張少杰 張窩羊

摘 要：根據(jù)PLC技術(shù)在除塵方面的應(yīng)用，優(yōu)化設(shè)計(jì)無機(jī)膜除塵器除塵控制系統(tǒng)，對(duì)其氣力輸送系統(tǒng)進(jìn)行完善，實(shí)現(xiàn)粉塵的自動(dòng)清除與輸送。以S7-200可編程邏輯控制器為核心，通過STEP 7-Micro/WIN 32編程軟件，設(shè)計(jì)除塵設(shè)備粉塵清除與輸送一體化的控制系統(tǒng)。經(jīng)過對(duì)系統(tǒng)的實(shí)際調(diào)試，使預(yù)期目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：無機(jī)膜除塵;PLC;氣力輸送

1 引言

近幾年來，在我國(guó)北方大部分城市中頻頻出現(xiàn)“灰霾”現(xiàn)象，這種現(xiàn)象引發(fā)交通的不便利，人行走在道路上伸手不見五指。經(jīng)過調(diào)查發(fā)現(xiàn)造成次現(xiàn)象的原因是人類活動(dòng)所排放的粉塵細(xì)顆粒物過多所致。這些細(xì)顆粒粉塵物質(zhì)不僅使大氣能見度降低，導(dǎo)致交通不便利外，還由于其直徑小，吸附能力強(qiáng)，可以作為許多病毒、細(xì)菌的“載體”，使其在大氣中能夠更為廣泛的傳播，從而危害了人類的健康生活。若是長(zhǎng)時(shí)間生活在粉塵污染的環(huán)境之中，會(huì)引發(fā)塵肺、溶血性貧血或是皮膚癌癥等等疾病。在2007年全國(guó)PM2.5排放數(shù)據(jù)中，顯示其主要排放來源是工業(yè)源、交通源、居民生活、生物質(zhì)燃燒等等，其中工業(yè)源排放量為高達(dá)924.5萬噸，占總污染源排放量的69.97%。我國(guó)于1973年第一次公布了13種物質(zhì)的試行排放標(biāo)準(zhǔn)，煙塵廢氣中的各物質(zhì)含量也受到了嚴(yán)格制約，在工業(yè)高速發(fā)展的今天，除塵設(shè)備如何高效環(huán)保的處理工業(yè)生產(chǎn)中的產(chǎn)生的“煙塵”已經(jīng)成為了一個(gè)熱點(diǎn)性的問題。

2 控制要求及工藝流程

2.1 除塵設(shè)備簡(jiǎn)介

無機(jī)陶瓷膜除塵器是目前最具潛力的新型除塵設(shè)備，因?yàn)闊o機(jī)膜本身由無機(jī)高分子或是一些耐性優(yōu)秀的分子構(gòu)成，所以相比較于其他除塵設(shè)備，無機(jī)膜本身就具有耐高溫耐腐蝕性能優(yōu)秀的特點(diǎn)，所以無機(jī)膜除塵器能更有效的應(yīng)用于高溫?zé)煔獾某龎m之中。本文所設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)的設(shè)備主體主要由無機(jī)陶瓷膜管，引射器，空壓機(jī)等等器件構(gòu)成。本設(shè)備建設(shè)在貴州遵義一紙箱廠用于處理該廠內(nèi)4t/h燃煤鍋爐所排放的煙塵氣體。設(shè)備中無機(jī)膜管裝填方式采用正三角形排列，一共裝有48根陶瓷膜管。另配有聲波輔助清灰器輔助清灰，增加膜再生效率，延長(zhǎng)膜管使用時(shí)間，更好的實(shí)現(xiàn)膜污染控制。引射器可以有效的處理連續(xù)過濾中氣體回流現(xiàn)象導(dǎo)致顆粒重新粘附在無機(jī)膜管中的現(xiàn)象。（設(shè)備相關(guān)附件見附錄1）

2.2 控制要求的確定

根據(jù)所選用的輸灰方式，主要確定有以下3點(diǎn)控制要求：（1）高度輸灰：根據(jù)料位計(jì)指示粉塵沉積高度達(dá)到設(shè)定高度時(shí)，開始執(zhí)行排灰操作;（2）質(zhì)量輸灰：采用重力感應(yīng)器檢測(cè)，當(dāng)粉塵質(zhì)量達(dá)到排灰需求時(shí)進(jìn)行排灰，避免因密度大的粉塵導(dǎo)致高灰位排灰無法執(zhí)行;（3）定時(shí)輸灰：根據(jù)倉泵內(nèi)灰料重力感應(yīng)器檢測(cè)粉塵質(zhì)量（正常，超重），料位高度（高，正常，低）以及灰斗內(nèi)料位高度來采取排灰措施。

2.3 工藝流程

根據(jù)所設(shè)計(jì)完善的除塵系統(tǒng)，設(shè)計(jì)出除塵系統(tǒng)工藝流程圖。

除塵系統(tǒng)的工藝流程分為除塵和自動(dòng)輸灰2個(gè)流程，主要介紹如下：

除塵工藝流程為：從煙道來的高溫?zé)煔膺M(jìn)入組合空氣加熱器，與經(jīng)過冷凝式干燥機(jī)干燥后的壓縮空氣進(jìn)行熱交換，溫度降低的煙塵進(jìn)過引風(fēng)機(jī)進(jìn)入無機(jī)陶瓷膜除塵設(shè)備主體進(jìn)行處理，加上聲波輔助清灰器輔助清灰，捕集下來的粉塵進(jìn)過排灰卸料口排出至灰斗，潔凈的氣體通過無機(jī)陶瓷膜管上端排出，加熱后的壓縮氣體用于對(duì)無機(jī)陶瓷膜管的反吹再生。

自動(dòng)輸灰工藝流程：當(dāng)灰斗內(nèi)粉塵達(dá)到料位傳感器S1檢查到粉塵積累達(dá)到設(shè)定需求，進(jìn)灰閥門開啟，粉塵落入倉泵內(nèi)，倉泵內(nèi)壓力傳感器檢查粉塵質(zhì)量是否達(dá)到設(shè)定值，是則執(zhí)行輸灰操作，否則檢測(cè)粉塵積累是否達(dá)到料位傳感器S2的設(shè)定需求，是則執(zhí)行輸灰操作，否則執(zhí)行上一個(gè)步驟，當(dāng)2步驟均沒執(zhí)行輸灰操作，時(shí)間控制器達(dá)到設(shè)定所需時(shí)間（上一次執(zhí)行清灰操作至今）則執(zhí)行輸灰操作。輸灰操作分為以下幾個(gè)階段：

進(jìn)料階段：倉泵運(yùn)行后，進(jìn)灰閥門開啟，使粉塵自由落入泵體內(nèi)，當(dāng)料位計(jì)滿信號(hào)或者達(dá)到設(shè)定時(shí)間時(shí)，進(jìn)灰閥門自動(dòng)關(guān)閉。

流化階段：當(dāng)倉泵內(nèi)料位計(jì)滿信號(hào)或者倉泵重力傳感器或者達(dá)到上一次輸送粉塵的時(shí)間周期時(shí)，進(jìn)灰閥門關(guān)閉，倉泵內(nèi)加壓閥門開啟，氣動(dòng)陶瓷閥開啟，使干燥后的壓縮氣體進(jìn)入倉式泵內(nèi)部流化粉塵。

輸送階段：當(dāng)泵內(nèi)壓力達(dá)到壓力傳感器設(shè)定值時(shí)，確認(rèn)進(jìn)灰閥關(guān)閉，開啟輸灰閥門，使流化完成的粉塵開始輸送至灰倉。

3 硬件選型

3.1 倉式泵選型

本次設(shè)計(jì)采用氣力輸送技術(shù)，因此泵型的選擇也非常重要，根據(jù)設(shè)計(jì)需求選用下引式倉泵，下引式倉泵輸送管徑大，初速2-3m/s，末速10-13m/s，流速低，對(duì)設(shè)備的磨損較小，因此運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用更為低廉，而且除塵器下管道布置簡(jiǎn)單明了，檢修方便，管路堵塞現(xiàn)象很少出現(xiàn)。倉泵型號(hào)為1.0m3下引式輸送泵，是下引式中最小容積型號(hào)，屬于I類壓力容器。工作壓力為0.25-0.45MPa，管內(nèi)流速為18-22m/s，輸送距離為1000米以內(nèi)，輸送能力8-15t/h。產(chǎn)品價(jià)格為48235.00元，設(shè)備產(chǎn)于湖南蘭馳設(shè)備有限公司，位于湖南省長(zhǎng)沙絧井鋪環(huán)保工業(yè)園區(qū)。

3.2 PLC的選型

出于經(jīng)濟(jì)和更為我們初學(xué)者使用的原因等等方面考慮，結(jié)合系統(tǒng)控制要求，本次設(shè)計(jì)選用西門子S7-200系列中的224XP作為本次主控制器。同時(shí)采用EM235擴(kuò)展模塊來提升系統(tǒng)性能。料位傳感器，重力傳感器，壓力傳感器均采用4-20MA輸出范圍等等，接線完成后，在電腦中可顯示出CPU接線狀態(tài)。通過CPU的輸入輸出端口顯示燈的開啟與否來判斷是否輸入或者輸出信號(hào)。

4 軟件設(shè)計(jì)

4.1 I/O地址分配

自動(dòng)清灰控制系統(tǒng)的輸入輸出點(diǎn)分配表：

4.2 程序設(shè)計(jì)

依據(jù)前文分析，該系統(tǒng)程序主要由時(shí)間控制輸灰程序、管路堵塞報(bào)警程序、進(jìn)行輸灰操作程序、流化完成判斷程序、流化程序分析、灰斗料位排灰程序、料位讀取程序、倉泵重力程序分析、倉泵料位程序分析、灰斗料位程序分析、2號(hào)反吹閥門的延時(shí)啟動(dòng)和反吹時(shí)間設(shè)定、聲波輔助清灰器的啟動(dòng)和1號(hào)反吹閥門的開啟程序、除塵系統(tǒng)的除塵周期程序等組成。

4.3 軟件調(diào)試和仿真

將PLC程序?qū)懭刖幊誊浖?，然后連接CPU224XP進(jìn)行程序調(diào)試和模擬仿真。首先是除塵系統(tǒng)程序的調(diào)試：將CPU224XP與電腦進(jìn)行接線，接線完畢，下載好相應(yīng)的程序塊，將寫好的PLC程序打開，進(jìn)入程序調(diào)試界面。

5 總結(jié)

本文選用西門子S7-200系列PLC作為控制元件，以實(shí)現(xiàn)除塵設(shè)備對(duì)粉塵的自動(dòng)清除與輸送，通過對(duì)梯形圖的編寫和仿真，初步模擬了整個(gè)除塵設(shè)備控制系統(tǒng)的控制程序，實(shí)現(xiàn)了預(yù)定的設(shè)計(jì)目標(biāo)。也存在一些不足，如管路堵塞報(bào)警因?yàn)闆]有實(shí)物模擬仿真，若是應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)之中，需要進(jìn)一步的調(diào)試;現(xiàn)場(chǎng)管路的搭建需以實(shí)際為準(zhǔn)并作出對(duì)應(yīng)的改正。

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