1引言

工業(yè)生產(chǎn)和城市生活中會產(chǎn)生大量的煙氣粉塵，如火力發(fā)電，供熱等，污染環(huán)境危害健康。

隨著袋除塵技術(shù)的發(fā)展和環(huán)保要求的日益提高，袋式除塵器的應(yīng)用范圍越來越廣泛，目前已能利用袋式除塵器來處理高溫、高濕、粘結(jié)、爆炸、磨蝕性煙氣，甚至過濾含有超細(xì)粉塵的空氣。在袋式除塵器控制領(lǐng)域，plc占據(jù)主要技術(shù)地位。隨著現(xiàn)在控制技術(shù)的不斷發(fā)展，plc與觸摸屏在工業(yè)控制領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。觸摸屏替代傳統(tǒng)的控制面板和鍵盤的智能化操作，可用于參數(shù)的設(shè)置、數(shù)據(jù)的顯示和存儲、并以曲線、動畫等形式描繪自動化控制過程。plc與觸摸屏的配套組合使用，一方面擴(kuò)展了plc的功能，使其具有圖形化，交互式工作界面的獨立系統(tǒng)，另一方面大大減少了操作柜上的開關(guān)、按鈕、儀表等的使用數(shù)量，使操作更加簡便。目前一些控制要求較高、參數(shù)變化多、硬件接線有變化的場合，觸摸屏與plc組合起來應(yīng)用的形式已經(jīng)占據(jù)主導(dǎo)地位。

但是根據(jù)傳統(tǒng)的除塵器plc點對點直控制形式，不僅設(shè)計及其現(xiàn)場布線復(fù)雜，外部信號干擾還使得系統(tǒng)運行不穩(wěn)定，而且成本昂貴。本文組合應(yīng)用西門子s7-300plc與臺達(dá)a系列觸摸屏，采用矩陣控制的方法來實現(xiàn)除塵器脈沖閥動作，通過profibusdp工業(yè)總線實現(xiàn)主站與分布式i/o設(shè)備交換數(shù)據(jù)，取得了優(yōu)化的控制效果。

2系統(tǒng)組成及主要功能

2.1系統(tǒng)組成

袋式除塵器的控制系統(tǒng)如圖1所示。

圖1系統(tǒng)要求

該袋式除塵系統(tǒng)主要由除塵器本體、卸灰系統(tǒng)以及其管道的溫度、壓力與故障報警等幾部分組成。其中在除塵器本體主要完成在線差壓的清灰控制，除塵器總共有6個室，每室13個脈沖電磁閥，共計78個；以及每個室1個出口控制閥，共計6個。

2.2功能設(shè)計

(1)清灰控制

控制方式：在線差壓/定時、離線差壓/定時、手動控制(調(diào)試或檢測時用)；脈沖間隔：1~60s連續(xù)可調(diào)；脈沖寬度：0.02~0.2s連續(xù)可調(diào)；定時清灰周期：0~99分鐘連續(xù)可調(diào)；壓差清灰設(shè)定范圍：0~3000pa連續(xù)可調(diào)；溫度設(shè)定范圍：0~300℃連續(xù)可調(diào)；當(dāng)除塵器到達(dá)高阻力(設(shè)定的高壓差)值時，啟動1#除塵室脈沖閥開始噴吹清灰，依次是4#、2#、5#、3#、6#除塵室，脈沖閥依組進(jìn)行工作；至6#除塵室最后一組脈沖閥工作結(jié)束止，清灰結(jié)束；到下一個高阻力到達(dá)，按同樣的方式進(jìn)行清灰。

(2)卸灰控制

高低料位：每臺除塵器只在一個灰斗上設(shè)高低料位各一只用于報警(高料位提示要卸灰，低料位提示卸灰可結(jié)束)。當(dāng)高、低料位時聲、光報警，過一定時間不處理則自動停止除塵系統(tǒng)；卸灰采用控制室和現(xiàn)場兩地；給hmi傳輸信號，顯示系統(tǒng)運行狀態(tài)。

(3)溫度與壓力檢測

系統(tǒng)中需要對進(jìn)出口差壓、進(jìn)口溫度、出口溫度以及各個室內(nèi)濾袋檢漏壓力的檢測。

(4)控制關(guān)系(自動方式)

煙溫(指進(jìn)口煙溫)正常(100~165℃)時，進(jìn)口、出口閥門全部打開，旁路閥門關(guān)閉；低于(100℃)或超過(165℃)設(shè)定溫度時，控制系統(tǒng)報警；當(dāng)高于(170℃)設(shè)定溫度時，先打開旁路閥然后依次關(guān)閉1~6#出口閥門即可；進(jìn)口閥門現(xiàn)場手動關(guān)閉。

3硬件配置及軟件實現(xiàn)

系統(tǒng)由德國西門子s7-300系列加上一些中間繼電器組成矩陣形式對輸入輸入點進(jìn)行檢測和控制。通過臺達(dá)觸摸屏來設(shè)定脈沖閥動作寬度和間隔時間以及定時周期，還可以查看各室脈沖閥動作。利用plc的輸出與中間繼電器構(gòu)成行列結(jié)構(gòu)，輸出控制點放在行列結(jié)構(gòu)的交叉點上，這樣可使得系統(tǒng)硬件成本比點對點輸出控制要降低很多，如廣西明陽6室13組在線/離線噴吹脈沖反吹布袋除塵器plc自動控制系統(tǒng)采用點對點控制方式則plc控制系統(tǒng)至少需要78個輸出點，而采用由plc的輸出點與中間繼電器組成的矩陣式plc控制系統(tǒng)僅僅需要19個輸出點就可以完成同樣的工作。

本系統(tǒng)通過人機(jī)界面，系統(tǒng)工作在第幾室第幾個脈沖閥噴吹一目了然，差壓指示與壓力上下限報警輸出一應(yīng)俱全，控制系統(tǒng)可以與就地控制箱實現(xiàn)連鎖控制，可以方便現(xiàn)場設(shè)備維修工作，如圖2所示。系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠，操作簡單，維護(hù)方便，很大程度上減輕了操作人員的勞動強(qiáng)度。

圖2hmi主畫面

6×13矩陣控制系統(tǒng)輸出如表1所示。

通過原理圖3以及上表1，各個室的脈沖閥需要動作時只需要通過q0.0~q1.4與q1.5~q2.2中任意一個組合即可以。其中，q0.0~q1.4與m端使得中間繼電器得電而吸合開關(guān)，用來控制電磁脈沖閥與24v+的連接。q1.5~q2.2與m端使得中間繼電器得電而吸合開關(guān)，用來控制電磁脈沖閥與m端的連接。例如：當(dāng)需要e室9#電磁脈沖閥動作室時，只需要q1.0與q2.2置為1即可。此時q1.0輸出24v電壓，中間繼電器的常開點閉合，使得e室9#電磁脈沖閥與24v+連接。同理，q2.2輸出24v電壓，中間繼電器常開點閉合，使得e室9#電磁脈沖閥與m連接。這時使得e室9#電磁脈沖閥兩端與24v+與m端同時導(dǎo)通即動作。在此過程中，雖然q1.0控制的編號為9#的六個電磁脈沖閥都與l1端導(dǎo)通，但室此時只有q2.2控制的e室中的脈沖閥此時與m端導(dǎo)通。即在q1.0與q2.2控制的交叉點上的電磁脈沖閥動作，其他點上的電磁脈沖閥要么只與24v+相連，要么只與m端相連。該原理中，電磁閥可以采用plc輸出的24v電壓來實現(xiàn)其動作，但是為了電磁脈沖閥能穩(wěn)定動作以及減少plc的負(fù)載，其采用外部穩(wěn)定的直流電源供電，由此采用19個中間繼電器。

在臺達(dá)觸摸屏人機(jī)上，脈沖閥動作的狀態(tài)顯示可以通過各室與各室的各個脈沖動作信號的“與”操作即可以實現(xiàn)，例如需要顯示d室5#電磁脈沖閥的動作顯示，可以通過下過程實現(xiàn)：

aq1.4

aq2.0

=m0.0

觸摸屏通過讀取m0.0中的內(nèi)容即可以判斷電磁脈沖閥是否在動作，有且僅有q0.4與q2.0同時為1時，此時觸摸屏的狀態(tài)燈才顯示此時電磁脈沖閥在動作，其他的情況下都沒有動作。當(dāng)在觸摸屏上對d室5#電磁脈沖閥手動控制時，只需通過觸摸屏對m0.1置1即可，此時plc通過如下程序段即可以時間手動對電磁脈沖閥的控制：

am0.1

=q1.4

=q2.0

從上面中可以看出，通過在原來的基礎(chǔ)上增加19個繼電器，實現(xiàn)了減少59個輸出點，達(dá)到了非常滿意的效果。

圖3閥門矩陣控制原理

圖4profibusdp組態(tài)

系統(tǒng)中為了減少現(xiàn)場與控制室之間的控制線路的鋪設(shè)以及外部干擾信號的傳輸，采用profibusdp，只采用一條通訊線路將分布式i/o設(shè)備同控制器cpu相連，dp主站通過profibusdp同分布式i/o設(shè)備交換數(shù)據(jù)并監(jiān)視profibusdp數(shù)據(jù)，如圖4所示。分布式i/o設(shè)備(=dp從站)收集現(xiàn)場傳感器和執(zhí)行器數(shù)據(jù)，以便能夠通過profibusdp傳輸?shù)娇刂破鱟pu。

4結(jié)束語

在該脈沖布袋除塵器中，本項目采用了觸摸屏來代替常規(guī)數(shù)顯儀表以及手控面板，實現(xiàn)系統(tǒng)工作參數(shù)設(shè)置與顯示以及故障報警信息的中文顯示，極大提高了系統(tǒng)運行的交互性以及減少了現(xiàn)場操作工人的負(fù)擔(dān)，使得系統(tǒng)的人機(jī)對話功能加強(qiáng)；對矩陣控制電路進(jìn)行了改進(jìn)，實現(xiàn)了對布袋除塵器大量脈沖閥的控制(由n×m個減少到n+m個)，節(jié)省了大量的plc輸入/輸出點，簡化了控制線路，降低了成本。