| 电袋复合除尘试验平台监控系统的研究与设计 |
| 作者 ：陈作炳，吴凡， 李如强 | | 更新时间：2008-2-15 |
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，常建娥 （武汉理工大学机电工程学院 湖北武汉 430070）
摘要：随着我国对环保要求的不断提高，电袋复合除尘系统成为替代传统低效率除尘设备的方案之一。因此，研究电袋复合除尘系统的结构与性能成为关键。本文根据电袋复合除尘系统试验平台的结构特点和监控需求，分别由硬件和软件两方面，详细研究了该控制系统的解决方案，同时，也介绍了一种新的组态软件的使用方法。
关键词：工控机；组态软件；可编程控制器
Abstract: With the constant increasing of demand of environment protecting, the elec-bag precipitator can be an good choice instead of an electrostatic precipitator or bag-type dust collecting. So, it become a key problem to study its structrue and capability. According to the structure and monitor-control demands of the elec-bag precipitator , we study the overall scheme of this control system.in detail from two aspects of hardware and software. And , we also introduse a new type of configuration software.
Key words: industry computer ; configuration software ; PLC
1 引言
我国烟尘排放标准日益严格，要求除尘系统的除尘效率不断提高。在传统的除尘方式中，静电除尘和袋式除尘是两种常用的除尘方式，广泛运用于热电厂、水泥、化工等领域，而两种除尘方式各有优点和不足。静电除尘处理风量较大，除尘效率高，并且系统阻力很低，但是除尘效率不稳定，出口浓度受烟尘性质影响较大。袋式除尘虽然表现出更高的除尘效率，且不受粉尘比电阻、粒径分布等粉尘性质的影响，还兼有一定的脱硫能力，但由于系统阻力较大，运行费用很高。电袋复合除尘系统是一种集静电除尘和布袋除尘于一体的新型除尘系统。由于该系统整合了静电与布袋两种除尘方式，整套系统体现出入口浓度大、过滤风速高、出口浓度稳定以及系统阻力低等优点，相对于单一的静电除尘或袋式除尘均体现出优势，因此是取代两种单一除尘方式的理想设备。
电袋复合除尘系统试验平台用于测试不同结构下系统的除尘效率，为实际的设计提供基础数据。本文综合考虑了试验平台的结构特点以及现有的技术条件，为平台测试及控制系统提出了以工控机和组态软件为中心的整套解决方案，实现了控制和试验过程的自动化，并提高了试验系统的可靠性和安全性。
2 试验平台的结构与功能
电袋复合除尘系统综合了静电除尘和布袋除尘两种除尘方式，因此，它包括了完整的电除尘和袋除尘两套系统，并采用了电除尘在前，袋除尘在后的结构形式，利用电除尘系统的预处理能力为布袋除尘提供良好的工作环境（参考图1）。试验平台主要由以下部分组成。
一是提供能量的主风机，用于产生合理的风量风速，因此，配备变频器调节其转速。
二是作为试验对象的电袋复合除尘器。其中，电除尘部分配备了恒压与恒流两种电源方式，同时配备了激励振打、锤式振打和声波清灰三种清灰装置。而袋式除尘部分则配备了反吹风清灰和脉冲清灰两种清灰方式。
三是为系统提供粉尘环境的给料机构，其电机系统也由变频器控制转速，以模拟不同的粉尘浓度。
四是为模拟不同工况条件的控温电炉装置，以控制入口温度。
整个系统结构如图1所示。
粉尘发生器
电除尘部分
袋除尘部分
主风机
入口
出口
电炉
图1 电袋复合除尘试验平台系统结构
3 电袋复合除尘系统试验平台监控采集系统方案
整套系统可分为数据采集与控制两部分，结构上采用上位机加下位机方式。
3.1 传感器及数据采集模块
数据采集系统配有高性能的传感器、放大调理电路以及数据采集模块，用于监测各点烟尘浓度以及烟气温度、流量、压力等烟气参数。
烟尘浓度采用近红外线后方散射光方式的烟尘浓度传感器，测量范围广，对粉尘浓度具有良好的相关性。烟气流速采用EPI9000型烟气质量流量计，可对温度变化进行修正，对压力变化不敏感，并不需补偿可直接接入数据采集模块。烟气温度采用热电偶温度传感器。烟气压力采用扩散硅压力传感器。
传感器得到的模拟量根据需要经放大调理电路调理成0～5V的标准信号后，接入数据采集模块。根据数据采集的需求，我们选用低成本的研华PCL711B板卡作为数据采集模块。PCL711B是一款低成本的板卡，非常适合一般性应用，通过研华工控机的I/O扩展插槽与工控机交换数据。PCL711B具有8路12位模拟量输入和16路数字量输入，并能够为PC/AT兼容系统提供A/D转换、D/A转换以及数字量输入输出。
3.2 控制系统
控制系统主要用于除尘系统各配套设备的控制。系统控制方式有控制柜控制和PLC控制两套控制系统，通常情况下使用PLC控制，如果出现异常，可代用控制柜。控制内容包括电炉开关及控温、主风机启停以及转速、给料机构的开关调速、电压源电流源的切换与调节、清灰机构的切换与定时控制功能。
作为控制系统的核心，PLC向上响应工控机与组态软件发出的指令，向下控制变频器、电磁开关的器件以达到控制的效果。由于控制现场与监控室有一定的距离，PLC采用RS485接口与工控机通讯。RS485是一种简单高效的串口了，传输速率高，距离远，一条信号线上一般可以连接多达128台设备，允许通讯距离可达到1200米。由于工控机上没有RS485接口，通讯时需加一款RS232到RS485通讯的转换模块。
3.3 工控机及组态软件
以“易控”组态软件支持的工控机作为上位机，它一方面为数据采集模块的数据提供在线显示、曲线报表输出以及数据储存等功能，另一方面，通过串口向PLC发出控制命令，再由PLC控制执行终端，从而实现整个系统的集成测控。整个系统硬件关系如图所示。
工 控 机 及 组 态 软 件
PCL711B
PLC
变频器、开关等
ISA总线
RS458
模拟量
控制命令
PCL711B
传感器及调理电路
图2 试验平台监控采集系统结构图
4 组态软件及其应用系统编程
本系统采用的组态软件是由北京九思易自动化软件有限公司新近开发的“易控（Inspec）”。该软件是基于Microsoft最新操作平台.Net的通用组态式工业自动化监控系统软件产品，通过采用.Net这一革命性平台所引领的一系列最新技术，使易控软件更加健壮和稳定，无“内存崩溃”和“蓝屏幕”等系统崩溃现象，并支持最新的操作系统（Windows 2000、XP、2003、Vista）。易控内置和常见PLC、DCS、PC板卡、智能仪表等设备的通信能力，和设备的通信建立容易，功能强大。另外，易控具有强大的图形画面设计功能，可以轻松制作精美的监控画面，形象逼真地呈现控制对象和过程。
4.1与下位设备通讯
“易控（Inspec）”软件内置有常见PLC、PC板卡、智能仪表等设备的驱动程序。通讯时，在保证正确的物理连线、跳线的基础上，通过添加I/O通道的操作可轻松添加各所需设备驱动。例如，与RS485设备通讯时，首先“新建I/O通道”，选择“串行口”，在设置好相应的“串口名”、“波特率”、“数据位”、“停止位”、“奇偶校验”及“协议类型”后，选择相应设备驱动，即可在“易控”中使用该设备。
4.2监控界面设计
画面底部是系统的控制板面。
主风机启停按钮可发出指令，使与主风机相连的变频器启动或停止，调频功能则可调节变频器的输出频率，进而调节风机转速。此功能可调节入口风量的大小。
电炉启停按钮控制电炉的开关，调温控制通过调节电炉电流来调节温度。
给料机构启停及调速控制与主风机控制方式类似，用于控制入口处粉尘浓度。
电流源电压源切换开关可切换当前电除尘所使用的电源方式——恒压源或恒流源，启停按钮控制电源闭合或打开，调节按钮控制输出的最大电压值或电流值。
清灰方式切换可控制当前电、袋除尘所使用的清灰方式，其中“激励振打”、“锤式振打”和“声波清灰”为电除尘清灰方式，三者可任选其一，“反吹风清灰”及“脉冲清灰”为袋式除尘清灰方式，二选一。同样，启停按钮控制开关，电子时钟设置清灰周期。
画面中部是电袋复合除尘系统的结构示意图，具有动画效果的虚线指示烟气在系统中的流向，在各测控点有实时数据显示框，用以显示实时监测的数据。该数据通过与数据库软件的接口保存到数据库中，以便试验分析。
图3 监控界面
4.3控制程序
控制系统用于向PLC发出指令，再由PLC控制变频器及电磁开关的设备。
系统各设备的启停需有一定的顺序：首先打开主风机，并调至试验所需的入口风速；然后，需打开恒压源或恒流源，即启动电除尘器，并合理调节最高电压值；接着选择清灰方式后打开请灰机构，最后才打开给料机构。因此，在程序需有用条件语句，控制打开顺序。前一级设备没有打开时不能打开后一级设备，设备关闭的顺序与启动顺便相反。例如电源机构的程序如下：
if (主风机.开关==1) 电源.启动 = 1;
各调节按钮则的功能为调节各相关设备的模拟量，需设定好按一下按钮的步长，并限制可调的最大值，程序如下：
电源.调节 = 电源.调节+0.1;
if (给料机.调频>=20) 电源.调节 = 20;
“易控”软件是以“变量”为基础数据库进行数据传输和控制的，定义好所需“变量”后，一方面与界面中控件的“事件”和“动画”程序交换数据，另一方面，在与“设备变量”相关联后可显示传感器数值或发出相应指令。
4.4数据处理 全科论文中心http://www.issncn.net
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