PLC在分室袋式除尘器控制中的新应用

朱小超，徐雪春

（南昌大学理学院，江西 南昌 330001）

1 引言

在工业生产的过程中会产生大量的烟气粉尘，如果不加以治理，不仅污染环境，还会对现场以及周边人员的健康造成极大的危害。这促使袋除尘技术的发展，对其控制系统的要求也越来越高。随着可编程控制器（以下简称PLC）的发展，在现有投入的资金情况下，如何发挥PLC的优势以及减少PLC的硬件成本，成了从事自动控制方面工作的人员普遍关注的问题。利用16位移位寄存器产生周期序列脉冲来循环采样模拟信号，减少了A/D插件数目［1］。通过在外部添加多路转换电路，实现了PLC模块的使用数量，降低了系统的成本［2］。但是在现场工作环境中，尤其是除尘器工作现场环境恶劣，连续性工作要求较高，通过寄存器脉冲循环或多路转换器来减少PLC模块的使用量，此法不太理想，后期维护不方便。本文以某厂分室反吹袋式除尘器的电气控制系统为例，进行了分析和探讨，提出了一种简洁有效的控制方法。

2 由PLC引起的问题的提出

分室反吹袋式除尘器在清灰时，通过脉冲阀在短时间内的开关动作来实现清灰。脉冲阀的开关动作由PLC通过输出点的24V直流电压驱动中间继电器，使中间继电器常开点闭合，脉冲阀与电源导通而得电动作。通常情况下，在构建分室反吹袋式除尘器的控制过程中，一般都是按照脉冲阀的数量来分配PLC的输入/输出（I/O）点。对于小型号除尘器的清灰脉冲，所占用的PLC的I/O点数不多；但对于大型的分室反吹袋式除尘器随着使用的脉冲阀数量较多，所占用的PLC的I/O点数量也相应增加，从几十个到几百个不等。分室反吹袋式除尘器使用的脉冲阀越多，相应的PLC I/O点数也多，PLC使用的扩展模块也相应增多，从而使得其控制系统的硬件成本也成倍增加。然而，PLC编程软件具有许多优势，能否在保证控制系统功能不变的情况下，通过借助PLC编程软件的优势改变控制算法，减少I/O点数的使用，以及改进相应的硬件，进而降低硬件成本。通过实际验证了其有效性和可行性。

3 分室除尘控制系统的特点

分室反吹袋式除尘器采用分室结构，把一个除尘器分成若干个室，每个室内设置有一定数量的脉冲阀的喷吹机构，在系统阻力达到预设值时，立即起动各个分室的脉冲阀反吹动作，实现清灰。某厂分室反吹袋式除尘器分成了8个分室，每个分室中有9组脉冲阀，整套除尘器共计有72组脉冲阀。在除尘器的阻力达到预设值时，先对1#分室反吹清灰，其内的9组脉冲阀按照1→2→3……8→9的顺序轮流动作，等到最后一个脉冲阀喷吹完后，进入下一个分室，继续对其内的脉冲阀轮流动作，一直到所有的分室脉冲阀喷吹完即完成一个喷吹周期。根据被控对象的这一特点，将各个室的脉冲阀进行分组，形成矩阵阵列，为减少PLC的输出点的使用量以及降低设备成本创造了条件。

4 在硬件上的解决办法

根据分室反吹袋式除尘器控制系统的特点，采用矩阵式［3］的控制方法，将除尘器的各个分室看成是矩阵列（X）中的元素，每个分室内的脉冲阀数量看成是矩阵的行（Y）中的元素，如表1所示。这样，X1Y1代表的是1#分室中的1#脉冲阀，X1Y2代表的是1#分室中的2#脉冲阀，其它以此类推。通过矩阵的列（X）和行（Y），把除尘器中的脉冲阀（m×n只）分成两组来控制，一组占用m个PLC的输出点，一组占用n个PLC输出点，用m+n个输出（O）点来对m×n只脉冲阀进行控制。通过利用中间继电器具有多路常开（闭）点的特性，设计了如图1所示的矩阵式电路控制原理图。为了简化，图1中相同序号为同一点（如：U1代表接线端子序号为U1的都彼此相连接在一起）。根据图1、表1以及除尘控制系统原理要求，当需要对1#分室的n个脉冲阀进行喷吹动作，首先是PLC输出点（X1）给中间继电器A1上的端子X1上电，中间继电器A1的线圈因得电使常开点闭合，U1与电源（24V+）导通，在中间继电器 B1、B2……Bm-1、Bm上的 U1也都与电源导通，而其它端子U2、U3、……Um-1、Um均未与24V+导通。然后 PLC 输出点（Y1、Y2……Yn-1、Yn）根据预设的脉冲时间和间隔给中间继电器B1、B2……Bm-1、Bm上的 Y1、Y2……Yn-1、Yn端子上电，中间继电器B1、B2……Bm-1、Bm上常开点闭合，现场的 1# 室内脉冲阀 X1Y1、X1Y2……X1Yn-1、X1Yn相应地进行动作。等到1#分室的最后一个脉冲阀X1Yn动作完成后，输出点（X1）断开，然后输出点（X2）给中间继电器A2上电后，U2与电源（24V+）导通。PLC 输出点（Y1、Y2……Yn-1、Yn）再分别对中间继电器 B1、B2……Bm-1、Bm上的 Y1、Y2……Yn-1、Yn端子上电，现场的脉冲阀X2Y1、X2Y2……X2Yn-1、X2Yn相应进行动作，直到最后一个脉冲阀X2Yn动作完后输出点断开，再进入到下一个分室内进行反吹清灰，直到最后一个分室的最后一个脉冲阀动作完后，即完成了一个反吹清灰周期。在图1中，脉冲阀的动作主要是首先对分室的选择，即对X1、Y2、……Xm-1、Xm中的一个进行选择，然后再依次进行脉冲阀喷吹动作，即对B1、B2……Bm-1、Bm中的n个中间继电器按照预设程序进行动作。即可完成对每个分室内的脉冲阀动作。中间继电器B1控制各个分室内的1#脉冲阀，中间继电器B2控制各个分室内的2#脉冲阀，其它依次类推。但在中间继电器B1、B2……Bm-1、Bm中，始终只有一个分室的触点（U1、U2……Um-1、Um）与 24V+导通。

图1 电路控制原理图

表1 脉冲阀分布表

在原则上，当X≥2和Y≥2时，X×Y≥X+Y，可以将脉冲阀分成X+Y组。X、Y取值越大，X×Y就越大于X+Y。对于大中型的分室反吹袋式除尘器，采用该矩阵式控制策略，可以有效地减少PLC I/O扩展模块的使用量，从而降低系统的成本。

5 PLC控制脉冲阀程序编制

一般的PLC都具有丰富的编程指令，利用循环左移、定时器等指令即可以实现对脉冲阀控制的目的。

6 实际应用

某厂2009年12月安装有2台分室反吹袋式除尘器，控制系统采用CPU224，上位机用Wincc V6.2组态监控画面，将脉冲阀进行矩阵式控制，如上所述，每台PLC最终只采用了17个输出点就达到了控制72只脉冲阀的目的，运行至今正常。

［1］李军沛.PLC多点循环采样模拟信号技术［J］.石油化工自动化，1999，2：34-36.

［2］费洪义,沈 军.PLC在布袋除尘器控制系统中的应用及探讨［J］.哈尔滨师范大学自然科学学报，2009，（3）:49-53.

［3］Roger A.Horn，Charles R.Johnson，矩阵分析［M］.北京:机械工业出版社，2005.