金树军+王振清

摘 要： 简要介绍工业企业烟气排放控制的重要性及除尘器的作用，详细描述袋式除尘器清灰系统工艺流程，分析现有清灰控制方式的劣势，有针对性地提出了基于Fieldline现场总线的清灰控制系统解决方案。

关键词： Fieldline现场总线； 袋式除尘器； 清灰控制； PLC

中图分类号： TN710?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2014）15?0127?03

Application of Fieldline field bus in ash removal control

system of bag filter type dust collector

JIN Shu?jun1， WANG Zhen?qing2

（1. Dalian Branch of Shenyang Academy， Coal Science Research Institute， Dalian 116013， China；

2. Shenyang Star Technology Co.， Ltd.， Shenyang 110004， China）

Abstract： The importance of the flue gas emission control and dust remover in the industrial enterprises is briefly introduced in this paper. The technological process of soot cleaning system in bag filter type dust collector is described in detail. The disadvantage of the existing soot cleaning control mode is analyzed. The scheme of the ash removal control system based on Fieldline field bus is put forward to solve the environment problem.

Keywords： Fieldline field bus； bag filter type dust collector； ash removal control； PLC

0 引 言

随着我国粗放发展方式经济的持续发展，雾霾天气也在日益加重。为了改善生态环境，实现绿色发展，国家对工矿企业的粉尘、烟气排放要求日益提高。目前，作为控制粉尘排放的主要设备，即低压脉冲袋式除尘器以其处理风量大、清灰效果好、除尘效率高、占地面积小、运行可靠、维护方便等优点在钢铁、建材、电力、化工、煤炭、冶金等行业得到广泛应用。而低压脉冲袋式除尘器的清灰控制是确保除尘器稳定工作的必要条件。本文针对传统的袋式除尘器控制方式的不足，提出一种基于Fieldline现场总线技术的新型清灰控制系统。

1 清灰系统工艺

袋式除尘器一般由多个仓室并联组成，每个室由1个离线阀及10个左右的脉冲阀组成。当袋式除尘器的进出口差压达到清灰上限时（一般为1 500 Pa），清灰系统自动将第一个仓室的离线阀关闭。离线阀关闭后，第一个脉冲阀开始喷吹，喷吹的脉冲宽度为100 ms。之后间隔一定时间（可通过系统设置一般5～10 s）第二个脉冲阀开始喷吹，以此类推。当一个仓室的所有脉冲阀都喷吹结束后，离线阀打开，这个室的滤袋经过清灰后又重新投入过滤状态。接着第二个仓室重复第一个仓室的离线阀与脉冲阀的动作，其他室的离线阀与脉冲阀依次动作。

在清灰过程中，当除尘器进出口差压达到清灰下限时（一般为1 200 Pa），清灰系统会记录下最后动作的脉冲阀序号，并停止清灰系统，待除尘器的进出口差压再次达到清灰上限时，系统重新开始清灰工作，动作的脉冲阀从上次最后动作的脉冲阀开始。这样能确保除尘器在正常工作的差压范围内，每条滤袋的喷吹次数基本一致，延长了滤袋的使用寿命。

此外，清灰系统还应具有手动喷吹及定时循环喷吹的功能。

2 目前清灰控制方式分析

按硬件的组成分类，袋式除尘器的清灰控制方式有两种，一种是脉冲控制仪控制方式，一种是PLC控制方式。

脉冲控制仪是基于单片机开发的一种控制器。由于其产品定型后不易扩展，与不同类型控制系统通信不易实现等缺点，因此只在小型袋式除尘器中有所应用。

在中大型袋式除尘器的清灰控制系统中主要采用PLC实现控制。每个离线阀及脉冲阀对应一个PLC模块的数字量输出点。一般中大型的袋式除尘器脉冲阀和离线阀的数量较多，因此，所需的PLC模块数量也较多。配置有PLC模块的控制柜通常被布置在除尘器的站房内，与位于除尘器顶部的脉冲阀、提升阀距离较远，因此，在PLC控制柜与现场脉冲阀之间需要大量的电缆及大尺寸的桥架。即便采用矩阵形式进行设计也只是单纯地减少PLC的数量输出模块，电缆的数量及电气施工的工作量并没有相应减少，而且采用矩阵形式所需的继电器及二极管很多，给整个系统带来了新的潜在故障点。

结合上文对脉冲控制仪控制方式和PLC控制方式存在的缺点的分析，笔者提出了基于Fieldline现场总线控制方式的清灰控制系统。该系统在实际应用中有效弥补了这两种控制方式的缺点，从效果和效率等方面得到明显提高。下面就此控制方式进行分析、设计。

3 Fieldline现场总线控制方式

3.1 硬件组成

整个除尘器的控制系统选用西门子的S7?300系列产品，其中清灰部分的控制系统采用Fieldline现场总线I/O模块。

位于控制室内的PLC控制柜中的处理器模块采用具有DP接口的CPU315 PN/DP模块，除尘器顶部采用Fieldline现场总线I/O模块。以双列10个仓室的除尘器为例，每个仓室的测点如表1所示。

表1 仓室的测点

[序号＼&测点名称＼&数字量

输入＼&数字量

输出＼&备注＼&1＼&脉冲阀控制＼&＼&10～14＼&一般除尘器每个室的

脉冲阀数量为10～14个＼&2＼&离线阀控制＼&＼&1～2＼&单电控电磁阀为1个点，

双电控电磁阀为2个点＼&3＼&离线阀开、

关到位信号＼&2＼&＼&＼&]

根据以上测点情况，可以做出两种配置。每列第一个仓室需要配置一个PROFIBUS?DP总线耦合模块，两个8点的数字量输出模块（见表2）；其余各仓室配置一个8点数字量输入模块和两个8点数字量输出模块即可（见表3）。

表2 Fieldline现场总线配置1

[序号＼&名称＼&型号及规格＼&数量＼&1＼&安装板＼&FLM MP7＼&1＼&2＼&总线耦合模块＼&FLM BK PB M12 DI8 M12＼&1＼&3＼&数字量输出模块＼&FLM DO8 M12＼&2＼&4＼&预制总线电缆＼&SAC?2P?MSB/2，0?910 SCO＼&1＼&5＼&预制供电电缆＼&SAC?5P?MS/2，0?186/FS SCO＼&1＼&6＼&预制总线电缆＼&SAC?5P?MS/0，13?186/FS SCO＼&2＼&7＼&预制供电电缆＼&SAC?5P?MSB/0，13?PUR/FSB SCO SH＼&2＼&8＼&M12连接器＼&SACC?M12MSB?5SC SH＼&20＼&]

表3 Fieldline现场总线配置2

[序号＼&名称＼&型号及规格＼&数量＼&1＼&安装板＼&FLM MP7＼&1＼&2＼&数字量输入模块＼&FLM DI8 M12＼&1＼&3＼&数字量输出模块＼&FLM DO8 M12＼&2＼&4＼&预制总线电缆＼&SAC?2P?MSB/2，0?910 SCO＼&1＼&5＼&预制供电电缆＼&SAC?5P?MS/2，0?186/FS SCO＼&1＼&6＼&预制总线电缆＼&SAC?5P?MS/0，13?186/FS SCO＼&2＼&7＼&预制供电电缆＼&SAC?5P?MSB/0，13?PUR/FSB SCO SH＼&2＼&8＼&M12连接器＼&SACC?M12MSB?5SC SH＼&20＼&]

从以上配置可见，从位于控制室的西门子S7?300系统引出的PROFIBUS?DP总线与Fieldline现场总线耦合模块相连接，其他的Fieldline现场总线I/O模块彼此之间通过Fieldline总线相连接。由于Fieldline模块的防护等级达到IP67，适合在环境恶劣的现场使用，可直接固定在除尘器顶部每个仓室的汽包附近，如果所在现场的极端最低温度小于-25 ℃，那么可以将模块放置在保温箱内。Fieldline现场总线IO模块与现场接线全部采用预制电缆，模块的一端为M12插头式连接器，另一端直接与脉冲阀或离线阀的电磁阀相连接，具体连接如图1所示。由于袋式除尘器的清灰工艺要求每次只能有一个脉冲阀喷吹，一个离线阀动作，整个清灰系统的总耗电量很小，大约50 W，因此从控制室的S7?300控制柜到除尘器顶部的分布式I/O只需要提供一条KVV450/750 V 2×1.5的电源电缆及一条PROFIBUS?DP电缆即可，而传统的控制电缆以此除尘器为例，需要10条KVV450/750 V 30×1.5的电缆。

3.2 组态配置及软件

由于Fieldline现场总线模块不在西门子PLC编程软件STEP7的硬件配置中，因此无法直接进行连接，需要在菲尼克斯官网上找到Fieldline现场总线模块的GSD文件，将GSD文件导入到STEP7的硬件配置里，如图2所示。载入GSD文件后可通过STEP7实现对Fieldline现场总线I/O模块的直接控制。

图1 系统连接图

图2 GSD文件导入方法

程序设计方面，根据袋式除尘器清灰系统工艺流程，采用STEP7的梯形图语言，先用一个延时接通定时器，做一个100 ms的脉冲信号。当清灰系统启动时对这个脉冲信号进行计算。通过比较指令将脉冲阀动作的时序时间与计算时间进行比较，如果相等那么给对应的脉冲一个输出信号使其喷吹。其梯形图分别如图3～图5所示。

图3 100 ms脉冲时间

4 结 论

综上所述，采用Fieldline现场总线模块进行除尘器的清灰系统控制，可以大量节省电缆、桥架及相应的安装辅材，其便捷的M12连接器插头设计，可大大减少电气施工人员的工作量，降低施工难度。在除尘器的施工中除尘器顶部安装是最复杂的环节，如采用此种方式配置，可预先将带有模块的安装板与汽包固定在一起，并与在汽包上的淹没式脉冲阀提前接好线，这样可大大简化除尘器顶部的电气施工，避免为抢工期在除尘器顶部进行交叉作业带来的不便。本文所述基于Fieldline现场总线的清灰控制系统已经在现场得到成功应用，读者可根据自身需要，直接选择，进行设计即可。

图4 脉冲阀喷吹时序计数

图5 1#脉冲阀输出

参考文献

[1] 刘美俊.西门子PLC编程及应用[M].北京：机械工业出版社，2011.

[2] 张殿印，王纯.脉冲袋式除尘器手册[M].北京：化学工业出版社，2011.

[3] 吴作明，杜明星.STEP7软件应用技术基础[M].北京：北京航空航天大学出版社，2009.

[4] 张浩.InterBus现场总线与工业以太网技术[M].北京：机械工业出版社，2006.

[5] 柴婷婷，李卓伟.西门子PLC在铝挤压机控制中的应用[J].现代电子技术，2012，35（5）：189?191.

[6] 余丹，于建顺.STEP7模拟调试及实现与WinCC连接的仿真[J].现代电子技术，2010，33（14）：81?83.

位于控制室内的PLC控制柜中的处理器模块采用具有DP接口的CPU315 PN/DP模块，除尘器顶部采用Fieldline现场总线I/O模块。以双列10个仓室的除尘器为例，每个仓室的测点如表1所示。

表1 仓室的测点

[序号＼&测点名称＼&数字量

输入＼&数字量

输出＼&备注＼&1＼&脉冲阀控制＼&＼&10～14＼&一般除尘器每个室的

脉冲阀数量为10～14个＼&2＼&离线阀控制＼&＼&1～2＼&单电控电磁阀为1个点，

双电控电磁阀为2个点＼&3＼&离线阀开、

关到位信号＼&2＼&＼&＼&]

根据以上测点情况，可以做出两种配置。每列第一个仓室需要配置一个PROFIBUS?DP总线耦合模块，两个8点的数字量输出模块（见表2）；其余各仓室配置一个8点数字量输入模块和两个8点数字量输出模块即可（见表3）。

表2 Fieldline现场总线配置1

[序号＼&名称＼&型号及规格＼&数量＼&1＼&安装板＼&FLM MP7＼&1＼&2＼&总线耦合模块＼&FLM BK PB M12 DI8 M12＼&1＼&3＼&数字量输出模块＼&FLM DO8 M12＼&2＼&4＼&预制总线电缆＼&SAC?2P?MSB/2，0?910 SCO＼&1＼&5＼&预制供电电缆＼&SAC?5P?MS/2，0?186/FS SCO＼&1＼&6＼&预制总线电缆＼&SAC?5P?MS/0，13?186/FS SCO＼&2＼&7＼&预制供电电缆＼&SAC?5P?MSB/0，13?PUR/FSB SCO SH＼&2＼&8＼&M12连接器＼&SACC?M12MSB?5SC SH＼&20＼&]

表3 Fieldline现场总线配置2

[序号＼&名称＼&型号及规格＼&数量＼&1＼&安装板＼&FLM MP7＼&1＼&2＼&数字量输入模块＼&FLM DI8 M12＼&1＼&3＼&数字量输出模块＼&FLM DO8 M12＼&2＼&4＼&预制总线电缆＼&SAC?2P?MSB/2，0?910 SCO＼&1＼&5＼&预制供电电缆＼&SAC?5P?MS/2，0?186/FS SCO＼&1＼&6＼&预制总线电缆＼&SAC?5P?MS/0，13?186/FS SCO＼&2＼&7＼&预制供电电缆＼&SAC?5P?MSB/0，13?PUR/FSB SCO SH＼&2＼&8＼&M12连接器＼&SACC?M12MSB?5SC SH＼&20＼&]

从以上配置可见，从位于控制室的西门子S7?300系统引出的PROFIBUS?DP总线与Fieldline现场总线耦合模块相连接，其他的Fieldline现场总线I/O模块彼此之间通过Fieldline总线相连接。由于Fieldline模块的防护等级达到IP67，适合在环境恶劣的现场使用，可直接固定在除尘器顶部每个仓室的汽包附近，如果所在现场的极端最低温度小于-25 ℃，那么可以将模块放置在保温箱内。Fieldline现场总线IO模块与现场接线全部采用预制电缆，模块的一端为M12插头式连接器，另一端直接与脉冲阀或离线阀的电磁阀相连接，具体连接如图1所示。由于袋式除尘器的清灰工艺要求每次只能有一个脉冲阀喷吹，一个离线阀动作，整个清灰系统的总耗电量很小，大约50 W，因此从控制室的S7?300控制柜到除尘器顶部的分布式I/O只需要提供一条KVV450/750 V 2×1.5的电源电缆及一条PROFIBUS?DP电缆即可，而传统的控制电缆以此除尘器为例，需要10条KVV450/750 V 30×1.5的电缆。

3.2 组态配置及软件

由于Fieldline现场总线模块不在西门子PLC编程软件STEP7的硬件配置中，因此无法直接进行连接，需要在菲尼克斯官网上找到Fieldline现场总线模块的GSD文件，将GSD文件导入到STEP7的硬件配置里，如图2所示。载入GSD文件后可通过STEP7实现对Fieldline现场总线I/O模块的直接控制。

图1 系统连接图

图2 GSD文件导入方法

程序设计方面，根据袋式除尘器清灰系统工艺流程，采用STEP7的梯形图语言，先用一个延时接通定时器，做一个100 ms的脉冲信号。当清灰系统启动时对这个脉冲信号进行计算。通过比较指令将脉冲阀动作的时序时间与计算时间进行比较，如果相等那么给对应的脉冲一个输出信号使其喷吹。其梯形图分别如图3～图5所示。

图3 100 ms脉冲时间

4 结 论

综上所述，采用Fieldline现场总线模块进行除尘器的清灰系统控制，可以大量节省电缆、桥架及相应的安装辅材，其便捷的M12连接器插头设计，可大大减少电气施工人员的工作量，降低施工难度。在除尘器的施工中除尘器顶部安装是最复杂的环节，如采用此种方式配置，可预先将带有模块的安装板与汽包固定在一起，并与在汽包上的淹没式脉冲阀提前接好线，这样可大大简化除尘器顶部的电气施工，避免为抢工期在除尘器顶部进行交叉作业带来的不便。本文所述基于Fieldline现场总线的清灰控制系统已经在现场得到成功应用，读者可根据自身需要，直接选择，进行设计即可。

图4 脉冲阀喷吹时序计数

图5 1#脉冲阀输出

参考文献

[1] 刘美俊.西门子PLC编程及应用[M].北京：机械工业出版社，2011.

[2] 张殿印，王纯.脉冲袋式除尘器手册[M].北京：化学工业出版社，2011.

[3] 吴作明，杜明星.STEP7软件应用技术基础[M].北京：北京航空航天大学出版社，2009.

[4] 张浩.InterBus现场总线与工业以太网技术[M].北京：机械工业出版社，2006.

[5] 柴婷婷，李卓伟.西门子PLC在铝挤压机控制中的应用[J].现代电子技术，2012，35（5）：189?191.

[6] 余丹，于建顺.STEP7模拟调试及实现与WinCC连接的仿真[J].现代电子技术，2010，33（14）：81?83.

位于控制室内的PLC控制柜中的处理器模块采用具有DP接口的CPU315 PN/DP模块，除尘器顶部采用Fieldline现场总线I/O模块。以双列10个仓室的除尘器为例，每个仓室的测点如表1所示。

表1 仓室的测点

[序号＼&测点名称＼&数字量

输入＼&数字量

输出＼&备注＼&1＼&脉冲阀控制＼&＼&10～14＼&一般除尘器每个室的

脉冲阀数量为10～14个＼&2＼&离线阀控制＼&＼&1～2＼&单电控电磁阀为1个点，

双电控电磁阀为2个点＼&3＼&离线阀开、

关到位信号＼&2＼&＼&＼&]

根据以上测点情况，可以做出两种配置。每列第一个仓室需要配置一个PROFIBUS?DP总线耦合模块，两个8点的数字量输出模块（见表2）；其余各仓室配置一个8点数字量输入模块和两个8点数字量输出模块即可（见表3）。

表2 Fieldline现场总线配置1

[序号＼&名称＼&型号及规格＼&数量＼&1＼&安装板＼&FLM MP7＼&1＼&2＼&总线耦合模块＼&FLM BK PB M12 DI8 M12＼&1＼&3＼&数字量输出模块＼&FLM DO8 M12＼&2＼&4＼&预制总线电缆＼&SAC?2P?MSB/2，0?910 SCO＼&1＼&5＼&预制供电电缆＼&SAC?5P?MS/2，0?186/FS SCO＼&1＼&6＼&预制总线电缆＼&SAC?5P?MS/0，13?186/FS SCO＼&2＼&7＼&预制供电电缆＼&SAC?5P?MSB/0，13?PUR/FSB SCO SH＼&2＼&8＼&M12连接器＼&SACC?M12MSB?5SC SH＼&20＼&]

表3 Fieldline现场总线配置2

[序号＼&名称＼&型号及规格＼&数量＼&1＼&安装板＼&FLM MP7＼&1＼&2＼&数字量输入模块＼&FLM DI8 M12＼&1＼&3＼&数字量输出模块＼&FLM DO8 M12＼&2＼&4＼&预制总线电缆＼&SAC?2P?MSB/2，0?910 SCO＼&1＼&5＼&预制供电电缆＼&SAC?5P?MS/2，0?186/FS SCO＼&1＼&6＼&预制总线电缆＼&SAC?5P?MS/0，13?186/FS SCO＼&2＼&7＼&预制供电电缆＼&SAC?5P?MSB/0，13?PUR/FSB SCO SH＼&2＼&8＼&M12连接器＼&SACC?M12MSB?5SC SH＼&20＼&]

从以上配置可见，从位于控制室的西门子S7?300系统引出的PROFIBUS?DP总线与Fieldline现场总线耦合模块相连接，其他的Fieldline现场总线I/O模块彼此之间通过Fieldline总线相连接。由于Fieldline模块的防护等级达到IP67，适合在环境恶劣的现场使用，可直接固定在除尘器顶部每个仓室的汽包附近，如果所在现场的极端最低温度小于-25 ℃，那么可以将模块放置在保温箱内。Fieldline现场总线IO模块与现场接线全部采用预制电缆，模块的一端为M12插头式连接器，另一端直接与脉冲阀或离线阀的电磁阀相连接，具体连接如图1所示。由于袋式除尘器的清灰工艺要求每次只能有一个脉冲阀喷吹，一个离线阀动作，整个清灰系统的总耗电量很小，大约50 W，因此从控制室的S7?300控制柜到除尘器顶部的分布式I/O只需要提供一条KVV450/750 V 2×1.5的电源电缆及一条PROFIBUS?DP电缆即可，而传统的控制电缆以此除尘器为例，需要10条KVV450/750 V 30×1.5的电缆。

3.2 组态配置及软件

由于Fieldline现场总线模块不在西门子PLC编程软件STEP7的硬件配置中，因此无法直接进行连接，需要在菲尼克斯官网上找到Fieldline现场总线模块的GSD文件，将GSD文件导入到STEP7的硬件配置里，如图2所示。载入GSD文件后可通过STEP7实现对Fieldline现场总线I/O模块的直接控制。

图1 系统连接图

图2 GSD文件导入方法

程序设计方面，根据袋式除尘器清灰系统工艺流程，采用STEP7的梯形图语言，先用一个延时接通定时器，做一个100 ms的脉冲信号。当清灰系统启动时对这个脉冲信号进行计算。通过比较指令将脉冲阀动作的时序时间与计算时间进行比较，如果相等那么给对应的脉冲一个输出信号使其喷吹。其梯形图分别如图3～图5所示。

图3 100 ms脉冲时间

4 结 论

综上所述，采用Fieldline现场总线模块进行除尘器的清灰系统控制，可以大量节省电缆、桥架及相应的安装辅材，其便捷的M12连接器插头设计，可大大减少电气施工人员的工作量，降低施工难度。在除尘器的施工中除尘器顶部安装是最复杂的环节，如采用此种方式配置，可预先将带有模块的安装板与汽包固定在一起，并与在汽包上的淹没式脉冲阀提前接好线，这样可大大简化除尘器顶部的电气施工，避免为抢工期在除尘器顶部进行交叉作业带来的不便。本文所述基于Fieldline现场总线的清灰控制系统已经在现场得到成功应用，读者可根据自身需要，直接选择，进行设计即可。

图4 脉冲阀喷吹时序计数

图5 1#脉冲阀输出

参考文献

[1] 刘美俊.西门子PLC编程及应用[M].北京：机械工业出版社，2011.

[2] 张殿印，王纯.脉冲袋式除尘器手册[M].北京：化学工业出版社，2011.

[3] 吴作明，杜明星.STEP7软件应用技术基础[M].北京：北京航空航天大学出版社，2009.

[4] 张浩.InterBus现场总线与工业以太网技术[M].北京：机械工业出版社，2006.

[5] 柴婷婷，李卓伟.西门子PLC在铝挤压机控制中的应用[J].现代电子技术，2012，35（5）：189?191.

[6] 余丹，于建顺.STEP7模拟调试及实现与WinCC连接的仿真[J].现代电子技术，2010，33（14）：81?83.