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1 引言
随着国民环保意识的增强，国家对粉尘颗粒排放标准的要求越来越高，迫切要求采用除尘效率较高的高压静电除尘技术来解决空气污染。静电除尘设备是利用高压电场使电场内的气体游离，当游离的正负离子与烟尘碰撞时，就附着在烟尘上使粉尘变成有不同极性的带电体。在电场的作用下向电极移动，后吸附在电极上，这就使烟尘净化了，为了收集尘埃，电极上方安装有振打电机，对电机进行定时振打，这些振打电机和振打机械就构成了静电除尘系统。本文就某冶炼厂火炼锌设备的烟气除尘设备的改造，谈谈PLC的应用。
2 控制要求
火炼锌作为一种冶炼锌的技术已在水口山应用了几十年了。但是在烟气排放中产生大量的灰尘，严重影响了周围的环境，造成社会产业关系紧张。为了解决污染问题,采用了高压静电除尘系统。该设备是一套75kV的三电场除尘设备，图1为该装置的示意图。引风机迫使烟气进入高压电场，净化后由裤衩烟道排出。图中M1、M3、M5是三个阳级振打电机，M2、M4、M6是三个阴极振打电机，M7、M8是控制两个阀门电机。
图1 75kV三电场除尘装置示意图
2.1 振打或者抖动顺控
振打或者抖动顺控动作是除尘过滤装置的基本控制动作。振打电机带动振锤周期性敲打阳极、阴极的极板板线。使吸附在其上的粉尘清除到灰斗中加以回收利用，为了取得较好的振打效果，对振打控制系统的要求如下:
(1) 同一电场中阳极-阴极振打不能同时进行。
(2) 同一时间内,前后电场的阳极(或阴极)振打不能同时工作。
(3) 为防止M5、M6振打时,下落的粉尘被0.97m/s的烟气带出电场。M5和M7、M6和M8之间有一定的联系，M5振打时，M7同时关闭阀门YM1，M5振打完毕后延时1.5min打开阀门YM1;同理M6 振打时，M8同时关闭YM2，M6振打完毕后延时1.5min打开阀门YM2。
2.2 振打电机的振打优化振打时序分析设计
(1) 电场的阳极电机M1:打5min，停5min，循环;电场的阴极电机M2:停5min，打5min，循环。
(2) 第二电场的阳极电机M3:先停5min，打5min，停15min循环;第二电场的阴极电机M4，先打5min，停15min，打5min，循环。
(3) 第三电场的阳极电机M5:先打5min，停25min，打5min，循环;第三电场的阴极电机M6:先停5min，打5min，停25min，循环。各电机振打时序如图2所示:
图2 电机振打时序图
3 PLC硬件设计
选用了日本三菱公司的FXN-32MR的PLC。根据上述振打的控制要求，可以方便得出PLC的I/O口分配如图3所示。
4 程序设计
为了提高系统可靠性、调试方便及便于控制功能的扩充，控制程序采用摸块设计法，整体控制梯形图如图4所示。按功能分为:电场M1、M2振打程序模块，第二电场M3、M4振打程序模块;第三电场M5、M6振打程序模块;YM1、YM2控制模块。如果按照图2的时序图，每一个电机振打都采用定时器来控制的话，则由于定时器之间的时间误差累计, 很难保证各个电机始终满足优化振打逻辑关系。为此，对电场的振打时序用定时器来完成。第二、第三电场的振打时序用计数器来完成，各电场电机之间振打关系的互锁可以通过软件编程实现(文中省略)，同时也可以通过硬件来实现。从而可始终保证各电机之间优化振打逻辑关系
图3 PLC的I/O口分配
图4 整体控制梯形图
4.1 电场M1、M2振打程序的设计
在图5中，电机M1的次振打是由启动按钮SB1按下后立即起动，5min后就停止。第二次以及后面的循环就靠Y1的下降沿触发(即M2开始停止时)。而电机M2的振打触发是由Y0的下降沿触发，这就构成了循环。设计的程序如图5所示。
图5 电场M1、M2振打程序
4.2 第二电场M3、M4振打程序的设计
根据振打时序图，第二电场电机M3振打触发及振打时间和电机M2相同，只不过振打与振打间停止时间长，电机M3次振打与电机M2相同。因而为了使定时精度提高，用控制电机M2振打M102来作为记数器的记数脉冲。电机M4控制程序照此类推，设计控制程序如图6所示:
图6 第二电场M3、M4振打程序
4.3 第三电场M5、M6振打程序的设计
根据振打时序图，第三电场电机M5振打和以后的触发及振打时间和电机M1相同，只不过振打与振打间停止时间长，为了提高控制精度，由控制电机M1振打的辅助继电器M100来作为计数脉冲。M6的控制程序类推。设计控制程序如图7所示。
图7 第二电场M5、M6振打程序
4.4 电磁阀YM1、YM2控制程序的设计
电机M5开始振打时关闭电磁阀YM1，因而YM1关的启动信号和M5振打相同，都是输出电器Y04。YM1是在M5振打完毕后，延时1.5min才打开。电磁阀YM2的控制程序照此类推，设计控制程序如图8所示。
图8 YM1、YM2控制程序
5 结束语
本设备在水口山有色金属有限公司运行了2年多的情况表明:PLC对静电除尘的控制效果好，改变了过去那种灰蒙蒙的天空。使周围居民的生活环境得到了改善。可靠性强,控制精度高，而且每年回收的尘埃，通过冶炼，价值在20万元左右，因而静电除尘设备值得推广应用
1 引言
用于燃料输送的输煤斗轮机，是在上安电厂一期工程时由美国GE公司安装的，采用的型号为GE S6系列，自安装运行以来运行状况良好，基本可以满足电厂输煤要求。可是随着产品的更新换代以及电厂自动化水平的提高，原有的S6系列PLC操作比较繁琐，DOS人机交互界面使得技术人员在维护时感到非常得不方便，原有的梯形图逻辑存在却缺陷导致斗轮机行走振颤，甚至停机警报,设备出现老化现象，特别是S6系列PLC在九十年代中期已经停产，一旦现有的PLC故障需要更换，则很难找到备用的模件，给电厂生产正常运行带来很大的不便。因此迫切需要对原有的S6系列PLC进行升级改造。
2 斗轮机系统功能分析
斗轮机的作用主要分为两大部分，一是把煤通过传送带在指定地点煤集中堆放;二是根据需要把堆放好的煤通过传送带传输到中转站。斗轮机的功能分为悬臂旋转、悬臂升降、大车行走、斗轮旋转、夹轨器、挡板、拖车皮带、就地控制、远程控制、自动等十四部分。其中大车行走驱动电机使斗轮机运动至煤堆附近，接着悬臂进行旋转或者升降将斗轮运行到适合取煤的位置，斗轮开始转动取煤，通过皮带运送走，或者通过拖车皮带将需要堆放的煤集中存放到指定地点。
3 改造方案设计
改造包含E1盘配电室和E2盘远程控制驾驶室两部分。E1盘配电室内配有两层机架，层为安装有CPU的I/O机架，另一层为隶属于层机架的I/O扩展机架。两层机架之间通过扩展电缆进行连接和通讯，现场的各类开关量信号，报警接电信号，PLC输出到现场电机的起停信号均通过端子排与PLC I/O模块相连;E2盘远程驾驶员室内配有一层机架，该层为隶属于配电室层机架的远程扩展I/O机架，与主机架之间通过远程通讯电缆进行通讯。驾驶室内的监控硬件为发光二极管组成的光子排，通过端子排以简单明了的指示驾驶员各种操作状态以及报警信号。
3.1 硬件改造
(1) PLC选型
PLC采用GE公司的9030系列，参照原有PLC配置，共有输入300余点，输出400余点，故选用11个32位的输入模件IC693MDL655，6个32位的输出模件 IC693MDL753，输入与输出模件均使用一对24针D形连接器(分为AB、CD两组)及电缆IC693CBK001进行数据传输;电源模件选用IC693PWR322，可满足所有输出和输入模件的需求;同时PLC的微处理器选用高性能的CPU363，系统运行速度高，可达0.5ms/K指令。能快速执行梯形图逻辑，并实时刷新计算输出，并可在线监视执行状态。完全可以满足实时控制的要求。具体的输入和输出模件位置分配为:E1盘主机架6个输入模件，扩展机架1个输入模件，3个输出模件;E2盘4个输入模件，3个输出模件。PLC硬件配置图(主机架)参见图1。
图1 PLC硬件配置图(主机架)
(2) 电源改造
原有的110V直流电源全部更换作24V直流电源;PLC的输入模件与输出模件电源接线均采用负逻辑方式，具体方法可参考图2，并将输入模件和输出模件的24针D形连接器数据传输电缆剖开，按照图2和图3所标明的接线方式求将不同颜色的数据线分为AB组和CD组，分别打印出线标志，以保证连接到端子排上的位置准确无误
(3) 接线线路改造
原有的PLC全部拆除,端子排全部更换，E1盘和E2盘的输入模件以及E2盘的输出模件对应端子排上的外部信号接线位置均保持不变，E1盘的输出模件直接驱动继电器上控制外部回路，对应的端子排上的外部控制信号线均保持不变;不同颜色信号线分为AB组和CD组，参考图2和图3，分别打印出线标志。按照接线图将连接到对应的位置，重新铺设驾驶室连接至配电室之间的通讯电缆，并在电缆外部套上绝缘皮管，以保证信号不受干扰。
3.2 软件改造
(1) 地址配置
参照原有的PLC地址配置，得知斗轮机的输入共有大约300点，输出大约400点，原来的地址分配比较混乱，所以根据实际情况重新配置输入和输出模件的地址，将所有的输入和输出点按照斗轮机的十四个功能区分开，然后再统一分配地址。注意到S6中的输出地址符号为%O，9030中为%Q;9030的定时器功能与S6的定时器功能完全不同，即S6定时器的地址是可以任意选择的，每个定时器只占一个地址位;相比之下9030定时器的地址就只能被限定在一个规定好的区域内，而且一个定时器就要占连续的三个地址位，这是GE 9030 PLC本身特性所决定的，故对梯形图中所有的定时器地址进行重新分配，范围%R1127~%R1334。
(2) 模块化逻辑开发
参考原有的S6 PLC DOS环境下开发的梯形图逻辑，在bbbbbbs & Cimplicity ME开发环境下重新编写适用于9030 PLC的梯形图,保证原有的逻辑功能不变;基于模块化思想，按照斗轮机的十四个功能部分对程序分块，即主程序只包含十四个被调用的子程序块(见图4)，各个程序块只包含对应于某一功能的梯形图逻辑(参考图5),并在现场技术人员的帮助下，完善了所有梯形图的注释，增强了程序的可读性，方便后期维护。
梯形图逻辑优化
注意到原有梯形图中一些特殊指令在9030的开发环境中已经不存在了，所以在9030的开发环境中找到可以代替这些特殊指令的命令以保证移植后的逻辑功能原功能一致。删除掉一部分已经不再使用的自动控制的逻辑，并修改了悬臂启动延时定时器的延时参数，使得控制效果更为合理。根据现场操作人员的意见，并改正了一部分错误的注释。
4 改造创新
本文作者创新点是在对原有的梯形图逻辑移植的基础上，采用了程序语言中的模块化编程方法，将斗轮机的十四个不同的功能部分看作是十四个不同的对象，分别编写相应的梯形图逻辑子程序，然后再主程序中直接调用这些子程序，形成完整的梯形图逻辑控制斗轮机正常运行。模块化后的梯形图逻辑结构清晰，具有很好的可读性，易于后期的维护。各模块之间相对独立、功能单一，避免了重复劳动，具有良好的可移植性，只要稍加修改，就可应用到同类型的控制中，获得了较高的程序质量。
5 结束语
整体的改造工作是成功的，系统调试期间运行状况良好，不但斗轮机的基本功能得到了实现，而且修改了原有逻辑中的不合理的地方，消除了斗轮机的行走震动的问题，并修改了斗轮机的斗轮的启动延时时间，使得功能更为合理，终顺利验收完毕。
不过在工作期间也出现了一些意想不到的问题，由于输出模件选用的是IC693MDL753，该模件的电源接线方式只有负逻辑着一种方式，而原来的发光二极管光子排的正常工作存在正负极性，改造后的由于模件的电源方式改变，导致了由输出模件驱动的发光二极管不能正常工作，与现场工作人员讨论之后，决定将光子排上的所有发光二极管正负极颠倒一下，这样就可以在不影响工作的情况下保证系统状态的的正常显示。
另外一个问题是在梯形图逻辑调试期间发现Cimplicity ME开发环境报告E1盘主机架电源不足，后经查阅相关资料发现，选择的电源只能向不多于4个同类型的输入或者输出模件供电，一旦超出这个限制，就会产生电源不足报警，导致模件不能正常工作，所以将原来配置好的主机架上的6个输入模件的后2个移至扩展机架上，主机架上4个输入模件，扩展机架上3个输入模件，3个输出模件，满足了电源要求从而正常运行。
实践表明改造后的斗轮机抗干扰能力强，可靠性大大提高，降低了电气维修人员的工作量，极大地提高了生产率和整体输煤系统的自动化水平。
