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一．引言

兗礦魯南化肥廠是以生產(chǎn)化肥、甲醇等化工產(chǎn)品為主的煤化工企業(yè)，其氣化工段采用了三臺(tái)國際先進(jìn)的德士古水煤漿加壓氣化爐，生產(chǎn)過程采用了DCS和PLC系統(tǒng)控制。DCS系統(tǒng)采用Rosemount公司的DeltaV系統(tǒng)，主要實(shí)現(xiàn)測點(diǎn)的檢測、控制、監(jiān)控。PLC系統(tǒng)采用Modicon　TSX　Quantum　PLC系統(tǒng)，主要實(shí)現(xiàn)氣化爐安全系統(tǒng)與鎖斗系統(tǒng)的邏輯控制，本文主要講述德士古水煤漿加壓氣化爐安全系統(tǒng)的PLC控制系統(tǒng)。

二．工藝原理及流程

水煤漿加壓氣化工藝屬氣流床氣化，水煤漿進(jìn)料，以純氧為氣化劑。氣化壓力可在2.0MPa～8.5Mpa范圍選擇，氣化溫度約1300～1500℃，濕煤氣主要含有CO、H₂、CO₂、H₂O、N₂ 、H₂S、CH₄等。在氣化爐中進(jìn)行的主要反應(yīng)有：（1）煤的熱裂解與揮發(fā)物的燃燒氣化；（2）固定碳與氣化劑（氧氣、蒸汽）間的反應(yīng)；（3）反應(yīng)生成氣體彼此間進(jìn)行的反應(yīng)；（4）生成的氣體與氣化劑、固定碳之間的反應(yīng)。

原煤經(jīng)濕磨制漿后成為63％（wt）左右的水煤漿，經(jīng)過高壓煤漿泵送入工藝燒嘴，同時(shí)來自空分的氧氣（純氧98％以上）也進(jìn)入工藝燒嘴，在三流式（中心為氧氣，其次為煤漿，最外又為氧氣）工藝燒嘴內(nèi)混合后經(jīng)噴嘴噴入氣化爐。在1380℃左右的高溫下發(fā)生部分氧化反應(yīng)產(chǎn)生煤氣。煤氣中的無機(jī)物在高溫下迅速被熔化產(chǎn)生熔渣，與反應(yīng)生成的粗煤氣并流渣口和下降管進(jìn)入到激冷室，下降管的底部插入激冷室液面以下。來自洗滌塔循環(huán)泵的激冷水通過激冷環(huán)均勻分布使下降管壁上形成一層水膜，激冷水與水煤氣、熔渣并進(jìn)入激冷室液相，經(jīng)初步洗滌的煤氣出下降管沿上升管進(jìn)入激冷室上部的分離空間，氣、水分離后出激冷室。

水煤氣經(jīng)文丘里時(shí)與高壓灰水泵來的灰水直接接觸形成霧化，在文丘里內(nèi)氣體進(jìn)一步增濕，增濕后的水煤氣進(jìn)入洗滌塔塔板上液層，然后沿升氣管出來經(jīng)轉(zhuǎn)向帽進(jìn)入洗滌塔的中部分離空間，分離后的氣體進(jìn)入兩塊沖擊式洗滌塔板。每層板上有帶蓋板的沖擊孔，洗滌塔上塔板的液體經(jīng)溢流堰通過降液管送入下層塔板。氣體首先由下塔板沖擊孔進(jìn)入，經(jīng)蓋板轉(zhuǎn)向折流與塔板上的液層接觸，氣體中夾帶的微粒進(jìn)一步沉降于液相中。洗滌后的合成氣離開塔板進(jìn)入塔頂部的旋流除霧器，經(jīng)高效離心分離掉霧沫夾帶的液滴后離開洗滌塔，送至下游工序。用于制造合成氨或甲醇。灰渣經(jīng)鎖斗收集，定期排出系統(tǒng)。黑水經(jīng)閃蒸回收熱量，再次沉降處理后返回系統(tǒng)繼續(xù)使用。

三． 系統(tǒng)組成

氣化爐安全系統(tǒng)就是為保證氣化爐系統(tǒng)運(yùn)行安全而設(shè)立的安全聯(lián)鎖系統(tǒng)。它主要包括氣化開車聯(lián)鎖和停車聯(lián)鎖，即開停車過程中一系列的信號(hào)確認(rèn)和閥門自動(dòng)動(dòng)作。參與聯(lián)鎖的系統(tǒng)：煤漿系統(tǒng)、氧氣系統(tǒng)、氮?dú)庵脫Q及吹氮保護(hù)系統(tǒng)、燒嘴冷卻水系統(tǒng)、氣化爐激冷室液位系統(tǒng)、氣化爐出口溫度系統(tǒng)、氣化爐壓力及高壓氮?dú)鈮毫Φ取?SPAN lang=EN-US>

1、（１）閥門Valve

SBV-01、SBV-02：煤漿切斷閥；   SRV-01：煤漿循環(huán)閥；   SPV-01：煤漿管線氮?dú)獯祾唛y   OBV-01、OBV-02：氧氣切斷閥；  OVV-01：氧氣放空閥；   OPV-01；氧氣管線氮?dú)獯祾唛y　CWV-01、CWV-02：燒嘴冷卻水閥；FV-208：氧氣流量控制閥

WBV-01：洗滌塔循環(huán)泵入口事故供水切斷閥；   SHV-01：合成氣遙控閥

（２）旁路開關(guān)（Ka1－Ka16）：

①、氧氣流量（3個(gè)），分別為：Ka1（FT-208A）、Ka2（FT-208B）、Ka3（FT-208C）

②、燒嘴冷卻水（4個(gè)），分別為：Ka4（FT-220）、Ka5（FT-221）、Ka6（TI-218）、Ka7（PI-209）

 ③、氣化爐出口溫度（3個(gè)），分別為：Ka8 （TE-214A）、Ka9（TE-214B）、Ka10（TE-214C）

④、煤漿流量（3個(gè)），分別為：Ka11（FT-205）、Ka12（FT-206）、Ka13（FT-207）

⑤、氣化爐液位（3個(gè)），分別為：Ka14（LSLL-208A）、Ka15（LSLL-208B）、Ka16（LSLL-210）

注：所有旁路信號(hào)均為DI點(diǎn)。

    （３）假信號(hào)開關(guān)(聯(lián)鎖調(diào)試用)：

①、煤漿流量（1個(gè)）：FT-205  （假信號(hào)為AI值）

②、氧氣流量（1個(gè)）：FT-208B  假信號(hào)為AI值）

③、氣化爐液位（1個(gè)）：LSLL-208B  (假信號(hào)為DI值）

④、高壓氮?dú)鈮毫Γ?SPAN lang=EN-US>1個(gè)）：PT-205B  （假信號(hào)為AI值）

⑤、低壓氮?dú)饬髁浚?SPAN lang=EN-US>2個(gè)）：FSH-2011, FSH-2012  (假信號(hào)為DI值）

2、停車觸發(fā)信號(hào)系統(tǒng)

（1）、氧氣流量信號(hào)：FT-208A、FT-208B、FT-208C<4000Nm3/H（3選2跳車）

（2）、燒嘴冷卻水進(jìn)口流量偏低（FT-220<7.5m3/H），出口流量偏高(FT-221>22.4m3/H)，溫度高高(TE-218>70℃),壓力高高信號(hào)(PT-209>3.0MPA)（4選2跳車）

（3）、氣化爐激冷出口合成氣溫度高高值信號(hào)：TE-214A、B、C>258℃（3選2跳車）

（4）、煤漿流量信號(hào)：FT-205、FT-206、FT-207< 7.1 m3/h跳車（3選2跳車）

（5）、激冷室液位低低信號(hào)：LSLL-208A、B， LT-210A或是LT-210B<1.6m（3選2跳車）

（6）、手動(dòng)停車

四． 系統(tǒng)配置

1．  系統(tǒng)硬件

本PLC系統(tǒng)采用Modicon TSX Quantum系統(tǒng)，該系統(tǒng)是具有數(shù)字量處理能力的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。Quantum具有模塊化、可擴(kuò)展的體系結(jié)構(gòu)，用于工業(yè)和制造過程實(shí)時(shí)控制，它包括Quantum系列CPU、I/O模板（以及采用遠(yuǎn)程I/O的800系列）、I/O接口、通訊模板、電源和底板。

在氣化爐安全系統(tǒng)中，為提高系統(tǒng)的可靠性，大多數(shù)DI、DO點(diǎn)都作了雙路輸入（輸出），因此配置一套安全系統(tǒng)PLC共需AI（1～5VDC）14個(gè)，DI點(diǎn)（220VAC）113個(gè)，DO點(diǎn)（220VAC）42個(gè)，模擬量因有三選二聯(lián)鎖信號(hào)，需將三個(gè)信號(hào)分布在不同的模塊上，系統(tǒng)作如下配置：

CPU：系統(tǒng)的點(diǎn)數(shù)并不多，為使有較為充足的用戶內(nèi)存，可選用16K用戶內(nèi)存的140CPU11303。

AI卡：選用8通道單極性模擬量輸入模板140ACI03000，14個(gè)模擬量需用2塊AI模板，由于三選二信號(hào)的要求，必須配置3塊AI模板。

DI卡：選用32點(diǎn)離散量輸入模板，230VAC輸入的卡為：140DAI75300，113點(diǎn)共需4塊DI模板。

DO卡：選用16點(diǎn)離散量繼電器常開輸出模板，即140DAO84000，42點(diǎn)共需3塊DO模板。

電源：選用8A冗余電源模板140CPS12400。

底板：系統(tǒng)已配置模板共13塊，選用16槽底板。

配置圖如下：

　　另外，該系統(tǒng)還配有兩臺(tái)監(jiān)控機(jī)，用于編程和操作工監(jiān)控。其中一臺(tái)為服務(wù)器，另一臺(tái)為客戶機(jī)，它們與控制器間使用Modbus Plus通訊協(xié)議，用細(xì)纜進(jìn)行連接。

2．  系統(tǒng)軟件

系統(tǒng)編程軟件使用concept2.2，concept包括IEC編程語言功能塊圖（FBD）、梯形圖（LD）、順序功能流程圖（SFC）、指令表（IL）和結(jié)構(gòu)化文本（ST）以及面積Modsoft的梯形圖（LL984）。我們所使用的程序是用梯形圖（LD）來實(shí)現(xiàn)的。

監(jiān)控軟件使用Citect5.4，主要用于對(duì)PLC系統(tǒng)的運(yùn)行情況、參數(shù)等進(jìn)行監(jiān)控，以及記錄事件、趨勢、報(bào)警等。

五．典型邏輯實(shí)現(xiàn)

1．三選二聯(lián)鎖

　　在此PLC程序中，多次使用到三選二聯(lián)鎖。其邏輯圖如下（以氧氣流量FT-208A/B/C為例）：

　該邏輯圖實(shí)現(xiàn)了以下功能：三個(gè)量中，只要有任何兩個(gè)量達(dá)到跳車條件，即會(huì)引起氣化爐跳車。

2．第一故障報(bào)警

引起氣化爐停車的原因有多種，當(dāng)發(fā)生停車事故時(shí)，為了查清事故原因，就要做第一故障報(bào)警。

下面以三個(gè)故障信號(hào)為例，講述實(shí)現(xiàn)方法。

如圖，設(shè)有三個(gè)引發(fā)跳車的故障10101、10102、10103。故障鎖存后，00101、00102、00103分別代表三個(gè)引發(fā)跳車的故障，10099為復(fù)位按鈕。

      當(dāng)?shù)谝还收铣霈F(xiàn)并鎖存后，其它故障不能將第一故障覆蓋直至系統(tǒng)復(fù)位。如此便達(dá)到了查清氣化爐停車原因的目的。

六．結(jié)束語

該系統(tǒng)自投入運(yùn)行以來，運(yùn)行效果良好，很好的滿足了復(fù)雜的邏輯控制要求，保障了氣化爐的安全長周期運(yùn)行。實(shí)踐證明，PLC系統(tǒng)具有可靠性高、結(jié)構(gòu)形式多樣、模塊化組合靈活、編程方便、安裝、維護(hù)簡單等優(yōu)點(diǎn)。