基于PLC通用型電磁振打控制系統(tǒng)的開發(fā)

王真楨

電磁振打控制系統(tǒng)一直以來采用西門子S7-200系列小型 PLC與電磁振打綜合板配合使用，不能滿足于中大型PLC的應(yīng)用要求，本文介紹了一種新型的通用型電磁振打控制系統(tǒng)，它以CPLD（可編程邏輯器件）為控制核心，改變以往以頻率來傳送振打器的相控導(dǎo)通角和振打高度的方式，轉(zhuǎn)用模擬量0～10v和4～20mA信號來與PLC進(jìn)行連接，從而實現(xiàn)了系統(tǒng)與中大型PLC配合使用的可能。同時增加了備板控制功能，使得系統(tǒng)可以脫離PLC獨(dú)立運(yùn)行。該系統(tǒng)具有可靠性高，靈活性好，適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)，更能滿足用戶的需求。

【關(guān)鍵詞】PLC 電磁振打綜合板 CPLD 電除塵器 通用

1 背景分析

電除塵器的振打清灰控制中，主要分為以歐洲技術(shù)為代表的側(cè)向電機(jī)振打和以美國技術(shù)為代表的頂部電磁振打。頂部的電磁振打，因其振打器位于頂部檢修方便，且將除塵器分為小區(qū)振打，振打強(qiáng)度、頻率、順序可調(diào)，并能有效避免二次揚(yáng)塵，所以倍受廣大用戶的青睞，得到越來越廣泛的應(yīng)用。電除塵器的收塵效率很大程度上取決于振打系統(tǒng)運(yùn)行的好壞，而PLC作為一種可編程的邏輯控制器，它具有編程方便、工作穩(wěn)定、抗干擾能力強(qiáng)和可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，將它運(yùn)用到頂部電磁振打控制系統(tǒng)中，不僅能夠使系統(tǒng)運(yùn)行可靠，還能大大提高電除塵器的收塵效率。但由于接口問題，早前開發(fā)的電磁振打綜合板只能與西門子S7-200系列小型PLC配合使用，無法與其他PLC進(jìn)行連接。為了滿足電除塵器在中大型PLC上的市場應(yīng)用需求，亟待開發(fā)出適合各種品牌PLC的電磁振打綜合板以及相應(yīng)的PLC程序庫和相應(yīng)的IPC通訊協(xié)議和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

2 通用型電磁振打控制系統(tǒng)的組成和原理

通用型電磁振打控制系統(tǒng)主要由電源板、電磁振打綜合板、相控板、行列選板和PLC組成。新型振打綜合板改變原有與PLC以頻率來傳送振打器的相控導(dǎo)通角和振打高度的方式，而采用模擬量0～10V來表示振打器的相控導(dǎo)通角，采用4～20mA電流信號代表實時振打器的高度，解決了與中大型PLC傳送的接口問題，同時具備備板控制功能，能夠脫離PLC自動運(yùn)行。振打系統(tǒng)框圖如圖1所示。

電磁振打器采用矩陣連接方式，每個電磁振打器跨接在行線和列線之間，由行列選開關(guān)的通斷來決定哪個電磁振打器的工作，并經(jīng)過嚴(yán)格的同步措施控制相控板、行選板、列選板的可控硅觸發(fā)信號，保證任一時刻只有一個電磁振打器動作。電磁振打器的物理分布和行列位置由PLC軟件設(shè)置，最大可以控制256個振打器，最多分成32組。每組振打器共用一個振打周期和相控導(dǎo)通角，每組振打器分別計時，時間到則進(jìn)入隊列，準(zhǔn)備振打。當(dāng)隊列中不為空時，則取出振打組號，按照每組的相控導(dǎo)通角順序振打，若該組有斷電振打關(guān)聯(lián)，則進(jìn)行關(guān)聯(lián)計數(shù)，關(guān)聯(lián)次數(shù)到則輸出斷電振打信號。

3 功能的實現(xiàn)

3.1 行、列選信號的產(chǎn)生

由PLC輸出4×4的行列編碼信號到電磁振打綜合板后，通過521-4進(jìn)行光電隔離，再送給CPLD（可編程邏輯器件），CPLD 器件根據(jù)振打同步信號、過零信號進(jìn)行計數(shù)80毫秒，同時送出相應(yīng)的行列編碼信號，經(jīng)CD4067（4-16譯碼器）轉(zhuǎn)換成各自的行列選信號，控制行列選開關(guān)，對應(yīng)最多256個振打器的工作，且同一時刻只有一個振打器工作。

3.2 振打高度的控制

PLC正常且電磁振打綜合板在自動模式時，由PLC將人機(jī)界面設(shè)定下的相控導(dǎo)通角轉(zhuǎn)化為0～10v，并輸出給電磁振打綜合板，移相電路將過零方波轉(zhuǎn)換為鋸齒波，并與對應(yīng)相控導(dǎo)通角的電壓值進(jìn)行比較，產(chǎn)生正負(fù)半周的移相方波，輸入給CPLD進(jìn)一步處理，與80ms的方波進(jìn)行整合，形成相控信號輸出給相控板。PLC故障時或電磁振打綜合板在手動模式時，由模擬電位器給定電壓信號，調(diào)整輸出的相控信號。

3.3 振打高度的顯示

電磁振打系統(tǒng)中振打器工作過程時，回路中產(chǎn)生的電流信號通過科海模塊（霍爾變送器）將實際回路中的大電流轉(zhuǎn)化為可供芯片處理的小電壓，再通過相應(yīng)的電路進(jìn)行V/I轉(zhuǎn)換，最后將與電磁振打線圈電流大小成線性關(guān)系的4～20mA信號送給PLC，由PLC進(jìn)行積分或查表處理，顯示振打器的高度。

3.4 故障的檢測和保護(hù)電路

電磁振打系統(tǒng)主要存在兩種故障模式：過電壓和過電流。

3.4.1 過壓保護(hù)

對電網(wǎng)電壓自動進(jìn)行檢測，當(dāng)高于正常電網(wǎng)電壓10%時輸出過壓1信號送給PLC，相控導(dǎo)通角自動減去3°；當(dāng)高于正常電網(wǎng)電壓20%時輸出過壓2信號送給PLC，相控導(dǎo)通角自動減去5°。其中10%和20%可以通過電位器來調(diào)節(jié)。

3.4.2 過流保護(hù)

為防止輸出回路因過流而造成設(shè)備損壞，一旦檢測到過流輸入口有上升沿，先立即停止相控輸出及振打使能輸出，同時PLC記錄該振打器為過流。當(dāng)連續(xù)兩次檢測到該振打器過流時，外部電路發(fā)生短路，則在下一次工作時跳過該振打器，只有振打模式切換或電源重啟動才能將該振打器重新投入運(yùn)行。

3.5 冗余熱備功能的實現(xiàn)（如圖2）

電磁振打綜合板設(shè)有一個撥碼開關(guān)SW1-1作為自動與手動功能的切換。 PLC與電磁振打綜合板之間設(shè)計熱備聯(lián)絡(luò)線，當(dāng)SW1-1打到自動，且聯(lián)絡(luò)線信號為1時，程序按照自動程序運(yùn)行；若聯(lián)絡(luò)線信號為0或是PLC出現(xiàn)故障，程序則按照手動程序運(yùn)行。電磁振打綜合板依據(jù)CPLD中預(yù)先寫好的程序，按照矩陣方式依次振打，高度通過電位器進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)整，待PLC恢復(fù)正常后再由PLC接管控制，電磁振打綜合板又進(jìn)入PLC控制的狀態(tài)。

4 結(jié)束語

PLC在工業(yè)過程自動控制中，其優(yōu)越性能是有目共睹的，通用型電磁振打控制系統(tǒng)解決了限制其在電除塵器設(shè)備中推廣使用的問題，現(xiàn)已在部分電廠的電除塵器設(shè)備上投入運(yùn)行。經(jīng)現(xiàn)場證明，該控制系統(tǒng)運(yùn)行可靠、故障率低、通用性強(qiáng)、使用簡單、維護(hù)方便。

參考文獻(xiàn)

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作者單位

福建省特種設(shè)備檢驗研究院龍巖分院 福建省龍巖市 364000