基于Ethernet的電除塵器自動控制系統(tǒng)設(shè)計

王 東

（神化寧夏煤業(yè)集團(tuán) 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(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的重要基礎(chǔ)工業(yè)，也是國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展戰(zhàn)略中的重點產(chǎn)業(yè)和支柱產(chǎn)業(yè)，但由該行業(yè)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(guān)系到煤化工行業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。特別近年來國家對大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的提高，這就對除塵器工藝設(shè)計的合理性和控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性提出了更高的要求。電氣控制系統(tǒng)可以說是整個除塵器的大腦，它的好壞與穩(wěn)定性，直接影響到了除塵器的收塵效果。

S7-300PLC 產(chǎn)品是德國SIEMENS 公司生產(chǎn)的中型PLC，其設(shè)計新穎、結(jié)構(gòu)緊湊、通用性強(qiáng)、配置靈活、經(jīng)濟(jì)實用，能適合自動化工程中的各種應(yīng)用場合，尤其在生產(chǎn)制造工程中應(yīng)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(dá)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(wǎng)通訊的設(shè)計方案

在以往的設(shè)計中，PLC 與WinCC 之間的通訊大多采用Profibus 現(xiàn)場總線的通訊方式，該方法雖具有快速的數(shù)據(jù)傳輸速度，但傳輸數(shù)據(jù)區(qū)域有限，而且硬件成本高，需要EM277 Profibus-DP、Profibus 總線等硬件。

工業(yè)以太網(wǎng)與現(xiàn)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(qiáng)、支持設(shè)備多、可持續(xù)發(fā)展?jié)摿Υ蟮忍攸c，它能提供一個開放的標(biāo)準(zhǔn)，使企業(yè)從現(xiàn)場控制到管理層實現(xiàn)全面的無縫的信息集成，解決了由于協(xié)議上的不同導(dǎo)致的“自動化孤島”問題，因此在系統(tǒng)通訊中得到了廣泛的發(fā)展。

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

1）傳輸速率達(dá)10-100Mb/s；

2）可以很方便的實現(xiàn)遠(yuǎn)程訪問，共享多數(shù)據(jù)庫；

3）不同廠商的設(shè)備容易互聯(lián)，可以解決系統(tǒng)中不同廠商設(shè)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(fā)環(huán)境和硬件設(shè)備供用戶選擇。

工業(yè)以太網(wǎng)的硬件選擇比較簡單，主要作用是將PLC 設(shè)備與裝有WinCC 的遠(yuǎn)程監(jiān)控上位機(jī)與工作站進(jìn)行互連，以實現(xiàn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸與監(jiān)控。

上位機(jī)與電除塵器高壓控制柜之間直接用雙絞線+交換機(jī)連接，通過MODBUS TCP/IP 協(xié)議進(jìn)行通訊；上位機(jī)與PLC 之間也是通過雙絞線+交換機(jī)連接，現(xiàn)場下位端采用CP343-1 Lean 通訊模塊實現(xiàn)PLC與工業(yè)以太網(wǎng)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(wǎng)，并定義網(wǎng)絡(luò)地址，PLC 軟件根據(jù)不同的網(wǎng)路地址來判斷不同的網(wǎng)路鏈接，鏈接完成后，通過雙絞線與交換機(jī)連接而完成如圖所示的系統(tǒng)的組態(tài)與網(wǎng)路配置。

3 系統(tǒng)設(shè)計評價

3.1 系統(tǒng)的硬件設(shè)計及特點

低壓部分采用4 臺GGD 低壓柜，此外還有安全聯(lián)鎖箱、卸料器操作箱、輸送機(jī)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(jīng)隔離變壓器、交流穩(wěn)壓器后再送入電源模塊，保證了PLC 電源的穩(wěn)定可靠。系統(tǒng)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(shù)字量輸入模塊SM321、數(shù)字量輸出模塊SM322、模擬量輸入模塊SM331 以及機(jī)架。

為了防止低壓柜內(nèi)交流線路對PLC 系統(tǒng)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(nèi)。

3.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計及特點

PLC 程序的編寫采用SIMATIC 可編程邏輯控制器組態(tài)和編程標(biāo)準(zhǔn)軟件包STEP7 5.4。系統(tǒng)的程序設(shè)計采用結(jié)構(gòu)化、 模塊化的設(shè)計理念：陰極振打電機(jī)、陰極振打電機(jī)、灰斗振打電機(jī)的動作控制編制成一個FB1，卸料器與輸送機(jī)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(huán)執(zhí)行組織塊OB1 中調(diào)用這些FB。這種模塊化的程序設(shè)計理念不僅可以使編程思路清晰，易于實現(xiàn)，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(jī)的監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計，利用WinCC7.0 組態(tài)軟件，可以很方便的與其它軟硬件系統(tǒng)進(jìn)行通訊。WinCC7.0 后臺的數(shù)據(jù)庫功能和基于C語言的全局腳本編輯器使對象的動態(tài)組態(tài)非常靈活、方便、快捷。其中項目函數(shù)只在對其進(jìn)行創(chuàng)建的實際項目中才有效，這樣可以方便修改，減少現(xiàn)場中不必要的時間浪費。此外，系統(tǒng)設(shè)計實行分級管理登陸機(jī)制，工程師級能對數(shù)據(jù)設(shè)置修改，操作員只能進(jìn)行監(jiān)控操作。

4 結(jié)束語

以太網(wǎng)作為一個開放網(wǎng)路在工業(yè)控制領(lǐng)域得到了廣泛的發(fā)展和應(yīng)用，尤其應(yīng)用在上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中，使監(jiān)控系統(tǒng)更加方便、快捷的傳輸信息，并能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，用較少的組網(wǎng)成本達(dá)到了高質(zhì)量的通訊效果；良好的人機(jī)界面既豐富了人機(jī)聯(lián)系，同時提供了較強(qiáng)的自診斷功能，有效的提高了系統(tǒng)的安全運行水平。

經(jīng)多家公司的實際應(yīng)用表明，該設(shè)計在性能上穩(wěn)定可靠，工藝參數(shù)修改方便，適應(yīng)現(xiàn)場的復(fù)雜情況，滿足用戶的實際需要，創(chuàng)造較大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，具有較強(qiáng)的實用性。

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