基于Ethernet的電除塵器自動控制系統設計

王 東

（神化寧夏煤業集團 甲醇制烯烴項目動力站項目部，寧夏 靈武750411）

0 引言

煤化工行業是國民經濟的重要基礎工業，也是國民經濟發展戰略中的重點產業和支柱產業，但由該行業形成的粉塵也是大氣污染的主要污染源之一，因此粉塵的處理直接關系到煤化工行業的經濟效益。特別近年來國家對大氣污染物排放標準的提高，這就對除塵器工藝設計的合理性和控制系統的穩定性提出了更高的要求。電氣控制系統可以說是整個除塵器的大腦，它的好壞與穩定性，直接影響到了除塵器的收塵效果。

S7-300PLC 產品是德國SIEMENS 公司生產的中型PLC，其設計新穎、結構緊湊、通用性強、配置靈活、經濟實用，能適合自動化工程中的各種應用場合，尤其在生產制造工程中應用。

1 電除塵器工藝流程

電除塵器由本體和供電電源兩部分組成，本體包括殼體、灰斗、放電極、集塵極、氣流分布裝置、振打清灰裝置、絕緣子及保溫箱等。其工作原理是利用高壓直流不均勻電場使煙氣中的氣體分子電離，在電場力的作用下向兩極移動，在移動過程中碰到氣流中的粉塵顆粒使其荷電，荷電粉塵在電場力作用下與氣流分離向極性相反的極板或極線運動，荷電粉塵到達極板或極線時由靜電力吸附在極板或極線上，通過振打裝置使粉塵落入灰斗而使煙氣凈化。

2 以太網通訊的設計方案

在以往的設計中，PLC 與WinCC 之間的通訊大多采用Profibus 現場總線的通訊方式，該方法雖具有快速的數據傳輸速度，但傳輸數據區域有限，而且硬件成本高，需要EM277 Profibus-DP、Profibus 總線等硬件。

工業以太網與現場總線相比，具有速度高、能耗低、安裝方便、成本低廉、兼容性好、資源共享能力強、支持設備多、可持續發展潛力大等特點，它能提供一個開放的標準，使企業從現場控制到管理層實現全面的無縫的信息集成，解決了由于協議上的不同導致的“自動化孤島”問題，因此在系統通訊中得到了廣泛的發展。

本設計中，以太網主要用于完成上位機與下位機之間的信息傳輸，通過它可以很容易的滿足以下設計要求：

1）傳輸速率達10-100Mb/s；

2）可以很方便的實現遠程訪問，共享多數據庫；

3）不同廠商的設備容易互聯，可以解決系統中不同廠商設備之間的兼容和互操作性的問題；

4）軟硬件成本低廉，有多種軟件開發環境和硬件設備供用戶選擇。

工業以太網的硬件選擇比較簡單，主要作用是將PLC 設備與裝有WinCC 的遠程監控上位機與工作站進行互連，以實現系統的數據傳輸與監控。

上位機與電除塵器高壓控制柜之間直接用雙絞線+交換機連接，通過MODBUS TCP/IP 協議進行通訊；上位機與PLC 之間也是通過雙絞線+交換機連接，現場下位端采用CP343-1 Lean 通訊模塊實現PLC與工業以太網的連接。首先在SIMATIC Manager 中插入一個CP343-1Lean 模塊，再在該模塊的屬性中新建一個子網，并定義網絡地址，PLC 軟件根據不同的網路地址來判斷不同的網路鏈接，鏈接完成后，通過雙絞線與交換機連接而完成如圖所示的系統的組態與網路配置。

3 系統設計評價

3.1 系統的硬件設計及特點

低壓部分采用4 臺GGD 低壓柜，此外還有安全聯鎖箱、卸料器操作箱、輸送機操作箱、陽極振打操作箱、陰極振打操作箱、灰斗振打操作箱、加熱器端子箱、就地檢修箱、照明配電箱等。電源經隔離變壓器、交流穩壓器后再送入電源模塊，保證了PLC 電源的穩定可靠。系統的PLC 配置主要包括：電源模塊PS307、中央處理單元CPU312、通訊模塊CP343-1 Lean、數字量輸入模塊SM321、數字量輸出模塊SM322、模擬量輸入模塊SM331 以及機架。

為了防止低壓柜內交流線路對PLC 系統的干擾，PLC 的輸出模板均采用帶光電隔離的24V 直流輸出型，通過輸出點帶動中間繼電器，而且觸點需要通過220V 交流電壓的中間繼電器均放置在其它柜體內。

3.2 系統軟件設計及特點

PLC 程序的編寫采用SIMATIC 可編程邏輯控制器組態和編程標準軟件包STEP7 5.4。系統的程序設計采用結構化、 模塊化的設計理念：陰極振打電機、陰極振打電機、灰斗振打電機的動作控制編制成一個FB1，卸料器與輸送機的動作控制編制成一個FB2，加熱器的動作編織成FB3，然后將振打、卸料、加熱等控制分別以一個模塊編制成FC，最后在程序循環執行組織塊OB1 中調用這些FB。這種模塊化的程序設計理念不僅可以使編程思路清晰，易于實現，還可以縮減程序的代碼，減少程序在PLC 中的存儲空間。

上位機的監控系統設計，利用WinCC7.0 組態軟件，可以很方便的與其它軟硬件系統進行通訊。WinCC7.0 后臺的數據庫功能和基于C語言的全局腳本編輯器使對象的動態組態非常靈活、方便、快捷。其中項目函數只在對其進行創建的實際項目中才有效，這樣可以方便修改，減少現場中不必要的時間浪費。此外，系統設計實行分級管理登陸機制，工程師級能對數據設置修改，操作員只能進行監控操作。

4 結束語

以太網作為一個開放網路在工業控制領域得到了廣泛的發展和應用，尤其應用在上位機監控系統中，使監控系統更加方便、快捷的傳輸信息，并能夠實現遠程監控，用較少的組網成本達到了高質量的通訊效果；良好的人機界面既豐富了人機聯系，同時提供了較強的自診斷功能，有效的提高了系統的安全運行水平。

經多家公司的實際應用表明，該設計在性能上穩定可靠，工藝參數修改方便，適應現場的復雜情況，滿足用戶的實際需要，創造較大的經濟效益和社會效益，具有較強的實用性。

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