有控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，將旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)的控制接入DCS 即可。本次接入機(jī)組的控制系統(tǒng)為艾默生過程控制有限公司的Ovation DCS。將艾默生DCS 專用通信LC模塊裝入DPU 控制柜中，和就地PLC 用硬接線方式連接。在OVATION DCS 系統(tǒng)中進(jìn)行邏輯設(shè)置，如圖3 所示。

運(yùn)用Ovation 系統(tǒng)軟件創(chuàng)建旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)控制系統(tǒng)的監(jiān)控組態(tài)畫面，建立變量與遠(yuǎn)程監(jiān)控畫面的連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)參數(shù)的監(jiān)視及電動(dòng)閥、電動(dòng)機(jī)的啟停控制，濾網(wǎng)電動(dòng)機(jī)和濾網(wǎng)出口門監(jiān)控畫面如圖4 所示。

圖2 主控制程序流程圖

圖3 旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)電動(dòng)機(jī)和出口門控制邏輯圖

圖4 濾網(wǎng)電動(dòng)機(jī)和濾網(wǎng)出口門監(jiān)控畫面

4 結(jié)論

開式循環(huán)冷卻水旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)控制系統(tǒng)由電氣回路控制改為由PLC 控制并接入DCS 系統(tǒng)后，可在DCS 上監(jiān)視和控制濾網(wǎng)前后壓差、旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)齒輪箱電動(dòng)機(jī)和出口門。改造后的旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)自動(dòng)控制效果好，提高了機(jī)組的安全性和經(jīng)濟(jì)效益，減少了運(yùn)行人員日常維護(hù)和操作的工作量。