PLC電控柜在布袋除塵器中的應(yīng)用

一、引言
可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，簡稱PLC，也可稱可編程控制器）是一種專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算電子系統(tǒng)，綜合了計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、通訊等現(xiàn)代科技的一種新型工業(yè)自動(dòng)控制裝置，能長期在惡劣的工業(yè)環(huán)境中可靠運(yùn)行；編程簡單，使用方便，只需修改軟件就能改變或增加控制功能，可以滿足用戶的特定要求；同時(shí)還具有很強(qiáng)的輸入輸出接口，既能處理數(shù)字量，又能處理模擬量；在結(jié)構(gòu)上采用了模塊式的組合結(jié)構(gòu)，很容易與其它設(shè)備或計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（如DCS、FCS等）組成集中控制系統(tǒng)。
 
 
二、布袋除塵器PLC電控柜選型及系統(tǒng)硬件構(gòu)成
 
在PLC選型上，常選用了德國SIEMENS公司的SIMATIC S7-300系列可編程序控制器。SIEMENS公司是世界上較大PLC制造廠家之一，其產(chǎn)品的可靠性是眾所周知的。S7-300系列PLC提供了解決成套控制任務(wù)的能力和靈活性，具有功能豐富的指令集，高級的編程工具以及品種繁多的I/O模塊，能滿足各種行業(yè)的控制任務(wù)。S7-200系列PLC具有適用范圍廣，定時(shí)中斷、自檢功能、自定義故障中斷服務(wù)程序、網(wǎng)絡(luò)通訊功能等，使維護(hù)工作變得簡單。CPU根據(jù)用戶控制點(diǎn)數(shù)要求，確定具體型號規(guī)格。
 
三、布袋除塵器PLC電控柜低壓控制系統(tǒng)的組成及功能
 
作為生產(chǎn)工藝設(shè)備的LY低壓長袋離線除塵器，可靠性是的。在系統(tǒng)控制程序中包括定時(shí)、定阻和混合的清灰控制程序；定時(shí)、料位的輸卸灰控制程序；同時(shí)還有布袋除塵的在線檢修控制程序。其中，低壓控制系統(tǒng)主要有脈沖清灰、在線檢修、振打與反吹、卸灰與輸灰、溫度檢測與控制、破袋檢漏以及其它監(jiān)測措施等控制系統(tǒng)所組成。
 
3.1 脈沖清灰
 
脈沖清灰袋式除塵器是目前國內(nèi)外應(yīng)用較廣泛的一種高效清灰袋式除塵器。脈沖清灰系統(tǒng)是袋式除塵器的核心，也是其技術(shù)的關(guān)鍵所在，其設(shè)計(jì)必須根據(jù)工藝的實(shí)際情況進(jìn)行恰當(dāng)?shù)呐渲?，這樣才能保證除塵器高效的運(yùn)行。我公司根據(jù)實(shí)際工況，采用PLC自動(dòng)控制低壓脈沖離線清灰，主要是定時(shí)、定阻和混合控制方式，我們多年來根據(jù)現(xiàn)場使用情況所總結(jié)出的經(jīng)驗(yàn)，以定時(shí)為主，定阻、混合為輔的方式。
 
3.1.1 定時(shí)清灰
 
定時(shí)離線清灰要求除塵器設(shè)計(jì)為多室組合的形式，實(shí)現(xiàn)逐室清灰，當(dāng)某過濾室需要清灰時(shí)，首先要控制擋板使這個(gè)氣室不再進(jìn)行煙氣過濾，即過濾室與主氣流隔離開來，過濾室被隔離是通過設(shè)置在出氣口的提升閥來實(shí)現(xiàn)的。采用定時(shí)離線清灰，可設(shè)置脈沖寬度和脈沖間隔時(shí)間。當(dāng)除塵器工作一段時(shí)間后，濾袋外側(cè)的灰層厚度增加，其阻力亦增大，此時(shí)應(yīng)對濾袋進(jìn)行清灰。脈沖清灰過程中，每臺除塵器的每個(gè)過濾室上都設(shè)置了多個(gè)脈沖閥，以壓縮空氣為清灰動(dòng)力，由PLC發(fā)出控制信號，依次觸發(fā)各個(gè)脈沖閥，在瞬間釋放低壓空氣。由于動(dòng)能與勢能的共同作用，由脈沖閥瞬間噴吹的低壓空氣，使相應(yīng)等待清灰的一組濾袋突然膨脹和振動(dòng)，抖落積附在濾袋外側(cè)的灰塵，以恢復(fù)濾袋的除塵功能，使除塵器自始至終保持良好的工作狀態(tài)。
 
3.1.2 定阻清灰
 
定阻清灰是通過在除塵器進(jìn)出口的壓差變送器來控制的，當(dāng)壓差變送器的檢測值大于設(shè)定值時(shí)，則執(zhí)行定阻自動(dòng)清灰。
 
3.1.3 混合清灰
 
清灰的目的是清除布袋的灰塵，使布袋粉塵保持合適的厚度，除塵器有較高的除塵效率和較低的能耗。早期的除塵系統(tǒng)風(fēng)量一般恒定，常用的清灰控制方式有定時(shí)清灰和定阻清灰。定時(shí)清灰是指按照預(yù)先設(shè)定的清灰周期和脈沖間隔控制清灰機(jī)構(gòu)動(dòng)作，屬于開環(huán)控制，不考慮除塵器的實(shí)際阻力。若時(shí)間設(shè)置不合理，會(huì)使除塵效率太低或系統(tǒng)能耗太高。定阻清灰是根據(jù)除塵器實(shí)際阻力來控制清灰。通常設(shè)定一個(gè)目標(biāo)阻力，當(dāng)實(shí)際阻力高于目標(biāo)阻力一定范圍時(shí)開始清灰，直到實(shí)際阻力小于目標(biāo)阻力一定范圍時(shí)停止清灰。這種方式相比定時(shí)清灰實(shí)現(xiàn)了阻力的簡單閉環(huán)控制，因此在風(fēng)量恒定的除塵系統(tǒng)中應(yīng)用較為廣泛。由于本系統(tǒng)中采用了變頻調(diào)速，除塵風(fēng)量不再恒定，定時(shí)清灰和定阻清灰都不適用，經(jīng)分析和試驗(yàn)，系統(tǒng)采用了定時(shí)定阻混合清灰控制策略。當(dāng)運(yùn)行壓差小于設(shè)定值時(shí)，按時(shí)間設(shè)定啟動(dòng)清灰，當(dāng)運(yùn)行壓差大于設(shè)定值時(shí)，則強(qiáng)行啟動(dòng)清灰程序。
 
除塵系統(tǒng)的壓差值進(jìn)入PLC的模擬量輸入模塊，當(dāng)除塵系統(tǒng)投入正常運(yùn)行后；PLC讀取除塵系統(tǒng)的進(jìn)出口壓差信號跟預(yù)先設(shè)定好的參數(shù)實(shí)時(shí)比較來確定布袋是否需要清灰，使除塵器運(yùn)行在較佳狀態(tài)。
 
3.2 在線檢修
 
除塵器正常工作是采用離線清灰，需要檢修時(shí)可以分室進(jìn)行而不影響除塵器整體的正常工作。
 
3.3 振打與反吹
 
振打清灰是除塵器的主要過程，其目的是防止灰斗的堵塞。振打周期對其影響也很大，其控制可分為手動(dòng)振打和定時(shí)振打。在振打力度與均勻性都滿足要求時(shí)，振打頻率是否合理，對除塵器灰斗的堵塞影響極大。因此，選擇合理的振打周期，將有助于更好地防止灰斗的堵塞。
 
3.4 卸灰與輸灰
 
除塵器的卸灰方式可分為定時(shí)自動(dòng)卸灰；高、低料位自動(dòng)卸灰。我公司采用的是定時(shí)輸卸灰和料位卸灰方式。所謂高料位卸灰指的是當(dāng)?shù)蛪嚎刂葡到y(tǒng)檢測到某一灰斗高料位信號時(shí)，延時(shí)一定時(shí)間后啟動(dòng)相應(yīng)的卸灰裝置；當(dāng)料位低于低料位時(shí)停止相應(yīng)的卸灰裝置。為避免料位計(jì)損壞或誤報(bào)而導(dǎo)致灰斗堵灰，又加入定時(shí)自動(dòng)卸灰功能，以保證系統(tǒng)能夠進(jìn)行自動(dòng)卸灰。在定時(shí)自動(dòng)卸灰方式下，每個(gè)室順序依次卸灰，循環(huán)工作，避免了多室同時(shí)工作，致使輸灰機(jī)阻塞等現(xiàn)象的事情發(fā)生，有效的保證除塵系統(tǒng)的正常運(yùn)行。
 
3.5 溫度檢測與控制
 
溫度采集處理單元由溫度傳感器、熱電阻全隔離信號調(diào)理器等組成。溫度傳感器采用鉑熱電阻Pt100，它將進(jìn)出口煙氣的溫度信號轉(zhuǎn)換為電阻值，經(jīng)熱電阻全隔離信號調(diào)理器轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的4～20mA電流信號，送到PLC的模擬量輸入模塊中，供PLC分析處理用。
 
在生產(chǎn)工況穩(wěn)定時(shí)進(jìn)入除塵器的煙氣溫度在100～180℃之間。由于煙氣進(jìn)入除塵器的溫度低于70℃時(shí)，容易造成煙氣中粉塵粘在濾袋表面，形成一層不透氣且不易清除的結(jié)塊，使濾袋失效；而進(jìn)入除塵器的煙氣溫度高于220℃時(shí)，會(huì)造成濾袋使用壽命降低或燒壞濾袋，因此，除塵器另設(shè)兩只冷風(fēng)閥，當(dāng)進(jìn)氣溫度達(dá)180℃時(shí)開始報(bào)警要求調(diào)整工況，同時(shí)控制打開一個(gè)冷風(fēng)閥輸入冷空氣降溫；當(dāng)進(jìn)氣溫度達(dá)200℃，同時(shí)打開兩個(gè)冷風(fēng)閥輸入冷空氣降溫；此外，在設(shè)計(jì)中增加了旁路系統(tǒng)，主要是考慮系統(tǒng)生產(chǎn)時(shí)工況不穩(wěn)定等因素導(dǎo)致入口煙氣溫度可能超過濾袋的允許范圍，確保濾袋安全。在這時(shí)，要采取緊急措施，走旁路系統(tǒng)，避免影響整個(gè)系統(tǒng)的正常生產(chǎn)。
 
3.6 破袋檢漏
 
操作人員發(fā)現(xiàn)超標(biāo)報(bào)警后，將控制柜上的清灰選擇轉(zhuǎn)換開關(guān)扳至“0”位置，終止清灰控制程序，然后單擊控制柜上的濾袋破損檢測按鈕，監(jiān)控機(jī)向PLC發(fā)布檢漏指令，PLC接到命令后啟動(dòng)除塵器檢漏程序，使除塵器內(nèi)提升閥按預(yù)定的節(jié)奏逐個(gè)依次關(guān)閉開啟，如果當(dāng)一個(gè)除塵室中的提升閥被關(guān)閉時(shí)，相應(yīng)除塵器的排放濃度PD1明顯減少，說明此除塵室中有破袋現(xiàn)象，PLC將向環(huán)保中心發(fā)送破損室號。可及時(shí)有效地發(fā)現(xiàn)哪個(gè)除塵過濾室有破袋現(xiàn)象，及時(shí)更換，保證整個(gè)除塵系統(tǒng)的正常運(yùn)行。
 
3.7 監(jiān)測措施
 
為了保證除塵系統(tǒng)的正常運(yùn)行，提高除塵效率，節(jié)省能源，在系統(tǒng)上設(shè)置一些必要的儀表監(jiān)測措施，設(shè)計(jì)有除塵器進(jìn)出口壓差；除塵器進(jìn)、出口溫度以及風(fēng)機(jī)的一些檢測點(diǎn)（風(fēng)機(jī)軸承、電機(jī)軸承、定子溫度，風(fēng)機(jī)進(jìn)出口煙氣壓力、風(fēng)機(jī)軸承振動(dòng)、冷卻水壓力、壓縮空氣壓力等）。
 
四、布袋除塵器PLC電控柜應(yīng)用與維護(hù)
 
由于采用了先進(jìn)的PLC，系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)更為合理，控制性能明顯提高，系統(tǒng)獲得了更大的可控性和可擴(kuò)展性。同時(shí)結(jié)合先進(jìn)的控制算法，使得布袋使用壽命明顯增長，氣源的利用率得以提高，整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)營成本大幅下降，這一切使得布袋除塵器在工業(yè)領(lǐng)域具有了更加光明的應(yīng)用前景。
 
4.1 控制方式
 
除塵系統(tǒng)控制柜體設(shè)備與現(xiàn)場設(shè)備的距離較遠(yuǎn)，一般需兩地控制。因此，我們增設(shè)了就地現(xiàn)場操作箱，便于設(shè)備的調(diào)試與檢修；就地現(xiàn)場操作包括除塵系統(tǒng)上的所有提升閥、脈沖閥、螺旋輸灰電機(jī)、卸灰閥以及振打器等等。當(dāng)設(shè)備切換至遠(yuǎn)程狀態(tài)時(shí)一般為PLC自動(dòng)控制和計(jì)算機(jī)操作，無需人員干預(yù)。
 
4.2 低壓控制柜可靠性設(shè)計(jì)
 
應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場的控制設(shè)備，提高其可靠性水平是十分必要的，低壓控制設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)涉及電器元件的選型、程序編制、結(jié)構(gòu)和總體設(shè)計(jì)等各個(gè)方面。我們在低壓程控柜的設(shè)計(jì)過程中采用了屏蔽、隔離、接地、風(fēng)冷等多項(xiàng)可靠保證措施，大大提高了設(shè)備的可靠性水平。
 
4.3 控制系統(tǒng)維護(hù)
 
PLC對物理環(huán)境要求高，保證通風(fēng)與散熱。PLC工作環(huán)境溫度為0～40℃，環(huán)境溫度較高時(shí)，應(yīng)打開PLC柜頂部的冷卻風(fēng)扇，以使得PLC工作在適當(dāng)?shù)沫h(huán)境；控制柜安裝場所不得有劇烈震動(dòng)，不得有導(dǎo)電、易爆炸、有腐蝕的氣體塵埃、相對濕度不得超過85％、更不得有凝結(jié)水，否則必須加相應(yīng)的防范措施。
 
五、布袋除塵器PLC電控柜系統(tǒng)特點(diǎn)
 
5.1 控制系統(tǒng)采用國外先進(jìn)PLC產(chǎn)品，可靠性高、通用性強(qiáng)；
 
5.2 控制系統(tǒng)采用了模塊式組合結(jié)構(gòu)，并集開關(guān)量控制和模擬量控制處理于一體，使用方便，維護(hù)量少；
 
5.3 控制系統(tǒng)對除塵器清灰、輸卸灰、壓差、溫度等運(yùn)行參數(shù)能實(shí)時(shí)監(jiān)控；并可以與中心計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通訊，進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。
 
總之，先進(jìn)的技術(shù)使得控制系統(tǒng)自動(dòng)化程度高，操作使用方便。
 
六、結(jié)束語
 
PLC的引進(jìn)和利用，是現(xiàn)代工業(yè)控制領(lǐng)域提高生產(chǎn)效率和管理水平的必然趨勢，采用軟硬結(jié)合的控制方案則是充分利用系統(tǒng)資源，提高系統(tǒng)效率的有效手段，本系統(tǒng)就是在這樣的指導(dǎo)思想下進(jìn)行設(shè)計(jì)的。現(xiàn)場實(shí)際運(yùn)行表明，本系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，具有自動(dòng)化程度高，操作使用方便等優(yōu)點(diǎn)。我們相信，技術(shù)先進(jìn)、功能強(qiáng)大的PLC在LY低壓長袋離線除塵器控制系統(tǒng)上的應(yīng)用會(huì)更加廣泛。同時(shí)，該系統(tǒng)也適用于工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)線的控制。