基于S7-300 PLC布袋除塵裝置控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

西南石油大學(xué)電氣信息學(xué)院 徐一森

西南石油大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 陳 寶

中國(guó)航油集團(tuán)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(tǒng)設(shè)計(jì)

西南石油大學(xué)電氣信息學(xué)院 徐一森

西南石油大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 陳 寶

中國(guó)航油集團(tuán)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(shè)計(jì)了一套基于西門(mén)子S7-300PLC的布袋除塵裝置下位機(jī)控制系統(tǒng)。簡(jiǎn)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(guān)傳感器的選型，系統(tǒng)硬件的基本配置，再根據(jù)相關(guān)工藝設(shè)計(jì)主程序和相關(guān)子程序，并進(jìn)行了上機(jī)調(diào)試和仿真。

布袋除塵；系統(tǒng)設(shè)計(jì)；PLC；仿真

1 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，生活垃圾大量產(chǎn)生。許多國(guó)家根據(jù)其自身的經(jīng)濟(jì)技術(shù)發(fā)展水平、自然條件、垃圾特性及環(huán)保政策采用了不同的垃圾處理方法。上世紀(jì)90年代，美國(guó)已有180多家垃圾發(fā)電廠，德國(guó)有50多家垃圾發(fā)電廠，日本已建有149家垃圾發(fā)電廠，日本、瑞士、丹麥以及荷蘭等國(guó)有50%～80%的垃圾作焚燒處理。

我國(guó)于1985年由深圳市市政環(huán)衛(wèi)綜合處理廠首先應(yīng)用垃圾焚燒發(fā)電技術(shù)，該廠引進(jìn)2臺(tái)日處理能力為150t/臺(tái)的三菱重工馬丁式焚燒爐，成為我國(guó)第一座現(xiàn)代化垃圾焚燒電廠。該焚燒系統(tǒng)可以處理深圳50%的垃圾，1t垃圾可發(fā)電50kW·h。1998年8月浙江杭州天子嶺垃圾填埋場(chǎng)填埋氣發(fā)電廠建成并投產(chǎn)，成為我國(guó)首座示范性垃圾填埋氣發(fā)電廠。根據(jù)垃圾填埋量及填埋氣體的產(chǎn)生量預(yù)測(cè)，投產(chǎn)后氣體產(chǎn)生量為30000m3/d時(shí)，可發(fā)電約2.0MW。截止2010年，我國(guó)已經(jīng)建成投用的有140家垃圾發(fā)電廠，在立項(xiàng)的垃圾焚燒廠總數(shù)超過(guò)了400家。

我國(guó)的城市生活垃圾儲(chǔ)存量已達(dá)60多億噸，侵占土地面積已超過(guò)5億平方米，并且以每年8～10%的速度增長(zhǎng)，垃圾焚燒發(fā)電技術(shù)可以有效地減少對(duì)環(huán)境的破壞，保護(hù)環(huán)境，而布袋除塵技術(shù)是其中對(duì)垃圾焚燒后產(chǎn)生有害氣體進(jìn)行凈化的關(guān)鍵一步，研究科學(xué)高效的布袋除塵技術(shù)具有十分重要的意義。布袋除塵器是一種高效除塵設(shè)備，目前廣泛應(yīng)于各工業(yè)部門(mén)，尤其用在垃圾焚燒發(fā)電行業(yè)。近年來(lái)，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及愈來(lái)愈嚴(yán)格的環(huán)境保護(hù)要求，布袋除塵器的應(yīng)用就更加廣泛。設(shè)計(jì)整個(gè)除塵系統(tǒng)的自動(dòng)化控制也變得更加重要，不僅對(duì)于控制污染、保護(hù)環(huán)境有重要作用，而且對(duì)于提高設(shè)備處理含塵氣體的能力，降低人工勞動(dòng)作業(yè)，增加系統(tǒng)的可靠性，也具有重要的經(jīng)濟(jì)意義。

2 布袋除塵裝置控制系統(tǒng)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(tǒng)形式采用PLC系統(tǒng)。其工藝簡(jiǎn)圖如圖2.1所示：

圖2.1 布袋除塵工藝簡(jiǎn)圖

待處理的有害煙氣左側(cè)進(jìn)入布袋除塵系統(tǒng)，當(dāng)兩位三通閥通電時(shí)，上路打開(kāi)，下路關(guān)閉，即布袋除塵系統(tǒng)處于過(guò)濾模式，此時(shí)旁路出口閥關(guān)閉，煙氣經(jīng)布袋除塵后由煙氣出口閥排出，去往引風(fēng)機(jī)。一般在布袋第一次工作時(shí)，為了保護(hù)布袋，會(huì)對(duì)布袋進(jìn)行預(yù)噴處理，即對(duì)布袋噴一層熟石灰，此時(shí)，布袋處于過(guò)濾模式。當(dāng)布袋進(jìn)口溫度或內(nèi)部溫度過(guò)低時(shí)，布袋會(huì)自動(dòng)進(jìn)入預(yù)熱系統(tǒng)，此時(shí)，布袋處于旁路模式，煙氣會(huì)經(jīng)旁路出口閥排出。預(yù)熱系統(tǒng)工作時(shí)，待加熱煙氣從煙氣出口閥前端經(jīng)引風(fēng)機(jī)進(jìn)入電加熱器，系統(tǒng)根據(jù)溫度傳感器的具體數(shù)據(jù)選擇溫度控制方案，以達(dá)到布袋恒溫130℃的控制要求。加熱后煙氣經(jīng)預(yù)加熱出口閥進(jìn)入布袋。當(dāng)煙氣壓差過(guò)大時(shí)，布袋進(jìn)入布袋清灰系統(tǒng)，此時(shí)布袋處于旁路模式。布袋清灰系統(tǒng)工作時(shí)，壓縮空氣有壓縮空氣進(jìn)口閥進(jìn)入，打開(kāi)8個(gè)單元脈沖閥允許，接著每8個(gè)一組的16組單元脈沖閥開(kāi)始工作，每一組單元脈沖閥配合壓縮空氣對(duì)布袋進(jìn)行噴吹振打，將附著在布袋上的過(guò)多灰塵吹落，16組單元脈沖閥依次循環(huán)一遍完成布袋清灰過(guò)程。當(dāng)料斗料位高時(shí)，布袋進(jìn)入料斗清灰系統(tǒng)，此時(shí)，布袋處于過(guò)濾模式。料斗清灰系統(tǒng)工作時(shí)，料斗中的灰塵經(jīng)星型閥、布袋刮板機(jī)、換向閥、公用刮板機(jī)和斗升機(jī)排出。

3 布袋除塵控制系統(tǒng)的工作原理

3.1 系統(tǒng)總體框圖

布袋除塵控制系統(tǒng)的電氣控制系統(tǒng)總框圖如圖3.1所示，其中PLC為核心控制器，通過(guò)檢測(cè)各類(lèi)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(guān)設(shè)備的調(diào)試、運(yùn)行和故障排除。

3.2 布袋除塵除塵控制系統(tǒng)的工作過(guò)程

在打開(kāi)電源后，系統(tǒng)要選擇工作模式，包括遠(yuǎn)程模式和就地模式、手動(dòng)模式和自動(dòng)模式。當(dāng)選擇遠(yuǎn)程模式后，只能在上位機(jī)顯示面板上控制；當(dāng)選擇就地模式后，可以在現(xiàn)場(chǎng)PLC上進(jìn)行控制；在選擇手動(dòng)模式后，各類(lèi)操作要通過(guò)手動(dòng)完成；選擇自動(dòng)模式后系統(tǒng)會(huì)根據(jù)各類(lèi)傳感器的信號(hào)進(jìn)行閉環(huán)控制（見(jiàn)圖4.1）。

4 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本次設(shè)計(jì)采用采用STEP7作為編程軟件。

4.1 總體程序結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

初始化程序?yàn)閷?duì)一些參數(shù)進(jìn)行設(shè)置；主程序主要包括模式選擇和程序的主要過(guò)程過(guò)濾模式和旁路模式；功能子程序?yàn)楫?dāng)布袋不能正常工作時(shí)要處理的特殊情況，如預(yù)加熱、預(yù)噴等。

圖4.1 布袋清灰流程圖

圖5.1 布袋清灰組態(tài)圖

4.1.1 主程序設(shè)計(jì)

主程序包括了三個(gè)主要功能：一是在過(guò)濾模式啟動(dòng)前選擇整個(gè)程序的模式；二是完成整個(gè)過(guò)濾過(guò)程，就是處于過(guò)濾模式；三是當(dāng)過(guò)濾的必要條件沒(méi)有達(dá)到時(shí)及時(shí)退出過(guò)濾模式進(jìn)入旁路模式。初始化程序是對(duì)設(shè)定值參數(shù)進(jìn)行輸入存儲(chǔ)。用以接下來(lái)在主程序或功能子程序中使用。

4.1.2 功能子程序設(shè)計(jì)

功能子程序包括預(yù)噴系統(tǒng)程序、預(yù)熱系統(tǒng)程序、布袋清灰系統(tǒng)程序和料斗清灰系統(tǒng)程序。預(yù)噴系統(tǒng)是保護(hù)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(yù)熱系統(tǒng)的作用是對(duì)進(jìn)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(tǒng)的主要作用是當(dāng)布袋壓差過(guò)大時(shí)對(duì)布袋上的灰塵進(jìn)行清除，使壓差減小，從而使布袋恢復(fù)正常工作。其工藝流程圖4.1所示。

5 調(diào)試和運(yùn)行結(jié)果

在布袋除塵控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)完成后，開(kāi)始進(jìn)行程序的運(yùn)行和調(diào)試，主要包括上位機(jī)WINCC系統(tǒng)調(diào)試、下位機(jī)PLC系統(tǒng)調(diào)試和整體調(diào)試，其組態(tài)圖如圖5.1所示。

當(dāng)八個(gè)布袋的任一料斗中的料位高開(kāi)關(guān)打開(kāi)后，那么系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)判斷進(jìn)入料斗清灰系統(tǒng)。系統(tǒng)會(huì)依次打開(kāi)斗升機(jī)、公用刮板機(jī)、換向閥、星型閥、布袋刮板機(jī)，最后系統(tǒng)會(huì)根據(jù)是哪個(gè)料位開(kāi)關(guān)打開(kāi)來(lái)判斷打開(kāi)哪個(gè)料斗的料斗振打器。當(dāng)該料斗高位開(kāi)關(guān)關(guān)閉后，系統(tǒng)會(huì)依次關(guān)閉料斗振打器、布袋刮板機(jī)、星型閥、換向閥、公用刮板機(jī)和斗升機(jī)。

6 結(jié)論

本文闡述了布袋除塵的工藝流程、控制系統(tǒng)總體方案以及具體的軟硬件的實(shí)現(xiàn)。 實(shí)現(xiàn)了布袋除塵控制系統(tǒng)的過(guò)濾模式和旁路模式。系統(tǒng)可以根據(jù)傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行過(guò)濾模式和旁路模式之間的切換。 實(shí)現(xiàn)了布袋除塵控制系統(tǒng)的料斗預(yù)噴系統(tǒng)，系統(tǒng)可以根據(jù)各個(gè)傳感器的情況啟動(dòng)，就地操作完成預(yù)噴。

[1]唐敬麟,張祿.除塵裝置系統(tǒng)及設(shè)備選用手冊(cè)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社 2004,1.

[2]王純,張殿.印除塵設(shè)備手冊(cè)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2009,9.

[3]韓國(guó)軍.城市生活垃圾焚燒的環(huán)境保護(hù)可行性研究[M].東北師范大學(xué)碩士學(xué)位論文,2006,5.

[4]張益,趙由才.生活垃圾焚燒技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2000,8.

[5]廖常初.S7-300/400 PLC應(yīng)用技術(shù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社(第2版),2008.