基于PLC的电厂中压锅炉燃料安全系统控制设计

（ 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 、
【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。
【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， ２ 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。
－ １３０－
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。
【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 】Ｔ Ｍ５７１．６
【文 献 标 识 码 】Ａ
【文章编号】１００８－ １１５１（２００６）０７－ ０１２９－ ０２
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。
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 １～３ 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 ３５０～１３７５Ｐａ， 设定值 阻尼范围在 ７５～１００Ｐａ 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
２００６年第 ７ 期 （ 总第 ９３ 期）
大众科技
ＤＡ ＺＨＯＮＧ ＫＥ Ｊ Ｉ
Ｎｏ．７， ２００６ （Ｃｕｍｕｌａ ｔｉｖｅ ｌｙ Ｎｏ．９３）
基于 Ｐ ＬＣ 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。
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。