基于PLC的除尘设备控制系统设计

张少杰 张窝羊

摘 要：根据PLC技术在除尘方面的应用，优化设计无机膜除尘器除尘控制系统，对其气力输送系统进行完善，实现粉尘的自动清除与输送。以S7-200可编程逻辑控制器为核心，通过STEP 7-Micro/WIN 32编程软件，设计除尘设备粉尘清除与输送一体化的控制系统。经过对系统的实际调试，使预期目标得以实现。

关键词：无机膜除尘;PLC;气力输送

1 引言

近几年来，在我国北方大部分城市中频频出现“灰霾”现象，这种现象引发交通的不便利，人行走在道路上伸手不见五指。经过调查发现造成次现象的原因是人类活动所排放的粉尘细颗粒物过多所致。这些细颗粒粉尘物质不仅使大气能见度降低，导致交通不便利外，还由于其直径小，吸附能力强，可以作为许多病毒、细菌的“载体”，使其在大气中能够更为广泛的传播，从而危害了人类的健康生活。若是长时间生活在粉尘污染的环境之中，会引发尘肺、溶血性贫血或是皮肤癌症等等疾病。在2007年全国PM2.5排放数据中，显示其主要排放来源是工业源、交通源、居民生活、生物质燃烧等等，其中工业源排放量为高达924.5万吨，占总污染源排放量的69.97%。我国于1973年第一次公布了13种物质的试行排放标准，烟尘废气中的各物质含量也受到了严格制约，在工业高速发展的今天，除尘设备如何高效环保的处理工业生产中的产生的“烟尘”已经成为了一个热点性的问题。

2 控制要求及工艺流程

2.1 除尘设备简介

无机陶瓷膜除尘器是目前最具潜力的新型除尘设备，因为无机膜本身由无机高分子或是一些耐性优秀的分子构成，所以相比较于其他除尘设备，无机膜本身就具有耐高温耐腐蚀性能优秀的特点，所以无机膜除尘器能更有效的应用于高温烟气的除尘之中。本文所设计的控制系统的设备主体主要由无机陶瓷膜管，引射器，空压机等等器件构成。本设备建设在贵州遵义一纸箱厂用于处理该厂内4t/h燃煤锅炉所排放的烟尘气体。设备中无机膜管装填方式采用正三角形排列，一共装有48根陶瓷膜管。另配有声波辅助清灰器辅助清灰，增加膜再生效率，延长膜管使用时间，更好的实现膜污染控制。引射器可以有效的处理连续过滤中气体回流现象导致颗粒重新粘附在无机膜管中的现象。（设备相关附件见附录1）

2.2 控制要求的确定

根据所选用的输灰方式，主要确定有以下3点控制要求：（1）高度输灰：根据料位计指示粉尘沉积高度达到设定高度時，开始执行排灰操作;（2）质量输灰：采用重力感应器检测，当粉尘质量达到排灰需求时进行排灰，避免因密度大的粉尘导致高灰位排灰无法执行;（3）定时输灰：根据仓泵内灰料重力感应器检测粉尘质量（正常，超重），料位高度（高，正常，低）以及灰斗内料位高度来采取排灰措施。

2.3 工艺流程

根据所设计完善的除尘系统，设计出除尘系统工艺流程图。

除尘系统的工艺流程分为除尘和自动输灰2个流程，主要介绍如下：

除尘工艺流程为：从烟道来的高温烟气进入组合空气加热器，与经过冷凝式干燥机干燥后的压缩空气进行热交换，温度降低的烟尘进过引风机进入无机陶瓷膜除尘设备主体进行处理，加上声波辅助清灰器辅助清灰，捕集下来的粉尘进过排灰卸料口排出至灰斗，洁净的气体通过无机陶瓷膜管上端排出，加热后的压缩气体用于对无机陶瓷膜管的反吹再生。

自动输灰工艺流程：当灰斗内粉尘达到料位传感器S1检查到粉尘积累达到设定需求，进灰阀门开启，粉尘落入仓泵内，仓泵内压力传感器检查粉尘质量是否达到设定值，是则执行输灰操作，否则检测粉尘积累是否达到料位传感器S2的设定需求，是则执行输灰操作，否则执行上一个步骤，当2步骤均没执行输灰操作，时间控制器达到设定所需时间（上一次执行清灰操作至今）则执行输灰操作。输灰操作分为以下几个阶段：

进料阶段：仓泵运行后，进灰阀门开启，使粉尘自由落入泵体内，当料位计满信号或者达到设定时间时，进灰阀门自动关闭。

流化阶段：当仓泵内料位计满信号或者仓泵重力传感器或者达到上一次输送粉尘的时间周期时，进灰阀门关闭，仓泵内加压阀门开启，气动陶瓷阀开启，使干燥后的压缩气体进入仓式泵内部流化粉尘。

输送阶段：当泵内压力达到压力传感器设定值时，确认进灰阀关闭，开启输灰阀门，使流化完成的粉尘开始输送至灰仓。

3 硬件选型

3.1 仓式泵选型

本次设计采用气力输送技术，因此泵型的选择也非常重要，根据设计需求选用下引式仓泵，下引式仓泵输送管径大，初速2-3m/s，末速10-13m/s，流速低，对设备的磨损较小，因此运行维护费用更为低廉，而且除尘器下管道布置简单明了，检修方便，管路堵塞现象很少出现。仓泵型号为1.0m3下引式输送泵，是下引式中最小容积型号，属于I类压力容器。工作压力为0.25-0.45MPa，管内流速为18-22m/s，输送距离为1000米以内，输送能力8-15t/h。产品价格为48235.00元，设备产于湖南兰驰设备有限公司，位于湖南省长沙絧井铺环保工业园区。

3.2 PLC的选型

出于经济和更为我们初学者使用的原因等等方面考虑，结合系统控制要求，本次设计选用西门子S7-200系列中的224XP作为本次主控制器。同时采用EM235扩展模块来提升系统性能。料位传感器，重力传感器，压力传感器均采用4-20MA输出范围等等，接线完成后，在电脑中可显示出CPU接线状态。通过CPU的输入输出端口显示灯的开启与否来判断是否输入或者输出信号。

4 软件设计

4.1 I/O地址分配

自动清灰控制系统的输入输出点分配表：

4.2 程序设计

依据前文分析，该系统程序主要由时间控制输灰程序、管路堵塞报警程序、进行输灰操作程序、流化完成判断程序、流化程序分析、灰斗料位排灰程序、料位读取程序、仓泵重力程序分析、仓泵料位程序分析、灰斗料位程序分析、2号反吹阀门的延时启动和反吹时间设定、声波辅助清灰器的启动和1号反吹阀门的开启程序、除尘系统的除尘周期程序等组成。

4.3 软件调试和仿真

将PLC程序写入编程软件中，然后连接CPU224XP进行程序调试和模拟仿真。首先是除尘系统程序的调试：将CPU224XP与电脑进行接线，接线完毕，下载好相应的程序块，将写好的PLC程序打开，进入程序调试界面。

5 总结

本文选用西门子S7-200系列PLC作为控制元件，以实现除尘设备对粉尘的自动清除与输送，通过对梯形图的编写和仿真，初步模拟了整个除尘设备控制系统的控制程序，实现了预定的设计目标。也存在一些不足，如管路堵塞报警因为没有实物模拟仿真，若是应用于现场之中，需要进一步的调试;现场管路的搭建需以实际为准并作出对应的改正。

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