基于PLC通用型電磁振打控制系統(tǒng)的開發(fā)

王真楨

電磁振打控制系統(tǒng)一直以來(lái)采用西門子S7-200系列小型 PLC與電磁振打綜合板配合使用，不能滿足于中大型PLC的應(yīng)用要求，本文介紹了一種新型的通用型電磁振打控制系統(tǒng)，它以CPLD（可編程邏輯器件）為控制核心，改變以往以頻率來(lái)傳送振打器的相控導(dǎo)通角和振打高度的方式，轉(zhuǎn)用模擬量0～10v和4～20mA信號(hào)來(lái)與PLC進(jìn)行連接，從而實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)與中大型PLC配合使用的可能。同時(shí)增加了備板控制功能，使得系統(tǒng)可以脫離PLC獨(dú)立運(yùn)行。該系統(tǒng)具有可靠性高，靈活性好，適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)，更能滿足用戶的需求。

【關(guān)鍵詞】PLC 電磁振打綜合板 CPLD 電除塵器 通用

1 背景分析

電除塵器的振打清灰控制中，主要分為以歐洲技術(shù)為代表的側(cè)向電機(jī)振打和以美國(guó)技術(shù)為代表的頂部電磁振打。頂部的電磁振打，因其振打器位于頂部檢修方便，且將除塵器分為小區(qū)振打，振打強(qiáng)度、頻率、順序可調(diào)，并能有效避免二次揚(yáng)塵，所以倍受廣大用戶的青睞，得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。電除塵器的收塵效率很大程度上取決于振打系統(tǒng)運(yùn)行的好壞，而PLC作為一種可編程的邏輯控制器，它具有編程方便、工作穩(wěn)定、抗干擾能力強(qiáng)和可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，將它運(yùn)用到頂部電磁振打控制系統(tǒng)中，不僅能夠使系統(tǒng)運(yùn)行可靠，還能大大提高電除塵器的收塵效率。但由于接口問(wèn)題，早前開發(fā)的電磁振打綜合板只能與西門子S7-200系列小型PLC配合使用，無(wú)法與其他PLC進(jìn)行連接。為了滿足電除塵器在中大型PLC上的市場(chǎng)應(yīng)用需求，亟待開發(fā)出適合各種品牌PLC的電磁振打綜合板以及相應(yīng)的PLC程序庫(kù)和相應(yīng)的IPC通訊協(xié)議和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

2 通用型電磁振打控制系統(tǒng)的組成和原理

通用型電磁振打控制系統(tǒng)主要由電源板、電磁振打綜合板、相控板、行列選板和PLC組成。新型振打綜合板改變?cè)信cPLC以頻率來(lái)傳送振打器的相控導(dǎo)通角和振打高度的方式，而采用模擬量0～10V來(lái)表示振打器的相控導(dǎo)通角，采用4～20mA電流信號(hào)代表實(shí)時(shí)振打器的高度，解決了與中大型PLC傳送的接口問(wèn)題，同時(shí)具備備板控制功能，能夠脫離PLC自動(dòng)運(yùn)行。振打系統(tǒng)框圖如圖1所示。

電磁振打器采用矩陣連接方式，每個(gè)電磁振打器跨接在行線和列線之間，由行列選開關(guān)的通斷來(lái)決定哪個(gè)電磁振打器的工作，并經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的同步措施控制相控板、行選板、列選板的可控硅觸發(fā)信號(hào)，保證任一時(shí)刻只有一個(gè)電磁振打器動(dòng)作。電磁振打器的物理分布和行列位置由PLC軟件設(shè)置，最大可以控制256個(gè)振打器，最多分成32組。每組振打器共用一個(gè)振打周期和相控導(dǎo)通角，每組振打器分別計(jì)時(shí)，時(shí)間到則進(jìn)入隊(duì)列，準(zhǔn)備振打。當(dāng)隊(duì)列中不為空時(shí)，則取出振打組號(hào)，按照每組的相控導(dǎo)通角順序振打，若該組有斷電振打關(guān)聯(lián)，則進(jìn)行關(guān)聯(lián)計(jì)數(shù)，關(guān)聯(lián)次數(shù)到則輸出斷電振打信號(hào)。

3 功能的實(shí)現(xiàn)

3.1 行、列選信號(hào)的產(chǎn)生

由PLC輸出4×4的行列編碼信號(hào)到電磁振打綜合板后，通過(guò)521-4進(jìn)行光電隔離，再送給CPLD（可編程邏輯器件），CPLD 器件根據(jù)振打同步信號(hào)、過(guò)零信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)80毫秒，同時(shí)送出相應(yīng)的行列編碼信號(hào)，經(jīng)CD4067（4-16譯碼器）轉(zhuǎn)換成各自的行列選信號(hào)，控制行列選開關(guān)，對(duì)應(yīng)最多256個(gè)振打器的工作，且同一時(shí)刻只有一個(gè)振打器工作。

3.2 振打高度的控制

PLC正常且電磁振打綜合板在自動(dòng)模式時(shí)，由PLC將人機(jī)界面設(shè)定下的相控導(dǎo)通角轉(zhuǎn)化為0～10v，并輸出給電磁振打綜合板，移相電路將過(guò)零方波轉(zhuǎn)換為鋸齒波，并與對(duì)應(yīng)相控導(dǎo)通角的電壓值進(jìn)行比較，產(chǎn)生正負(fù)半周的移相方波，輸入給CPLD進(jìn)一步處理，與80ms的方波進(jìn)行整合，形成相控信號(hào)輸出給相控板。PLC故障時(shí)或電磁振打綜合板在手動(dòng)模式時(shí)，由模擬電位器給定電壓信號(hào)，調(diào)整輸出的相控信號(hào)。

3.3 振打高度的顯示

電磁振打系統(tǒng)中振打器工作過(guò)程時(shí)，回路中產(chǎn)生的電流信號(hào)通過(guò)科海模塊（霍爾變送器）將實(shí)際回路中的大電流轉(zhuǎn)化為可供芯片處理的小電壓，再通過(guò)相應(yīng)的電路進(jìn)行V/I轉(zhuǎn)換，最后將與電磁振打線圈電流大小成線性關(guān)系的4～20mA信號(hào)送給PLC，由PLC進(jìn)行積分或查表處理，顯示振打器的高度。

3.4 故障的檢測(cè)和保護(hù)電路

電磁振打系統(tǒng)主要存在兩種故障模式：過(guò)電壓和過(guò)電流。

3.4.1 過(guò)壓保護(hù)

對(duì)電網(wǎng)電壓自動(dòng)進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)高于正常電網(wǎng)電壓10%時(shí)輸出過(guò)壓1信號(hào)送給PLC，相控導(dǎo)通角自動(dòng)減去3°；當(dāng)高于正常電網(wǎng)電壓20%時(shí)輸出過(guò)壓2信號(hào)送給PLC，相控導(dǎo)通角自動(dòng)減去5°。其中10%和20%可以通過(guò)電位器來(lái)調(diào)節(jié)。

3.4.2 過(guò)流保護(hù)

為防止輸出回路因過(guò)流而造成設(shè)備損壞，一旦檢測(cè)到過(guò)流輸入口有上升沿，先立即停止相控輸出及振打使能輸出，同時(shí)PLC記錄該振打器為過(guò)流。當(dāng)連續(xù)兩次檢測(cè)到該振打器過(guò)流時(shí)，外部電路發(fā)生短路，則在下一次工作時(shí)跳過(guò)該振打器，只有振打模式切換或電源重啟動(dòng)才能將該振打器重新投入運(yùn)行。

3.5 冗余熱備功能的實(shí)現(xiàn)（如圖2）

電磁振打綜合板設(shè)有一個(gè)撥碼開關(guān)SW1-1作為自動(dòng)與手動(dòng)功能的切換。 PLC與電磁振打綜合板之間設(shè)計(jì)熱備聯(lián)絡(luò)線，當(dāng)SW1-1打到自動(dòng)，且聯(lián)絡(luò)線信號(hào)為1時(shí)，程序按照自動(dòng)程序運(yùn)行；若聯(lián)絡(luò)線信號(hào)為0或是PLC出現(xiàn)故障，程序則按照手動(dòng)程序運(yùn)行。電磁振打綜合板依據(jù)CPLD中預(yù)先寫好的程序，按照矩陣方式依次振打，高度通過(guò)電位器進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)整，待PLC恢復(fù)正常后再由PLC接管控制，電磁振打綜合板又進(jìn)入PLC控制的狀態(tài)。

4 結(jié)束語(yǔ)

PLC在工業(yè)過(guò)程自動(dòng)控制中，其優(yōu)越性能是有目共睹的，通用型電磁振打控制系統(tǒng)解決了限制其在電除塵器設(shè)備中推廣使用的問(wèn)題，現(xiàn)已在部分電廠的電除塵器設(shè)備上投入運(yùn)行。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)證明，該控制系統(tǒng)運(yùn)行可靠、故障率低、通用性強(qiáng)、使用簡(jiǎn)單、維護(hù)方便。

參考文獻(xiàn)

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作者單位

福建省特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院龍巖分院 福建省龍巖市 364000