箱式布袋脈沖除塵PLC過(guò)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)用

王四代,馬 崢,湯順祥,李金成,馬清龍

(云南文山斗南錳業(yè)股份有限公司,云南硯山 663101)

0 前言

通過(guò)技改擴(kuò)建,云南文山斗南錳業(yè)股份有限公司(以下簡(jiǎn)稱為：公司)生產(chǎn)規(guī)模逐步擴(kuò)大,隨著產(chǎn)能的提高,冶金生產(chǎn)所帶來(lái)的高濃度含塵尾氣污染越來(lái)越嚴(yán)重。隨著國(guó)家減排力度的加大,冶金生產(chǎn)不允許直排,尾氣治理直接影響到企業(yè)的發(fā)展。為此,公司把尾氣治理放到當(dāng)前工作的重要位置,決定對(duì)收塵系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造。經(jīng)多方考察,對(duì)比靜電除塵和布袋除塵,結(jié)合公司生產(chǎn)特點(diǎn),選用箱式布袋除塵器,適宜高濃度粉塵的治理,可簡(jiǎn)化粉塵治理工藝流程,降低設(shè)備投資。

箱式布袋除塵器用脈沖閥分室隔離噴吹清灰,清灰徹底又不產(chǎn)生二次飛揚(yáng),具有清灰效果好,除塵效率高,清灰程序自動(dòng)控制,用于冶金行業(yè)的煙塵凈化處理系統(tǒng),是環(huán)保除塵的理想設(shè)備。在這次技改中對(duì)清灰自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行了開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)安裝工作。

1 箱式布袋脈沖除塵器結(jié)構(gòu)及其工作原理

箱式布袋除塵器由箱體、灰斗排灰裝置,支架和脈沖清灰系統(tǒng)溫度檢測(cè)控制等組成。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(duì)濾袋進(jìn)行清灰。脈沖清灰袋式除塵器是目前應(yīng)用最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。根據(jù)實(shí)際工況,采用 PLC自動(dòng)控制高壓脈沖定時(shí)離線清灰。定時(shí)離線清灰可調(diào)整脈沖寬度和脈沖間隔時(shí)間,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(guò)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(guò)濾,即過(guò)濾室與主氣流隔離開(kāi)來(lái),過(guò)濾室被隔離是通過(guò)設(shè)置在出氣口的提升閥來(lái)實(shí)現(xiàn)的。脈沖清灰過(guò)程中,每臺(tái)除塵器的每個(gè)過(guò)濾室上都設(shè)置了多個(gè)脈沖閥,以0.4～0.5 M Pa的壓縮空氣為清灰動(dòng)力,由 PLC發(fā)出控制信號(hào),依次觸發(fā)各個(gè)脈沖閥,在瞬間釋放高壓空氣。由于動(dòng)能與勢(shì)能的共同作用,由脈沖閥瞬間噴吹的高壓空氣,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)。

當(dāng)進(jìn)入袋式除塵器的煙氣溫度高于250℃時(shí),為保護(hù)濾袋,由除塵器自動(dòng)控制柜發(fā)出報(bào)警信號(hào),經(jīng)適當(dāng)開(kāi)啟除塵器進(jìn)、出口冷風(fēng)閥門。當(dāng)溫度恢復(fù)到正常狀態(tài)時(shí)再重新關(guān)閉除塵器進(jìn)、出冷風(fēng)閥門。整個(gè)工藝過(guò)程如圖1所示。

圖1 除塵器工作原理

2 控制系統(tǒng)的組成及功能[1-5]

作為生產(chǎn)工藝設(shè)備的布袋離線除塵器,可靠性是第一位的。在系統(tǒng)控制程序中采用定時(shí)的清灰控制程序?？刂葡到y(tǒng)主要由脈沖定時(shí)清灰、溫度檢測(cè)等監(jiān)測(cè)措施等控制系統(tǒng)組成。

2.1 PLC硬件及程序設(shè)計(jì)

2.1.1 硬件設(shè)計(jì)

任何一種電器控制系統(tǒng)都是為了滿足生產(chǎn)過(guò)程的工藝要求,以提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。如果被控制的輸入和輸出以開(kāi)關(guān)量為主,且輸入和輸出點(diǎn)數(shù)較多,控制系統(tǒng)工藝流程比較復(fù)雜,工作環(huán)境較差,同時(shí)對(duì)控制系統(tǒng)的可靠性要求較高,就可以采用PLC控制,PLC控制系統(tǒng)要根據(jù)其工作特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

通過(guò)對(duì)工藝過(guò)程的研究,確定各種控制信號(hào)性質(zhì)及其相互關(guān)系,并確定哪些信號(hào)需要輸入PLC或由PLC輸出。根據(jù)各輸入和輸出信號(hào)的數(shù)量和性質(zhì),選擇合適的PLC型號(hào)和硬件,并由此完成 PLC輸入點(diǎn)和輸出點(diǎn)的分配。

本系統(tǒng)共有8個(gè)倉(cāng)室,其工作流程框圖如圖2所示。由PLC可編程序控制器按設(shè)定時(shí)間進(jìn)行自動(dòng)控制。其中輸入信號(hào)2個(gè),是啟動(dòng)、停止按鈕,均為開(kāi)關(guān)量。輸出信號(hào)16個(gè),都是控制相對(duì)應(yīng)的提升閥和脈沖閥的電磁閥?？刂葡到y(tǒng)確定選用FX2N-32ER型主機(jī),主機(jī)共有16個(gè)輸入點(diǎn)和16個(gè)輸出點(diǎn),現(xiàn)已滿足要求,今后如有需求再加擴(kuò)展模塊。

圖2 工作流程框

根據(jù)系統(tǒng)要求將輸入/輸出信號(hào)分類,安排地址。列出外部輸入/輸出信號(hào)與 PLC輸入/輸出端地址編號(hào)對(duì)照表,如表1所示。

表1 輸入點(diǎn)和輸出點(diǎn)分配表

PLC接線圖及現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備接線圖如圖3所示。

2.1.2 工藝流程

根據(jù)工藝流程控制要求分析如圖4所示,圖中時(shí)間定義如下：T1：每組箱室循環(huán)間隔時(shí)間3 s；T2：提升閥動(dòng)作時(shí)間8 s；T3：脈沖閥開(kāi)始動(dòng)作時(shí)間4 s；T4：脈沖閥動(dòng)作時(shí)間1 s。

2.2 溫度檢測(cè)與控制

溫度采集處理單元由溫度傳感器、溫度控制儀等組成。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(hào)轉(zhuǎn)換為電阻值,溫度控制儀采用SWP-C80系列數(shù)字顯示控制儀控制冷風(fēng)閥的開(kāi)關(guān),即可滿足溫度控制要求。如圖5、圖6所示,鉑熱電阻PT100接5/6/7端子,8/9端子經(jīng)繼電器控制冷風(fēng)閥的開(kāi)關(guān)。

在生產(chǎn)工況穩(wěn)定時(shí)進(jìn)入除塵器的煙氣溫度在100～250℃之間,而進(jìn)入除塵器的煙氣溫度高于250℃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)冷風(fēng)閥,當(dāng)進(jìn)氣溫度達(dá)250℃時(shí)打開(kāi)冷風(fēng)閥輸入冷空氣降溫,當(dāng)進(jìn)氣溫度低于250℃時(shí)關(guān)閉冷風(fēng)閥,確保濾袋安全。

2.3 PLC使用中應(yīng)注意的問(wèn)題

2.3.1 工作環(huán)境

采用單相工頻交流電源供電時(shí),對(duì)電壓要求不嚴(yán)格,具有較強(qiáng)的抗電源干擾能力。PLC對(duì)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(kāi) 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(chǎng)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(duì)濕度不得超過(guò)85％、更不得有凝結(jié)水,否則必須加相應(yīng)的防范措施。

圖3 PLC接線圖及現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備接線

圖4 工藝流程控制要求分析

圖5 輸入接線

圖6 SWP-C80系列數(shù)字顯示控制儀接線

2.3.2 I/O端的接線

輸入接線一般不要超過(guò)30 m。但如果環(huán)境干擾小,電壓降不大時(shí),輸入接線可適當(dāng)長(zhǎng)些。輸入、輸出線不能用同一根電纜,要分開(kāi)使用。盡可能采用常開(kāi)觸點(diǎn)形式連接到輸入端。輸出接線分為獨(dú)立輸出和公共輸出。在同組中的輸出只能用同一類型、同一電壓等級(jí)的電源。

采用繼電器輸出時(shí),所承受的電感性負(fù)載的大小,會(huì)影響到繼電器的工作壽命,因此使用電感負(fù)載時(shí)應(yīng)選擇工作壽命較長(zhǎng)的繼電器。

2.3.3 PLC的接地

良好的接地是保證PLC可靠工作的重要條件,可以避免偶然發(fā)生的電壓沖擊危害。PLC接地線與設(shè)備的接地端相連,接地線的截面積應(yīng)不小于2 mm2,接地電阻要小于100Ω,為了有效抑制加在電源和輸入、輸出端的干擾,應(yīng)給 PLC接上專用的地線,接地點(diǎn)應(yīng)與動(dòng)力設(shè)備的接地點(diǎn)分開(kāi)。

3 結(jié)語(yǔ)

除塵系統(tǒng)的可靠性及自動(dòng)化程度直接影響到除塵器清灰效果和操作工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。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,而且使系統(tǒng)的自動(dòng)化程度大大提高。該系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單,可靠性好,維護(hù)方便,大大減輕了操作工人的勞動(dòng)強(qiáng)度,整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)成本大幅下降。

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