基于Ethernet的电除尘器自动控制系统设计

王 东

（神化宁夏煤业集团 甲醇制烯烃项目动力站项目部，宁夏 灵武750411）

0 引言

煤化工行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和支柱产业，但由该行业形成的粉尘也是大气污染的主要污染源之一，因此粉尘的处理直接关系到煤化工行业的经济效益。特别近年来国家对大气污染物排放标准的提高，这就对除尘器工艺设计的合理性和控制系统的稳定性提出了更高的要求。电气控制系统可以说是整个除尘器的大脑，它的好坏与稳定性，直接影响到了除尘器的收尘效果。

S7-300PLC 产品是德国SIEMENS 公司生产的中型PLC，其设计新颖、结构紧凑、通用性强、配置灵活、经济实用，能适合自动化工程中的各种应用场合，尤其在生产制造工程中应用。

1 电除尘器工艺流程

电除尘器由本体和供电电源两部分组成，本体包括壳体、灰斗、放电极、集尘极、气流分布装置、振打清灰装置、绝缘子及保温箱等。其工作原理是利用高压直流不均匀电场使烟气中的气体分子电离，在电场力的作用下向两极移动，在移动过程中碰到气流中的粉尘颗粒使其荷电，荷电粉尘在电场力作用下与气流分离向极性相反的极板或极线运动，荷电粉尘到达极板或极线时由静电力吸附在极板或极线上，通过振打装置使粉尘落入灰斗而使烟气净化。

2 以太网通讯的设计方案

在以往的设计中，PLC 与WinCC 之间的通讯大多采用Profibus 现场总线的通讯方式，该方法虽具有快速的数据传输速度，但传输数据区域有限，而且硬件成本高，需要EM277 Profibus-DP、Profibus 总线等硬件。

工业以太网与现场总线相比，具有速度高、能耗低、安装方便、成本低廉、兼容性好、资源共享能力强、支持设备多、可持续发展潜力大等特点，它能提供一个开放的标准，使企业从现场控制到管理层实现全面的无缝的信息集成，解决了由于协议上的不同导致的“自动化孤岛”问题，因此在系统通讯中得到了广泛的发展。

本设计中，以太网主要用于完成上位机与下位机之间的信息传输，通过它可以很容易的满足以下设计要求：

1）传输速率达10-100Mb/s；

2）可以很方便的实现远程访问，共享多数据库；

3）不同厂商的设备容易互联，可以解决系统中不同厂商设备之间的兼容和互操作性的问题；

4）软硬件成本低廉，有多种软件开发环境和硬件设备供用户选择。

工业以太网的硬件选择比较简单，主要作用是将PLC 设备与装有WinCC 的远程监控上位机与工作站进行互连，以实现系统的数据传输与监控。

上位机与电除尘器高压控制柜之间直接用双绞线+交换机连接，通过MODBUS TCP/IP 协议进行通讯；上位机与PLC 之间也是通过双绞线+交换机连接，现场下位端采用CP343-1 Lean 通讯模块实现PLC与工业以太网的连接。首先在SIMATIC Manager 中插入一个CP343-1Lean 模块，再在该模块的属性中新建一个子网，并定义网络地址，PLC 软件根据不同的网路地址来判断不同的网路链接，链接完成后，通过双绞线与交换机连接而完成如图所示的系统的组态与网路配置。

3 系统设计评价

3.1 系统的硬件设计及特点

低压部分采用4 台GGD 低压柜，此外还有安全联锁箱、卸料器操作箱、输送机操作箱、阳极振打操作箱、阴极振打操作箱、灰斗振打操作箱、加热器端子箱、就地检修箱、照明配电箱等。电源经隔离变压器、交流稳压器后再送入电源模块，保证了PLC 电源的稳定可靠。系统的PLC 配置主要包括：电源模块PS307、中央处理单元CPU312、通讯模块CP343-1 Lean、数字量输入模块SM321、数字量输出模块SM322、模拟量输入模块SM331 以及机架。

为了防止低压柜内交流线路对PLC 系统的干扰，PLC 的输出模板均采用带光电隔离的24V 直流输出型，通过输出点带动中间继电器，而且触点需要通过220V 交流电压的中间继电器均放置在其它柜体内。

3.2 系统软件设计及特点

PLC 程序的编写采用SIMATIC 可编程逻辑控制器组态和编程标准软件包STEP7 5.4。系统的程序设计采用结构化、 模块化的设计理念：阴极振打电机、阴极振打电机、灰斗振打电机的动作控制编制成一个FB1，卸料器与输送机的动作控制编制成一个FB2，加热器的动作编织成FB3，然后将振打、卸料、加热等控制分别以一个模块编制成FC，最后在程序循环执行组织块OB1 中调用这些FB。这种模块化的程序设计理念不仅可以使编程思路清晰，易于实现，还可以缩减程序的代码，减少程序在PLC 中的存储空间。

上位机的监控系统设计，利用WinCC7.0 组态软件，可以很方便的与其它软硬件系统进行通讯。WinCC7.0 后台的数据库功能和基于C语言的全局脚本编辑器使对象的动态组态非常灵活、方便、快捷。其中项目函数只在对其进行创建的实际项目中才有效，这样可以方便修改，减少现场中不必要的时间浪费。此外，系统设计实行分级管理登陆机制，工程师级能对数据设置修改，操作员只能进行监控操作。

4 结束语

以太网作为一个开放网路在工业控制领域得到了广泛的发展和应用，尤其应用在上位机监控系统中，使监控系统更加方便、快捷的传输信息，并能够实现远程监控，用较少的组网成本达到了高质量的通讯效果；良好的人机界面既丰富了人机联系，同时提供了较强的自诊断功能，有效的提高了系统的安全运行水平。

经多家公司的实际应用表明，该设计在性能上稳定可靠，工艺参数修改方便，适应现场的复杂情况，满足用户的实际需要，创造较大的经济效益和社会效益，具有较强的实用性。

［1］电除尘器，中华人民共和国电力行业标准，DL/T 514-2004[S].

［2］SIEMENS.S7-300 系统手册[Z].西门子（中国）有限公司自动化与驱动集团，2006.

［3］SIMATIC PCS 7 过程控制系统[Z].西门子（中国）有限公司自动化与驱动集团，2008.

［4］余季延.电除尘器智能计算机控制系统设计[J].电力环境保护，1999（02）.

［5］马乃祥，周佩白.除尘器电源与除尘效率[J].电力环境保护，1997（04）.

［6］郑振祥.电除尘器供电系统主回路参数设计[J].电力环境保护，1997（02）.

［7］雷应奇，高香林，王鲜凤，等.电除尘过程数学模型的研究[J].电力环境保护，1996（04）.

［8］沈艳，郭兵，古天祥，袁亮.基于Ethernet 网络化仪器的设计与实现[J].化工自动化及仪表，2004（04）.

［9］王海燕，魏洪波.分布式测控网络中嵌入式代理服务器的设计与实现[J].微计算机信息，2006（35）.

［10］蒋成勇.基于现场总线和Ethernet 的计量数据网络管理系统[J].工业计量，2002（03）.

［11］沈艳，古天祥.基于Ethernet 的集成测控网络平台研究[J].计算机应用研究，2002（04）.