闪速炉C 烟尘布袋系统的PLC 控制系统设计

2021-05-07涂豪

有色冶金设计与研究 2021年2期

涂豪

（江铜贵溪冶炼厂，江西鹰潭 335400）

布袋系统是冶炼工艺中使用非常广泛的一种控制系统。C 烟尘布袋主要是过滤来自锅炉的含尘气体，在闪速炉生产工艺当中尤为重要。传统的C 烟尘布袋控制系统采用的继电器式控制方式工作线路复杂、电缆排布凌乱，需使用大量电气元器件，工作时经常出现故障，且故障诊断与排除困难。除此之外，传统的C 烟尘布袋控制系统还存在接线复杂、功能单一、灵活性差、触点易被电弧烧坏从而导致接触不良等问题。为了提高控制的可靠性、增强抗干扰能力，方便使用，亟须对这些传统控制技术进行改造。

近年来，可编程序控制器发展迅速，其功能强大、安全稳定、使用可靠、修改灵活，能大幅提高企业的生产自动化程度。本文拟采用PLC 先进技术对C烟尘布袋控制线路、控制方式进行升级改造，充分利用PLC 的诸多优点提高 C 烟尘布袋控制自动化程度和可靠性。

1 工艺流程分析

布袋系统主要由脉冲阀、振动器、物料计、回转阀、卸灰阀和螺旋输灰机组成。具体流程为：冶炼过程中产生的含尘烟气从入口进入，经布袋收尘，将其中杂质吸收后，通过C 风机排出至烟囱。而布袋内的杂质在达到一定料位时，料位计检测后发出信号，尾端卸灰阀开启，5 s 后螺旋输灰机开启，5 s 后回转阀运行，再过5 s 后仓壁振动器运行；同时，顶上布袋反吹电磁阀在得到螺旋输送机运行信号后，每个电磁阀按8 s 动作1 次的规律依次反吹。布袋内的灰尘通过回转阀排至螺旋输送机上，再由螺旋输送机运至卸灰阀后，转移至其他地方。C 烟尘150 m2除尘器过程检测控制流程见图1。

图1 C 烟尘150 m2 除尘器过程检测控制流程

2 PLC 控制系统简介

PLC 是以微处理器为核心，融合多种技术的自动化控制装置[1]。其主要由中央处理单元（CPU）、存储器（ROM、RAM）、输入输出单元（I/O）、电源和编程器等部分组成，其结构如图2 所示。

图2 PLC 基本结构

PLC 的基本特点：1）功能丰富。PLC 的指令系统能进行巨大的信息处理，其内部系统能储存丰富的信息。它的数据储存区种类多、数量大。输入、输出继电器可以进行大规模的信息交换，从而实现精细的控制。其内部其他的一些继电器，数目则更加庞大。2）使用方便。利用PLC 完成对整个系统的控制非常便利，这是由于传统的逻辑建立主要依靠硬接线，而PLC 的逻辑却是建立在程序的基础上的。另外，PLC 的硬件已集成为各种微小型的模块，并且这些小型化的模块一般都是已经配套好的。PLC 作为高度集后以后的产物，从软件方面来说，它的程序可编、容易编；从硬件方面考虑，它的配置可变、易变[2]。3）工作可靠。使用PLC 编程设计来实现对系统的控制是安全、可靠的。(1) 在硬件方面，PLC 使用数量不多的高度集成无触点器件;采用三取一的设计，电源模块、I/O 模块、CPU 都冗余或其中的部分冗余，确保了其可靠性[3]。（2）软件方面，PLC 采用的是循环扫描的工作方式，确保系统能够实时响应，提高了可靠性。PLC 系统设置有运行监控程序，一旦运行发生故障出现超时（一般不超过100 ms）就会报警；若严重超时，还可使PLC 停止工作。用户则可以根据报警发出的信号来分析问题，从而采取相应的应急措施。若没有超时，则再从头进行扫描，周而复始，确保PLC正常工作。即使偶尔系统出了故障，平均修复的时间也很短，只需要几个小时甚至几分钟即可。4）经济合算。虽然购买首套PLC 元器件花费大些，但从长远考虑，使用PLC 的性价比更高。

本项目设计中PLC 以实现的功能包括：1）开关量的逻辑控制，代替传统的继电器，实现自动开关量控制、逻辑组合控制等。2）运动控制，通过PLC 使用专门的指令或控制模块，使顺序控制和运动控制有机结合到一起。

3 PLC 控制系统硬件设计

3.1 PLC 的选型

西门子S7 系列PLC 占用空间小、运行快、模块标准化且具有一定网络通信功能，可靠性较高。S7系列PLC 可分为微型简易PLC(如 S7-200)，一般小规模范围内使用的PLC（如S7-300）和对性能要求相对较高的PLC（如S7-400）等。

C 烟尘布袋控制系统有输入信号共13 个，输出信号23 个。综合输入/输出信号的数量、类型以及控制模块要求，同时考虑到维修、价格、使用等其他因素，本设计决定采用S7-200 系列PLC 进行系统控制，并采用 S7-200 CPU224 214-1BD33-0X24 型CPU，及 EM222 222-1HH32 型扩展模块。S7-200 系列PLC CPU 基本单元和扩展单元I/O 点数见表1、表2。PLC 接线原理示意见图3。