基于S7-300 PLC布袋除尘装置控制系统设计

西南石油大学电气信息学院 徐一森

西南石油大学机电工程学院 陈 宝

中国航油集团贵州石油有限公司 张 欢

基于S7-300 PLC布袋除尘装置控制系统设计

西南石油大学电气信息学院 徐一森

西南石油大学机电工程学院 陈 宝

中国航油集团贵州石油有限公司 张 欢

本文介绍了布除尘装置的基本工艺和流程，并设计了一套基于西门子S7-300PLC的布袋除尘装置下位机控制系统。简要介绍了布袋除尘装置的基本工艺和流程，可编程控制器PLC和相关传感器的选型，系统硬件的基本配置，再根据相关工艺设计主程序和相关子程序，并进行了上机调试和仿真。

布袋除尘；系统设计；PLC；仿真

1 引言

随着我国经济发展和人民生活水平的不断提高，生活垃圾大量产生。许多国家根据其自身的经济技术发展水平、自然条件、垃圾特性及环保政策采用了不同的垃圾处理方法。上世纪90年代，美国已有180多家垃圾发电厂，德国有50多家垃圾发电厂，日本已建有149家垃圾发电厂，日本、瑞士、丹麦以及荷兰等国有50%～80%的垃圾作焚烧处理。

我国于1985年由深圳市市政环卫综合处理厂首先应用垃圾焚烧发电技术，该厂引进2台日处理能力为150t/台的三菱重工马丁式焚烧炉，成为我国第一座现代化垃圾焚烧电厂。该焚烧系统可以处理深圳50%的垃圾，1t垃圾可发电50kW·h。1998年8月浙江杭州天子岭垃圾填埋场填埋气发电厂建成并投产，成为我国首座示范性垃圾填埋气发电厂。根据垃圾填埋量及填埋气体的产生量预测，投产后气体产生量为30000m3/d时，可发电约2.0MW。截止2010年，我国已经建成投用的有140家垃圾发电厂，在立项的垃圾焚烧厂总数超过了400家。

我国的城市生活垃圾储存量已达60多亿吨，侵占土地面积已超过5亿平方米，并且以每年8～10%的速度增长，垃圾焚烧发电技术可以有效地减少对环境的破坏，保护环境，而布袋除尘技术是其中对垃圾焚烧后产生有害气体进行净化的关键一步，研究科学高效的布袋除尘技术具有十分重要的意义。布袋除尘器是一种高效除尘设备，目前广泛应于各工业部门，尤其用在垃圾焚烧发电行业。近年来，随着国民经济的发展以及愈来愈严格的环境保护要求，布袋除尘器的应用就更加广泛。设计整个除尘系统的自动化控制也变得更加重要，不仅对于控制污染、保护环境有重要作用，而且对于提高设备处理含尘气体的能力，降低人工劳动作业，增加系统的可靠性，也具有重要的经济意义。

2 布袋除尘装置控制系统总体介绍

布袋除尘工艺采用脉冲（反吹）袋式除尘器工艺，控制系统形式采用PLC系统。其工艺简图如图2.1所示：

图2.1 布袋除尘工艺简图

待处理的有害烟气左侧进入布袋除尘系统，当两位三通阀通电时，上路打开，下路关闭，即布袋除尘系统处于过滤模式，此时旁路出口阀关闭，烟气经布袋除尘后由烟气出口阀排出，去往引风机。一般在布袋第一次工作时，为了保护布袋，会对布袋进行预喷处理，即对布袋喷一层熟石灰，此时，布袋处于过滤模式。当布袋进口温度或内部温度过低时，布袋会自动进入预热系统，此时，布袋处于旁路模式，烟气会经旁路出口阀排出。预热系统工作时，待加热烟气从烟气出口阀前端经引风机进入电加热器，系统根据温度传感器的具体数据选择温度控制方案，以达到布袋恒温130℃的控制要求。加热后烟气经预加热出口阀进入布袋。当烟气压差过大时，布袋进入布袋清灰系统，此时布袋处于旁路模式。布袋清灰系统工作时，压缩空气有压缩空气进口阀进入，打开8个单元脉冲阀允许，接着每8个一组的16组单元脉冲阀开始工作，每一组单元脉冲阀配合压缩空气对布袋进行喷吹振打，将附着在布袋上的过多灰尘吹落，16组单元脉冲阀依次循环一遍完成布袋清灰过程。当料斗料位高时，布袋进入料斗清灰系统，此时，布袋处于过滤模式。料斗清灰系统工作时，料斗中的灰尘经星型阀、布袋刮板机、换向阀、公用刮板机和斗升机排出。

3 布袋除尘控制系统的工作原理

3.1 系统总体框图

布袋除尘控制系统的电气控制系统总框图如图3.1所示，其中PLC为核心控制器，通过检测各类传感器的输入和工程师在操作面板各种按钮的输入完成相关设备的调试、运行和故障排除。

3.2 布袋除尘除尘控制系统的工作过程

在打开电源后，系统要选择工作模式，包括远程模式和就地模式、手动模式和自动模式。当选择远程模式后，只能在上位机显示面板上控制；当选择就地模式后，可以在现场PLC上进行控制；在选择手动模式后，各类操作要通过手动完成；选择自动模式后系统会根据各类传感器的信号进行闭环控制（见图4.1）。

4 软件系统设计

本次设计采用采用STEP7作为编程软件。

4.1 总体程序结构设计

初始化程序为对一些参数进行设置；主程序主要包括模式选择和程序的主要过程过滤模式和旁路模式；功能子程序为当布袋不能正常工作时要处理的特殊情况，如预加热、预喷等。

图4.1 布袋清灰流程图

图5.1 布袋清灰组态图

4.1.1 主程序设计

主程序包括了三个主要功能：一是在过滤模式启动前选择整个程序的模式；二是完成整个过滤过程，就是处于过滤模式；三是当过滤的必要条件没有达到时及时退出过滤模式进入旁路模式。初始化程序是对设定值参数进行输入存储。用以接下来在主程序或功能子程序中使用。

4.1.2 功能子程序设计

功能子程序包括预喷系统程序、预热系统程序、布袋清灰系统程序和料斗清灰系统程序。预喷系统是保护布袋，提高布袋寿命的程序，一般在除尘器使用之前喷上一层熟石灰。预热系统的作用是对进入布袋的待处理气体加热从而增加布袋的附着能力，提高了布袋的除尘效率。布袋清灰系统的主要作用是当布袋压差过大时对布袋上的灰尘进行清除，使压差减小，从而使布袋恢复正常工作。其工艺流程图4.1所示。

5 调试和运行结果

在布袋除尘控制系统的设计完成后，开始进行程序的运行和调试，主要包括上位机WINCC系统调试、下位机PLC系统调试和整体调试，其组态图如图5.1所示。

当八个布袋的任一料斗中的料位高开关打开后，那么系统会自动判断进入料斗清灰系统。系统会依次打开斗升机、公用刮板机、换向阀、星型阀、布袋刮板机，最后系统会根据是哪个料位开关打开来判断打开哪个料斗的料斗振打器。当该料斗高位开关关闭后，系统会依次关闭料斗振打器、布袋刮板机、星型阀、换向阀、公用刮板机和斗升机。

6 结论

本文阐述了布袋除尘的工艺流程、控制系统总体方案以及具体的软硬件的实现。 实现了布袋除尘控制系统的过滤模式和旁路模式。系统可以根据传感器的数据进行过滤模式和旁路模式之间的切换。 实现了布袋除尘控制系统的料斗预喷系统，系统可以根据各个传感器的情况启动，就地操作完成预喷。

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