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一．引言

兗礦魯南化肥廠是以生產化肥、甲醇等化工產品為主的煤化工企業，其氣化工段采用了三臺國際先進的德士古水煤漿加壓氣化爐，生產過程采用了DCS和PLC系統控制。DCS系統采用Rosemount公司的DeltaV系統，主要實現測點的檢測、控制、監控。PLC系統采用Modicon　TSX　Quantum　PLC系統，主要實現氣化爐安全系統與鎖斗系統的邏輯控制，本文主要講述德士古水煤漿加壓氣化爐安全系統的PLC控制系統。

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。在氣化爐中進行的主要反應有：（1）煤的熱裂解與揮發物的燃燒氣化；（2）固定碳與氣化劑（氧氣、蒸汽）間的反應；（3）反應生成氣體彼此間進行的反應；（4）生成的氣體與氣化劑、固定碳之間的反應。

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

水煤氣經文丘里時與高壓灰水泵來的灰水直接接觸形成霧化，在文丘里內氣體進一步增濕，增濕后的水煤氣進入洗滌塔塔板上液層，然后沿升氣管出來經轉向帽進入洗滌塔的中部分離空間，分離后的氣體進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入，經蓋板轉向折流與塔板上的液層接觸，氣體中夾帶的微粒進一步沉降于液相中。洗滌后的合成氣離開塔板進入塔頂部的旋流除霧器，經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。灰渣經鎖斗收集，定期排出系統。黑水經閃蒸回收熱量，再次沉降處理后返回系統繼續使用。

三． 系統組成

氣化爐安全系統就是為保證氣化爐系統運行安全而設立的安全聯鎖系統。它主要包括氣化開車聯鎖和停車聯鎖，即開停車過程中一系列的信號確認和閥門自動動作。參與聯鎖的系統：煤漿系統、氧氣系統、氮氣置換及吹氮保護系統、燒嘴冷卻水系統、氣化爐激冷室液位系統、氣化爐出口溫度系統、氣化爐壓力及高壓氮氣壓力等。

1、（１）閥門Valve

SBV-01、SBV-02：煤漿切斷閥；   SRV-01：煤漿循環閥；   SPV-01：煤漿管線氮氣吹掃閥   OBV-01、OBV-02：氧氣切斷閥；  OVV-01：氧氣放空閥；   OPV-01；氧氣管線氮氣吹掃閥　CWV-01、CWV-02：燒嘴冷卻水閥；FV-208：氧氣流量控制閥

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

（２）旁路開關（Ka1－Ka16）：

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

②、燒嘴冷卻水（4個），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），分別為：Ka8 （TE-214A）、Ka9（TE-214B）、Ka10（TE-214C）

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

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

注：所有旁路信號均為DI點。

    （３）假信號開關(聯鎖調試用)：

①、煤漿流量（1個）：FT-205  （假信號為AI值）

②、氧氣流量（1個）：FT-208B  假信號為AI值）

③、氣化爐液位（1個）：LSLL-208B  (假信號為DI值）

④、高壓氮氣壓力（1個）：PT-205B  （假信號為AI值）

⑤、低壓氮氣流量（2個）：FSH-2011, FSH-2012  (假信號為DI值）

2、停車觸發信號系統

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

（2）、燒嘴冷卻水進口流量偏低（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(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：TE-214A、B、C>258℃（3選2跳車）

（4）、煤漿流量信號：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：LSLL-208A、B， LT-210A或是LT-210B<1.6m（3選2跳車）

（6）、手動停車

四． 系統配置

1．  系統硬件

本PLC系統采用Modicon TSX Quantum系統，該系統是具有數字量處理能力的專用計算機系統。Quantum具有模塊化、可擴展的體系結構，用于工業和制造過程實時控制，它包括Quantum系列CPU、I/O模板（以及采用遠程I/O的800系列）、I/O接口、通訊模板、電源和底板。

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

CPU：系統的點數并不多，為使有較為充足的用戶內存，可選用16K用戶內存的140CPU11303。

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

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

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

電源：選用8A冗余電源模板140CPS12400。

底板：系統已配置模板共13塊，選用16槽底板。

配置圖如下：

　　另外，該系統還配有兩臺監控機，用于編程和操作工監控。其中一臺為服務器，另一臺為客戶機，它們與控制器間使用Modbus Plus通訊協議，用細纜進行連接。

2．  系統軟件

系統編程軟件使用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）和結構化文本（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）來實現的。

監控軟件使用Citect5.4，主要用于對PLC系統的運行情況、參數等進行監控，以及記錄事件、趨勢、報警等。

五．典型邏輯實現

1．三選二聯鎖

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

　該邏輯圖實現了以下功能：三個量中，只要有任何兩個量達到跳車條件，即會引起氣化爐跳車。

2．第一故障報警

引起氣化爐停車的原因有多種，當發生停車事故時，為了查清事故原因，就要做第一故障報警。

下面以三個故障信號為例，講述實現方法。

如圖，設有三個引發跳車的故障10101、10102、10103。故障鎖存后，00101、00102、00103分別代表三個引發跳車的故障，10099為復位按鈕。

      當第一故障出現并鎖存后，其它故障不能將第一故障覆蓋直至系統復位。如此便達到了查清氣化爐停車原因的目的。

六．結束語

該系統自投入運行以來，運行效果良好，很好的滿足了復雜的邏輯控制要求，保障了氣化爐的安全長周期運行。實踐證明，PLC系統具有可靠性高、結構形式多樣、模塊化組合靈活、編程方便、安裝、維護簡單等優點。