基于PLC通用型电磁振打控制系统的开发

王真桢

电磁振打控制系统一直以来采用西门子S7-200系列小型 PLC与电磁振打综合板配合使用，不能满足于中大型PLC的应用要求，本文介绍了一种新型的通用型电磁振打控制系统，它以CPLD（可编程逻辑器件）为控制核心，改变以往以频率来传送振打器的相控导通角和振打高度的方式，转用模拟量0～10v和4～20mA信号来与PLC进行连接，从而实现了系统与中大型PLC配合使用的可能。同时增加了备板控制功能，使得系统可以脱离PLC独立运行。该系统具有可靠性高，灵活性好，适应性强等特点，更能满足用户的需求。

【关键词】PLC 电磁振打综合板 CPLD 电除尘器 通用

1 背景分析

电除尘器的振打清灰控制中，主要分为以欧洲技术为代表的侧向电机振打和以美国技术为代表的顶部电磁振打。顶部的电磁振打，因其振打器位于顶部检修方便，且将除尘器分为小区振打，振打强度、频率、顺序可调，并能有效避免二次扬尘，所以倍受广大用户的青睐，得到越来越广泛的应用。电除尘器的收尘效率很大程度上取决于振打系统运行的好坏，而PLC作为一种可编程的逻辑控制器，它具有编程方便、工作稳定、抗干扰能力强和可靠性高等优点，将它运用到顶部电磁振打控制系统中，不仅能够使系统运行可靠，还能大大提高电除尘器的收尘效率。但由于接口问题，早前开发的电磁振打综合板只能与西门子S7-200系列小型PLC配合使用，无法与其他PLC进行连接。为了满足电除尘器在中大型PLC上的市场应用需求，亟待开发出适合各种品牌PLC的电磁振打综合板以及相应的PLC程序库和相应的IPC通讯协议和数据结构。

2 通用型电磁振打控制系统的组成和原理

通用型电磁振打控制系统主要由电源板、电磁振打综合板、相控板、行列选板和PLC组成。新型振打综合板改变原有与PLC以频率来传送振打器的相控导通角和振打高度的方式，而采用模拟量0～10V来表示振打器的相控导通角，采用4～20mA电流信号代表实时振打器的高度，解决了与中大型PLC传送的接口问题，同时具备备板控制功能，能够脱离PLC自动运行。振打系统框图如图1所示。

电磁振打器采用矩阵连接方式，每个电磁振打器跨接在行线和列线之间，由行列选开关的通断来决定哪个电磁振打器的工作，并经过严格的同步措施控制相控板、行选板、列选板的可控硅触发信号，保证任一时刻只有一个电磁振打器动作。电磁振打器的物理分布和行列位置由PLC软件设置，最大可以控制256个振打器，最多分成32组。每组振打器共用一个振打周期和相控导通角，每组振打器分别计时，时间到则进入队列，准备振打。当队列中不为空时，则取出振打组号，按照每组的相控导通角顺序振打，若该组有断电振打关联，则进行关联计数，关联次数到则输出断电振打信号。

3 功能的实现

3.1 行、列选信号的产生

由PLC输出4×4的行列编码信号到电磁振打综合板后，通过521-4进行光电隔离，再送给CPLD（可编程逻辑器件），CPLD 器件根据振打同步信号、过零信号进行计数80毫秒，同时送出相应的行列编码信号，经CD4067（4-16译码器）转换成各自的行列选信号，控制行列选开关，对应最多256个振打器的工作，且同一时刻只有一个振打器工作。

3.2 振打高度的控制

PLC正常且电磁振打综合板在自动模式时，由PLC将人机界面设定下的相控导通角转化为0～10v，并输出给电磁振打综合板，移相电路将过零方波转换为锯齿波，并与对应相控导通角的电压值进行比较，产生正负半周的移相方波，输入给CPLD进一步处理，与80ms的方波进行整合，形成相控信号输出给相控板。PLC故障时或电磁振打综合板在手动模式时，由模拟电位器给定电压信号，调整输出的相控信号。

3.3 振打高度的显示

电磁振打系统中振打器工作过程时，回路中产生的电流信号通过科海模块（霍尔变送器）将实际回路中的大电流转化为可供芯片处理的小电压，再通过相应的电路进行V/I转换，最后将与电磁振打线圈电流大小成线性关系的4～20mA信号送给PLC，由PLC进行积分或查表处理，显示振打器的高度。

3.4 故障的检测和保护电路

电磁振打系统主要存在两种故障模式：过电压和过电流。

3.4.1 过压保护

对电网电压自动进行检测，当高于正常电网电压10%时输出过压1信号送给PLC，相控导通角自动减去3°；当高于正常电网电压20%时输出过压2信号送给PLC，相控导通角自动减去5°。其中10%和20%可以通过电位器来调节。

3.4.2 过流保护

为防止输出回路因过流而造成设备损坏，一旦检测到过流输入口有上升沿，先立即停止相控输出及振打使能输出，同时PLC记录该振打器为过流。当连续两次检测到该振打器过流时，外部电路发生短路，则在下一次工作时跳过该振打器，只有振打模式切换或电源重启动才能将该振打器重新投入运行。

3.5 冗余热备功能的实现（如图2）

电磁振打综合板设有一个拨码开关SW1-1作为自动与手动功能的切换。 PLC与电磁振打综合板之间设计热备联络线，当SW1-1打到自动，且联络线信号为1时，程序按照自动程序运行；若联络线信号为0或是PLC出现故障，程序则按照手动程序运行。电磁振打综合板依据CPLD中预先写好的程序，按照矩阵方式依次振打，高度通过电位器进行统一调整，待PLC恢复正常后再由PLC接管控制，电磁振打综合板又进入PLC控制的状态。

4 结束语

PLC在工业过程自动控制中，其优越性能是有目共睹的，通用型电磁振打控制系统解决了限制其在电除尘器设备中推广使用的问题，现已在部分电厂的电除尘器设备上投入运行。经现场证明，该控制系统运行可靠、故障率低、通用性强、使用简单、维护方便。

参考文献

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[2]谢友金.PLC控制顶部电磁振打系统的开发与应用[C].第十届全国电除尘、第二届脱硫学术会议论文集，2003：334-337.

[3]刘强.西门子S7—200 PLC在新型电除尘器电磁振打控制中的应用[J].微计算机信息，1999（4）：59-60.

作者单位

福建省特种设备检验研究院龙岩分院 福建省龙岩市 364000