1引言

工業(yè)生產(chǎn)和城市生活中會(huì)產(chǎn)生大量的煙氣粉塵，如火力發(fā)電，供熱等，污染環(huán)境危害健康。

隨著袋除塵技術(shù)的發(fā)展和環(huán)保要求的日益提高，袋式除塵器的應(yīng)用范圍越來(lái)越廣泛，目前已能利用袋式除塵器來(lái)處理高溫、高濕、粘結(jié)、爆炸、磨蝕性煙氣，甚至過(guò)濾含有超細(xì)粉塵的空氣。在袋式除塵器控制領(lǐng)域，plc占據(jù)主要技術(shù)地位。隨著現(xiàn)在控制技術(shù)的不斷發(fā)展，plc與觸摸屏在工業(yè)控制領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。觸摸屏替代傳統(tǒng)的控制面板和鍵盤(pán)的智能化操作，可用于參數(shù)的設(shè)置、數(shù)據(jù)的顯示和存儲(chǔ)、并以曲線(xiàn)、動(dòng)畫(huà)等形式描繪自動(dòng)化控制過(guò)程。plc與觸摸屏的配套組合使用，一方面擴(kuò)展了plc的功能，使其具有圖形化，交互式工作界面的獨(dú)立系統(tǒng)，另一方面大大減少了操作柜上的開(kāi)關(guān)、按鈕、儀表等的使用數(shù)量，使操作更加簡(jiǎn)便。目前一些控制要求較高、參數(shù)變化多、硬件接線(xiàn)有變化的場(chǎng)合，觸摸屏與plc組合起來(lái)應(yīng)用的形式已經(jīng)占據(jù)主導(dǎo)地位。

但是根據(jù)傳統(tǒng)的除塵器plc點(diǎn)對(duì)點(diǎn)直控制形式，不僅設(shè)計(jì)及其現(xiàn)場(chǎng)布線(xiàn)復(fù)雜，外部信號(hào)干擾還使得系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定，而且成本昂貴。本文組合應(yīng)用西門(mén)子s7-300plc與臺(tái)達(dá)a系列觸摸屏，采用矩陣控制的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)除塵器脈沖閥動(dòng)作，通過(guò)profibusdp工業(yè)總線(xiàn)實(shí)現(xiàn)主站與分布式i/o設(shè)備交換數(shù)據(jù)，取得了優(yōu)化的控制效果。

2系統(tǒng)組成及主要功能

2.1系統(tǒng)組成

袋式除塵器的控制系統(tǒng)如圖1所示。

圖1系統(tǒng)要求

該袋式除塵系統(tǒng)主要由除塵器本體、卸灰系統(tǒng)以及其管道的溫度、壓力與故障報(bào)警等幾部分組成。其中在除塵器本體主要完成在線(xiàn)差壓的清灰控制，除塵器總共有6個(gè)室，每室13個(gè)脈沖電磁閥，共計(jì)78個(gè)；以及每個(gè)室1個(gè)出口控制閥，共計(jì)6個(gè)。

2.2功能設(shè)計(jì)

(1)清灰控制

控制方式：在線(xiàn)差壓/定時(shí)、離線(xiàn)差壓/定時(shí)、手動(dòng)控制(調(diào)試或檢測(cè)時(shí)用)；脈沖間隔：1~60s連續(xù)可調(diào)；脈沖寬度：0.02~0.2s連續(xù)可調(diào)；定時(shí)清灰周期：0~99分鐘連續(xù)可調(diào)；壓差清灰設(shè)定范圍：0~3000pa連續(xù)可調(diào)；溫度設(shè)定范圍：0~300℃連續(xù)可調(diào)；當(dāng)除塵器到達(dá)高阻力(設(shè)定的高壓差)值時(shí)，啟動(dòng)1#除塵室脈沖閥開(kāi)始噴吹清灰，依次是4#、2#、5#、3#、6#除塵室，脈沖閥依組進(jìn)行工作；至6#除塵室最后一組脈沖閥工作結(jié)束止，清灰結(jié)束；到下一個(gè)高阻力到達(dá)，按同樣的方式進(jìn)行清灰。

(2)卸灰控制

高低料位：每臺(tái)除塵器只在一個(gè)灰斗上設(shè)高低料位各一只用于報(bào)警(高料位提示要卸灰，低料位提示卸灰可結(jié)束)。當(dāng)高、低料位時(shí)聲、光報(bào)警，過(guò)一定時(shí)間不處理則自動(dòng)停止除塵系統(tǒng)；卸灰采用控制室和現(xiàn)場(chǎng)兩地；給hmi傳輸信號(hào)，顯示系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)。

(3)溫度與壓力檢測(cè)

系統(tǒng)中需要對(duì)進(jìn)出口差壓、進(jìn)口溫度、出口溫度以及各個(gè)室內(nèi)濾袋檢漏壓力的檢測(cè)。

(4)控制關(guān)系(自動(dòng)方式)

煙溫(指進(jìn)口煙溫)正常(100~165℃)時(shí)，進(jìn)口、出口閥門(mén)全部打開(kāi)，旁路閥門(mén)關(guān)閉；低于(100℃)或超過(guò)(165℃)設(shè)定溫度時(shí)，控制系統(tǒng)報(bào)警；當(dāng)高于(170℃)設(shè)定溫度時(shí)，先打開(kāi)旁路閥然后依次關(guān)閉1~6#出口閥門(mén)即可；進(jìn)口閥門(mén)現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)關(guān)閉。

3硬件配置及軟件實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)由德國(guó)西門(mén)子s7-300系列加上一些中間繼電器組成矩陣形式對(duì)輸入輸入點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)和控制。通過(guò)臺(tái)達(dá)觸摸屏來(lái)設(shè)定脈沖閥動(dòng)作寬度和間隔時(shí)間以及定時(shí)周期，還可以查看各室脈沖閥動(dòng)作。利用plc的輸出與中間繼電器構(gòu)成行列結(jié)構(gòu)，輸出控制點(diǎn)放在行列結(jié)構(gòu)的交叉點(diǎn)上，這樣可使得系統(tǒng)硬件成本比點(diǎn)對(duì)點(diǎn)輸出控制要降低很多，如廣西明陽(yáng)6室13組在線(xiàn)/離線(xiàn)噴吹脈沖反吹布袋除塵器plc自動(dòng)控制系統(tǒng)采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)控制方式則plc控制系統(tǒng)至少需要78個(gè)輸出點(diǎn)，而采用由plc的輸出點(diǎn)與中間繼電器組成的矩陣式plc控制系統(tǒng)僅僅需要19個(gè)輸出點(diǎn)就可以完成同樣的工作。

本系統(tǒng)通過(guò)人機(jī)界面，系統(tǒng)工作在第幾室第幾個(gè)脈沖閥噴吹一目了然，差壓指示與壓力上下限報(bào)警輸出一應(yīng)俱全，控制系統(tǒng)可以與就地控制箱實(shí)現(xiàn)連鎖控制，可以方便現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備維修工作，如圖2所示。系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，操作簡(jiǎn)單，維護(hù)方便，很大程度上減輕了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

圖2hmi主畫(huà)面

6×13矩陣控制系統(tǒng)輸出如表1所示。

通過(guò)原理圖3以及上表1，各個(gè)室的脈沖閥需要?jiǎng)幼鲿r(shí)只需要通過(guò)q0.0~q1.4與q1.5~q2.2中任意一個(gè)組合即可以。其中，q0.0~q1.4與m端使得中間繼電器得電而吸合開(kāi)關(guān)，用來(lái)控制電磁脈沖閥與24v+的連接。q1.5~q2.2與m端使得中間繼電器得電而吸合開(kāi)關(guān)，用來(lái)控制電磁脈沖閥與m端的連接。例如：當(dāng)需要e室9#電磁脈沖閥動(dòng)作室時(shí)，只需要q1.0與q2.2置為1即可。此時(shí)q1.0輸出24v電壓，中間繼電器的常開(kāi)點(diǎn)閉合，使得e室9#電磁脈沖閥與24v+連接。同理，q2.2輸出24v電壓，中間繼電器常開(kāi)點(diǎn)閉合，使得e室9#電磁脈沖閥與m連接。這時(shí)使得e室9#電磁脈沖閥兩端與24v+與m端同時(shí)導(dǎo)通即動(dòng)作。在此過(guò)程中，雖然q1.0控制的編號(hào)為9#的六個(gè)電磁脈沖閥都與l1端導(dǎo)通，但室此時(shí)只有q2.2控制的e室中的脈沖閥此時(shí)與m端導(dǎo)通。即在q1.0與q2.2控制的交叉點(diǎn)上的電磁脈沖閥動(dòng)作，其他點(diǎn)上的電磁脈沖閥要么只與24v+相連，要么只與m端相連。該原理中，電磁閥可以采用plc輸出的24v電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)其動(dòng)作，但是為了電磁脈沖閥能穩(wěn)定動(dòng)作以及減少plc的負(fù)載，其采用外部穩(wěn)定的直流電源供電，由此采用19個(gè)中間繼電器。

在臺(tái)達(dá)觸摸屏人機(jī)上，脈沖閥動(dòng)作的狀態(tài)顯示可以通過(guò)各室與各室的各個(gè)脈沖動(dòng)作信號(hào)的“與”操作即可以實(shí)現(xiàn)，例如需要顯示d室5#電磁脈沖閥的動(dòng)作顯示，可以通過(guò)下過(guò)程實(shí)現(xiàn)：

aq1.4

aq2.0

=m0.0

觸摸屏通過(guò)讀取m0.0中的內(nèi)容即可以判斷電磁脈沖閥是否在動(dòng)作，有且僅有q0.4與q2.0同時(shí)為1時(shí)，此時(shí)觸摸屏的狀態(tài)燈才顯示此時(shí)電磁脈沖閥在動(dòng)作，其他的情況下都沒(méi)有動(dòng)作。當(dāng)在觸摸屏上對(duì)d室5#電磁脈沖閥手動(dòng)控制時(shí)，只需通過(guò)觸摸屏對(duì)m0.1置1即可，此時(shí)plc通過(guò)如下程序段即可以時(shí)間手動(dòng)對(duì)電磁脈沖閥的控制：

am0.1

=q1.4

=q2.0

從上面中可以看出，通過(guò)在原來(lái)的基礎(chǔ)上增加19個(gè)繼電器，實(shí)現(xiàn)了減少59個(gè)輸出點(diǎn)，達(dá)到了非常滿(mǎn)意的效果。

圖3閥門(mén)矩陣控制原理

圖4profibusdp組態(tài)

系統(tǒng)中為了減少現(xiàn)場(chǎng)與控制室之間的控制線(xiàn)路的鋪設(shè)以及外部干擾信號(hào)的傳輸，采用profibusdp，只采用一條通訊線(xiàn)路將分布式i/o設(shè)備同控制器cpu相連，dp主站通過(guò)profibusdp同分布式i/o設(shè)備交換數(shù)據(jù)并監(jiān)視profibusdp數(shù)據(jù)，如圖4所示。分布式i/o設(shè)備(=dp從站)收集現(xiàn)場(chǎng)傳感器和執(zhí)行器數(shù)據(jù)，以便能夠通過(guò)profibusdp傳輸?shù)娇刂破鱟pu。

4結(jié)束語(yǔ)

在該脈沖布袋除塵器中，本項(xiàng)目采用了觸摸屏來(lái)代替常規(guī)數(shù)顯儀表以及手控面板，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)工作參數(shù)設(shè)置與顯示以及故障報(bào)警信息的中文顯示，極大提高了系統(tǒng)運(yùn)行的交互性以及減少了現(xiàn)場(chǎng)操作工人的負(fù)擔(dān)，使得系統(tǒng)的人機(jī)對(duì)話(huà)功能加強(qiáng)；對(duì)矩陣控制電路進(jìn)行了改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)布袋除塵器大量脈沖閥的控制(由n×m個(gè)減少到n+m個(gè))，節(jié)省了大量的plc輸入/輸出點(diǎn)，簡(jiǎn)化了控制線(xiàn)路，降低了成本。