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基于工業(yè)以太網(wǎng)的袋式除塵器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

作者: 時(shí)間:2014-10-20 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

  1 引言

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/264148.htm

  由于煙塵的排放,對(duì)我國的大氣環(huán)境造成了較為嚴(yán)重的污染,因而,煙氣凈化設(shè)備成為了許多人注目的焦點(diǎn)。從目前的技術(shù)看,可選擇的煙氣凈化設(shè)備主要有電除塵器和袋式除塵器。其中,電除塵器受鍋爐工況和負(fù)荷變化的影響較大,同時(shí)它對(duì)微細(xì)粒子的捕集能力又有限,而袋式除塵器一次投資低,除塵效率高,可達(dá)99.9%以上;附屬設(shè)備少,投資省;能捕集電除塵難以回收的粉塵,所以,袋式除塵器逐漸成為一種重要的選擇。

  袋式除塵器的除塵過程主要包括捕集、清灰、卸灰三個(gè)部分。捕集,顧名思義,就是將含有煙塵的空氣經(jīng)濾袋過濾,將煙塵留在濾袋中,被凈化的空氣則從出氣口排出;清灰單元是除塵器中一個(gè)非常重要的單元,隨著濾袋中的粉塵逐漸增厚,阻滯了被凈化空氣的排出,因此,需要定期的清除這些粉塵,利用對(duì)隔離閥、脈沖閥的操控,將被加熱過的空氣送入濾袋,濾袋受熱膨脹,再加上空氣流的作用,致使粉塵紛紛落入傳送帶上,被送入灰倉,原理圖如圖1所示。

  

 

  圖1 袋式除塵器的原理圖

  2 控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

  2.1 總體設(shè)計(jì)

  袋式除塵器的電氣控制系統(tǒng)主要包括高壓部分和低壓部分的設(shè)計(jì)。高壓部分主要指10kv高壓電源的引入,并將其分配給各個(gè)控制系統(tǒng)中,以及對(duì)高壓風(fēng)機(jī)的控制。低壓部分的設(shè)計(jì)囊括了:煙塵管道內(nèi)煙塵溫度的控制、氣源溫度的控制、捕集系統(tǒng)的控制、高壓風(fēng)機(jī)站的控制、輸灰卸灰的控制、清灰系統(tǒng)的控制等等。

  在整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行過程中,為保證系統(tǒng)的運(yùn)行可靠,利用西門子可編程邏輯控制器s7-300實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場數(shù)字信號(hào)狀態(tài)、模擬信號(hào)的采集并將采集的信號(hào)通過傳輸?shù)缴衔粰C(jī),上位機(jī)再根據(jù)需要將控制信號(hào)利用傳輸給plc,通過plc完成各個(gè)控制對(duì)象的輸出。同時(shí)采用5.2實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)控,包括對(duì)現(xiàn)場開關(guān)量的實(shí)時(shí)顯示、對(duì)模擬量的實(shí)時(shí)顯示、下位機(jī)運(yùn)行參數(shù)的實(shí)時(shí)修改、故障的報(bào)警、運(yùn)行參數(shù)記錄等等。從下位機(jī)到上位機(jī)的信息傳輸利用實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)現(xiàn)場設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的集中監(jiān)控,既提高了傳輸質(zhì)量,又可實(shí)現(xiàn)信息資源共享。

  2.2 以太網(wǎng)通訊的設(shè)計(jì)方案

  在早期的實(shí)踐中,plc與之間的通訊,許多都采用profibus現(xiàn)場總線的通訊方式,該方法雖具有快速的數(shù)據(jù)傳輸速度,但傳輸數(shù)據(jù)區(qū)域有限(最大64字節(jié)),且硬件成本很高,需要cp5412、em277 profibus-dp、profibus總線等硬件。隨著信息科技的飛速發(fā)展,以太網(wǎng)技術(shù)因其具有傳輸速度高、低能耗、便于安裝、兼容性好、開放性好和支持設(shè)備多的優(yōu)勢,在信息網(wǎng)絡(luò)中得到了廣泛的發(fā)展。

  本設(shè)計(jì)中,以太網(wǎng)主要用于完成上位機(jī)與下位機(jī)之間的信息傳輸,通過它可以很容易的滿足以下的設(shè)計(jì)要求:

  (1)不同廠商的設(shè)備容易互聯(lián),可以解決控制系統(tǒng)中不同廠商設(shè)備的兼容和互操作性的問題;

  (2)傳輸速率高,可達(dá)10~100mbps;

  (3)可以很方便的實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程訪問,共享/訪問多數(shù)據(jù)庫;

  (4)軟硬件成本低廉,有多種軟件開發(fā)環(huán)境和硬件設(shè)備供用戶選擇。

  工業(yè)以太網(wǎng)的硬件選擇比較簡單,主要作用是將plc設(shè)備與裝有的遠(yuǎn)程監(jiān)控上位機(jī)及工作站進(jìn)行互連,以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸與監(jiān)控。

  上位機(jī)通過cp1613通訊模塊實(shí)現(xiàn)與plc連接,現(xiàn)場采用的是s7-300plc,因此,需安裝simatic s7 protocol suite通訊驅(qū)動(dòng)程序,安裝完畢后,還需建立通道單元,每個(gè)通道單元只對(duì)一個(gè)下位硬件驅(qū)動(dòng)程序用作端口,在現(xiàn)場下位端采用cp343-1通訊處理器實(shí)現(xiàn)s7-300plc與工業(yè)以太網(wǎng)的連接,這個(gè)模塊自身帶處理器,可減輕cpu的通訊任務(wù)并可建立附加的連接。首先,定義cp343-1的以太網(wǎng)址,在simatic中的網(wǎng)絡(luò)配置軟件中,對(duì)cpu模塊插入一個(gè)新的網(wǎng)絡(luò)鏈接,并設(shè)定鏈接類型為tcp connection,再定義網(wǎng)絡(luò)通信的id號(hào),一個(gè)網(wǎng)絡(luò)連接用一個(gè)id號(hào),plc軟件根據(jù)不同的id號(hào)來判斷不同的網(wǎng)絡(luò)連接,鏈接完成后,通過以太網(wǎng)線與網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)連接而完成如圖2所示的系統(tǒng)的組態(tài)與網(wǎng)絡(luò)配置。

  

 

  圖2 cp1613與cp343-1的組態(tài)圖

  3 設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)

  3.1 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)及特點(diǎn)

  (1)低壓部分采用4臺(tái)ggd型配電柜:進(jìn)線柜、閥門控制柜、輸出控制柜及plc控制柜,此外還有捕集罩控制箱、手動(dòng)卸灰控制柜、手動(dòng)清灰控制箱等。電源經(jīng)隔離變壓器、交流穩(wěn)壓器后再送人電源模塊,保證了plc電源的穩(wěn)定可靠。系統(tǒng)的plc配置主要包括:中央處理單元cpu315、電源單元ps307、接口模板im361、im360、數(shù)字輸人單元sm321、數(shù)字輸出單元sm322、模擬輸人單元sm331、通訊模塊cp343-1以及機(jī)架。

  (2)為了防止低壓柜內(nèi)交流線路對(duì)plc系統(tǒng)的干擾,plc的輸出模板均采用帶光電隔離的24v直流輸出型,通過輸出點(diǎn)帶動(dòng)中間繼電器,而且,觸點(diǎn)需要通過220v交流電壓的中間繼電器均放置在其它柜體內(nèi)。

  (3)除塵器要控制48個(gè)離線閥,每個(gè)離線閥帶動(dòng)8個(gè)脈沖閥,共計(jì)384個(gè)脈沖閥,采用傳統(tǒng)控制方式進(jìn)該部分就合計(jì)需要432個(gè)plc輸出控制點(diǎn)。為了降低工程造價(jià)節(jié)省plc輸出點(diǎn),設(shè)計(jì)了一個(gè)矩陣電路,最終只須186個(gè)數(shù)字量輸出,減少了plc輸出點(diǎn)數(shù)量,降低了系統(tǒng)成本。

  3.2 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)及其特點(diǎn)

  (1)下位機(jī)plc程序的編寫采用simatic可編程邏輯控制器組態(tài)和編程的標(biāo)準(zhǔn)軟件包step7。系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)采用結(jié)構(gòu)化、模塊化的程序設(shè)計(jì)思想:脈沖反吹清灰統(tǒng)中的8個(gè)脈沖閥的動(dòng)作控制作為一個(gè)模塊編制成一個(gè)fc2;脈沖反吹自動(dòng)系統(tǒng)的控制也作為一個(gè)模塊編制成一個(gè)fc1。在功能模塊fc1中調(diào)用fc2,然后在程序循環(huán)執(zhí)行組織塊ob1中,再調(diào)用fc1。這種模塊化的程序設(shè)計(jì)思想一方面可以使編程思路清晰,易于實(shí)現(xiàn);另一方面,通過功能調(diào)用可以縮減程序的代碼,減少程序在plc中的存儲(chǔ)空間。

  (2)上位機(jī)的監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì),利用siemens wincc5.2,通過activex、opc、sql等標(biāo)準(zhǔn)接口,可以很方便的與其它軟硬件系統(tǒng)進(jìn)行通訊。wincc后臺(tái)的數(shù)據(jù)庫功能和基于c語言的全局腳本編輯器使對(duì)象的動(dòng)態(tài)組態(tài)非常靈活、方便和快捷。其中,項(xiàng)目函數(shù)只在對(duì)其進(jìn)行創(chuàng)建的實(shí)際項(xiàng)目中才有效,這樣可以方便修改,減少現(xiàn)場中不必要的時(shí)間浪費(fèi),項(xiàng)目函數(shù)是c函數(shù),可根據(jù)需要自行編寫或修改。此外,系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)行分級(jí)管理登陸機(jī)制,工程師級(jí)能對(duì)數(shù)據(jù)設(shè)置修改,普通操作員只能進(jìn)行監(jiān)控操作。對(duì)于檢測數(shù)據(jù)采用軟矩陣技術(shù)實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)數(shù)狀態(tài)的監(jiān)測,而對(duì)于現(xiàn)場模擬信號(hào)的非線性狀態(tài),采用計(jì)算機(jī)分段線性化的處理方法,現(xiàn)場所有參數(shù)實(shí)時(shí)分類存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)庫中,為現(xiàn)場工藝人員的實(shí)時(shí)在線操作提供了極大的方便。

  4 結(jié)束語

  以太網(wǎng)作為一個(gè)開放性網(wǎng)絡(luò)在工業(yè)控制領(lǐng)域得到了廣泛的發(fā)展與應(yīng)用,尤其應(yīng)用在監(jiān)控系統(tǒng)中,使監(jiān)控系統(tǒng)更加方便、快捷的傳輸信息,并能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控,用較少的組網(wǎng)成本達(dá)到了高質(zhì)量的通訊效果;良好的人機(jī)界面既豐富了人機(jī)聯(lián)系,同時(shí)提供了較強(qiáng)的自診斷功能,有效地提高了系統(tǒng)的安全運(yùn)行水平;plc矩陣電路的設(shè)計(jì)方案,簡化了plc的輸出結(jié)點(diǎn),使其具有較高的性價(jià)比。

  經(jīng)泰鋼、焦鋼等多家公司的實(shí)際應(yīng)用表明,該設(shè)計(jì)在性能上穩(wěn)定可靠,工藝參數(shù)修改方便,適應(yīng)現(xiàn)場的復(fù)雜情況,滿足用戶的實(shí)際需要,創(chuàng)造較大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益,具有較強(qiáng)的實(shí)用性。



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