基于AB PLC的除塵控制系統(tǒng)設(shè)計

蔣 磊

(中色科技股份有限公司，河南 洛陽 471039)

鋁在熔煉過程中從爐體排放的煙氣中含有大量的煙塵，會對車間內(nèi)工作工人的生命健康造成威脅，如果這些含塵煙氣直接排放到大氣中對環(huán)境的污染也相當(dāng)嚴(yán)重，因此，除塵系統(tǒng)的應(yīng)用尤為必要。本文以鋁熔煉爐的煙氣處理為應(yīng)用背景，結(jié)合除塵系統(tǒng)的的工作原理和影響控制系統(tǒng)的因素，詳細(xì)介紹了控制系統(tǒng)的設(shè)計。

1 除塵器工作原理

布袋式除塵器是利用纖維性濾袋來收集粉塵的除塵設(shè)備，其優(yōu)點是除塵效率高。布袋式除塵器清灰能力可達(dá)到99%，由于清灰效果好，運行穩(wěn)定，適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點，已廣泛應(yīng)用于國內(nèi)外燃煤電廠、有色等工礦企業(yè)的爐窯系統(tǒng)尾氣凈化處理。隨著現(xiàn)代生產(chǎn)工藝水平的提高，對節(jié)能環(huán)保的要求也越來越嚴(yán)格，設(shè)計一款自動化水平較高的除塵控制系統(tǒng)對提高生產(chǎn)過程自動化水平顯得尤為重要。

袋式除塵器的工作原理是依靠濾布，當(dāng)含有粉塵的氣體通過濾袋時，粉塵被阻擋在濾袋表面，干凈的空氣則可通過濾袋間的間隙排出，從而實現(xiàn)分離粉塵的目的。除塵系統(tǒng)的工作流程如圖1所示。

圖1Fig.1

2 影響控制系統(tǒng)的因素

能夠通過控制系統(tǒng)參數(shù)調(diào)整影響除塵效果主要有以下6個因素：(1)氣流速度。風(fēng)速根據(jù)熔保爐的排氣量、煙氣中粉塵的含量等來決定，一般風(fēng)速控制在1m/s～4m/s效果較好。(2)風(fēng)壓。如果布袋除塵器的阻力波動幅度較大，則會影響到除塵器的除塵效率和穩(wěn)定運行。(3)進(jìn)入除塵器的煙氣溫度。布袋都有一個耐溫限度，溫度過高，容易點燃布袋，造成事故，所以需要控制煙氣溫度。(4)噴吹壓力。壓縮空氣噴吹的壓力越大，氣流速度越快，布袋能夠迅速膨脹，抖落掉粘到布袋表面的灰，從而達(dá)到良好的清灰效果；反之若壓縮空氣壓力過低，氣流速度比較慢，布袋膨脹收縮達(dá)不到要求，無法及時清除掉布袋表面的灰塵。噴吹壓力的選擇要結(jié)合濾袋的長度、材質(zhì)及經(jīng)濟(jì)性合理選擇，一般噴吹壓力0.4MPa～0.6MPa。(5)噴吹間隔。噴吹間隔的長短決定著每條布袋清灰的頻率，這直接影響到除塵器前后的壓差。脈沖噴吹調(diào)整到合理的間隔，在保證清灰的同時可以減少壓縮空氣的消耗量。(6)噴吹時間。噴吹時間在一定范圍內(nèi)越長，進(jìn)入到濾袋內(nèi)的壓縮空氣能持續(xù)吹掃布袋，清灰效果較好。一般噴吹時間為0.1s～0.2s。

3 控制系統(tǒng)組成

3.1 硬件配置

本系統(tǒng)PLC的CPU選用羅克韋爾(AB)品牌1769系列L30ER，下位機(jī)編程軟件采用RSLogix 5000企業(yè)版編程軟件，上位機(jī)監(jiān)控采用 Factory Talk View6.0軟件。本系統(tǒng)設(shè)計采用兩臺上位機(jī)，一臺集成到熔煉爐控制畫面的電腦上，通過光纖對除塵系統(tǒng)的關(guān)鍵狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，另一臺上位機(jī)為工程師站兼操作員站，采用以太網(wǎng)與PLC通訊。另該系統(tǒng)風(fēng)機(jī)的控制選用AB PowerFLX550系列變頻器，風(fēng)機(jī)電機(jī)功率為400kW。

3.2 軟件設(shè)計

下位機(jī)軟件采用RSLogix 5000，RSLogix 5000是一款功能強(qiáng)大的軟件，它可以采用梯形圖、順序流程圖、功能塊圖形等編程語言實現(xiàn)控制目標(biāo)，還可以在編程過程中對變量等自由添加中文注釋，大大提高編程的效率和后期程序維護(hù)的便捷程度。還可以通過此下位機(jī)軟件實現(xiàn)對各種模塊的設(shè)置和監(jiān)視及診斷，通過背板總線連接所有模塊，完成對儀表信號等的采集及控制命令的發(fā)出，通過軟件的參數(shù)配置可以實現(xiàn)監(jiān)控畫面與PLC的通訊等。

本文所列項目采用梯形圖對PLC編程，實現(xiàn)邏輯和功能的控制。系統(tǒng)組態(tài)步驟如下所示：

(1)硬件組態(tài)，在軟件硬件組態(tài)一欄背板總線中插入CPU 1769-L30ER、2個DI模塊1769-IQ32、2個DO模塊1769-OB16/1個AI模塊1769-IF8、1個AO模塊1769-OF4CI。AI、AO模塊根據(jù)項目中儀表信號類型，本項目都配置成4ma～20ma信號。(2)程序組態(tài)，對所有模塊每個輸入輸出點、程序變量進(jìn)行定義，編寫主程序和子程序。(3)通訊配置，通訊配置采用RSLink軟件，在配置選項中選擇Ethernet devices把CPU的IP地址配置成和上位機(jī)一個網(wǎng)段的IP地址，這樣就可以實現(xiàn)PLC和上位機(jī)畫面的通訊。

上位機(jī)組態(tài)軟件Factory Talk View功能強(qiáng)大，操作簡便，用它可以開發(fā)出界面友好的、人性化的操作界面。通過畫面可以實現(xiàn)參數(shù)的設(shè)置、設(shè)備的啟停、儀表數(shù)據(jù)的實時顯示等信息。本系統(tǒng)主要有以下幾個畫面組成；

(1)工藝流程畫面。通過上位機(jī)畫面的形式，操作人員對工藝流程一目了然，并且可以實時、動態(tài)地顯示各儀表的數(shù)據(jù)，單體設(shè)備的工作狀態(tài)等。包括現(xiàn)場各閥門的開關(guān)狀態(tài)、電機(jī)運行的狀態(tài)，溫度、壓力等實時數(shù)據(jù)的監(jiān)控。圖2所示為南山鋁業(yè)除塵系統(tǒng)監(jiān)控主畫面。

圖2Fig.2

(2)報警畫面。當(dāng)有設(shè)備故障或數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常，可以提示故障位置，給出故障產(chǎn)生的原因，幫助維護(hù)人員盡快排除故障，從而減少故障對生產(chǎn)的影響。

(3)歷史趨勢畫面。其主要作用是對各種關(guān)鍵數(shù)據(jù)的實時監(jiān)控和存儲，當(dāng)有故障發(fā)生或需要查閱歷史數(shù)據(jù)時，可以方便的瀏覽歷史曲線及數(shù)據(jù)，歷史趨勢存儲數(shù)據(jù)時間的長短取決于所選存儲設(shè)備的存儲容量。

(4)操作畫面。這個畫面是手動操作的界面(圖3)，主要功能是對電機(jī)、氣動閥等單體設(shè)備的手動控制，及風(fēng)機(jī)頻率的手動設(shè)定。可更好地實現(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備的控制，更安全方便地實現(xiàn)現(xiàn)場生產(chǎn)的操作。在主畫面設(shè)置手動/自動方式切換按鍵，正常情況下，只需切換到自動方式，按自動啟動按鍵即可無參與的實現(xiàn)系統(tǒng)的完全啟動。另外系統(tǒng)還設(shè)有登錄權(quán)限設(shè)置，防止沒有權(quán)限的人對設(shè)備操作，造成事故。

圖3Fig.3

根據(jù)布袋除塵的特點和現(xiàn)場實踐，對除塵器一些部件的運行方式做比較選擇，以保證除塵系統(tǒng)的正常運行。

(1)噴吹方式選擇。噴吹系統(tǒng)分為定時噴吹和定差壓噴吹兩種方式。定時噴吹方式是根據(jù)設(shè)定的噴吹周期進(jìn)行循環(huán)噴吹，若噴吹遇到備用和故障閥門則自動跳過；定差壓噴吹方式是當(dāng)除塵器前后壓差達(dá)到某個值時進(jìn)行自動噴吹。本系統(tǒng)采用定時噴吹方式，即只要系統(tǒng)運行，噴吹系統(tǒng)就定時工作。

(2)卸灰方式。常見卸灰方式有間歇式卸灰和連續(xù)卸灰兩種。間歇卸灰是通過設(shè)定定時時間讓螺旋輸送機(jī)和卸灰電機(jī)在設(shè)定的時間間隔內(nèi)間歇運行，連續(xù)卸灰就是螺旋輸送機(jī)和卸灰電機(jī)一直連續(xù)工作。本系統(tǒng)采用第一種，原因是間歇卸灰可以阻斷空氣通過卸灰口進(jìn)入除塵器箱體，清灰效果較好。

3.3 除塵器溫度控制

除塵器布袋所能允許的最高溫度為260℃，而爐內(nèi)排出的煙氣溫度最高可達(dá)300℃左右。為保證系統(tǒng)正常運行，必須采取措施降低進(jìn)入除塵器里的煙氣溫度。但煙氣溫度也不能太低，煙氣溫度過低，一是會使風(fēng)機(jī)負(fù)荷增加過多，可能造成風(fēng)機(jī)電機(jī)的超載和能源浪費；二是如果除塵器入口煙氣溫度過低，可能使煙氣混合水蒸氣產(chǎn)生酸露凝結(jié)在布袋上，造成粉塵在濾袋上的板結(jié)，糊死布袋，影響運行效果，甚至損壞布袋。因此，在工程實踐中，一般通過風(fēng)管上設(shè)置的氣動混風(fēng)閥和爐門排煙罩的調(diào)節(jié)閥來調(diào)節(jié)冷風(fēng)的進(jìn)氣風(fēng)量，將除塵器入口溫度控制在180℃～210℃。

鑒于溫度控制需要達(dá)到上述要求，本控制系統(tǒng)結(jié)合實際工況，采取溫度階梯控制的方法，具體形式為：當(dāng)除塵器入口溫度低于210℃時，混冷風(fēng)的野風(fēng)閥處于關(guān)閉狀態(tài)；當(dāng)除塵器入口溫度高于210℃時，野風(fēng)閥打開，開始混入冷風(fēng)，直到溫度降到180℃以下，野風(fēng)閥關(guān)閉。如果除塵器入口溫度超過250℃，系統(tǒng)超溫停機(jī)。

3.4 壓力控制

熔煉爐在熔煉之后為了后續(xù)工序的穩(wěn)定運行，要求爐內(nèi)的壓力要相對穩(wěn)定，生產(chǎn)中一般壓力設(shè)定為-250Pa。為了實現(xiàn)壓力的穩(wěn)定控制，本系統(tǒng)壓力控制采用PID控制。其優(yōu)點是工程實踐應(yīng)用較為廣泛，比較成熟，使用方便，適應(yīng)性強(qiáng)，抗擾動能力較強(qiáng)；其控制質(zhì)量對被控對象的變化不是太敏感，可靠性比較高，非常適用于環(huán)境惡劣的工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場。PID設(shè)置如圖4所示。

圖4Fig.4

4 總結(jié)

隨著我國工業(yè)生產(chǎn)的轉(zhuǎn)型升級，環(huán)保問題越來越被重視，環(huán)保除塵系統(tǒng)的應(yīng)用越來越廣泛，對環(huán)保設(shè)備自動化水平的要求也越來越高，把先進(jìn)的自動控制技術(shù)運用到環(huán)保除塵系統(tǒng)中，必將擁有廣闊的前景。