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1、精选优质文档-倾情为你奉上 学号： 常 州 大 学毕业设计（论文）文献综述（ 届）题 目 PLC在除尘装置中的应用 学 生 学 院 专 业 班 级 校内指导教师 专业技术职务 校外指导老师 专业技术职务 二 年 月题目：PLC在除尘装置中的应用一、前言1课题研究的意义、国内外研究现状和发展趋势1.1研究背景及意义2013年10月17日，世界卫生组织下属国际癌症研究机构发布报告，首次指认对人类致癌，并视其为普遍和主要的环境致癌物。然而，虽然空气污染作为一个整体致癌因素被提出，它对人体的伤害可能是由其所含的几大污染物同时作用的结果。对颗粒的长期暴露可引发心血管病和呼吸道疾病以及肺癌。当空气中PM2
2、.5的浓度长期高于10，就会带来死亡风险的上升。浓度每增加10，总死亡风险上升4%，心肺疾病带来的死亡风险上升6%，肺癌带来的死亡风险上升8%。此外，PM2.5极易吸附多环芳烃等有机污染物和重金属，使致癌、致畸、致突变的机率明显升高。32014年以来，PM2.5这个名词在新闻中一次次地撞击我们的眼球，生态环境关乎中华民族的永续发展。近年来，我国北方地区频频遭遇雾霾之痛，最多时有8座城市上榜中国空气质量最差“前十”。为了生态治理，以河北为例，2014年共压减炼铁产能1500多万吨，炼钢产能1500多万吨。当年，河北经济增长6.5%，低于预期1.5个百分点，这就是一个由于环境问题继而导致巨大经济损
3、失的典型例子。据悉，2012年环境规划署公布的全球环境展望5指出，每年有70万人死于因臭氧导致的呼吸系统疾病，有近200万的过早死亡病例与PM2.5污染有关。美国国家科学院院刊（PNAS）也发表了研究报告，报告中称，人类的平均寿命因为空气污染很可能已经缩短了5年半。世界银行发布的报告表明，由室外空气污染导致的过早死亡人数，平均为每天1000人，每年有35至40万的人面临着死亡。具体来讲，早在1997年，世界银行就预计有5万中国人因为空气污染而过早死亡。总体来说，这份报告发现，中国的空气污染使得城市居民的寿命减少了18年。1952年12月5日的毒雾事件是伦敦历史上最惨痛的时刻之一，造成至少400
4、0人死亡，无数伦敦市民呼吸困难，交通瘫痪多日，数百万人受影响。3人们一般认为，PM2.5只是空气污染。其实，PM2.5对整体气候的影响可能更糟糕。PM2.5能影响成云和降雨过程，间接影响着气候变化。大气中雨水的凝结核，除了海水中的盐分，细颗粒物PM2.5也是重要的源。有些条件下，PM2.5太多了，可能“分食”水分，使天空中的云滴都长不大，蓝天白云就变得比以前更少；有些条件下，PM2.5会增加凝结核的数量，使天空中的雨滴增多，极端时可能发生暴雨。这些触目惊心的数据和事实，已经足够让我们认识到环境污染的巨大危害以及生态治理的重要性。有专家指出，导致PM2.5产生的人为源包括流动源和固定源。流动源主
5、要是各类交通工具在运行过程中使用燃料时向大气中排放的尾气。而固定源包括各种燃料燃烧源，如发电、石油、化学、纺织印染等各种工业过程、供热、烹调过程中燃煤与燃气或燃油排放的烟尘。3近日，内蒙古阿拉善盟腾格里工业园区的环境污染问题，引起党中央的高度重视，习近平总书记等中央领导同志作出重要批示。要求全区环保系统应从腾格里工业园区污染事件中吸取深刻教训，进一步认清形势，切实转变和统一思想认识，真正树立“环境保护是基本国策，经济发展必须与环境保护相适应”的观念。为了响应党中央的号召，也为了我们能够拥有一个安全洁净的生活环境。2014年，我国的在线监测、脱硫脱硝、循环经济，以及自动化除尘装置等科技的合作得到
6、大力推广。其中，除尘装置是一项应用广泛的技术，普遍应用于食品、制药、饲料、冶金、建材、水泥、机械、化工、电力、轻工行业的含尘气体的净化与粉尘物料的回收，以减少对环境的污染。由此观之，在当下，环境治理和生态保护的工作是刻不容缓的，而如今愈加严重的PM2.5的污染，又将工业除尘环节推到了污染治理最关键的位置。1.2 国内外研究现状前几年工业生产制造中存在的，如监控技术单一、自动化程度远远不足、过多依赖人工操作、配电系统容量不足等诸多问题，都成为制约我国除尘技术发展的因素。近两年来，在强调生态文明建设的大趋势下，我国的除尘技术有了显著提升。经历了静电除尘到布袋式除尘的转变，更加人性化，也提高了工作效
7、率。同时，计算机、变频器以及传感器方面的新型研究成果，也促进了除尘系统研究的改进和完善。1,2少数发达国家中，美国、德国、加拿大等钢铁大国均具备较为优秀的除尘技术，其中美国处于国际领先水平。但随后，这些国家采用将污染转移、把技术设备输送到发展中国家的方式来保护本国环境，也因此而导致了本国除尘控制方面的研究受到了制约。1.3 发展趋势 目前，我国除尘技术中使用的除尘方法有很多种，如静电除尘、电磁除尘、冲水除尘、湿式电除尘以及此次课题所要研究的脉冲喷吹袋式除尘技术。这些除尘方法都在实践的考验中，不断完善和改进缺陷，一步又一步的接近预期的理想除尘效果。随着钢铁制造业迅猛发展，我国生态环境的污染日趋严
8、重，对烟尘的排放要求也更为严格，老式的静电除尘器已经不能够满足工业生产的需求。越来越多的企业和工厂，为了提高效率、降低损耗，也为了给工人们提供一个更为安全可靠的工作环境以及响应国家保护环境的号召，也就越来越重视工业生产制造中的除尘环节。用可持续发展的眼光来看待问题，优先选用袋式除尘器、以及将静电式改造为袋式除尘机已成为工业发展的必然结果。8,112课题的研究目标、内容和拟解决的关键问题2.1 研究目标脉冲袋式除尘器作为一种高效除尘器广泛用于各种工业废气除尘中加轻工、机械制造、建材、有色冶炼及钢铁企业等。部分除尘器的电气控制部分大多数还是采用基于单片机开发的脉冲控制仪，与基于PLC开发的程序控制
9、系统相比，开发过程复杂，开发后程序不能修改、不能够进行远程控制，维修不方便，不能够进行联网等诸多不便。经对脉冲袋式除尘器的电气控制部分进行PLC改造，改造后的脉冲袋式除尘器可以很方便地通过修改PLC程序来改变控制要求；更适合于工厂自动化的需要，为工厂自动化提供了技术保证；为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开方便之门。2.2 研究内容一般的袋式除尘器是由逻辑顺序控制元件和时间继电器等组成，自动化程序不高，可靠性低，难以适应工业现场的恶劣环境。脉冲袋式除尘器采用可编程控制除尘设备运行，具有结构紧凑、功能完备、可靠性高、操作简便、维护简易等特点。控制内容包括清灰、
10、卸灰、输灰及排灰的控制。脉冲袋式除尘器的运行采用了可编程逻辑控制除尘设备，该设备具有结构严谨、功能完备、稳定性高、操作便利、维护简便等优点。脉冲袋式除尘器的工艺控制内容包括了除尘、清灰、卸灰、输灰及排灰的控制。本设计只对除尘、清灰的过程进行研究，力求系统可靠稳定，本着实用的原则，从成本和性能两方面均进行了较为周详考虑。本课题的设计预期要实现以下几个理想目标：（1）高效的清灰效果：若需研究先进的脉冲喷吹除尘技术，就要在了解原理的基础上，利用很小的风量、风压等因素而达到最佳除尘效果。同时还要能够减小设备运行过程中的阻力，这样还可以提高除尘室中滤袋的寿命。（2）轻松安全控制：组态软件采用组态王，通过
11、组态王与PLC的通讯实现系统的监控。在系统整体运行的过程中，实现安全轻松地控制操作。（3）实时监控：组态王与PLC的有效通讯，完成在线实时观察各个参数变化情况的任务，并曲线显示各参数的具体变化，所需数据都可以打印出来。（4）较高的可靠性：具备高可靠性是系统的最基本要求，这不是一项衡量的简要指标，而是实际工业现场的恶劣环境和除尘设备连续运行特性的要求所综合决定的。2.3 拟解决的关键问题一、如图1所示，t1为提升阀停歇时间，t2为提升阀通电闭合时间，t3为脉冲阀开启延时，t4为脉冲电磁阀工作时间。脉冲袋式除尘器的清灰工作过程开始运行时，气动提升阀首先通电关闭，此时，即将清灰的气室不再进行除尘工作
12、。随后，脉冲电磁阀再通脉冲电，使压缩空气经喷吹管对滤袋进行反向喷吹清灰。图1 脉冲袋式除尘器清灰过程波形图二、脉冲阀的控制具有手动、定时与定压差三种触发方式，脉冲喷吹间隔可根据工艺设备运行情况进行调整。定时控制是由系统给出固定的喷吹时间，在定压差工作方式时，当除尘器进出口压差达到设定值时，开始启动除尘系统。5三、经过了对本课题系统深入了解之后，拟将本系统设置4个除尘室，每个除尘室分别配一组（4个）气动提升阀和一组（4个）脉冲电磁阀，每个提升阀对应一个脉冲阀，每个除尘器同时还配备1个冷风阀和1个旁路阀，运用温度控制保证滤袋不受损。本次设计需要创造性地提出用阵列法来控制输出，要运用Q0.0Q1.3
13、这12个输出点来控制32个阀门，接线示意图如下图所示：图2 气动提升阀与脉冲电磁阀的阵列法控制示意图如图2所示，V1V4为除尘室1的脉冲电磁阀，V5V8为除尘室1的气动提升阀；V9V12为除尘室2的脉冲电磁阀，V13V16为除尘室2的气动提升阀；V17V20为除尘室3的脉冲电磁阀，V21V24为除尘室3的气动提升阀；V25V28为除尘室4的脉冲电磁阀，V29V32为除尘室4的气动提升阀。二、设计方案的确定1方案的原理、特点与选择依据1.1 方案原理脉冲袋式除尘器有除尘和清灰两种工作状态：（一）除尘状态工作过程：除尘器正常除尘的过程就是对含尘气体过滤的过程。除尘器一启动，引风机、出口阀、进口阀依
14、次开启，引风机将未净化的含细小颗粒物的尘气从尘气入口吹入，经滤袋外侧进入滤袋，除极少量的极其微小的颗粒会随着尘气通过滤网进入到滤袋内侧9并随尘气由烟道排到大气中外，其余绝大部分粉尘颗粒都会滞留在滤袋外侧，这样就实现了对含尘气体过滤的目的。脉冲袋式除尘器除尘时，孔板关闭，喷吹管及脉冲电磁阀处于闲置状态，尘气进入除尘室，滤袋过滤后，粉尘颗粒留在滤袋表面，净气从出口排出，除尘工作整体过程即如此气动提升阀不通电。在整个除尘过程中，冷风阀和旁路阀的动作取决于温度控制的测量结果，脉冲电磁阀、喷吹阀、气动提升阀均处于待指令状态。冷风阀、旁路阀的控制：若除尘过程中，温度传感器负责测定尘气温度变化情况，当测定冷
15、风阀前部温度高于阀前温度设定值时，冷风阀开启；当测定冷风阀后部温度高于阀后温度设定值时，应当立即开启旁路阀，保证尘气能够顺利快速的由引风机排出。由此，来保护滤袋不会因过滤过高温度的尘气而导致损坏。脉冲袋式除尘器整体工作原理如图3所示：图3-a）为除尘工作过程示意图，图3-b）为清灰工作过程示意图。图3 脉冲清灰袋式除尘器工作原理示意图（二）清灰状态工作过程：袋式除尘器滤袋内外侧的压差值随滤袋外表面粉尘层厚度的增加而增大，当脉冲袋式除尘器除尘些许时间或除尘一定量之后，积攒在滤袋外表面的细小颗粒物就会越来越多，故当除尘器执行除尘任务中差压变送器测量的压差值达到设定值时，就必须进行反吹清灰。这种工作
16、状态是短时间内，由脉冲电磁阀驱动反吹清灰装置中的喷吹阀进行清灰，利用压缩空气高速地喷吹透过滤袋，抖动将积攒在滤袋外壁的颗粒物吹落，掉进灰斗，再通过回转排灰阀卸出。执行清灰操作时，首先要给气动提升阀通电，让阀门关闭，在控制系统作用下控制该气室不再进行尘气过滤，关闭引风机和进口阀，不再送气。打开孔板，保证喷吹管喷出的压缩气体能够顺利进入滤袋；开启脉冲电磁阀控制喷吹阀打开，压缩空气朝着与气体外排相反的方向自上而下吹入滤袋，此时进行的就是反吹清灰，这项操作能够将滤袋外表面吸附的粉尘吹落到灰斗里，然后由回转排灰阀将过滤出的细小颗粒物卸出。进行反吹清灰操作时，冷风阀、旁路阀均不需要运行。此时的反吹清灰操作
17、就属于离线清灰的工作状态，离线清灰是指该部分滤袋进行清灰的同时不运行除尘操作，无引风机作用。要于停机清灰（即系统停止时清灰）区分开来。离线清的优点在于便捷环保，降低器材损耗，在最简便的工作状态下保证系统的良好运行。1.2 方案特点 脉冲袋式除尘器主要特点如下：（1）单位体积处理风量大，除尘效率高。（2）可直接处理含尘浓度高达1000g/Nm3的含尘气体，经处理后气体的排放浓度低于50mg/Nm3，也可根据用户的特殊要求，满足更加严格的排放标准。2（3）针对各种不同类型的烟气，可采用不同的滤料来加以处理，使之达到排放要求，适应性强。5（4）采用先进的脉冲阀，性能可靠。脉冲阀使用寿命100万次以上
18、。7（5）采用先进的PLC可编程控制器，定时或定阻自动喷吹清灰，实行自动化运行，耗气量小，清灰彻底，性能稳定。（6）可在线检修。分室换袋维修不影响主机的运行。袋式除尘器结构与工作原理，袋式除尘器由上部箱体、袋室、排灰装置及脉冲喷吹清灰控制系统等组成。9 1.3 选择依据PLC是袋式除尘器系统的核心部件，系统采用西门子公司的S7-200系列PLC。S7-200具有紧凑的结构，灵活的配置和强大的指令集。用户程序包括位逻辑、计数器、定时器、复杂的数学运算以及与其他智能模块通讯等指令内容，从而使S7-200能够采集现场数据并进行监视，可改变输出状态以达到控制的目的。另外，S7-200不但能够用于独立的
19、除尘器设备系统控制，还能够保证在恶劣的环境下稳定正常的运行，可广泛应用于冶金、铸造、建材、矿山、化工等行业的中小型系统控制，能发挥PLC现场总线的控制优势来进行集中控制。2设计步骤2.1 脉冲袋式除尘器机械结构除尘器各部分结构如图4所示。图4 脉冲袋式除尘器结构示意图脉冲袋式除尘器各机械结构的功能描述：（1）脉冲电磁阀反吹清灰时用来喷吹，除尘一段时间后，滤袋外侧会附着过滤下来的粉尘，需要脉冲电磁阀对布袋进行反向喷吹，实现反吹清灰；（2）净气室尘气经过滤后向上走就进入了净气室，然后从净气出口排出；（3）密封盖板用以降低整机漏风率，将除尘效率提升，又可减少故障发生；（4）气动提升阀通常情况下，该阀
20、门仅设置在离线清灰的除尘器中，通过开启气动提升阀，实现“暂时关闭某个除尘室风道，进行离线清灰”的目的；（5）气包压缩空气贮存的地方，该装置能保证喷吹时的压力和空气量满足要求；（6）滤袋过滤作用，含尘气体由外至内从滤袋通过，以此滤掉尘气中的粉尘；（7）尘气室含尘气体通过引风机，从尘气入口进入尘气室，在尘气室中过滤；（8）喷吹管在反吹清灰时，压缩空气顺着喷吹管朝着与气体外排相反方向自上而下吹入滤袋，将滤袋外表面吸附的粉尘吹落到灰斗里；（9）孔板在除尘工作正常运行时，将喷吹管关闭；（10）灰斗用来收集反吹清灰操作后从滤袋外侧吹落的细小颗粒物；（11）排灰阀回转排灰阀用于将灰斗中的细小颗粒物输送排出。
21、2.2 系统框图及总体设计图5 系统结构框图本设计电气控制系统的核心部分采用的是西门子公司生产的S7-200高性能PLC，在与各控制对象连接时，每个输出点都需先经过大功率继电器转换后方可进行连接，这项操作可以良好地保证在被控电路出现短路或过载现象时，也不至于损坏PLC内部的元件。另外，该系统可以从监控界面数字显示仪表、指示灯等装置的反应情况来了解脉冲袋式除尘器的运行状况，也可由组态王与PLC的通讯进行上述操作，还可以对除尘器运行情况进行监测，储存运行参数进行统计分析6，既保证了技术的先进性，也大大提高了除尘器运行的可靠性。通过EM235扩展模块采集到与其相连接的现场模拟信号，如压力、流量等。扩
22、展模块EM235可用于接收电流、电压信号，也可用于连接两线制的变送器，其包括4路模拟量输入通道，以及1路模拟量输出通道，可用于输出电流、电压信号用于连续的控制。此设计的系统中囊括了出口与进口处的压差、冷风阀前尘气进口的温度和经冷风阀冷却后的阀后温度三个变量7，安装相应的智能仪表来显示各测量值，又用它们的上、下限接点和中间继电器通过PLC进行系统的控制；另一方面，设置了组态监控系统，运用了现场总线可以进行连接通讯的能力，PLC模拟量模块接收差压、温度等模拟量信号，接下来将这些参数通过模拟量转化程序转化后，再在组态监控画面的显示窗口中显示出来，不仅如此，组态系统还能够对监控控制系统的运行状况进行实
23、时监控。这般一举多得的控制效果，在将操作变得更加便捷的前提下，也使得系统的运行更加稳定可靠。组态软件选用亚控科技的组态王软件，这是一款较为专业的组态工具软件，有用户所需的多种通用功能模块，可设计出极为丰富的监控画面作为监控系统，还能够完成对实时数据的采集与处理工作，在流程控制、画面设计、报表输出、动画显示、报警处理等多种扩展模块也有较好的表现，功能齐全，更重要的是运用组态王这款软件，不需要掌握太多的编程语言就能够很好的完成界面，非常便于生产的组织和管理。三、阶段性设计计划、设计目标与应用价值1阶段性设计计划周次工 作 内 容预 定 目 标12外文文献翻译提交文献译文34查阅文献，了解课题背景和
24、相关研究的进展情况完成文献综述56控制方案的设计提交方案设计报告710系统的硬件组态与控制程序设计提交设计软件1112用户操作界面设计提交设计软件13系统调试提交调试方案与调试报告1415毕业论文撰写提交论文初稿1617论文修改、准备答辩2设计目标PLC可编程控制系统，结构简单、编程方便、噪声小、维护量小、系统稳定，大大改善了除尘设备自动控制系统的可靠性和工作效率，提高了设备的自动化水平。使用过程中，除尘设备运行效果良好，达到了无尘车间对电气控制系统的目标。利用脉冲袋式除尘器进行工业粉尘烟气除尘，是一种应用得较为广泛的除尘方法。过去一般的袋式除尘器是由逻辑顺序控制元件和时间继电器等组成4，自动
25、化程序不高，可靠性低，难以适应工业现场的恶劣环境。本课题所研究的用PLC控制的脉冲袋式除尘器，能利用PLC性能稳定的特点及软件的强大功能，使除尘器能高效自动正常地运行。3应用价值本课题以脉冲喷吹袋式除尘器为研究对象，它采用离线低压脉冲喷吹清灰技术，防止了粉尘再附与失控问题，增强了滤袋的清灰效果，提高了过滤速度，节省清灰能耗和延长滤袋的寿命。除尘器采用PLC，自动控制清灰、输灰的全过程，具有处理风量大、清灰效果好、除尘效率高、运行可靠、维护方便等特点。PLC在除尘系统中的使用越来越广泛，它的使用使除尘器的运行与管理上了一个新的台阶，减少了操作人员的频繁操作，减轻了工作量，并且节约能源，使除尘系统
26、长期稳定，高效的运行，继而创造了良好的社会效益和经济效益，也将有更广阔的应用前景。四、参考文献1 刘文敏. SiemensPLC在布袋除尘系统中的应用D.武汉科技大学，2009.2 潘晓. 燃煤电厂袋式除尘器的仿真设计研究D.华北电力大学，2008.3 袁彦辉. 基于PLC的脉冲袋式除尘器控制系统的改造J.科技经济市场，2014，04：1820.4 Weishuo Zheng. An Automatic Dust Removal Equipment Based on SCM for Solar PanelsA.Information Engineering Research Institute
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