◎ 焦玉雪 王玖文 高隆建 魏開軍 谷永勝

1、引言

泰山焦化有限公司是泰鋼集團(tuán)投資新建的年產(chǎn)130萬噸焦化項目。為了提高除塵效果降低煙塵排放量，公司配備了地面除塵站系統(tǒng)。在地面除塵站使用了脈沖布袋除塵器。脈沖布袋除塵器的突出優(yōu)點(diǎn)是處理煙氣量大、煙氣和粉塵凈化效率高、清灰效果比較好。由于使用的清灰閥和電機(jī)數(shù)量較多、對除塵控制和工藝要求比較嚴(yán)格，因此公司選中了廣泛使用的西門子PLC控制系統(tǒng)，它的工業(yè)自動化水平較高，采用開放的一體化控制器、最新技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)，具有信息總和、高工程效率、高級可升級的解決方案、開放的通訊，又同時具有開放的一體化控制器、全局化的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。

2、PLC選型及系統(tǒng)硬件構(gòu)成

在PLC選型上，經(jīng)過反復(fù)的對比，選用了德國SIEMENS公司的SIMATIC S7-300系列可編程序控制器。SIEMENS公司是世界上較大PLC制造廠家之一，其產(chǎn)品的可靠性是眾所周知的。S7-300系列PLC提供了解決成套控制任務(wù)的能力和靈活性，具有功能豐富的指令集，高級的編程工具以及品種繁多的I/O模塊，能滿足各種行業(yè)的控制任務(wù)。S7-300系列PLC具有以下顯著特點(diǎn)：

循環(huán)周期短、處理速度高；產(chǎn)品設(shè)計緊湊、可用于空間有限的場合；模塊化結(jié)構(gòu)、適合密集安裝；不同檔次的CPU、各種各樣的功能；模塊和I/O模塊可供選擇；無需電池備份、免維護(hù)。

在系統(tǒng)硬件構(gòu)成上除塵控制系統(tǒng)有兩臺上位機(jī)內(nèi)置編程軟件，30個西門子S7-300PLC模塊組成。上位機(jī)為聯(lián)想工控機(jī)，PLC編程軟件為STEP7-V5.3 版本，人機(jī)界面組態(tài)軟件為西門子WINCC6.0.版本。

主機(jī)架PLC采用CPU315-2DP作為中央處理單元，用接口模塊（IM360）和（IM361）實現(xiàn)中央機(jī)架和擴(kuò)展機(jī)架之間的連接和數(shù)據(jù)傳送。輸入模塊（DI7塊），流用PLC使用3個擴(kuò)展機(jī)架進(jìn)行組態(tài)，輸入模塊（DI6塊 ，AI7塊）輸出模塊（DO5 塊 ，AO1塊）

硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示：

圖1

3、低壓控制系統(tǒng)的組成及功能

作為生產(chǎn)工藝設(shè)備的布袋除塵器，可靠性是第一位的。在系統(tǒng)控制程序中包括：出焦和裝煤運(yùn)排灰控制程序；脈沖清灰和卸灰控制程序；預(yù)噴涂控制程序；進(jìn)口閥和冷風(fēng)閥控制程序同時還有裝煤和出焦主電機(jī)控制程序。其中，低壓控制系統(tǒng)主要有脈沖清灰、振打清灰、卸灰與輸灰、預(yù)噴涂控制、進(jìn)口閥和冷風(fēng)閥控制、溫度檢測與控制。（圖2所示）

圖2

3.1 脈沖清灰

（1）脈沖清灰袋式除塵器是目前國內(nèi)外應(yīng)用最廣泛的一種高效除塵器。脈沖清灰系統(tǒng)是袋式除塵器的核心，也是其技術(shù)的關(guān)鍵所在，其設(shè)計必須根據(jù)工藝的實際情況進(jìn)行恰當(dāng)?shù)呐渲?，這樣才能保證除塵器高效的運(yùn)行。焦化公司根據(jù)實際情況，采用PLC自動控制系統(tǒng)來實現(xiàn)脈沖清灰，PLC主要是用定時計數(shù)、比較指令來組成內(nèi)部控制程序，以及其它監(jiān)測措施等控制系統(tǒng)所組成。

（2）裝煤、出焦定時計數(shù)、比較清灰

出焦脈沖除塵器設(shè)計為10個除塵倉，為了實現(xiàn)逐室清灰，當(dāng)某過濾室需要清灰時，首先要控制擋板使這個氣室不再進(jìn)行煙氣過濾，即過濾室與主氣流隔離開來，過濾室被隔離是通過設(shè)置在出氣口的左右蝶閥來實現(xiàn)的。

采用定時計數(shù)、比較清灰，可設(shè)置脈沖寬度和脈沖間隔時間。1： 出焦和裝煤主電機(jī)在基速運(yùn)轉(zhuǎn)時應(yīng)對濾袋進(jìn)行清灰。2：出焦和裝煤結(jié)束后，此時應(yīng)對濾袋進(jìn)行清灰。脈沖清灰過程中，每臺除塵器的每個過濾室上都設(shè)置了多個脈沖閥，以壓縮空氣為清灰動力，由PLC發(fā)出控制信號，通過比較和計數(shù)依次觸發(fā)各個脈沖閥，在瞬間釋放低壓空氣。由于動能與勢能的共同作用，由脈沖閥瞬間噴吹的低壓空氣，使相應(yīng)等待清灰的一組濾袋突然膨脹和振動，抖落積附在濾袋外側(cè)的灰塵，以恢復(fù)濾袋的除塵功能，使除塵器自始至終保持良好的工作狀態(tài)。運(yùn)行程序如圖3所示：

3.2 振打清灰

振打清灰是除塵器的主要過程，其目的是防止灰斗的堵塞。振打周期對其影響也很大，其控制可分為手動振打和自動振打。在振打力度與均勻性都滿足要求時，振打頻率是否合理，除塵器對除塵器灰斗的堵塞影響極大。因此，選擇合理的振打周期，將有助于更好地防止灰斗的堵塞。

3.3 卸灰與輸灰

圖4

除塵器的卸灰方式為定時自動卸灰。輸灰方式采用的是自動輸灰方式。定時自動卸灰功能，以保證系統(tǒng)能夠進(jìn)行自動卸灰。在定時自動卸灰方式下，每個室順序依次卸灰，循環(huán)工作，避免了多室同時工作，造成輸灰機(jī)阻塞現(xiàn)象。另外，運(yùn)輸機(jī)與卸灰閥增加了電氣連鎖，有效的保證除塵系統(tǒng)的正常運(yùn)行。如圖4所示。

3.4 預(yù)噴涂控制系統(tǒng)

為確保除塵利用率提高裝煤除塵器布袋的使用壽命增設(shè)了預(yù)噴涂裝置。出焦時收集焦粉在裝煤時PLC發(fā)出指令打開空氣電磁閥向裝煤滅火倉噴灑焦粉，焦粉通過電機(jī)的吸力使焦粉均勻的灑在布袋上避免焦油粘在布袋上造成壓差過大造成吸力減小。整個動作過程有PLC控制，動作時間為2分鐘。13秒為一個周期。

3.5 溫度檢測與控制

溫度采集處理單元由溫度傳感器、熱電阻全隔離信號調(diào)理器等組成。溫度傳感器采用鉑熱電阻Pt100，它將煙氣的溫度信號轉(zhuǎn)換為電阻值，送到PLC的模擬量輸入模塊中，供PLC分析處理用。

在生產(chǎn)工藝穩(wěn)定時進(jìn)入除塵器的煙氣溫度在70～130℃之間。由于煙氣進(jìn)入除塵器的溫度低于100℃時，容易造成煙氣中粉塵粘在濾袋表面，形成一層不透氣且不易清除的結(jié)塊，使濾袋失效；而進(jìn)入除塵器的煙氣溫度高于150℃時，會造成濾袋使用壽命降低或燒壞濾袋，因此，除塵器另設(shè)冷風(fēng)閥，當(dāng)除塵器入口溫度達(dá)126℃時打開冷風(fēng)閥輸入冷空氣降溫，當(dāng)入口溫度達(dá)140℃時除塵電機(jī)跳閘；當(dāng)除塵器入口溫度達(dá)125℃時關(guān)閉冷風(fēng)閥提高主風(fēng)機(jī)吸力減少焦?fàn)t集氣管因壓力過高打開造成空氣污染提高除塵效果，避免影響整個系統(tǒng)的正常生產(chǎn)。

3.6 監(jiān)測措施

為了保證除塵系統(tǒng)的正常運(yùn)行，提高除塵效率，節(jié)省能源，利用上位機(jī)WINCC作為檢測裝置。在系統(tǒng)上設(shè)置了一些必要的儀表監(jiān)測措施，有除塵器進(jìn)出口壓差；除塵器進(jìn)、出口溫度以及風(fēng)機(jī)的一些檢測點(diǎn)（風(fēng)機(jī)軸承、電機(jī)軸承、定子溫度、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、冷卻水壓力與溫度、壓縮空氣壓力等）。

通過監(jiān)控裝置可以查看報警畫面、爐前信號歷史趨勢、裝煤歷史趨勢、出焦與裝煤畫面的選擇及部分動作指令。

4、控制系統(tǒng)應(yīng)用與維護(hù)

由于采用了先進(jìn)的PLC，系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)更為合理，控制性能明顯提高，系統(tǒng)獲得了更大的可控性和可擴(kuò)展性。同時結(jié)合先進(jìn)的控制算法，使得布袋使用壽命明顯增長，氣源的利用率得以提高，整個系統(tǒng)的運(yùn)營成本大幅下降。

4.1 控制方式

由于除塵系統(tǒng)控制柜體設(shè)備與現(xiàn)場設(shè)備的距離較遠(yuǎn)各個控制設(shè)備比較分散，一般需兩地控制或三地控制。因此，增設(shè)了就地現(xiàn)場操作箱，便于設(shè)備的控制與檢修；就地現(xiàn)場操作包括除塵系統(tǒng)上的所有蝶閥與冷風(fēng)閥、脈沖閥、輸排灰電機(jī)、雙層卸灰閥以及振動器等。當(dāng)設(shè)備切換至遠(yuǎn)程狀態(tài)時一般為PLC自動控制和計算機(jī)操作，無需人員干預(yù)。

4.2 控制柜可靠性設(shè)計

為了提高控制設(shè)備的可靠性，在PLC柜中采用了屏蔽、隔離、接地、等多項可靠保證措施，大大提高了設(shè)備的可靠性水平。

4.3 控制系統(tǒng)維護(hù)

PLC對物理環(huán)境要求高，保證通風(fēng)與散熱。PLC工作環(huán)境溫度為0～40℃，環(huán)境溫度較高時，應(yīng)打開PLC柜頂部的冷卻風(fēng)扇，以使得PLC工作在適當(dāng)?shù)沫h(huán)境；與PLC相聯(lián)系的控制柜不得存在漏電現(xiàn)象避免強(qiáng)電串入PLC燒壞模塊。相對濕度不得超過70%、更不得有凝結(jié)水，否則必須加相應(yīng)的防范措施。

5、控制系統(tǒng)特點(diǎn)

5.1 控制系統(tǒng)采用了國外先進(jìn)PLC產(chǎn)品，可靠性高、通用性強(qiáng)；

5.2 控制系統(tǒng)采用了模塊式組合結(jié)構(gòu)，并集開關(guān)量控制和模擬量控制處理于一體，使用方便，維護(hù)量少；

5.3 控制系統(tǒng)對除塵器清灰、輸卸灰、預(yù)噴涂、壓差、溫度等運(yùn)行參數(shù)能實時監(jiān)控；并可以與中心計算機(jī)實現(xiàn)遠(yuǎn)程通訊，進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。

總之，先進(jìn)的技術(shù)使得控制系統(tǒng)自動化程度更高，操作使用更方便。

6、結(jié)束語

PLC的利用，是現(xiàn)代工業(yè)控制領(lǐng)域提高生產(chǎn)效率和管理水平的必然趨勢，采用軟件控制系統(tǒng)資源，提高了設(shè)備的利用率。本系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，達(dá)到了生產(chǎn)環(huán)保設(shè)計要求，具有自動化程度高，操作使用方便等優(yōu)點(diǎn)。技術(shù)先進(jìn)、功能強(qiáng)大的PLC控制系統(tǒng)在布袋除塵器控制系統(tǒng)上的應(yīng)用會更加廣泛。