PLC在分室袋式除塵器控制中的新應用

朱小超，徐雪春

（南昌大學理學院，江西 南昌 330001）

1 引言

在工業(yè)生產的過程中會產生大量的煙氣粉塵，如果不加以治理，不僅污染環(huán)境，還會對現(xiàn)場以及周邊人員的健康造成極大的危害。這促使袋除塵技術的發(fā)展，對其控制系統(tǒng)的要求也越來越高。隨著可編程控制器（以下簡稱PLC）的發(fā)展，在現(xiàn)有投入的資金情況下，如何發(fā)揮PLC的優(yōu)勢以及減少PLC的硬件成本，成了從事自動控制方面工作的人員普遍關注的問題。利用16位移位寄存器產生周期序列脈沖來循環(huán)采樣模擬信號，減少了A/D插件數(shù)目［1］。通過在外部添加多路轉換電路，實現(xiàn)了PLC模塊的使用數(shù)量，降低了系統(tǒng)的成本［2］。但是在現(xiàn)場工作環(huán)境中，尤其是除塵器工作現(xiàn)場環(huán)境惡劣，連續(xù)性工作要求較高，通過寄存器脈沖循環(huán)或多路轉換器來減少PLC模塊的使用量，此法不太理想，后期維護不方便。本文以某廠分室反吹袋式除塵器的電氣控制系統(tǒng)為例，進行了分析和探討，提出了一種簡潔有效的控制方法。

2 由PLC引起的問題的提出

分室反吹袋式除塵器在清灰時，通過脈沖閥在短時間內的開關動作來實現(xiàn)清灰。脈沖閥的開關動作由PLC通過輸出點的24V直流電壓驅動中間繼電器，使中間繼電器常開點閉合，脈沖閥與電源導通而得電動作。通常情況下，在構建分室反吹袋式除塵器的控制過程中，一般都是按照脈沖閥的數(shù)量來分配PLC的輸入/輸出（I/O）點。對于小型號除塵器的清灰脈沖，所占用的PLC的I/O點數(shù)不多；但對于大型的分室反吹袋式除塵器隨著使用的脈沖閥數(shù)量較多，所占用的PLC的I/O點數(shù)量也相應增加，從幾十個到幾百個不等。分室反吹袋式除塵器使用的脈沖閥越多，相應的PLC I/O點數(shù)也多，PLC使用的擴展模塊也相應增多，從而使得其控制系統(tǒng)的硬件成本也成倍增加。然而，PLC編程軟件具有許多優(yōu)勢，能否在保證控制系統(tǒng)功能不變的情況下，通過借助PLC編程軟件的優(yōu)勢改變控制算法，減少I/O點數(shù)的使用，以及改進相應的硬件，進而降低硬件成本。通過實際驗證了其有效性和可行性。

3 分室除塵控制系統(tǒng)的特點

分室反吹袋式除塵器采用分室結構，把一個除塵器分成若干個室，每個室內設置有一定數(shù)量的脈沖閥的噴吹機構，在系統(tǒng)阻力達到預設值時，立即起動各個分室的脈沖閥反吹動作，實現(xiàn)清灰。某廠分室反吹袋式除塵器分成了8個分室，每個分室中有9組脈沖閥，整套除塵器共計有72組脈沖閥。在除塵器的阻力達到預設值時，先對1#分室反吹清灰，其內的9組脈沖閥按照1→2→3……8→9的順序輪流動作，等到最后一個脈沖閥噴吹完后，進入下一個分室，繼續(xù)對其內的脈沖閥輪流動作，一直到所有的分室脈沖閥噴吹完即完成一個噴吹周期。根據(jù)被控對象的這一特點，將各個室的脈沖閥進行分組，形成矩陣陣列，為減少PLC的輸出點的使用量以及降低設備成本創(chuàng)造了條件。

4 在硬件上的解決辦法

根據(jù)分室反吹袋式除塵器控制系統(tǒng)的特點，采用矩陣式［3］的控制方法，將除塵器的各個分室看成是矩陣列（X）中的元素，每個分室內的脈沖閥數(shù)量看成是矩陣的行（Y）中的元素，如表1所示。這樣，X1Y1代表的是1#分室中的1#脈沖閥，X1Y2代表的是1#分室中的2#脈沖閥，其它以此類推。通過矩陣的列（X）和行（Y），把除塵器中的脈沖閥（m×n只）分成兩組來控制，一組占用m個PLC的輸出點，一組占用n個PLC輸出點，用m+n個輸出（O）點來對m×n只脈沖閥進行控制。通過利用中間繼電器具有多路常開（閉）點的特性，設計了如圖1所示的矩陣式電路控制原理圖。為了簡化，圖1中相同序號為同一點（如：U1代表接線端子序號為U1的都彼此相連接在一起）。根據(jù)圖1、表1以及除塵控制系統(tǒng)原理要求，當需要對1#分室的n個脈沖閥進行噴吹動作，首先是PLC輸出點（X1）給中間繼電器A1上的端子X1上電，中間繼電器A1的線圈因得電使常開點閉合，U1與電源（24V+）導通，在中間繼電器 B1、B2……Bm-1、Bm上的 U1也都與電源導通，而其它端子U2、U3、……Um-1、Um均未與24V+導通。然后 PLC 輸出點（Y1、Y2……Yn-1、Yn）根據(jù)預設的脈沖時間和間隔給中間繼電器B1、B2……Bm-1、Bm上的 Y1、Y2……Yn-1、Yn端子上電，中間繼電器B1、B2……Bm-1、Bm上常開點閉合，現(xiàn)場的 1# 室內脈沖閥 X1Y1、X1Y2……X1Yn-1、X1Yn相應地進行動作。等到1#分室的最后一個脈沖閥X1Yn動作完成后，輸出點（X1）斷開，然后輸出點（X2）給中間繼電器A2上電后，U2與電源（24V+）導通。PLC 輸出點（Y1、Y2……Yn-1、Yn）再分別對中間繼電器 B1、B2……Bm-1、Bm上的 Y1、Y2……Yn-1、Yn端子上電，現(xiàn)場的脈沖閥X2Y1、X2Y2……X2Yn-1、X2Yn相應進行動作，直到最后一個脈沖閥X2Yn動作完后輸出點斷開，再進入到下一個分室內進行反吹清灰，直到最后一個分室的最后一個脈沖閥動作完后，即完成了一個反吹清灰周期。在圖1中，脈沖閥的動作主要是首先對分室的選擇，即對X1、Y2、……Xm-1、Xm中的一個進行選擇，然后再依次進行脈沖閥噴吹動作，即對B1、B2……Bm-1、Bm中的n個中間繼電器按照預設程序進行動作。即可完成對每個分室內的脈沖閥動作。中間繼電器B1控制各個分室內的1#脈沖閥，中間繼電器B2控制各個分室內的2#脈沖閥，其它依次類推。但在中間繼電器B1、B2……Bm-1、Bm中，始終只有一個分室的觸點（U1、U2……Um-1、Um）與 24V+導通。

圖1 電路控制原理圖

表1 脈沖閥分布表

在原則上，當X≥2和Y≥2時，X×Y≥X+Y，可以將脈沖閥分成X+Y組。X、Y取值越大，X×Y就越大于X+Y。對于大中型的分室反吹袋式除塵器，采用該矩陣式控制策略，可以有效地減少PLC I/O擴展模塊的使用量，從而降低系統(tǒng)的成本。

5 PLC控制脈沖閥程序編制

一般的PLC都具有豐富的編程指令，利用循環(huán)左移、定時器等指令即可以實現(xiàn)對脈沖閥控制的目的。

6 實際應用

某廠2009年12月安裝有2臺分室反吹袋式除塵器，控制系統(tǒng)采用CPU224，上位機用Wincc V6.2組態(tài)監(jiān)控畫面，將脈沖閥進行矩陣式控制，如上所述，每臺PLC最終只采用了17個輸出點就達到了控制72只脈沖閥的目的，運行至今正常。

［1］李軍沛.PLC多點循環(huán)采樣模擬信號技術［J］.石油化工自動化，1999，2：34-36.

［2］費洪義,沈 軍.PLC在布袋除塵器控制系統(tǒng)中的應用及探討［J］.哈爾濱師范大學自然科學學報，2009，（3）:49-53.

［3］Roger A.Horn，Charles R.Johnson，矩陣分析［M］.北京:機械工業(yè)出版社，2005.