PLC在除塵控制系統中的研究與應用

賈瑞文 張 煒 陸彬鑫

潔華控股股份有限公司（314418）

0 前言

高爐設備大型化發展，冶煉強度逐漸加大，如果不注重捕捉和凈化煙氣，將會加劇環境污染。根據相關統計，冶煉1t鐵水，會產恒煙塵2.5kg，一氧化碳2kg。出鐵廠出鐵時，操作區含塵量為10～80mg/m2，輻射強度高，車間環境溫度也較高，接近50℃。所以，不注重出鐵廠煙塵治理，會加劇環境污染，對人體健康威脅較大[1]。

現階段，我國將除塵標準降低為10mg/m3，甚至5mg/m3。在煙塵治理中，除塵措施的作用顯著，我國投入大量人力與物力，作出一系列研究。然而在實際應用中，維護管理不到位會影響除塵器的性能與功能，還會降低除塵效率，無法達到設計效果。所以，借助挖掘除塵器管理與控制性能，結合現代控制技術、計算機技術，有助于改善設備性能。

1 除塵控制系統設計

1.1 工藝流程描述

當風機功率較大時，除塵控制系統位于吸塵管道一端，連接管道、布袋除塵器。管道內吸入另一端除塵氣體之后，利用除塵布袋，能夠過濾微小顆粒。對于除塵裝置來說，通風能力不足將會降低管道內壓力。按照一定周期開啟電磁閥，能夠加快振動，促使布袋粉塵落至下方，此時可以恢復設備通風能力。在煙道入口位置，煙氣吸入至管道內，在凈化氣體后，利用煙囪排出。粉塵量的持續積累會使除塵器壓差加大。當壓差達到一定值后，必須對除塵倉內灰塵進行清理[2]。

1.2 控制系統要求

按照上述工藝原理，基于控制系統作用，除塵器有自動、手動模式。在手動模式下，技術人員完成電磁閥動作；在自動模式下，利用程序智能算法有效控制系統。

除塵器系統可確保壓差信號、溫度信號檢測的智能化，對溫度、除灰功能進行控制，自動控制、手動控制能力強。模擬量檢測與控制能夠實現歷史數據存儲，動態顯示實時數據，實現報警與打印功能。上位機可以實現控制功能，設定參數，遠程控制等。計算機屏幕上可以動態顯示出工藝流程[3]。

1.3 控制系統構成與配置

對于除塵系統來說，系統通過PLC為下位機，對開關量信號、模擬量信號進行處理。將計算機作為上位機，通過組態軟件，建立實時操作界面，實現下位機通信。

上位機采用工控機，利用工控組態軟件，合理設置參數，實現遠程控制，數據存儲，動態顯示實時數據等。工控組態軟件屬于集成人機界面系統、監控管理系統，可以為PLC提供驅動軟件，確保PLC和上位機聯接的便捷性。同時應用STEP7/博圖、WinCC，能夠縮短工程時間。在STEP7/博圖中，定義變量能夠直接應用到WinCC中。此外，在WinCC中，C語言校本可以提供數據庫接口，添設應用功能，滿足用戶需求。

2 PLC控制系統實現

傳感器采集信號通過下位機（PLC）處理之后，利用上位機、工業以太網方式實現信息交換。按照相應算法，對上位機參數進行調整，同時還要注重信息反饋，將其運輸至下位機控制處理器，高效完成控制任務。上位機能夠監控整個網絡，分析總體數據[4]。在此次研究中，注重分析和研究溫度控制、清灰控制、上位機設計、上下位機通信。

2.1 清灰控制

立足于自身需求，設置清灰控制模式，包括自動式和手動式、強制式和壓差式。PLC對系統控制方式進行判斷，明確系統為壓差式或強制式。如果選擇強制式，按照強制清灰信號，對清灰必要性進行判斷。如果系統應用壓差控制方式，如果除灰器壓差滿足設定值，則表示清灰信號有效。如果為自動化清灰模式，當清灰信號有效后，通過控制系統，可以確保清灰效果。牽扯到反吹、沉降過程，清灰運行時間必須遵循技術工藝要求。在清灰處理中，開啟清灰操作除塵倉，確保反吹風閥處于開啟狀態，將進風閥關閉。將其他倉進風閥開啟，關閉反吹風，以免影響除塵效果，保證反吹清灰風壓充足。

2.2 溫度控制

對于爐窯而言，主要為高溫煙氣凈化系統，溫度控制會影響設備安全。煙氣進入除塵器后，當溫度較高時，會導致濾袋燒毀，縮短濾袋壽命，導致煙氣溫度比較低，還會出現結露問題，增加清灰難度。當除塵器阻力較高時，會產生惡性循環，致使系統無法運行。煙氣溫度較低時，會使風機負荷加大，極易導致風機電機超負荷運行，因此必須注重溫度控制。溫度控制系統能夠合理調節電動蝶閥開度、混風量，注重風量控制，確保溫度調節效果。當溫度高于200℃，則開啟電動蝶閥。按照進口溫度值，對冷風閥開度進行調節。如果溫度比較高，則應當加大閥門開度。當溫度比較低時，則應當減小閥門開度（如圖1所示）。給定值就是需要達到的溫度的值，電動調節閥通過PID控制器來動作，通過外界冷風的干擾，來控制溫度的高低，最后通過溫度傳感器來顯示當前的溫度與設定溫度對比[5]。

圖1 PID控制邏輯圖

按照被控對象模型，調用了S7-300中FB41的PID調節模塊其中一部分，這其中設置了三個值:一個是設定值，就是邏輯圖中的給定值；一個是溫度的平均值，就是溫度傳感器的反饋值；一個是冷風閥開度給定，就是通過調節閥來摻冷風。S7-300中FB41的PID調節模塊的其中一部分，通過比例單元、積分單元、微分單元來組成來PID控制器，通過這個控制器來調節電動調節閥。控制參數會影響控制性能，除塵系統屬于復雜激振系統，無現有數學模型參考。在此次控制系統中，利用計算機仿真尋優，科學計算參數范圍。在運行過程中，通過現場調節法，確保參數最佳化。

計算機仿真尋優，合理設置激勵電流階躍信號，進口溫度設定為S形上升曲線，利用慣性加時滯模型，詳細描述系統。在額定范圍內，電流平均值與進口溫度為正比關系，按照除塵系統階躍響應，對系統時間常數進行估算。由于系統模型為估算模型，因此實測估算參數的誤差大，需要通過現場整定方式，明確參數最佳值。

現場整定是將三個參數增設在控制面板上，對數字按鈕進行調節。通過PLC系統的輸入、輸出接口，對BCD碼進行編譯，同時轉換為對應比例、微分、積分參數等。

2.3 上位機設計

遵循系統控制要求，利用組態軟件系統，模擬實際除塵器系統，優化整合顯示數據、顏色、圖形等狀態，形成具備視覺習慣的圖形，給予不同變量不同的屬性定義，建設變量連接，通過除塵器現場狀態，采用動畫方式反映至屏幕上。發布相關指令，保證信息到達現場。系統能夠針對動畫連接圖像，設置對應的訪問權限，例如參數設定畫面會影響系統運行，需要設定訪問權限。

3 結語

該系統投入到某硅鐵廠之后，通過運行試驗可知，系統功能完善，具備較高可靠性，便于檢修與維護，能夠自動化控制清灰與卸灰，通過PID調節器，可以科學控制溫度。利用上位機組態化控制模式，能夠自動化運行除塵器系統，降低人為誤操作，實現科學控制與管理。