西南石油大學(xué)電氣信息學(xué)院 徐一森

西南石油大學(xué)機電工程學(xué)院 陳 寶

中國航油集團貴州石油有限公司 張 歡

基于S7-300 PLC布袋除塵裝置控制系統(tǒng)設(shè)計

西南石油大學(xué)電氣信息學(xué)院 徐一森

西南石油大學(xué)機電工程學(xué)院 陳 寶

中國航油集團貴州石油有限公司 張 歡

本文介紹了布除塵裝置的基本工藝和流程，并設(shè)計了一套基于西門子S7-300PLC的布袋除塵裝置下位機控制系統(tǒng)。簡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)計主程序和相關(guān)子程序，并進行了上機調(diào)試和仿真。

布袋除塵；系統(tǒng)設(shè)計；PLC；仿真

1 引言

隨著我國經(jīng)濟發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，生活垃圾大量產(chǎn)生。許多國家根據(jù)其自身的經(jīng)濟技術(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，美國已有180多家垃圾發(fā)電廠，德國有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、丹麥以及荷蘭等國有50%～80%的垃圾作焚燒處理。

我國于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2臺日處理能力為150t/臺的三菱重工馬丁式焚燒爐，成為我國第一座現(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填埋氣發(fā)電廠建成并投產(chǎn)，成為我國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，投產(chǎn)后氣體產(chǎn)生量為30000m3/d時，可發(fā)電約2.0MW。截止2010年，我國已經(jīng)建成投用的有140家垃圾發(fā)電廠，在立項的垃圾焚燒廠總數(shù)超過了400家。

我國的城市生活垃圾儲存量已達60多億噸，侵占土地面積已超過5億平方米，并且以每年8～10%的速度增長，垃圾焚燒發(fā)電技術(shù)可以有效地減少對環(huán)境的破壞，保護環(huán)境，而布袋除塵技術(shù)是其中對垃圾焚燒后產(chǎn)生有害氣體進行凈化的關(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，尤其用在垃圾焚燒發(fā)電行業(yè)。近年來，隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展以及愈來愈嚴(yán)格的環(huán)境保護要求，布袋除塵器的應(yīng)用就更加廣泛。設(shè)計整個除塵系統(tǒng)的自動化控制也變得更加重要，不僅對于控制污染、保護環(huán)境有重要作用，而且對于提高設(shè)備處理含塵氣體的能力，降低人工勞動作業(yè)，增加系統(tǒng)的可靠性，也具有重要的經(jīng)濟意義。

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)。其工藝簡圖如圖2.1所示：

圖2.1 布袋除塵工藝簡圖

待處理的有害煙氣左側(cè)進入布袋除塵系統(tǒng)，當(dāng)兩位三通閥通電時，上路打開，下路關(guān)閉，即布袋除塵系統(tǒng)處于過濾模式，此時旁路出口閥關(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。一般在布袋第一次工作時，為了保護布袋，會對布袋進行預(yù)噴處理，即對布袋噴一層熟石灰，此時，布袋處于過濾模式。當(dāng)布袋進口溫度或內(nèi)部溫度過低時，布袋會自動進入預(yù)熱系統(tǒng)，此時，布袋處于旁路模式，煙氣會經(jīng)旁路出口閥排出。預(yù)熱系統(tǒng)工作時，待加熱煙氣從煙氣出口閥前端經(jīng)引風(fēng)機進入電加熱器，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)加熱出口閥進入布袋。當(dāng)煙氣壓差過大時，布袋進入布袋清灰系統(tǒng)，此時布袋處于旁路模式。布袋清灰系統(tǒng)工作時，壓縮空氣有壓縮空氣進口閥進入，打開8個單元脈沖閥允許，接著每8個一組的16組單元脈沖閥開始工作，每一組單元脈沖閥配合壓縮空氣對布袋進行噴吹振打，將附著在布袋上的過多灰塵吹落，16組單元脈沖閥依次循環(huán)一遍完成布袋清灰過程。當(dāng)料斗料位高時，布袋進入料斗清灰系統(tǒng)，此時，布袋處于過濾模式。料斗清灰系統(tǒng)工作時，料斗中的灰塵經(jīng)星型閥、布袋刮板機、換向閥、公用刮板機和斗升機排出。

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，通過檢測各類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、運行和故障排除。

3.2 布袋除塵除塵控制系統(tǒng)的工作過程

在打開電源后，系統(tǒng)要選擇工作模式，包括遠程模式和就地模式、手動模式和自動模式。當(dāng)選擇遠程模式后，只能在上位機顯示面板上控制；當(dāng)選擇就地模式后，可以在現(xiàn)場PLC上進行控制；在選擇手動模式后，各類操作要通過手動完成；選擇自動模式后系統(tǒng)會根據(jù)各類傳感器的信號進行閉環(huán)控制（見圖4.1）。

4 軟件系統(tǒng)設(shè)計

本次設(shè)計采用采用STEP7作為編程軟件。

4.1 總體程序結(jié)構(gòu)設(shè)計

初始化程序為對一些參數(shù)進行設(shè)置；主程序主要包括模式選擇和程序的主要過程過濾模式和旁路模式；功能子程序為當(dāng)布袋不能正常工作時要處理的特殊情況，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

主程序包括了三個主要功能：一是在過濾模式啟動前選擇整個程序的模式；二是完成整個過濾過程，就是處于過濾模式；三是當(dāng)過濾的必要條件沒有達到時及時退出過濾模式進入旁路模式。初始化程序是對設(shè)定值參數(shù)進行輸入存儲。用以接下來在主程序或功能子程序中使用。

4.1.2 功能子程序設(shè)計

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)的作用是對進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)布袋壓差過大時對布袋上的灰塵進行清除，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)試和運行結(jié)果

在布袋除塵控制系統(tǒng)的設(shè)計完成后，開始進行程序的運行和調(diào)試，主要包括上位機WINCC系統(tǒng)調(diào)試、下位機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)八個布袋的任一料斗中的料位高開關(guān)打開后，那么系統(tǒng)會自動判斷進入料斗清灰系統(tǒng)。系統(tǒng)會依次打開斗升機、公用刮板機、換向閥、星型閥、布袋刮板機，最后系統(tǒng)會根據(jù)是哪個料位開關(guān)打開來判斷打開哪個料斗的料斗振打器。當(dāng)該料斗高位開關(guān)關(guān)閉后，系統(tǒng)會依次關(guān)閉料斗振打器、布袋刮板機、星型閥、換向閥、公用刮板機和斗升機。

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現(xiàn)。 實現(xiàn)了布袋除塵控制系統(tǒng)的過濾模式和旁路模式。系統(tǒng)可以根據(jù)傳感器的數(shù)據(jù)進行過濾模式和旁路模式之間的切換。 實現(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)各個傳感器的情況啟動，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[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[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2009,9.

[3]韓國軍.城市生活垃圾焚燒的環(huán)境保護可行性研究[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:機械工業(yè)出版社(第2版),2008.