基于PLC的电除尘器振打和加热控制系统设计

陈元招

摘 要：介绍电除尘器基本原理及其低压控制系统构成，通过采用西门子S7—200为控制核心的振打及加热控制系统设计，实现了阳极振打、阴极振打、保温箱加热和灰斗加热功能的自动控制，提高了电除尘器的工作稳定性和除尘效率。

关键词： PLC；电除尘；低压控制；振打；加热

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：2095-7394（2018）02-0044-08

随着现代工业的快速发展，排放到大气的污染物不断增加，导致人们生活环境不断恶化，严重影响了人们的健康，为了保护环境，国家也相应制定了很多环保政策，同时，也提高了企业的气体污染物排放标准。如燃烧低硫煤火电厂，在煤的装卸、传送、运输以及燃烧过程中，都会产生大量的煤尘和烟气，如果这些污染物不及时治理，将会造成严重大气污染。因此，电厂必须运用静电除尘器（ESP）来处理排放的污染物。目前静电除尘器的低压控制系统中的振打、电加热控制系统大部分还是采用继电器、接触器和单片机为控制核心，由于工作环境比较恶劣，单片机等控制系统易受到干扰而出现程序跑飞、死机等现象，造成振打器失灵甚至烧毁设备等故障[1]。PLC具有很强的抗干扰能力和功能，购买成本也逐步走低，因此，电除尘的振打和电加热控制系统设计时可采用PLC（如西门子S7-200）为控制核心，通过触摸屏（HMI）进行人機交互，实现自动控制运行和提高振打系统稳定可靠性的目的[2-4]。

1 电除尘器组成及基本原理

电除尘器主要由电除尘本体、高压电源装置、低压控制系统等组成。它的本体包含阳极板、阴极线、振打装置、气力输灰装置等部分。电除尘器工作时，高压电源装置在电除尘器本体的阳极板和阴极线间施加负高压直流电，阴阳极之间将产生高压电场，阴极线附近产生电晕放电，形成大量的正离子、负离子和电子。含尘烟气通过该高压电场时，粉尘吸附离子或电子而带电，带电粉尘在电场力的作用下，向异性电极移动，到达阳极板的粉尘在电场力和粉尘粘附力的作用下沉积在其上面，并向极板释放电荷；而带正电的粉尘则沉积在阴极线上，使粉尘颗粒被分离出来。当阳极板和阴极线上的粉尘达到一定厚度时，通过振打装置振打，使粉尘脱落进入下方的灰斗，由气力输灰装置送到远处的灰库，从而达到净化烟气中粉尘的目的。

2 电除尘器低压控制系统

低压控制系统主要由振打和电加热系统构成，能够实现保温箱、灰斗及进出口温度检测、料位检测、阳极振打、阴极振打、保温箱电加热、灰斗电加热、卸灰控制、故障报警等功能，如图1所示。正常工作时，先通过Pt100铂电阻温度传感器采集各控制装置现场的温度及料位等信号，输入到模拟模块6ES7331后进行A/D转换，由PLC对这些数据进行判断与处理，再根据工艺流程把控制振打电机、加热器、报誉器等控制信号输出到相应的外部设备，实现阳阴极振打、保温箱和灰斗加热、卸灰控制、故障报警等任务。同时，通过上位机HMI进行监视现场设备的运行状况并实时显示监测的数值，并能直接在HMI上启动现场设备，设定和修改设备运行参数，实现远程操作。

3 基于PLC的电除尘器振打和加热控制系统设计

以某火电厂为例，二期扩建新增两台30MW机组，各配备两台电除尘器，每台除尘器分为双室，采用两电场除尘方式，且两个电场的低压控制系统主要包括四个阳极振打电机、八个灰斗加热控制器、两个保温箱加热控制器、八个灰斗料位计等部件。根据电除尘两电场的运行状况，振打控制系统采用不同的振打周期和工作时序的控制要求，即同一电场阴阳两极振打不能同时工作，且不同电场中相邻振锤也不能同时进行[5]。而加热控制系统主要通过传感器检测控制器温度，经A/D转换后送至PLC处理，从而实现自动恒温控制。根据电除尘过程设备低压控制要求，对参与过程控制的输入、输出信号进行地址分配及模拟量信号说明，如表1所示。

3.1 振打控制系统

当烟尘经过电除尘高压电场时，这些粉尘将吸附在电除尘的极板上，为了收集这些粉尘，需采用振打装置，该装置均为振打式结构，分为侧面式和顶部式，由阳极和阴极振打系统构成。阳极振打为侧面式振打，击打锤在电机带动下敲击引出的槽钢极板而使积灰清除。而阴极振打为顶部式振打，通过控制行选和列选开关实现振打控制。振打控制主程序如图2所示，根据振打控制要求，保证振打效果，对阳极和阴极振打的参数进行设定，阳极振打时间（VW0）和间隔（VW2）设为3min，阴极振打时间（VW6）设为200ms，振打间隔（VW4）设为2s，循环时间（VW8）设为120s。

3.1.1阳极振打

阳极振打主要由电机、减速机结构、控制柜和振打锤构成，每一排阳极板由一个振打锤负责，通过振打轴的旋转，振打锤反复撞击安装在阳极侧面的振打砧上。而控制柜主电路由交流接触器控制，且在控制柜面板上设有手动、停机和自动控制开关。为了方便现场调试或事故检修，将在现场装有振打操作箱，可手动控制各阳极振打回路。当阳极振打启动时，可选择就地或远控操作，为了防止在电场中出现二次扬尘，根据主程序设定的时间，按1#-1#-2#-1#-2#-3#-1#-2#-3#-4#阳极板顺序进行自动循环振打。阳极振打子程序如图3所示，网络3和网络4分别对阳极振打的时间、间隔及1#～4#阳极振打进行控制的程序设计。

3.1.2阴极振打

阴极振打采用顶部电磁振打器控制，根据现场阴极板不同的积灰厚度，调节单相半控整流电路中晶闸管的控制角，改变流过振打线圈电流的大小，产生不同的振打高度，从而达到改变振打力的目的。振打器工作时，振打锤通过线圈在一个电周期产生的电磁力进行提升，断电后振打锤下落振打电极，从而振掉电除尘器极板上的积灰。该低压控制器可控制30个电磁振打器，按控制要求这些振打器连成矩阵形式，电磁振打器行列接线原理图如图4所示。振打器跨接在行选线（R1～R6）和列选线（C1～C5）之间，通过控制行、列选开关的通断，可选中矩阵中的任一振打器，同一时刻只有一个振打器工作，且每个振打器都是按顺序工作的。阴极振打部分子程序设计如图5所示，网络1设置振打时间和间隔，网络2、3、4进行振打器的行选和列选，而网路6对电磁振打器进行选择。因此，电除尘器能根据程序设置的时间参数，按1#-2#-3#-4#-……-30#电磁振打器循环振打，实现清掉积灰目的。

3.2 电加热控制系统

为了保证电除尘工作效率，需要进行加热控制，而保温箱和灰斗电加热控制系统的主回路采用交流接触器控制，在控制面板上设有手动、停机和自动转换开关。当处于手动方式，由转换开关接通各路的保温箱和灰斗电加热系统；而处于自动方式，则通过Ptl00鉑电阻温度传感器检测温度，再根据温度调节显示控制仪上设定的上下限温度，取开关量送至PLC，再由PLC对各路的保温箱和灰斗加热控制系统进行自动恒温控制。

3.2.1进出口温度检测控制

由于烟气温度高低不同，粉尘比电阻也随之变化，而粉尘比电阻的高低会影响电除尘的除尘效率，通常烟气温度控制在100～150℃左右。因此电除尘电加热系统通过Ptl00铂电阻温度传感器对进出口烟气的温度进行检测，触摸屏进行显示烟气温度。烟气进出口温度检测程序如图6所示。网络5、6对进口温度进行检测控制，网络7、8对出口温度进行检测控制。

3.2.2保温箱电加热

如果电除尘高压套管保温箱温度控制不稳定，将会造成电极绝缘子表面结露，导致爬电现象，使设备不能正常运行。因此，通过保温箱加热器实现恒温区间控制，即以设定温度的上、下限值为工作区间来控制加热器的启停，一般将温度控制在110℃到130℃之间。同时，保温箱的温度及电场电压电流检测由模拟量模块完成，使用Ptl00铂电阻温度传感器，将这些输入的模拟量转换成数字量，并保存到对应的基本单元特殊软元件中，这些数字量经中央处理器（CPU）运算后至PLC，由PLC对各路高压套管保温箱加热器进行上下限恒温控制，当温度低于110℃时启动保温箱加热器，若温度高于130℃时停止加热，循环往复，完成保温箱恒温区间控制。保温箱加热主程序和子程序如图7所示。

3.2.3 灰斗电加热

该电场的低压控制系统的灰斗电加热，共有八路灰斗电加热器，在主程序中有八个灰斗电加热程序，并对每个灰斗加热的温度上限值和下限值进行赋值，分别设为110℃和90℃，并通过加热反馈，显示各路灰斗的加热状态。灰斗电加热程序如图8所示。通过装在各路灰斗的Pt100铂电阻温度传感器检测实际温度，经过A/D转换后送至PLC，由PLC对各路灰斗加热系统进行上下限恒温控制。当检测实际温度大于灰斗加热下限值时，灰斗加热输出；当检测实际温度小于灰斗加热上限值时，灰斗停止加热。

3.3 试验验证

在二期工程投产后，该低压控制系统经过一段时间试验运行，通过上位机HMI和PLC控制系统实现除尘系统的监控和管理，自动完成极板的振打和电加热控制，控制系统运行稳定可靠，除尘系统运行良好。当30MW负荷运行时，经测试进出口烟气浓度105万mg.h-1左右，粉尘排放浓度一般在2～3mg/m3，除尘效率达到99%以上，完全符合我国环保的要求。

4 结语

通过采用西门子S7—200作为控制核心的振打及加热控制系统，能顺利实现阳极振打、阴极振打、保温箱加热和灰斗加热控制等功能。实践证明，基于PLC的控制系统不仅增强了抗干扰能力和可靠性，同时，简化了控制电路，软件修改灵活，维护管理方便，还提高了电除尘器的除尘效率，有效改善燃煤电厂除尘能力，减少工厂对环境的粉尘污染。

参考文献：

[1] 刘涛，王敦庆，常阳光.基于单片机的电除尘控制系统设计[J]. 微计算机信息，2008，24（26）：51-53.

[2] 张深基，李道军.PLC在火电厂电除尘振打控制系统中的应用[J]. 电气自动化，2008，30（1）：59-60.

[3] 高峰.静电除尘器振打控制系统改造[J]. 电工技术，2007（11）：36-37.

[4] 陶波.三菱FX2N-80MR型PLC在烧结机电除尘上的应用[J].电世界，2014，55（10）：38-40.

[5] 张子生，李延虎，李冠，等.基于PLC的火电厂电除尘器振打控制的研究[J].计算机测量与控制， 2012， 20（7）： 1861-1863.

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

责任编辑 祁秀春