（西安航天自动化股份有限公司，陕西，西安，710065）
【摘 要】本文介绍了PLC在RRTO (Rotary Regenerative Thermal Oxidizer)转塔蓄热式废气燃烧炉中的应用，该控制系统采用三菱Q系列高性能PLC（Q003UD VCPU），现场风机及油泵都采用三菱F700系列变频器驱动，并通过CC-LINK现场总线串行连接至PLC；SEW伺服电机采用MDX61B伺服控制器驱动，使蓄热体旋转单元按一定时间间隔作顺时针方向缓慢切换，实现旋转单元定位准确；现场测量温度的热电偶及测温电阻PT100，测量油压的压力变送器及测量集气箱的风压变送器通过富士PXR5微型控制器显示调节，并通过RS485(Modbus)通信总线串联至触摸屏中，将参数数据传输至触摸屏并形成曲线；切换阀门到位信号的接近开关、检测燃烧机匝板开启关闭的磁性开关和控制气缸的电磁阀等信号通过输入、输出模块传送至PLC。
【关键词】RRTO；控制系统；可靠性
一、项目概述
RRTO转塔蓄热式废气燃烧炉在覆铜板厂既是一个有机废气治理设备，又是一个环保节能的工艺设备，RRTO利用高温燃烧活化技术，将覆铜板生产线所产生的有毒有害的碳氢化合物气体VOCs（Volatile Organic Compound）燃烧至870℃左右，即可破坏有机溶剂链条，转化为无毒无害的二氧化碳及水，使VOCs净化率达99%以上，使之燃烧炉烟囱出口的废气浓度符合《中华人民共和国环保法》。RRTO炉膛内装有高效陶瓷蓄热体填充材料，通过废气气流的程序切换，可以充分的回收燃烧碳氢化合物气体产生的热能，再通过导热油换热器和热风换热器，将持续稳定的热能传递给覆铜板生产线的立式烘箱，既满足了覆铜板生产线的工艺要求，也符合国家现行的环保节能的双重目标。
二、项目结构
RRTO转塔式蓄热废气燃烧炉主要由旋转炉膛、导热油换热器、热风换热器、废气预热区、排烟烟囱构成。其中旋转炉膛是RRTO转塔式蓄热废气燃烧炉的关键设备，旋转炉膛分12个蓄热室，蓄热室通过转阀旋转切换使各部分交替地处于储存热量与释放热量的状态。转阀是旋转炉膛的关键部件之一，其作用是利用转阀的旋转，依次改变各蓄热床的进气（废气）、排气（烟气）通道。转阀由阀芯、阀座、分气盘、支撑部件和驱动部件组成。阀芯是转阀的核心部件，它包括进气区（废气）、排气区（烟气）和过渡区三部分，来自上胶机的废气由阀芯的进气区经蓄热床进入焚烧室氧化分解，产生的烟气由放热床在经过阀芯排气区进入RTO排烟管道排空。阀芯每次旋转一定角度，便有一个蓄热床和一个放热床互换。过渡区是为隔断进气区和排气区而设立的，转阀旋转时，在蓄热床和放热床的分界面会发生烟气和废气的“短路”现象，利用过渡区上的排气孔将这部分“短路”的废气重新引回到转阀的废气入口，达到防治废气泄漏的目的。阀座是转阀的外壳，同时也是阀芯进气区的组成部分。其上设置有进气孔、排气孔和人孔。分气盘是阀芯和炉体的转接件，用耐热钢制成。支撑部件包括滑动轴承、推力轴承、气垫等部件。阀芯驱动部件是通过减速电机驱动阀芯上的齿轮实现的。图一所示为RRTO转塔式蓄热废气燃烧炉现场总图。
图一：RRTO转塔式蓄热废气燃烧炉现场总图
三、RRTO控制系统
RRTO转塔式蓄热废气燃烧炉控制系统主要包括排烟风机负压控制系统、热风风机正压控制系统、RRTO燃烧炉控制系统、RRTO安全切换阀门控制系统、导热油控制系统、RRTO燃烧炉安全报警系统。
其中排烟风机负压控制系统，通过风压传感器检测废气集气箱的废气负压信号，并输入到富士微型控制器，为了维持进入炉膛内的正常压力，富士微型控制器输出4-20MA信号对排烟风机变频器进行相应的调节。而热风风机正压控制系统，检测热风集气箱的正压信号，通过富士微型控制器输出4-20MA信号对热风风机变频器进行相应的调节。RRTO燃烧炉控制系统，主要包括燃烧机控制系统和旋转单元控制系统，燃烧机控制系统主要通过温度传感器检测炉膛温度，输入并由富士微型控制器控制二段火燃烧机的大小火切换和自动点火熄火。旋转单元控制系统则由伺服电机驱动转阀按顺时针方向和一定时间间隔进行旋转切换，定位精确。RRTO安全切换阀门控制系统，当RRTO转塔式蓄热废气燃烧炉正常运行时，此时安全排空阀关闭、安全阻气阀开启，废气通过废气管道进入炉膛进行高温分解处理；当RRTO转塔式蓄热废气燃烧炉出现报警时，此时安全排空阀开启、安全阻气阀关闭，避免燃烧机高温回火至上胶机烘箱出现安全生产事故。导热油控制系统，通过温度传感器检测导热油管道的出油温度，输入到富士微型控制器并与设定的导热油出油温度进行比较，输出4-20MA信号对自动比例阀门的开度进行控制，调节通过导热油换热器的烟气量，最终控制导热油管道的出油温度，为用热设备提供稳定持续的热能。RRTO燃烧炉安全报警系统主要通过温度传感器，压力传感器等检测相应的温度、压力等参数，与设定的安全报警值进行比较，给出警告干预信号或燃烧机停止报警信号。图二所示为RRTO现场工艺图。
图二：RRTO现场工艺图
四、Q系列PLC的特性与配置
RRTO转塔式蓄热废气燃烧炉控制系统由1个主控制柜、2个变频控制柜，1个远程操作箱组成。其中主控制柜内PLC硬件组成为：电源模块Q64P（一块）；CPU模块Q003UDVCPU（一块），其中的以太网口用于跟触摸屏的链接；基板Q312B（一块）；CC-LINK模块QJ61BT11N（一块），用于连接现场变频器；16点输入模块QX81（三块）和输出模块QY10（四块），主要用来连接柜门面板上各类按钮、指示灯以及控制制动电机的继电器；8路热电偶输入模块Q68TD-G-H01（两块），用于连接测量转塔炉蓄热体温度的热电偶温度传感器（12支）、测量换热器后温度、压机侧换热器后温度、热水换热器后温度的热电偶温度传感器（各一支）。主控制柜内的SEW伺服控制器用于控制启动蓄热体转阀电机（），主控制柜柜门装有富士微型控制器PXR5（十七块），用于连接测量RRTO温度的热电偶或测温电阻PT100温度传感器、测量压力的压力变送器、以及实现排烟风机负压控制、热风风机正压控制。
其中变频控制柜一内主要安装两台变频器，热风风机变频器和废气回收变频器；变频控制柜二内主要安装一台变频器，排烟风机变频器用驱动转塔燃烧炉主风机。
远程控制箱的操作箱面板上的操作按钮、开关和状态指示灯。
五、参数设置
1、PLC软件设置：根据硬件的选择，在三菱的PLC编程软件GX Developer中需要。软件设置包括PLC参数设置，网络参数设置、智能功能模块设置、程序设置等。其中PLC参数设置主要包括软元件设置、I/O分配设置、内置以太网端口设置、CC-LINK 参数设置。其中智能功能模块设置主要包括热电偶输入模块的开关设置、增益参数设置、自动刷新设置。图四所示为热电偶输入模块参数配置图。
图四：热电偶输入模块参数配置图
2、触摸屏控制器/PLC通讯参数设置：
当触摸屏和三菱PLC通信，及触摸屏和富士PXR5微型控制器通信时，需要先设定通讯参数才能使用。首先是通信模式的设定，由于在本系统中有两个通信模式，它们属于不同的网络。触摸屏和三菱PLC通信，需要选择相应三菱PLC的厂家、产品系列及通信模式，再添加控制器并设置IP地址。
触摸屏和富士PXR5微型控制器通信，需要选择相应产品的厂家、通信模式及触摸屏端口，然后设定每个控制器的站号和通讯速率，第一路依次设定为1号站、2号站、3号站一直到16号站。图四所示为触摸屏控制器/PLC2通讯参数设置。
图四：触摸屏控制器/PLC2通讯参数设置
3、RRTO开机自动操作程序
4、RRTO紧急停机自动操作程序
六、小结
RRTO转塔式蓄热废气燃烧炉实现全自动化控制，操作简单，运行稳定，安全可靠性高。采用多项先进技术，使设备简化，易于维修，并降低了运行成本。废气在炉内停留时间长,炉内无死区；不产生二次污染。产品设计考虑行业的生产工艺，重视前端控制和末端治理的结合；重视对余热进行综合利用，产生经济效益；优化设计的结构、通风系统，确保好的处理效果；充分考虑系统的安全与防护。
参考文献：
[1]QCPU（Q模式）/QnACPU编程手册（公共指令）
[2]Pro-face操作应用基础
论文作者:周阳
论文发表刊物:《工程建设标准化》2016年7月总第212期
论文发表时间:2016/9/18
标签：废气论文; 蓄热论文; 控制系统论文; 控制器论文; 富士论文; 触摸屏论文; 炉膛论文; 《工程建设标准化》2016年7月总第212期论文;