基于AB PLC的除塵控制系統(tǒng)設計

蔣 磊

(中色科技股份有限公司，河南 洛陽 471039)

鋁在熔煉過程中從爐體排放的煙氣中含有大量的煙塵，會對車間內工作工人的生命健康造成威脅，如果這些含塵煙氣直接排放到大氣中對環(huán)境的污染也相當嚴重，因此，除塵系統(tǒng)的應用尤為必要。本文以鋁熔煉爐的煙氣處理為應用背景，結合除塵系統(tǒng)的的工作原理和影響控制系統(tǒng)的因素，詳細介紹了控制系統(tǒng)的設計。

1 除塵器工作原理

布袋式除塵器是利用纖維性濾袋來收集粉塵的除塵設備，其優(yōu)點是除塵效率高。布袋式除塵器清灰能力可達到99%，由于清灰效果好，運行穩(wěn)定，適應性強等優(yōu)點，已廣泛應用于國內外燃煤電廠、有色等工礦企業(yè)的爐窯系統(tǒng)尾氣凈化處理。隨著現代生產工藝水平的提高，對節(jié)能環(huán)保的要求也越來越嚴格，設計一款自動化水平較高的除塵控制系統(tǒng)對提高生產過程自動化水平顯得尤為重要。

袋式除塵器的工作原理是依靠濾布，當含有粉塵的氣體通過濾袋時，粉塵被阻擋在濾袋表面，干凈的空氣則可通過濾袋間的間隙排出，從而實現分離粉塵的目的。除塵系統(tǒng)的工作流程如圖1所示。

圖1Fig.1

2 影響控制系統(tǒng)的因素

能夠通過控制系統(tǒng)參數調整影響除塵效果主要有以下6個因素：(1)氣流速度。風速根據熔保爐的排氣量、煙氣中粉塵的含量等來決定，一般風速控制在1m/s～4m/s效果較好。(2)風壓。如果布袋除塵器的阻力波動幅度較大，則會影響到除塵器的除塵效率和穩(wěn)定運行。(3)進入除塵器的煙氣溫度。布袋都有一個耐溫限度，溫度過高，容易點燃布袋，造成事故，所以需要控制煙氣溫度。(4)噴吹壓力。壓縮空氣噴吹的壓力越大，氣流速度越快，布袋能夠迅速膨脹，抖落掉粘到布袋表面的灰，從而達到良好的清灰效果；反之若壓縮空氣壓力過低，氣流速度比較慢，布袋膨脹收縮達不到要求，無法及時清除掉布袋表面的灰塵。噴吹壓力的選擇要結合濾袋的長度、材質及經濟性合理選擇，一般噴吹壓力0.4MPa～0.6MPa。(5)噴吹間隔。噴吹間隔的長短決定著每條布袋清灰的頻率，這直接影響到除塵器前后的壓差。脈沖噴吹調整到合理的間隔，在保證清灰的同時可以減少壓縮空氣的消耗量。(6)噴吹時間。噴吹時間在一定范圍內越長，進入到濾袋內的壓縮空氣能持續(xù)吹掃布袋，清灰效果較好。一般噴吹時間為0.1s～0.2s。

3 控制系統(tǒng)組成

3.1 硬件配置

本系統(tǒng)PLC的CPU選用羅克韋爾(AB)品牌1769系列L30ER，下位機編程軟件采用RSLogix 5000企業(yè)版編程軟件，上位機監(jiān)控采用 Factory Talk View6.0軟件。本系統(tǒng)設計采用兩臺上位機，一臺集成到熔煉爐控制畫面的電腦上，通過光纖對除塵系統(tǒng)的關鍵狀態(tài)進行監(jiān)控，另一臺上位機為工程師站兼操作員站，采用以太網與PLC通訊。另該系統(tǒng)風機的控制選用AB PowerFLX550系列變頻器，風機電機功率為400kW。

3.2 軟件設計

下位機軟件采用RSLogix 5000，RSLogix 5000是一款功能強大的軟件，它可以采用梯形圖、順序流程圖、功能塊圖形等編程語言實現控制目標，還可以在編程過程中對變量等自由添加中文注釋，大大提高編程的效率和后期程序維護的便捷程度。還可以通過此下位機軟件實現對各種模塊的設置和監(jiān)視及診斷，通過背板總線連接所有模塊，完成對儀表信號等的采集及控制命令的發(fā)出，通過軟件的參數配置可以實現監(jiān)控畫面與PLC的通訊等。

本文所列項目采用梯形圖對PLC編程，實現邏輯和功能的控制。系統(tǒng)組態(tài)步驟如下所示：

(1)硬件組態(tài)，在軟件硬件組態(tài)一欄背板總線中插入CPU 1769-L30ER、2個DI模塊1769-IQ32、2個DO模塊1769-OB16/1個AI模塊1769-IF8、1個AO模塊1769-OF4CI。AI、AO模塊根據項目中儀表信號類型，本項目都配置成4ma～20ma信號。(2)程序組態(tài)，對所有模塊每個輸入輸出點、程序變量進行定義，編寫主程序和子程序。(3)通訊配置，通訊配置采用RSLink軟件，在配置選項中選擇Ethernet devices把CPU的IP地址配置成和上位機一個網段的IP地址，這樣就可以實現PLC和上位機畫面的通訊。

上位機組態(tài)軟件Factory Talk View功能強大，操作簡便，用它可以開發(fā)出界面友好的、人性化的操作界面。通過畫面可以實現參數的設置、設備的啟停、儀表數據的實時顯示等信息。本系統(tǒng)主要有以下幾個畫面組成；

(1)工藝流程畫面。通過上位機畫面的形式，操作人員對工藝流程一目了然，并且可以實時、動態(tài)地顯示各儀表的數據，單體設備的工作狀態(tài)等。包括現場各閥門的開關狀態(tài)、電機運行的狀態(tài)，溫度、壓力等實時數據的監(jiān)控。圖2所示為南山鋁業(yè)除塵系統(tǒng)監(jiān)控主畫面。

圖2Fig.2

(2)報警畫面。當有設備故障或數據出現異常，可以提示故障位置，給出故障產生的原因，幫助維護人員盡快排除故障，從而減少故障對生產的影響。

(3)歷史趨勢畫面。其主要作用是對各種關鍵數據的實時監(jiān)控和存儲，當有故障發(fā)生或需要查閱歷史數據時，可以方便的瀏覽歷史曲線及數據，歷史趨勢存儲數據時間的長短取決于所選存儲設備的存儲容量。

(4)操作畫面。這個畫面是手動操作的界面(圖3)，主要功能是對電機、氣動閥等單體設備的手動控制，及風機頻率的手動設定。可更好地實現對現場設備的控制，更安全方便地實現現場生產的操作。在主畫面設置手動/自動方式切換按鍵，正常情況下，只需切換到自動方式，按自動啟動按鍵即可無參與的實現系統(tǒng)的完全啟動。另外系統(tǒng)還設有登錄權限設置，防止沒有權限的人對設備操作，造成事故。

圖3Fig.3

根據布袋除塵的特點和現場實踐，對除塵器一些部件的運行方式做比較選擇，以保證除塵系統(tǒng)的正常運行。

(1)噴吹方式選擇。噴吹系統(tǒng)分為定時噴吹和定差壓噴吹兩種方式。定時噴吹方式是根據設定的噴吹周期進行循環(huán)噴吹，若噴吹遇到備用和故障閥門則自動跳過；定差壓噴吹方式是當除塵器前后壓差達到某個值時進行自動噴吹。本系統(tǒng)采用定時噴吹方式，即只要系統(tǒng)運行，噴吹系統(tǒng)就定時工作。

(2)卸灰方式。常見卸灰方式有間歇式卸灰和連續(xù)卸灰兩種。間歇卸灰是通過設定定時時間讓螺旋輸送機和卸灰電機在設定的時間間隔內間歇運行，連續(xù)卸灰就是螺旋輸送機和卸灰電機一直連續(xù)工作。本系統(tǒng)采用第一種，原因是間歇卸灰可以阻斷空氣通過卸灰口進入除塵器箱體，清灰效果較好。

3.3 除塵器溫度控制

除塵器布袋所能允許的最高溫度為260℃，而爐內排出的煙氣溫度最高可達300℃左右。為保證系統(tǒng)正常運行，必須采取措施降低進入除塵器里的煙氣溫度。但煙氣溫度也不能太低，煙氣溫度過低，一是會使風機負荷增加過多，可能造成風機電機的超載和能源浪費；二是如果除塵器入口煙氣溫度過低，可能使煙氣混合水蒸氣產生酸露凝結在布袋上，造成粉塵在濾袋上的板結，糊死布袋，影響運行效果，甚至損壞布袋。因此，在工程實踐中，一般通過風管上設置的氣動混風閥和爐門排煙罩的調節(jié)閥來調節(jié)冷風的進氣風量，將除塵器入口溫度控制在180℃～210℃。

鑒于溫度控制需要達到上述要求，本控制系統(tǒng)結合實際工況，采取溫度階梯控制的方法，具體形式為：當除塵器入口溫度低于210℃時，混冷風的野風閥處于關閉狀態(tài)；當除塵器入口溫度高于210℃時，野風閥打開，開始混入冷風，直到溫度降到180℃以下，野風閥關閉。如果除塵器入口溫度超過250℃，系統(tǒng)超溫停機。

3.4 壓力控制

熔煉爐在熔煉之后為了后續(xù)工序的穩(wěn)定運行，要求爐內的壓力要相對穩(wěn)定，生產中一般壓力設定為-250Pa。為了實現壓力的穩(wěn)定控制，本系統(tǒng)壓力控制采用PID控制。其優(yōu)點是工程實踐應用較為廣泛，比較成熟，使用方便，適應性強，抗擾動能力較強；其控制質量對被控對象的變化不是太敏感，可靠性比較高，非常適用于環(huán)境惡劣的工業(yè)生產現場。PID設置如圖4所示。

圖4Fig.4

4 總結

隨著我國工業(yè)生產的轉型升級，環(huán)保問題越來越被重視，環(huán)保除塵系統(tǒng)的應用越來越廣泛，對環(huán)保設備自動化水平的要求也越來越高，把先進的自動控制技術運用到環(huán)保除塵系統(tǒng)中，必將擁有廣闊的前景。