S7-300PLC在焦化廠地面除塵站脈沖除塵器的應用

◎ 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投資新建的年產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。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點是處理煙氣量大、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數量較多、對除塵控制和工藝要求比較嚴格，因此公司選中了廣泛使用的西門子PLC控制系統，它的工業自動化水平較高，采用開放的一體化控制器、最新技術和標準，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、全局化的數據管理系統。

2、PLC選型及系統硬件構成

在PLC選型上，經過反復的對比，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，能滿足各種行業的控制任務。S7-300系列PLC具有以下顯著特點：

循環周期短、處理速度高；產品設計緊湊、可用于空間有限的場合；模塊化結構、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。

在系統硬件構成上除塵控制系統有兩臺上位機內置編程軟件，30個西門子S7-300PLC模塊組成。上位機為聯想工控機，PLC編程軟件為STEP7-V5.3 版本，人機界面組態軟件為西門子WINCC6.0.版本。

主機架PLC采用CPU315-2DP作為中央處理單元，用接口模塊（IM360）和（IM361）實現中央機架和擴展機架之間的連接和數據傳送。輸入模塊（DI7塊），流用PLC使用3個擴展機架進行組態，輸入模塊（DI6塊 ，AI7塊）輸出模塊（DO5 塊 ，AO1塊）

硬件結構如圖1所示：

圖1

3、低壓控制系統的組成及功能

作為生產工藝設備的布袋除塵器，可靠性是第一位的。在系統控制程序中包括：出焦和裝煤運排灰控制程序；脈沖清灰和卸灰控制程序；預噴涂控制程序；進口閥和冷風閥控制程序同時還有裝煤和出焦主電機控制程序。其中，低壓控制系統主要有脈沖清灰、振打清灰、卸灰與輸灰、預噴涂控制、進口閥和冷風閥控制、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外應用最廣泛的一種高效除塵器。脈沖清灰系統是袋式除塵器的核心，也是其技術的關鍵所在，其設計必須根據工藝的實際情況進行恰當的配置，這樣才能保證除塵器高效的運行。焦化公司根據實際情況，采用PLC自動控制系統來實現脈沖清灰，PLC主要是用定時計數、比較指令來組成內部控制程序，以及其它監測措施等控制系統所組成。

（2）裝煤、出焦定時計數、比較清灰

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

采用定時計數、比較清灰，可設置脈沖寬度和脈沖間隔時間。1： 出焦和裝煤主電機在基速運轉時應對濾袋進行清灰。2：出焦和裝煤結束后，此時應對濾袋進行清灰。脈沖清灰過程中，每臺除塵器的每個過濾室上都設置了多個脈沖閥，以壓縮空氣為清灰動力，由PLC發出控制信號，通過比較和計數依次觸發各個脈沖閥，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的灰塵，以恢復濾袋的除塵功能，使除塵器自始至終保持良好的工作狀態。運行程序如圖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，以保證系統能夠進行自動卸灰。在定時自動卸灰方式下，每個室順序依次卸灰，循環工作，避免了多室同時工作，造成輸灰機阻塞現象。另外，運輸機與卸灰閥增加了電氣連鎖，有效的保證除塵系統的正常運行。如圖4所示。

3.4 預噴涂控制系統

為確保除塵利用率提高裝煤除塵器布袋的使用壽命增設了預噴涂裝置。出焦時收集焦粉在裝煤時PLC發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。

在生產工藝穩定時進入除塵器的煙氣溫度在70～130℃之間。由于煙氣進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塊，使濾袋失效；而進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，除塵器另設冷風閥，當除塵器入口溫度達126℃時打開冷風閥輸入冷空氣降溫，當入口溫度達140℃時除塵電機跳閘；當除塵器入口溫度達125℃時關閉冷風閥提高主風機吸力減少焦爐集氣管因壓力過高打開造成空氣污染提高除塵效果，避免影響整個系統的正常生產。

3.6 監測措施

為了保證除塵系統的正常運行，提高除塵效率，節省能源，利用上位機WINCC作為檢測裝置。在系統上設置了一些必要的儀表監測措施，有除塵器進出口壓差；除塵器進、出口溫度以及風機的一些檢測點（風機軸承、電機軸承、定子溫度、風機轉速、冷卻水壓力與溫度、壓縮空氣壓力等）。

通過監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、控制系統應用與維護

由于采用了先進的PLC，系統控制結構更為合理，控制性能明顯提高，系統獲得了更大的可控性和可擴展性。同時結合先進的控制算法，使得布袋使用壽命明顯增長，氣源的利用率得以提高，整個系統的運營成本大幅下降。

4.1 控制方式

由于除塵系統控制柜體設備與現場設備的距離較遠各個控制設備比較分散，一般需兩地控制或三地控制。因此，增設了就地現場操作箱，便于設備的控制與檢修；就地現場操作包括除塵系統上的所有蝶閥與冷風閥、脈沖閥、輸排灰電機、雙層卸灰閥以及振動器等。當設備切換至遠程狀態時一般為PLC自動控制和計算機操作，無需人員干預。

4.2 控制柜可靠性設計

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

4.3 控制系統維護

PLC對物理環境要求高，保證通風與散熱。PLC工作環境溫度為0～40℃，環境溫度較高時，應打開PLC柜頂部的冷卻風扇，以使得PLC工作在適當的環境；與PLC相聯系的控制柜不得存在漏電現象避免強電串入PLC燒壞模塊。相對濕度不得超過70%、更不得有凝結水，否則必須加相應的防范措施。

5、控制系統特點

5.1 控制系統采用了國外先進PLC產品，可靠性高、通用性強；

5.2 控制系統采用了模塊式組合結構，并集開關量控制和模擬量控制處理于一體，使用方便，維護量少；

5.3 控制系統對除塵器清灰、輸卸灰、預噴涂、壓差、溫度等運行參數能實時監控；并可以與中心計算機實現遠程通訊，進行遠程控制。

總之，先進的技術使得控制系統自動化程度更高，操作使用更方便。

6、結束語

PLC的利用，是現代工業控制領域提高生產效率和管理水平的必然趨勢，采用軟件控制系統資源，提高了設備的利用率。本系統穩定可靠，達到了生產環保設計要求，具有自動化程度高，操作使用方便等優點。技術先進、功能強大的PLC控制系統在布袋除塵器控制系統上的應用會更加廣泛。