閆偉，魏立明

(吉林建筑大學(xué)電氣與計(jì)算機(jī)學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130118)

現(xiàn)在任何工業(yè)生產(chǎn)過程都要符合國(guó)家工業(yè)企業(yè)設(shè)計(jì)的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn),運(yùn)行人員在勞動(dòng)過程中的健康問題也要得到保障,因此，為降低火電廠尤其是輸煤系統(tǒng)空氣中的含塵濃度，各電廠都采取了治理粉塵源以及安裝各式各樣的除塵器等相應(yīng)的措施。目前與其他的工程學(xué)科相比，就除塵技術(shù)方面而言,其學(xué)術(shù)上的基礎(chǔ)還是比較薄弱的，雖然也規(guī)定了一些設(shè)計(jì)規(guī)范,但是所選用的除塵裝置的最終性能往往不能準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)出來[1]。所以我們要加緊腳步，對(duì)粉塵治理和除塵系統(tǒng)要進(jìn)行全面、系統(tǒng)的研究,設(shè)計(jì)出合理的粉塵綜合治理方案和高效的除塵管理控制系統(tǒng)。同時(shí)粉塵治理和除塵系統(tǒng)的研究也是燃煤火電廠急需要解決的問題,對(duì)火電廠本身以及工作人員具有十分重要的意義。

1 粉塵的產(chǎn)生及除塵系統(tǒng)

粉塵是一種微小的粒子，它是由運(yùn)輸、破碎以及篩分等機(jī)械運(yùn)動(dòng)過程所產(chǎn)生的?；痣姀S輸煤系統(tǒng)是電廠煤塵污染最嚴(yán)重的場(chǎng)所?；痣姀S輸煤系統(tǒng)[2]，是指從煤運(yùn)進(jìn)火電廠開始，隨后包括卸煤以及對(duì)煤塊進(jìn)行加工等,直到將加工合格的煤塊送到原煤倉(cāng)的整個(gè)工藝流程。它包括卸煤生產(chǎn)線、煤場(chǎng)、運(yùn)輸、破碎與篩分、配煤系統(tǒng)這些主要的生產(chǎn)環(huán)節(jié)以及一些輔助的生產(chǎn)環(huán)節(jié)。大量的粉塵就是產(chǎn)生在整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)作過程的每一個(gè)環(huán)節(jié)中。

除塵系統(tǒng)[3]是由通風(fēng)機(jī)、凈化設(shè)備(如除塵器)、抽塵罩、風(fēng)管及其他附件等裝置構(gòu)成的。把這些裝置組合在一起，就構(gòu)成了一個(gè)完整的除塵系統(tǒng)。系統(tǒng)控制的主要設(shè)備有風(fēng)機(jī)、電機(jī)、除塵器、變送器、排污泵、濃度檢測(cè)探頭、管道閥門等。

2 除塵系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

本除塵系統(tǒng)的控制主要是以可編程邏輯控制器(PLC)為主,可編程邏輯控制器具有很強(qiáng)的控制功能而且編程比較簡(jiǎn)單。同時(shí)它還具有大量的硬接線可以省去,維護(hù)起來比較方便,可以在線修改等特點(diǎn)[4]。除塵系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案如圖1所示。

整體設(shè)計(jì)方案是針對(duì)除塵系統(tǒng),對(duì)PLC組成的控制系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)和構(gòu)建,利用粉塵濃度變送器檢測(cè)管道中的實(shí)際粉塵濃度大小,然后把這些瞬時(shí)數(shù)值連續(xù)不斷地傳遞給PLC,PLC將這些瞬時(shí)值和設(shè)定值進(jìn)行對(duì)比，如果超到了設(shè)定的初始值，則PLC將起動(dòng)安全運(yùn)行系統(tǒng),對(duì)相應(yīng)的參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)校正。同時(shí)利用變頻調(diào)節(jié)技術(shù)改變除塵器電機(jī)電源頻率,調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速?gòu)亩{(diào)節(jié)管道中的風(fēng)速等參量，使粉塵濃度達(dá)到設(shè)定值。就這樣通過對(duì)PLC的軟件進(jìn)行控制可以對(duì)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)周而復(fù)始連續(xù)不斷的控制。并且通過組態(tài)王軟件設(shè)計(jì)出火電廠除塵系統(tǒng)監(jiān)控主畫面，利用組態(tài)王和PLC之間的通訊功能，從而可以對(duì)除塵控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)進(jìn)行遠(yuǎn)程分散的控制。

3 除塵系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

硬件設(shè)計(jì)包括的器件有：PLC、除塵器、排風(fēng)機(jī)、粉塵濃度變送器、變頻器、管道閥門等。

PLC選用西門子S7-300，由于其結(jié)構(gòu)模塊化，易于實(shí)現(xiàn)分布式的配置，另外其電磁兼容性強(qiáng)，有良好的抗震動(dòng)沖擊性能，廣泛地應(yīng)用于各種工業(yè)控制領(lǐng)域。

除塵器是整個(gè)除塵控制系統(tǒng)的主要器件，通過除塵器可以吧空氣中的粉塵過濾掉，而排風(fēng)機(jī)則把清新的空氣排入大氣中。

粉塵濃度變送器[5]是通過數(shù)字粉塵測(cè)定儀的連續(xù)輸出口經(jīng)過電路調(diào)理成為具有4-20mA標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出的變送器。數(shù)字粉塵測(cè)定儀的工作原理:含有粉塵的空氣在風(fēng)扇的吸引下,經(jīng)切割器除去粗大粒子,通過靈敏區(qū)時(shí),其90°方向散射光射進(jìn)光電倍增管,轉(zhuǎn)換成光電流,經(jīng)光電流積分電路轉(zhuǎn)換成正比的單位時(shí)間內(nèi)的脈沖數(shù),利用此原理可求出粉塵的相對(duì)質(zhì)量濃度。

變頻器是將工頻電源變換為另一頻率電源的控制裝置，其實(shí)現(xiàn)過程是利用電力半導(dǎo)體的通斷作用來完成的。

其具備的功能有以下幾點(diǎn)：

(1)控制柜具有電源指示、系統(tǒng)啟停、風(fēng)機(jī)運(yùn)行及故障指示、除塵器運(yùn)行及故障指示、變送器運(yùn)行及故障指示、風(fēng)閥指示和檢修指示。

(2)系統(tǒng)控制方式：系統(tǒng)控制分為手動(dòng)和自動(dòng)兩種控制方式，手動(dòng)控制即用戶可利用電控柜上的按鈕根據(jù)運(yùn)行要求來一對(duì)一地實(shí)現(xiàn)設(shè)備的手動(dòng)啟?？刂?；自動(dòng)控制時(shí),按照已經(jīng)編制好的滿足各種運(yùn)行方式的操作程序來達(dá)到系統(tǒng)啟停的目的。

(3)風(fēng)機(jī)的控制：排風(fēng)機(jī)啟停、故障、運(yùn)行、手動(dòng)/自動(dòng)按鈕。

(4)除塵器的控制：通過變頻器能夠改變除塵器風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速同時(shí)加散熱風(fēng)扇保護(hù)除塵器。

(5)能夠控制粉塵濃度變送器的啟停以及手動(dòng)和自動(dòng)控制。

4 除塵系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，開始先選擇控制方式，分為手動(dòng)和自動(dòng)控制，如果是自動(dòng)控制則程序啟動(dòng)，看是否有火花出現(xiàn)，如果有則報(bào)警并關(guān)機(jī)，沒有的話起動(dòng)變送器，如果粉塵濃度超標(biāo)的話則啟動(dòng)除塵器，最后看變頻器是否故障，如果故障，報(bào)警并關(guān)機(jī)，如果正常則啟動(dòng)變頻器來控制風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。除塵系統(tǒng)的總控制流程圖如圖2所示。

圖2 總控制程序流程圖

5 組態(tài)畫面設(shè)計(jì)

組態(tài)王軟件的任務(wù)是實(shí)現(xiàn)畫面的監(jiān)控和數(shù)據(jù)之間的通訊,本次設(shè)計(jì)采用的是組態(tài)王6.55，利用該軟件可以很方便地編輯所需畫面。組態(tài)王6.55軟件[6]是由工程管理器、工程瀏覽器、畫面開發(fā)系統(tǒng)和運(yùn)行系統(tǒng)這四部分組成的。

本系統(tǒng)將在火電廠建立一個(gè)監(jiān)控中心。首先設(shè)計(jì)圖形界面，把各設(shè)備從圖庫(kù)中找出來，然后定義設(shè)備的驅(qū)動(dòng)類型，同時(shí)構(gòu)造數(shù)據(jù)庫(kù)變量，最后在各設(shè)備之間建立動(dòng)畫連接，并且進(jìn)行運(yùn)行和調(diào)試。監(jiān)控中心采集到的數(shù)據(jù)以動(dòng)畫的形式顯示在監(jiān)控畫面上,從而運(yùn)行人員就可以通過計(jì)算機(jī)來對(duì)整個(gè)除塵控制系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控主畫面、參數(shù)設(shè)定、手動(dòng)控制、歷史曲線查詢、報(bào)表打印、實(shí)時(shí)報(bào)警、季節(jié)選擇和本地/遠(yuǎn)程控制等。同時(shí)與PLC之間進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)通訊,至此組態(tài)畫面設(shè)計(jì)完成并且進(jìn)行與PLC的連接，然后檢查設(shè)備和線路連接是否正確。在工程瀏覽器中建立監(jiān)控中心主畫面如圖3所示。

圖3 監(jiān)控主畫面

6 結(jié)語

科學(xué)技術(shù)越來越成熟，將來火電廠除塵控制系統(tǒng)和PLC的有機(jī)結(jié)合將會(huì)得到越來越廣泛的應(yīng)用。本次設(shè)計(jì)包括了系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)、系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)和系統(tǒng)的組態(tài)畫面設(shè)計(jì)，將這3部分實(shí)現(xiàn)了有機(jī)的結(jié)合，形成了一個(gè)完整的控制系統(tǒng)。除塵系統(tǒng)達(dá)到了治理粉塵的目的同時(shí)減少了環(huán)境污染，使空氣更加清新和健康，有利于人們的身心發(fā)展。