基于S7-300 PLC布袋除塵裝置控制系統設計

西南石油大學電氣信息學院 徐一森

西南石油大學機電工程學院 陳 寶

中國航油集團貴州石油有限公司 張 歡

基于S7-300 PLC布袋除塵裝置控制系統設計

西南石油大學電氣信息學院 徐一森

西南石油大學機電工程學院 陳 寶

中國航油集團貴州石油有限公司 張 歡

本文介紹了布除塵裝置的基本工藝和流程，并設計了一套基于西門子S7-300PLC的布袋除塵裝置下位機控制系統。簡要介紹了布袋除塵裝置的基本工藝和流程，可編程控制器PLC和相關傳感器的選型，系統硬件的基本配置，再根據相關工藝設計主程序和相關子程序，并進行了上機調試和仿真。

布袋除塵；系統設計；PLC；仿真

1 引言

隨著我國經濟發展和人民生活水平的不斷提高，生活垃圾大量產生。許多國家根據其自身的經濟技術發展水平、自然條件、垃圾特性及環保政策采用了不同的垃圾處理方法。上世紀90年代，美國已有180多家垃圾發電廠，德國有50多家垃圾發電廠，日本已建有149家垃圾發電廠，日本、瑞士、丹麥以及荷蘭等國有50%～80%的垃圾作焚燒處理。

我國于1985年由深圳市市政環衛綜合處理廠首先應用垃圾焚燒發電技術，該廠引進2臺日處理能力為150t/臺的三菱重工馬丁式焚燒爐，成為我國第一座現代化垃圾焚燒電廠。該焚燒系統可以處理深圳50%的垃圾，1t垃圾可發電50kW·h。1998年8月浙江杭州天子嶺垃圾填埋場填埋氣發電廠建成并投產，成為我國首座示范性垃圾填埋氣發電廠。根據垃圾填埋量及填埋氣體的產生量預測，投產后氣體產生量為30000m3/d時，可發電約2.0MW。截止2010年，我國已經建成投用的有140家垃圾發電廠，在立項的垃圾焚燒廠總數超過了400家。

我國的城市生活垃圾儲存量已達60多億噸，侵占土地面積已超過5億平方米，并且以每年8～10%的速度增長，垃圾焚燒發電技術可以有效地減少對環境的破壞，保護環境，而布袋除塵技術是其中對垃圾焚燒后產生有害氣體進行凈化的關鍵一步，研究科學高效的布袋除塵技術具有十分重要的意義。布袋除塵器是一種高效除塵設備，目前廣泛應于各工業部門，尤其用在垃圾焚燒發電行業。近年來，隨著國民經濟的發展以及愈來愈嚴格的環境保護要求，布袋除塵器的應用就更加廣泛。設計整個除塵系統的自動化控制也變得更加重要，不僅對于控制污染、保護環境有重要作用，而且對于提高設備處理含塵氣體的能力，降低人工勞動作業，增加系統的可靠性，也具有重要的經濟意義。

2 布袋除塵裝置控制系統總體介紹

布袋除塵工藝采用脈沖（反吹）袋式除塵器工藝，控制系統形式采用PLC系統。其工藝簡圖如圖2.1所示：

圖2.1 布袋除塵工藝簡圖

待處理的有害煙氣左側進入布袋除塵系統，當兩位三通閥通電時，上路打開，下路關閉，即布袋除塵系統處于過濾模式，此時旁路出口閥關閉，煙氣經布袋除塵后由煙氣出口閥排出，去往引風機。一般在布袋第一次工作時，為了保護布袋，會對布袋進行預噴處理，即對布袋噴一層熟石灰，此時，布袋處于過濾模式。當布袋進口溫度或內部溫度過低時，布袋會自動進入預熱系統，此時，布袋處于旁路模式，煙氣會經旁路出口閥排出。預熱系統工作時，待加熱煙氣從煙氣出口閥前端經引風機進入電加熱器，系統根據溫度傳感器的具體數據選擇溫度控制方案，以達到布袋恒溫130℃的控制要求。加熱后煙氣經預加熱出口閥進入布袋。當煙氣壓差過大時，布袋進入布袋清灰系統，此時布袋處于旁路模式。布袋清灰系統工作時，壓縮空氣有壓縮空氣進口閥進入，打開8個單元脈沖閥允許，接著每8個一組的16組單元脈沖閥開始工作，每一組單元脈沖閥配合壓縮空氣對布袋進行噴吹振打，將附著在布袋上的過多灰塵吹落，16組單元脈沖閥依次循環一遍完成布袋清灰過程。當料斗料位高時，布袋進入料斗清灰系統，此時，布袋處于過濾模式。料斗清灰系統工作時，料斗中的灰塵經星型閥、布袋刮板機、換向閥、公用刮板機和斗升機排出。

3 布袋除塵控制系統的工作原理

3.1 系統總體框圖

布袋除塵控制系統的電氣控制系統總框圖如圖3.1所示，其中PLC為核心控制器，通過檢測各類傳感器的輸入和工程師在操作面板各種按鈕的輸入完成相關設備的調試、運行和故障排除。

3.2 布袋除塵除塵控制系統的工作過程

在打開電源后，系統要選擇工作模式，包括遠程模式和就地模式、手動模式和自動模式。當選擇遠程模式后，只能在上位機顯示面板上控制；當選擇就地模式后，可以在現場PLC上進行控制；在選擇手動模式后，各類操作要通過手動完成；選擇自動模式后系統會根據各類傳感器的信號進行閉環控制（見圖4.1）。

4 軟件系統設計

本次設計采用采用STEP7作為編程軟件。

4.1 總體程序結構設計

初始化程序為對一些參數進行設置；主程序主要包括模式選擇和程序的主要過程過濾模式和旁路模式；功能子程序為當布袋不能正常工作時要處理的特殊情況，如預加熱、預噴等。

圖4.1 布袋清灰流程圖

圖5.1 布袋清灰組態圖

4.1.1 主程序設計

主程序包括了三個主要功能：一是在過濾模式啟動前選擇整個程序的模式；二是完成整個過濾過程，就是處于過濾模式；三是當過濾的必要條件沒有達到時及時退出過濾模式進入旁路模式。初始化程序是對設定值參數進行輸入存儲。用以接下來在主程序或功能子程序中使用。

4.1.2 功能子程序設計

功能子程序包括預噴系統程序、預熱系統程序、布袋清灰系統程序和料斗清灰系統程序。預噴系統是保護布袋，提高布袋壽命的程序，一般在除塵器使用之前噴上一層熟石灰。預熱系統的作用是對進入布袋的待處理氣體加熱從而增加布袋的附著能力，提高了布袋的除塵效率。布袋清灰系統的主要作用是當布袋壓差過大時對布袋上的灰塵進行清除，使壓差減小，從而使布袋恢復正常工作。其工藝流程圖4.1所示。

5 調試和運行結果

在布袋除塵控制系統的設計完成后，開始進行程序的運行和調試，主要包括上位機WINCC系統調試、下位機PLC系統調試和整體調試，其組態圖如圖5.1所示。

當八個布袋的任一料斗中的料位高開關打開后，那么系統會自動判斷進入料斗清灰系統。系統會依次打開斗升機、公用刮板機、換向閥、星型閥、布袋刮板機，最后系統會根據是哪個料位開關打開來判斷打開哪個料斗的料斗振打器。當該料斗高位開關關閉后，系統會依次關閉料斗振打器、布袋刮板機、星型閥、換向閥、公用刮板機和斗升機。

6 結論

本文闡述了布袋除塵的工藝流程、控制系統總體方案以及具體的軟硬件的實現。 實現了布袋除塵控制系統的過濾模式和旁路模式。系統可以根據傳感器的數據進行過濾模式和旁路模式之間的切換。 實現了布袋除塵控制系統的料斗預噴系統，系統可以根據各個傳感器的情況啟動，就地操作完成預噴。

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[2]王純,張殿.印除塵設備手冊[M].北京:化學工業出版社,2009,9.

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[5]廖常初.S7-300/400 PLC應用技術[M].北京:機械工業出版社(第2版),2008.