基于Ethernet的電除塵器自動控制系統設計

王 東

（神化寧夏煤業(yè)集團 甲醇制烯烴項目動力站項目部，寧夏 靈武750411）

0 引言

煤化工行業(yè)是國民經濟的重要基礎工業(yè)，也是國民經濟發(fā)展戰(zhàn)略中的重點產業(yè)和支柱產業(yè)，但由該行業(yè)形成的粉塵也是大氣污染的主要污染源之一，因此粉塵的處理直接關系到煤化工行業(yè)的經濟效益。特別近年來國家對大氣污染物排放標準的提高，這就對除塵器工藝設計的合理性和控制系統的穩(wěn)定性提出了更高的要求。電氣控制系統可以說是整個除塵器的大腦，它的好壞與穩(wěn)定性，直接影響到了除塵器的收塵效果。

S7-300PLC 產品是德國SIEMENS 公司生產的中型PLC，其設計新穎、結構緊湊、通用性強、配置靈活、經濟實用，能適合自動化工程中的各種應用場合，尤其在生產制造工程中應用。

1 電除塵器工藝流程

電除塵器由本體和供電電源兩部分組成，本體包括殼體、灰斗、放電極、集塵極、氣流分布裝置、振打清灰裝置、絕緣子及保溫箱等。其工作原理是利用高壓直流不均勻電場使煙氣中的氣體分子電離，在電場力的作用下向兩極移動，在移動過程中碰到氣流中的粉塵顆粒使其荷電，荷電粉塵在電場力作用下與氣流分離向極性相反的極板或極線運動，荷電粉塵到達極板或極線時由靜電力吸附在極板或極線上，通過振打裝置使粉塵落入灰斗而使煙氣凈化。

2 以太網通訊的設計方案

在以往的設計中，PLC 與WinCC 之間的通訊大多采用Profibus 現場總線的通訊方式，該方法雖具有快速的數據傳輸速度，但傳輸數據區(qū)域有限，而且硬件成本高，需要EM277 Profibus-DP、Profibus 總線等硬件。

工業(yè)以太網與現場總線相比，具有速度高、能耗低、安裝方便、成本低廉、兼容性好、資源共享能力強、支持設備多、可持續(xù)發(fā)展?jié)摿Υ蟮忍攸c，它能提供一個開放的標準，使企業(yè)從現場控制到管理層實現全面的無縫的信息集成，解決了由于協議上的不同導致的“自動化孤島”問題，因此在系統通訊中得到了廣泛的發(fā)展。

本設計中，以太網主要用于完成上位機與下位機之間的信息傳輸，通過它可以很容易的滿足以下設計要求：

1）傳輸速率達10-100Mb/s；

2）可以很方便的實現遠程訪問，共享多數據庫；

3）不同廠商的設備容易互聯，可以解決系統中不同廠商設備之間的兼容和互操作性的問題；

4）軟硬件成本低廉，有多種軟件開發(fā)環(huán)境和硬件設備供用戶選擇。

工業(yè)以太網的硬件選擇比較簡單，主要作用是將PLC 設備與裝有WinCC 的遠程監(jiān)控上位機與工作站進行互連，以實現系統的數據傳輸與監(jiān)控。

上位機與電除塵器高壓控制柜之間直接用雙絞線+交換機連接，通過MODBUS TCP/IP 協議進行通訊；上位機與PLC 之間也是通過雙絞線+交換機連接，現場下位端采用CP343-1 Lean 通訊模塊實現PLC與工業(yè)以太網的連接。首先在SIMATIC Manager 中插入一個CP343-1Lean 模塊，再在該模塊的屬性中新建一個子網，并定義網絡地址，PLC 軟件根據不同的網路地址來判斷不同的網路鏈接，鏈接完成后，通過雙絞線與交換機連接而完成如圖所示的系統的組態(tài)與網路配置。

3 系統設計評價

3.1 系統的硬件設計及特點

低壓部分采用4 臺GGD 低壓柜，此外還有安全聯鎖箱、卸料器操作箱、輸送機操作箱、陽極振打操作箱、陰極振打操作箱、灰斗振打操作箱、加熱器端子箱、就地檢修箱、照明配電箱等。電源經隔離變壓器、交流穩(wěn)壓器后再送入電源模塊，保證了PLC 電源的穩(wěn)定可靠。系統的PLC 配置主要包括：電源模塊PS307、中央處理單元CPU312、通訊模塊CP343-1 Lean、數字量輸入模塊SM321、數字量輸出模塊SM322、模擬量輸入模塊SM331 以及機架。

為了防止低壓柜內交流線路對PLC 系統的干擾，PLC 的輸出模板均采用帶光電隔離的24V 直流輸出型，通過輸出點帶動中間繼電器，而且觸點需要通過220V 交流電壓的中間繼電器均放置在其它柜體內。

3.2 系統軟件設計及特點

PLC 程序的編寫采用SIMATIC 可編程邏輯控制器組態(tài)和編程標準軟件包STEP7 5.4。系統的程序設計采用結構化、 模塊化的設計理念：陰極振打電機、陰極振打電機、灰斗振打電機的動作控制編制成一個FB1，卸料器與輸送機的動作控制編制成一個FB2，加熱器的動作編織成FB3，然后將振打、卸料、加熱等控制分別以一個模塊編制成FC，最后在程序循環(huán)執(zhí)行組織塊OB1 中調用這些FB。這種模塊化的程序設計理念不僅可以使編程思路清晰，易于實現，還可以縮減程序的代碼，減少程序在PLC 中的存儲空間。

上位機的監(jiān)控系統設計，利用WinCC7.0 組態(tài)軟件，可以很方便的與其它軟硬件系統進行通訊。WinCC7.0 后臺的數據庫功能和基于C語言的全局腳本編輯器使對象的動態(tài)組態(tài)非常靈活、方便、快捷。其中項目函數只在對其進行創(chuàng)建的實際項目中才有效，這樣可以方便修改，減少現場中不必要的時間浪費。此外，系統設計實行分級管理登陸機制，工程師級能對數據設置修改，操作員只能進行監(jiān)控操作。

4 結束語

以太網作為一個開放網路在工業(yè)控制領域得到了廣泛的發(fā)展和應用，尤其應用在上位機監(jiān)控系統中，使監(jiān)控系統更加方便、快捷的傳輸信息，并能夠實現遠程監(jiān)控，用較少的組網成本達到了高質量的通訊效果；良好的人機界面既豐富了人機聯系，同時提供了較強的自診斷功能，有效的提高了系統的安全運行水平。

經多家公司的實際應用表明，該設計在性能上穩(wěn)定可靠，工藝參數修改方便，適應現場的復雜情況，滿足用戶的實際需要，創(chuàng)造較大的經濟效益和社會效益，具有較強的實用性。

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