基于PLC的電除塵器振打和加熱控制系統(tǒng)設計

陳元招

摘 要：介紹電除塵器基本原理及其低壓控制系統(tǒng)構成，通過采用西門子S7—200為控制核心的振打及加熱控制系統(tǒng)設計，實現(xiàn)了陽極振打、陰極振打、保溫箱加熱和灰斗加熱功能的自動控制，提高了電除塵器的工作穩(wěn)定性和除塵效率。

關鍵詞： PLC；電除塵；低壓控制；振打；加熱

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：2095-7394（2018）02-0044-08

隨著現(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展，排放到大氣的污染物不斷增加，導致人們生活環(huán)境不斷惡化，嚴重影響了人們的健康，為了保護環(huán)境，國家也相應制定了很多環(huán)保政策，同時，也提高了企業(yè)的氣體污染物排放標準。如燃燒低硫煤火電廠，在煤的裝卸、傳送、運輸以及燃燒過程中，都會產(chǎn)生大量的煤塵和煙氣，如果這些污染物不及時治理，將會造成嚴重大氣污染。因此，電廠必須運用靜電除塵器（ESP）來處理排放的污染物。目前靜電除塵器的低壓控制系統(tǒng)中的振打、電加熱控制系統(tǒng)大部分還是采用繼電器、接觸器和單片機為控制核心，由于工作環(huán)境比較惡劣，單片機等控制系統(tǒng)易受到干擾而出現(xiàn)程序跑飛、死機等現(xiàn)象，造成振打器失靈甚至燒毀設備等故障[1]。PLC具有很強的抗干擾能力和功能，購買成本也逐步走低，因此，電除塵的振打和電加熱控制系統(tǒng)設計時可采用PLC（如西門子S7-200）為控制核心，通過觸摸屏（HMI）進行人機交互，實現(xiàn)自動控制運行和提高振打系統(tǒng)穩(wěn)定可靠性的目的[2-4]。

1 電除塵器組成及基本原理

電除塵器主要由電除塵本體、高壓電源裝置、低壓控制系統(tǒng)等組成。它的本體包含陽極板、陰極線、振打裝置、氣力輸灰裝置等部分。電除塵器工作時，高壓電源裝置在電除塵器本體的陽極板和陰極線間施加負高壓直流電，陰陽極之間將產(chǎn)生高壓電場，陰極線附近產(chǎn)生電暈放電，形成大量的正離子、負離子和電子。含塵煙氣通過該高壓電場時，粉塵吸附離子或電子而帶電，帶電粉塵在電場力的作用下，向異性電極移動，到達陽極板的粉塵在電場力和粉塵粘附力的作用下沉積在其上面，并向極板釋放電荷；而帶正電的粉塵則沉積在陰極線上，使粉塵顆粒被分離出來。當陽極板和陰極線上的粉塵達到一定厚度時，通過振打裝置振打，使粉塵脫落進入下方的灰斗，由氣力輸灰裝置送到遠處的灰?guī)?，從而達到凈化煙氣中粉塵的目的。

2 電除塵器低壓控制系統(tǒng)

低壓控制系統(tǒng)主要由振打和電加熱系統(tǒng)構成，能夠實現(xiàn)保溫箱、灰斗及進出口溫度檢測、料位檢測、陽極振打、陰極振打、保溫箱電加熱、灰斗電加熱、卸灰控制、故障報警等功能，如圖1所示。正常工作時，先通過Pt100鉑電阻溫度傳感器采集各控制裝置現(xiàn)場的溫度及料位等信號，輸入到模擬模塊6ES7331后進行A/D轉換，由PLC對這些數(shù)據(jù)進行判斷與處理，再根據(jù)工藝流程把控制振打電機、加熱器、報譽器等控制信號輸出到相應的外部設備，實現(xiàn)陽陰極振打、保溫箱和灰斗加熱、卸灰控制、故障報警等任務。同時，通過上位機HMI進行監(jiān)視現(xiàn)場設備的運行狀況并實時顯示監(jiān)測的數(shù)值，并能直接在HMI上啟動現(xiàn)場設備，設定和修改設備運行參數(shù)，實現(xiàn)遠程操作。

3 基于PLC的電除塵器振打和加熱控制系統(tǒng)設計

以某火電廠為例，二期擴建新增兩臺30MW機組，各配備兩臺電除塵器，每臺除塵器分為雙室，采用兩電場除塵方式，且兩個電場的低壓控制系統(tǒng)主要包括四個陽極振打電機、八個灰斗加熱控制器、兩個保溫箱加熱控制器、八個灰斗料位計等部件。根據(jù)電除塵兩電場的運行狀況，振打控制系統(tǒng)采用不同的振打周期和工作時序的控制要求，即同一電場陰陽兩極振打不能同時工作，且不同電場中相鄰振錘也不能同時進行[5]。而加熱控制系統(tǒng)主要通過傳感器檢測控制器溫度，經(jīng)A/D轉換后送至PLC處理，從而實現(xiàn)自動恒溫控制。根據(jù)電除塵過程設備低壓控制要求，對參與過程控制的輸入、輸出信號進行地址分配及模擬量信號說明，如表1所示。

3.1 振打控制系統(tǒng)

當煙塵經(jīng)過電除塵高壓電場時，這些粉塵將吸附在電除塵的極板上，為了收集這些粉塵，需采用振打裝置，該裝置均為振打式結構，分為側面式和頂部式，由陽極和陰極振打系統(tǒng)構成。陽極振打為側面式振打，擊打錘在電機帶動下敲擊引出的槽鋼極板而使積灰清除。而陰極振打為頂部式振打，通過控制行選和列選開關實現(xiàn)振打控制。振打控制主程序如圖2所示，根據(jù)振打控制要求，保證振打效果，對陽極和陰極振打的參數(shù)進行設定，陽極振打時間（VW0）和間隔（VW2）設為3min，陰極振打時間（VW6）設為200ms，振打間隔（VW4）設為2s，循環(huán)時間（VW8）設為120s。

3.1.1陽極振打

陽極振打主要由電機、減速機結構、控制柜和振打錘構成，每一排陽極板由一個振打錘負責，通過振打軸的旋轉，振打錘反復撞擊安裝在陽極側面的振打砧上。而控制柜主電路由交流接觸器控制，且在控制柜面板上設有手動、停機和自動控制開關。為了方便現(xiàn)場調試或事故檢修，將在現(xiàn)場裝有振打操作箱，可手動控制各陽極振打回路。當陽極振打啟動時，可選擇就地或遠控操作，為了防止在電場中出現(xiàn)二次揚塵，根據(jù)主程序設定的時間，按1#-1#-2#-1#-2#-3#-1#-2#-3#-4#陽極板順序進行自動循環(huán)振打。陽極振打子程序如圖3所示，網(wǎng)絡3和網(wǎng)絡4分別對陽極振打的時間、間隔及1#～4#陽極振打進行控制的程序設計。

3.1.2陰極振打

陰極振打采用頂部電磁振打器控制，根據(jù)現(xiàn)場陰極板不同的積灰厚度，調節(jié)單相半控整流電路中晶閘管的控制角，改變流過振打線圈電流的大小，產(chǎn)生不同的振打高度，從而達到改變振打力的目的。振打器工作時，振打錘通過線圈在一個電周期產(chǎn)生的電磁力進行提升，斷電后振打錘下落振打電極，從而振掉電除塵器極板上的積灰。該低壓控制器可控制30個電磁振打器，按控制要求這些振打器連成矩陣形式，電磁振打器行列接線原理圖如圖4所示。振打器跨接在行選線（R1～R6）和列選線（C1～C5）之間，通過控制行、列選開關的通斷，可選中矩陣中的任一振打器，同一時刻只有一個振打器工作，且每個振打器都是按順序工作的。陰極振打部分子程序設計如圖5所示，網(wǎng)絡1設置振打時間和間隔，網(wǎng)絡2、3、4進行振打器的行選和列選，而網(wǎng)路6對電磁振打器進行選擇。因此，電除塵器能根據(jù)程序設置的時間參數(shù)，按1#-2#-3#-4#-……-30#電磁振打器循環(huán)振打，實現(xiàn)清掉積灰目的。

3.2 電加熱控制系統(tǒng)

為了保證電除塵工作效率，需要進行加熱控制，而保溫箱和灰斗電加熱控制系統(tǒng)的主回路采用交流接觸器控制，在控制面板上設有手動、停機和自動轉換開關。當處于手動方式，由轉換開關接通各路的保溫箱和灰斗電加熱系統(tǒng)；而處于自動方式，則通過Ptl00鉑電阻溫度傳感器檢測溫度，再根據(jù)溫度調節(jié)顯示控制儀上設定的上下限溫度，取開關量送至PLC，再由PLC對各路的保溫箱和灰斗加熱控制系統(tǒng)進行自動恒溫控制。

3.2.1進出口溫度檢測控制

由于煙氣溫度高低不同，粉塵比電阻也隨之變化，而粉塵比電阻的高低會影響電除塵的除塵效率，通常煙氣溫度控制在100～150℃左右。因此電除塵電加熱系統(tǒng)通過Ptl00鉑電阻溫度傳感器對進出口煙氣的溫度進行檢測，觸摸屏進行顯示煙氣溫度。煙氣進出口溫度檢測程序如圖6所示。網(wǎng)絡5、6對進口溫度進行檢測控制，網(wǎng)絡7、8對出口溫度進行檢測控制。

3.2.2保溫箱電加熱

如果電除塵高壓套管保溫箱溫度控制不穩(wěn)定，將會造成電極絕緣子表面結露，導致爬電現(xiàn)象，使設備不能正常運行。因此，通過保溫箱加熱器實現(xiàn)恒溫區(qū)間控制，即以設定溫度的上、下限值為工作區(qū)間來控制加熱器的啟停，一般將溫度控制在110℃到130℃之間。同時，保溫箱的溫度及電場電壓電流檢測由模擬量模塊完成，使用Ptl00鉑電阻溫度傳感器，將這些輸入的模擬量轉換成數(shù)字量，并保存到對應的基本單元特殊軟元件中，這些數(shù)字量經(jīng)中央處理器（CPU）運算后至PLC，由PLC對各路高壓套管保溫箱加熱器進行上下限恒溫控制，當溫度低于110℃時啟動保溫箱加熱器，若溫度高于130℃時停止加熱，循環(huán)往復，完成保溫箱恒溫區(qū)間控制。保溫箱加熱主程序和子程序如圖7所示。

3.2.3 灰斗電加熱

該電場的低壓控制系統(tǒng)的灰斗電加熱，共有八路灰斗電加熱器，在主程序中有八個灰斗電加熱程序，并對每個灰斗加熱的溫度上限值和下限值進行賦值，分別設為110℃和90℃，并通過加熱反饋，顯示各路灰斗的加熱狀態(tài)。灰斗電加熱程序如圖8所示。通過裝在各路灰斗的Pt100鉑電阻溫度傳感器檢測實際溫度，經(jīng)過A/D轉換后送至PLC，由PLC對各路灰斗加熱系統(tǒng)進行上下限恒溫控制。當檢測實際溫度大于灰斗加熱下限值時，灰斗加熱輸出；當檢測實際溫度小于灰斗加熱上限值時，灰斗停止加熱。

3.3 試驗驗證

在二期工程投產(chǎn)后，該低壓控制系統(tǒng)經(jīng)過一段時間試驗運行，通過上位機HMI和PLC控制系統(tǒng)實現(xiàn)除塵系統(tǒng)的監(jiān)控和管理，自動完成極板的振打和電加熱控制，控制系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠，除塵系統(tǒng)運行良好。當30MW負荷運行時，經(jīng)測試進出口煙氣濃度105萬mg.h-1左右，粉塵排放濃度一般在2～3mg/m3，除塵效率達到99%以上，完全符合我國環(huán)保的要求。

4 結語

通過采用西門子S7—200作為控制核心的振打及加熱控制系統(tǒng)，能順利實現(xiàn)陽極振打、陰極振打、保溫箱加熱和灰斗加熱控制等功能。實踐證明，基于PLC的控制系統(tǒng)不僅增強了抗干擾能力和可靠性，同時，簡化了控制電路，軟件修改靈活，維護管理方便，還提高了電除塵器的除塵效率，有效改善燃煤電廠除塵能力，減少工廠對環(huán)境的粉塵污染。

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Electrostatic Precipitators Ibration and Heating Control System Design Based on PLC

CHEN Yuan-zhao

（School of Information and Manufacturing，Minxi Vocational & Technical College，Longyan 364021，China）

Abstract： This paper introduced the basic theory and the constitution of the low voltage control system of electrostatic precipitator， implementing the cybernation of its ibration and insulated-box heating and heating function， improving the working stability and efficiency of electrostatic precipitator， by adopting Siemens S7-200 as core control of ibration and heating control system design.

Key words： PLC； electrostatic precipitator； low-voltage control； ibration； heating

責任編輯 祁秀春