PLC在SCR板式脱硝催化剂生产线中应用
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【摘要】选择性催化还原法（selective catalytic reduction， SCR）是目前国际上应用最广泛的烟气脱硝技术，应用plc技术在scr板式脱硝催化剂生产线上实现了复杂高精度的电气控制，降低了设备控制运行成本，实现了工艺、设备、电气控制有机结合，所生产的催化剂脱硝效率高、适用范围广、使用寿命长，技术水平国内领先，打破了国外技术封锁。
【关键词】PLC;SCR;生产线;应用
近年，PLC的网络能力、模拟量处理能力、运算速度、内存、复杂运算能力已发展到很高程度，在各个领域应用广泛。2013年在绍兴SCR板式脱硝催化剂生产线中采用IPC+PLC集中分散控制，实现了设备控制、报警、报表、网络通讯多功能组合，上位机IPC（INTOUCH组态画面）下挂西门子S7-300PLC作为中央控制系统，就地控制采用西门子S7-200PLC和按钮控制箱结合实现实时控制，PLC之间由profibus网络协议通讯，生产线数据相互共享。整条生产线主要设备控制流程：拌合设备机组给料设备机组敷料设备机组压褶成型设备机组天然气焙烧炉设备机组装箱打包设备机组，辅助设备有：网板清洗设备机组;理化设备;成品运输设备;厂区监视设备等等。
1.生产工艺
1.1 拌合设备工艺
拌合设备是工艺体现的精华部分。7种粉料和一定比例AB溶液在一定时间内在拌和机内逐渐融合搅拌。7种粉料由7台叶轮给料秤精细给定，AB液用2台容积泵模拟给定，一台搅拌机。7种粉料和AB液在一定时间内均匀给定拌合，控制采用S7-200PLC模拟量采集，数据计算，过程控制数据修正，模拟量输出等软件编程，达到动态精度0.5%的控制，拌合出的催化剂泥料经过24小时陈化供给生产线敷料。系统由1AA柜控制。
1.2 给料设备工艺
拌合陈化好的催化剂泥料由挤出机二次拟合挤出，由切料机切片，切片通过皮带机输送至网带上，网带上等距附着泥料切片，准备好进入下道工序棍压敷料。网带由放卷机输出，网带接头经剪板机齐边焊接。
网带上单位长度泥料切片，决定着下道工序棍压敷料效果，在下道工序棍压后网带敷料厚度、敷料面积、泥料粘附力等来检验敷料效果。控制网带速度、挤出泥料速度、泥料切片速度是本工序关键，三个速度协调同步保障泥料切片在单位网带上数量，也保障了生产速度，系统由2AA柜控制。
1.3 敷料设备工艺
敷料设备也就是棍压敷料设备，由上级给料设备机组供料。2台烘干炉分为二级烘干，分别安装在一二级棍压之间和二三级棍压之间。泥料切片附在网带上（等距）进入第一级棍压，第一级棍压后检验敷料网带厚度、敷料面积、泥料粘附力、冗余料，数据处理后通讯反馈到给料设备机组控制系统，给料系统运算控制网带速度、挤出泥料速度、泥料切片速度，调整泥料切片在单位网带上数量，保障第一级棍压优化运行。敷料网带进入第一级烘干炉脱水，烘干炉温度自动控制，敷料网带由炉带拖出进入第二级棍压。第二级棍压具有敷料成型，网带纠偏，含水率检测，补料等功能，含水率检测数据反馈给一二级烘干炉温度控制，控制温度调整敷料网板含水率，保证产品质量是第二级棍压重要指标之一，含水率设定是经验数据，不同地域需含水率产品不同，需地域工程师提供数据。
二级棍压后敷料网板进入第二级烘干炉，二次脱水，烘干炉温度自动控制，敷料网带由炉带拖出进入第三级棍压。第三级棍压具有敷料成型，网带纠偏，定尺飞剪等功能。
一二三级棍压间隙由伺服电机调整，2台伺服电机安装在上滚筒两端，上滚筒与下滚筒的间隙是敷料网板的厚度，每级棍压后安装有网板厚度在线监测仪，检测数据通过伺服电机即时调整滚筒间隙。一二三级棍压滚筒由变频电机驱动，转速之差根据实际网带拉力设定。定尺飞剪根据产品尺寸定尺切块，飞剪机中心控制模块为onk型控制器，精度高，转速快等优点，由飞剪机切块的敷料网板进入压褶成型设备机组。系统由3AA柜控制。
1.4 压褶成型设备工艺
工作顺序：飞剪机切块的敷料网板进入压褶成型设备机组第一条皮带，敷料网板输送到分线机械手工位，敷料网板由分线机械手分配给2台压褶机，敷料网板压褶成型后由皮带机送入装箱机械手工位，每箱58块，由机械手装好箱进入天然气焙烧炉设备机组。
分线机械手是双臂机械手，机械手上装有吸盘，吸附网板。机械手十字双轴上下左右移动。装箱机械手是单臂机械手，吸盘180度旋转，机械手上下左右移动，吸盘180度旋转都是伺服控制系统完成。压褶机是一台结构紧凑、控制复杂、加工精度高，调整繁琐的关键工位，压褶机配有输送皮带，工件定位挡板，网板动态检测机构，定位挡板，凸轮式4褶连压机构，压褶机独立控制系统，联锁点融入压褶成型设备机组。系统由4AA柜控制。
1.5 天然气焙烧炉设备工艺
工作顺序：敷料网板压褶成型装箱机械手装箱（58块），链板式输送机移箱至转臂式吊装机械手处，机械手吊箱移置天然气焙烧炉入口，天然气焙烧炉出口机械手吊箱移出到装箱打包设备机组。单箱从入炉到出炉需经过24小时21段温控区，炉出口设有网板指标检验处，可在线抽检，即时反馈，温控曲线实时调整。
天然气焙烧炉由智能仪表+PLC+计算机控制模式进行温度、压力的控制，具有直观显示温度压力数据，历史数据存储15天，监控画面柱状、表格、曲线相结合，便于调整;网箱速度通过变频器调节，简单方便。系统由5AA柜控制。
1.6 装箱打包设备工艺
敷料网板装箱焙烧后，经过检验合格运至包装车间，16箱为一模块包装好入库登记造册。使用设备：电脑打号机一台，3吨吊车一台，3吨叉车一辆，电焊机一台。
2.控制系统构成
2.1 控制系统
以上设备机组控制系统1AA至5AA柜自成系统，通用功能：
（1）以S7-200PLC CPU226为控制中心通过总线下挂DI＼DO＼AI＼AO扩展模块连接到设备机组上的位置开关及传感器组件;
（2）通过EM277的PROFIBUS网络协议连接到总控室S7-300PLC CPU315-2DP控制柜、IPC工控机和其它设备机组控制系统中的EM277上;
（3）通过串行通讯端口1的MODBUS网络协议下挂多台MM420变频器控制设备机组电机转速;
（4）通过串行通讯端口2的USS网络协议上挂触摸屏对设备机组的转速、位置、温度、通讯等状态进行设定控制，同时串行通讯端口2还具有PPI网络功能，与编程设备联接执行软件数据修改程序下载等任务。
控制系统三层硬件连接，二级网络系统，控制柜相互独立，网络串连，设备运行平稳、网络速度快、效率高，是本控制的优点。
2.2 总线PROFIBUS
总控室IPC工控机通过总线PROFIBUS网络将1AA至5AA柜控制系统连接，各控制柜PLC采集的生产线数据相互共享，总控室可直接读取1AA至5AA柜触摸屏上设定的参数数据、报警信号。设备机组由触摸屏就地控制，IPC工控机对设备机组实现远程控制。现场总线PROFIBUS网络是将现场设备与工业过程控制单元、现场操作站等互连而成的计算机网络，具有全数字化、分散、双向传输和多分支的特点，是现场设备智能运行的基础。
PROFIBUS主要由PROFIBUS-FMS、PROFIBUS-PA和PROFIBUS-DP三部分组成。其中PROFIBUS-DP是一种高速（传输速率9.6kbps～12Mbps）、经济的设备级网络，主要用于现场控制器与分散I/O之间的通讯，可满直流调速系统快速相应的时间要求;PROFIBUS-PA用IECII58-2标准，传输速率为31.25kbps，提供本质安全特性，适用于安全性要求较高以及由总线供电的场合;PROFIBUS-FMS主要解决车间级通讯问题，完成中等传输速度的循环或者非循环数据交换任务。本控制系统采用PROFIBUS-DP网络，设定传输速率1.5Mbps。
2.3 组态软件INTOUCH
工控机采用INTOUCH组态软件，INTOUCH具有（1）显示功能：能用图形实时地显示生产线上各个设备的运行情况，动态显示生产工艺流程;动态显示模拟量信号、开关量信号、各种累计信号的数值，通过按钮、开关、信号灯、颜色、百分比、填充等手段实时生动地表达出来。
（2）数据管理：能够建立和产生数据库，操作信息库，故障信息库。
（3）数据处理：能在INTOUCH的曲线跟踪功能中，它既可以显示实时数据，也可以查询历时数据。
（4）报警功能：当某一模拟量（如温度，压力，流量等）超出给定范围或某一开关量（如电机的启停，阀门开关等）发生变位时，根据不同的需要发出不同等级的报警。
（5）报表功能：即时报表，日报表，月报表，年报表。
（6）安全功能：按不同的操作级别分别加密，不同级别的操作员操作权限不同。
（7）打印功能：可以实现报表和图形的打印，以及各种报警的实时打印。
（8）INTOUCH操作站硬件基础是工控机和工业网卡，软件构成为WIN98/NT/2000系统。
3.结语
提出工艺方案，控制变为现实。根据设备机组各工位职能，控制系统选型、方案确定极为重要，由西门子可编程控制器和触摸屏组成就地控制系统，和INTOUCH操作站监控系统构成就地与远程、直控与网络、二级三层实时控制与数据在线管理的立体系统，通过在SCR板式脱硝催化剂生产线一年的应用，实践证明该系统具有良好的稳定性，可操作性，完全达到工艺的要求，年产成品10000立方。
参考文献
[1]深入浅出西门子S7-200PLC/西门子（中国）有限公司自动化与驱动集团编[M].北京：北京航空航天大学出版社，2003.12.
[2]宁献武，刘树民，刘志杰，何磊，马楠.SCR脱硝系统对锅炉设备的影响及对策[J].电力环境保护，2009（6）：34-36.