S7-300PLC和W incc在白灰窯除塵控制系統中的應用

文良華，王賢武，王顯權（1.宜賓學院物理與電子工程學院，四川宜賓644007；.中國科學院近代物理研究所，甘肅蘭州70000；.蘭州興豐源電氣有限公司，甘肅蘭州70000）

S7-300PLC和W incc在白灰窯除塵控制系統中的應用

文良華1,2，王賢武2，王顯權3
（1.宜賓學院物理與電子工程學院，四川宜賓644007；2.中國科學院近代物理研究所，甘肅蘭州730000；3.蘭州興豐源電氣有限公司，甘肅蘭州730000）

設計了一種基于西門子S7-300PLC的白灰窯除塵控制系統，重點討論其除塵工藝、系統構成、PLC的軟件設計和現場監控界面的組態.采用MPI總線實現PLC和上位機之間的現場數據傳輸，完成生產現場的計算機監控.系統在白灰窯惡劣的現場環境中能穩定可靠地工作，并具有自動化程度高、監控直觀、維護升級容易等優點.

除塵控制；組態軟件；PLC；自動化

Wen LH,Wang XW,Wang XQ.Application of S7-300 PLC and Wincc in Control System for Dust Collecting of Lime Kiln[J].Journalof Yibin University,2015,15（6）：24-27.

煉鋼工序需要大量的石灰形成爐渣，而石灰在煅燒時排放大量的有害氣體和10μm以下的有害粉塵[1].白灰窯排放的煙氣和粉塵對環境造成了大量的破壞.目前有色冶煉行業主要采用袋式除塵、電除塵、濕法洗滌除塵等方法，其中袋式除塵特別適合在鋼廠出料工序中使用，具有安全、經濟、除塵效果好等優點，但其控制過程較復雜.某國有大型鋼鐵公司為完成煉鋼工序中節能減排的任務，對已有三個白灰窯高爐進行除塵改造.參照行業相關的除塵工藝和成功案例，采用低壓布袋除塵工藝對白灰窯煙氣除塵，其具體的工藝流程如圖1所示.

三個白灰窯排放的煙塵隨鋼管道到并網后，混風閥引入外風調節其溫度.煙氣在大型引風機正向風力作用下，流經布袋除塵箱體對其脫塵.低壓脈沖閥離線反吹和定時清灰，粉塵將收集到除塵室的集灰斗中；再經卸灰閥匯集在刮板機上，最后傳送至粉塵罐中待運輸.為實現除塵系統自動控制和遠程監控，采用了西門子S7-300系列PLC控制器，利用MPI總線實現場數據通信，并在Wincc環境下組態人機界面，完成生產現場的狀態監視和控制.

1　控制系統組成

由于白灰窯煙塵顆粒大且流動性弱，需大型的引風機以增加其流動性.煙塵溫度是低壓脈沖布袋除塵的關鍵；溫度過高會影響布袋的壽命，甚至燒毀布袋；溫度過低又會出現糊袋現象，影響煙塵的過濾[1-2].整個系統采用煙氣鋼管道開放性散熱，并在布袋進口處裝混風閥控制空氣流量，實現對煙氣溫度的調節.根據除塵工藝和設備特點，系統采用了如圖2所示的S7-300PLC作為控制器.

圖1　某白灰窯除塵工藝流程Fig.1　The schematic view of dustcollecting of lime kiln

圖2　控制系統結構Fig.2　The hardware configuration of PLC control system

以西門子313C-2DP模塊作為系統控制器，SM321數字模塊（64輸入點）采集電機狀態輸入、操作開關和連鎖保護輸入，SM322數字模塊（64輸出點）的輸出作為震打器、反吹閥、刮灰板、引風機、卸灰閥、空壓機等設備的起停及時序控制.

系統配置SM331模擬輸入模塊，采集煙氣溫度、儲灰塔粉塵高度以及混風閥的開度等模擬量.SM332模塊輸出電流控制混風閥開度.MPI總線實現PLC與本地機柜工控機的數據通信[3]，在WINCC組態的界面下完成除塵現場的監控和MIS系統的數據集成.

布袋除塵箱體有12個除塵室.每個除塵室配有一個提升閥和8個脈沖閥，用以反吹；每兩個除塵室裝配1個集灰斗和1個震打器，以實現清灰工序；每三個安裝有卸灰閥的集灰斗組成一條刮灰線，按照設定時間完成卸灰和刮灰的任務；加上運灰報警、手動操作按鈕，系統需要大量I/O節點.系統設計了如圖3所示的電氣線路，配合PLC程序設計，用20個節點來完成96個反吹閥和12個提升閥的節點控制，大大減少PLC數字輸出點數，降低成本.

圖3　PLC矩陣輸出點電氣線路Fig.3　Thematrix outputstructure of PLC control system

2　流程控制

煙氣除塵的主要過程分為離線反吹、循環清灰、卸灰和刮灰四個過程系統.難點是有限的PLC數字輸出點，實現12個除塵室即96個脈沖閥的反吹.除采用圖3所示的數字輸出矩陣減少I/O點數外，設計了如圖4所示的循環反吹、定時清灰、間隔卸灰和刮灰的PLC程序結構.

圖4　PLC除塵程序設計Fig.4　The flowchartof PLC program configuration

首先通過提升閥截斷1#除塵室正向引風機風力，依次以脈沖（寬度可調）方式啟動1#至8#脈沖閥離線反吹吸附在布袋上灰塵.8個脈沖閥循環反吹結束，開啟1#提升閥完成第一個除塵室的反吹；切換至下個除塵室繼續相同的反吹，直至最后一個除塵室的最后一個脈沖閥反吹結束，執行下一次反吹循環.定時啟動集灰斗上的震打器和卸灰閥，實現除塵清灰和卸灰功能；根據生產情況，可調整定時周期，同時要求能手動反吹、清灰、卸灰.

為實現良好除塵的煙氣溫度，SM331模塊采集管道煙氣溫度和環境溫度，在CPU中采用模糊規則查表混風閥開度值[4-5]，經SM332模擬輸出到混風閥電機控制器，以實現煙氣溫度的可靠控制.模糊控制可以準確地離散控制混風閥開度值，大大減少了混風閥電機因頻繁連續調節而產生的機械故障和過流故障.

3　組態設計

除塵控制系統采用MPI總線實現PLC控制器與箱體工控機的數據傳輸.在WINCC組態軟件環境下，設計了除塵工藝界面、卸灰流程監控界面、故障報警、歷史記錄以及數據打印等功能模塊和人機接口（HMI），圖5是其核心的除塵流程監控HMI.

圖5　除塵人機界面Fig.5　The humanmachine interface of dustcollecting

該HMI主要分為除塵狀態監控區，反吹定時設置區、手自動切換操作區、卸灰定時區以及系統參數曲線監控顯示區，具有功能劃分清晰、狀態監視直觀、操作簡單等符合工業生產的特點，有效減少了生產一線的工作量.通過工控機間的工業以太網絡，可實現工控MIS系統的集成.

4　現場調試

系統現場調試主要分為生產工藝基礎調試和控制系統調試.工藝基礎調試主要為布袋除塵箱體的安裝調試，其調試現場如圖6所示.控制系統調試主要分為控制機柜的安裝調試、控制節點的電氣調試、PLC程序調試、Wincc通信調試、人機幾面的調整與優化等.控制系統調試如圖7所示.難點主要為煙氣溫度模糊規則建立和調整，反吹脈沖寬度現場獲取、反吹周期和清灰周期的現場優化等.

5　結語

該白灰窯除塵控制系統采用模糊算法控制煙氣溫度.利用數字節點矩陣輸出線路，有效地減少了數字節點.組態設計了除塵工藝的人機界面，具有監控簡單直觀等優點.控制系統在生產現場穩定可靠地工作，取得了良好生產效益.

圖6　除塵箱體的安裝與調試Fig.6　The assembling of dust collecting cabinet

圖7　控制系統機柜安裝與調試Fig.7　The debugging of control system

[1]任紹峰.首鋼京唐高爐干法除塵控制系統的設計與實現[D].沈陽：東北大學,2009.

[2]崔躍華.脈沖反吹袋式除塵器自控系統研制[J].微計算機信息, 2007（8）：50-69.

[3] 張致維,張士聰,王然風.Modbus協議在S7-226PLC與倫茨變頻器通信中的應用[J].工礦自動化,2011（8）：142-146.

[4]郭志杰.反吹風除塵器和脈沖除塵器之淺議[J].輕金屬,2011 （12）：336-338.

[5]谷翠軍,孟文,孟祥印,等.模糊PID在熱泵熱水器水溫控制中的應用[J].自動化與儀表,2014（1）：43-46.

（編校：王露）

Application of S7-300 PLC and W incc in Control System for Dust Collecting of Lime Kiln

WEN Lianghua1,WANGXianwu2,WANGXianquan3
（1.School ofPhysicsand Electronic Engineering,Yibin University,Yibin,Sichuan 644007,China；2.Institute ofModern Physics,Chi?nese Academy ofSciences,Lanzhou,Gansu 730000,China；3.Lanzhou Xingfengyuan Electric Co.,Ltd,Lanzhou,Gansu 730000,China）

A control system for dust collecting of lime kiln is designed and debugged,which adopted S7-300PLC and Wincc configuration software.Dust removal,module configuration,software design of PLC,and Human Machine Interface （HMI）for controlling andmonitoring are introduced in detail.The data exchange between field and control room computer is realized by MPIbus to accomplish remote control of dust collecting.This system is able towork reliably and stably in complex EMCElectrolytic environment.

controlofdust removal；configuration software；PLC；automation

TP273+.4

A

1671-5365（2015）06-0024-04

2014-12-09修回：2015-03-24

文良華（1980-），男，工程師，工學碩士，研究方向為工業控制相關技術

網絡出版時間：2015-03-30 16：36網絡出版地址：http：//www.cnki.net/kcms/detail/51.1630.Z.20150330.1636.001.html

引用格式：文良華，王賢武，王顯權.S7-300PLC和Wincc在白灰窯除塵控制系統中的應用[J].宜賓學院學報,2015,15（6）：24-27.