布袋除塵器聯(lián)網(wǎng)在線監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計分析

（福建省福能華廈能源設(shè)計研究院有限公司 福建福州 350001）

近年我國環(huán)境生態(tài)治理步伐加快，對工業(yè)生產(chǎn)的環(huán)保排放治理尤為重視。企業(yè)對環(huán)境保護(hù)重視程度大大提高，但還存在著重硬件、重裝備、輕管理、輕監(jiān)測等問題。本文就工業(yè)企業(yè)如何提高環(huán)境治理水平、建立工業(yè)生產(chǎn)線布袋除塵器聯(lián)網(wǎng)在線監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計和分析探討。

在生態(tài)治理和可持續(xù)發(fā)展的今天，當(dāng)下企業(yè)都以清潔生產(chǎn)作為發(fā)展趨勢。生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的粉塵，不僅會造成環(huán)境污染，還會加速設(shè)備老化磨損、降低車間的可見度、影響企業(yè)員工的身體健康，因此企業(yè)對除塵技術(shù)的運用已十分普及，除塵器在各行業(yè)的應(yīng)用十分廣泛。使用除塵器只是向環(huán)保邁出的第一步，如何用好、管好除塵器，更是關(guān)鍵。

1 布袋除塵器現(xiàn)狀和特點

在水泥、火電、建材等行業(yè)生產(chǎn)線上，分布著各種類型、大小各異的布袋除塵器。這些除塵器在生產(chǎn)過程中，可分為主要生產(chǎn)設(shè)備以及輔助生產(chǎn)設(shè)備。作為主要設(shè)備的除塵器，目前基本配備了完善的監(jiān)控系統(tǒng)。作為輔助生產(chǎn)設(shè)備的布袋除塵器，因為多種因素制約，當(dāng)前主要由人工巡檢的方式進(jìn)行定期檢查，這種方式存在以下問題：①設(shè)備問題難發(fā)現(xiàn)、處理不及時，②人工巡檢可能造成安全隱患，③偏遠(yuǎn)位置的除塵器難以定期巡檢，④運維成本較高。

這些問題導(dǎo)致除塵器使用效率不高、管理不善、排放不達(dá)標(biāo)，很大程度上影響了環(huán)境治理成效。為此，加快智能化建設(shè)，針對布袋除塵器設(shè)備管理，建立新型的在線監(jiān)測系統(tǒng)。通過設(shè)備狀態(tài)聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測，提升企業(yè)環(huán)境治理科學(xué)化水平十分必要。該監(jiān)測系統(tǒng)可大幅縮減巡檢人員，提高除塵器的運行穩(wěn)定性，實現(xiàn)綠色生產(chǎn)。從經(jīng)濟(jì)角度來看，該監(jiān)測系統(tǒng)為一次性投入，可縮減人工成本，同時提高企業(yè)污染排放的監(jiān)測能力、防御能力、應(yīng)急能力。

生產(chǎn)線上的揚塵點可能在任意位置出現(xiàn)，因此除塵器布局比較分散、數(shù)量比較大。大型的生產(chǎn)線除塵器間距可能超過100m。部分除塵器在生產(chǎn)線上的作用不僅是降低粉塵排放，在一些關(guān)鍵工況下可以起到維持生產(chǎn)的重要作用。如水泥廠的包裝機(jī)除塵器，除塵器故障導(dǎo)致的揚塵可能使工作人員無法連續(xù)生產(chǎn)；破碎制砂車間的除塵器，除塵器故障可能導(dǎo)致細(xì)粉分離出現(xiàn)問題，影響產(chǎn)品質(zhì)量。

2 布袋除塵器監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

影響布袋除塵器運行指標(biāo)的內(nèi)容很多，完整的布袋除塵器在線監(jiān)測系統(tǒng)如圖1所示。

普通工況下布袋除塵器僅需要監(jiān)測壓差信號以及除塵風(fēng)機(jī)、卸料電機(jī)運行信號。壓差信號過高，說明布袋清灰系統(tǒng)有問題，系統(tǒng)報清灰（布袋堵塞）故障；壓差信號過低，則可能是布袋已經(jīng)破損，或是風(fēng)機(jī)不運轉(zhuǎn)，系統(tǒng)報布袋破損故障。壓差高位臨界值根據(jù)工況可設(shè)為1000-1500Pa，低位設(shè)置100Pa，信號由壓差變送器檢測。風(fēng)機(jī)運行信號不需要另外設(shè)置檢測設(shè)備，僅需接入電氣控制回路熱繼電器及接觸器信號即可，對于遠(yuǎn)程驅(qū)動無風(fēng)機(jī)運行反饋信號的設(shè)備，系統(tǒng)報風(fēng)機(jī)故障。

圖1 布袋除塵器監(jiān)測示意

對于特殊工況下的布袋除塵器，應(yīng)根據(jù)實際需求選擇監(jiān)測內(nèi)容。在含塵氣體潮濕、溫度高的工況下，使用溫度、濕度傳感器對粉塵的溫濕度進(jìn)行監(jiān)測。對于處理含塵氣體濃度較高的布袋除塵器，可設(shè)置料位計監(jiān)測灰斗料位高度，以減小灰斗爆倉的危險。壓縮空氣壓力由壓力變送器檢測，設(shè)置正常值為0.35～0.55MPa。出風(fēng)口排放濃度值由粉塵檢測儀監(jiān)測。粉塵濃度正常值應(yīng)小于10mg/m3，若檢測值在10～50mg/m3，系統(tǒng)報布袋老化/破損故障；若檢測值大于50mg/m3，系統(tǒng)報布袋破損故障。

3 監(jiān)測系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)集成

根據(jù)布袋除塵器數(shù)量大、種類多、分布廣的特點，設(shè)計完整的聯(lián)網(wǎng)集成在線監(jiān)測系統(tǒng)，必須考慮現(xiàn)場的布線、監(jiān)測數(shù)據(jù)處理、投資成本等眾多因素。

為了減少不必要的浪費，降低整個系統(tǒng)的電氣冗余負(fù)擔(dān)，應(yīng)將整條生產(chǎn)線的每個除塵器以設(shè)備位置分區(qū)。設(shè)置多個小型監(jiān)測站，每個監(jiān)測站為5～10個除塵器提供數(shù)據(jù)監(jiān)測匯總、歷史數(shù)據(jù)查詢等服務(wù)，并用現(xiàn)場總線的方式統(tǒng)一上傳至總控室上位機(jī)。在部分除塵器距離較遠(yuǎn)、電纜布線投資成本過高的情況下，可考慮使用無線網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)。監(jiān)測站的核心可以由RTU（遠(yuǎn)程終端單元）、DTU（數(shù)據(jù)傳輸單元）和PLC（可編程控制器CPU）等組成。對于已經(jīng)使用PLC等可編程智能設(shè)備作為控制器的除塵器，在已有設(shè)備PLC能滿足要求的情況下，可以直接利用原有PLC建立獨立的監(jiān)測站，降低系統(tǒng)投資。監(jiān)測站與上位機(jī)的集成網(wǎng)絡(luò)詳見圖2。

監(jiān)測站的配置由除塵器數(shù)量、除塵器測量內(nèi)容決定。典型小型監(jiān)測站由小型PLC主機(jī)、I/O模塊以及人機(jī)交互觸摸屏組成。監(jiān)測站收集每臺除塵器的數(shù)據(jù)，并向總控室發(fā)出對應(yīng)編碼，編碼內(nèi)容包括除塵器編號、是否故障、故障內(nèi)容、流量、溫濕度等其他信息等。監(jiān)測站、除塵器和總控室間的聯(lián)網(wǎng)，可以匯總所有監(jiān)測數(shù)據(jù)，優(yōu)化除塵器運行水平，提升整條生產(chǎn)線的環(huán)保排放控制水平。

（1）監(jiān)測站實例.舉例小型監(jiān)測站，負(fù)責(zé)對2臺布袋除塵器在線監(jiān)測、收集數(shù)據(jù)并向上位機(jī)發(fā)送必要的信息。PLC型號選用歐姆龍CP1E。HMI人機(jī)交互設(shè)備選用國產(chǎn)品牌觸摸屏。參見圖3。

根據(jù)現(xiàn)場工況，2臺除塵器監(jiān)測的開關(guān)量內(nèi)容包括凈氣室內(nèi)外壓差高低位、溫度高位、濕度高位、壓縮空氣低位、風(fēng)機(jī)及卸料電機(jī)運行反饋。模擬量包括除塵器的排放濃度、溫度。所有監(jiān)測的數(shù)據(jù)都傳入PLC指定的儲存位置。監(jiān)測返回的開關(guān)量數(shù)據(jù)以1和0分別代表對應(yīng)內(nèi)容的“是”與“否”。模擬量儲存值設(shè)置為實際監(jiān)測值。模擬量和開關(guān)量設(shè)置表見表1、表2。

表1 1號除塵器PLC模擬量設(shè)置表

圖2 監(jiān)測站與上位機(jī)的集成網(wǎng)絡(luò)

安裝在除塵器上的各個監(jiān)測變送器預(yù)設(shè)故障觸發(fā)值，并將是否故障的開關(guān)量輸入至監(jiān)控站PLC。對于有必要精準(zhǔn)記錄數(shù)值的檢測內(nèi)容（排放濃度、溫濕度等），另外鋪設(shè)抗干擾電纜傳輸模擬量數(shù)據(jù)至PLC模擬量輸入模塊。PLC使用RS232總線連接HMI人機(jī)交互觸摸屏。通過觸摸屏操作人員可現(xiàn)場查詢故障信息、歷史數(shù)據(jù)等。PLC對應(yīng)每臺除塵器輸出一個故障開關(guān)量和一個模擬量，向主控室上位機(jī)系統(tǒng)報告是否故障、何種故障詳見表3。PLC與主控室上位機(jī)通過RS485總線連接，上位機(jī)PC通過讀取監(jiān)測站PLC的數(shù)據(jù)，可以得知所有在線監(jiān)測的設(shè)備運行情況。上位機(jī)也對所有讀取數(shù)據(jù)進(jìn)行保存并錄入數(shù)據(jù)庫。

圖3 監(jiān)測站內(nèi)部PLC以及擴(kuò)展模塊接線

表2 1號除塵器PLC開關(guān)量設(shè)置表

表3 1號除塵器故障編碼表

（2）數(shù)據(jù)分析。對于監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析以及智能聯(lián)想操作，可以優(yōu)化系統(tǒng)內(nèi)每一臺除塵器，保證設(shè)備運行穩(wěn)定，問題反饋更及時。數(shù)據(jù)分析的內(nèi)容可根據(jù)現(xiàn)場工況的不同而調(diào)整，并可以隨時修改。詳見圖4。

以布袋除塵器的數(shù)據(jù)分析為例，當(dāng)某設(shè)備更換濾袋后從總控室輸入相應(yīng)信息，系統(tǒng)會在預(yù)設(shè)的時間提醒定期進(jìn)行下一次更換濾袋作業(yè)；濾袋破損時，系統(tǒng)自動記錄下此批濾袋的使用壽命，并上傳至總控室對信息給予反饋。企業(yè)可根據(jù)不同除塵器上不同配件的損耗情況，考慮是否需要對除塵器工藝布置、濾袋材質(zhì)進(jìn)行調(diào)整，是否需要增加、減少除塵設(shè)備等操作。

圖4 數(shù)據(jù)分析示意

4 總結(jié)

本文提出了布袋除塵器智能聯(lián)網(wǎng)在線監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計運用思路，以布袋除塵器作為監(jiān)測模型進(jìn)行分析。討論了布袋除塵器監(jiān)測的內(nèi)容與方式，以監(jiān)測站為單元，對監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)集成，并通過算法對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，延伸出智能管理、風(fēng)險預(yù)警、施工管理等功能功能，提升除塵器運行水平，促進(jìn)清潔生產(chǎn)。