閃速爐C 煙塵布袋系統的PLC 控制系統設計

涂 豪

（江銅貴溪冶煉廠，江西鷹潭 335400）

布袋系統是冶煉工藝中使用非常廣泛的一種控制系統。C 煙塵布袋主要是過濾來自鍋爐的含塵氣體，在閃速爐生產工藝當中尤為重要。傳統的C 煙塵布袋控制系統采用的繼電器式控制方式工作線路復雜、電纜排布凌亂，需使用大量電氣元器件，工作時經常出現故障，且故障診斷與排除困難。除此之外，傳統的C 煙塵布袋控制系統還存在接線復雜、功能單一、靈活性差、觸點易被電弧燒壞從而導致接觸不良等問題。為了提高控制的可靠性、增強抗干擾能力，方便使用，亟須對這些傳統控制技術進行改造。

近年來，可編程序控制器發展迅速，其功能強大、安全穩定、使用可靠、修改靈活，能大幅提高企業的生產自動化程度。本文擬采用PLC 先進技術對C煙塵布袋控制線路、控制方式進行升級改造，充分利用PLC 的諸多優點提高 C 煙塵布袋控制自動化程度和可靠性。

1 工藝流程分析

布袋系統主要由脈沖閥、振動器、物料計、回轉閥、卸灰閥和螺旋輸灰機組成。具體流程為：冶煉過程中產生的含塵煙氣從入口進入，經布袋收塵，將其中雜質吸收后，通過C 風機排出至煙囪。而布袋內的雜質在達到一定料位時，料位計檢測后發出信號，尾端卸灰閥開啟，5 s 后螺旋輸灰機開啟，5 s 后回轉閥運行，再過5 s 后倉壁振動器運行；同時，頂上布袋反吹電磁閥在得到螺旋輸送機運行信號后，每個電磁閥按8 s 動作1 次的規律依次反吹。布袋內的灰塵通過回轉閥排至螺旋輸送機上，再由螺旋輸送機運至卸灰閥后，轉移至其他地方。C 煙塵150 m2除塵器過程檢測控制流程見圖1。

圖1 C 煙塵150 m2 除塵器過程檢測控制流程

2 PLC 控制系統簡介

PLC 是以微處理器為核心，融合多種技術的自動化控制裝置[1]。其主要由中央處理單元（CPU）、存儲器（ROM、RAM）、輸入輸出單元（I/O）、電源和編程器等部分組成，其結構如圖2 所示。

圖2 PLC 基本結構

PLC 的基本特點：1）功能豐富 。PLC 的指令系統能進行巨大的信息處理，其內部系統能儲存豐富的信息。它的數據儲存區種類多、數量大。輸入、輸出繼電器可以進行大規模的信息交換，從而實現精細的控制。其內部其他的一些繼電器，數目則更加龐大。2）使用方便。利用PLC 完成對整個系統的控制非常便利，這是由于傳統的邏輯建立主要依靠硬接線，而PLC 的邏輯卻是建立在程序的基礎上的。另外，PLC 的硬件已集成為各種微小型的模塊，并且這些小型化的模塊一般都是已經配套好的。PLC 作為高度集后以后的產物，從軟件方面來說，它的程序可編、容易編；從硬件方面考慮，它的配置可變、易變[2]。3）工作可靠。使用PLC 編程設計來實現對系統的控制是安全、可靠的。(1) 在硬件方面，PLC 使用數量不多的高度集成無觸點器件;采用三取一的設計，電源模塊、I/O 模塊、CPU 都冗余或其中的部分冗余，確保了其可靠性[3]。（2）軟件方面，PLC 采用的是循環掃描的工作方式，確保系統能夠實時響應，提高了可靠性。PLC 系統設置有運行監控程序，一旦運行發生故障出現超時（一般不超過100 ms）就會報警；若嚴重超時，還可使PLC 停止工作。用戶則可以根據報警發出的信號來分析問題，從而采取相應的應急措施。若沒有超時，則再從頭進行掃描，周而復始，確保PLC正常工作。即使偶爾系統出了故障，平均修復的時間也很短，只需要幾個小時甚至幾分鐘即可。4）經濟合算。雖然購買首套PLC 元器件花費大些，但從長遠考慮，使用PLC 的性價比更高。

本項目設計中PLC 以實現的功能包括：1）開關量的邏輯控制，代替傳統的繼電器，實現自動開關量控制、邏輯組合控制等。2）運動控制，通過PLC 使用專門的指令或控制模塊，使順序控制和運動控制有機結合到一起。

3 PLC 控制系統硬件設計

3.1 PLC 的選型

西門子S7 系列PLC 占用空間小、運行快、模塊標準化且具有一定網絡通信功能，可靠性較高。S7系列PLC 可分為微型簡易PLC(如 S7-200)，一般小規模范圍內使用的PLC（如S7-300）和對性能要求相對較高的PLC（如S7-400）等。

C 煙塵布袋控制系統有輸入信號共13 個，輸出信號23 個。綜合輸入/輸出信號的數量、類型以及控制模塊要求，同時考慮到維修、價格、使用等其他因素，本設計決定采用S7-200 系列PLC 進行系統控制，并采用 S7-200 CPU224 214-1BD33-0X24 型CPU，及 EM222 222-1HH32 型擴展模塊。S7-200 系列PLC CPU 基本單元和擴展單元I/O 點數見表1、表2。PLC 接線原理示意見圖3。

表1 S7-200 系列PLC 中CPU 的基本單元

表2 S7-200 系列PLC 擴展單元型號及輸入輸出點數

3.2 PLC 控制系統仿真結果

從仿真結果的運行來看，改造后的控制系統能夠完成原有控制系統的所有功能，并且具備了維修簡單、靈活性強的優點，使各個控制部分達到了協調統一，極大地簡化了原控制線路，減少了所需元器件數量，提高了整個系統的可靠性。

圖3 C 煙塵150 m2 除塵器現場控制箱PLC 模塊

4 結論

本次設計選擇采用S7-200 系列PLC 對C 煙塵布袋的控制系統進行了改造，取消了原控制系統中的時間繼電器、中間繼電器等器件，改善了原先布袋操作復雜、工作方式繁瑣且不易維修等缺陷，提高了布袋收塵的可操作性、靈動性和可靠性，還降低了收塵成本，使收塵的性價比大大提高。