基于西门子PLC控制器的除尘系统设计

【前言】基于西门子PLC控制器的除尘系统设计由文秘帮小编整理而成，但愿对你的学习工作带来帮助。随着可持续发展的提出，人们开始越来越多的关注环境，对环境的要求也越来越高。因此，如何防治大气污染，维护我们的洁净空气成为当前下最为重要的课题。作为发展中国家，如何协调经济发展与环境保护将是我们不得不正视的重要问题，处理得当，才能实现可持续发展。 袋...

摘 要 随着工业发展的进步，工业生产中产生的粉尘对大气的污染越来越严重。世界各国对环境保护提出的要求也越来越严格。本文介绍了除尘控制系统的研究和设计阐述了可编程控制器在除尘控制系统中应用。

关键词 PLC；袋式除尘器；控制系统

中图分类号：TP29 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2013）11-0000-00

1 概述

1.1 研究背景和意义

随着可持续发展的提出，人们开始越来越多的关注环境，对环境的要求也越来越高。因此，如何防治大气污染，维护我们的洁净空气成为当前下最为重要的课题。作为发展中国家，如何协调经济发展与环境保护将是我们不得不正视的重要问题，处理得当，才能实现可持续发展。

袋式除尘技术是目前减少污染源对大气排放颗粒物的高科技技术。作为一门新兴学科，袋式除尘器技术集环保技术、新材料技术、机械加工技术、电力电子技术、计算机控制技术等多方面技术于一体，在近年的环保工程中得到了广泛的应用和巨大的发展。特别是近年计算机、变频器和传感器等技术在除尘控制系统中的应用，使得袋式除尘器广泛应用于各个工业部门中，如今更是抢手的工业好帮手。

1.2 袋式除尘器原理

袋式除尘器也称为过滤式除尘器，是一种干式高效除尘器。一般情况下，布袋除尘器是逐渐磨损的，引起磨损的主要原因是粉尘的磨削力，高温引起的滤料变质以及化学物质的腐蚀，当粉尘的磨削力增强时，布袋底部磨损也随之加重，系统容量的增加引起过滤速度增高也能加速磨损。

1.3 干熄焦袋式除尘地面站说明

装置内容包括设在干熄槽顶盖装焦处管道对接装置、烟气输送管道、脉冲阀式除尘器机组、通风机组、消音器、过滤后尾气排放烟囱以及贮灰外运装置。

干熄焦系统工作时，相应位置的阀门打开，烟气自除尘管吸入，再经预除尘器、脉冲反吹式袋式除尘器净化后，由排风机经烟囱排至大气。贮灰外运装置，也就是刮板输送机将由除尘器收集的粉尘运至粉料仓贮存，最后经加湿器加湿后用汽车外运。

除尘地面站主风机和电机之间配高压变频器，使风机调速运行。即在装焦（干熄炉装焦信号）时风机高速运转，其它时间风机低速运转。

控制系统要求：

根据干熄焦除尘系统的工作原理和现场情况分析的基础上，对电控系统提出如下要求：

除尘系统运转方式分为：中央自动、中央手动、机旁手动3种方式。

中央自动工作方式：由PLC控制程序根据逻辑联锁关系和设定的时序自动控制设备运转、停止。

中央手动工作方式：操作人员在控制室由在HMI画面上手动控制单体设备运转、停止。

机旁手动工作方式：操作人员在机旁由手动控制单体设备运转、停止。

中央自动工作方式为正常生产工作方式。

中央手动工作方式用于系统的调试、维护。

机旁手动工作方式用于设备检修时。

本系统正常生产时全部采用中央自动工作方式，操作界面为HMI画面。操作台上设系统急停按钮，在紧急状态时使用。

2 控制系统硬件方案与设计

1）为满足工艺控制要求，经与业主的沟通，并从经济角度考虑，本项目控制系统采用西门子S7-300系列PLC。

PLC特点：

可靠性高：PLC具有抗干扰能力强的特点，高可靠性是电气控制设备必须具备的关键性能。

配套齐全：今天的PLC已经可以应对市场中从小到大的各种规模的控制系统，形成了不同系列的PLC系列型号，可以根据用户的需求配置不同级别的控制系统，满足用户需求。

易学易用：深受工程技术人员欢迎PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。

系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造，大量的工作以及PLC的控制软件编程均可在PLC订购前进行强制和仿真，程序的设计、修改和调试都十分方便，缩短了控制设计周期，节省了修改成本。输入输出模块的接线相对继电器同样十分简单，使得PLC控制系统接线工作量相对继电器方式简单了很多。

2）PLC系统硬件配置概述。

PLC特性：S7-300系列PLC拥有多种不同档次，不同功能的CPU，可满足对系统性能要求不高的中小系统需求。该系列PLC采用背板式总线内集成的形式，其模块扩展数量最多可达到32个。并且拥有多种网络接口，如MPI接口、工业以太网或PROFIBUS-DP总线接口等，方便用户进行调试以及和其他设备进行连接。

根据实际I/O点数以，PLC系统硬件配置表见下图。

PLC系统软件编程方式：

PLC编程语言是用户用来编写PLC应用程序的工具，即用户根据控制系统的要求，通过PLC编程语言编写程序，实现PLC的控制逻辑功能。只要用户能够掌握某种标准编程语言，就能够使用PLC在控制系统中，实现各种自动化控制功能。

STEP 7编程软件是西门子SIMATIC工业控制软件的重要组成部分。PLC系统的硬件配置和参数设置、各设备间通讯组态、软件的编程测试、系统的运行和诊断等功能均可实现。

3）确定系统设备流程。

设计PLC控制逻辑软件，需要对设备之间的关系进行详细了解。然后要根据需求设计一个自动化解决方案。

除尘系统主要设备间流程图如下。

创建项目并组态硬件：

当组态系统时，就建立了一个设定组态。包括控制系统的所有模块和所有模块的硬件参数的硬件站。PLC系统在组态过程中被装配起来，调试时候，需要把设定好的组态下载到CPU的存储器中。STEP 7也可以从装配好的控制系统的CPU中读出实际的组态和参数。

4）除尘系统程序结构。

STEP 7为客户提供多种编程语言，不过其程序结构一般以下的三种形式。

线性化编程：通常用一个组织块存放所有的程序。线性化编程方式结构与继电器线路方式相似。

模块化编程：即将设备和一些任务的逻辑要求分别写入不同的块中，再由这些块构成我们的控制程序。通过组织块中的指令要求，调用相应的块。

结构化编程：即程序中的指令块，带有用户自定义的参数。程序中执行一般调用时，可以调用这些指令块，并根据实际情况，在调用是对其输入输出地址等参数进行赋值。

①除尘系统软件主体。

本工程设计共有八个除尘仓，每个仓中都有滤袋进行除尘过滤。当某一滤袋室进行清灰时，通过控制装置（定时或差压）控制脉冲阀的启闭，喷吹滤袋，使粉尘落入灰斗，再通过旋转卸灰阀和输灰装置把粉尘运到储灰仓。净化后的气体从滤袋孔隙流过，通过排风口离线阀进入排风管道最后进入大气。

除尘系统采用离线阀、电磁脉冲阀控制清灰，共8个除尘仓体，每个箱体内设12个电磁脉冲阀，一个离线阀。清灰时，先关闭该除尘仓体出口管上的离线阀，由PLC控制仓体内的12个电磁脉冲阀依次打开进行喷吹。每个脉冲阀分别喷吹两次，喷吹时间为0.1S可调，脉冲阀与脉冲阀之间喷吹时间间隔3 S。脉冲阀依次喷吹完毕后，除尘器仓体出口管上的离线阀打开，该仓体重新进入正常的过滤状态。相邻两个仓体喷吹时间间隔为5 S，8个除尘依次喷吹完；生产过程中，由PLC控制各设备之间逻辑关系，以及顺序动作关系。当其中一个除尘仓处于检修或故障状况时，清灰过程可以越过该仓。各设备的动作时间可以根据实际情况在PLC软件中，进行调整。

由离线脉冲阀动作框图，以及除尘仓动作框图分析可得各仓设备基本相同，动作是时间顺序先后进行。根据这种运行要求，采用结构化设计本工程软件可大大减少设软件设计量，提高PLC效率。

因此其除尘仓清灰部分软件设计应采用结构化编程，设计方式见下图。

结构化程序采用自顶向下、逐步求精及模块化的方法进行程序设计，并在编程过程中对类似或相关任务的进行分类，并试图设计出可以对类似或相关的任务通用的程序方案。在STEP 7中可以参数的形式向指令块提交相关信号程序可以反复利用这些模块，相互联系使模块可作为插件或积木在OB1使用，降低程序的复杂性，提高可靠性。程序中通用的数据和代码可以共享。不需要重复这些指令，然后对不同的设备代入不同的地址，可以在一个块中写程序，用程序把参数传给程序块。在程序中，写一个通用模块，使得多设备或过程可以调用此模块。当使用结构化编程方法时，需要管理程序存储和使用数据。

②除尘输灰系统。

首先起动斗式提升机。提升机运转正常后，延时起动切出刮扳机。切出刮扳机运转正常后，延时起动排灰系统。排灰系统运转一段时间后停止，延时起动滤袋清灰系统按时序动作。本系统解决了脉冲阀与离线阀之间的关系，也就解决了本系统的主要控制对象，输灰系统设备数量相对较少，采用时序控制即可。具体方法本文不再赘述。

参考文献

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[3]罗庚兴.基于S7-300PLC的模糊控制器的设计[J].电气自动化，2012.

[4]苏昆哲.深入浅出西门子WinCC V6[M].北京：北京航空航天大学出版社，2004.

[5]刘锴.深入浅出西门子S7-300plc[M].北京：北京航空航天大学出版社，2004.

作者简介

孙兴盛（1980-），男，辽宁鞍山人，职称：工程师，学历：本科，研究方向：电力自动化。