1、 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
2、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
3、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
4、“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 1 FPPF 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
5、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
6、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
7、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 6
8、0 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
9、 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
10、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
11、，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
12、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
13、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
14、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
15、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
16、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
17、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
18、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
19、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
20、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.
21、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
22、,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=OFF T0-T55： 100ms定时器 M8027=ON T0-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，
23、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-P6
24、3 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 SB
25、3，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、
26、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
