基于PLC的电厂中压锅炉燃料安全系统控制设计.pdf

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基于PLC的电厂中压锅炉燃料安全系统控制设计柯铭（汕头市松山火力发电厂,广东汕头515073）【摘要】文章针对中压锅炉,阐明了可编程控制器与电厂锅炉燃料安全系统的有效结合运用。

【关键词】可编程控制器;燃料安全系统;主燃料跳闸【中图分类号】TM571.6【文献标识码】A【文章编号】1008-1151（2006）07-0129-02大众科技DAZHONGKEJI2006年第7期（总第93期）No.7,2006（CumulativelyNo.93）一、引言锅炉燃料安全系统,其主要功能是通过预设程序和安全联锁条件,在锅炉燃烧的各个阶段,当锅炉积聚可爆燃气粉混合物对安全构成威胁时发出主燃料跳闸（MFT）信号,切断相关辅助设备和进入炉膛的一切燃料,从而避免炉膛发生灭火放炮的重大恶性事故。

MFT动作以后仍需维持炉内通风,必须以不小于炉膛及烟道容量5倍的空气通过炉膛。

可编程序控制器可以用来处理开关量信号,也可以用来处理模拟量信号。

以处理开关量信号为主的控制器称为可编程序逻辑控制器,简称PLC。

下面以松电的130吨中压燃煤锅炉为例,介绍PLC在130吨中压锅炉的燃料安全系统上的控制设计方案,希望对读者能有所启发。

我厂中压燃煤锅炉容量130吨,配套25MW机组,蒸汽温度450度,蒸汽压力3.8MPa,给水温度172度,锅炉燃料安全系统用日本东芝EX-40可编程序逻辑控制器作为核心,其环境适应能力、抗干扰能力和可靠性都比较高,基本单元有输入通道28点,占用8点,输出通道16点,占用9点。

（一）锅炉燃料安全系统的主要功能根据现场需要系统具有以下功能:

炉膛灭火保护跳闸;炉膛负压越限保护跳闸;首次跳闸原因分析;保护动作后闭锁点火3分钟进行炉膛吹扫;炉膛负压越限闭锁开油门电源;燃油总阀关闭延时断电。

保护动作后,所有的输入信号在控制器均有自保持灯光,控制器送出保护动作火焰跳、负压跳、电气跳、吹扫完、火焰灭、负压越限等信号,并通过中间继电器使闪光报警器发出声光报警。

程序设计分为主保护跳闸设计和后备保护跳闸设计两部分如图1。

1.主保护跳闸设计:

当炉膛灭火时,火焰监视器（六取五）继电器输出接点闭合,“炉膛火焰发暗”闪光报警牌亮,炉膛负压上涨达-800Pa时,负压开关4输出接点闭合,此时,灭火保护动作,闪光报警牌出现“灭火保护动作”,“灭火保护火焰跳”,“#锅炉灭火保护动作”三个声光信号。

锅炉送风机跳闸,并通过锅炉总联锁跳甲乙给粉机总电源、排粉风机、磨煤机、给煤机、关闭油电磁总阀并闭锁开油门。

自动执行炉膛吹扫3分钟,只有炉膛吹扫完毕,“灭火保护清扫完”闪光报警牌亮才能解除油门闭锁,允许启动送风机进行点火恢复的操作。

图1系统逻辑结构图2.后备保护跳闸设计:

当炉膛灭火保护拍动时,随着炉膛灭火后负压的继续上涨,负压值达-1000Pa时,负压开关13接点闭合,此时,灭火保护动作,闪光报警牌出现“灭火保护动作”,“灭火保护负压跳”,“#锅炉灭火保护动作”三个声光信号。

锅炉送风机跳闸,关闭油电磁总阀并闭锁开油门。

二、系统硬件配置系统硬件主要由YHWK-50H火焰探头、SXGHY6型火焰监视器、1910-5负压开关、EX-40可编程控制器组成。

系统的信号采样分别接受来自4个负压开关的开关量信号和6只火焰探头的模拟量信号。

负压开关的量程为3501375Pa,设定值阻尼范围在75100Pa之间。

火焰探头信号送入火焰监视器。

监视器对6路火焰信号进行6取5处理,为可编程控制器提供一对“灭火”开关量接点.根据控制要求,对火焰监视器的开关量信号与预设值800Pa负压开关量信号进行“与”逻辑处理,及对后备保护跳闸中的三个预设值1000Pa负压开关量信号进行三取二处理。

以上措施避免了现场瞬时波动造成的误动,提高了系统稳定性。

主机PLC输入电路信号采用开关量,它把现场输入的信号转换为微处理机所需要的逻辑电平,采用光隔离器将输入与控制器隔离,这样就使PLC能够接收工业环境中的电压波动;输出电路采用继电器输出,它的过程是将主机逻辑输出的信号进行隔离转换和放大后去驱动中间继【收稿日期】2006-03-18【作者简介】柯铭（1978-）,男,广东潮州人,汕头市松山火力发电厂助理工程师。

129-电器励磁。

EX-40控制器输入输出分配表如表1所示:

表1输入输出量逻辑列表三、程序设计下面以系统保护程序为例,结合梯形图图2加以介绍。

（一）炉膛燃料安全主保护跳闸该保护为主保护,一旦出现炉膛灭火,灭火信号输入接点X5闭合。

灭火导致负压上涨达到一定时（-800Pa）负压开关输出接点X4闭合,此时R2激励Y1励磁输出跳闸接点。

灭火信号与负压开关4信号相串的目的是为了防止炉膛结焦到一定程度后掉大灰时引起保护误动。

（二）炉膛负压越限保护跳闸主保护拒动时该保护作为后备保护。

负压上升达到-1000Pa时,负压开关X1、X2、X3闭合,当其中任意两个闭合,都将使R1激励Y1励磁,送出跳闸接点。

（三）首次跳闸原因分析记忆保护动作后,为了进行事故分析,对MFT动作首次跳闸原因,包括输入输出信号,采用灯光记忆办法记忆下来。

比如,灭火保护动作使R2闭合,Y5励磁,送出火焰首次跳闸接点给闪光报警器,发出声光警报,虽然灭火后负压上涨,也可能使X1、X2、X3闭合,R1励磁闭合,但由于Y5闭合在先,这样就闭锁了Y6、Y7的励磁,控制器不能发出负压首次跳闸和电气首次跳闸信号。

再如,由于电气设备跳闸通过大联动,也将使送风机跳闸,这也是导致炉膛负压越限保护动作或灭火保护动作,但由于送风机跳闸在先,X0或X7闭合,R3激励Y7励磁,送出电气首次跳闸接点给闪光报警器,发出声光警报,同时闭锁Y5、Y6的励磁。

（四）保护动作后闭锁点火3分钟炉膛吹扫保护条件达到时,Y1励磁,自保持接点使之能够保持,Y1励磁,送出跳送风机的接点,同时使Y3励磁,送出关油门接点,Y1的闭合还使Y2闭合,送出切断开油门电源的接点。

送风机不能启动,油门打不开,就不能进行点火恢复,此时,留一台引风机运行,抽尽炉膛的可燃物为再次点火作准备。

由于Y1的自保持接点使之能够保持励磁Y1使T1延时励磁,延时时间为3分钟,3分钟后T1励磁,T1常开接点闭合,Y4励磁并自保持,送出清扫时间到接点给闪光报警器,发出声光报警与此同时T1的常闭接点断开,Y1释放,即吹扫结束,允许再次点火。

图2控制器梯形图（五）炉膛负压越限闭锁开油门电源炉膛波动较大时,运行人员很可能投油助燃,不过投油的时机掌握得不好,则也可能引起爆燃。

为此,我们设计了此程序功能。

如炉膛负压波动较大,超过设计值时X6常开接点闭合,Y2励磁并自保持,送出切断开油门电源的接点,由于X6常闭接点在负压正常时闭合,越限时打开,所以当负压瞬间越限又恢复时,X6常开接点闭合又打开,X6常闭接点打开又闭合,此时Y2励磁并通过T2常闭接点自保持送出切断开油门电源接点,Y2闭合使T2延时2秒励磁,T2常闭接点断开使Y2释放,继而使T2释放,即完成负压越限要恢复时,2秒以后才可操作开油门稳燃,防止有可能引起的爆燃。

四、使用情况机组1993年投产,原先不曾安装灭火保护系统,锅炉运行中多次出现炉膛突然灭火,险些放炮,机组被迫停运,险些造成重大恶性事故。

1996年利用机组大修的机会,先后以EX-40可编程序逻辑控制器对两台锅炉燃料安全系统进行了改造安装,取得了良好的效果。

举例:

1999年5月份,#1炉灭火保护动作,动作后热工信号光字牌显示为:

第一,灭火保护动作;第二,炉膛负压高;第三,灭火保护火焰跳;第四,灭火保护清扫完,灭火保护控制器输出记忆为y:

0,4,5,10,11。

该系统动作及时,信号正常,避免了锅炉炉膛发生灭火放炮。

五、结语1996年我们利用机组大修的机会,先后用EX-40可编程序逻辑控制器对#1,#2锅炉安装了燃料安全系统,取得了良好的效果。

由于采用了可编程控制器,组态方便,灵活性强,保障了系统的稳定性和可靠性,同时也丰富了系统的功能,延缓了操作人员的反应时间。

实践证明中压锅炉采用可编程序逻辑控制器实现锅炉燃料安全系统的改造,符合现场实际情况,系统配置简单合理,维护量低,不但技术上能够保障锅炉的安全运行,而且经济上所需资金不多。

像松电这样利用PLC所开发的一套中压锅炉燃料安全系统仅需资金八九千元。

系统投入使用至今,控制设计内容充分满足现场要求。

【参考文献】1袁任光.可编程程序控制器选用手册Z.北京:

机械工业出版社,2002.130-