PLC在除尘控制系统中的研究与应用

和寿命。进入除尘器的烟气温度过高会烧毁滤袋或使滤袋寿命 缩短；烟气温度过低又会产生结露现象引起粉尘在滤袋上板
结，导致清灰困难，除尘器阻力不断上升甚至形成恶性循环，
系统瘫痪。另外，烟气温度太低时，风机负荷加大，会出现风
机电机超载。因此须对温度控制。本系统利用调节电动蝶阀的
开度调节混风量，通过对风量的控制实现温度的调节。温度控
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万方数据 ｃｈｉｎａｍｅ．ｎｅｔ．ｃｎ
定。整个设计思想如下文所述。
１除尘控制系统的设计
１．１工艺流程描述 除尘系统的工艺流程是：一个较大功率的风机工作于吸尘
管道的一端，该管道和布袋除尘器是相连的，在另一端除尘气 体被吸入管道中，在除尘器中被除尘布袋过滤，粉尘等微小颗 粒不能透过布袋而被吸附到除尘过滤介质上。除尘装置中的通 风能力被减弱，管道中的压力将会减少，同时电磁阀按照一定 的周期开启，发生振动，使布袋上的粉尘落到下面。这样设备 的通风能力又得到恢复，烟气在管道的入口继续被吸到管道 中。净化后的气体从烟囱排入大气。除尘器随着粉尘的积累， 压差逐渐增大，当压差增至设定值时，除尘仓逐仓进行清灰， 然后逐仓进行卸灰，定期用车运走。 １．２控制系统要求
．、
（１）
』ｉ＝百
１
式（１）中Ｕ（志）为采样时刻＾的输出值；ｅ（女）为采样
时刻是的偏差值；ｅ（女一１）为采样时刻（＾一１）时的偏差
值。控制器的比例、积分、微分常数的选择应根据被控对象的
模型和要求的最优目标函数决定，控制参数对控制性能是至关 重要的。由于除尘系统是一个变化较复杂的激振系统，没有现
成的数学模型可以参考。本控制系统采取的方法是：通过计算
组态软件建立友好的实时操作界面与下位机进行通信。系统构 成与配置如图１所示：
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图１ 除尘控制系统构成与配置图
下位机选用西门子公司的ｓ７—２００系列ＰＬｄ２１作为控制系统 核心。实现风量控制、清灰控制、卸灰控制。这种ＰＬＣ将模块式 和一体式ＰＬＣ的优点结合起来，即ＣＰＵ本身自带一定数量的数 字Ｉ／０，可独自完成开关量控制。同时又具有扩展能力，能和数 字量Ｉ／ｏ模块、模拟量Ｉ／ｏ模块以及通讯模块组合在一起形成复 杂系统。该系列ＰＬＣ具有结构紧凑、价格低廉、性能优异、程序 容量较大、运行速度快、编程灵活、通信功能强大等优点，特别 适用于中小型控制系统。在本工程中选用的ＣＰＵ型号为ＣＰＵ２２６， 是研一２００系列中性能最高的ＣＰＵ。其自带有２４点数字量输入和 １６点数字量输出，并可扩展至１２８个数字量输入和１２８个数字量 输出，以及３２个模拟量输入和输出。ＣＰＵ２２６还有两个通信接口， 物理特性为ＲＳ４８５，既可作为编程口实现程序的编制和调试，又 可在运行时作为串行口与其他设备进行通信。
清灰控制可根据需要实现手动／自动控制，压差／强制控 制。清灰程序框图见图２，ＰＬＣ首先判断系统的控制方式即判 断系统选择强制方式还是差压方式，若选择强制方式，则根据 强制清灰信号判断是否清灰，若系统选择压差控制，仅当除尘
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图２清灰程序框图
器的差压达到设定值时，清灰信号才有效。如果清灰选择自动
Ｏ 引言
随着高炉强化冶炼和大型化，如果不采取行之有效的烟气 捕集及净化措施，那么，所带来的环境污染将会日趋严重。据 统计每冶炼１ ｔ铁水出铁场可产生烟尘２．５ ｋｇ，一氧化碳２ ｋｇ。出铁厂出铁时，操作区含尘９～８１ ｍｇ／ｍ２，一氧化碳６０ ～２１３ ｒａｇ／ｍ２，二氧化硫９８～１８５ ｍｇ／ｍ２，辐射强度高，车间 环境温度达４０～６０℃［１］。因此，出铁厂烟尘若不治理，会严 重污染环境，造成劳动卫生条件恶劣，威胁人体健康。
２ ＰＬＣ控制系统的实现
系统的工作过程如下：下位机将从传感器采集到的信号经 过适当的处理，通过ＰＰＩ方式与上位机进行信息交换，上位机 根据相应的算法调整参数，把信息反馈到下位机控制处理器， 从而完成控制任务，上位机可以对整个网络进行监控，进行总 体的数据分析等。
本文仅讨论清灰控制、温度控制、上位机设计、上下位机 的通信。 ２．１清灰控制
机仿真寻优，先求出最佳的参数范围，然后在实际运行中通过
现场调节来达到最佳参数的选取。
。
计算机仿真寻优是通过给定一个激励电流的阶跃信号，进
ＥＭＺ３１有４路模拟量输入，将来自现场电流变送器的４～ ２０ ｍＡ的标准电流信号进行Ａ／Ｄ转换，将转换的结果送给 ＣＰＵ处理。ＥＭ２２３有１６路输入和１６路输出，用来增加开关 量的控制单元。
上位机选用工控机，应用西门子公司开发的工控组态软件 ＷｉｎＣＣ，实现参数设定、远程控制、数据存储、实时数据动态 显示、打印和报警功能。工控组态软件ＷｉｎＣＣ是一个集成的 人机界面（ＨＭＩ）系统和监控管理系统，提供各种ＰＬＣ的驱 动软件，使ＰＬＣ与上位机的联接变得非常方便，如果将 ＷｉｎＣＣ与ＳＴＥＰ７合用，更是大幅度降低工程时间，因为在 ＳＴＥＰ７中定义的变量可以在ＷｉｎＣＣ中直接使用。另外， ＷｉｎＣＣ中的Ｃ语言脚本（Ｓｃｒｉｐｔ）及提供的与数据库之间的接 口更能增加其应用功能，能满足用户的复杂要求。
制策略为当吸风口温度大于２００ ０Ｃ时立即将电动蝶阀全部打
开；根据进口温度值调节混风阀开度，若温度偏高且有上升趋
势则阀门开大；若温度偏低且有下降趋势则适当关小阀门。采
用ＰＩＤ控制算法ｏｆ５］。ＰＩＤ控翩器的控制量算法以下面的差分
方程给出：
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…
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． · ４７４．· 文章编号：１６７１—４５９８（２００６）０４—０４７４—０３
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中图分类号：ＴＰ２７３
文献标识码：Ｂபைடு நூலகம்
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ＰＬＣ在除尘控制系统中的研究与应用
王树东，曹爱红，潘峥嵘
根据如上所述的工艺原理，除尘器在控制系统的作用下， 工作于手动和自动两种模式下，在手动方式下，电磁阀的动作 时间和时机是由有经验的工人来完成的，在自动模式下，通过 程序的智能算法来控制系统的运行。
除尘控制系统可实现如下功能：对温度信号、压差信号实现高 精度智能检测；实现温度控制、清灰控制、卸灰控制；具有手动／ 自动控制功能；对所有控制和检测的模拟量具有历史数据存储、实 时数据动态显示、打印和报警功能；对所有的控制均能在上位机实 现参数设定和远程控制；工艺流程能在计算机屏幕上动态显示。 １．３控制系统构成与配置
关键词：除尘；ＰＬＣ自动控制；ＰＩＤ控制器；ＷＩＮＣＣ组态控制
Ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ＰＬＣ ｉｎ Ｄｕｓｔ—ｒｅｍｏｖｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ
Ｗａｎｇ Ｓｈｕｄｏｎｇ，Ｃａｏ Ａｉｈｏｎｇ，Ｐａｎ Ｚｈｅｎｇｒｏｎｇ
（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ａｎｄ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｌａｎｚｈｏｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｌａｎｚｈｏｕ ７３００５０，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆｏｒ ｔｈｅ ｕｂｉｑｕｉｔｏｕｓ ｓｈｏｒｔｃｏｍｉｎｇｓ ｏｆ ｈｉｇｈ ｃｏｓｔ，ｌｏｗ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ａｎｄ ｕｎｓｔａｂｌｅ ｒｕｎｎｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ｄｕｓｔ—ｒｅｍｏｖｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ａｔ ｐｒｅｓｅｎｔ， ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｐｕｔｓ ｆｏｒｗａｒｄ ａｎ ｉｄｅａ ｏｆ ｒｅａｌｉｚｉｎｇ ｔｈｅ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ａｄｊｕｓｔｍｅｎｔ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｓｅｌｆ～ａｄａｐｔｉｖｅ ＰＩＤ ｍｅｔｈｏｄ．Ｆｏｒ ｃｏｎｖｅｎｉｅｎｔｌｙ ａｎａｌｙ— ｚｉｎｇ，ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｄｅｃｉｓｉｏｎ－－ｍａｋｉｎｇ，ａｎｄ ｆａｕｌｔ ｄｉａｇｎｏｓｉｓ，ａｖｏｉｄｉｎｇ ｔｈｅ ｆａｔｉｇｕｅ ｏｆ ｏｐｅｒａｔｏｒｓ，ａｎｄ ｒｅａｌｉｚｉｎｇ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｐａｔｔｅｒｎ ｏｆ ｔｈｅ ｄｒｉｖｉｎｇ ｃａｂ— ｉｎ，ｉｔ ｃｏｍｂｉｎｅｓ ｔｈｅ ＰＬＣ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｐｏｗｅｒｆｕｌｌｙ ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ ＷＩＮＣＣ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ ｓｏｆｔｗａｒｅ，ａｎｄ ｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｌｙ ａｐｐｌｉｅｓ ｔｈｅ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｔｅｃｈ— ｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ ｔｈｅ ｍｏｄｅｒｎ ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｎｔｏ ｔｈｅ ｄｕｓｔ ｒｅｍｏｖｅｒ．Ｐｒａｃｔｉｃｅ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｔｈｅ ｄｕｓｔ—ｒｅｍｏｖｉｎｇ ｈａｓ ｒｅｓｏｌｖｅｄ ｔｈｅ ｐｒｅｓｅｎｔ ｐｒｏｂｌｅｍｓ，ａｎｄ ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ ｐｏｓｓｅｓｓｅｓ ｂｅｔｔｅｒ ｐｒｏｓｐｅｃｔ ｉｎ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｄｕｓｔ—ｒｅｍｏｖｉｎｇ；ＰＩ。Ｃ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｃｏｎｔｒｏｌ；ＰＩＤ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ；ＷＩＮＣＣ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌ
（兰州理２１２大学电信工程学院，甘肃兰州 ７３００５０）
摘要：针对目前除尘系统中普遍存在的成本高、效率低、运行不稳定等问题进行了详细的研究分析，提出了一套基于自适应ＰＩＤ方 法实现参数自整定的方法；为了便于工艺流程和设备状态的分析、操作决策、故障诊断、避免操作管理人员的疲劳、实现驾驶舱式的控 制管理，采用了将具有高可靠性和稳定性的ＰＬＣ与功能强大的组态软件ＷＩＮＣＣ相结合的方法，把计算机技术和现代控制技术应用于除 尘器；实际应用表明这套系统克服了现有除尘控制系统的弊端，从而具有较好的工程应用前景。
在对除尘系统的工作原理和现场情况的分析基础之上，本 文对除尘控制系统进行了较为详细的论述，其中的每一个重要 设计都是基于除尘系统来考虑的，在设计中尽量保证可靠和稳
收稿日期：２００５—０９—０５；修回日期：２００５—１０—０９。 基金项目：甘肃省自然科学基金项目（ＺＳ０２１一Ａ２５—０１８一Ｇ）。 作者简介：王树东（１９６５一）男．山东青岛人，副教授，主要从事计算 机自动控制技术、智能检测技术的教学与应用研究工作。