PLC電控櫃在布袋除塵器中的應用

一、引言
可編程邏輯控製器（Programmable Logic Controller，簡稱PLC，也可稱可編程控製器）是一種專為在工業環境應用而設計的數字運算電子係統，綜合了計算機、自動控製、通訊等現代科技的一種新型工業自動控製裝置，能長期在惡劣的工業環境中可靠運行；編程簡單，使用方便，隻需修改軟件就能改變或增加控製功能，可以滿足用戶的特定要求；同時還具有很強的輸入輸出接口，既能處理數字量，又能處理模擬量；在結構上采用了模塊式的組合結構，很容易與其它設備或計算機係統（如DCS、FCS等）組成集中控製係統。
 
 
二、布袋除塵器PLC電控櫃選型及係統硬件構成
 
在PLC選型上，常選用了德國SIEMENS公司的SIMATIC S7-300係列可編程序控製器。SIEMENS公司是世界上較大PLC製造廠家之一，其產品的可靠性是眾所周知的。S7-300係列PLC提供了解決成套控製任務的能力和靈活性，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，能滿足各種行業的控製任務。S7-200係列PLC具有適用範圍廣，定時中斷、自檢功能、自定義故障中斷服務程序、網絡通訊功能等，使維護工作變得簡單。CPU根據用戶控製點數要求，確定具體型號規格。
 
三、布袋除塵器PLC電控櫃低壓控製係統的組成及功能
 
作為生產工藝設備的LY低壓長袋離線除塵器，可靠性是的。在係統控製程序中包括定時、定阻和混合的清灰控製程序；定時、料位的輸卸灰控製程序；同時還有布袋除塵的在線檢修控製程序。其中，低壓控製係統主要有脈衝清灰、在線檢修、振打與反吹、卸灰與輸灰、溫度檢測與控製、破袋檢漏以及其它監測措施等控製係統所組成。
 
3.1 脈衝清灰
 
脈衝清灰袋式除塵器是目前國內外應用較廣泛的一種高效清灰袋式除塵器。脈衝清灰係統是袋式除塵器的核心，也是其技術的關鍵所在，其設計必須根據工藝的實際情況進行恰當的配置，這樣才能保證除塵器高效的運行。我公司根據實際工況，采用PLC自動控製低壓脈衝離線清灰，主要是定時、定阻和混合控製方式，我們多年來根據現場使用情況所總結出的經驗，以定時為主，定阻、混合為輔的方式。
 
3.1.1 定時清灰
 
定時離線清灰要求除塵器設計為多室組合的形式，實現逐室清灰，當某過濾室需要清灰時，首先要控製擋板使這個氣室不再進行煙氣過濾，即過濾室與主氣流隔離開來，過濾室被隔離是通過設置在出氣口的提升閥來實現的。采用定時離線清灰，可設置脈衝寬度和脈衝間隔時間。當除塵器工作一段時間後，濾袋外側的灰層厚度增加，其阻力亦增大，此時應對濾袋進行清灰。脈衝清灰過程中，每台除塵器的每個過濾室上都設置了多個脈衝閥，以壓縮空氣為清灰動力，由PLC發出控製信號，依次觸發各個脈衝閥，在瞬間釋放低壓空氣。由於動能與勢能的共同作用，由脈衝閥瞬間噴吹的低壓空氣，使相應等待清灰的一組濾袋突然膨脹和振動，抖落積附在濾袋外側的灰塵，以恢複濾袋的除塵功能，使除塵器自始至終保持良好的工作狀態。
 
3.1.2 定阻清灰
 
定阻清灰是通過在除塵器進出口的壓差變送器來控製的，當壓差變送器的檢測值大於設定值時，則執行定阻自動清灰。
 
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。早期的除塵係統風量一般恒定，常用的清灰控製方式有定時清灰和定阻清灰。定時清灰是指按照預先設定的清灰周期和脈衝間隔控製清灰機構動作，屬於開環控製，不考慮除塵器的實際阻力。若時間設置不合理，會使除塵效率太低或係統能耗太高。定阻清灰是根據除塵器實際阻力來控製清灰。通常設定一個目標阻力，當實際阻力高於目標阻力一定範圍時開始清灰，直到實際阻力小於目標阻力一定範圍時停止清灰。這種方式相比定時清灰實現了阻力的簡單閉環控製，因此在風量恒定的除塵係統中應用較為廣泛。由於本係統中采用了變頻調速，除塵風量不再恒定，定時清灰和定阻清灰都不適用，經分析和試驗，係統采用了定時定阻混合清灰控製策略。當運行壓差小於設定值時，按時間設定啟動清灰，當運行壓差大於設定值時，則強行啟動清灰程序。
 
除塵係統的壓差值進入PLC的模擬量輸入模塊，當除塵係統投入正常運行後；PLC讀取除塵係統的進出口壓差信號跟預先設定好的參數實時比較來確定布袋是否需要清灰，使除塵器運行在較佳狀態。
 
3.2 在線檢修
 
除塵器正常工作是采用離線清灰，需要檢修時可以分室進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，其目的是防止灰鬥的堵塞。振打周期對其影響也很大，其控製可分為手動振打和定時振打。在振打力度與均勻性都滿足要求時，振打頻率是否合理，對除塵器灰鬥的堵塞影響極大。因此，選擇合理的振打周期，將有助於更好地防止灰鬥的堵塞。
 
3.4 卸灰與輸灰
 
除塵器的卸灰方式可分為定時自動卸灰；高、低料位自動卸灰。我公司采用的是定時輸卸灰和料位卸灰方式。所謂高料位卸灰指的是當低壓控製係統檢測到某一灰鬥高料位信號時，延時一定時間後啟動相應的卸灰裝置；當料位低於低料位時停止相應的卸灰裝置。為避免料位計損壞或誤報而導致灰鬥堵灰，又加入定時自動卸灰功能，以保證係統能夠進行自動卸灰。在定時自動卸灰方式下，每個室順序依次卸灰，循環工作，避免了多室同時工作，致使輸灰機阻塞等現象的事情發生，有效的保證除塵係統的正常運行。
 
3.5 溫度檢測與控製
 
溫度采集處理單元由溫度傳感器、熱電阻全隔離信號調理器等組成。溫度傳感器采用鉑熱電阻Pt100，它將進出口煙氣的溫度信號轉換為電阻值，經熱電阻全隔離信號調理器轉換成標準的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。
 
在生產工況穩定時進入除塵器的煙氣溫度在100～180℃之間。由於煙氣進入除塵器的溫度低於70℃時，容易造成煙氣中粉塵粘在濾袋表麵，形成一層不透氣且不易清除的結塊，使濾袋失效；而進入除塵器的煙氣溫度高於220℃時，會造成濾袋使用壽命降低或燒壞濾袋，因此，除塵器另設兩隻冷風閥，當進氣溫度達180℃時開始報警要求調整工況，同時控製打開一個冷風閥輸入冷空氣降溫；當進氣溫度達200℃，同時打開兩個冷風閥輸入冷空氣降溫；此外，在設計中增加了旁路係統，主要是考慮係統生產時工況不穩定等因素導致入口煙氣溫度可能超過濾袋的允許範圍，確保濾袋安全。在這時，要采取緊急措施，走旁路係統，避免影響整個係統的正常生產。
 
3.6 破袋檢漏
 
操作人員發現超標報警後，將控製櫃上的清灰選擇轉換開關扳至“0”位置，終止清灰控製程序，然後單擊控製櫃上的濾袋破損檢測按鈕，監控機向PLC發布檢漏指令，PLC接到命令後啟動除塵器檢漏程序，使除塵器內提升閥按預定的節奏逐個依次關閉開啟，如果當一個除塵室中的提升閥被關閉時，相應除塵器的排放濃度PD1明顯減少，說明此除塵室中有破袋現象，PLC將向環保中心發送破損室號。可及時有效地發現哪個除塵過濾室有破袋現象，及時更換，保證整個除塵係統的正常運行。
 
3.7 監測措施
 
為了保證除塵係統的正常運行，提高除塵效率，節省能源，在係統上設置一些必要的儀表監測措施，設計有除塵器進出口壓差；除塵器進、出口溫度以及風機的一些檢測點（風機軸承、電機軸承、定子溫度，風機進出口煙氣壓力、風機軸承振動、冷卻水壓力、壓縮空氣壓力等）。
 
四、布袋除塵器PLC電控櫃應用與維護
 
由於采用了先進的PLC，係統控製結構更為合理，控製性能明顯提高，係統獲得了更大的可控性和可擴展性。同時結合先進的控製算法，使得布袋使用壽命明顯增長，氣源的利用率得以提高，整個係統的運營成本大幅下降，這一切使得布袋除塵器在工業領域具有了更加光明的應用前景。
 
4.1 控製方式
 
除塵係統控製櫃體設備與現場設備的距離較遠，一般需兩地控製。因此，我們增設了就地現場操作箱，便於設備的調試與檢修；就地現場操作包括除塵係統上的所有提升閥、脈衝閥、螺旋輸灰電機、卸灰閥以及振打器等等。當設備切換至遠程狀態時一般為PLC自動控製和計算機操作，無需人員幹預。
 
4.2 低壓控製櫃可靠性設計
 
應用於工業現場的控製設備，提高其可靠性水平是十分必要的，低壓控製設備的可靠性設計涉及電器元件的選型、程序編製、結構和總體設計等各個方麵。我們在低壓程控櫃的設計過程中采用了屏蔽、隔離、接地、風冷等多項可靠保證措施，大大提高了設備的可靠性水平。
 
4.3 控製係統維護
 
PLC對物理環境要求高，保證通風與散熱。PLC工作環境溫度為0～40℃，環境溫度較高時，應打開PLC櫃頂部的冷卻風扇，以使得PLC工作在適當的環境；控製櫃安裝場所不得有劇烈震動，不得有導電、易爆炸、有腐蝕的氣體塵埃、相對濕度不得超過85％、更不得有凝結水，否則必須加相應的防範措施。
 
五、布袋除塵器PLC電控櫃係統特點
 
5.1 控製係統采用國外先進PLC產品，可靠性高、通用性強；
 
5.2 控製係統采用了模塊式組合結構，並集開關量控製和模擬量控製處理於一體，使用方便，維護量少；
 
5.3 控製係統對除塵器清灰、輸卸灰、壓差、溫度等運行參數能實時監控；並可以與中心計算機實現遠程通訊，進行遠程控製。
 
總之，先進的技術使得控製係統自動化程度高，操作使用方便。
 
六、結束語
 
PLC的引進和利用，是現代工業控製領域提高生產效率和管理水平的必然趨勢，采用軟硬結合的控製方案則是充分利用係統資源，提高係統效率的有效手段，本係統就是在這樣的指導思想下進行設計的。現場實際運行表明，本係統穩定可靠，達到了設計要求，具有自動化程度高，操作使用方便等優點。我們相信，技術先進、功能強大的PLC在LY低壓長袋離線除塵器控製係統上的應用會更加廣泛。同時，該係統也適用於工業自動化生產線的控製。