PLC在砂处理除尘控制系统中的应用

【摘要】铸造企业在铸造过程中会产生大量烟尘，这些烟尘既会造成大气环境污染、也严重损害铸造作业工人的身体健康。如何高效除尘一直是铸造类企业的重要技改项目。本文简单阐述几种主要的工业除尘的方式，并以笔者参与设计、安装、调试的韶铸金宝技术改造二期砂造型线的除尘系统电气控制部分为例，详细阐述了基于PLC的除尘控制系统的构成、控制方式、实际效果等，其中重点突出了PLC在除尘低压控制系统的应用。

【关键词】PLC；除尘控制；脉冲反吹；滤筒除尘器

1应用背景

金宝制造有限公司是韶关铸造集团下属企业，主要为客户生产批量大、要求高的球墨铸铁件和灰铸铁件，可以生产产单件重量在0.5-20公斤的铸铁件，年产量在6000吨左右。但是铸造车间在生产过程中散发出大量的粉尘、烟雾、噪声、有害气体和有害物质。对周围环境造成不良影响,也危害着作业者的身体健康。据统计，铸造车间每生产1吨铸件,就会有10～15kg粉尘及其他杂质排出,致使一些铸造车间粉尘浓度高达每立方米几十至几百毫克,回砂地沟内侧高达每立方米上千毫克,因此铸造车间最大的危害则要数粉尘污染。它一方面能使工人造成严重的矽肺病;另一方面则污染空气,恶化劳动作业条件。

随着国家对环保的要求日益提高，目前环保要求每立方的尘埃量在几十毫克以下，因此对铸造车间的环境保护要把粉尘污染的治理放在重要地位。金宝公司原来拥有常州友迪砂造型线一条，在2010年技改项目中增加了常州友迪80吨砂处理等生产线，而铸造车间的粉尘源90％来源于旧砂处理工部、熔炼工部和铸件清理工部。粉尘污染来源于震动落砂、冷却、过筛、输送等几个扬尘点,所以金宝公司在技改计划中特别提出了除尘的技术要求。

2工业除尘器概况

目前工业现场广泛使用的除尘方式大概有过滤式除尘、静电除尘、惯性除尘、喷淋除尘等几种。每种除尘方式都有自己合适的使用环境和除尘介质，也有各自的优缺点，所以针对不同的工业环境和粉尘介质需要选择不同类型的除尘方式，甚至不同的除尘方式结合使用，形成一、二级甚至多梯级除尘，以达到最佳得的除尘效果。

3脉冲式滤筒除尘器

3.1脉冲式滤筒除尘器主要结构

韶铸金宝公司使用的韶关新宇制造的脉冲式除尘器。主要由进风结构、除尘本体、滤芯以及密封框架、脉冲反吹装置、卸灰结构、压缩空气管道等机械结构以及电控系统组成。

目前国内除尘器的机械加工水平已经较以前大有提高，现在主要影响除尘器性能的是电控系统。电控系统包含风机的启停、故障报警以及清灰脉冲反吹等。本人参照彩灯循环控制仪的原理，和韶关新宇公司工程师一起分析除尘工艺过程，尝试在韶铸金宝反吹除尘电控中采用PLC来循环控制吹起电磁阀的脉冲周期和脉冲间隔，经过多次调试、修改，达到预期的控制要求。

脉冲式除尘器机械结构大致如图1所示：

图1

3.2脉冲式滤筒除尘器工作原理

工作时，含尘废气在抽风机的作用下经由进风口进入除尘器本体，由于气流断面突然扩大及气流分布板作用，气流中一部分粗大颗粒在重力和惯性力作用下沉降在灰斗；粒度细、密度小的尘粒进入滤尘室后，然后在滤芯的过滤、扩散、静电吸附作用下进行筛分，空气中的烟尘粒子会被阻留在滤心的外表，过滤后的洁净空气经由排气通道进行二次处理或者直接排向大气。黏附在滤心表面的烟尘粒子在压缩空气的脉冲反吹作用下掉落在除尘器本体下部储灰室。

３．３脉冲式滤筒除尘器优点

采用垂直式滤筒结构，便于粉尘吸附及清灰；先进的离线三状态（过滤、清灰、静止）清灰方式，避免了清灰时的“再吸附”现象，清灰彻底可靠； 主要性能的关键元件采用进口件，寿命更长；清灰机构采用PLC自动控制，可选择自动或手动二种控制方式；采用分列喷吹清灰技术，极大地减少脉冲阀的数量，节约成本。

４控制方案及说明

4.1控制方案

脉冲滤筒式除尘器的阻力随滤料表面粉尘层厚度的增加而增大，当滤芯表面的粉尘达到一定厚度，空气流通受阻，一方面，除尘效果受到影响，另一方面，也会影响滤芯的使用寿命。因此，除尘器必须定时清灰。固定滤袋用的多孔板设在箱体的上部，在每排滤袋的上方有一喷吹管，喷吹管上对着每一滤袋的中心开一压气喷射孔，喷吹管的另一端与脉冲阀、控制阀等组成的脉冲控制系统及压缩空气储气罐相连接。清灰时 PLC程序控制脉冲阀的启闭，压缩空气在极短的时间内，在上箱体内迅速膨胀涌入滤筒，使滤筒膨胀变形产生振动，在逆向气流冲刷的作用下，附着在滤袋外表面上的粉尘被剥离落入灰斗中。清灰完毕后，电磁脉冲阀关闭，提升阀打开，该室又恢复过滤状态。 清灰各室依次进行，从第一室清灰开始至下一次清灰开始为一个清灰周期。脱落的粉尘掉入灰斗内通过缷灰阀排出。

脉冲滤筒除尘器需要根据不同的工况需要调整脉冲间隔和脉冲时间，但是国外进口的专门喷吹除尘控制仪价格较高，而国内厂家主要采用彩灯循环控制仪来控制循环反吹，质量和效果都不甚理想，而且，脉冲控制仪只能对脉冲电磁阀进行控制循环动作，无法对抽风机、风门等进行控制和运行反馈。所以，本设计采用以西门子S7-200系列PLC以及其配套扩展模块为核心的控制系统。

4.2S7-200系列PLC的功能特点

S7-200系列PLC具有以下的功能特点：

1）性价比高，性能稳定，运行可靠。西门子S7-200目前在工业领域广泛使用，接受了各种不同的现场环境考验，软、硬件功能都非常丰富，编程也简单方便。

2）扩展方便，维护简单。S7-CPU224集成14输入10输出共24个数字量I/O点。可连接7个扩展模块，最大扩展至168路数字量I/O点或35路模拟量I/O 点，这样子就可以满足不同脉冲路数除尘器的功能要求。

3）CPU-224带有1个RS485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力。I/O端子排可很容易地整体拆卸。而且西门子的标准现场总线维护起来也很简单，方便和触摸屏、文本输入设备、工控机等进行通讯，是具有较强控制能力的控制器。

5PLC的I/O分配图

本除尘器方案采用20路脉冲反吹，加上抽风机、卸灰螺旋机、风门开、风门关，以及四路报警信号等输出信号，共需要14个输入点，30个输出点，所以采用CPU-224主模块并扩展3个EM222八口输出模块即可达到设计要求，其中CPU 224的I/O分配如图所示：

图2

6控制说明

6.1自动、手动操作

本设计操作方式分为手动和自动两种，其中抽风机的启动、停止需要手动、自动两种方式，控制进风量大小的风门开关只需要手动控制。控制柜上有手动、自动选择开关，当打到手动方式，可以手动操作，当打到自动模式，除尘器进行自动除尘操作。

６．２故障检查及报警

该除尘器风机采用的是132kW的三相异步电机，因为功率较大，所以必须采用星三角串联自耦变压器启动，如图3所示：

为了防止启动过程中某接触器触头不吸合，程序中设计了启动故障报警，当系统启动，先检查自耦变压器吸合是否正常，如果不正常则复位抽风机、卸灰螺旋机以及风门。在系统自动启动后延时1秒检测KMY1是否正常吸合，如果没有吸合则复位抽风机并输出报警信号1，如果吸合则延时0.2秒检查KMN1是否正常吸合，如果KMN1没有吸合照样复位抽风机并输出报警信号2，如果正常吸合则在星三角启动延时头动作一秒后检测KMD1是否正常吸合，如果没有正常吸合就复位风机运行。

图3

６．３风机停止延时反吹控制

为了保证滤芯的清洁，在抽风机停止后需要脉冲反吹需要延时一段时间才能停止，以便将黏附在滤芯上面的烟尘震落下来。

６．４风机停止风门复位

设计要求在风机停止运行的状态下，风门处于关闭的状态，当抽风机启动，风门也跟着启动，所以无论抽风机因为故障或者正常停止，系统必须给风门发出一个关门信号，让风门保持关闭的状态。

７结束语

韶铸金宝车间试生产运行证明，用PLC来作为脉冲除尘器的控制可以充分发挥PLC的高可靠性和抗干扰性，更好保证除尘器的稳定运行。同时PLC编程灵活，可以很好满足除尘器在不同的工况下使用，而且使用PLC来控制线路更简单，也方便维修检查。

【参考文献】

［１］梁耀光，余文杰，主编．电工新技术教材[M]．广东职业技能鉴定指导中心．

［２］黄明琪，冯济缨，王福平，主编．可编程控制器[M].重庆大学出版社，2002．

［责任编辑：薛俊歌］