西门子PLC在烟气脱硫脱硝系统中的应用

陈乐+杨光

摘 要：PLC控制系统的使用越来越广泛，由于它可以显著地提高工作效率，使得生产和运行更加精细化，并在一定程度上提高了生产过程的安全性，所以在各类工业生产过程中都得到了应用。其中西门子PLC开放的语言环境，方便的人机交互，非常便于生产操作、在线修改、过程维护。文章主要介绍西门子PLC在烟气脱硫脱硝系统中的应用。

关键词：PLC控制系统；脱硫脱硝；应用

中图分类号：X701.3 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）24-0145-03

1 工艺简介

在烟气脱硫脱硝系统中，一共分为三个主要系统流程：

1.1 脱硝系统

脱硝技术采用选择性催化还原法（SCR），SCR是指在催

化剂的作用下，利用还原剂（如NH3或尿素等）“有选择性”地与烟气中的NOx反应，并生成无毒无污染的N2和H2O。选择性催化还原系统中，一般由还原剂储存系统、还原剂蒸发系统、混合气体喷入系统、反应器系统及监测控制系统等组成。[1]

1.2 余热回收系统

烟道余热利用目前在国内已是成熟技术，具体方案为：从脱硝反应器来的废热烟气，通过引风机的作用，将烟气引至余热锅炉，同时将软水引入进水侧，通过热交换，产生蒸汽并入管网。余热系统由地下总烟道、地上钢制烟道、余热锅炉系统、引风机等组成。[2]

1.3 脱硫系统

采用镁法烟气脱硫技术，吸收塔的结构为逆流喷淋洗涤塔。排烟经过除尘器后，通过引风机送入脱硝系统除去烟气中的氮氧化物，再通过余热回收系统，将烟气温度降低至150℃左右，烟气再通过脱硫塔吸收段下部进入吸收塔内洗涤，净烟气由塔顶烟囱排入大气中。烟气进入吸收塔后首先经过三层喷淋系统进行洗涤吸收，由于洗涤液被特制的空心锥喷嘴雾化成比表面积极大的雾滴，可以同烟气进行充分的传质、吸收、洗涤烟尘等过程，喷淋吸收液由吸收塔循环泵供给。经过喷雾吸收洗涤的烟气中夹带着一定的水滴，在进入烟囱前必须进行除雾，为此在脱硫塔内设置了除雾段，除雾后的烟气通过烟囱直接排放。

2 PLC控制系统

2.1 PLC技术的优点

2.1.1 功能性强

PLC控制技术不仅具有记录数据、对顺序进行控制、进行逻辑运算等功能，还能够运用模拟量或者是数字量的方式进行对外的数据的输出和输入，并且在程序中可以编制工艺过程的安全联锁，报警设定。

2.1.2 容易进行安装和操作

一般可以进行编码程序的控制器体积都比较小、质量也比较轻，连接十分的简单和方便，并且能够实现即插即用，且能够简单易行的与设备内部相连，使得机电一体化能够轻易的实现。

2.1.3 对环境的适应能力较强

PLC的模拟量和数字量模块都使用了光电隔离技术，与现场设备连接的各个模块通道都相互隔离，使得PLC硬件系统有极强的抗干扰能力。此外其还有较好的抗粉尘能力和抵抗冲击的能力，可靠性高。

2.1.4 简单易学，维护方便

PLC的接口十分简单容易配置，编程中的梯形图语言通过图形和符号就能够理解其中的逻辑关系，学习起来非常的容易。而系统的硬件种类较少，即使系统结构需要改造，所需要的备件数量也会较少，所以维护系统也很便捷。[3]

2.2 硬件配置

在此系统中，PLC的硬件配置主要采用西门子S7-400+ET200M分布式总线IO形式。由西门子S7-400作为主机架，扩展机架及远程IO柜由S7-300的IO模块组成，IO模块包括热电阻、热电偶模拟量输入模块、常规模拟量输入模块、模拟量输出模块、数字量输入模块和数字量输出模块等。PLC系统硬件通过PROFIBUS DP网络连接，再经过以太网交换机，通过以太网连接至工控机。

2.3 软件配置

在此系统中，采用西门子STEP 7作为下位机编程软件，采用WinCC作为上位机组态软件。

3 主要功能的实现

3.1 模拟量转换（如图1）

其中，调用了原先编好的模拟量转换程序块FC10 “SCALE-ADJUST”，将从现场接收到模块地址的PIW528 4～20mA信号，转换为-3～0kPa的压力，通过DB10.DBD8上传入上位机画面显示，M100.2为设备断线信号。

该应用可以实现脱硝系统中储氨罐液位、液氨蒸发器温度压力、烟气温度压力等，余热回收系统中汽包液位、蒸汽温度压力、给水泵出口压力等，脱硫系统中浆液的PH值、烟气的温度压力，吸收剂浆液密度等仪表设备的显示和报警功能，并且模拟量的实时信号可以参与到其他设备的连锁条件中。

3.2 调节阀控制（如图2）

其中通过FB41功能块控制调节阀，M615.1为阀门的手动/自动，DB11.DBD8为阀门控制的模拟量，在画面通过程序的背景数据块设置阀门自动调节时的P、I、D值，最后通过MW682输出到PQW274，从模拟量输出模块上的端子输出4～20mA控制阀门。

该应用可以实现脱硝系统中氨气/空气流量调节阀等，余热回收系统中汽包液位调节阀、蒸汽调节阀等，脱硫系统中循环槽吹氧调节阀、吸收剂浆液总管压力调节阀等设备的压力、流量、液位的连续、稳定控制功能。

3.3 典型电机控制（如图3）

这是一个典型的油泵的启停程序，如果收到设备上电信号和远程操作信号，可以通过画面进行手动或者自动启停。手动启停可以通过画面上“启动”、“停止”按钮来操作，自动启动则需要根据PT351_1的压力值低报警信号（通过画面设定）延时3秒后启动，如果PT351_1压力大于18kPa，延时3秒自动停止油泵运行。在运行过程中，如果收到油泵故障报警，也会给油泵发出停止命令。

该应用可以实现脱硝系统中卸料压缩机等，余热回收系统中除氧给水泵、引风机等，脱硫系统中烟气挡板门、MgO浆液箱搅拌机、吸收塔搅拌器等设备在连锁状态或者维护状态中的启停功能。

3.4 油泵、水泵或风机等设备互为备用程序（如图4）

这个程序段是作为两个设备一用一备或三个设备两用一备编制的FB功能块，可以在设备控制FC功能块中调用，调用示例如图5。

当两台设备投入一用一备自动运行时，在编程时需要在“N”管脚填上数字“2”（“3”代表采用两用一备的模式自动运行），当鼠标在画面上点击M511.4地址对应的“备用”按钮，则系统认为第一台设备为备用设备。当第二台设备没有现场得到电信号或设备运行信号，或程序接收到第二台设备的故障信号的话，程序就会触发M511.5地址对应的程序，第一台设备就會自动启动。同理，第二台设备在画面上选择备用时，也会根据第一台设备的情况自动启动。

该应用可以实现脱硝系统中液氨供应泵、稀释风机，余热回收系统中给水泵，脱硫系统中密封风机、浆液输送泵、除雾器冲洗水泵等设备的一用一备操作功能。还可以实现脱硫系统中吸收塔循环泵、机封冷却水泵等设备的两用一备操作功能。

4 结束语

在PLC系统广泛流行的当今，曾经的DCS系统逐渐可以被PLC系统取代，PLC系统的运用不仅可以提高企业生产效率，完善的连锁程序也可以避免设备故障的频繁发生，同时也提高了自动化控制的程度，减轻了企业员工的劳动强度。其中，西门子PLC系统作为当今最主流的PLC系统，它以其更简洁的系统构建、更方便的系统维护、更人性化的操作流程越来越被广泛使用。

参考文献：

[1]邹凌云，孙普.烧结烟气脱硫脱硝处理技术的比较分析[J].山西冶金，2016（4）：57-59.

[2]董辉，王爱华，冯军胜，等.烧结过程余热资源回收利用技术进步与展望[J].钢铁，2014，49（9）：1-9.

[3]谭建一.PLC控制技术在煤矿生产中的应用[J].科技创新与应用，2017（1）：128.endprint