一、引言火電廠除灰系統(tǒng)作為輸灰、儲灰、排灰的核心環(huán)節(jié)，其穩(wěn)定運行直接影響機組發(fā)電效率與環(huán)保排放指標(biāo)。傳統(tǒng)繼電器控制或半自動化系統(tǒng)存在響應(yīng)滯后、故障處理不及時、運維成本高等問題，而基于可編程邏輯控制器（PLC）的自動化控制系統(tǒng)，憑借高可靠性、靈活擴展性與精準控制能力，成為提升除灰系統(tǒng)智能化水平的關(guān)鍵技術(shù)路徑。本文結(jié)合某300MW火電機組除灰系統(tǒng)改造案例，從需求分析、硬件選型、軟件設(shè)計到工程實踐，系統(tǒng)闡述PLC設(shè)計方案的核心要點與應(yīng)用效果。二、系統(tǒng)需求與工藝分析（一）工藝流程與控制對象火電廠除灰系統(tǒng)（以氣力除灰為例）主要包含倉泵、輸送管道、灰?guī)臁⒖諌簷C、電動閥組等設(shè)備，工藝邏輯為：倉泵接收電除塵器灰斗落灰（料位觸發(fā)進料）→加壓輸送（氣源驅(qū)動灰流至灰?guī)欤箟捍祾撸ǚ乐构艿婪e灰）。控制對象涵蓋：執(zhí)行機構(gòu)：電動閥（進料閥、出料閥、吹掃閥）、倉泵進料器、空壓機、灰?guī)煨痘覚C；檢測元件：料位開關(guān)（射頻/阻旋式）、壓力變送器（管道/倉泵壓力）、溫度傳感器（氣源/灰溫）、電流互感器（電機過載檢測）。（二）核心控制需求1.順序控制：設(shè)備需按“進料→加壓→輸送→泄壓→吹掃”等工藝步序啟停，避免誤動作（如進料時出料閥誤開導(dǎo)致漏灰）；2.故障聯(lián)鎖：堵管（管道壓力驟增）、電機過載（電流超限）、料位異常（空倉/滿倉）時，需立即停機并觸發(fā)報警；3.數(shù)據(jù)監(jiān)控：實時采集灰量、壓力、溫度等參數(shù)，上傳至集控室并生成趨勢曲線；4.負荷聯(lián)動：根據(jù)機組負荷自動調(diào)整輸灰頻率（如高負荷時增加倉泵投用數(shù)量）。三、PLC硬件設(shè)計與選型（一）選型依據(jù)結(jié)合系統(tǒng)規(guī)模（I/O點數(shù)約280點）、環(huán)境特性（高溫、粉塵、強電磁干擾）與可靠性要求，選擇西門子S____系列PLC：CPU模塊：CPU____PN（處理速度0.05ms/1k步，支持Profinet通信，冗余內(nèi)存設(shè)計）；I/O模塊：數(shù)字量模塊（DI16×DC24V、DO16×DC24V）、模擬量模塊（AI8×0-10V、AO4×0-10V），滿足設(shè)備狀態(tài)采集與閥組控制需求；通信模塊：CP____（Profinet主站，實現(xiàn)與上位機SCADA的高速通信）、CM1241（RS485，兼容ModbusRTU協(xié)議，連接現(xiàn)場智能變送器）；電源模塊：PS____（24VDC雙電源冗余，防掉電導(dǎo)致系統(tǒng)停機）。（二）硬件架構(gòu)設(shè)計采用“PLC主站+分布式I/O從站”架構(gòu)：主站安裝于控制室PLC柜，從站（ET200SP）就近部署于現(xiàn)場設(shè)備層（如倉泵平臺、灰?guī)炜刂剖遥ㄟ^Profinet光纖環(huán)網(wǎng)通信，減少長距離布線的干擾風(fēng)險。（三）抗干擾設(shè)計布線防護：數(shù)字量信號采用屏蔽電纜，模擬量信號采用雙絞屏蔽線，電纜穿鍍鋅鋼管敷設(shè)；接地系統(tǒng)：PLC柜與現(xiàn)場設(shè)備接地電阻≤4Ω，電源側(cè)加裝浪涌保護器（SPD），抑制雷擊或電網(wǎng)波動干擾；模塊隔離：AI/AO模塊與DI/DO模塊物理隔離，避免數(shù)字信號對模擬量的電磁干擾。四、軟件設(shè)計與功能實現(xiàn)（一）編程環(huán)境與架構(gòu)采用TIAPortalV17編程，程序結(jié)構(gòu)分為：組織塊（OB）：OB1為主循環(huán)，按周期調(diào)用功能塊；OB32為定時中斷（100ms），處理高速數(shù)據(jù)采集；功能塊（FB）：FB1（倉泵控制）、FB2（故障診斷）、FB3（數(shù)據(jù)處理），封裝工藝邏輯與算法；數(shù)據(jù)塊（DB）：DB1存儲設(shè)備狀態(tài)（如閥位、電機運行），DB2存儲工藝參數(shù)（如壓力閾值、吹掃時間）。（二）核心功能模塊1.倉泵順序控制（FB1）采用順序功能圖（SFC）實現(xiàn)工藝步序：等待階段：料位開關(guān)觸發(fā)→進料閥開、進料器啟；加壓階段：料位滿→進料閥關(guān)、加壓閥開，管道壓力升至0.6MPa；輸送階段：壓力穩(wěn)定→出料閥開、輸送氣源啟，灰流至灰?guī)?；泄壓階段：灰?guī)炝衔挥|發(fā)→出料閥關(guān)、泄壓閥開，倉泵壓力降至0.1MPa；吹掃階段：泄壓完成→吹掃閥開，持續(xù)10s后全關(guān)，進入下一輪循環(huán)。2.故障診斷與聯(lián)鎖（FB2）實時采集DI/AI信號，觸發(fā)聯(lián)鎖邏輯：堵管檢測：管道壓力＞0.8MPa且持續(xù)5s→報警并啟動吹掃（打開吹掃閥+輸送氣源，持續(xù)30s）；過載保護：電機電流＞1.2倍額定值且持續(xù)3s→停機并鎖定設(shè)備，需人工復(fù)位；料位異常：空倉（料位開關(guān)常閉）→禁止啟動進料器；滿倉（料位開關(guān)常開）→禁止啟動輸送程序。3.數(shù)據(jù)采集與HMI交互數(shù)據(jù)處理（FB3）：定時讀取AI模塊數(shù)據(jù)，將0-10V電壓信號轉(zhuǎn)換為工程單位（如壓力0-0.8MPa），并上傳至DB2；HMI設(shè)計：主畫面顯示系統(tǒng)拓撲（設(shè)備狀態(tài)、管道壓力），趨勢畫面展示近24h灰量/壓力曲線，報警畫面實時推送故障信息（含時間、類型、處理建議）。五、通信與網(wǎng)絡(luò)設(shè)計（一）系統(tǒng)級通信（PLC→SCADA）采用Profinet雙網(wǎng)冗余，PLC主站與上位機SCADA服務(wù)器通過管理型交換機組成環(huán)網(wǎng)，通信速率100Mbps，確保數(shù)據(jù)傳輸無丟包。SCADA系統(tǒng)通過OPCUA協(xié)議讀取PLC數(shù)據(jù)，實現(xiàn)遠程監(jiān)控、參數(shù)設(shè)置與歷史數(shù)據(jù)存儲。（二）現(xiàn)場級通信（PLC→智能設(shè)備）ModbusRTU：通過CM1241模塊與電動執(zhí)行器、智能變送器（如壓力/流量變送器）通信，波特率9600，地址分配1-32，周期100ms；DCS聯(lián)動：通過Profinet與電廠DCS系統(tǒng)對接，實時接收機組負荷信號（4-20mA或數(shù)字量），自動調(diào)整輸灰頻率（如負荷＞250MW時，投用3臺倉泵并行輸灰）。六、工程案例：某300MW機組除灰系統(tǒng)改造（一）項目背景某電廠原除灰系統(tǒng)采用繼電器控制，存在“故障響應(yīng)慢（堵管后30s才報警）、人工干預(yù)多（每班需2人現(xiàn)場巡檢）、能耗高（空壓機空載運行占比30%）”等問題。2023年啟動改造，采用上述PLC方案。（二）實施效果1.可靠性提升：故障停機次數(shù)從月均8次降至2次（堵管、過載故障減少約60%），系統(tǒng)響應(yīng)時間從10s縮短至2s；2.能效優(yōu)化：通過變頻控制（空壓機根據(jù)壓力自動調(diào)速），輸灰能耗降低約15%，年節(jié)約電費顯著；3.運維簡化：集控室實現(xiàn)“一鍵啟停+遠程監(jiān)控”，現(xiàn)場巡檢人員減少50%，故障處理時間從30min縮短至10min。七、結(jié)語火電廠除灰系統(tǒng)PLC設(shè)計