维修电工专业-空气除尘器设计

摘要20世纪五、六十年代以后人类因活动产生粉尘，而粉尘因某种性质又危害人类的自身健康及各种活动。所以，我们要研究粉尘、研究除尘技术，防止粉尘污染。近几年来，随着科技的发展，我们国除尘技术越来越先进。而虽然PLC 问世时间不长，但是随着微处理器的出现，大规模、超大规模集成电路技术的迅速发展和数据通讯技术的不断进步，PLC 也迅速发展。除尘系统的可靠性及自动化程度直接影响到除尘器清灰效果和操作人的劳动强度。如采用常规的仪表及继电器控制分室高压脉冲除尘器，不但控制柜体积庞大，而且系统接线复杂、烦琐、可靠性低。采用可编程控制器为核心的控制电路，大大简化了系统的硬件构成，而且使系统的自动化程度大大提高。该系统操作简单，可靠性好，维护方便，大大减轻了操作工人的劳动强度。所以可以可定的是除尘器电气柜将在今后将来在其控制系统也随之不断地改进，起到越来越重要的地位。本文结合实用除尘器和PLC程序控制，研制了除尘器电气柜。这里介绍的FPPF系列气箱脉冲袋式除尘器采用PLC程序控制，并兼有定时或手动，保证了空压机的清灰效果。关键词：PLC 除尘器 电气柜第一章绪论1.1粉尘的来源粉尘的来源可分为两大类：一是人类活动引起的，二是自然过程引起的。后者包括火山爆发、山林火灾、雷电等造成各种尘埃。当今，最令人担忧的是人类的生活和生产活动引起的粉尘污染。由于人类的生活及生产活动从不间断，这种污染也就从没停止过。100年以来，工业和交通运输不断扩大，以及人口的高度集中，使的大气污染日趋严重。目前，全世界每年排入大气的煤粉尘及其他粉尘在1亿t以上，严重污染了大气，对人类的健康构成了威胁。这种粉尘对大气的污染既然有人类活动引起，也就可以通过人类的活动而加以控制。人类活动引起的粉尘主要来源于3个方面，即工业生产污染源、生活活动污染源及交通运输污染源。第二章FPPF系列气箱脉冲袋式除尘器简介2.1除尘器的特点FPPF系列气箱脉冲袋式除尘器（如图1）采用国际上先进的离线三状态（过滤、清灰、静止）清灰方式，避免了清灰的“再吸附”现象，从而清灰彻底可靠；采用分室喷吹清灰技术（气箱脉冲），一个脉冲可同时喷吹一室（每室的滤袋数量有32、64、96种规格系列）所以较普通除尘器1个阀喷吹6条袋，可减少脉冲阀数量6-20倍；设计了沉降室，不但克服了粉尘直接冲刷刷磨损滤袋的缺点，而且可以允许进入粉尘浓度高达100g/Nm3；此外系统采用PLC程序控制，并兼有定时或手动，保证了空压机的清灰效果。图1FPPF系列气箱脉冲袋式除尘器2.2除尘器的设备构造及工作原理本除尘器有上箱体、中箱体、下箱及灰头，梯子平台，储气罐、脉冲阀、龙架布袋、螺旋输送机、卸灰阀、电器控制柜，空压机等组成。本设备在系统主风机的作用下，含尘气体从除尘进风口进入除尘器预收尘室，含尘气体在挡流板碰击下气流转向流入灰斗，同时流速很慢，在惯性及粉尘的自重下，较粗颗粒粉尘直接落入灰斗并从排灰机构卸出，起到了预收尘的作用，其它轻细粉尘随气流向上吸附在滤袋外表上，过滤后的干净气体透过滤袋进入上箱体并汇入出风口排出。气箱脉冲袋式除尘器本体分隔成若干个箱区，并在每箱侧边出口管道上有一个气缸带动的提升阀。当除尘器滤袋工作一个周期后，清灰控制器就发出信号，第一个箱室的提升阀开始关闭切断过流气流，箱室的脉冲阀重新开启，以大于0.4Mpa的压缩空气净气室，清除滤袋上的粉尘；当这个动作完成后，提升阀重新打开，箱体重新进行过滤工作，并逐一按上述程序完成全部清灰动作。2.3除尘器的电器控制(1) 控制方式采用定时法，根据设定时间程序进行逐室清灰。(2) 控制有自动和手动两种方式，当某一单机出现故障时，可随机切换手动控制，正常工作时均采用自动控制方式。以免改变程序而造成灰斗积压过多，造成绞龙卡死或造成管道积灰，降低吸风效果，并造成管道堵塞。2.4除尘器的维护和检修除尘器有转人操作和检修，全面掌握除尘器的性能和构造，发现问题及时处，确保系统正常运行。（1） 传部动位定期加油。（2） 发现排风口冒灰，表明滤袋已破漏，应及时检修更换。（3） 除尘器阻力一般为1200-1600Pa，清灰周期可根据阻力情况进行适当调正。（4） 压缩空气系统的过滤器及气包最底点的排污阀要定期排污。（5） 控制阀要有专人检修，定期对电磁阀和脉冲阀进行检修。第三章PLC的概述3.1可编程控制器的生产和发展可编程控制器是在计算机技术、通信技术和继电器控制技术的发展基础上开发起来的，最初可叫做可编程控制器（Programmable Contrnller，简称PC），后来由于PC这个名称常常被用来称呼个人电脑（Personal Computer）,为了区别，现在把可编程控制器称为PLC。20世纪60年代以前，汽车流水线的自动控制系统基本上都采用传统的继电器控制。在60年代初，美国汽车制造业竞争越发越激烈，而汽车的每一次更新的周期越来越短，这样对汽车流水线的自动控制系统更新就越来越频繁，原来的继电器控制就需要经常地重新设计和安装，从而延缓了汽车的更新时间。所以人们就想用一种通用性和灵活性较强的控制系统来替代原有的继电器控制系统。1986年，美国通用汽车公司首先提出了可编程控制器的概念。在1969年，美国数字设备公司（DEC）终于研制出世界上第一台PLC。这是由一种新的控制系统代替继电器的控制系统，它要求尽可能地缩短汽车流水线控制系统的时间，其核心采用编程方式代替继电器方式来实现生产线的控制。1971年，日本引进了这项技术，并开始生产自己的PLC。1973年，欧洲一些国家也研制出了自己的 PLC。1974年，我国也开始仿照美国的PLC技术研制自己的PLC，终于在1977年研制出第一台具有实用价值的PLC。3.2可编程控制器的功能与特点3.2.1功能PLC的型号繁多，各种型号的PLC的功能不尽相同，但目前的PLC一般都具有下列功能。（1） 条件控制PLC具有逻辑运算功能，它根据输入继电器触点的与（AND）、或（OR）等逻辑关系决定输出继电器的状态（ON或OFF），故它可代替继电器进行开关控制。（2） 定时控制为满足生产工艺对定时器控制的要求，一般PLC都为用户提供足够的定时器。（3） 计数控制为满足对计数控制的需要，PLC向用户提供了上百个功能较强的计数器。（4） 步进控制步进顺序控制是PLC的最基本的控制方式，但许多PLC为方便用户编制较复杂的步进控制程序，设置了专门的步进控制指令。（5） 数据处理PLC具有较强的数据处理能力，除能进行加减乘除四则运算甚至开方运算外，还能进行字操作、移位操作、数制转换、译码等数据处理。（6） 通信和联网由于PLC采用了通信技术 ，可进行上位衔接（Host Link），接受计算机的命令，并将执行结果告诉计算机。一台计算机可与多台PLC可构成集中管理、分散控制的分布式控制网络，以完成较大规模的复杂控制。（7） 对控制系统的监控PLC具有较强的监控功能，它能记忆某些异常情况或发生异常情况时自动终止运行。操作人员通过监控命令，可以监视系统的运行状态，可以改变设定值等，方便程序的调试。3.2.2特点PLC是传统的继电器技术和计算机技术相结合的产物，所以在工业控制方面，它具有继电器控制或通用计算机所无法比拟的特点。（1） 高可靠性PLC的高可靠性主要表现在硬件和软件两个方面：在硬件方面，由于采用性能优良的开关电源，并且对采用的器件进行严格的筛选，加上合理的系统结构，最后加固、简化安装，因此PLC具有很强的抗振动性能；无触点的半导体电路来完成大量的开关动作，就不会出现继电器控制系统中的器件老化、脱焊、触点电弧等问题；所有的输入/输出（I/O）接口都采用了光电隔离措施，使外部电路和PLC内部电路能有效的进行隔离；PLC模块式结构，可以在其中一个模块出现故障时迅速地判断出故障的模块并进行更换，这样就能尽量缩短系统的维修时间。在软件方面，PLC的监控定时器可用于监视执行用户的专用运算处理器的延迟，保证在程序出错和程序调试时，避免因程序错误而出现死循环；当CPU、电池、I/O口、通信等出现异常时，PLC的自诊断功能可以检测到这些错误，并采取相应的措施，以防止故障扩大；停电时，后备电池和正常工作时一样，进行对用户程序及动态数据的保护，确保信息不丢失。（2） 应用灵活、使用方便模块化的PLC设计，使用户能根据自己控制系统的大小、工艺流程和控制要求等来选择自己所需的PLC的模块并进行资源配置和PLC编程。这样，控制系统就不再需要大量硬件装置，用户只需根据控制需要设计PLC的硬件配置和I/O的外部接线即可。而在PLC控制系统中，当控制要求改变时，不改变PLC外部接线，只需修改程序即可。这种面向控制过程的编程方式，与目前微机控制常用的汇编语言相比，虽然在PLC内部增加了解释程序，增加了程序执行时间，但对大多数的机电控制设备来说，这种时耗是微不足道的。（3） 面向控制过程的编程语言，容易掌握PLC的编程语言采用继电器控制电路的梯形图语言，清晰直观。虽然PLC是以微处理器为核心的控制装置，但是它不需要用户具有很强的程序设计能力，只要用户具备一定的计算机软、硬件知识和电器方面的知识即可。这种面向控制过程的编程方式，与目前微机控制常用的汇编语言相比，虽然在PLC内部增加了解释程序，增加了程序执行时间，但对大多数的机电控制设备来说，这种时耗是微不足道的。（4） 易于安装、调试、维修在安装时，由于PLC的输入/输出接口已经做好，因此可直接和外部设备相连，而不再需要专用的接口电路。而且PLC的软件功能取代了原来继电器控制的中间继电器、计时器、计数器等一些器件。所以硬件安装上的工作量相应减少。PLC的调试可先在实验室模拟完成，模拟调试完成后再现场安装、调试。这样就可以避免可能在现场问题，从而缩短调试周期。在维修方面，PLC完善的诊断和显示功能，可以通过模块上的显示或编程器等很容易地找出故障模块，而且由于模块化设计，因此只需要对出错的模块进行更换即可。（5） 网络功能强大PLC具有强大的网络功能。PLC不仅能做到远程控制、进行PLC内部通信与上位机进行通信，还具备专线上网、无线上网等功能。（6） 体积小、重量轻由于PLC内部电路主要采用微电子技术设计，因此它具有体积小、重量轻等优点。3.3可编程控制器的应用场合PLC可以用于所有的工业部门，现在已经扩展到商业、农业、民用、智能建筑等领域。PLC主要用于代替继电器控制的开关量逻辑控制，也可用于模拟量闭环控制、数据处理、通信联网和运动控制（例如定位控制、机床的多数字控制）等场合。3.4可编程控制器的分类3.4.1按结构分类PLC按其硬件的结构形式可分为整体式和组合式。3.4.2按控制规模分类PLC的控制规模主要是指开关量的输入/输出点数及模拟的输入/输出路数。但主要以开关量的点数计数，模拟量的路数可以折算成开关量的点数。按照此项进行分类主要包括小型、中型和大型。3.5可编程控制器的结构可编程控制器的硬件组成与微型计算机相似，其主机由CPU、存储器、输入/输出接口、电源等几大部分组成。3.5.1中央处理器中央处理器简称CPU。与一般计算机一样，CPU是核心，在整机中起到类似人类的神经中枢的作用，可编程控制器的整机性能有着决定性影响。随着微电子技术的性能价格比高等优势受到了人们的特别关注，目前小型PLC都用8位或者16位单片机作CPU。3.5.2存储器可编程控制器的存储器分为系统程序存储器和用户存储器两种。（1） 系统程序存储器系统程序存储器用来存放制造商为用户提供的监控程序、模块化应用功能子程序、命令解释程序、故障诊断程序及其他各种管理程序。（2） 用户存储器用户存储器是专门提供给用户存放程序和数据的，所以用户存储器通常又分为用户程序存储器和数据存储器两个部分。3.5.3输入接口电路开关量输入输出接口电路的主要参数是输入电流。现场开关闭合时，必须有足够的电流流入光耦输入端，使光敏三极管完全导通；而当现场开关段开时，必须保证流入光耦输入端的电流足够小，保证光耦输出光敏三极管可靠截止。3.5.4输出接口电路端的可编程控制器的输出有三种形式：一种是继电器输出，一种是晶闸管输出（SSR型），一种是晶体管输出。3.5.5电源与其他电子设备一样，电源是非常重要的一部分，它的性能如何将直接影响PLC的功能和可靠性。PLC对电源的基本要求是：（1） 能有效控制、消除电网电源带来的各种噪声。（2） 不会因电源发生故障而导致其他部分产生故障。（3） 能在较宽的电压波动范围内保持输出电压稳定。（4） 电源本身的功耗应尽可能低，以降低整机的温升。（5） 内部电源及PLC向外提供的电源与外部电源间应完全隔离。（6） 有较强的自动保护功能。3.6可编程控制器的控制系统的组成可编程控制器的控制系统一般由控制器、编程器、信号输入部件、输入执行部件等组成。3.6.1控制器控制器是控制系统的核心，它将逻辑运算、算术运算、顺序运算、定时、计数等控制功能一系列指令形式存放在存储器中，然后根据检测到的输入条件按存储的程序，通过输出部件对生产过程进行控制。3.6.2编程器编程器是开发、维护可编程自动控制系统不可缺少的外部设备。编程器在系统中的作用是：对可编程控制器进行编程、发出命令和监视可编程控制器的工作状态等。所以，编程器的工作方式有：编程方式、命令方式、监视方式。3.6.3信号输入部件信号输入部件是指安装在现场的按钮、行程开关、接近开关，以及各种传感器等。信号输入部件的作用是接收系统的运行条件，并将这些条件传送给PLC。3.6.4输入执行部件输入执行部件是指接触器，以及安装在现场的电磁阀等，其作用是在PLC输出驱动下控制设备的运行。3.7可编程控制器的元件3.7.1输入继电器：X是用于根据输入端子上连接的开关、传感器的ON/OFF状态，决定X元件的ON/OFF状态，X元件范围是按八进制分配在X00-X17中。3.7.2输出继电器：Y是用于驱动连接在输出端子上的灯、接触器、电磁阀等的负荷用的。该元件范围按八进制分配在Y00-Y15。3.7.3辅助继电器：M在可编程控制器上,用于中间变换的辅助元件。该元件按十进制分配如下：M0-M495 一般（非停电保持）用M496-M511 保存（停电保持）用M8000-M8254中47点 特殊用3.7.4状态：S用SFC程序,STL程序表示过程的元件,元件范围按十进制分配如下:S0-S9 初使用S10-S63 一般用3.7.5定时器：T该元件是定时用的,范围为0.01-327.67秒(10ms定时器),0.1-3276.7秒(100ms定时器)。元件范围按十进制分配如下：M8028=OFFT0-T55：100ms定时器M8027=ONT0-T31：100ms定时器T32-T55：10 ms定时器3.7.6计数器：C有内部计数器用的16位向上计数器(1-32767)和技术旋转编码器的输出等用的32位高速(向上、向下)计数器（-2，147，483648- +2，147，483，647）。该元件范围按十进制分配如下：C0-C13 16位一般用（非停电保持）C14，C15 16位保存用（停电保持）C235-C254中的13点 32位高速用3.7.7数据寄存器：D数据处理用的数值存储元件。该元件范围按十进制分配如下：D0-D29 16位一般用（非停电保持）D30，D31 16位保存用（停电保持）D8000-D8069中27点 特殊用3.7.8寻址寄存器：V、Z是修改各元件编号的元件。3.7.9指针 P“P”表示用跳转指令，子程序调用指令使用的跳转地址跳转指针。元件范围按十进制分配如下：P0-P63但是P63表示跳转到END指令在步序的意思。3.7.10中断用指针：I中断指针在每个中断程序的起点作为标号，处理中断程序（子程序）用的。这时，表示中断程序的首位、条件为“IOOO”。3.7.11 常数：K、H用十进制、十六进制指定定时器、计数器的设定值和应用指令的常数时，表示是哪一种指定的。十进制 K十六进制 H第四章除尘器电气柜的工作原理4.1手动控制（将手自动开关SA1拨到手动位置）4.1.1启动按下输送机启动按钮SB7，输送机KA9启动，开始工作；按下空压机启动按钮SB5，空压机KA10启动，开始工作；按下引风机启动按钮SB3，引风机KA11启动，开始工作；当输送机KA9、引风机KA11都启动后及压力信号YP到了后，再延时2分钟后，气缸一KA1脉冲一KA2、气缸二KA3脉冲二KA4、气缸三KA5脉冲三KA6和气缸四KA7脉冲四KA8进入循环工作。4.1.2停止按下输送机停止按钮SB8，输送机KA9停止工作；按下空压机停止按钮SB6后，空压机KA10停止工作；按下引风机停止按钮SB4，引风机KA11停止工作；当输送机KA9停止工作或空压机KA10停止工作或引风机KA11停止工作后，气缸一KA1脉冲一KA2、气缸二KA3脉冲二KA4、气缸三KA5脉冲三KA6和气缸四KA7脉冲四KA8也停止工作。4.1.3过载当输送机FR3过载，输送机KA9停止工作；当空压机FR2过载，空压机KA10停止工作；当引风机FR1过载，引风机KA11停止工作；当输送机KA9停止工作或空压机KA10停止工作或引风机KA11停止工作后，气缸一KA1脉冲一KA2、气缸二KA3脉冲二KA4、气缸三KA5脉冲三KA6和气缸四KA7脉冲四KA8也停止工作。4.2自动控制（将手自动开关SA1拨到自动位置） 4.2.1启动按自动启动按钮SB1，输送机KA9启动，开始工作；输送机KA9启动后延时30S，空压机KA10启动，开始工作；当空压机压力YP到达8Kg后，空压机停止工作,引风机KA11启动，开始工作；引风机KA11启动后延时2分钟，气缸一KA1脉冲一KA2、气缸二KA3脉冲二KA4、气缸三KA5脉冲三KA6和气缸四KA7脉冲四KA8进入循环工作。当空压机压力YP到达8Kg后，空压机自动停止，当空压机压力YP低于4Kg后，空压机自动启动；当空压机压力YP到达8Kg后，空压机自动停止.(以此循环)。4.2.2停止按自动停止按钮SB2后，延时2分钟后，引风机KA11停止工作；引风机KA11停止后延时9分钟，空压机KA10停止工作；空压机KA10停止后延时2分钟，气缸一KA1脉冲一KA2、气缸二KA3脉冲二KA4、气缸三KA5脉冲三KA6和气缸四KA7脉冲四KA8停止工作。4.2.3过载当输送机FR3过载，输送机KA9停止工作；当空压机FR2过载，空压机KA10停止工作；当引风机FR1过载，引风机KA11停止工作；当输送机KA9停止工作或空压机KA10停止工作或引风机KA11停止工作，气缸一KA1脉冲一KA2、气缸二KA3脉冲二KA4、气缸三KA5脉冲三KA6和气缸四KA7脉冲四KA8也停止工作。4.3气缸和脉冲的工作原理气缸一KA1启动，开始工作；气缸一KA1启动后延时40S，脉冲一KA2启动，开始工作；脉冲一KA2启动后延时1S，气缸一KA1、脉冲一KA2停止工作。气缸一KA1、脉冲一KA2停止工作后延时2分钟，气缸二KA3启动，开始工作；气缸二KA3启动后延时40S，脉冲二KA4启动，开始工作；脉冲二KA4启动后延时1S，气缸二KA3、脉冲二KA4停止工作。气缸二KA3、脉冲二KA4停止工作延时2分钟，气缸三KA5启动，开始工作；气缸三KA5启动后延时40S，脉冲三KA6启动，开始工作；脉冲三KA6启动后延时1S，气缸三KA5、脉冲三KA6停止工作。气缸三KA5、脉冲三KA6停止延时2分钟，气缸四KA7启动，开始工作；气缸四KA7启动后延时40S，脉冲四KA8启动，开始工作；脉冲四KA8启动后延时1S，气缸四KA7、脉冲四KA8停止工作。脉冲四KA8、气缸四KA7停止延时2分钟后，再延时10S后，气缸一KA1启动，开始工作；气缸一KA1启动后延时40S，脉冲一KA2启动，开始工作；脉冲一KA2启动后延时1S，气缸一KA1、脉冲一KA2停止工作。气缸一KA1、脉冲一KA2停止工作后延时2分钟，气缸二KA3启动，开始工作；气缸二KA3.(以此循环)4.4除尘器电气柜PLC的地址分配(表4-1)表4-1PLC的地址分配代号名称输入点代号名称输出点FR1输送机过载X0KA7气缸四Y1FR2空压机过载X1KA6脉冲三Y2FR3引风机过载X2KA5气缸三Y3SB8输送机停止X3KA4脉冲二Y4SB7输送机启动X4KA3气缸二Y5SB6空压机停止X5KA2脉冲一Y6SB5空压机启动X6KA1气缸一Y7SB4引风机停止X7KA9输送机Y10SB3引风机启动X10KA10空压机Y11SB2自动停止X11KA11风机Y12SB1自动启动X12KA11风机星形Y13SA1手动选择X13KA11风机三角形Y14SA1自动选择X14HL4自动启动指示Y15YL空压机压力X15HL5压力信号指示Y16KA8脉冲四Y0HL5压力信号指示Y164.5材料表(表4-2)表4-2材料表序号代号名称型号 规格数量1SA1转换开关LAY3712SB1-8启停按钮LAY3783HL1-5指示灯AD16-22 220V54FU1-3熔断器RT18-32 2A35A/D开关电源S-100-24 4.5A16KM1交流接触器CJX-0910 220V17KM2交流接触器CJX-4011 220V18KM3、5交流接触器CJX-9511 220V29KM4交流接触器CJX-8011 220V110KA1-11继电器HH54P 220V1111FR1热继电器JR16B 6A112FR2热继电器JR16B 36A113FR3热继电器JR16B 63A114PLC可编程控制器FX0S-30MR115QF3空气开关CM1 6A116QF2空气开关CM1 50A117QF1空气开关CM1 120A118QF0空气开关CM1 250A119V电压表6L2 0-450V120A电流表6L2 150/5121TA电流互感器LM-0.5 150/51序号代号名称型号 规格数量4.6气缸流程图4.7梯形图4.8系统图参考文献1 廖常初.PLC编程及应用.第2版.北京:机械工业出版社，2005.2 廖常初. FX系列PLC编程及应用.北京:机械工业出版社，2005.3 可编程控制器及其应用.中国劳动局出版社，2001.4 求是科技编著.PLC应用开发技术与工程实践.人民邮电出版社，2005.5 三菱微型可编程控制器FXOS使用手册.6 除尘器系列说明书.宜兴现代环保设备厂.7 张学义.除尘技术手册.冶金工业出版社，20058 孙振强.可编程控制器原理及应用教程.北京：清华大学出版社，2005.9 王也房.可编程控制器应用技术. 北京：机械工业出版社，2001.10 王兆义.小型可编程控制器实用技术.北京：机械工业出版社，2000.