塔外扫描式间接空冷机组清洗装置控制系统

王 滨，刘 锋，唐贵富，李海燕，徐春风，孙成旭，宋云鹏，胡岩国，朱程皓

(沈阳仪表科学研究院有限公司，辽宁沈阳 110043)

摘要：文中介绍了塔外间接空冷器扫描式清洗装置及其控制系统，该清洗装置适用于间接空冷塔外清洗，控制系统通过基于可编程控制器PLC智能控制，其主要负责各执行机构联动并实现与远程DCS通讯；提出利用PID控制系统调节高压泵出水压力方法及高压泵安全保护控制；介绍了塔外间接空冷清洗装置逻辑控制流程。目前该控制系统已应用于国电克拉玛依2×350 MW热电联产工程间接冷却机械通风塔清洗系统，效果良好。

关键词：间接空冷器；塔外清洗；自动控制系统；高压水射流；PLC；PID

0 引言

空冷器是利用空气冷却热流体的换热装置，在缺水地区(如沙漠地带)或水冷结垢和腐蚀严重的地区，适合采用空冷器。电站空冷机组的运行经常受到花粉、浮尘、昆虫、飞鸟等干扰，影响热交换率，增加运行成本。空冷机组散热器表面积巨大，清洗工作量大，一般采用清洗装置进行清洗作业。塔外间接空冷清洗装置控制系统可实现对散热翅片表面的全覆盖、自动、高效的清洗，对环境无污染，清洗效果显著。

空冷器分为直接空冷机组与间接空冷机组。直接空冷清洗系统有高压束阵式清洗和方阵扫描式清洗两种清洗方式；间接空冷机组清洗系统清洗方式有塔外管束回转式清洗[1]、塔外伸进式清洗[2]和塔内可换位仿形式清洗[3]。塔内可换位仿形式清洗，虽然实现了沿轨道运行、桁架的水平移动、清洗机构的垂直清洗等功能,但是该清洗机构需要反复进出冷却器三角区,从而导致清洗效率低。塔外回转式清洗装置带有一个可转动管束，整个管束设有喷嘴，清洗装置安装在一个移动式的清洗框架上；这种塔外管束回转式清洗装置，只能进行浅表面清洗，无法实现散热片外部的全面有效清洗。塔外伸进式清洗装置，管束可伸进冷却器百叶窗内近距离清洗，清洗效果好，但是为增强散热结构的稳定性，百叶窗内常设置斜拉筋与横拉筋，清洗时增大了操作难度，操作不当时，可能导致无法将清洗管束伸进百叶窗，甚至将百叶窗顶坏。

1 塔外扫描式间接空冷清洗装置

塔外扫描式清洗装置包括清洗装置、控制系统、高压水发生装置及管路系统。高压水发生装置产生高压水射流，水射流通过高压管路、阀门、高压软管等输送到清洗执行装置，执行装置包括导轨、驱动装置、移动机构、带有清洗喷嘴的清洗管束、限位机构等，执行装置可实现智能化远程控制。

间接空冷散热器布置结构为冷却三角单元在塔外呈矩形垂直布置，每个冷却三角由2片管束按56°夹角组成，每片管束长8.7 m，宽约2.3 m。空冷塔内布置有X型水泥柱及管道，塔外部设有百叶窗及支撑组件。针对间接空冷散热器结构特点，依据高压水射流原则，研发了塔外扫描式清洗装置，见图1。

图1 塔外扫描式间接空冷清洗装置

2 塔外间接空冷清洗装置控制系统

2.1 系统构成

塔外间接空冷清洗装置控制系统由PLC控制系统、高压泵控制系统、执行机构及行程开关等组成。PLC控制系统由FX3SA-30MR产品[4]控制， PLC控制系统主要负责各执行机构联动控制，垂直行走驱动由FR-D740-0.4K变频器控制，可根据空冷器污垢状况调整清洗装置清洗速度；高压泵控制系统负责控制高压水射流发生装置，提供清洗水源。高压泵电机采用智能电动机保护控制器控制，可以实现集保护、测量、控制、管理、通信为一体的多种启动控制方式，支持Modbus、Profibus等总线通信方式，可实现与PLC系统通讯。整个控制系统可以实现与DCS系统通讯，由中控室直接控制。塔外间接空冷清洗装置控制系统图如图2所示。

图2 塔外间接空冷清洗装置控制系统图

2.2 PLC控制系统

本项目PLC采用FX3SA系列，共有I/O点30个，其中16个输入点，14个输出点。该系列PLC在运算处理速度、程序容量、指令数量上有显著提升，可以实现与变频器通讯。内置USB/RS-422接口，可扩展以太网接口、对应Modbus协议的串行通信特殊适配器。远程I/O采用现场总线，如CAN、LONWORKS、HART总线等。在系统中，远程I/O采用HART总线。比如现场的传感器，距离控制器机柜比较远，常把16个传感器信号编成一组，用HART总线把信号送到控制器，控制器同时读进16个传感器信号。采用现场总线，控制器和传感器距离可达1 km以上。表1为控制系统I/O分配表。

表1 控制系统I/O分配表

序号名称功能描述序号名称功能描述1X000停止12Y000上行指示灯2X001上行13Y001下行指示灯3X002下行14Y002上到位4X003左行15Y003下到位5X004右行16Y004定位到位6X005上到位17Y005水平限位7X006下到位18Y006左行8X007定位到位19Y007右行9X008水平限位20Y008上行10X009手/自动21Y009下行11X010变频器故障

2.3 高压泵控制系统

2.3.1 压力自动调节控制系统

清洗装置采用高压水射流技术，工作压力8～9 MPa。高压泵压力控制系统可以实现压力自动控制。高压泵压力PID控制系统图如图3所示。

图3 高压泵压力PID控制系统图

压力变送器把压力信号转换成电信号，并将电信号进一步转换成标准信号进行输出[5]。通常使用利用半导体材料的压阻效应和集成电路工艺制成的压阻式压力变送器。这种压力变送器具有较广的测量范围，可以远距离传送信号，并用于比较复杂环境或特殊要求的条件下；PID调节器在自动控制系统中将压力变送器的信号与给定信号比较，将产生的偏差送往PID运算电路，产生对应输出信号；PID调节器将4～20 mA的输出信号输入到内置智能控制器的多回转电动执行机构，电动头采用涡轮蜗杆结构，电动执行器驱动电机转动从而达到高压泵压力自动调节。

2.3.2 高压泵安全保护控制

高压泵控制系统配置水温、油温、水压检测装置和润滑油过滤检测装置，将其采集信号发送到设备控制系统，形成安全联锁，当监测值在设备安全操作范围内时，设备正常运转，当某一监测值出现异常，根据预先设定的安全等级，设备将自动报警直至停机，提示运营人员维护设备，通过加装安全保护装置，可以实现高压水射流清洗机的无人管理，远程操作。高压水泵见图4。

图4 间接空冷清洗系统高压泵

2.4 清洗装置逻辑控制

便携式控制柜用于清洗装置的控制，由PLC、变频器以及传感器配合完成。当行走机构运行至行程开关处时，机构完成相应的程序动作，直至清洗工作完成。根据清洗流程，建立过程运动模型，实现清洗平台在线变频调速；根据现场实际需要设计高压泵远程控制，实现在空冷平台上直接控制高压水射流清洗机的启、停。另外清洗装置具有耐温80 ℃、防水、防尘下的自动化功能，系统操作简便，集控室可以实时监控现场情况，完全达到无人值守。塔外间接空冷清洗装置控制流程[6]如图5所示。

图5 塔外间接空冷清洗装置控制流程

3 结束语

塔外扫描式间接空冷机组清洗装置已应用在国电克拉玛依2×350 MW热电联产工程间接冷却机械通风塔清洗系统，目前克拉玛依项目2台机组全部投产，预计年发电量约35亿kW·h。该清洗方式获得发明专利[7]。该装置控制系统基于可编程控制器PLC的智能控制，实现清洗平台在线变频调速，利用PID控制方式实现高压泵压力自动调节控制。项目设计具有可复制性。

参考文献：

[1] 马洪发,刘锋，余菁华，等.间接空冷机组塔外管束回转式清洗[J].清洗世界，2015，31(7)：51-55.

[2] 马洪发,曾艳丽，刘光恒，等.电站间接空冷机组专用自动伸缩式清洗系统[J].清洗世界，2012，28(10)：33-39.

[3] 马洪发，张振洲，刘锋，等.电站空冷机组专用塔内仿形可换位式清洗装置[J].清洗世界，2016，32(2)：42-48.

[4] 张还.三菱FX系列PLC设计与开发——原理、应用与实训[M].北京：机械工业出版社，2009.

[5] 金和文,路云军.压力自动控制系统在往复式高压泵中的应用[J].甘肃科技纵横，2009,38(1)：60-61；68.

[6] 唐贵富，曹云东.直接空冷机组清洗系统智能控制[J].清洗世界，2016，32(3)：35-36；45.

[7] 马洪发.电站空冷散热器的清洗装置：ZL201510096469.4[P].2015-06-10.

Control System of Indirect Air-cooling Unit Cleaning Devicefor Scanning Cleaning outside Cooler Tower

WANG Bin, LIU Feng, TANG Gui-fu, LI Hai-yan, XU Chun-feng,SUN Cheng-xu, SONG Yun-peng, HU Yan-guo， ZHU Cheng-hao

(Shenyang Academy of Instrumentation Science Co., Ltd., Shenyang 110043， China)

Abstract:This paper describes the tower outside the indirect air cooler scanning cleaning device and its control system. The cleaning device is suitable for indirect air-cooled tower cleaning. The control system was controlled by PLC based on programmable controller, which is mainly responsible for the control of the implementing agencies and to communicate with remote DCS. The use of PID control system was proposed to adjust the high pressure pump water pressure method and high pressure pump safety protection control. This paper described the logic control flow of indirect air-cooling cleaning equipment. At present, the control system has been successfully applied to Guodian Karamay 2×350 MW cogeneration project indirect cooling machinery ventilation tower cleaning system, the effect is good.

Keywords:indirect air cooler; outside the tower cleaning; automatic control system; high pressure water jet； PLC; PID

收稿日期：2017-04-27

中图分类号：TK172

文献标识码：A

文章编号：1004-9614(2017)06-0044-03

作者简介：王滨(1988—)，助理工程师，主要从事清洗设备设计研发与制造。E-mail：[e-mail]