基于PLC的火電廠除塵系統(tǒng)研究

閆偉，魏立明

(吉林建筑大學電氣與計算機學院，吉林 長春 130118)

現(xiàn)在任何工業(yè)生產(chǎn)過程都要符合國家工業(yè)企業(yè)設計的衛(wèi)生標準,運行人員在勞動過程中的健康問題也要得到保障,因此，為降低火電廠尤其是輸煤系統(tǒng)空氣中的含塵濃度，各電廠都采取了治理粉塵源以及安裝各式各樣的除塵器等相應的措施。目前與其他的工程學科相比，就除塵技術方面而言,其學術上的基礎還是比較薄弱的，雖然也規(guī)定了一些設計規(guī)范,但是所選用的除塵裝置的最終性能往往不能準確地預測出來[1]。所以我們要加緊腳步，對粉塵治理和除塵系統(tǒng)要進行全面、系統(tǒng)的研究,設計出合理的粉塵綜合治理方案和高效的除塵管理控制系統(tǒng)。同時粉塵治理和除塵系統(tǒng)的研究也是燃煤火電廠急需要解決的問題,對火電廠本身以及工作人員具有十分重要的意義。

1 粉塵的產(chǎn)生及除塵系統(tǒng)

粉塵是一種微小的粒子，它是由運輸、破碎以及篩分等機械運動過程所產(chǎn)生的。火電廠輸煤系統(tǒng)是電廠煤塵污染最嚴重的場所。火電廠輸煤系統(tǒng)[2]，是指從煤運進火電廠開始，隨后包括卸煤以及對煤塊進行加工等,直到將加工合格的煤塊送到原煤倉的整個工藝流程。它包括卸煤生產(chǎn)線、煤場、運輸、破碎與篩分、配煤系統(tǒng)這些主要的生產(chǎn)環(huán)節(jié)以及一些輔助的生產(chǎn)環(huán)節(jié)。大量的粉塵就是產(chǎn)生在整個系統(tǒng)運作過程的每一個環(huán)節(jié)中。

除塵系統(tǒng)[3]是由通風機、凈化設備(如除塵器)、抽塵罩、風管及其他附件等裝置構成的。把這些裝置組合在一起，就構成了一個完整的除塵系統(tǒng)。系統(tǒng)控制的主要設備有風機、電機、除塵器、變送器、排污泵、濃度檢測探頭、管道閥門等。

2 除塵系統(tǒng)總體設計

本除塵系統(tǒng)的控制主要是以可編程邏輯控制器(PLC)為主,可編程邏輯控制器具有很強的控制功能而且編程比較簡單。同時它還具有大量的硬接線可以省去,維護起來比較方便,可以在線修改等特點[4]。除塵系統(tǒng)的總體設計方案如圖1所示。

整體設計方案是針對除塵系統(tǒng),對PLC組成的控制系統(tǒng)整體設計和構建,利用粉塵濃度變送器檢測管道中的實際粉塵濃度大小,然后把這些瞬時數(shù)值連續(xù)不斷地傳遞給PLC,PLC將這些瞬時值和設定值進行對比，如果超到了設定的初始值，則PLC將起動安全運行系統(tǒng),對相應的參數(shù)進行自動校正。同時利用變頻調(diào)節(jié)技術改變除塵器電機電源頻率,調(diào)整電機轉(zhuǎn)速從而調(diào)節(jié)管道中的風速等參量，使粉塵濃度達到設定值。就這樣通過對PLC的軟件進行控制可以對系統(tǒng)實現(xiàn)周而復始連續(xù)不斷的控制。并且通過組態(tài)王軟件設計出火電廠除塵系統(tǒng)監(jiān)控主畫面，利用組態(tài)王和PLC之間的通訊功能，從而可以對除塵控制系統(tǒng)實現(xiàn)進行遠程分散的控制。

3 除塵系統(tǒng)的硬件設計

硬件設計包括的器件有：PLC、除塵器、排風機、粉塵濃度變送器、變頻器、管道閥門等。

PLC選用西門子S7-300，由于其結構模塊化，易于實現(xiàn)分布式的配置，另外其電磁兼容性強，有良好的抗震動沖擊性能，廣泛地應用于各種工業(yè)控制領域。

除塵器是整個除塵控制系統(tǒng)的主要器件，通過除塵器可以吧空氣中的粉塵過濾掉，而排風機則把清新的空氣排入大氣中。

粉塵濃度變送器[5]是通過數(shù)字粉塵測定儀的連續(xù)輸出口經(jīng)過電路調(diào)理成為具有4-20mA標準信號輸出的變送器。數(shù)字粉塵測定儀的工作原理:含有粉塵的空氣在風扇的吸引下,經(jīng)切割器除去粗大粒子,通過靈敏區(qū)時,其90°方向散射光射進光電倍增管,轉(zhuǎn)換成光電流,經(jīng)光電流積分電路轉(zhuǎn)換成正比的單位時間內(nèi)的脈沖數(shù),利用此原理可求出粉塵的相對質(zhì)量濃度。

變頻器是將工頻電源變換為另一頻率電源的控制裝置，其實現(xiàn)過程是利用電力半導體的通斷作用來完成的。

其具備的功能有以下幾點：

(1)控制柜具有電源指示、系統(tǒng)啟停、風機運行及故障指示、除塵器運行及故障指示、變送器運行及故障指示、風閥指示和檢修指示。

(2)系統(tǒng)控制方式：系統(tǒng)控制分為手動和自動兩種控制方式，手動控制即用戶可利用電控柜上的按鈕根據(jù)運行要求來一對一地實現(xiàn)設備的手動啟停控制；自動控制時,按照已經(jīng)編制好的滿足各種運行方式的操作程序來達到系統(tǒng)啟停的目的。

(3)風機的控制：排風機啟停、故障、運行、手動/自動按鈕。

(4)除塵器的控制：通過變頻器能夠改變除塵器風機的轉(zhuǎn)速同時加散熱風扇保護除塵器。

(5)能夠控制粉塵濃度變送器的啟停以及手動和自動控制。

4 除塵系統(tǒng)的軟件設計

根據(jù)系統(tǒng)運行狀態(tài)，開始先選擇控制方式，分為手動和自動控制，如果是自動控制則程序啟動，看是否有火花出現(xiàn)，如果有則報警并關機，沒有的話起動變送器，如果粉塵濃度超標的話則啟動除塵器，最后看變頻器是否故障，如果故障，報警并關機，如果正常則啟動變頻器來控制風機的轉(zhuǎn)速。除塵系統(tǒng)的總控制流程圖如圖2所示。

圖2 總控制程序流程圖

5 組態(tài)畫面設計

組態(tài)王軟件的任務是實現(xiàn)畫面的監(jiān)控和數(shù)據(jù)之間的通訊,本次設計采用的是組態(tài)王6.55，利用該軟件可以很方便地編輯所需畫面。組態(tài)王6.55軟件[6]是由工程管理器、工程瀏覽器、畫面開發(fā)系統(tǒng)和運行系統(tǒng)這四部分組成的。

本系統(tǒng)將在火電廠建立一個監(jiān)控中心。首先設計圖形界面，把各設備從圖庫中找出來，然后定義設備的驅(qū)動類型，同時構造數(shù)據(jù)庫變量，最后在各設備之間建立動畫連接，并且進行運行和調(diào)試。監(jiān)控中心采集到的數(shù)據(jù)以動畫的形式顯示在監(jiān)控畫面上,從而運行人員就可以通過計算機來對整個除塵控制系統(tǒng)進行監(jiān)控主畫面、參數(shù)設定、手動控制、歷史曲線查詢、報表打印、實時報警、季節(jié)選擇和本地/遠程控制等。同時與PLC之間進行聯(lián)網(wǎng)通訊,至此組態(tài)畫面設計完成并且進行與PLC的連接，然后檢查設備和線路連接是否正確。在工程瀏覽器中建立監(jiān)控中心主畫面如圖3所示。

圖3 監(jiān)控主畫面

6 結語

科學技術越來越成熟，將來火電廠除塵控制系統(tǒng)和PLC的有機結合將會得到越來越廣泛的應用。本次設計包括了系統(tǒng)的硬件設計、系統(tǒng)的軟件設計和系統(tǒng)的組態(tài)畫面設計，將這3部分實現(xiàn)了有機的結合，形成了一個完整的控制系統(tǒng)。除塵系統(tǒng)達到了治理粉塵的目的同時減少了環(huán)境污染，使空氣更加清新和健康，有利于人們的身心發(fā)展。