布袋除尘-Thomas.doc

吉林热电厂240TH锅炉低压脉冲布袋除尘器自动控制系统沈阳创思达自动化系统有限公司 陈黎摘 要：低压脉冲布袋除尘器做为火力发电厂锅炉燃烧排放烟气的除尘单元，其除尘功能效果非常好。本套自动控制系统采用美国通用公司GE VersaMax PLC控制系统，系统与上位机监控系统的通讯方式为工业以太网，与EVIEW触摸屏为RS232串口通讯方式，实行双保险的数据交换模式。实际的生产运行证明：该自动控制系统设计合理，运行稳定可靠，完全实现了低压脉冲布袋除尘器运行过程中控制要求！关键词：除尘器 PLC 通讯 控制Abstract ：Low pressure pulse bag dust collector is a dust removal unit that belongs to the thermal power plant. The machine can be used to emit boiler combustion flue gas. The effect of dust removal is very good. The automatic control system adopts GE VersaMax PLC control system which is produced by the U.S. General Electric Company. The system communicates with monitoring system through industrial Ethernet and with EVIEW touch screen through RS232 serial port. Because of these communication modes, the security of data exchange can be ensured. The practical running results show that this system is designed properly, run reliably, and satisfies the operation process control requirements. Key words: bag dust collector; PLC; communication; control 1 引言电力工业是国民经济的重要基础工业，也是国民经济发展战略中的重点产业、先行产业、支柱产业。我国为产煤大国，原煤储量和开采量均居世界第一，我国的资源国情决定了我国能源结构以火电为主，预计在近十年内火力发电所占比重仍在70%以上。火力发电厂锅炉除尘器经历过从干式旋风除尘-多管旋风除尘-麻石水膜除尘-静电除尘的过程。目前，随着国家对环境保护的重视程度和环境保护要求的日益提高，以及滤袋的国产化和使用寿命的延长，火力发电厂锅炉尾部除尘又有回到布袋除尘的趋势。袋式除尘系统设计特点：除尘效率99.9%出口烟尘排放浓度1020mg/Nm3除尘器本体漏风率1%除尘器系统阻力1500PaVersaMax PLC产品是GE Fanuc公司推出的新一代控制系统，其设计新颖、结构紧凑、通用性强、配置灵活、经济实用，为自动化控制系统提供了功能强大的系列产品。VersaMax PLC是目前唯一具有“三合一”功能的系列产品，它既可以作为单独的PLC控制机，具有可接受的价格和优越的性能；又可以作为I/O子站，通过现场总线受控于其它主控设备，诸如GE Fanuc 90-70、90-30以及第三方PLC、DCS或计算机系统；还可以构成由多台PLC组成的分布式大型控制系统。2 布袋除尘工艺流程布袋除尘器结构分为：进气系统、滤灰系统、清灰系统、排气系统、卸灰系统、输灰系统、气路系统、保护系统等等，布袋除尘器的气体净化方式为外滤式，含尘气体由进气系统进入各单元过滤室，由于设计中袋底离进风口上口垂直距离有足够合理的净空,气流在导风板、挡风板和分配筛的影响下,均匀分布在整个过滤室内；含尘气体中的颗粒粉尘通过自然沉降分离后直接落入灰斗、其余粉尘经分配筛随气流进入中箱体过滤区，吸附在滤袋外表面；滤袋采用压缩空气进行喷吹清灰，清灰系统由气包、喷吹管和电磁脉冲控制阀等组成。过滤室内每排滤袋出口顶部装配有一根喷吹管，喷吹管下侧正对滤袋中心设有喷吹口，每根喷吹管上均设有一个脉冲阀并与压缩空气气包相通。清灰时，电磁阀打开脉冲阀，压缩空气经喷口喷向滤袋，与其引射的周围气体一起射入滤袋内部，引发滤袋全面抖动并形成由里向外的反吹气流作用，清除附着在滤袋外表面的粉尘，达到清灰的目的；过滤后的洁净气体透过滤袋经上箱体、排风管排出；由清灰系统除落的灰尘经输灰系统输送的指定储灰处。布袋除尘器除尘效率高、占地面积小、投资小、运行费用低、离线清灰、离线检修、自动化程度高、滤料耐高温、气流走向均匀合理等优点，为大风量高浓度的含尘气体的处理提供了可靠的保证，是一种理想的大流量含尘气体的除尘设备。3 VersaMax PLC过程控制系统简介VersaMax PLC产品为模块化和可扩展结构，构成的系统可大可小，为现代开放式控制系统提供了一套通用的、便于实施应用的、经济的解决方案。VersaMax PLC是GE Fanuc控制产品中首次按照独一无二的Six Sigma原则进行优化设计制造。Six Sigma意味着应用全面的研究和开发技术、分析众多的用户需求、符合严格的质量控制标准。1：使用方便、经济实用1) 直观的特性设置2) I/O模块和通讯模块可带电插拔3) 自动配置I/O地址和参数4) 无机架的紧凑结构 安装方便5) 安装费用低 减少工程成本2：高可靠性、高连续性1) 遵照“Six Sigma”原则进行优化设计2) 先进的故障诊断3) 可恢复的电子短路过载保护（ESCP）4) 拔掉模块的状态可预先设定VersaMax PLC强大的CPU（处理器）最多可有64K用户内存，用于应用程序，浮点数计算，实时时钟，子程序, PID，闪存和无扰动运行模式，在小尺寸中提供了强大广泛的功能。它包括了自动I/O寻址-包括内部错误表和LED显示系统错误及I/O 强制的广泛的诊断功能-使操作者得以进行高质量的维护。网络通讯模块允许VersaMax控制器基于几种工业标准网络。Profibu的NCM允许VersaMax在Profibus-DP网络中作为从站。Profibus NCM支持高速数据通讯速率-多达12M比特/秒。DeviceNet的NCM提供主、从两种模式，并提供到工业设备如CANbus总线的低成本的通讯连接。AS-interface NCM则是一个主模块，提供到底层传感器和执行机构从设备的连接。网络接口单元提供和符合 Genius 网络, Profibus 网络, DeviceNet 网络以及 Ethernet 网络从设备的连接. 这些网络接口单元为用户提供了快速的工厂层面通讯的网络连接。4 控制系统结构框图整台控制系统分为1号和2号两套完全一模一样的机组，每套机组的模拟量输入和模拟量输出信号（AI/AO）共计16路，信号类型分为电流420mA，热电阻RTD，直流电压010VDC；信号变送器为2线制和4线制，四路PID闭环反馈调节回路。数字量输入和数字量输出信号（DI/DO）共计96点，反馈和控制对象为烟道主副阀门、脉冲阀、空气炮、加热板、卸灰阀、降温系统等等，基本包括了布袋除尘器的过程控制系统和顺序控制系统中所有典型器件。本系统主要分为3个控制部分，其结构框架图如图1所示：图1 系统结构筐架图控制系统：控制系统包括仪器、仪表、PLC可编程控制器为主体的除尘器主控柜及相应的辅助设施，采用连续控制方式，留有DCS计算机控制接口，以适应设备自身控制和车间（或中央）控制的需要。 本套控制系统由2个PIW102电源模块、2个CPUE05CPU模块和12个数字、模拟量模块组成，分别控制两套机组。功能为控制数字量信号的反馈和启动，处理模拟量信号输入输出。CPUE05模块的通讯方式为三种：工业以太网通讯方式、RS232串口通讯方式和RS485串口通讯方式。CPUE05模块通过工业以太网通讯方式与上位监控站和工程师操作站实现数据交换；触摸屏则使用CPUE05模块的RS232串口实现数据交换。上位监控站、工程师操作站（距除尘器控制室较远）和触摸屏3个监控画面，为系统正常运行提供了保护。整套系统使用UPS电源供电，可以保证在市电掉电的情况下，系统正常运行，提供充足的维修时间。另外本套控制系统还设置可手动控制系统，该系统完全可以脱离PLC控制整套除尘器。通过以上设计，完全保证了除尘器正常无误运行生产。控制系统如图2所示：图2 控制系统结构图上位监控站：上位监控系统为上位监控操作画面和触摸屏操作画面，两套监控画面可以同时对除尘器进行控制操作。上位监控操作画面采用Windows2000中文操作运行平台，操作平台为GE 公司开发的Cimplicity/HMI/Workbench监控软件。触摸屏操作画面采用Eview公司ET500系列的触摸屏，其优良的通讯方式和低价位得到了用户的认可，其组态软件为Eview公司开发的EasyBuikder监控软件。工程师操作站：CPUE05通过OSM光纤交换机与工程师操作站（DCS）实现网络连接。除尘器控制系统做为工程师操作站中控制的一部分，其组态软件为IFIX软件。通过网络使除尘器控制系统在整套电站监控画面中实现数据传输、控制，还可以供系统工程师进行系统维护、实现程序修改、用户登录管理、用户权限分配等等，网络通讯为电站系统集中化管理提供了方便。5 控制方式和软件编程本套锅炉除尘控制系统分2个主要自动控制部分，分别为烟道阀自动切换控制，脉冲阀自动清灰控制。主副烟道阀自动切换控制：主副烟道阀的控制采用自动和手动两种方式，自动控制利用安装在进风管内的温度、湿度仪检测的烟气实际温度/锅炉点火或喷油信号来进行，当烟气温度、湿度超过设定温度/锅炉点火或喷油时，自动打开副烟道阀，在副烟道阀开到位后，给PLC一个到位信号，同时给工程师操作站温度/湿度超高报警信号，再自动关闭主烟道阀，到达关到位后给PLC一个到位信号，这样使超高的温度/湿度等烟气通过旁路直接排入大气中，以免损伤布袋；司炉在得到温度/湿度超过报警信号后，调整锅炉燃点等措施降低烟气温度/湿度；PLC检测到温度/湿度降到控制要求后，自动开启主烟道阀门，到位后再关闭副烟道阀门，同时输出到位信号给PLC和工程师操作站，发生点火和喷油信号时，自动控制系统也将执行阀门切换程序。手动控制按钮设置在控制柜上。脉冲阀自动清灰控制：除尘器的脉冲清灰控制采用手动和自动两种方式，可相互转换。自动控制采用压差(定阻)、定时和强制控制方式，可相互转换。压差检测点分别设置在除尘器的进出口总管处。当达到设定的压差值时或时间周期时，除尘器各仓室依次进行脉冲喷吹清灰，清灰状态的选择由PLC实现控制。脉冲阀自动喷吹系统作为布袋除尘器控制核心，其控制过程必须小心谨慎，否则将导致事故的发生。在程序处理中，依据距阵的方式实施控制脉冲阀，使其按照一仓室中一个脉冲阀喷吹的要求依次循环喷吹，达到清灰的最佳效果，在上位监控画面上，设置仓室-仓室间隔时间、脉冲阀-脉冲阀间隔时间和脉冲阀运行时间的参数设定人机界面，以便工程师根据现场烟气实际情况调整喷吹参数设定。1） 定时控制：选择开关选定“自动”“定时”位置，系统满足定时（循环喷吹间隔时间）控制条件后，先关闭1#仓室提升阀（离线清灰控制方式），1#仓室清灰运行指示位提示开始清灰，系统脉冲阀按工程师设定喷吹要求开始清灰；喷吹结束后打开1#仓室提升阀，1#仓室继续除灰工作；间隔仓室-仓室设定时间后关闭2#仓室提升阀（重复1#仓室工作），依次完成所有仓室的清灰工作后进入下一循环周期，周期结束后再从1#仓室开始清灰工序。2） 定阻控制：选择开关选定“自动”“定阻”位置，当除尘器差压达到差压上限设定值时，系统开始启动清灰工序：先关闭1#仓室提升阀（离线清灰方式），1#仓室清灰运行指示位提示开始清灰，系统开始喷吹，喷吹结束后打开1#仓室提升阀，1#仓室继续除灰工作；间隔设定时间关闭2#仓室提升阀（重复1#室工作），当清灰系统运行到第N#仓室第6个脉冲阀时，系统压差值降到除尘器差压下限设定值后，系统停止喷吹，并打开N#仓室提升阀；待系统除尘器的差压再次到达上限设定值后，自动喷吹系统从N#仓室第7个脉冲阀开始清灰，依次完成所有仓室的一边清灰工作，反复循环清灰。这样设计在于可以更好的利用除尘面积，降低布袋的损耗。3） 强制控制：当系统设置在自动定时清灰或手动清灰控制时，除尘器差压达到上限、锅炉负压偏高等原因时需要强制控制清灰时，选择开关选定“自动”“强制”位置，自动系统开始依次循环清灰依次，在结束清灰后系统自动转换为“自动”“定时”控制，避免操作人员失误，使除尘器处于停止状态。除尘器各仓室能单仓离线，即关闭提升阀、脱离除尘系统。在此情况下，该仓室将不运行清灰程序。其他设备控制方式：卸灰系统灰仓清堵空气炮采用自动和现场控制两种方式、与输灰系统连锁。除尘器灰斗设上料位及下料位指示，料位信号在控制柜上显示并报警。自动控制方式：时间控制：当除尘器每完成13次脉冲喷吹清灰周期（现场可调），自动启动输灰设备开始从后向前依次将除尘器灰斗卸灰一次，灰斗卸灰每次只有一个运行。料位控制，当上料位计显示料满时，启动输灰设备；当下料位计显示灰斗清空时，停止输灰设备。现场控制由机旁操作箱来完成，并向主控系统提供各设备运行状态信