劉照輝

（浙江佳環(huán)工程技術(shù)有限公司，浙江金華，321000）

0 引言

史上最嚴(yán)的新環(huán)保法自2015年起實(shí)施，從立法層面上加大了保護(hù)激勵(lì)機(jī)制與污染處罰力度。上海、浙江、天津和河北等地陸續(xù)出臺(tái)了大氣治理新規(guī)，地方標(biāo)準(zhǔn)中前所未有地提到了白煙排放的控制指標(biāo)。白煙帶走了大量的煙氣水蒸氣氣化潛熱，造成水資源和余熱的浪費(fèi)[1]，天津?yàn)I海新區(qū)某熱源廠于2018年末對(duì)兩臺(tái)2×75T/H循環(huán)流化床蒸汽鍋爐煙氣進(jìn)行冷凝脫水消白深度治理改造。

1 消白工藝系統(tǒng)介紹

目前，圍繞煙氣“消白”的主流方案有：

（1）脫硫后直接加溫法，如煙氣再熱器技術(shù)系統(tǒng)（自煙換熱器GGH）、蒸氣換熱器技術(shù)（SGH）等，具有投資省、見(jiàn)效快、運(yùn)行成本高等特點(diǎn)；

（2）先降溫再升溫法，如熱媒循環(huán)煙氣再熱器技術(shù)（MGGH），具有投資大、占用空間大、運(yùn)行成本低等特點(diǎn)，適用于已建環(huán)保投施的改造；

（3）冷凝降溫+MGGH法，具有效率更高、運(yùn)行成本低等特點(diǎn)，更適用于新建環(huán)保設(shè)施的改造項(xiàng)目。

通過(guò)對(duì)三種消白方案對(duì)比，業(yè)主最終選擇冷凝降溫+MGGH法進(jìn)行深度治理改造。

冷凝降溫+MGGH法主要工藝特點(diǎn)是通過(guò)煙氣冷凝技術(shù)降低煙氣溫度，使煙氣沿著飽和濕度曲線降溫凝水，并回收煙氣中過(guò)飽和的水蒸氣[2]，從而降低煙氣絕對(duì)濕度。

該系統(tǒng)利用煙氣冷凝器對(duì)脫硫后的飽和凈煙氣冷凝降溫，使煙氣溫度及飽和濕含量降低，然后利用布置在冷凝器后的熱媒水煙氣再熱器對(duì)煙氣進(jìn)行加熱升溫。提升煙氣的溫度與爬升高度，達(dá)到消除白色煙羽的效果。加熱煙氣的熱量來(lái)自于布置在除塵器前或脫硫塔前的煙氣冷卻器，利用循環(huán)熱媒水作為換熱媒介。該工藝系統(tǒng)包括：升溫段煙氣換熱器、噴淋塔噴淋系統(tǒng)、熱媒水循環(huán)系統(tǒng)、加藥補(bǔ)水系統(tǒng)。整個(gè)技術(shù)改造系統(tǒng)圖如圖 1 所示。

圖1 冷凝降溫+MGGH系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2 控制系統(tǒng)概況

■2.1 硬件配置

基于消白系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境惡劣且需遠(yuǎn)程監(jiān)控，控制系統(tǒng)硬件采用西門子SIMATIC S7-1500系列PLC[3]。作為西門子PLC系列的高端產(chǎn)品，該系列產(chǎn)品性能優(yōu)異，同西門子SIMATIC S7-300/400PLC相似，S7-1500同樣為模塊化結(jié)構(gòu)。SIMATIC S7- 1500 CPU集成了 PROFINET接口，該接口具備連接PROFINET總線的通信功能，可以通過(guò)組態(tài)與其它設(shè)備建立Profinet IO通信[4]。

控制系統(tǒng)CPU選用型號(hào)為1513-1PN，采用ET200SP模塊進(jìn)行IO擴(kuò)展可以最大限度節(jié)約硬件成本。ET200SP通過(guò)35mm導(dǎo)軌安裝，通訊接口模塊配置6ES7155-6AA00-0BN0，并配置其他信號(hào)模塊、服務(wù)器模塊及基座單元和交換機(jī)等。其中基座單元為ET 200SP模塊提供電氣和機(jī)械連接，信號(hào)模板均安裝在相應(yīng)的基座上。

設(shè)置硬件網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)S7-1500 PLC（192.168.0.10）與 兩個(gè)ET200 SP站（192.168.0.11/12）通過(guò)交換機(jī)進(jìn)行Profinet IO通信。通過(guò)博途軟件組態(tài)在網(wǎng)絡(luò)視圖下，點(diǎn)擊ET200SP站的“未分配”按鈕為ET200SP站點(diǎn)分配IO控制器 “PLC_1”。硬件網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 PLC硬件網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

■2.2 程序結(jié)構(gòu)

項(xiàng)目調(diào)試實(shí)施中PLC程序設(shè)計(jì)是整個(gè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)的核心。博途軟件有著強(qiáng)大的編程語(yǔ)言支持，項(xiàng)目程序編寫采用梯形圖(LAD)、語(yǔ)句表(STL)及結(jié)構(gòu)化控制語(yǔ)言（SCL）相結(jié)合方式進(jìn)行編程。

在項(xiàng)目程序設(shè)計(jì)時(shí)首先對(duì)工藝控制要求進(jìn)行了解并將控制任務(wù)進(jìn)行分解，從而編寫相應(yīng)功能的程序塊，博途軟件通過(guò)循環(huán)掃描主程序OB1從而調(diào)用包括模擬量數(shù)據(jù)處理[5]、電機(jī)控制、儀表閥門控制、各種保護(hù)及數(shù)據(jù)報(bào)警輸出等子程序。

根據(jù)消白的工藝特點(diǎn)，控制要點(diǎn)主要有加藥及循環(huán)噴淋系統(tǒng)變頻器的自動(dòng)調(diào)節(jié)、部分水泵的工頻電機(jī)保護(hù)啟停和模擬量數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換及報(bào)警等?？刂葡到y(tǒng)程序分成若干個(gè)子任務(wù)，如每個(gè)噴淋塔的工頻電機(jī)啟停（FC3/FC4）、除霧器沖洗閥的邏輯啟?？刂疲‵C8）、模擬量處理（FC1/FC5）、模擬量數(shù)據(jù)選擇（FC7）等。并將程序執(zhí)行后的數(shù)據(jù)塊分別存儲(chǔ)與相應(yīng)全局共享數(shù)據(jù)塊[6]。PLC編程軟件程序結(jié)構(gòu)圖3所示。

圖3 PLC編程軟件結(jié)構(gòu)圖

編程狀態(tài)下，通過(guò)添加函數(shù)便可添加功能（FC）或功能塊（FB），編程語(yǔ)言根據(jù)編程需要選擇LAD、STL或SCL方式。電機(jī)啟停連鎖控制選用LAD梯形圖語(yǔ)言方式編程，以此提高控制程序開(kāi)發(fā)效率并增加準(zhǔn)確性及調(diào)試監(jiān)控方便。模擬量數(shù)據(jù)處理采用SCL高級(jí)語(yǔ)言編程，因SCL高級(jí)編程方式主要用于數(shù)據(jù)算法設(shè)計(jì)。電機(jī)PID控制采用STL編程，該方式支持指針以及間接尋址，對(duì)于集中數(shù)據(jù)處理方面有很大的優(yōu)勢(shì)，例如開(kāi)發(fā)PID和其它一些高級(jí)算法程序。

項(xiàng)目程序中MOTOR（FC2）為電機(jī)啟停子程序，通過(guò)識(shí)別遠(yuǎn)程及就地狀態(tài)啟動(dòng)電機(jī)，并采集電機(jī)實(shí)時(shí)運(yùn)行信號(hào)對(duì)電機(jī)進(jìn)行聯(lián)鎖保護(hù)， FC3或FC4通過(guò)調(diào)用FC2及添加實(shí)際參數(shù)地址便完成某單個(gè)電機(jī)的控制塊。典型的電機(jī)啟停如圖4所示。

圖4 配準(zhǔn)前后獲取的全聚焦圖像

模擬量轉(zhuǎn)換塊（FC6）通過(guò)SCL語(yǔ)言編寫，同樣用于子程序調(diào)用，該程序塊主要用于將標(biāo)準(zhǔn)的模擬量4～20mA電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)儀表量程。模擬量功能塊通過(guò)調(diào)用將相應(yīng)通道輸入，將壓力變送器4～20 mA 兩線制電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成0～1.0 MPa，將流量計(jì)4～20 mA 四線制電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成0～30m3/h等，也可以對(duì)溫度的鉑熱電阻 PT100的信號(hào)轉(zhuǎn)換成0～100℃。模擬量轉(zhuǎn)換SCL編程如圖5所示。

圖5 模擬量轉(zhuǎn)換SCL圖

3 畫面監(jiān)控系統(tǒng)

博途編程軟件TIA_Portal_STEP_7_Pro_WINCC_Pro_V15不僅可以對(duì)PLC程序進(jìn)行編寫，同樣可以對(duì)工藝畫面進(jìn)行組態(tài)，在編程界面下通過(guò)添加PC系統(tǒng)新設(shè)備然后添加WinCC RT Professional便可進(jìn)行畫面組態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)WINCC的功能。其中博途W(wǎng)inCC RT Professional用于項(xiàng)目的組態(tài)編譯，而WinCC RC Professional用于項(xiàng)目的運(yùn)行[7]。Portal_WINCC組態(tài)具有更好的開(kāi)放性和兼容性，在畫面組態(tài)窗口下可方便的進(jìn)行項(xiàng)目的畫面編輯組態(tài)及PLC變量點(diǎn)的連接，從而設(shè)計(jì)出人性化及操作界面友好的運(yùn)行畫面，通過(guò)對(duì)HMI 報(bào)警組態(tài)及記錄組態(tài)添加實(shí)時(shí)與歷史趨勢(shì)曲線、報(bào)警畫面等功能用于對(duì)事故及故障分析。

為便于操作，除設(shè)置消白系統(tǒng)工藝流程主畫面還設(shè)置其他分系統(tǒng)畫面如噴淋系統(tǒng)畫面、加藥系統(tǒng)畫面、報(bào)警畫面、趨勢(shì)畫面等，實(shí)現(xiàn)上位機(jī)對(duì)不同功能要求的監(jiān)控及數(shù)據(jù)分析。各分系統(tǒng)畫面除監(jiān)控系統(tǒng)的溫度、壓力、流量、PH值及煙氣參數(shù)外還有各電機(jī)及閥門開(kāi)合狀態(tài)。同時(shí)畫面友好的設(shè)置彈出式操作界面，用于對(duì)單個(gè)電機(jī)、電動(dòng)執(zhí)行器及變頻裝置PID操作控制。

根據(jù)Portal_WINCC鏈接SQL數(shù)據(jù)庫(kù)組態(tài)重要工藝參數(shù)數(shù)據(jù)采集，通過(guò)調(diào)取SQL數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)保存和建立實(shí)時(shí)、歷史曲線趨勢(shì),工程師權(quán)限下設(shè)置操作員權(quán)限查看并分析實(shí)時(shí)和歷史曲線，可對(duì)實(shí)時(shí)和歷史曲線進(jìn)行調(diào)取打印，對(duì)選擇時(shí)間范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)行情況分析。

畫面編輯狀態(tài)下，通過(guò)HMI報(bào)警窗口對(duì)報(bào)警變量編輯，Portal_WINCC可以對(duì)程序報(bào)警的讀取及報(bào)警值設(shè)定，包括工藝控制要求的溫度、壓力、流量及煙氣參數(shù)等設(shè)定報(bào)警和電機(jī)運(yùn)行故障、閥門的開(kāi)關(guān)超時(shí)等報(bào)警，當(dāng)正常運(yùn)行狀態(tài)下有溫度、壓力、煙氣參數(shù)測(cè)量值超過(guò)報(bào)警畫面設(shè)定范圍或電機(jī)出現(xiàn)過(guò)熱報(bào)警、閥門開(kāi)關(guān)超時(shí)等報(bào)警發(fā)生時(shí),在主畫面上對(duì)應(yīng)的設(shè)備閃爍報(bào)警，同時(shí)在報(bào)警界面中留有文字描述記錄。報(bào)警界面可為操作員快速識(shí)別及排除故障提供幫助。

4 結(jié)束語(yǔ)

消白PLC監(jiān)控系統(tǒng)在自完成調(diào)試后運(yùn)行以來(lái)數(shù)據(jù)采集及監(jiān)控穩(wěn)定，實(shí)際運(yùn)行情況表明應(yīng)用西門子S7-1500在博途編程軟件（TIA）組態(tài)配合下功能強(qiáng)大，可完全滿足項(xiàng)目應(yīng)用要求。通過(guò)Profinet IO通信掛ET200SP站，有著很高的性價(jià)比，大大節(jié)約了硬件采購(gòu)成本。博途編程軟件集成Portal_WINCC組態(tài)監(jiān)控畫面，實(shí)現(xiàn)了編程系統(tǒng)和畫面組態(tài)在通信方面的設(shè)計(jì)無(wú)縫連接，Portal_WINCC組態(tài)人性化操作界面可實(shí)時(shí)監(jiān)控PLC運(yùn)行數(shù)據(jù)及狀態(tài)，達(dá)到控制現(xiàn)場(chǎng)工藝系統(tǒng)的目的, 實(shí)現(xiàn)消白工藝運(yùn)行管控一體化目的。