碱炉吹灰控制的优化方案

摘要：文章根据贵州省赤天化纸业公司碱炉吹灰器的使用情况，从检修和控制的方便性以及保持工况的稳定性等方面考虑，利用西门子S7系统对原有的控制方式进行了优化改造，取得了较好的效果。

关键词：碱炉；吹灰；错吹模式；单吹模式；对吹模式

中图分类号：TM621 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2012）12-0064-03

一、概述

贵州赤天化纸业股份有限公司年产20万吨竹浆林纸一体化项目，其碱回收工艺中的碱炉（1500tds/d）以制浆废液黑液为燃料进行燃烧以消除黑液中的有机物，燃烧产物可还原成碱，在燃烧的同时又可产出蒸汽，可达到消除污染、节能、回收的综合效果，在纸浆生产过程中有着举足轻重的作用。

在碱炉运行过程中，为有效地清除受热面积灰，保证受热面传热效果良好，公司采用了传统的蒸汽吹灰器，并将所有吹灰器分为两组进行控制，每一组同一时间只能动作一支吹灰器。但是由于蒸汽吹灰器故障率相对较高，检修人员在处理故障吹灰器时，对吹灰器的检修调试又会对该吹灰器所在的控制组的控制造成影响，在不影响系统正常运行的情况下，原有的控制方式既不便于检修调试，也不利于控制，且在对吹模式下蒸汽使用量较大，影响蒸汽平衡，已不满足于我们的生产需要，因此需要对其控制进行优化。

二、原控制方式介绍

公司碱炉使用了共76支吹灰器，吹灰蒸汽采用4.1MPa蒸汽，单支吹灰器耗气量设计值为2.64t/h，吹灰控制系统选用组态王与西门子S7-400系统，在控制上则将76支吹灰器分为左侧和右侧两个控制组，每一组有38支吹灰器，控制模式则分为单吹和对吹两种。

（一）控制模式

单吹模式：其顺控方式以左侧1#吹灰器开始启动开始，当左侧1#吹灰器运行完毕后启动右侧1#吹灰器，右侧1#吹灰器运行完毕则顺序启动左侧2#吹灰器，以此类推直至整个程序结束。

对吹模式：其控制方式以左右侧1#吹灰器同时启动开始，运行完毕后则顺序启动左右侧2#吹灰器，以此类推直至整个程序结束。

（二）信号交换方式

与现场的信号交换使用的是总线信号：一个吹灰器组共用一个控制信号线、一个吹灰器运行信号线以及一个吹灰器过载信号线，每一组吹灰器使用四个总线信号进行控制。

（三）存在的问题

1．检修故障吹灰器时为了方便检修调试，必须将自动控制模式切换为就地控制模式，在此期间要想保持程序运行，就需要操作人员随时监控，不方便操作。

2．吹灰器组分得不够细，在生产中常常出现某些位置需要频繁除灰的情况，这个时候自动控制模式已经不能满足要求，往往需要操作人员切换到手动模式来对几支吹灰器进行操作，并随时进行监控，不方便生产操作。

3．单吹模式下相邻两支吹灰器运行间隔时间过长，除灰效率较低，对吹模式下蒸汽消耗量又偏大，会造成蒸汽量波动，不利于生产的稳定。

三、优化目标及方案

（一）优化需要达到的目标

1．利用现有系统和设备，完善原程序不符合生产情况的地方，做到检修与运行两不误。

2．细化吹灰器分组，控制过程中尽量脱离人工干预，减轻操作人员工作量。

3．提高除灰效率，降低吹灰用气的波动，保持生产稳定。

（二）优化方案

1．取消现场吹灰器远程/就地切换开关，改为由操作站切换，该切换操作可单独进行而不影响程序逻辑，需要对吹灰器进行就地操作时，只要在操作画面上进行切换即可，方便检修人员在处理故障吹灰器的同时又不影响自动控制序列的正常运行。

2．在吹灰主控程序模块中利用主控继电器指令与累加器指令实现步进控制。

3．细化每一侧组的吹灰器分组，每一侧组根据现场吹灰器位置再细分为6组，然后左右侧每一组作为一个控制组，这样就将原来的2个控制组细化为6个控制组，再在S7程序中增加每一组对应的DB块用以保存吹灰器控制字数据。原来只有两个控制分组分别为DB40和DB41，将之细化后新增4个DB模块DB42～DB45，每个DB模块中按执行顺序保存各组的控制器控制字，以第一控制组DB40为例，见表1：

表1中地址栏为DB40模块中的数据起始地址，其中以地址DBW0.0开始，保存左侧吹灰器控制指令，以地址DBW76.0开始，保存右侧吹灰器控制指令，保存的数据则为控制指令输出，按每一个控制组吹灰器的运行顺序，将控制字指令数据依次保存在各地址中，这样，当开始运行第一组吹灰器时，程序读取DB40模块中的数据，按地址依次获得控制指令。

4．建立序列选择模块，计算出序列号（1～6）所对应的DB模块编号（DB40～DB45），再使用地址直接指针指向该DB模块。

5．增加错吹模式，在S7程序中增加FB模块，原程序中，FB20为原有的单吹、对吹控制程序，新增一个FB21模块则为错吹程序，两个FB块互不影响，均可根据生产需要进行切换控制。

6．错吹模式中每一个控制组启动后从左侧第一支吹灰器开始运行，即从DB块中0.0地址读取当前控制字，并发出启动指令，吹灰枪开始运行。运行至开始回退时，通过延时器（该时间可根据生产情况来定）触发步进信号步进到DB块下一个地址（通常是地址76.0，见表1）读取控制字，发出启动指令，于是下一支吹灰器启动。在步进过程中，如果发现某支吹灰器被屏蔽，则跳过该地址和延时器，继续步进，如此循环步进，直到该组右侧最后一支吹灰器运行完毕，于是该控制组运行完毕，继续顺序运行下一个控制组程序。

四、改造过程中需要注意的问题

1．在原有控制模式基础上，新增错吹模式，其工作原理参照单吹模式进行修改，在当前运行的吹灰器还没有运行完毕的时候，下一支吹灰器则开始启动，其目的是提高除灰效率，同时降低用气波动。要达到该目标需要引入延时器，但是使用延时器时又需要考虑到在某支吹灰器在屏蔽与故障情况下如何跳过延时器顺利的步进到下一支吹灰器运行。

2．原控制程序仅分为2个控制组，S7中也只采用了两个DB模块对吹灰器的控制字进行保存和处理，如果要细化吹灰器的分组，必须再增加DB模块对分组数据进行保存，同时还要考虑按分组信号进行顺序控制时，程序如何按照操作人员给定的组序列顺序进行控制，采用何种选址方式达到目的。

3．原控制信号全部使用总线信号，因此每一支吹灰器的信号监控必须是每一组的总线信号与吹灰器的控制字相结合来进行判断，在修改程序时需要注意在吹灰器故障、屏蔽时步进器必须能够正确的工作。

五、结语

经过重组优化，投用后效果明显，除灰效率明显提高，碱炉烟道积灰堵塞的情况已大大改善，同时也方便了运行期间检修人员对故障吹灰器的检修调试，切换至错吹模式运行时，蒸汽管网压力波动情况也得到了改善。本次改造主要对控制方式进行了优化，由于采用的都是原有的系统和设备，没有产生额外成本，取得了比较满意的结果。

参考文献

[1] 廖常初．S7-300/400 PLC应用技术[M]．机械工业出版社，2005．

[2] 西门子．S7-300/400语句表(STL)编程手册[M]．西门子有限公司，2004．

作者简介：黄河，男，贵州赤天化纸业股份有限公司设备部助理工程师，研究方向：现场仪表管理，DCS系统的维护。

（责任编辑：赵秀娟）