基于PLC的脉冲反吹袋式除尘器自控系统研制.docx

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脉冲反吹袋式除尘器自控系统研制
崔跃华 吴秋瑞 常宇健
（石家庄铁道学院电气工程分院 石家庄 050043）
[摘要]根据国内钢铁行业除尘环保设备的现状和工艺要求，针对广泛应用的脉冲反吹袋式除尘器，采用高性能可编程序控制器实现其运行控制。本文主要介绍了PLC系统的数字量输出矩阵的实现和脉冲反吹控制的方法，并简单介绍了本系统的优点。
[关键词] PLC　　脉冲反吹　　袋式除尘器
DEVELOPMENT OF THE OPPOSITE-BLOWING PULSE PACKE TTYPE DUST PRECIPITATOR CONTROL SYSTEM
Cui Yuehua , Wu Qiurui , Chang Yujian

(School of Electrical Engineering , Shijiazhuang Railway Institute,Shijiazhuang 050043,China)

Abstract: According to the current situation of the dust removing plant and technological requirement of the domestic steel industry, aim at the opposite-blowing pulse packet type dust precipitator that employ extensively, adopt high performance PLC to realize the operation control. This text has mainly introduced the realization of the digital output matrix of PLC system and the method of opposite-blowing pulse control, and has introduced the advantage of this system briefly.
Key words: PLC Opposite-blowing pulse Packet type dust precipitator

1、前言
随着我国工业化进程的不断加快，环境问题已经成为关系到人类前途和命运的尖锐而敏感的问题。国内外的环保产品市场也日益扩大，2000年全球环境市场贸易额已达到5610亿美元，并以每年7.5%的速度增长。钢铁企业是我国经济的命脉，但该行业的粉尘、大气污染也成为了重要的污染源。因此粉尘污染的处理直接关系到钢铁行业的根源处理。在我国钢铁行业的环保技术中，比较成熟的除尘技术主要有袋式除尘、电除尘以及湿法压迫洗涤除尘等，其中，袋式除尘尤其适合应用于钢铁厂上料、出铁等场合，具有工作效率高、运行成本低、工作安全、除尘效果好等优点，是目前国内外钢铁行业的首选除尘设备。但该除尘系统一直存在着控制工艺复杂、自动化程度较高等问题，采用传统继接控制方式，已经很难达到控制要求。
2、系统结构
整个系统开发过程中的中心指导思想就是先进性和可靠性。中心控制室负责集中监视，同时还可对现场设备进行操作和控制。现场控制器采用高性能的可编程序控制器(PLC)作为中心控制单元，实现对所有现场模拟信号和数字信号的采集、处理和控制，保证现场设备运行的稳定性和控制精度。同时采用电气方案灵活、组合方便、保护级别高的GGD型柜体结构。
鉴于现场工作条件恶劣、干扰严重，对可靠性和自动化水平要求较高，因而采用西门子公司的S7系列S7-300 PLC作为现场控制器，具体配置见表1，硬件系统组成见图1。

组件
型号规格
电源单元（PS）
PS307 5A
CPU单元（CPU）
CPU315(1)
通讯单元（IM）
IM360 IM-S
IM361 IM-R
数字输入单元（SM）
SM321 DI16×DC24V
数字输出单元（SM）
SM322 DO16×Rel．AC120V
模拟输入单元（SM）
SM331 AI8×16Bit
表1 PLC模块配置表

图1 硬件系统组成
3、脉冲反吹控制系统设计
整个除尘器控制的核心就是进行脉冲反吹清灰控制，现简单介绍该系统的组成和工作过程。
以一个过滤面积为4086m2的袋式除尘器为例，它由28个小仓组成。仓门的开闭由两位三通的电磁阀控制一个汽缸来实现，称之为离线阀。每个仓内有6个电磁阀，称之为脉冲阀，每个脉冲阀下带15条滤袋，当烟气通过除尘器的一系列直筒滤尘袋时灰尘附着在滤尘袋的外表壁。
常见的离线脉冲反吹控制的工作原理为：首先关闭第一个小仓，即切断正向风机的引力，仓内脉冲阀以0.1秒到0.2秒(连续可调)的脉宽依次动作进行反吹，吹落吸附的灰尘，完成本仓所有喷吹后打开第一个小仓，继续进行过滤。同时，关闭第二个小仓，第二个小仓内脉冲阀再次以0.1秒到0.2秒的脉宽依次动作进行反吹。依此类推，完成所有仓室的脉冲阀反吹，重新开始下一循环。
整个清灰控制采用定时控制。脉冲阀的动作既可手动也可自动，手动时可任意单个控制。系统正常运行时清灰为自动连续循环清灰，两喷吹管清灰间隔设为固定时间，清灰间隔可调。每个净气小室的一组脉冲阀可以单独停用，其余正常工作。
实现此控制功能的难点主要有两点。
其一，被控对象数目众多，总共需要控制28个离线阀及其相关的286=168个脉冲阀。若直接采用PLC的输出点进行控制，仅此功能的数字量输出就需要196点，从而增大整个系统的成本。为此，这里引入了数字量输出矩阵电路，具体做法就是利用PLC的34(28+6)个数字输出点(DO)驱动34个中间继电器，而由这34个中间继电器组成286的矩阵电路，列的每一个输出点驱动一个离线阀中间继电器，行的每一个输出点驱动一个脉冲阀中间继电器，即脉冲矩阵电路的每一个交汇点控制一个具体的脉冲阀线圈，为防止通过脉冲阀的线圈反送电引起误动作在每个脉冲阀前边加二极管。该部分的工作原理图参见图2。实践证明，该电路工作可靠稳定，大大节约了硬件的成本，使得整个系统的性能价格比大大增加，此外，由于矩阵模式的采用，还使得循环控制更加简化。

图2 数字量输出矩阵原理图
其二，离线阀、脉冲阀循环控制难以实现。在引入数字量输出矩阵之后，与之相对应，循环控制程序可以建立内部软输出矩阵，简化了循环控制过程，但仍然有一些问题需要解决。
若采用传统的以定时器为基准的循环控制方案，存在着控制程序复杂、调整不便、响应中断能力不足等缺陷，更为关键的是，脉冲反吹控制工艺中要求可以关停部分离线阀而不影响剩余部分正常工作，对此定时器循环控制方案实现十分困难。
针对这一情况，控制系统中专门设置了计时脉冲产生模块，产生周期为1ms的基准计时脉冲，由计数器完成离线阀、脉冲阀分别循环控制。
具体的脉冲反吹清灰控制流程见图3
初始化
状态判别
判别脉冲阀
循环条件
人工终止
故障终止
判别离线阀
循环条件
离线阀循环计数
脉冲阀循环计数
输出
矩阵

图3 脉冲反吹清灰控制流程
4、结论
系统在设计时采用了高抗干扰能力的硬件电路和模块化设计，使系统具有了优异的工作性能。现场测试和用户使用情况表明，该系统可实现袋式除尘器的脉冲反吹清灰控制，稳定性及可靠性很高，其控制系统的设计已经达到了国内领先水平，具有较高的实用价值和广阔的市场前景。

本文作者创新点：离线阀、脉冲阀输出控制采用软、硬矩阵，提高了整个系统的性价比，也简化了循环控制过程。

参考文献：
[1] 王海群.基于S7-300PLC的高炉煤气净化系统[J]. 微计算机信息，2006，1-1：52-53
[2] 廖常初.S7-300/400 PLC应用技术[M].北京：机械工业出版社,2005
[3] 阳宪惠.工业数据通信与控制网络[M].北京：清华大学出版社,2003

作者简介：崔跃华（1978-），男，讲师。方向为自动测控技术。Email: cwcyh86@。吴秋瑞（1971-），男，汉族，讲师。方向为监测与控制。常宇健（1971-），女，汉族，讲师。方向为计算机控制技术。
About author: Cui Yue hua (1978-),Male , Lecturer ,Research Field: Automatic Measurement And Control System.

本项目为河北省科技厅项目《脉冲反吹清灰袋式除尘器DCS系统》，项目合同编号：03276749，2004年通过河北省鉴定，2005年获河北省教育厅二等奖。

中图分类号：TP273 ，文献标识码：B。

崔跃华
Email: cwcyh86@
通信地址：石家庄铁道学院电气工程分院
邮编：050043