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(shè)備大型化發(fā)展，冶煉強(qiáng)度逐漸加大，如果不注重捕捉和凈化煙氣，將會(huì)加劇環(huán)境污染。根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)，冶煉1t鐵水，會(huì)產(chǎn)恒煙塵2.5kg，一氧化碳2kg。出鐵廠出鐵時(shí)，操作區(qū)含塵量為10～80mg/m2，輻射強(qiáng)度高，車間環(huán)境溫度也較高，接近50℃。所以，不注重出鐵廠煙塵治理，會(huì)加劇環(huán)境污染，對人體健康威脅較大[1]。

現(xiàn)階段，我國將除塵標(biāo)準(zhǔn)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(shí)際應(yīng)用中，維護(hù)管理不到位會(huì)影響除塵器的性能與功能，還會(huì)降低除塵效率，無法達(dá)到設(shè)計(jì)效果。所以，借助挖掘除塵器管理與控制性能，結(jié)合現(xiàn)代控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)，有助于改善設(shè)備性能。

1 除塵控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 工藝流程描述

當(dāng)風(fēng)機(jī)功率較大時(shí)，除塵控制系統(tǒng)位于吸塵管道一端，連接管道、布袋除塵器。管道內(nèi)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(fēng)能力不足將會(huì)降低管道內(nèi)壓力。按照一定周期開啟電磁閥，能夠加快振動(dòng)，促使布袋粉塵落至下方，此時(shí)可以恢復(fù)設(shè)備通風(fēng)能力。在煙道入口位置，煙氣吸入至管道內(nèi)，在凈化氣體后，利用煙囪排出。粉塵量的持續(xù)積累會(huì)使除塵器壓差加大。當(dāng)壓差達(dá)到一定值后，必須對除塵倉內(nèi)灰塵進(jìn)行清理[2]。

1.2 控制系統(tǒng)要求

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

除塵器系統(tǒng)可確保壓差信號(hào)、溫度信號(hào)檢測的智能化，對溫度、除灰功能進(jìn)行控制，自動(dòng)控制、手動(dòng)控制能力強(qiáng)。模擬量檢測與控制能夠?qū)崿F(xiàn)歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，動(dòng)態(tài)顯示實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)報(bào)警與打印功能。上位機(jī)可以實(shí)現(xiàn)控制功能，設(shè)定參數(shù)，遠(yuǎn)程控制等。計(jì)算機(jī)屏幕上可以動(dòng)態(tài)顯示出工藝流程[3]。

1.3 控制系統(tǒng)構(gòu)成與配置

對于除塵系統(tǒng)來說，系統(tǒng)通過PLC為下位機(jī)，對開關(guān)量信號(hào)、模擬量信號(hào)進(jìn)行處理。將計(jì)算機(jī)作為上位機(jī)，通過組態(tài)軟件，建立實(shí)時(shí)操作界面，實(shí)現(xiàn)下位機(jī)通信。

上位機(jī)采用工控機(jī)，利用工控組態(tài)軟件，合理設(shè)置參數(shù)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，動(dòng)態(tài)顯示實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)等。工控組態(tài)軟件屬于集成人機(jī)界面系統(tǒng)、監(jiān)控管理系統(tǒng)，可以為PLC提供驅(qū)動(dòng)軟件，確保PLC和上位機(jī)聯(lián)接的便捷性。同時(shí)應(yīng)用STEP7/博圖、WinCC，能夠縮短工程時(shí)間。在STEP7/博圖中，定義變量能夠直接應(yīng)用到WinCC中。此外，在WinCC中，C語言校本可以提供數(shù)據(jù)庫接口，添設(shè)應(yīng)用功能，滿足用戶需求。

2 PLC控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

傳感器采集信號(hào)通過下位機(jī)（PLC）處理之后，利用上位機(jī)、工業(yè)以太網(wǎng)方式實(shí)現(xiàn)信息交換。按照相應(yīng)算法，對上位機(jī)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，同時(shí)還要注重信息反饋，將其運(yùn)輸至下位機(jī)控制處理器，高效完成控制任務(wù)。上位機(jī)能夠監(jiān)控整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，分析總體數(shù)據(jù)[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(jī)設(shè)計(jì)、上下位機(jī)通信。

2.1 清灰控制

立足于自身需求，設(shè)置清灰控制模式，包括自動(dòng)式和手動(dòng)式、強(qiáng)制式和壓差式。PLC對系統(tǒng)控制方式進(jìn)行判斷，明確系統(tǒng)為壓差式或強(qiáng)制式。如果選擇強(qiáng)制式，按照強(qiáng)制清灰信號(hào)，對清灰必要性進(jìn)行判斷。如果系統(tǒng)應(yīng)用壓差控制方式，如果除灰器壓差滿足設(shè)定值，則表示清灰信號(hào)有效。如果為自動(dòng)化清灰模式，當(dāng)清灰信號(hào)有效后，通過控制系統(tǒng)，可以確保清灰效果。牽扯到反吹、沉降過程，清灰運(yùn)行時(shí)間必須遵循技術(shù)工藝要求。在清灰處理中，開啟清灰操作除塵倉，確保反吹風(fēng)閥處于開啟狀態(tài)，將進(jìn)風(fēng)閥關(guān)閉。將其他倉進(jìn)風(fēng)閥開啟，關(guān)閉反吹風(fēng)，以免影響除塵效果，保證反吹清灰風(fēng)壓充足。

2.2 溫度控制

對于爐窯而言，主要為高溫?zé)煔鈨艋到y(tǒng)，溫度控制會(huì)影響設(shè)備安全。煙氣進(jìn)入除塵器后，當(dāng)溫度較高時(shí)，會(huì)導(dǎo)致濾袋燒毀，縮短濾袋壽命，導(dǎo)致煙氣溫度比較低，還會(huì)出現(xiàn)結(jié)露問題，增加清灰難度。當(dāng)除塵器阻力較高時(shí)，會(huì)產(chǎn)生惡性循環(huán)，致使系統(tǒng)無法運(yùn)行。煙氣溫度較低時(shí)，會(huì)使風(fēng)機(jī)負(fù)荷加大，極易導(dǎo)致風(fēng)機(jī)電機(jī)超負(fù)荷運(yùn)行，因此必須注重溫度控制。溫度控制系統(tǒng)能夠合理調(diào)節(jié)電動(dòng)蝶閥開度、混風(fēng)量，注重風(fēng)量控制，確保溫度調(diào)節(jié)效果。當(dāng)溫度高于200℃，則開啟電動(dòng)蝶閥。按照進(jìn)口溫度值，對冷風(fēng)閥開度進(jìn)行調(diào)節(jié)。如果溫度比較高，則應(yīng)當(dāng)加大閥門開度。當(dāng)溫度比較低時(shí)，則應(yīng)當(dāng)減小閥門開度（如圖1所示）。給定值就是需要達(dá)到的溫度的值，電動(dòng)調(diào)節(jié)閥通過PID控制器來動(dòng)作，通過外界冷風(fēng)的干擾，來控制溫度的高低，最后通過溫度傳感器來顯示當(dāng)前的溫度與設(shè)定溫度對比[5]。

圖1 PID控制邏輯圖

按照被控對象模型，調(diào)用了S7-300中FB41的PID調(diào)節(jié)模塊其中一部分，這其中設(shè)置了三個(gè)值:一個(gè)是設(shè)定值，就是邏輯圖中的給定值；一個(gè)是溫度的平均值，就是溫度傳感器的反饋值；一個(gè)是冷風(fēng)閥開度給定，就是通過調(diào)節(jié)閥來摻冷風(fēng)。S7-300中FB41的PID調(diào)節(jié)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(gè)控制器來調(diào)節(jié)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥?？刂茀?shù)會(huì)影響控制性能，除塵系統(tǒng)屬于復(fù)雜激振系統(tǒng)，無現(xiàn)有數(shù)學(xué)模型參考。在此次控制系統(tǒng)中，利用計(jì)算機(jī)仿真尋優(yōu)，科學(xué)計(jì)算參數(shù)范圍。在運(yùn)行過程中，通過現(xiàn)場調(diào)節(jié)法，確保參數(shù)最佳化。

計(jì)算機(jī)仿真尋優(yōu)，合理設(shè)置激勵(lì)電流階躍信號(hào)，進(jìn)口溫度設(shè)定為S形上升曲線，利用慣性加時(shí)滯模型，詳細(xì)描述系統(tǒng)。在額定范圍內(nèi)，電流平均值與進(jìn)口溫度為正比關(guān)系，按照除塵系統(tǒng)階躍響應(yīng)，對系統(tǒng)時(shí)間常數(shù)進(jìn)行估算。由于系統(tǒng)模型為估算模型，因此實(shí)測估算參數(shù)的誤差大，需要通過現(xiàn)場整定方式，明確參數(shù)最佳值。

現(xiàn)場整定是將三個(gè)參數(shù)增設(shè)在控制面板上，對數(shù)字按鈕進(jìn)行調(diào)節(jié)。通過PLC系統(tǒng)的輸入、輸出接口，對BCD碼進(jìn)行編譯，同時(shí)轉(zhuǎn)換為對應(yīng)比例、微分、積分參數(shù)等。

2.3 上位機(jī)設(shè)計(jì)

遵循系統(tǒng)控制要求，利用組態(tài)軟件系統(tǒng)，模擬實(shí)際除塵器系統(tǒng)，優(yōu)化整合顯示數(shù)據(jù)、顏色、圖形等狀態(tài)，形成具備視覺習(xí)慣的圖形，給予不同變量不同的屬性定義，建設(shè)變量連接，通過除塵器現(xiàn)場狀態(tài)，采用動(dòng)畫方式反映至屏幕上。發(fā)布相關(guān)指令，保證信息到達(dá)現(xiàn)場。系統(tǒng)能夠針對動(dòng)畫連接圖像，設(shè)置對應(yīng)的訪問權(quán)限，例如參數(shù)設(shè)定畫面會(huì)影響系統(tǒng)運(yùn)行，需要設(shè)定訪問權(quán)限。

3 結(jié)語

該系統(tǒng)投入到某硅鐵廠之后，通過運(yùn)行試驗(yàn)可知，系統(tǒng)功能完善，具備較高可靠性，便于檢修與維護(hù)，能夠自動(dòng)化控制清灰與卸灰，通過PID調(diào)節(jié)器，可以科學(xué)控制溫度。利用上位機(jī)組態(tài)化控制模式，能夠自動(dòng)化運(yùn)行除塵器系統(tǒng)，降低人為誤操作，實(shí)現(xiàn)科學(xué)控制與管理。