PLC在除尘控制系统中的研究与应用

贾瑞文 张 炜 陆彬鑫

洁华控股股份有限公司（314418）

0 前言

高炉设备大型化发展，冶炼强度逐渐加大，如果不注重捕捉和净化烟气，将会加剧环境污染。根据相关统计，冶炼1t铁水，会产恒烟尘2.5kg，一氧化碳2kg。出铁厂出铁时，操作区含尘量为10～80mg/m2，辐射强度高，车间环境温度也较高，接近50℃。所以，不注重出铁厂烟尘治理，会加剧环境污染，对人体健康威胁较大[1]。

现阶段，我国将除尘标准降低为10mg/m3，甚至5mg/m3。在烟尘治理中，除尘措施的作用显著，我国投入大量人力与物力，作出一系列研究。然而在实际应用中，维护管理不到位会影响除尘器的性能与功能，还会降低除尘效率，无法达到设计效果。所以，借助挖掘除尘器管理与控制性能，结合现代控制技术、计算机技术，有助于改善设备性能。

1 除尘控制系统设计

1.1 工艺流程描述

当风机功率较大时，除尘控制系统位于吸尘管道一端，连接管道、布袋除尘器。管道内吸入另一端除尘气体之后，利用除尘布袋，能够过滤微小颗粒。对于除尘装置来说，通风能力不足将会降低管道内压力。按照一定周期开启电磁阀，能够加快振动，促使布袋粉尘落至下方，此时可以恢复设备通风能力。在烟道入口位置，烟气吸入至管道内，在净化气体后，利用烟囱排出。粉尘量的持续积累会使除尘器压差加大。当压差达到一定值后，必须对除尘仓内灰尘进行清理[2]。

1.2 控制系统要求

按照上述工艺原理，基于控制系统作用，除尘器有自动、手动模式。在手动模式下，技术人员完成电磁阀动作；在自动模式下，利用程序智能算法有效控制系统。

除尘器系统可确保压差信号、温度信号检测的智能化，对温度、除灰功能进行控制，自动控制、手动控制能力强。模拟量检测与控制能够实现历史数据存储，动态显示实时数据，实现报警与打印功能。上位机可以实现控制功能，设定参数，远程控制等。计算机屏幕上可以动态显示出工艺流程[3]。

1.3 控制系统构成与配置

对于除尘系统来说，系统通过PLC为下位机，对开关量信号、模拟量信号进行处理。将计算机作为上位机，通过组态软件，建立实时操作界面，实现下位机通信。

上位机采用工控机，利用工控组态软件，合理设置参数，实现远程控制，数据存储，动态显示实时数据等。工控组态软件属于集成人机界面系统、监控管理系统，可以为PLC提供驱动软件，确保PLC和上位机联接的便捷性。同时应用STEP7/博图、WinCC，能够缩短工程时间。在STEP7/博图中，定义变量能够直接应用到WinCC中。此外，在WinCC中，C语言校本可以提供数据库接口，添设应用功能，满足用户需求。

2 PLC控制系统实现

传感器采集信号通过下位机（PLC）处理之后，利用上位机、工业以太网方式实现信息交换。按照相应算法，对上位机参数进行调整，同时还要注重信息反馈，将其运输至下位机控制处理器，高效完成控制任务。上位机能够监控整个网络，分析总体数据[4]。在此次研究中，注重分析和研究温度控制、清灰控制、上位机设计、上下位机通信。

2.1 清灰控制

立足于自身需求，设置清灰控制模式，包括自动式和手动式、强制式和压差式。PLC对系统控制方式进行判断，明确系统为压差式或强制式。如果选择强制式，按照强制清灰信号，对清灰必要性进行判断。如果系统应用压差控制方式，如果除灰器压差满足设定值，则表示清灰信号有效。如果为自动化清灰模式，当清灰信号有效后，通过控制系统，可以确保清灰效果。牵扯到反吹、沉降过程，清灰运行时间必须遵循技术工艺要求。在清灰处理中，开启清灰操作除尘仓，确保反吹风阀处于开启状态，将进风阀关闭。将其他仓进风阀开启，关闭反吹风，以免影响除尘效果，保证反吹清灰风压充足。

2.2 温度控制

对于炉窑而言，主要为高温烟气净化系统，温度控制会影响设备安全。烟气进入除尘器后，当温度较高时，会导致滤袋烧毁，缩短滤袋寿命，导致烟气温度比较低，还会出现结露问题，增加清灰难度。当除尘器阻力较高时，会产生恶性循环，致使系统无法运行。烟气温度较低时，会使风机负荷加大，极易导致风机电机超负荷运行，因此必须注重温度控制。温度控制系统能够合理调节电动蝶阀开度、混风量，注重风量控制，确保温度调节效果。当温度高于200℃，则开启电动蝶阀。按照进口温度值，对冷风阀开度进行调节。如果温度比较高，则应当加大阀门开度。当温度比较低时，则应当减小阀门开度（如图1所示）。给定值就是需要达到的温度的值，电动调节阀通过PID控制器来动作，通过外界冷风的干扰，来控制温度的高低，最后通过温度传感器来显示当前的温度与设定温度对比[5]。

图1 PID控制逻辑图

按照被控对象模型，调用了S7-300中FB41的PID调节模块其中一部分，这其中设置了三个值:一个是设定值，就是逻辑图中的给定值；一个是温度的平均值，就是温度传感器的反馈值；一个是冷风阀开度给定，就是通过调节阀来掺冷风。S7-300中FB41的PID调节模块的其中一部分，通过比例单元、积分单元、微分单元来组成来PID控制器，通过这个控制器来调节电动调节阀。控制参数会影响控制性能，除尘系统属于复杂激振系统，无现有数学模型参考。在此次控制系统中，利用计算机仿真寻优，科学计算参数范围。在运行过程中，通过现场调节法，确保参数最佳化。

计算机仿真寻优，合理设置激励电流阶跃信号，进口温度设定为S形上升曲线，利用惯性加时滞模型，详细描述系统。在额定范围内，电流平均值与进口温度为正比关系，按照除尘系统阶跃响应，对系统时间常数进行估算。由于系统模型为估算模型，因此实测估算参数的误差大，需要通过现场整定方式，明确参数最佳值。

现场整定是将三个参数增设在控制面板上，对数字按钮进行调节。通过PLC系统的输入、输出接口，对BCD码进行编译，同时转换为对应比例、微分、积分参数等。

2.3 上位机设计

遵循系统控制要求，利用组态软件系统，模拟实际除尘器系统，优化整合显示数据、颜色、图形等状态，形成具备视觉习惯的图形，给予不同变量不同的属性定义，建设变量连接，通过除尘器现场状态，采用动画方式反映至屏幕上。发布相关指令，保证信息到达现场。系统能够针对动画连接图像，设置对应的访问权限，例如参数设定画面会影响系统运行，需要设定访问权限。

3 结语

该系统投入到某硅铁厂之后，通过运行试验可知，系统功能完善，具备较高可靠性，便于检修与维护，能够自动化控制清灰与卸灰，通过PID调节器，可以科学控制温度。利用上位机组态化控制模式，能够自动化运行除尘器系统，降低人为误操作，实现科学控制与管理。