基于PLC的脉冲布袋除尘器控制技术

基于PLC的脉冲布袋除尘器控制技术

路世昊冯仰彬张子元孟松林

江苏宿迁223800

摘要：本文介绍了一种高性能的脉冲布袋除尘控制系统在生产中的应用，对整个控制系统的功能和实现进行了详细的分析和讨论。该系统采用了TD200和S7－200PLC的廉价解决方案，利用改进了的矩阵控制电路实现了对脉冲电磁阀等的控制，使该系统具有功能强、可靠性高、价格低廉等优势，适合企业的应用。

关键词：布袋除尘器；PLC；TD200；矩阵控制电路；应用

1.应用背景

在煤炭港口的装卸过程中，皮带输送煤炭时会产生大量煤尘，煤尘主要集中在皮带转接处，严重影响港区及周边的环境。利用袋式除尘器可以有效将煤炭输送转接时产生的煤尘利用负压吸收并进行过滤，过滤后的空气排入大气，滤出的煤尘经清灰系统排入煤粉回收箱进行回收。

2.工作原理

脉冲袋式除尘器的除尘过程由过滤、排灰和清灰三个环节组成：过滤是指将空气中的粉尘过滤出来；排灰是指将过滤出来的粉尘排出除尘器；清灰是指在除尘器工作的同时，将吸附于布袋表面的粉尘清理掉。在脉冲布袋除尘器的工作过程中，主引风机为整台设备内部提供负压，将煤尘从吸尘口吸入，由滤尘布袋将含有大量煤尘的气流过滤，滤出的煤尘落入集尘仓内，集尘仓内的煤尘由螺旋输送机输送至星型卸灰阀管道，由卸灰阀排入煤粉回收箱进行回收。在除尘器工作过程中，由空压机、气缸阀、脉冲阀及导气管路组成的“清灰系统”也发挥着重要作用，该系统形成脉冲气流，对滤尘布袋进行喷吹，使布袋上聚集的煤尘落入排灰系统，保证布袋的过滤效果。

3.系统组成及主要功能

该布袋除尘器主要由除尘器本体、卸灰系统及引风风机、电动机及各种温度、压力等的测量与故障报警等几部分构成，其中在除尘器本体主要完成在线清灰控制。本体共分5个大室，10个小室，每个小室有10～12只脉冲电磁阀。PLC控制系统依次给脉冲电磁阀输出脉冲电压信号，脉冲电磁阀轮流循环工作，实现清灰控制。

布袋除尘器主要完成的控制功能如下：

⑴、清灰控制

控制方式：定时、差压、手动（检修调试时）三种

清灰周期数：1～5次可调

清灰周期间隔时间：0～3小时可调

脉冲宽度：0.2～1秒可调

脉冲间隔时间：1～10秒可调

除尘器进出口差压清灰值设定值：1500Pa可调

清灰室位、阀号数字显示

⑵、卸灰控制

控制方式：自动/手动

在除尘器没个大室的底部分别设置有一个灰斗，在第1个灰斗设有上、下料位计，分别用于检测灰斗灰满否与卸灰完否，其余灰斗仅设下料位计，用于检测卸灰完否。在自动卸灰方式下，当第1个灰斗灰满时，上料位计发出讯号，PLC系统声光报警，斗式提升机开始运行，间隔一段时间后刮板输送机运行，接着灰斗星型卸灰阀依次得电，灰斗依次顺序卸灰，卸灰完成后，刮板机、斗式提升机依次停止工作。

⑶、温度、压力检测与报警

对于大功率的除尘器，一般采用大功率风机及高压电动机，这类系统在运行中需检测风机轴承、电动机轴承/定子、冷却水及烟气的温度，还需检测冷却水压力、风机进口烟气负压、除尘器进出口差压等，这些温度与压力值均进入PLC控制系统，完成对除尘器的控制与保护报警。

4.控制系统设计思路

除尘器分布在转接塔及翻车机房旁边，点多面广，若要使脉冲袋式除尘器在煤炭运输过程中起到良好的除尘效果，需要稳定的控制方式来实现其功能。利用可编程序控制器（PLC）可进行单台稳定控制并与中控通信实现远程启停的自动控制目的。

为保证设备的稳定运行及与公司其他设备的兼容性，PLC选用AB公司的PLC-5系列产品，编程语言有梯形图、语句表、功能块及可供用户直接调用的系统功能块。本次应用采用RSLogix5作为编程软件平台，编程方式为梯形图。

为了准确地实施自动控制，采用较高性能的并且故障率低的PLC-上位机综合控制是必不可少的，合理地配置及上位监控，能够进行现场数据采集及实时控制；运行参数的实时显示，能使用户了解设备的真实情况，良好的人机界面能够方便用户进行操作。

5.除尘器系统PLC硬件配置

该除尘器需要设置与显示的参数共有20路之多，还有大量的脉冲电磁阀、星型卸灰阀、斗式提升机、刮板机等需要进行手动/自动控制，若采用常规控制方法则除尘器输入/输出点数需要量大。小型PLC由于受输入/输出点数的限制而无法完成该系统的控制，若采用大中型PLC进行控制，则会使整个系统的控制复杂，造价昂贵。

根据除尘器的工作特点：脉冲电磁阀每次只有1只工作，将脉冲电磁阀按室位分组，可采用矩阵控制电路来完成脉冲电磁阀的手动/自动控制，且PLC的输入/输出点数分别只需室位数及每室脉冲阀数之和。除尘器控制系统工作参数设置和显示，通过选用TD200文本显示器来解决此问题，使得系统所需的输入/输出点数大为减少。因此，除尘器控制系统硬件选用SIEMENS公司S7－200PLC（CPU224）及扩展模块EM223和EM235完成输入/输出控制，选用TD200中文文本显示器完成工作参数的设置与显示，系统配置的输入/输出开关量共计88路。S7－200PLC是目前小型PLC中最具代表性的一种，它软硬件资源丰富、通讯功能强大，价格低廉，是目前工控方面的主流控制器。TD200是SIEMENS公司专为S7－200设计的中文文本显示器。它既可以设定和修改参数，又可以显示各种信息，为PLC控制系统提供了一种廉价的人机界面解决方案。

正常情况下，TD200显示当前清灰室位、阀号、多叶调节阀的开度，操作人员可通过触摸键观测其它参数；报警时，系统自动切换到显示报警信息画面，报警结束后，系统会自动回到正常显示状态。另外，在系统设计和调试过程中，还可使用TD200的部分功能键对系统进行设置和诊断，既提高了效率，又节约了硬件资源。

6.脉冲电磁阀矩阵控制电路

该除尘器由10个除尘室、每室有11只脉冲电磁阀，由110只脉冲电磁阀来控制。根据除尘器脉冲电磁阀的工作特点，按室位将110只脉冲电磁阀分成10组，每组11只，采用10行、11列的矩阵电路可实现110只脉冲电磁阀的控制。布袋除尘器清灰脉冲电磁阀采用直流24V驱动，为防止直流脉冲电磁阀线圈断电瞬间产生瞬时高压对其它设备产生破坏，在每只脉冲电磁阀线圈两端并接续流二极管1N4007。为防止续流二极管会与脉冲电磁阀构成不正常环路，引起脉冲电磁阀误动作，因此在每只脉冲电磁阀线圈电路中串入1只二极管1N4007，这样就保证了每只脉冲电磁阀只能正向流通电流，而不可能构成环路，从而保证不引起脉冲电磁阀误动作。

7.结语

该控制系统采用了廉价的TD200中文文本显示器替代常规数显仪表实现系统工作参数设置与显示以及故障报警信息的中文显示；对矩阵控制电路进行了改进，实现了对布袋除尘器大量脉冲电磁阀的控制，节省了大量的PLC输入/输出点，简化了控制线路，降低了成本，同时使系统的人机对话功能加强，提高了可靠性

参考文献

[1]徐惠民，安德宁.《数字逻辑设计与VHDL描述》机械工业出版社.

[2]蒋璇，臧春华.《数字系统设计与PLD应用技术》电子工业出版社.