PLC控制系統在除塵器卸輸灰氣力輸送中的應用

靳 杰

（天津鋼鐵集團有限公司，天津300301）

0 引言

氣力輸送是利用氣體的能量輸送粉料或固體顆粒的一種先進技術，因具有環境污染小、自動化程度高、能源消耗低、可連續運行等常規機械輸送所不具備的優點，目前廣泛應用于冶金、化工、電力等行業。為使除塵器卸輸灰系統更加環保，天津鋼鐵有限公司煉鐵廠于2018年對1號高爐礦槽除塵器刮板機與斗提機組成的卸輸灰系統進行改造，將其改造為環保型由PLC控制的除塵卸輸灰氣力輸送系統。經過10個月的運行表明，系統運行穩定，效果良好。本文將對煉鐵廠礦槽除塵卸輸灰氣力輸送設備的PLC控制系統進行分析。

1 除塵卸輸灰氣力輸送系統

1.1 傳統輸送系統的改造

傳統的刮板機與斗提機卸輸灰系統的缺點為機械設備磨損大、維修量及備件需求量大；完全依賴作業人員定期點檢發現設備問題；導致二次污染等問題。將傳統的除塵卸輸灰系統改造為PLC控制的氣力輸送系統，能夠有效解決傳統除塵卸輸灰系統的缺點：全封閉確保不會有二次污染；PLC控制的自動化作業減輕了作業人員的勞動強度；減少了維修量和備件量；系統的畫面能夠實時顯示現場設備運行情況，現場巡視的間隔時間變長；報警功能縮短了發現、應對故障的時間，且更有針對性、減少了判斷時間。由于氣力輸送系統占地少，氣路布置靈活，倉泵結構簡單、質量輕，可以掛在灰斗下部，特別適用于對舊系統的改造。

1.2 氣力卸輸灰系統設備

煉鐵廠1號高爐礦槽除塵器配置灰斗6個，每個灰斗下方安裝一臺流態化倉泵氣力輸送裝置，共安裝6套。除塵器卸輸灰氣力輸送系統由兩組組成。圖1是卸輸灰氣力輸送裝置中的第1組示意圖，每組由3個流態化倉泵及其附屬設備組成。同一組的3個流態化倉泵在PLC的指令下進行動作；兩組的輸灰過程自動交替進行。每個流態化倉泵上設置一個進料閥，用于控制灰倉內的除塵灰進入倉泵；1號倉泵和3號倉泵各設置一個常閉排氣閥用于排氣時使用；3個流態化倉泵底部均設有助吹壓縮空氣接口，用于倉泵內除塵灰的流態化；每個流態化倉泵設置1個料位傳感器，用于實時檢測流態化倉泵內的料位；3號流態化倉泵上設置壓縮空氣進氣閥，以幫助此組輸灰管道內的除塵灰輸送至儲灰倉。每組的3個流態化倉泵共用1個出料閥，控制輸灰管道除塵灰的輸送；3個流態化倉泵共用1個助吹進氣閥，控制壓縮空氣進入倉泵；每組的3個流態化倉泵共用1個輸灰管道壓縮空氣進氣閥。

倉泵的出口位于倉泵的下方，優點是便于灰路系統的順暢，充分利用除塵灰的重力，且不易造成倉泵的堵塞。

圖1 除塵器卸輸灰氣力輸送系統圖

1.3 氣力輸送控制過程

氣力輸送過程屬于正壓輸送。其控制過程可大致分為：進料、灰氣混合及輸送、吹掃及為下一周期準備。其均由PLC控制系統自動完成。1組和2組兩組輸灰系統按PLC指令進行交替輸灰。

（1）進料。首先1組的2個倉泵（1號和3號）上的排氣閥快速打開并關閉，以排除3個倉泵內的空氣壓力，為進料做好準備。1組倉泵的進料閥同時打開，共用出料閥關閉，共用助吹壓縮空氣進氣閥同時關閉，布袋除塵器收集到的粉塵從3個除塵器灰斗分別進入相應的3個流態化倉泵；3個倉泵的3個料位傳感器實時檢測到進入倉泵的粉塵量并傳至系統。當料位達到預定值時，PLC控制系統發出指令關閉3個進料閥，1組倉泵的進料過程結束。

（2）灰氣混合及輸送。壓縮空氣助吹閥打開，倉泵內粉塵的在助吹管道壓縮空氣作用下進行灰氣充分混合（又稱流態化）。1組共用出料閥打開，3號倉泵壓縮空氣進氣閥打開，輸灰管道壓縮空氣進氣閥打開，粉塵在充分混合的流態化同時，在壓縮空氣的推動下，流態化灰氣混合物在輸灰管道內進行粉塵輸送，直至到達儲灰倉。

此過程中，PLC控制系統實時檢測1組輸灰管道內壓力的變化，并與設定的閾值進行比較，低于閾值時，進行一定時間的吹掃；高于閾值一定時間，系統發出堵管報警信號并按程序進行處理。

（3）壓縮空氣吹掃及下一周期準備。當1組輸灰管道中的除塵灰全部輸送到儲灰倉時，進行短時吹掃，以保持輸灰管道內的清潔。輸灰管道壓力的降低至閾值之下，表明管道干凈，以此作為輸灰完成的信號。之后關閉所有閥門，并短時間打開并關閉2個排氣閥以排出余壓，為下一周期的進料做好準備。1組粉塵輸灰過程結束以后，進入2組的輸送過程。

1.4 壓縮空氣氣路配置

氣力卸輸灰系統使用廠區壓縮空氣管道為氣源。廠區管道壓縮空氣首先進入儲氣罐，儲氣罐分出兩路：一路用于流態化、助吹、輸灰管道；另一路用于氣動控制氣源和應急壓縮空氣氣源。

卸輸灰氣力輸送系統配備一個儲氣罐，以保持卸輸灰系統壓縮空氣氣源壓力的穩定。氣動控制閥門使用的壓縮空氣直接由儲氣罐引出，以確保氣動控制所需的壓縮空氣氣源的穩定和優先。當壓縮空氣管網故障而失壓時，卸輸灰輸送系統根據程序對各閥門的操作得到有效保證，系統關閉所有的閥門停止輸灰過程，關閉1組、2組兩組的出料閥、進料閥、助吹閥等相關閥門。位于每組輸灰管道上出料閥之后的位置有一路應急壓縮空氣管道，通過氣動閥門與輸灰管道相通。該路壓縮空氣與氣動控制壓縮空氣同路（共同來自儲氣罐），廠區壓縮空氣管道故障失壓時，應急壓縮空氣管道閥門打開，用于清理從兩組出料閥至儲灰倉管道內的除塵灰，使管道內剩余的除塵灰送至儲灰倉，確保兩組公用的輸灰管路不被堵塞。

除塵器卸輸灰氣力輸送管路上設置兩套防堵控制設備，分別服務于兩組除塵輸灰系統。每組的1號、3號流態化倉泵各設置一個排氣閥，通往灰斗。在每組輸灰管路上的壓力傳感器實時檢測管內壓力，當輸送管路壓力超過設定值一定時間后，控制系統給出“堵管”的報警信號，并關閉此組壓縮空氣進氣閥和此組輸送管道上的共用出料閥，進入排堵程序，利用輸灰管路的壓縮空氣不斷沖擊堵管的除塵灰，直至輸灰管道“堵管”疏通完畢。

2 PLC控制系統

SIMATIC S7—300是模塊化的中小型PLC，適用于中等性能的控制要求。不與布袋除塵器共用一套PLC，使用單獨的PLC對卸輸灰氣力輸灰系統獨立控制，系統運行更加穩定可靠。其與上位機軟件WinCC兼容性非常好。

煉鐵廠1號高爐礦槽除塵卸輸灰氣力輸送系統中，PLC控制系統使用西門子SIMATIC S7—300。1臺除塵器配置6套卸輸灰倉泵氣力輸送裝置，每3臺倉泵為一組，共2組。2組先后運行，各運行1次為1個周期。氣力輸送系統使用一臺控制柜，由除塵監控計算機執行上位監控。

2.1 現場數據的獲取

現場閥門的開關信號與各種模擬信號是PLC進行控制的依據和手段。卸輸灰氣力輸送系統使用的傳感器信號分為兩類：閥門開閉的開關信號DO和料位、壓力的模擬信號AI。料位傳感器和壓力傳感器為4～20mA AI模擬信號；控制閥門均為DO開關信號。各傳感器信號直接進入接入PLC系統，并將相關信號傳至上位機進行監控。

2.2 PLC模塊配置及控制

煉鐵廠1號高爐礦槽除塵器設置6個灰斗，每個灰斗配備1套流態化倉泵氣力輸送裝置，共配置6套流態化倉泵氣力輸送裝置。6套裝置分成2組，每組有3套裝置，共用一路輸灰管道。根據I/O點數和信號的種類，控制系統PLC選用西門子SIMATIC S7—300。PLC配置一塊AI模塊模塊（AI 8×13 BIT）,一塊DI/DO模塊(DI16/DO16)。圖2為礦槽除塵卸輸灰氣力輸送系統PLC模塊配置示意圖。

PLC根據按程序控制輸灰系統自動運行，也可以根據需要由作業人員在現場手動運行。

圖2 1號高爐礦槽除塵缷輸灰氣力輸送系統PLC模塊配置示意圖

3 上位機監控軟件

作為SIMATIC全集成自動化系統的重要組成部分，WinCC確保與SIMATIC S5 、S7和505系列PLC連接的方便和通訊的高效，WinCC語言與STEP7編程軟件的緊密結合，縮短了項目的開發周期。此外，WinCC還有對SIMATIC PLC進行系統診斷的選項，給硬件維護提供了方便。

采用上位機監控軟件WinCC進行軟件設計，具有效率高、便捷的優點，與西門子SIMATIC S7—300PLC的通訊穩定可靠。本軟件實現了除塵氣力輸送系統的實時監控、故障報警、歷史數據的存儲、分析和查詢等多項功能，同時對過程控制參數進行監控。

4 結束語

礦槽除塵卸輸灰氣力輸送系統的改造經過近一年的運行，達到了卸輸灰氣力輸送系統的要求，自動運行穩定順暢，輸送效率高，對環境更加友好，減少了設備維修時間和二次粉塵污染，節省了備件費用，減輕了勞動強度和現場巡視的頻次，提高了作業人員對故障的判別和反應速度，保證了生產順利進行。