PLC控制系统在除尘器卸输灰气力输送中的应用

靳 杰

（天津钢铁集团有限公司，天津300301）

0 引言

气力输送是利用气体的能量输送粉料或固体颗粒的一种先进技术，因具有环境污染小、自动化程度高、能源消耗低、可连续运行等常规机械输送所不具备的优点，目前广泛应用于冶金、化工、电力等行业。为使除尘器卸输灰系统更加环保，天津钢铁有限公司炼铁厂于2018年对1号高炉矿槽除尘器刮板机与斗提机组成的卸输灰系统进行改造，将其改造为环保型由PLC控制的除尘卸输灰气力输送系统。经过10个月的运行表明，系统运行稳定，效果良好。本文将对炼铁厂矿槽除尘卸输灰气力输送设备的PLC控制系统进行分析。

1 除尘卸输灰气力输送系统

1.1 传统输送系统的改造

传统的刮板机与斗提机卸输灰系统的缺点为机械设备磨损大、维修量及备件需求量大；完全依赖作业人员定期点检发现设备问题；导致二次污染等问题。将传统的除尘卸输灰系统改造为PLC控制的气力输送系统，能够有效解决传统除尘卸输灰系统的缺点：全封闭确保不会有二次污染；PLC控制的自动化作业减轻了作业人员的劳动强度；减少了维修量和备件量；系统的画面能够实时显示现场设备运行情况，现场巡视的间隔时间变长；报警功能缩短了发现、应对故障的时间，且更有针对性、减少了判断时间。由于气力输送系统占地少，气路布置灵活，仓泵结构简单、质量轻，可以挂在灰斗下部，特别适用于对旧系统的改造。

1.2 气力卸输灰系统设备

炼铁厂1号高炉矿槽除尘器配置灰斗6个，每个灰斗下方安装一台流态化仓泵气力输送装置，共安装6套。除尘器卸输灰气力输送系统由两组组成。图1是卸输灰气力输送装置中的第1组示意图，每组由3个流态化仓泵及其附属设备组成。同一组的3个流态化仓泵在PLC的指令下进行动作；两组的输灰过程自动交替进行。每个流态化仓泵上设置一个进料阀，用于控制灰仓内的除尘灰进入仓泵；1号仓泵和3号仓泵各设置一个常闭排气阀用于排气时使用；3个流态化仓泵底部均设有助吹压缩空气接口，用于仓泵内除尘灰的流态化；每个流态化仓泵设置1个料位传感器，用于实时检测流态化仓泵内的料位；3号流态化仓泵上设置压缩空气进气阀，以帮助此组输灰管道内的除尘灰输送至储灰仓。每组的3个流态化仓泵共用1个出料阀，控制输灰管道除尘灰的输送；3个流态化仓泵共用1个助吹进气阀，控制压缩空气进入仓泵；每组的3个流态化仓泵共用1个输灰管道压缩空气进气阀。

仓泵的出口位于仓泵的下方，优点是便于灰路系统的顺畅，充分利用除尘灰的重力，且不易造成仓泵的堵塞。

图1 除尘器卸输灰气力输送系统图

1.3 气力输送控制过程

气力输送过程属于正压输送。其控制过程可大致分为：进料、灰气混合及输送、吹扫及为下一周期准备。其均由PLC控制系统自动完成。1组和2组两组输灰系统按PLC指令进行交替输灰。

（1）进料。首先1组的2个仓泵（1号和3号）上的排气阀快速打开并关闭，以排除3个仓泵内的空气压力，为进料做好准备。1组仓泵的进料阀同时打开，共用出料阀关闭，共用助吹压缩空气进气阀同时关闭，布袋除尘器收集到的粉尘从3个除尘器灰斗分别进入相应的3个流态化仓泵；3个仓泵的3个料位传感器实时检测到进入仓泵的粉尘量并传至系统。当料位达到预定值时，PLC控制系统发出指令关闭3个进料阀，1组仓泵的进料过程结束。

（2）灰气混合及输送。压缩空气助吹阀打开，仓泵内粉尘的在助吹管道压缩空气作用下进行灰气充分混合（又称流态化）。1组共用出料阀打开，3号仓泵压缩空气进气阀打开，输灰管道压缩空气进气阀打开，粉尘在充分混合的流态化同时，在压缩空气的推动下，流态化灰气混合物在输灰管道内进行粉尘输送，直至到达储灰仓。

此过程中，PLC控制系统实时检测1组输灰管道内压力的变化，并与设定的阈值进行比较，低于阈值时，进行一定时间的吹扫；高于阈值一定时间，系统发出堵管报警信号并按程序进行处理。

（3）压缩空气吹扫及下一周期准备。当1组输灰管道中的除尘灰全部输送到储灰仓时，进行短时吹扫，以保持输灰管道内的清洁。输灰管道压力的降低至阈值之下，表明管道干净，以此作为输灰完成的信号。之后关闭所有阀门，并短时间打开并关闭2个排气阀以排出余压，为下一周期的进料做好准备。1组粉尘输灰过程结束以后，进入2组的输送过程。

1.4 压缩空气气路配置

气力卸输灰系统使用厂区压缩空气管道为气源。厂区管道压缩空气首先进入储气罐，储气罐分出两路：一路用于流态化、助吹、输灰管道；另一路用于气动控制气源和应急压缩空气气源。

卸输灰气力输送系统配备一个储气罐，以保持卸输灰系统压缩空气气源压力的稳定。气动控制阀门使用的压缩空气直接由储气罐引出，以确保气动控制所需的压缩空气气源的稳定和优先。当压缩空气管网故障而失压时，卸输灰输送系统根据程序对各阀门的操作得到有效保证，系统关闭所有的阀门停止输灰过程，关闭1组、2组两组的出料阀、进料阀、助吹阀等相关阀门。位于每组输灰管道上出料阀之后的位置有一路应急压缩空气管道，通过气动阀门与输灰管道相通。该路压缩空气与气动控制压缩空气同路（共同来自储气罐），厂区压缩空气管道故障失压时，应急压缩空气管道阀门打开，用于清理从两组出料阀至储灰仓管道内的除尘灰，使管道内剩余的除尘灰送至储灰仓，确保两组公用的输灰管路不被堵塞。

除尘器卸输灰气力输送管路上设置两套防堵控制设备，分别服务于两组除尘输灰系统。每组的1号、3号流态化仓泵各设置一个排气阀，通往灰斗。在每组输灰管路上的压力传感器实时检测管内压力，当输送管路压力超过设定值一定时间后，控制系统给出“堵管”的报警信号，并关闭此组压缩空气进气阀和此组输送管道上的共用出料阀，进入排堵程序，利用输灰管路的压缩空气不断冲击堵管的除尘灰，直至输灰管道“堵管”疏通完毕。

2 PLC控制系统

SIMATIC S7—300是模块化的中小型PLC，适用于中等性能的控制要求。不与布袋除尘器共用一套PLC，使用单独的PLC对卸输灰气力输灰系统独立控制，系统运行更加稳定可靠。其与上位机软件WinCC兼容性非常好。

炼铁厂1号高炉矿槽除尘卸输灰气力输送系统中，PLC控制系统使用西门子SIMATIC S7—300。1台除尘器配置6套卸输灰仓泵气力输送装置，每3台仓泵为一组，共2组。2组先后运行，各运行1次为1个周期。气力输送系统使用一台控制柜，由除尘监控计算机执行上位监控。

2.1 现场数据的获取

现场阀门的开关信号与各种模拟信号是PLC进行控制的依据和手段。卸输灰气力输送系统使用的传感器信号分为两类：阀门开闭的开关信号DO和料位、压力的模拟信号AI。料位传感器和压力传感器为4～20mA AI模拟信号；控制阀门均为DO开关信号。各传感器信号直接进入接入PLC系统，并将相关信号传至上位机进行监控。

2.2 PLC模块配置及控制

炼铁厂1号高炉矿槽除尘器设置6个灰斗，每个灰斗配备1套流态化仓泵气力输送装置，共配置6套流态化仓泵气力输送装置。6套装置分成2组，每组有3套装置，共用一路输灰管道。根据I/O点数和信号的种类，控制系统PLC选用西门子SIMATIC S7—300。PLC配置一块AI模块模块（AI 8×13 BIT）,一块DI/DO模块(DI16/DO16)。图2为矿槽除尘卸输灰气力输送系统PLC模块配置示意图。

PLC根据按程序控制输灰系统自动运行，也可以根据需要由作业人员在现场手动运行。

图2 1号高炉矿槽除尘缷输灰气力输送系统PLC模块配置示意图

3 上位机监控软件

作为SIMATIC全集成自动化系统的重要组成部分，WinCC确保与SIMATIC S5 、S7和505系列PLC连接的方便和通讯的高效，WinCC语言与STEP7编程软件的紧密结合，缩短了项目的开发周期。此外，WinCC还有对SIMATIC PLC进行系统诊断的选项，给硬件维护提供了方便。

采用上位机监控软件WinCC进行软件设计，具有效率高、便捷的优点，与西门子SIMATIC S7—300PLC的通讯稳定可靠。本软件实现了除尘气力输送系统的实时监控、故障报警、历史数据的存储、分析和查询等多项功能，同时对过程控制参数进行监控。

4 结束语

矿槽除尘卸输灰气力输送系统的改造经过近一年的运行，达到了卸输灰气力输送系统的要求，自动运行稳定顺畅，输送效率高，对环境更加友好，减少了设备维修时间和二次粉尘污染，节省了备件费用，减轻了劳动强度和现场巡视的频次，提高了作业人员对故障的判别和反应速度，保证了生产顺利进行。