基于PLC的除尘自动化设备的设计与实现
摘 要
本文以PLC为控制单元，来设计一种满足现场信号采集的除尘器自动化设备，能够实现从温度、压力、位置开关等方面进行对风机、电磁阀、三通阀、卸灰机等设备的自动化控制。
【关键词】PLC 除尘设备 自动化设计 应用研究
化工企业在原料处理过程中极易产生大量粉尘，对环境带来较大污染。当前，根据不同领域的除尘器种类较多，通常按照粉尘分离机理来划分，主要有惯性力除尘器、重力除尘器、过滤式除尘器、离心力除尘器、洗涤式除尘器、静电除尘器等。塑烧板除尘器无论是性价比还是除尘能力都具有更大优势。本文将以塑烧板除尘器为例，利用PLC控制器来设计一种自动化除尘方案。
1 除尘系统分析与结构设计
通常情况下除尘器的设计工艺为：在风机的作用下将含尘气体吸入管道，经过除尘过滤拦截，将粉尘吸附到过滤器上，再对粉尘进行卸灰处理，过滤后的空气排出。当过滤器粉尘堆积过多时，因气体流通受阻而影响除尘效果。为了提高除尘系统的安全性和稳定性，本例设计的除尘系统如图1所示。
本系统主要从三方面来进行改进：一是对塑烧板的保护，防止含尘气体温度过高而导致塑烧板烧毁，通过在管道中设置三通，利用两个温度传感器进行采集气体温度，其中一个位于入口、中间位置为平均温度采集口，可以通过PLC来进行分析，当温度过高，则PLC触发蜂鸣器报警，说明生产过程出现问题，导致含尘气体温度过高。二是从除尘效能上进行优化，如选择耐高温微孔膜过滤袋，优化喷吹周期，合理设置喷吹时间，特别是针对含尘气体浓度过大时，固定喷吹时间难以获得高效除尘目标，因此增加含尘气体浓度传感器，利用PLC来对之进行模糊控制，利用含尘气体浓度与设定的浓度差值进行分析，调节电磁阀的喷吹时间。另外，在节能处理上，引入变频器，利用引风机来调整转速、降低负载。根据电机功率消耗公式，负载的能耗与电机转速的3次方成正比，利用变频器可以对电机转速进行控制，如下式所示：
（式中ne为额定转速、n为变频后实际转速）；假设实际转速为额定转速的80%，则节电量表示为：
，节电效能显著。三是具有良好的电磁兼容性，化工企业生产现场多具有电磁辐射，在电气系统设计中利用变频器、PLC来降低外界干扰，通过增加屏蔽罩、控制线与主回路电缆分开铺设等方式来解决电磁兼容问题。
2 除尘器电气控制系统设计
2.1 PLC控制器应用及功能
PLC控制器作为整个除尘系统的核心，利用接口系统和软件实现对各类传感器信息的采集、处理，并通过程序来进行工业控制。PLC控制器具有较强的抗干扰能力，稳定性强，特别是软件自诊断功能，能够对控制系统进行故障检测与处理，同时可扩展性强，便于灵活组装，能够满足生产工艺的变化而不需要更换PLC硬件设备，只需对相关软件进行优化即可。
2.2 变频器技术应用
变频器是现代工业控制中的重要部分，作为电气系统调速的主流，通过改变电动机的供电频率，实现对电动机速度的动态调节。从构成上变频器分为主回路和控制回路，三相电流经过整流后，中间的直流环节来缓冲负载的无功功率，逆变器来转换所需交流电，控制电路来进行信号的检测和输入、输出控制。变频器在除尘系统中的应用，能够实现大范围的调速控制目标，特别是对于恶劣环境下的调速控制，既能够节电，还能够实现自动化处理。
2.3 电气系统的控制与设计
为了提升除尘效能，保障系统安全稳定，本系统采用Modicon TSX Quantum系列PLC，利用双机热备份，配合RIO远程输入输出控制方案来提高可靠性。主PLC控制器通过扫描各用户逻辑，操控远程输入输出，每一个控制器都采用140CHS11000热备模块，能够满足与主控制器的通信。
2.4 除尘系统软件编程与实现
PLC控制程序在编写上要满足模糊控制要求，根据除尘现场实际，可以将经验化控制系统进行模糊逻辑和近似处理，以实现系统的协同控制。在对风机进行控制时，利用变频器，来编写梯形图程序，通过R指令来对开关进行设置，以实现启停风机；在自动状态下，根据变频器无错误信号来控制BPQSw1和BPQSw2，使得FGDirStaSw进行复位。对于卸灰机的控制，利用梯形图，当手动状态HandOper=1，HandOper=0来进行启停卸灰按钮，当手动状态、自动状态信号改变，如卸灰时间XHTimer=1时则反转。对空压机的控制，当气缸压力报警不到位，则启动空压机，当气压过高，则启动停止按钮。自动状态下，空压机压力QiGRrLow=1则启动空压机，当QiG1PrHig=1则停止空压机。对电磁阀喷吹的控制，利用PLC脉冲循环周期，来设置喷吹间隔；对三通阀的控制，从温度变量分析中来调整电磁阀，控制除尘器的工作状态；对于风机转速的控制，通过变频器来控制，由PLC模块进行控制，含尘气体浓度的变化触发电机转速控制，PLC来控制电机的电流信号。
3 结语
本文通过PLC来控制含尘气体的除尘处理，整体上具有安全、稳定、扩展性强的特点，特别是利用三通方法来延长除尘器的使用寿命，利用变频器来获得节省能耗目标，因此具有较广的推广应用价值。
参考文献
[1]缪达.袋式除尘器综合自动化控制系统的设计及应用[J].能源技术与管理，2013（05）.
作者单位
山西运城南风化工集团股份有限公司 山西省运城市 044000
