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一、引言

可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，简称PLC，也可称可编程控制器）是一种专为在工业环境应用而设计的数字运算电子系统，综合了计算机、自动控制、通讯等现代科技的一种新型工业自动控制装置，能长期在恶劣的工业环境中可靠运行；编程简单，使用方便，只需修改软件就能改变或增加控制功能，可以满足用户的特定要求；同时还具有很强的输入输出接口，既能处理数字量，又能处理模拟量；在结构上采用了模块式的组合结构，很容易与其它设备或计算机系统（如DCS、FCS等）组成集中控制系统。

我公司引进国外先进的PLC，研制开发了LY低压长袋离线除尘器PLC控制系统，该系统克服了驱动部分采用接触器、继电器所引起的可靠性差、保护功能差等缺陷，它在技术特性、应用功能等方面与我公司除尘器低压控制系统有较强的互补性，能满足不同用户的多种需要。

二、PLC选型及系统硬件构成

在PLC选型上，经过反复的对比，选用了德国SIEMENS公司的SIMATIC S7-300系列可编程序控制器。SIEMENS公司是世界上较大PLC制造厂家之一，其产品的可靠性是众所周知的。S7-300系列PLC提供了解决成套控制任务的能力和灵活性，具有功能丰富的指令集，的编程工具以及品种繁多的I/O模块，能满足各种行业的控制任务。S7-200系列PLC具有适用范围广，定时中断、自检功能、自定义故障中断服务程序、网络通讯功能等，使维护工作变得简单。CPU根据用户控制点数要求，确定具体型号规格。

三、低压控制系统的组成及功能

作为生产工艺设备的LY低压长袋离线除尘器，可靠性是的。在系统控制程序中包括定时、定阻和混合的清灰控制程序；定时、料位的输卸灰控制程序；同时还有布袋除尘的在线检修控制程序。其中，低压控制系统主要有脉冲清灰、在线检修、振打与反吹、卸灰与输灰、温度检测与控制、破袋检漏以及其它监测措施等控制系统所组成。

图1 远程监控画面

3.1 脉冲清灰

脉冲清灰袋式除尘器是目前国内外应用广泛的一种高效清灰袋式除尘器。脉冲清灰系统是袋式除尘器的核心，也是其技术的关键所在，其设计必须根据工艺的实际情况进行恰当的配置，这样才能保证除尘器高效的运行。我公司根据实际工况，采用PLC自动控制低压脉冲离线清灰，主要是定时、定阻和混合控制方式，我们多年来根据现场使用情况所总结出的经验，以定时为主，定阻、混合为辅的方式。

3.1.1 定时清灰

定时离线清灰要求除尘器设计为多室组合的形式，实现逐室清灰，当某过滤室需要清灰时，首先要控制挡板使这个气室不再进行烟气过滤，即过滤室与主气流隔离开来，过滤室被隔离是通过设置在出气口的提升阀来实现的。采用定时离线清灰，可设置脉冲宽度和脉冲间隔时间。当除尘器工作一段时间后，滤袋外侧的灰层厚度增加，其阻力亦增大，此时应对滤袋进行清灰。脉冲清灰过程中，每台除尘器的每个过滤室上都设置了多个脉冲阀，以压缩空气为清灰动力，由PLC发出控制信号，依次触发各个脉冲阀，在瞬间释放低压空气。由于动能与势能的共同作用，由脉冲阀瞬间喷吹的低压空气，使相应等待清灰的一组滤袋突然膨胀和振动，抖落积附在滤袋外侧的灰尘，以恢复滤袋的除尘功能，使除尘器自始至终保持良好的工作状态。

3.1.2 定阻清灰

定阻清灰是通过在除尘器进出口的压差变送器来控制的，当压差变送器的检测值大于设定值时，则执行定阻自动清灰。

3.1.3 混合清灰

清灰的目的是清除布袋的灰尘，使布袋粉尘保持合适的厚度，除尘器有较高的除尘效率和较低的能耗。早期的除尘系统风量一般恒定，常用的清灰控制方式有定时清灰和定阻清灰。定时清灰是指按照预先设定的清灰周期和脉冲间隔控制清灰机构动作，属于开环控制，不考虑除尘器的实际阻力。若时间设置不合理，会使除尘效率太低或系统能耗太高。定阻清灰是根据除尘器实际阻力来控制清灰。通常设定一个目标阻力，当实际阻力高于目标阻力一定范围时开始清灰，直到实际阻力小于目标阻力一定范围时停止清灰。这种方式相比定时清灰实现了阻力的简单闭环控制，因此在风量恒定的除尘系统中应用较为广泛。由于本系统中采用了变频调速，除尘风量不再恒定，定时清灰和定阻清灰都不适用，经分析和试验，系统采用了定时定阻混合清灰控制策略。当运行压差小于设定值时，按时间设定启动清灰，当运行压差大于设定值时，则强行启动清灰程序。

除尘系统的压差值进入PLC的模拟量输入模块，当除尘系统投入正常运行后；PLC读取除尘系统的进出口压差信号跟预先设定好的参数实时比较来确定布袋是否需要清灰，使除尘器运行在佳状态。

3.2 在线检修

除尘器正常工作是采用离线清灰，需要检修时可以分室进行而不影响除尘器整体的正常工作。

3.3 振打与反吹

振打清灰是除尘器的主要过程，其目的是防止灰斗的堵塞。振打周期对其影响也很大，其控制可分为手动振打和定时振打。在振打力度与均匀性都满足要求时，振打频率是否合理，对除尘器灰斗的堵塞影响极大。因此，选择合理的振打周期，将有助于更好地防止灰斗的堵塞。

3.4 卸灰与输灰

除尘器的卸灰方式可分为定时自动卸灰；高、低料位自动卸灰。我公司采用的是定时输卸灰和料位卸灰方式。所谓高料位卸灰指的是当低压控制系统检测到某一灰斗高料位信号时，延时一定时间后启动相应的卸灰装置；当料位低于低料位时停止相应的卸灰装置。为避免料位计损坏或误报而导致灰斗堵灰，又加入定时自动卸灰功能，以保证系统能够进行自动卸灰。在定时自动卸灰方式下，每个室顺序依次卸灰，循环工作，避免了多室同时工作，致使输灰机阻塞等现象的事情发生，有效的保证除尘系统的正常运行。

3.5 温度检测与控制

温度采集处理单元由温度传感器、热电阻全隔离信号调理器等组成。温度传感器采用铂热电阻Pt100，它将进出口烟气的温度信号转换为电阻值，经热电阻全隔离信号调理器转换成标准的4～20mA电流信号，送到PLC的模拟量输入模块中，供PLC分析处理用。

在生产工况稳定时进入除尘器的烟气温度在100～180℃之间。由于烟气进入除尘器的温度低于70℃时，容易造成烟气中粉尘粘在滤袋表面，形成一层不透气且不易清除的结块，使滤袋失效；而进入除尘器的烟气温度高于220℃时，会造成滤袋使用寿命降低或烧坏滤袋，因此，除尘器另设两只冷风阀，当进气温度达180℃时开始报警要求调整工况，同时控制打开一个冷风阀输入冷空气降温；当进气温度达200℃，同时打开两个冷风阀输入冷空气降温；此外，在设计中增加了旁路系统，主要是考虑系统生产时工况不稳定等因素导致入口烟气温度可能超过滤袋的允许范围，确保滤袋安全。在这时，要采取紧急措施，走旁路系统，避免影响整个系统的正常生产。

3.6 破袋检漏

操作人员发现超标报警后，将控制柜上的清灰选择转换开关扳至“0”位置，终止清灰控制程序，然后单击控制柜上的滤袋破损检测按钮，监控机向PLC发布检漏指令，PLC接到命令后启动除尘器检漏程序，使除尘器内提升阀按预定的节奏逐个依次关闭开启，如果当一个除尘室中的提升阀被关闭时，相应除尘器的排放浓度PD1明显减少，说明此除尘室中有破袋现象，PLC将向环保中心发送破损室号。可及时有效地发现哪个除尘过滤室有破袋现象，及时更换，保证整个除尘系统的正常运行。

3.7 监测措施

为了保证除尘系统的正常运行，提高除尘效率，节省能源，在系统上设置一些必要的仪表监测措施，设计有除尘器进出口压差；除尘器进、出口温度以及风机的一些检测点（风机轴承、电机轴承、定子温度，风机进出口烟气压力、风机轴承振动、冷却水压力、压缩空气压力等）。

四、应用与维护

由于采用了先进的PLC，系统控制结构更为合理，控制性能明显提高，系统获得了更大的可控性和可扩展性。同时结合先进的控制算法，使得布袋使用寿命明显增长，气源的利用率得以提高，整个系统的运营成本大幅下降，这一切使得布袋除尘器在工业领域具有了更加光明的应用前景。

4.1 控制方式

除尘系统控制柜体设备与现场设备的距离较远，一般需两地控制。因此，我们增设了就地现场操作箱，便于设备的调试与检修；就地现场操作包括除尘系统上的所有提升阀、脉冲阀、螺旋输灰电机、卸灰阀以及振打器等等。当设备切换至远程状态时一般为PLC自动控制和计算机操作，无需人员干预。

4.2 低压控制柜可靠性设计

应用于工业现场的控制设备，提高其可靠性水平是十分必要的，低压控制设备的可靠性设计涉及电器元件的选型、程序编制、结构和总体设计等各个方面。我们在低压程控柜的设计过程中采用了屏蔽、隔离、接地、风冷等多项可靠保证措施，大大提高了设备的可靠性水平。

4.3 控制系统维护

PLC对物理环境要求高，保证通风与散热。PLC工作环境温度为0～40℃，环境温度较高时，应打开PLC柜顶部的冷却风扇，以使得PLC工作在适当的环境；控制柜安装场所不得有剧烈震动，不得有导电、易爆炸、有腐蚀的气体尘埃、相对湿度不得超过85％、更不得有凝结水，否则必须加相应的防范措施。

五、系统特点

5.1 控制系统采用国外先进PLC产品，可靠性高、通用性强；

5.2 控制系统采用了模块式组合结构，并集开关量控制和模拟量控制处理于一体，使用方便，维护量少；

5.3 控制系统对除尘器清灰、输卸灰、压差、温度等运行参数能实时监控；并可以与中心计算机实现远程通讯，进行远程控制。

先进的技术使得控制系统自动化程度高，操作使用方便。

六、结束语

PLC的引进和利用，是现代工业控制领域提高生产效率和管理水平的必然趋势，采用软硬结合的控制方案则是充分利用系统资源，提高系统效率的有效手段，本系统就是在这样的指导思想下进行设计的。现场实际运行表明，本系统稳定可靠，达到了设计要求，具有自动化程度高，操作使用方便等优点。我们相信，技术先进、功能强大的PLC在LY低压长袋离线除尘器控制系统上的应用会更加广泛。同时，该系统也适用于工业自动化生产线的控制

1 系统功能

1.1 系统组成

热电站装机容量13000KVA,全部采用煤发电，安装了四台大型锅炉，小的75吨，大的165吨，燃煤量大，运输皮带长，级数多，运输控制保护闭锁多。

热电站燃料准备系统主要有桥式抓斗起重机、给煤机、皮带输送机、皮带鼓风机、除铁器、刮板输送机、棒条筛、环锤式破碎机、煤位传感器、锅炉位置开关等组成。图1为四级皮带运输系统框图。

图1 四级皮带运输系统框图

1.2 控制要求

热电站燃料准备系统，是一个大型的皮带运输系统，工作任务重，带锅炉多，用煤量大，上燃料的保障性、可靠性、准确性、及时性，直接关系和影响着全厂的供电质量和生产效益，所以必须保障这套系统在运作过程中的可靠性。

要求皮带运输系统从后一条皮带按四、三、二、一逆序启动，加可靠的互锁环节。前三条皮带都是气垫式皮带运输机，在皮带启动前要求首先启动它们各自的鼓风机，把皮带吹起，以减小皮带运行时的摩擦，如果鼓风机没有开动，不允许皮带开动，皮带和鼓风机之间要加互锁。四号配仓皮带给锅炉下料，用电动推杆犁式卸料器进行手动和自动下料控制。

用煤流传感器、行程开关控制皮带运行时间。为了提高了系统运行的可靠性，正常运行时进行集中自动控制，在故障或特殊情况时可以现场手动控制。

在每级皮带上都装有除铁器，由于煤中混有杂物，如铁器、易燃易爆的金属物质，特别是雷管，雷管若随煤混进锅炉，将会引起爆炸等危险事故的发生。雷管外面是铁皮裹着，除铁器可以对其起作用，阻止雷管等进入锅炉，引起事故，造成不必要的损失。所以除铁器不开动，皮带不允许开动。

皮带运输机没有开动，不允许开振动给煤机，若给煤机先开，会压死皮带，使其无法正常启动。同样，振动给煤机没有开动，不能启动抓斗起重机往给煤机中送煤，否则会压死给煤机，使其无法启动。

两台振动给煤机，一台正常使用一台备用，相互独立不可同时开，要求加互锁。

所有的皮带运输机设备都运作起来后，系统正常工作，使用自动下料，电动推杆犁式卸料器动作抬起放下，要靠锅炉的位置开关控制，自动抬起放下。出现故障，使用手动下料，加一个手动电葫芦使电动推杆犁式卸料器动作抬起放下。

系统要求皮带按一、二、三、四顺序停车，在皮带上装有煤流传感器，要求煤流传感器精度要高，当煤流走完后，通过煤流传感器把皮带停下来。先停给煤机，再停一号皮带，按煤流走完的顺序停皮带，上一级皮带煤流未走完，下一级皮带不允许停下，不能误动作，加必要的互锁保护。

在考虑集中控制的同时，也要考虑现场控制，以免现场发生故障，不能停车，要设现场故障停车开关。设有故障检测及报警系统，对皮带运输机运行状况进行监控，若系统某一部分发生故障，要有报警信号，传入控制室，运行设备在集控室设指示灯，正常运行工作，指示灯亮;故障时指示灯闪烁，电铃响；停止状态指示灯灭。

2 系统硬件设计

2.1 气垫带式输送机

采用气垫带式输送机，既将通用带式输送机的支承托辊去掉，改用设有气室的盘槽。

由于气垫带式输送机没有滚筒和承载托辊及其阻力，由盘槽上的气孔喷出的气流在盘槽和输送带之间形成非接触支承气膜，在通过盘槽时不出现挠曲和摩擦，从而显著地减小了摩擦损耗，气垫输送带的磨损和撕裂现象比槽形托辊输送带少得多，有效地克服了通用带式输送机的接触支承缺点，因此摩擦力小。功率消耗比普通带式输送机低，也不需要更换和修理托辊费用。不发生盘槽与输送机接触而损坏胶带的现象，鼓风机的维修费仅为槽形托辊修费的一小部分，控制设备也较为简单。

2.2 PLC选型

用PLC进行控制，外围设备少，占地空间小，是实现集控的良好设备，三菱可编程控制器（PLC）功能强，控制精度高，运行速率快，控制功能性好，可以较好地实现集中控制和就地分散控制。

现场的输入信号有起动、停止、煤流传感、南北线选择、锅炉位置、自动卸料、卸料器抬起和放下位置、给煤机选择等20个;输出信号有振动给煤机、皮带鼓风机、皮带除铁器、皮带运输机、棒条筛、破碎机、刮板输送机、卸煤器抬起和放下、故障报警、起动/停车预告等42个，为了减少成本并留有充分的余量，选基本单元FX2N-48MR和扩展单元FX2N-48ER。

3 系统软件设计

PLC常用的编程语言有梯形图语言（LD）、顺序功能图语言（SFC）和功能块语言（FBD），四级皮带输送机控制系统属于典型的顺序控制，所以主要采用顺序功能图（SFC）编程。图2为系统程序流程图。

图2 程序流程图

顺序功能图主要采用步进梯形指令编程方式，为了编程方便，程序中采用了许多中间继电器进行程序的记忆、转换，同时程序中还使用许多内部定时器完成延时功能。

3.1 起动程序

首先，在准备工作时，把就地集中转开关闭合，北线开关闭合，给煤机选择开关闭合，要自动卸料，把自动卸料开关闭合，做好启动前准备工作。准备工作完备后，按下开车按钮，皮带运输机按编写好的程序在PLC的控制下一步步的启动。图3为起动程序流程图。

图3 起动程序流程图

3.2 工作程序

当所有的设备启动后，皮带运输机就开始正常的运煤工作，自动卸料的电动推杆式卸料器在锅炉位置开关的控制下自动工作。

3.3 停止程序

工作完毕之后，锅炉注满了，按下停止按钮，然后皮带运输机按程序逐步停止。后所有设备全部停下，等待下一次的工作开始。

3.4 故障程序

在该四级皮带运输机的故障回路中用了下降沿微分输出指令，在设备正常工作时它遇到上升沿不起作用，当故障时设备停止运行，它就接通故障继电器线圈，使故障输出，故障报警，设备停止运行。在正常的停车情况下，它被停车预告输出断开无效，使其不误报故障。

若运行中出现故障，使某一设备不能正常运行，只要该设备因故障而停车，一个下降沿到了，就会接通PLC中的故障中间继电器，故障线圈闭合，把运行电路断开全部停车，发出故障报警声。等到故障解除然后恢复正常。

4 结 语

，本系统方案不仅选择了成熟、可靠的软/硬件，并充分考虑了系统的扩展性，符合控制管理一体化潮流，对今后控制功能和管理功能的扩充提供了很好的基础。本系统自投入运行以来，运行状态良好，自动化水平达到国内同行业的水平，取得了良好的经济效益和社会效益。此项目的经济效益约20万元。

本系统的创新点主要有：改用气垫带式输送机，没有滚筒和承载托辊，减小了摩擦损耗和功率消耗；电气控制采用PLC与接触器结合，解决了传统的继电器接触器控制的诸多问题，提高了系统的抗干扰能力，降低了故障率，使运行安全可靠