湖南西门子专业授权总代理商

　1 引言

　　自1907年台电除尘器成功地用于工业生产以来，电除尘器以其除尘效率高、阻力损失少、处理烟气量大、能处理高温烟气和腐蚀性烟气、日常运行费用低等众多优点，使用领域不断扩大。到目前为止，电除尘器已经是电力、冶金、建材、化工等众多行业除尘设备的。电除尘器的结构、性能和控制方式等也日臻完善，plc控制在电除尘系统各部分的控制中都有不同程度的应用，作用显著。

　　2 电除尘系统工艺流程及基本原理

　　电除尘器是在两个曲率半径相差较大的金属收尘极（阳极）和电晕极（阴极）上通过高压直流电，并维持一个足以使含尘气体（指一般的含尘烟气，不含腐蚀性和剧毒）电离的静电场（见图1）。含尘气体在静电场中电离后所生成的电子、阴离子和阳离子吸附在通过电场的粉尘上，而使粉尘获得电荷自身带电。荷电粉尘在电场力的作用下向电极性相反的电极（收尘极和电晕极）运行而沉积在电极上，从而达到粉尘和气体分离的目的。当沉积在电极上的粉尘达到一定厚度时，借助于收尘极、电晕极振打机构使粉尘落入下部的灰斗中，再经过卸灰输灰系统将粉尘排出，而净化后的气体从电除尘器出口处排入大气中。

　以济钢炼铁厂400m2烧结机机头电除尘系统为例，整套400m2烧结机机头电除尘自动控制系统由2台ablogix50001756-l55plc和2台上位机组成，其中1台ablogix5000plc设置了1台远程i/o站，2台上位机分别用于操作员站和工程师站

　4 控制功能

　　plc在电除尘系统中主要作用是控制所有低压设备自动运行和远程监控高压整流供电设备，对低压设备的控制一般都有现场手动和远程自动两种控制方式，所控制的设备包括阴极振打、阳极振打、灰斗卸灰阀电机、仓壁振动器、绝缘子保温梁电加热器、灰斗保温电加热器、灰斗料位计、烟气进出口温度显示、绝缘子保温梁温度显示、声波清灰装置、输灰系统、高压供电设备安全联锁以及远程监控等。下面对自动控制方式进行简要介绍。

4.1阴、阳极振打的控制

　　电除尘器的阴、阳极振打都是由电机通过传动轴将动力传给阴、阳极振打机构，使阴极线、阳极板上的积灰振落到灰斗中。plc系统通过控制器中的时间继电器控制阴、阳极振打电机按照一定的时间规律相互配合运行，并根据振打电机对应的接触器和热继电器的返回信号对电机状态进行监控和保护。阴、阳极振打的一般控制规律为：一电场的阴、阳极振打周期短，以后的各个电场振打周期逐渐加长，具体时间需根据电除尘器刚投产时的测试情况及工艺参数进行确定；以24小时为总振打周期，夜间运行周期要比白天运行周期短[3]；阴、阳极振打相互配合运行，但振打周期各自独立计算，阳极振打要比阴极运行时间长、强度大；振打反馈信号只起状态监视和保护作用，不加入周期运行控制当中；为节约能源，振打运行反馈信号与高压整流供电设备有联锁，当大量振打运行时，高压整流供电设备低电压运行或停止，以实现降压振打，此方式可节约大量能源。

　　4.2绝缘子保温梁电加热器的控制

　　plc系统通过绝缘子保温梁内温度检测设备检测到的温度返回信号对电加热器进行控制，以防止保温梁内温度低于露点温度，阴极绝缘子表面结露，使绝缘子表面产生爬电或沿面放电，以致电除尘器工作电压无法升上去，除尘器无法正常工作。本系统电加热器共有两路电源，可实现高、低两种功率加热，当保温梁内温度接近露点温度时，plc控制电加热器两路全部加热，尽快提高保温梁温度；当温度在露点温度以上未到设定温度时，单路加热器加热保持温度缓慢上升；当温度高于设定温度值时，停止加热。plc系统还可根据接触器和热继电器返回信号对电加热器状态进行监控和保护。

　4.3灰斗卸灰阀电机及仓壁振动器的控制

　　灰斗卸灰阀电机是用于灰斗卸灰时电动控制阀门开关的。plc对灰斗卸灰阀电机以及该灰斗仓壁振动器的自动控制是根据灰斗料位计返回信号实现的，当料位计高料位信号返回plc时，plc控制该灰斗卸灰阀电机开启，同时仓壁振动器联锁振动；当料位计低料位信号返回plc时，plc控制该灰斗卸灰阀电机关闭，同时仓壁振动器联锁停止。当不使用料位开关控制或料位开关存在故障时，也可根据经验运行时间对灰斗卸灰阀电机和仓壁振动器进行周期控制，具体时间可根据现场情况自行设定，但灰斗卸灰阀电机要与仓壁振动器有一定配合关系或一起联锁运行，否则会造成卸灰不畅甚致堵灰。

　　4.4输灰系统的控制

　　本输灰系统使用的是机械干输灰方式，输灰系统由刮板机、集合刮板机、斗提机、卸灰阀电机、加湿机等组成。输灰系统的控制与皮带流程控制相似，当灰斗卸灰电机运行时，灰斗卸灰阀开启，与此一排灰斗对应的刮板机联锁运行，其他排灰斗卸灰控制同理，每台刮板机可单独运行也可同时运行。当任意一排灰斗对应的刮板机运行时，集合刮板机联锁运行，斗提机联锁运行，将除尘灰刮入卸灰仓内，当控制器接到卸灰仓料位高信号时，卸灰阀电机、卸灰仓电振、加湿机联锁运行，将除尘灰排出。

　　4.5高压供电设备的安全联锁及远程监控

　　所有电除尘器的高压整流供电设备都有自己的控制器，这些控制器的网络接口都各有不同，以串口通讯为例，plc系统可通过串口采集器及与logix5000相匹配的专用模块与该控制器进行通讯，可实现plc系统对高压整流设备远程控制启动和停止，也可对高压整流设备运行状态及参数进行监视。安全联锁是专门为高压供电设备设计的程序，在远程控制高压供电设备启动时，整流变压器及三点隔离开关返回plc的安全联锁信号必须满足条件，否则高压供电设备不允许启动，此联锁对检修设备时的人身安全及设备运行都起到很大作用。

　　4.6声波清灰装置的控制

　　声波清灰装置是与电除尘器相对独立的一个系统，作用是在电除尘器停运时对除尘器内部积灰进行彻底清理，运行时将积灰振到灰斗中排出。故plc对声波清灰装置的控制经常用集中手动操作方式运行，当点击运行时，声波清灰装置按照固定顺序清灰一次，并可通过时间继电器对运行时间进行控制，在规定时间内执行循环清灰。

　　5 结束语

　　plc控制在济钢炼铁厂400㎡烧结机机头除尘系统的应用中可以看出，plc系统可使电除尘系统自动化水平、控制性能、智能化等方面都有显著提高，现场操作和维护工作量大大减少，设备故障率也大大降低。plc控制对实现电除尘器运行的自动化和管理的智能化，改善电除尘器的运行情况，提高电除尘器的除尘效率，延长各部分构件的使用寿命及节约能源等都具有直接影响和现实意义。

1引言

　　随着国家节能减排政策的提出和工业自动化水平的提高，以及越来越多的厂家要求尽量降低设备的损耗，进而适当减少设备维护费用，如何合理的使用、维护设备已成为关键，而单纯的采用人工方式记录设备故障、设备使用时间，以及人工切换设备已经不能满足上述要求。本文以某煤矿空气压缩机远程监控系统项目为例，采用西门子s7-300系列plc作为数据采集和控制单元，上位机用西门子wincc进行画面及参数显示，从plc到中控室工控机采用ethernet协议进行通讯，现场使用触摸屏显示控制画面及参数，操作人员可在中控室或者现场触摸屏上发出控制命令。

2原理分析

　　该项目利用空气压缩机给煤矿井下提供气体压力，推动气动设备的运行，要求管道内的压力维持在一定的范围内，好不好过压或者欠压，以免造成能源的浪费或者现场设备无法使用。由plc采集空气压缩机的参数，比如温度、压力、运行时间、故障等，上传到中控室上位机和现场触摸屏，并接受操作员发出的控制命令，再将相应的命令传给空压机，以实现控制功能，并做出相应的报警指示。

3系统设计及实现

　　该系统主要由空气压缩机、plc、i/o模块、现场触摸屏、上位机人机界面、网络通讯等部分组成，系统整体架构如图1所示。

　　3.1空气压缩机

　　采用上海申行健有限公司的螺杆式空压机，它具有结构简单、体积小、没有易损件、工作可靠、寿命长、维修简单等优点。由于其针对维护专门的设计，使得停机时间和维修费用大大减少。并且此空压机上装有智能控制系统，控制菜单简便易用，并配有支持网络通信的485接口，供外部控制系统与其通信，采集空压机的温度、管道压力、故障信息等，还可以接受外部控制系统的控制命令，设置相应参数以及启停空压机。

　　3.2i/o模块

　　本系统中需要控制空压机电源的接通与关断等，故需用到数字量输入模块，数字量输出模块，由于本系统采用西门子s7300系列plc，所以也需订购相应的300系列的di，do模块，型号分别有di模块sm321（订货号为6es7321-1bh02-0aa0，di16ⅹdc24v），do模块sm322（订货号为6es7322-1bh01-0aa0，do16ⅹdc24v/0.5a）。另外控制柜上安装有转换开关，可以选择在本地或者远程控制该电源的接通与否，该转换开关作为输入信号，接入plc的di模块。

　　3.3plc单元与网络通讯单元

　　本文利用中小型的西门子s7-300系列plc即可完成空压机参数的实时扫描和运算，并传送信息到中控室上位机以及现场触摸屏，另外结合操作人员在上位机和触摸屏发出的控制命令，对空压机的启停等进行控制。s7-300系列plc采用模块化设计，具有模块扩展和功能配置简单等特点，可以根据不同的需要灵活组合和扩展。此处选用315-2dp型号的cpu，此cpu集成有mpi和dp通信接口，有很强的通讯功能。

　　从现场plc到中控室工控机距离很远，此处采用ethernet协议进行网络通信，所以还订购了以太网通讯模块（cp343-1），其具有rj-45接口，通过光纤链路模块经过光纤连接到中控室所在的以太网，将plc采集到的信息上传到上位机，并将上位机发出的控制命令传送到plc。

　　通过plc cpu上的profibusdp接口，连接到profibus转modbus协议转换模块（pb-b-mm），再连接到两台空气压缩机以及控制柜上多功能电力监测仪表的modbus接口，来读取空气压缩机的运行参数和多功能电表的电流电压功率等电力状态数据，以及向空压机发送启停命令等。

　　触摸屏采用纵横科技的tpc070td触摸屏，它两个com口，其中一个是rs232口，另一个即可当做rs232，又可以用作rs485来通讯。同时还带有两个usb口，一个10m/100m自适应rj45以太网接口。此纵横科技的触摸屏是一套以嵌入式低功耗cpu为核心的高性能嵌入式人机界面，采用7英寸高亮度tft液晶显示屏，四线电阻式触摸屏，同时还预装微软嵌入式实时多任务操作系统wince和免费捆绑hmibuilder嵌入版组态软件无线点。

　　从plc到触摸屏的通讯采用mpi网络，使用西门子专用的pcadapter连接电缆，连接cpu的mpi端口和触摸屏的rs232口（笔者认为此处也可以选用以太网通讯方式，通过300系列的以太网模块连接触摸屏的rj45接口，但实际使用情况未采用，可行性有待试验确定）。

　　3.4人机界面（hmi）

　　人机界面在工控机上采用西门子wincc组态软件，用来显示空气压缩机的所有参数信息，故障报警信号，以及主电源三相电流的大小，电压的大小，还有控制回路上的交流接触器的吸合状态等等。必要时操作人员还可以从上位机发出控制空压机启停，主回路接触器吸合断开的命令，让操作人员可以在中控室直接手动控制现场设备。在上位机服务器上，记录着各种报警信息及故障发生时的详细信息等，可按时间进行查询，并根据需要进行打印输出。

　　触摸屏的画面组态由生产厂家自己开发的hmibuilder软件来编辑形成，在其画面上也有基本相同的参数信息，报警信号，以及温度曲线等，也可以从触摸屏上发出相应的控制命令。触摸屏部分画面如图2所示。

　　wincc提供在工业上用于图形显示、信息处理、归档和报表的基本功能模块，还提供用户文档、过程控制软件包和开放开发工具等可选软件包。其强大的驱动程序接口、快速图形更新和安全归档功能具有很高的可能性，结构化的数据存储方式保证无论是组态生产的数据和运行过程的数据都可准确无误的读取。

4程序设计

　　plc编程软件使用西门子专用的编程软件step7，它是基于bbbbbbs 2000/xp或者bbbbbbs server2003的为s7-300/400 plc配置和编程的标准软件包。通过step 7用户可以进行系统配置和程序的编写、调试、在线诊断plc硬件配置状态、控制plc的运行状态和i/o通道的状态等。

　根据厂家要求，plc需要完成对空压机的本地和远程控制，并且默认情况下是本地控制，只有在本地触摸屏上点击远程控制按钮后，设备的控制权才转交给远程上位机来完成。现场有两台相同的空压机，为合理利用设备，避免因长时间使用同一台空压机造成机器的损耗，要求程序进行定时切换工作，即每隔12小时自动切换两台空压机的主从关系。同时为保证管道内达到要求的空气压力，需要实时采集压力参数，当压力值低于一定水平时，同时开启两台压风机，当压力值高于一定水平时，关闭辅助的空压机。当有故障报警时，自动关闭空气压缩机，并在触摸屏及上位机显示报警信息（见图3）。

5结束语

　　此控制系统的设计成功，提高了工厂内设备运行的自动化程度，降低了设备的维护费用。此系统目前的缺点是控制任务由基本独立的两套plc系统来完成，造成了资源的浪费。主要是由于空气压缩机厂家自带的plc没有额外的处理功能，不能处理与上位机以及其他设备通信控制的能力，另外此套系统成本也挺高。