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脉冲 布袋除尘器 控制系统 设计

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脉冲式布袋除尘器控制系统设计CONTROL SYSTEM OF PULSE BAG摘要大气污染问题越来越严重，为保护生活环境，政府对各企业废气排放管制也越发严格。脉冲式布袋除尘器对于清灰除尘效果极佳，市场竞争力力大。研发脉冲式布袋除尘器对环境的保护具有重要影响。本设计简要介绍了脉冲式布袋除尘器背景意义和在国内外的发展现状，概述了不同除尘方式的特点，详细分析了脉冲袋式除尘器的结构、工作原理和工作流程，详细论述系统的总体设计、硬件、软件的设计。关键字 脉冲式布袋除尘器；PLC控制；系统设计AbstractThe problem of air pollution is becoming more and more serious. In order to protect the living environment, the government has more stringent control over the emission control of enterprises. The pulse bag filter has excellent effect on dust removal and dust removal, and has great competitive power in the market. The development of pulse type bag filter has important influence on environmental protection.This design briefly introduces the background significance of pulse bag filter and its development status at home and abroad, summarizes the characteristics of different dust removal methods, analyzes the structure, working principle and work flow of the pulse bag filter in detail, and expounds the overall design of the system, the design of hardware and the design of software.Key words pulse type bag filter plc control system design目 录摘要IAbstractII1 绪论11.1课题研究的背景与意义11.2脉冲式布袋除尘器在国内外的发展现状12 系统过程分析及控制方案设计32.1 脉冲式布袋除尘器的结构和工作原理32.1.1 脉冲式布袋除尘器结构32.1.2脉冲式布袋除尘器工作原理32.2 脉冲式布袋除尘器控制系统整体设计方案42.2.1 控制系统组成42.2.2 主要控制功能52.2.3 清灰系统52.2.4 卸灰系统62.2.5 报警系统73 硬件系统设计83.1 气压采集电路83.1.1 电压转换电路83.1.2 气压传感器选型83.1.3气压测量量程设计93.1.4 差压变送器选型93.2 温度采集电路103.2.1 温度传感器选型103.2.2 温度变送器选型113.3 室内灰尘浓度监测123.3.1 粉尘浓度传感器选型123.4 进风口气体流量监测133.4.1 气体流量传感器选型133.5 灰斗料位测量133.6 风机控制电路143.6.1 风机转速测量153.7 空压机启停电路163.8 报警系统设计174 系统的软件设计194.1 软件设计的内容194.2 控制系统PLC选型及组成194.3 清灰控制系统的运行流程21结论23致谢24参考文献25附录26附录1 I/O分配表26附录2 软件编程27IV1 绪论1.1课题研究的背景与意义随着时代的发展，社会的进步，高速发展的经济给环境带来了很大的破坏，人们日益认识到环境对自身生活的重要性。近年来，我国的雾霾情况变得越来越严重，如何解决大气污染是人人关心的重要问题。为了解决大气污染问题，政府提出了一系列的环境保护政策，各企业也积极配和政府工作，力图从根本上解决环境污染问题。20世纪70年代左右，中国企业将布袋式除尘器引入国内。脉冲式布袋除尘器是一种过滤空气中灰尘的设备。它主要是针对细小、干燥、非纤维状粉尘进行过滤。当含尘气体从进气口进入脉冲式布袋除尘器除尘器后，由于地球引力的作用，颗粒大、重量大的灰尘从气体中脱离出来，落入灰斗，其他灰尘颗粒随着气体在通过滤袋时被阻挡在其表面。这样，气体从出气口出来的时候就变成了干净的气体。因此脉冲式布袋除尘器常用于冶金、电力、水泥、矿石、沥青、化工、建筑、混凝土搅拌、锅炉等行业。经过长时间的发展和市场变化，由于脉冲式布袋除尘器具有经济性好、结构简单、工作寿命长、运行故障率低和除尘效率高等优点，渐渐地占据国内外的除尘环保市场。脉冲式布袋除尘器技术的更换在近几年尤为明显。脉冲式布袋除尘器是以布袋除尘器为基础改进的更为高效的除尘设备。改进后的脉冲式布袋除尘器不仅一次性处理气体量大、净化气体效率高、操作方便、滤袋寿命长，而且脉冲式布袋除尘器改革了布袋式除尘器结构和脉冲阀，解决了空压机压力低和露天安放的问题。新一代脉冲阀技术的改革与提高，不仅使电气设备得到了升级，而且耐高温耐腐蚀的能力也得到了很大的提高。脉冲式布袋除尘器的技术的改革让其在市场上更具有竞争力。1.2脉冲式布袋除尘器在国内外的发展现状布袋式除尘器的发展历史很长，可追溯130年前，它是由德国最先制造生产的。布袋式除尘器大规模应用与发展大约是在20世纪70年代，当时只是使用了一些吊带，工作效率相对较低。后来，机械振动和清灰式袋式除尘技术逐渐显现，这种技术逐渐在除尘市场上得到广泛应用。在20世纪50年代中期，随着反喷吹净化技术的发展，脉冲式布袋除尘器实现了可以连续进行除尘、清灰作业的目标，除尘净化效率也相应得到了提高，除尘布袋的压力也相对的稳定。1957年脉冲式布袋除尘技术的研究和开发被认为是布袋式除尘技术的一大发展。它包含了最后一个设备的所有性能，而且没有内部移动部件的集尘袋的使用寿命也延长了。1970年以后，脉冲式布袋除尘器技术向多仓室发展。国外发达国家大规模工业化已经开始进行，其中大型布袋式除尘器已经被广泛应用于燃煤电厂、干水泥回转窑腰部和电除尘。在20世纪初期，中国开始引进机械振动和回吹袋式除尘技术。七十年代左右，中国开始陆续出现一批生产布袋式除尘器的企业，到目前为止，他们中的大部分企业已成为中国生产脉冲式布袋除尘器的中坚力量。20世纪80年代以后，中国布袋式除尘器技术进一步发展，所有的生产和设计单位都在学习新的除尘技术。同时国外还引进了安全气囊脉冲布袋除尘技术和单机技术等，形成了国内较为完善的除尘系统。1995年左右，一些公司的除尘技术已经达到了国际标准。例如，宝钢将布袋式除尘器的内控标准设定为358MG/nm。中国从“十一五”规划中大幅度提高了环保要求，预计脉冲式布袋除尘器将成为市场的领导者。国际上也呈现了这种趋势。2 系统过程分析及控制方案设计2.1 脉冲式布袋除尘器的结构和工作原理2.1.1 脉冲式布袋除尘器结构脉冲式布袋除尘器是一种过滤空气中灰尘的设备。它主要是针对细小、干燥、非纤维状粉尘进行过滤，净化效率高达99%。脉冲式布袋除尘器组成部件有：箱体、滤袋、设备支柱、灰斗、骨架、冷风阀、提升阀、梯子、围栏、平台；以及清洁空气系统，清灰控制器，排灰和卸灰装置：它还包括脉冲阀分气室、脉冲阀、气包等。下面是各部分的作用和工作原理：洁净室 洁净室主要用于固定滤袋，框架和空气回路部件，并且是完全密封的形式。清洁灰烬时，压缩空气首先进入洁净室并冲入每个滤袋的内部。洁净室顶部有一个通道门，用于安装和更换袋笼和滤袋。洁净室分为7个房间，由内墙隔开。每室均设置了提升阀，用以控制进风口气体进入。袋室 袋室处于洁净室的下部，主要组成部件有花板、隔墙和滤袋。花板的厚度一般都不小于5毫米。加强后的花板能承受滤袋的系统压力和负荷。袋室的重要作用是容纳过滤袋并形成一个过滤空间，烟尘气体在这里得到净化，输送到洁净室的气体就变成了干净的气体。灰斗 灰斗被设置在袋室的下方，灰斗的强度应能承受灰斗内器件和灰尘的重量。 在除灰过程中，气流中的粗颗粒首先通过重力在灰斗中分离。料斗则由一个星型卸灰阀，一个螺旋输送机和一个空气斜槽组成。灰斗上设置有检修门。滤袋框架 滤袋框架是布袋除尘器的重要部件之一。脉冲式布袋除尘器的滤袋框架，也被称为袋笼或者骨架。过滤袋框架的作用是支撑过滤袋，使过滤袋在过滤及清灰的状态下可以张紧并保持一定形状，以减少损坏。由于滤袋直径和物料的不同，脉冲袋式滤袋笼的纵向数量有不同的要求。压缩空气管路系统 压缩空气管路系统主要由提升阀、电磁控制阀、空压机等组成。2.1.2脉冲式布袋除尘器工作原理烟尘气体通过进风口进入灰斗，比较重的灰尘颗粒脱离气体直接落到灰斗内，其他灰尘则跟随气流进入袋室。在袋室内，气体通过滤袋进入洁净室，灰尘则被困在滤袋表面。当过滤袋表面上的灰尘增加，导致阻力上升到设定值时，开始清洁操作。脉冲阀打开，压缩空气由脉冲阀振动并通过喷吹嘴吹向滤袋，并使附着在过滤袋表面的灰尘迅速从过滤袋表面脱落并落入灰斗。脉冲阀喷吹结束后，除尘器恢复正常运行。除尘器中的滤袋分成2组。在一组滤袋喷吹完成后，经过约2秒的时间，接着喷吹下一组。完成喷吹后所有滤袋等待10秒，提动阀打开，该室清灰结束，第二个袋室喷吹作业准备开始。由于设备被分成7个箱子，所以上述过程是逐个箱子进行的。一个袋室喷吹作业开启时，其余袋室仍然正常工作，这确保了设备的连续和正常运行。处理高浓度灰尘的关键在于这种强力除灰所需的清洁时间非常短。 2.2 脉冲式布袋除尘器控制系统整体设计方案相比与单片机，PLC有以下几个优点：通用能力强，使用方便简单；具有较高的可靠性，抗干扰能力较强，有效地隔离内部电路。各个模块之间采用屏蔽措施，采用性能良好的开关电源，具有良好的自诊断功能; I/O接口模块丰富；模块化结构，组合方便; 安装简单，维修方便；驱动能力强。单片机最大的缺点是抗干扰能力差，驱动能力差，这就需要大量的外围设备来驱动，而PLC常用于工业控制。 所以，本设计采用以PLC为主体的控制系统。2.2.1 控制系统组成脉冲式布袋除尘器一般有定时和差压两种清灰功能和各种自动控制功能。定时清灰控制是根据PLC控制系统设定的时间顺序，自动控制清灰系统工作。差压清灰控制是根据各仓室进气口和出气口压差值的变化，控制清灰装置自动清除灰尘的 。一般情况下，在稳定的工作条件下，可以设定定时清洗; 针对不同的除尘工况和除尘系统要求，可以设定压差式除尘，避免增加滤袋外表面累积的灰尘，造成滤袋损坏。当达到预定的过滤阻力时，电磁脉冲阀根据PLC控制系统设定的程序执行清灰作业，可保证除尘器安全稳定运行。控制系统组成如下图所示：图2-1 控制系统组成2.2.2 主要控制功能（1）清灰控制：本设计中，清灰方式可分为定时清灰、手动清灰和差压清灰; 手动清灰只用于调试系统或者检查维修。定时自动控制也可以称作周期控制，是通过设置几个时间参数，让除尘器以一定的周期进行动作。可设置参数：两个脉冲阀开启时间间隔T1，脉冲阀开启时间长度T2，连续两个清灰作业时间间隔T3。 差压自动控制意味着气压监测点分别设置在主室的进气口和洁净室的出气口，实时监测两个气压。当脉冲式布袋除尘器清灰作业运行，使两点压力差达到1500Pa时，开启除尘操作。 （2）除尘器的卸灰控制：自动卸灰和人工卸灰。自动卸灰是在灰斗内设置料位检测装置，当料位检测装置检测到料位到达指定值时，卸料器、螺旋输送机开启。当完成卸灰动作时，料位降低，卸灰动作停止。 （3）报警系统：报警系统包括温度超限报警系统、压差超限报警系统、料位超限系统。2.2.3 清灰系统清灰系统是脉冲式布袋除尘器控制系统的最重要的部分，也是除尘技术的关键。清灰系统主要包括控制和检测两部分。进入清灰过程后，必须关闭已清洁的仓室的舱仓口，即关闭提升阀，并暂时停止仓内的除尘。然后，在来自PLC的脉冲信号给予阀门后，脉冲阀将快速动作0.2秒。气囊中的压缩空气由于压力而从吹气口迅速喷出，使得脉冲阀正下方的过滤袋膨胀。压缩空气以高速高频率通过滤袋，将滤袋外面的灰尘吹落到灰斗中，达到清洁的目的。脉冲式布袋除尘器清灰系统的关键是要求脉冲阀的精确和快速移动，以达到最佳的喷吹效果，并且可以完全去除滤袋表面上的灰尘。清灰方式主要有两种：在线清灰方式和离线清灰方式。在线清灰：当进行脉冲喷射时，滤袋仍处于过滤烟雾的状态。吹风系统需要使用较高的吹风气流来阻隔过滤器烟气，同时，粉尘饼通过瞬间脉冲振荡剥落并进入灰斗。在线除尘器内部为大空间静压气室，气流分布比较均匀，过滤器负荷变化不大，可延长滤袋的使用寿命。 离线清洗系统需要将脉冲式布袋除尘器内部分成多个密封气室，每个气室面板上的出气口独立安装挡板和压缩空气控制系统，如气瓶和电磁阀。在对每个仓室进行清洁之前，要先关闭提升阀，使气室密闭，免受烟尘影响。因此，离线清洗结构更加复杂，成本和维护要高于在线清洗。然而，离线清洁的方法可以彻底清除灰尘并降低设备的电阻。 本设计脉冲式布袋除尘器采用离线清灰方式。本设计的脉冲式布袋除尘器有7个独立除尘仓室，每个仓室有2个脉冲阀，除尘器的脉冲喷吹动作流程描述如下：1室：提升阀1关闭-等待3秒钟-脉冲阀1喷吹-等待1秒-脉冲阀2喷吹-等待5秒钟-提升阀1打开-等待下一次除尘并激活2仓室清洁 2室：提升阀2关闭-等待3秒钟-脉冲阀1吹-等待1秒-脉冲阀2吹-等待5秒钟-提升阀2打开-等待下一次除尘并激活3仓室清洁 3仓室，4仓室，5仓室，6仓室，7仓室同上面流程操作。 7室除尘完成后，清灰作业停止（所有仓室均处于除尘状态），并等待PLC控制系统下一次发出的清灰指令（如时间计时，压差法或手动指令）。 （2） 清灰检测清灰检测包括检测气体进出口压力、仓内气体温度、压缩空气过滤系统压力、电机转速、电路中的电压和电流等。2.2.4 卸灰系统卸灰系统主要装置有：灰斗、星型卸料装置、空气输送斜槽和螺旋输送机。排灰系统的运行可以选择自动控制系统来控制排灰，也可以选择手动排灰。 通过系统编程控制卸灰的要点在于对灰斗灰位的检测。本设计在灰斗内设置了料位检测装置，当灰尘高度超过设定值时，报警系统开启。手动卸灰是在控制界面分别设计了各灰斗卸料器的启停电路和螺旋输送机的启停电路。 2.2.5 报警系统在除尘作业中，对可能出现故障的部分的检测与报警是保证安全除尘、高效除尘的关键。在本设计中，文本显示器可以实现对进出口压力差，主室气体温度，灰斗内料位、进风口气体流量、风机转速、电路电压电流的监测。其中，MPX2010高精度气压传感器用于气压差检测。 变送器将气压值转换成标准信号经 PLC模拟量模块转换得出压力值。主仓室气体温度由PT100型传感器对温度进行采集，经PLC模拟量模块转换后得出温度值。灰斗料位则由MK-LD智能雷达物位仪表测量，经PLC模拟量模块转换得出料位值。上述三个监测点都可实现故障实时检测。本设计设置了三路报警装置，即压差超限报警，温度超限报警和灰斗料位超限报警。3 硬件系统设计3.1 气压采集电路3.1.1 电压转换电路由于传感器元件需要使用4V的直流电源来驱动，所以在这里设计了一个电压转换电路，把PLC外部24V电源通过倒向比例器转换成3V的直流电源，具体电路如下所示，其中R1电阻为60K,R2电阻为10K，设置A的值为50000。图3-1 电压转换电路3.1.2 气压传感器选型压阻式有源传感器是将压力转换为电压/电流信号，并广泛用于工业生产的组件。使用最广泛的硅半导体传感器具有小尺寸，重量轻，高集成度的特点。它可以将压力转换为毫伏差分电压信号。压力传感器具有良好的线性度，其输出电压与施加的压力成正比，其温度补偿功能克服了半导体压敏器件的温度漂移。硅压阻式传感器在硅晶片上使用扩散或离子注入方法在硅晶片上形成四个相等的电阻电阻器，从而四个电阻器连接到电桥电路。当外部压力不为0时，电阻器的电阻变化并产生电压。MPX2010型传感器性能参数如下表所示:表3-1 MPX2010传感器参数主要参数压力范围KPa一般工作电压V过载能力满量程电压mV最大工作电压V0103400%256零压输出mV线性度%FS温度误差带采集通道全量程温度影响%FS-451252MPX2010型压阻式有源传感器采用获得专利的X型单电阻元件。使用离子注入技术在硅晶片上进行光刻。它具有重量轻，体积小，承受过载能力强等特点。它具有良好的线性度和广泛的电源电压。输出040mVc差分信号。MPX2010可由电阻放大器和运算放大器电路组成，该电路应具有高共模抑制比和高差模增益，以及高输入阻抗。放大增益的选择可以根据具体应用而定制，以满足不同的范围要求。MPX2010拥有4个引脚。引脚3连接到恒压源，引脚2和4是模拟信号，引脚1接地。该传感器具有广泛的电源电压，并由4V电压供电。该传感器满量程被是最低输出电压与最高输出电压之间的差值。这就需要两个气压传感器来检测气体进气口和出气口两点的压力。 3.1.3气压测量量程设计MPX2010传感器的测量范围为010Kpa。但是，根据除尘过程中收集的实际数据和其他资料显示，当压差达到3 KPa时，出口压力与入口压力之间就已经达到了最大压力差。在正常情况下，当压差达到1500Pa时，脉冲吹气操作将打开，所以我们选择测量范围为03.5Kpa。 3.1.4 差压变送器选型测量除尘器进气口和出气口两端气压差值，并且把输出信号转化成 PLC模拟量模块可以接收的标准信号，有必要在压力传感器 MPX2010传感器的信号输出端添加差压变送器。将变送器的输出连接到PLC模拟量输入接口。经过多种传感器比较，本设计最终选用了CCY18-38-A1-B-C-G型差压变送器。 CCY18-38-A1-B-C-G差压变送器不像其他差压变送器那么昂贵。它使用从美国引进的专为硅压阻式传感器设计的芯片。它拥有独特截频抗干扰设计，内部设有增进的防雷击组块，整体采用不锈钢结构设计，采用宽电压供电。CCY18系列差压变阻器采用压阻式压力传感器芯片，可利用基板上的薄膜电阻进行零点校正，零温度补偿和灵敏度补偿。 该差压变送器采用高性能稳定的硅芯片封装，使其耐静压值高，并具有更好的抗干扰能力，让它更加稳定、可靠。CCY18系列微差压力变阻器是理想的微差压测量仪表。CCY18-38-A1-B-C-G差压变送器是一种气体差压变送器。它的量程为，最大静压为，满足压力传感器要求。该差压变送器输出信号为420mA，使用24V直流电源，可以在温度为-4085的环境中工作。 3.2 温度采集电路3.2.1 温度传感器选型袋式除尘系统的温度检测用于检测主储藏室内的气体温度。当气体温度高于系统设定的极限值时，报警系统开始工作，冷风阀开启，直到仓内温度降至90后，冷风阀关闭，系统继续正常运行。下面介绍几种温度检测电路。DS18B2O是一款体积小，易于使用，使用广泛，功耗低，价格低廉的数字传感器。它具有自己独有的的接线方式，其中一条线可以在完成传感器与PLC之间的通信的同时实现对传感器的供电。它具有多种适应不同应用的包装模式，如管道类型，螺纹类型，磁铁吸附类型，铝合金类型等。根据应用可以选择不同类型的包装。受DS18B20集温度范围影响，此传感器主要用于非限制性场合的温度检测。总而言之，DS18B20是一个特别好的的传感器，综合能力高，但因为他的测量范围较窄，只有-35至125。因此，本设计必须放弃对它的使用。PT100温度测量系统: 为了满足控制系统所需的较高的测量范围和测量精度，本设计选择了PT100传感器作为本设计的温度测量器件。PT100是铂金制成的温度传感器，其测量温度的范围高达-200850。PT100传感器内部的电阻值随温度的变化而变化，当电阻值为100时，相应温度为0。其温度和阻值的关系为: (3-1)PT100具有两线、三线、四线系统。由于要测量的温度在主体内部，因此与传感器的距离很长并且导线之间的距离很长。四线PT100增加了两条测试导线以提供恒定电流，其余两条测试导线用于测量PT100的电阻。 由于恒定电流会在PT100上产生一个不受线路电阻影响的电压降，因此可以保证PT100的精度。但是，四线PT100设备和接线复杂且成本高昂。三线制 PT100具有四线制 PT100精度高的优点，但是设备相对简单，三根测试线中有两根是电源线，接直流24V电源，另外一根用来测量 PT100的阻值。在本设计中，选择了三线制PT100。下图为PT100接线图：图3-2 PT100接线图3.2.2 温度变送器选型要将PT100传感器与PLC模拟量模块相连传递温度信号，需要增加一个温度变送器。本设计选用PT100型号的铁路发射器SBWZ作为中转器件。 PT100型号导轨式换能器SBWZ温度变送器的测温部件是热电偶和热电阻。从温度测量元件输出信号到变送器模块，经过多种内部电路转换，可以转换成与温度成线性关系的4至20 mA电流信号输出。PT100型号轨道式变送器SBWZ温度和电流变送器将温度传感器信号转换为电流信号，并连接到辅助仪器以显示相应的温度。温度传感器型号为PT100，温度电流传感器的作用是将电阻信号转换为电流信号，输入电表并显示温度。PT100型号轨道变送器SBWZ温度变送器具有以下特点： （1） 超小型集成，通用能力强。 （2） 二线制 420mA 直流输出。可远距离传输，具有较高的抗干扰能力。（3） 温漂、冷端、非线形自动补偿。（4） 测量精度高，长期稳定性好。（5） 适用于各种恶劣和危险场所。 （6） 结构简单合理，可直接替换普通装配式热电阻、热电偶。测温装置PT100通过变送器信号转换，与PLC模拟量模块连接，可实现除尘器仓内温度监测。3.3 室内灰尘浓度监测3.3.1 粉尘浓度传感器选型要实现自动控制风机转速的前提是，有一个控制标准，本设计是以室内灰尘浓度高低作为控制风机转速的一个标准。GCG1000粉尘浓度传感器是国内外吸收和消化的先进粉尘测量技术。使用灰尘的散射光强度与灰尘照射到暗室中的浮尘上时的灰尘浓度成正比的原理是散射光的光强度被转换成电信号，从而计算灰尘的相对质量浓度，然后通过预设参数值。 可直接计算出粉尘的质量浓度。然后通过液晶显示器转换成频率信号或电流信号输出。通过预设灰尘浓度报警值，当测得的灰尘浓度达到此值时，立即输出报警信号，提醒工作人员及时启动相应的除尘措施。 GCG1000型粉尘浓度传感器有以下特点：（1） 额定工作电流小，大大减轻了变电站供电负担，可远离变电站进行安装，在额定采样流量下工作电流较小。 （2） 在输入电压12V24VDC的范围内，传感器均能正常工作，可适用于煤矿井下各种分站；（3） 测量精度高：使用分段控制算法，使用不同比例因子自动计算不同比例因子；（4） 具有自动校准零点功能，可设置校准零漂的时间; （5） 利用软启动技术，减小了仪器启动时对供电电源的冲击。表3-2 GCG1000型粉尘浓度传感器参数名称参数值测量范围0mg/1000mg/测量相对误差10采样流量18L/min采样流量误差2.5超限报警及输出信号123VDC输出频率2001000Hz，脉冲宽度0.3ms输出电流420mA工作电压1224VDC、工作电流170mA由上表可知，灰尘浓度传感器的输出信号为420mA直流信号，可以被PLC模拟量模块直接接收，所以灰尘浓度传感器可以直接接到PLC模拟量输入接口，传递模拟量信号。3.4 进风口气体流量监测3.4.1 气体流量传感器选型本设计要求显示除尘作业过程中气体流量大小，所以需要在风机与除尘器连接口加装一个气体流量传感器用以检测风速。经过多家产品比较，最终确定了本设计选用的气体流量传感器型号。FR11-G12H-DA-Q型电子流量传感器也称为导热型流量传感器或热式流量传感器。FR11-G12H-DA-Q电子流量传感器基于热量原理。在其关闭的探头中，它包含两个电阻，其中一个作为探头电阻加热，另一个不作为参考电阻加热。当有气流在传感器表面流动时，加热电阻上的热量会被带走，温度降低，电阻值发生变化。FR11-G12H-DA-Q型电子式流量传感器有以下特点：无移动部件，各种管径要求，安装方便，极低的压力损失，连续可调，免维护，结构紧凑，LED显示流量趋势和开关状态。该传感器工作电源为24 V直流电，测量范围为202000cm/s，输出模拟量为420 mA，空载电流最大为80mA，内部具有反向、短路、过载保护。允许在-2080环境中工作。 气体流量传感器的输出信号是一个420mA直流信号，可由PLC模拟量模块直接接收。因此，气体流量传感器可以直接连接到PLC模拟量输入接口并传送模拟量信号。 3.5 灰斗料位测量本设计要求在PLC文本显示器内显示灰斗料位，所以需要在灰斗内设计一个能连续测量灰尘料位的器件。筛选后，选择最合适的传感器型号。MK-LD智能雷达液位仪可以适应各种储存容器或过程计量环境，例如：原油，轻质储油罐，原煤，煤粉仓，挥发性液体储罐，焦炭水平，泥浆储罐，固体颗粒等。它的测量范围为35米，工作环境温度要求在-40250之间。材料水平可以连续测量，输出信号是标准的420mA电流。MK-LD智能雷达物位仪表测量原理是：天线系统发射极短且能量很低的脉冲信号，遇到物体后脉冲波返回，并由天线接收。雷达波的运行时间可以通过内部电子系统转换成料位信号。使用特殊的时间延伸方法可以确保测量仪在很短时间内进行稳定和准确的测量。脉冲的时间行程T与距离材料表面的距离D成比例： D=CT/2 （3-2）其中C为光速。因空罐的距离E已知，则物位L为：L=E-D （3-3）将空罐高度设置为E（=零），满料位高度设置为F（=满量程），并设置其他一些应用参数。由于变送器输出的信号是标准电流信号，所以，变送器的输出端可以直接与控制系统的PLC模拟量模块的输入端相连。 3.6 风机控制电路PPC128-7脉冲式布袋除尘器所需风量为78500，阻力为12001700Pa，漏风率，经计算可得风机的风量应大于等于82632。因此，本设计选用的风机型号为4-72 5A。该风机转速为2900r/min，全压为20193187Pa，处理风量为7728-15455，功率为15KW。该除尘器风机采用的电机为三相异步电机Y160M2-2，额定功率为15KW，振动速度为2.8mm/s。Y系列电动机是全封闭式自冷式鼠笼式三相异步电动机。符合中国专业标准JB/T10391-2002Y系列（IP44）三相异步电动机的技术条件的规定。Y系列电机具有高效节能，失速转矩高，噪音低，振动小，运行安全可靠的特点。Y系列电动机是通用型电动机，适用于驱动鼓风机，金属切削机床，水泵等无特殊性能要求的各种机械设备。Y系列电机额定电压为380V，额定频率为50Hz。3kW及以下为 Y 接法，4kW及以上为接法。在控制脉冲式布袋除尘器运行过程中，需根据现场情况来控制风机转速，进而达到经济化的效果。 对于实现自动化风机调速，本设计选用变频器进行风机调速，选用PLC控制系统输出的室内灰尘浓度信号作为变频信号，在本章节3.4已经给大家介绍了GCG1000型粉尘浓度传感器。灰尘浓度信号经由粉尘浓度传感器测得，并传送到PLC模拟量模块输入接口，在经过PLC控制系统转换后，输出到变频器上，通过变频器实现风机的自动调速。 经过长时间的筛选，本设计选用BRHAT500系列高性能矢量型变频器作为除尘器变频调速的主要部件。风机内电机的工作功率为15KW，所以选用的变频器功率为15KW。具体连线方式如下：图3-3 风机接线方式电源应连接到变频器的输入端子U，V，W，切记不能连接到变频器输出端子上。否则将损坏变频器。接线结束，必须将线头清洁干净。在控制台上打孔时，注意不要让碎屑等进入变频器。最大布线长度应要小于规定值。当必须超过接线长度时，必须要把Pr.156设置为1。操作完成后，如要改变接线操作，操作必须在变频器断电10min甚至以上后，并且用万用表检查电压，确保安全后，才能进行。因为，在电源切断后的一段时间内，电容器上仍存在危险的高压电源。由于逆变器中有漏电流，变频器和电机必须接地以防触电。 变频器有三种变频器调速方式，一种是通过PLC和数字-模拟（DA）转换模块将PLC数字信号转换为电压（或电流）信号。并将电压（或电流）信号输入到变频器的模拟控制端子，经由内部电子设备转换控制变频器的运行。优点是可以实现无级调速。缺点是速度精度低，数模转换模块价格高。一种是通过PLC与变频器之间的RS485通讯接口，采用PLC编程通讯控制。其优点是可连续变速，速度控制精确，变速平稳，适应性强。缺点是抗干扰能力差，风机响应延迟。第三种控制方法是连接变频器的多功能端子与PLC的输出端子，将变频器的多功能端子调节为多速功能，设置适当的频率。控制PLC的输出端子使变频器以不同的速度运行。其优点是抗干扰能力强，响应速度快。 缺点是不能无级调速。本设计采用的是第一种方法。3.6.1 风机转速测量测量风机转速，即测量电机转速。本设计中引风机所用电机为Y160M2-2三相异步电动机。该电动机的额定功率为15KW，正常工作的转速为2930r/min，工作效率为88.2%，功率因数为0.88，振动速度,为2.8mm/s，重量是125KG。经过多重筛选，本设计选择了压电式速度传感器CV-YD-010作为风机转速的测量部件。压电式速度传感器利用压电材料的压电效应，嵌入精密积分器电路以及可垂直，水平或以任意角度安装的电流输出电路。表3-3是压电式速度传感器CV-YD-010的一些性能参数：表3-3 压电式速度传感器性能参数名称参数值名称参数值灵敏度幅值线性度零点输出供电电压1536V DC满量程输出工作温度范围-2080输出电流范围壳体材料304不锈钢横向灵敏度5%压电材料压电陶瓷频率范围冲击极限2000g测量范围（峰值）3016A（5015）插头、两芯电缆（RVVP）一根（3米）、一头空压电式速度传感器的工作电压范围较广，本设计选用PLC外电路直流24V为其供电。因为压电式速度传感器的输出信号为标准信号420mA,可直接接到PLC模拟量模块的输入端。3.7 空压机启停电路PPC128-7脉冲式布袋除尘器所用的压缩空气装置为空压机，该空压机的内部电机为鼠笼式异步电动机。鼠笼式感应电动机的起动电流非常大，一般为起动电流的4至7倍。启动电流过大会导致电源和线路压降过大，影响其他设备的正常工作。电机速度下降，欠电压将通过继电保护动作使正在运行的电气设备失电。而且，启动电流过大会引起电动机发热，进而对要求低温度环境工作的电气设备造成一定程度的损伤。因此，有必要设计一个降压电机启动电路，以确保电机的正常运行。鼠笼式降压启动有四种方式：定子串联电抗或电阻启动，Y启动，自耦变压器降压启动和三角形三角降压启动。定子串联电抗或电阻启动 启动时，电抗器或电阻器连接到定子电路。当三相异步电动机的定子电抗或电阻开始启动时，施加到定子绕组的实际电压降低，由此减小启动电流。但是，当定子串电阻开始时，能量消耗很大，因此实际应用受到限制。 Y-起动 Y-起动应用较广泛。它启动电流、转矩为直接用时的1/3；启动电压是。自耦降压启动 在电机启动时，通过自耦变压器来降低施加到电机定子绕组上的启动电压。电动机启动后，自耦变压器断开与电动机连接，这使电机在全压下正常运行。自耦变压器的低压侧接入电机，高压侧接入电网。自耦变压起动的优点是：根据启动电流和启动转矩，可以选择不同的自耦变压器的分接头，从而达到降压启动。 延边三角降压启动 延边三角降压启动具有节约金属，重量轻的优点; 缺点是内部接线复杂，本设计不选用该种接线方法，在这里就不做详细介绍。本设计选用的电机启动方式为Y-起动。图3-4为空压机起动控制电路。图3-4 空压机启停控制电路由于星型卸料装置和螺旋输送机内部的三相异步电机启动电流很大，所以也需要设计降压起动电路，具体电路如图3.5所示。3.8 报警系统设计本设计中共设置了三类报警：压差超限报警，温度超限报警，灰斗料位超限报警。本设计采用小型声光报警器TGSG-100作为除尘器报警设备。该报警器使用24V直流电源作为工作电源，功率为23W，光源采用LED灯珠频闪。声音为110分贝。温度超限报警原理：本设计中在仓内设置了一路温度传感系统用以检测仓内温度。温度传感器将仓内的温度测量出来，信号传递给温度变送器，温度变送器将接收到的信号转换成PLC模拟量模块可以接收的标准信号。信号传递给PLC模拟量输入接口后，转换成温度信号，一边通过PLC控制系统传输给PLC文本显示器，最终显示在文本显示器上。一边通过PLC控制系统，当温度达到系统限制温度200时，PLC文本显示器显示温度超限报警，温度信号通过PLC模拟量模块转换成电压电流信号，传递给报警系统。同时PLC输出信号给冷风阀，冷风阀打开。直到仓内温度低于160时，报警器关闭，冷风阀关闭。当温度达到220度时，PLC控制系统会主动断开风机电源。压差超限报警原理：本设计中在烟气总管和净气总管设置气压传感器，气压传感器测出两点气压值，并将这两点气压信号传递给压差变送器，计算两点之间的压差并将差值信号转换为标准信号到 PLC模拟量模块的输入接口。然后通过PLC将其转换为压差值并显示在PLC文本显示器上。当差压达到1500Pa时，从第一个仓室开始开始脉冲喷吹清灰操作。当压差值恢复到900Pa时，清灰作业停止，提升阀打开，除尘作业启动，等待下一次清灰作业。当烟气总管和净气总管气压差为达到1650Pa时，报警系统开启，PLC控制系统控制冷风阀打开，PLC文本显示器显示压差报警信号。当压差达到1000Pa时，报警关闭，冷气阀关闭。 当烟气总管和净气总管之间的压差大于1700Pa时，PLC控制系统会主动断开风机电源。灰斗料位超限报警原理：本设计在灰斗内放置了一个物料测量仪，可以测出物料高低。物料测量仪把物料高度信号转换成标准信号传递给PLC控制系统PLC控制系统得出物料高度信号并在显示器上显示出来，当物料高度达到3米，报警器会发出报警信号。卸灰阀和螺旋输送机开启。若物料高度达到3.3米时，PLC控制系统会断开风机电源。4 系统的软件设计4.1 软件设计的内容软件设计主要由两部分组成。根据任务书设计要求和控制规则，PLC的控制系统操作方式分为自动和手动调试两种。在手动调试状态下，用户可以通过观察继电器和继电器控制的阀门的动作，单独调整每个触点，并确定设备的相应硬件设施是否正常。调试完成后，控制系统可以进入自动运行模式。当差压检测值小于控制系统设定的下限值时，选择定时模式操作。当差压检测值大于控制系统设定的上限值时，选择差压模式操作。异常处理主要是料位超限异常、差压超限异常和温度异常。用户可以根据自己的需要在模块之间切换。监测模块主要完成对现场温度和差压数据、流量、料位、转速等模拟量的显示。控制模块主要控制风机启停和调速、冷风阀门的开启和关闭、以及其他设备的开启和关闭。参数设置模块主要完成设置各控制参数，包括仓内卸灰系统工作时间、温度的上限和下限、烟气总管和净气总管差压的上限和下限、定时控制脉冲阀喷吹时间和时间间隔、灰斗内料位上限和下限、差压控制提升阀工作时间、清灰时间间隔和周期等。调试模块则是对相应阀门进行调试，并确定某个阀门是否正常。 诊断模块主要诊断系统中的设备是否有故障，并且易于及时反应，避免设备运行时严重的设备损坏。4.2 控制系统PLC选型及组成本控制系统CPU选用西门子PLC模块6ES7 216-2AD23-0XB0，拓展模块选用西门子PLC模块6ES7 223-1HF22-0XA0和西门PLC模块6ES7 231-0HC22-0XA0，文本显示器选用TOD100-24V。本设计需要的接口多，单个PLC无法满足要求，所以增加了两个拓展模块。S7-200系列PLC在分布式自动化系统中拥有强大功能。其使用范围包括复杂的自动化控制的简单控制和继电器。6ES7 216-2AD23-0XB0适用于各行各业和各种场合的检测，监控和自动化控制。 它具有24输入点和16个输出点。它使用的是继电器输出，CPU226有2个，分别对应两个网络端口（Port0/Port1），其中PORT0：RS485；PORT1：RS232和RS485两种电平。本设计使用的是PORT0接头逻辑口与风机变频器相连改变风机转速。6ES7 223-1PH22-0XA0是CPU拓展模块，也是数字量输入输出模块，它具有8输入接口和8个输出接口，使用24V直流电源。6ES7 235-0KD22-0XA0是CPU拓展模块，也是模拟量模块。它有4个输入接口，一个输出接口，单一的拓展模块不能提供满足本设计所需要的输入接口数量，所以需要2个该模块才能满足需求。PLC模拟量模块分别用于接收进出风口差压信号、风机转速信号、仓内温度信号、灰斗料位信号、气体流量信号、厂房内灰尘浓度信号，还有16个输出接口，分别用于发送进出风口差压信号、仓内温度信号、厂房内粉尘浓度信号、灰斗料位信号等。文本显示器TOD100-24V是PLC的显示模块，使用24V直流电压，操作环境温度在050之间，内部CPU为51单片机。该显示器为单色显示器。PLC控制系统采用的是24V直流电源供电。本设计采用DC24V开关电源NES-50-24，通过此开关电源把常规电路中的220V交流电转换成24V直流电，用于系统外部电源。下面为系统电源分配图和PLC系统组成图：图4-1 电源分配图图4-2 PLC系统组成图4.3 清灰控制系统的运行流程脉冲式布袋除尘器开始自动运行时，首先选择运行方式(手动运行方式、自动运行方式)。手动运行方式属于调试或者检修的时候才会用到运行方式。手动运行就是通过PLC控制系统控制输入按钮，进而控制每个运动步骤。比如：手动启动风机、手动关闭风机、手动开启1室清灰系统等。自动运行方式又分为差压运行和定时运行。差压运行方式工作原理是：差压变送器检测烟气总管和净气总管两点的气压，并将压差值传递给PLC控制系统。PLC控制系统将接收到的气压差值与设定值进行比较。当压差值大于1500Pa时，清灰作业从1室到7室逐步开始运行。清灰作业进行一段时间后，压差值小于900Pa时，清灰作业停止，系统继续进行过滤烟尘作业。定时运行方式工作原理是：控制系统设置一个清灰周期时间T，以此周期时间进行清灰作业。例：从1仓室逐步开启清灰作业，一直到7室清灰作业结束后，系统继续进行过滤烟尘作业。经过系统设置的周期时间T后，系统重新开启清灰作业。在定时运行操作时，当系统检测到烟气总管和净气总管两点的气压差值达到1500Pa时，系统会自动进行差压运行方式的转换，直到气压差值低于900Pa，系统才会自动切换回定时运行操作方式。主要操作流程如下所示：图4-3 喷吹控制系统程序框图结论本设计根据毕业设计任务书要求，设计了一个基于PLC软件的控制系统。选用PLC226作为PLC控制系统的CPU，PLC223作为开关量拓展模块，PLC235作为模拟量拓展模块，PLC TOD100作为控制系统文本显示器。本设计设计了两种运行方式，即手动控制和自动控制。手动控制主要用于系统的检修和调试。自动控制又可以分成两种，一种是差压控制，一种是定时控制。在设计控制系统运行方面，我花了很大的功夫。怎样确保系统更加合理的运行，