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环保设备/水处理设备 |
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PLC在布袋除尘器中的应用 |
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作者： |
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一、引言
可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，简称PLC，也可称可编程控制器）是一种专为在工业环境应用而设计的数字运算电子系统，综合了计算机、自动控制、通讯等现代科技的一种新型工业自动控制装置，能长期在恶劣的工业环境中可靠运行；编程简单，使用方便，只需修改软件就能改变或增加控制功能，可以满足用户的特定要求；同时还具有很强的输入输出接口，既能处理数字量，又能处理模拟量；在结构上采用了模块式的组合结构，很容易与其它设备或计算机系统（如DCS、FCS等）组成集中控制系统。
我公司引进国外先进的PLC，研制开发了LY低压长袋离线除尘器PLC控制系统，该系统克服了驱动部分采用接触器、继电器所引起的可靠性差、保护功能差等缺陷，它在技术特性、应用功能等方面与我公司除尘器低压控制系统有较强的互补性，能满足不同用户的多种需要。
二、PLC选型及系统硬件构成
在PLC选型上，经过反复的对比，选用了德国SIEMENS公司的SIMATIC S7-300系列可编程序控制器。SIEMENS公司是世界上较大PLC制造厂家之一，其产品的可靠性是众所周知的。S7-300系列PLC提供了解决成套控制任务的能力和灵活性，具有功能丰富的指令集，高级的编程工具以及品种繁多的I/O模块，能满足各种行业的控制任务。S7-200系列PLC具有适用范围广，定时中断、自检功能、自定义故障中断服务程序、网络通讯功能等，使维护工作变得简单。CPU根据用户控制点数要求，确定具体型号规格。
三、低压控制系统的组成及功能
作为生产工艺设备的LY低压长袋离线除尘器，可靠性是第一的。在系统控制程序中包括定时、定阻和混合的清灰控制程序；定时、料位的输卸灰控制程序；同时还有布袋除尘的在线检修控制程序。其中，低压控制系统主要有脉冲清灰、在线检修、振打与反吹、卸灰与输灰、温度检测与控制、破袋检漏以及其它监测措施等控制系统所组成。
图1 远程监控画面
3.1 脉冲清灰
脉冲清灰袋式除尘器是目前国内外应用最广泛的一种高效清灰袋式除尘器。脉冲清灰系统是袋式除尘器的核心，也是其技术的关键所在，其设计必须根据工艺的实际情况进行恰当的配置，这样才能保证除尘器高效的运行。我公司根据实际工况，采用PLC自动控制低压脉冲离线清灰，主要是定时、定阻和混合控制方式，我们多年来根据现场使用情况所总结出的经验，以定时为主，定阻、混合为辅的方式。
3.1.1 定时清灰
定时离线清灰要求除尘器设计为多室组合的形式，实现逐室清灰，当某过滤室需要清灰时，首先要控制挡板使这个气室不再进行烟气过滤，即过滤室与主气流隔离开来，过滤室被隔离是通过设置在出气口的提升阀来实现的。采用定时离线清灰，可设置脉冲宽度和脉冲间隔时间。当除尘器工作一段时间后，滤袋外侧的灰层厚度增加，其阻力亦增大，此时应对滤袋进行清灰。脉冲清灰过程中，每台除尘器的每个过滤室上都设置了多个脉冲阀，以压缩空气为清灰动力，由PLC发出控制信号，依次触发各个脉冲阀，在瞬间释放低压空气。由于动能与势能的共同作用，由脉冲阀瞬间喷吹的低压空气，使相应等待清灰的一组滤袋突然膨胀和振动，抖落积附在滤袋外侧的灰尘，以恢复滤袋的除尘功能，使除尘器自始至终保持良好的工作状态。
3.1.2 定阻清灰
定阻清灰是通过在除尘器进出口的压差变送器来控制的，当压差变送器的检测值大于设定值时，则执行定阻自动清灰。
3.1.3 混合清灰
清灰的目的是清除布袋的灰尘，使布袋粉尘保持合适的厚度，除尘器有较高的除尘效率和较低的能耗。早期的除尘系统风量一般恒定，常用的清灰控制方式有定时清灰和定阻清灰。定时清灰是指按照预先设定的清灰周期和脉冲间隔控制清灰机构动作，属于开环控制，不考虑除尘器的实际阻力。若时间设置不合理，会使除尘效率太低或系统能耗太高。定阻清灰是根据除尘器实际阻力来控制清灰。通常设定一个目标阻力，当实际阻力高于目标阻力一定范围时开始清灰，直到实际阻力小于目标阻力一定范围时停止清灰。这种方式相比定时清灰实现了阻力的简单闭环控制，因此在风量恒定的除尘系统中应用较为广泛。由于本系统中采用了变频调速，除尘风量不再恒定，定时清灰和定阻清灰都不适用，经分析和试验，系统采用了定时定阻混合清灰控制策略。当运行压差小于设定值时，按时间设定启动清灰，当运行压差大于设定值时，则强行启动清灰程序。
除尘系统的压差值进入PLC的模拟量输入模块，当除尘系统投入正常运行后；PLC读取除尘系统的进出口压差信号跟预先设定好的参数实时比较来确定布袋是否需要清灰，使除尘器运行在最佳状态。
3.2 在线检修
除尘器正常工作是采用离线清灰，需要检修时可以分室进行而不影响除尘器整体的正常工作。
3.3 振打与反吹
振打清灰是除尘器的主要过程，其目的是防止灰斗的堵塞。振打周期对其影响也很大，其控制可分为手动振打和定时振打。在振打力度与均匀性都满足要求时，振打频率是否合理，对除尘器灰斗的堵塞影响极大。因此，选择合理的振打周期，将有助于更好地防止灰斗的堵塞。
3.4 卸灰与输灰
除尘器的卸灰方式可分为定时自动卸灰；高、低料位自动卸灰。我公司采用的是定时输卸灰和料位卸灰方式。所谓高料位卸灰指的是当低压控制系统检测到某一灰斗高料位信号时，延时一定时间后启动相应的卸灰装置；当料位低于低料位时停止相应的卸灰装置。为避免料位计损坏或误报而导致灰斗堵灰，又加入定时自动卸灰功能，以保证系统能够进行自动卸灰。在定时自动卸灰方式下，每个室顺序依次卸灰，循环工作，避免了多室同时工作，致使输灰机阻塞等现象的事情发生，有效的保证除尘系统的正常运行。
3.5 温度检测与控制
温度采集处理单元由温度传感器、热电阻全隔离信号调理器等组成。温度传感器采用铂热电阻Pt100，它将进出口烟气的温度信号转换为电阻值，经热电阻全隔离信号调理器转换成标准的4～20mA电流信号，送到PLC的模拟量输入模块中，供PLC分析处理用。
在生产工况稳定时进入除尘器的烟气温度在100～180℃之间。由于烟气进入除尘器的温度低于70℃时，容易造成烟气中粉尘粘在滤袋表面，形成一层不透气且不易清除的结块，使滤袋失效；而进入除尘器的烟气温度高于220℃时，会造成滤袋使用寿命降低或烧坏滤袋，因此，除尘器另设两只冷风阀，当进气温度达180℃时开始报警要求调整工况，同时控制打开一个冷风阀输入冷空气降温；当进气温度达200℃，同时打开两个冷风阀输入冷空气降温；此外，在设计中增加了旁路系统，主要是考虑系统生产时工况不稳定等因素导致入口烟气温度可能超过滤袋的允许范围，确保滤袋安全。在这时，要采取紧急措施，走旁路系统，避免影响整个系统的正常生产。
3.6 破袋检漏
操作人员发现超标报警后，将控制柜上的清灰选择转换开关扳至“0”位置，终止清灰控制程序，然后单击控制柜上的滤袋破损检测按钮，监控机向PLC发布检漏指令，PLC接到命令后启动除尘器检漏程序，使除尘器内提升阀按预定的节奏逐个依次关闭开启，如果当一个除尘室中的提升阀被关闭时，相应除尘器的排放浓度PD1明显减少，说明此除尘室中有破袋现象，PLC将向环保中心发送破损室号。可及时有效地发现哪个除尘过滤室有破袋现象，及时更换，保证整个除尘系统的正常运行。
3.7 监测措施
为了保证除尘系统的正常运行，提高除尘效率，节省能源，在系统上设置一些必要的仪表监测措施，设计有除尘器进出口压差；除尘器进、出口温度以及风机的一些检测点（风机轴承、电机轴承、定子温度，风机进出口烟气压力、风机轴承振动、冷却水压力、压缩空气压力等）。
四、应用与维护
由于采用了先进的PLC，系统控制结构更为合理，控制性能明显提高，系统获得了更大的可控性和可扩展性。同时结合先进的控制算法，使得布袋使用寿命明显增长，气源的利用率得以提高，整个系统的运营成本大幅下降，这一切使得布袋除尘器在工业领域具有了更加光明的应用前景。
4.1 控制方式
除尘系统控制柜体设备与现场设备的距离较远，一般需两地控制。因此，我们增设了就地现场操作箱，便于设备的调试与检修；就地现场操作包括除尘系统上的所有提升阀、脉冲阀、螺旋输灰电机、卸灰阀以及振打器等等。当设备切换至远程状态时一般为PLC自动控制和计算机操作，无需人员干预。
4.2 低压控制柜可靠性设计
应用于工业现场的控制设备，提高其可靠性水平是十分必要的，低压控制设备的可靠性设计涉及电器元件的选型、程序编制、结构和总体设计等各个方面。我们在低压程控柜的设计过程中采用了屏蔽、隔离、接地、风冷等多项可靠保证措施，大大提高了设备的可靠性水平。
4.3 控制系统维护
PLC对物理环境要求高，保证通风与散热。PLC工作环境温度为0～40℃，环境温度较高时，应打开PLC柜顶部的冷却风扇，以使得PLC工作在适当的环境；控制柜安装场所不得有剧烈震动，不得有导电、易爆炸、有腐蚀的气体尘埃、相对湿度不得超过85％、更不得有凝结水，否则必须加相应的防范措施。
五、系统特点
5.1 控制系统采用国外先进PLC产品，可靠性高、通用性强；
5.2 控制系统采用了模块式组合结构，并集开关量控制和模拟量控制处理于一体，使用方便，维护量少；
5.3 控制系统对除尘器清灰、输卸灰、压差、温度等运行参数能实时监控；并可以与中心计算机实现远程通讯，进行远程控制。
总之，先进的技术使得控制系统自动化程度高，操作使用方便。
六、结束语
PLC的引进和利用，是现代工业控制领域提高生产效率和管理水平的必然趋势，采用软硬结合的控制方案则是充分利用系统资源，提高系统效率的有效手段，本系统就是在这样的指导思想下进行设计的。现场实际运行表明，本系统稳定可靠，达到了设计要求，具有自动化程度高，操作使用方便等优点。我们相信，技术先进、功能强大的PLC在LY低压长袋离线除尘器控制系统上的应用会更加广泛。同时，该系统也适用于工业自动化生产线的控制。(end)
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(9/16/2009) |
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