布袋除尘器自动控制系统软件设计与实现项目可行性研究报告.docx

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布袋除尘器自动控制系统软件设计与实现项目可行性研究报告

布袋除尘器自动控制系统软件设计与实现项目可行性研究报告

摘要

布袋除尘器作为一种高效率除尘设备，目前在各种工业部门广泛应用。

近年来,随着越来越严格的环境质量要求以及国民经济的快速良性发展,布袋除尘器相应地出现相当大的生产量增长,它的种类也在不断增加。

随着现代的生产技术要求不断在提高,如何设计适合整个布袋除尘系统的自动控制也显得尤为必要和十分实际,不仅对控制污染、保护环境和提高粉尘气体处理设备的能力和效率有重要的作用,在减少人工劳动工作、增加系统的易控制性和可靠性、节约能源和资源方面同样具有十分重大的经济意义。

本文系统地介绍了工业布袋除尘系统软件设计的一系列过程。

首先就布袋除尘器对工业生产和环境保护的重要性进行一定的阐述,对布袋除尘器的组成和工艺原理进行了简单的介绍，然后使用step7编程软件对布袋除尘器进行控制程序（包括清灰、输灰、卸灰和灰仓部分）的编写。

本文用西门子S7-300PLC控制的袋式除尘器可实现清灰、输灰、卸灰工艺的自动运行及各个除尘室独立手动控制。

利用PLC性能稳定功能强大的特点及相应软件的仿真功能使除尘器更加容易操控调试，从而高效能地运行。

关键字：

布袋除尘器控制系统自动控制S7-300PLC清灰卸灰

第一章绪论

1.1课题研究背景及意义

近年来，由于世界人口的膨胀以及工业和农业的快速发展、空气污染物的排放量日益增加,增加空气污染,对人类和谐环保的生活造成了十分大的危害。

控制大气污染物问题以及控制空气污染中的粉尘排放问题已经成为社会问题急需良好的解决方法。

例如,在工业生产中,各种废气有非常广泛的来源,在冶金、化工、建筑、炼油、炼焦、合成纤维、电力等很多行业生产过程总是有很多灰尘的烟气在产生中,如果不加以处理,不仅污染环境,还会对工作人员的健康造成很大的伤害,所以应高度重视如何治理在生产过程中产生过多灰尘的问题。

由于袋式除尘器除尘效果非常好,所以在制造行业广泛应用着,特别是在冶金行业。

布袋除尘器的控制要求包括清灰,输灰以及卸灰和灰仓部分。

近年来，随着国民经济的发展和日益严格的环保质量要求,布袋除尘器相应具有相当大的生产量增长,种类也在不断增多。

PLC（可编程控制器）是自20世纪80年代的时候逐渐发展起来的，是新一代完美适用于工业控制的装置，是结合着计算机和通信技术以及自动控制要求的产物。

可编程控制器不仅具有良好的性价比,良好的系统控制性能,还具有比较高的可靠性以及抗干扰能力。

随着计算机技术、网络通信的技术以及自动化控制技术的快速良性发展,PLC的功能变得愈发强大起来，适用场合范围也越发变宽。

可编程控制器不局限于实现单机控制,它还可以实现多机群控制要求；不仅可以实现逻辑控制,也可以用在运动控制、数据处理以及过程控制等等方面,从而使PLC普遍应用在自动控制领域。

例如,在火力发电厂燃料煤过程会产生大量煤尘,没有粉尘回收,不但污染环境,而且会导致资源的浪费。

本文就工业布袋除尘器设计的要求,选择PLC作为核心控制器,根据压差信号、定时、手动信号实现布袋除尘器的工艺。

同时上位机和PLC通信是通过工控机来实现的,从而能够对整个控制系统进行相应的配置和监控。

1.2布袋除尘器国内外发展前景

袋式除尘器开始出现时是在18世纪80年代,起初布袋除尘器只是使用一些挂袋用来清灰,所以设备的工作效率一般都很低。

随着应用技术慢慢变得成熟和逐渐稳定，在1881年的时候德国工厂率先开发的机械振动、清灰布袋式除尘技术开始逐渐商用化市场化,特别是在1957年的时候脉冲袋式除尘的技术研究和开发出来,这可以称得算是袋式除尘技术迈出迅猛的一大步,它包含所有设备的性能,而且并没有移动部件,内部滤袋也可以延长使用寿命。

1970年代后,美、澳欧洲大规模的生产布袋除尘器,在此期间布袋除尘器技术的也得以快速发展，美,澳洲和欧洲开发的大型袋式除尘器开始广泛应用于燃煤发电站、干法水泥回转窑炉等工厂进行除尘。

中国从20世纪50年代初,从苏联引进的具有机械振动和反吹袋式除尘技术机器。

截至到目前，布袋除尘器在我国也有着广泛的应用。

中国在七零年代开始出现的大量袋式除尘器的大多数生产企业到目前已成为我国生产袋式除尘器的骨干企业。

进入八零年代后,袋除尘技术的进一步发展,我国生产的袋式除尘器,许多年来在采矿、建材、食品、制药、冶金、化工等行业依旧在成功地应用着。

国家很多地区广泛应用袋式除尘器,比如说天津开发区5号热源厂、张家港保税区热电厂、焦作电厂；许多以前使用静电除尘器的电厂转换为使用袋式除尘器,如呼和浩特热电厂、赤峰市热力有限公司热电厂。

根据中国环保产业协会袋式除尘委员会相关预测,从中国环境保护“十一五”规划中大大增加了需求,布袋除尘器预计将成为市场的领导者,而也可能是全球趋势。

普通的袋式过滤器滤袋使用寿命短、高阻导致低效率和高生产成本问题十分突出。

随着国内产业结构调整步伐的加快和大气粉尘排放标准的提高、高技术大型企业逐步扩大,必将促进大型袋式除尘器的应用和推广,尤其是脉冲式除尘器和低压长袋收尘器大规模的趋势很明显,性能已经达到了国际先进水平。

如河北西安环保设备厂设计和制造的大型气箱脉冲袋除尘器在北京水泥厂、鲁奇改善内蒙古大袋除尘器、泰国发电厂投入使用,其排放检验记录等明显低于国家排放标准,达到国际先进水平。

在20世纪90年代初,分室控制技术已经发展起来，它是由PLC控制电磁阀和脉冲阀开关,在聚四氟乙烯涂层技术的支持下,逆流喷吹滤袋的一种控制方式。

由于技术不断成熟发展，气箱脉冲技术逐渐取得了很大的发展应用，基本取代了静电除尘器。

在2000年都江堰拉法基水泥厂全部采用袋式除尘器,近年来由于干燥脱硫技术的广泛使用,越来越多的袋式过滤器投入使用。

特别是近年来,滤料材质不断改进,延长其使用寿命，极大扩宽了布袋除尘器的适用范围。

第二章布袋除尘系统工艺分析

2.1布袋除尘器工作原理

布袋除尘方式就是由运用过滤的原理将固体颗粒从空气分离的过程,这次设计的布袋除尘设备就是运用过滤技术对气体和固体分离的装置。

过滤技术目前主要有纤维过滤和膜滤波，三种过滤分离机制是不一样的,但都可以实现气固分离的目标。

布袋除尘袋是膜过滤、纤维和粒颗粒过滤的多重方式综合。

布袋除尘设备除尘机制是当粉尘经过纤维时进行拦截、筛滤、碰惯性撞、扩散效应、重力效应和静电效应而被阻挡,得以捕捉到这些固体颗粒。

图2.1是简单的袋式除尘设备原理结构：

图2.1布袋除尘器设备原理图

Fig.2.1Bagdustcollectorequipmentprinciplediagram

如果粉尘颗粒大于布袋孔径的就会被阻留和筛出来，小于滤布穿孔孔径的尘埃颗粒（直径10~1μm）,沿着弯曲的的路径和气体进行织物毛孔运动，由于粉尘的惯性,碰撞在纤维上面然后粘附在滤布表面；直径小于1μm微粒,由于灰尘本身的传播和静电效应,在通过滤布的毛孔时候,尘埃粒子碰撞滤布纤维而附于滤布上面。

在过滤过程中,滤布表面渐渐会由于内部粉尘堆积,积聚一层层布满尘埃颗粒的尘埃层,可以极大提高过滤效果,几乎所有的气体粉尘都会被过滤下来。

粉尘初层形成以后就变为袋式除尘设备的重要过滤层，极大地提高过滤效率。

其实滤布只扮演了一个骨架尘埃层和支持在其形成粉尘层的作用。

灰尘沉积在过滤材料上后可在机械振动、反吹回流的作用下从过滤材料的表面脱落,掉入灰斗里。

2.1.1过滤原理

带有粉尘的气体从进风口进入，通过灰斗后，由于惯性作用，气体中尘埃颗粒较大的一部分被分离出来，直接进入料斗。

粉尘气体通过灰斗后进入中箱体过滤区域，气体经过滤袋后直接出来，粉尘就被捕获在过滤器袋的外表面。

气体被净化后通过滤袋进到顶层的上箱体，从出风口排出了。

2.1.2清灰原理

当过滤过程已经持续一段时间后，滤袋上的粉尘层逐渐增厚，除尘设备的压差上升，当设备压差上升到某个设定值，启动除尘设备开始依次清灰。

首先第一分室气缸阀关闭，阻止过滤气流再通过，然后在打开脉冲电磁阀的时候，在很短的时间内上箱体压缩的空气将会快速膨胀，使得过滤袋膨胀起来产生形变并且会引起一定的振动，粉尘起初积聚在滤袋表面上，然后又在逆向的气流冲刷不断作用下就会被吹下落入下箱体的料斗里面。

清灰开始时，脉冲电磁阀处于打开的状态，汽缸阀则是被关闭的状态，当清灰结束后脉冲电磁阀关闭，汽缸阀又打开，使得各分室依次又处于过滤状态。

2.2布袋除尘器基本组成

布袋除尘器由箱体、布袋、清灰和卸灰装置等组成。

含灰尘的气体进入布袋除尘器的时候，一开始会碰到的是进出风口里面的一块挡板，然后气流改变方位流到灰斗中，在同一时间气流速度会慢慢减小，颗粒体积偏大、密度又比较大的粉尘这时就会在重力的作用下掉入灰斗里，这样的话就能起到预先除灰尘的作用；而携带相对比较细小的粉尘气体就会在通过布袋的时候，大部分粉尘会粘附在滤袋的外表面上，从而使气体得到一定的净化；这次净化后的气体在通过布袋以后聚集在上箱体的出风口，然后就会被风机排出去。

但仅仅经过这些过程的布袋的除尘效率并不是特别高，由于筛选过滤、碰撞和扩散等一些效应，在布袋使用一段时间以后，滤袋表面就会积聚起一层薄薄的粉尘——初层，随着除尘时间积累初尘变厚，除尘时积累的初层起到了提高布袋除尘的效率的作用，实际上会成为布袋的主要灰尘过滤层。

但需要考虑的一个问题是当布袋上聚集的粉尘越来越多，粉尘对气流的阻力就变得越来越大，还会对除尘效率有一定的影响。

所以，当粉尘阻力提高到一定程度的时候，就应该清灰就是将滤袋外表面上的粉尘清理掉，在本次设计中采用脉冲喷吹的方式清理掉这些附着在滤袋的粉尘。

当清灰结束以后，粉尘大部分会聚集在下箱体的灰斗里面，然后让卸灰装置进行卸灰工艺的处理。

假如清灰工作没有及时开启，就会较大的增大布袋除尘器运行的阻力，更严重的时候还会毁坏布袋；但清灰工作太多运转的时候将会破坏粉尘积累下来的初层，就会在一定程度上降低除尘的效率，所以，布袋除尘器系统在设计清灰控制部分工作时间时，除了要考虑定时开启清灰工作以外，还需要防止清灰工作运转太过度，如果工艺控制得当，能起到延长布袋使用时间的作用，还可以增加控制方式的灵活性和节约能源。

布袋除尘器硬件基本组成如下：

本体清灰部分：

14个过滤室（双排2×7个）,每室21个脉冲阀（DC24V，20W），共294个脉冲阀,每室配有2个气缸电磁阀（DC24V，20W），共28个汽缸电磁阀，还有进、出口压差变送器1台（4~20mA）同时还配有进口温度传感器（PT100，4~20mA）。

输灰部分：

每个灰斗都设置了1个空气炮（DC24V，20W）、1个卸料电机1.1KW（AC380V），共有14个灰斗（双排2×7个）；2台（双排）切出刮板电机7.5KW（AC380V），1台（2台除尘共用）集合刮板电机5.5KW（AC380V），1台（2台除尘共用）斗提电机4KW（AC380V），集合刮板机出料口处1个空气炮（DC24V，20W），斗提机出料口处也有1个空气炮（DC24V，20W）。

灰仓部分（2台除尘共用）：

配有高料位计1个（AC220V，开关量）、灰仓1个空气炮（DC24V，20W）、1个卸料电机1.5KW（AC380V），1台加湿机电机18.5kW（AC380V）。

该布袋除尘器控制系统是以西门子300PLC为核心的,首先让PLC从现场和除尘器的控制面板或控制箱获得信号,接着通过程序对执行器件进行输出信号。

上位机可以从PLC得到除尘状态信息,而且也可通过改变程序调节一些除尘参数，比如清灰时间和定时信号到来时间等，通过PLC控制布袋除尘器系统使一切变得井然有序起来，当然程序流程图是非常重要的，它确保了布袋除尘器在每一环节的实际工作情况。

图2.2控制系统示意图

Fig.2.2Thecontrolsystemschematicdiagram

2.3布袋除尘器工艺分析

布袋除尘设备的除尘原理就是当粉尘碰到纤维的时候会由于