基于PLC的除塵設備控制系統設計

張少杰 張窩羊

摘 要：根據PLC技術在除塵方面的應用，優化設計無機膜除塵器除塵控制系統，對其氣力輸送系統進行完善，實現粉塵的自動清除與輸送。以S7-200可編程邏輯控制器為核心，通過STEP 7-Micro/WIN 32編程軟件，設計除塵設備粉塵清除與輸送一體化的控制系統。經過對系統的實際調試，使預期目標得以實現。

關鍵詞：無機膜除塵;PLC;氣力輸送

1 引言

近幾年來，在我國北方大部分城市中頻頻出現“灰霾”現象，這種現象引發交通的不便利，人行走在道路上伸手不見五指。經過調查發現造成次現象的原因是人類活動所排放的粉塵細顆粒物過多所致。這些細顆粒粉塵物質不僅使大氣能見度降低，導致交通不便利外，還由于其直徑小，吸附能力強，可以作為許多病毒、細菌的“載體”，使其在大氣中能夠更為廣泛的傳播，從而危害了人類的健康生活。若是長時間生活在粉塵污染的環境之中，會引發塵肺、溶血性貧血或是皮膚癌癥等等疾病。在2007年全國PM2.5排放數據中，顯示其主要排放來源是工業源、交通源、居民生活、生物質燃燒等等，其中工業源排放量為高達924.5萬噸，占總污染源排放量的69.97%。我國于1973年第一次公布了13種物質的試行排放標準，煙塵廢氣中的各物質含量也受到了嚴格制約，在工業高速發展的今天，除塵設備如何高效環保的處理工業生產中的產生的“煙塵”已經成為了一個熱點性的問題。

2 控制要求及工藝流程

2.1 除塵設備簡介

無機陶瓷膜除塵器是目前最具潛力的新型除塵設備，因為無機膜本身由無機高分子或是一些耐性優秀的分子構成，所以相比較于其他除塵設備，無機膜本身就具有耐高溫耐腐蝕性能優秀的特點，所以無機膜除塵器能更有效的應用于高溫煙氣的除塵之中。本文所設計的控制系統的設備主體主要由無機陶瓷膜管，引射器，空壓機等等器件構成。本設備建設在貴州遵義一紙箱廠用于處理該廠內4t/h燃煤鍋爐所排放的煙塵氣體。設備中無機膜管裝填方式采用正三角形排列，一共裝有48根陶瓷膜管。另配有聲波輔助清灰器輔助清灰，增加膜再生效率，延長膜管使用時間，更好的實現膜污染控制。引射器可以有效的處理連續過濾中氣體回流現象導致顆粒重新粘附在無機膜管中的現象。（設備相關附件見附錄1）

2.2 控制要求的確定

根據所選用的輸灰方式，主要確定有以下3點控制要求：（1）高度輸灰：根據料位計指示粉塵沉積高度達到設定高度時，開始執行排灰操作;（2）質量輸灰：采用重力感應器檢測，當粉塵質量達到排灰需求時進行排灰，避免因密度大的粉塵導致高灰位排灰無法執行;（3）定時輸灰：根據倉泵內灰料重力感應器檢測粉塵質量（正常，超重），料位高度（高，正常，低）以及灰斗內料位高度來采取排灰措施。

2.3 工藝流程

根據所設計完善的除塵系統，設計出除塵系統工藝流程圖。

除塵系統的工藝流程分為除塵和自動輸灰2個流程，主要介紹如下：

除塵工藝流程為：從煙道來的高溫煙氣進入組合空氣加熱器，與經過冷凝式干燥機干燥后的壓縮空氣進行熱交換，溫度降低的煙塵進過引風機進入無機陶瓷膜除塵設備主體進行處理，加上聲波輔助清灰器輔助清灰，捕集下來的粉塵進過排灰卸料口排出至灰斗，潔凈的氣體通過無機陶瓷膜管上端排出，加熱后的壓縮氣體用于對無機陶瓷膜管的反吹再生。

自動輸灰工藝流程：當灰斗內粉塵達到料位傳感器S1檢查到粉塵積累達到設定需求，進灰閥門開啟，粉塵落入倉泵內，倉泵內壓力傳感器檢查粉塵質量是否達到設定值，是則執行輸灰操作，否則檢測粉塵積累是否達到料位傳感器S2的設定需求，是則執行輸灰操作，否則執行上一個步驟，當2步驟均沒執行輸灰操作，時間控制器達到設定所需時間（上一次執行清灰操作至今）則執行輸灰操作。輸灰操作分為以下幾個階段：

進料階段：倉泵運行后，進灰閥門開啟，使粉塵自由落入泵體內，當料位計滿信號或者達到設定時間時，進灰閥門自動關閉。

流化階段：當倉泵內料位計滿信號或者倉泵重力傳感器或者達到上一次輸送粉塵的時間周期時，進灰閥門關閉，倉泵內加壓閥門開啟，氣動陶瓷閥開啟，使干燥后的壓縮氣體進入倉式泵內部流化粉塵。

輸送階段：當泵內壓力達到壓力傳感器設定值時，確認進灰閥關閉，開啟輸灰閥門，使流化完成的粉塵開始輸送至灰倉。

3 硬件選型

3.1 倉式泵選型

本次設計采用氣力輸送技術，因此泵型的選擇也非常重要，根據設計需求選用下引式倉泵，下引式倉泵輸送管徑大，初速2-3m/s，末速10-13m/s，流速低，對設備的磨損較小，因此運行維護費用更為低廉，而且除塵器下管道布置簡單明了，檢修方便，管路堵塞現象很少出現。倉泵型號為1.0m3下引式輸送泵，是下引式中最小容積型號，屬于I類壓力容器。工作壓力為0.25-0.45MPa，管內流速為18-22m/s，輸送距離為1000米以內，輸送能力8-15t/h。產品價格為48235.00元，設備產于湖南蘭馳設備有限公司，位于湖南省長沙絧井鋪環保工業園區。

3.2 PLC的選型

出于經濟和更為我們初學者使用的原因等等方面考慮，結合系統控制要求，本次設計選用西門子S7-200系列中的224XP作為本次主控制器。同時采用EM235擴展模塊來提升系統性能。料位傳感器，重力傳感器，壓力傳感器均采用4-20MA輸出范圍等等，接線完成后，在電腦中可顯示出CPU接線狀態。通過CPU的輸入輸出端口顯示燈的開啟與否來判斷是否輸入或者輸出信號。

4 軟件設計

4.1 I/O地址分配

自動清灰控制系統的輸入輸出點分配表：

4.2 程序設計

依據前文分析，該系統程序主要由時間控制輸灰程序、管路堵塞報警程序、進行輸灰操作程序、流化完成判斷程序、流化程序分析、灰斗料位排灰程序、料位讀取程序、倉泵重力程序分析、倉泵料位程序分析、灰斗料位程序分析、2號反吹閥門的延時啟動和反吹時間設定、聲波輔助清灰器的啟動和1號反吹閥門的開啟程序、除塵系統的除塵周期程序等組成。

4.3 軟件調試和仿真

將PLC程序寫入編程軟件中，然后連接CPU224XP進行程序調試和模擬仿真。首先是除塵系統程序的調試：將CPU224XP與電腦進行接線，接線完畢，下載好相應的程序塊，將寫好的PLC程序打開，進入程序調試界面。

5 總結

本文選用西門子S7-200系列PLC作為控制元件，以實現除塵設備對粉塵的自動清除與輸送，通過對梯形圖的編寫和仿真，初步模擬了整個除塵設備控制系統的控制程序，實現了預定的設計目標。也存在一些不足，如管路堵塞報警因為沒有實物模擬仿真，若是應用于現場之中，需要進一步的調試;現場管路的搭建需以實際為準并作出對應的改正。

參考文獻：

[1]面粉廠除塵設備[J].糧食加工，2019，44（03）：27.

[2]田海芳.PLC在除塵器控制系統中的應用[J].機械管理開發，2019，34（05）：210-211+225.

[3]孫佰成.無動力除塵設備在西銘礦選煤廠的應用[J].煤炭加工與綜合利用，2019（05）：81-83.

[4]孟超軻.基于PLC扁布袋式除塵系統的設計[J].機械管理開發，2019，34（02）：211-213.

[5]閆建芳，范維新.除塵風機轉速自動調節PLC控制方案[J].河北冶金，2018（11）：75-79.

[6]閆偉，魏立明.基于PLC的火電廠除塵系統研究[J].西部皮革，2018，40（14）：99-100.