吕志伟，任俊

（重庆中建机械制造有限公司，重庆 401325）

1 引言

在环保型工业发展背景下，固废焚烧处置项目数量增加，将袋式除尘器应用于焚烧处置项目中，可过滤烟气中的粉尘，降低排烟颗粒度，实现节能环保目标。国外研究重点关注除尘器脉冲电磁阀技术原理，力求依靠冲击振动达到清灰效果。本研究提出矩阵式脉冲阀控制系统设计模式，对传统逻辑联锁程序编写进行优化，不但可预防潜在逻辑冲突，还可适应各种工况，满足环保要求。

2 矩阵式脉冲阀控制系统设计

2.1 硬件设计

布袋除尘系统的主要控制对象为各仓室内的脉冲喷吹阀，控制系统构成为PLC 柜、就地操作箱、人机界面（HMI）与烟气压力变送器等。在操作箱上设定远程就地按键、脉冲阀触发按键等，在安装调试环节使用。在就地运行模式下，通过仓室号BCD 拨码器明确所需调试的仓室编号，按下相应的脉冲阀按钮，系统便可输出驱动信号，为调试中故障确定与参数校验提供便利。除尘器运行状态主要由出入口烟气压力测量值表示，依靠变送器将转换为4～20 mA 信号接入PLC 柜中的输入模块，再在HMI 生产单元中设定中央操作室，依靠二次开发画面展现系统运行信息，如持续工作时长、工作模式、出入口压力差等，还可查阅历史记录、运行状态、故障程度等。PLC柜安装于电气室中，包括I/O 输入单元、CPU 和固态继电器等，用于接收中央操作室传输信号，依靠软件计算结果，启动PLC柜内固态继电器，将运行信息传递给操作室，如图1 所示[1]。

图1 硬件结构图

2.2 软件设计

2.2.1 运行模式

结合实际生产情况，通过HMI 站的组态画面，技术人员可选择相应的运行模式，如半自动运行、持续运行、手动模式等，各模式的功能设计如下。

1）手动操作

该模式由技术人员根据组态画面显示，在任意点确定仓室号码，对需要喷吹的脉冲阀进行操作；可在远程模式下判断脉冲阀运行状态，还可在某个脉冲阀发生故障后采取应急处理措施。

2）持续运行

在远程控制支持下，脉冲阀结合生产现状，事先设定自动清灰周期、压差启动值等，实现自动化作业。在对含灰量较高的固废原料焚烧时，可将喷吹周期设定为2 h，各仓室中的脉冲阀每间隔2 h 会按照事先设定的工作方式进行清灰。当除尘袋出口侧的烟气压力差值超过设定值时，无论系统是否达到自动清灰时间，除尘器均会自动启动喷吹模式进行清灰，该模式自动化程度高，可有效减轻从业者作业量，且安全可靠。

3）半自动运行

在远程控制支持下，脉冲喷吹阀自动运行，在选取此种模式后，根据喷吹控制程序按顺序开展清灰工作，先从1 号仓室的1 号脉冲阀开始，逐个变更仓室号，使各仓室中脉冲阀参与喷吹工作，待全部仓室中脉冲阀喷吹结束后，替换为第二个脉冲阀，重新从1 号仓室进行循环，直至全部脉冲阀喷吹结束，再替换成3 号脉冲阀，如此循环，直至各仓室的脉冲阀均按顺序喷吹结束。该循环过程包含3 个周期，即脉冲阀运行时间，用Tp表示；相同脉冲阀号码在周期内变更仓室号码的间隔周期，用Ti表示；不同脉冲阀号码的喷吹间隔时间，用Tc表示，脉冲顺序如图2 所示。因该模式需操作者触发后才可自动运行，故称为半自动运行。不同固废焚烧原料的含灰量、周期设定等不尽相同，应结合模式特点合理选择[2]。

图2 脉冲阀运行顺序

2.2.2 参数设置

根据HMI 站组态画面，技术人员可结合授权等级，对运行参数进行设置，包括脉宽、脉冲间隔、循环停机时间等（见表1），使多种固废料焚烧后的清灰需求得到满足。技术人员还应密切观察设备运行状态，在发生异常时及时干预，系统软件带有丰富的数据显示框、状态栏，可通过HMI 站画面展示，包括出入口烟气压力值、运行时间指示、运行模式等，便于操作者获得完整的设备信息，对工长进程进行科学指示[3]。

表1 控制参数设定

2.2.3 矩阵控制

在PLC 自动程序编制中，矩阵控制阀属于关键工具，需结合项目实际情况，将除尘脉冲阀的运行过程合理分解，依靠转换条件实现每个流程的转换。在符合转换条件的情况下，由前一步转换为后一步，每个环节的PLC 程序输出点均有相应输出状态进行匹配。在单序列、并行序列模式下，该应用可有效避免相邻步骤仅有一个有效的问题，预防逻辑联锁交叉和信号冲突情况。在控制软件程序编辑过程中，应考虑到软件在布袋除尘器中的适用性，立足知识管理与迁移，整个程序利用FB 功能块封装，有助于程序块重复利用，提高使用效率。在接口数据存储中，背景数据块DB、FB 功能块中程序利用结构化编程，可为后续调试提供诸多便利。

3 矩阵脉冲阀控制系统在布袋除尘器中的应用

3.1 项目概况

某项目引入1 台布袋除尘器，含有5 个仓室，各仓室配备7 个脉冲阀。在以往设计模式下，各脉冲阀与PLC 输出点相对应，共需35 个输出继电器与I/O 输出模块，各继电器还要1 根控制电缆与就地脉冲阀相连。因系统分室数量众多，此种模式的设计强度较大、结构复杂，与现代化控制系统应用需求不符，急需对控制系统进行优化升级，以提高布袋除尘器的应用效能。

3.2 矩形控制模式

针对传统设计模式的不足，采用矩形设计模式，该模式下的各仓室仅需输出一路DO，7 个脉冲阀分别输出一路DO，即可使脉冲阀的喷吹控制需求得到满足。在实际运行中，控制优化原理如下：共设定5 行7 个列矩阵，5 行指代5 个仓室，7 列指代各仓室中的脉冲阀数量，5 路转换按键可实现1～5 各仓室自由选择。在选取某个仓室后，该仓室中的7 个脉冲阀便要带24 V 电压。例如，选取1 号阀门后，该仓室中的1 号阀24 V 电源的地线接通，通电吸合，实施喷吹。继电器均设定为干接点输出，由低压柜中24 V 电源模块提供电源，24 V 电源与转换按键SA 相连，24 V 电源的地线接入PLC 选阀节电器内，调整为手动控制模式。按下选室转换按键，任意选择某个仓室，按下从1～5 选室按钮中的任意一个，与之相对的阀便可获得电流，实现喷吹。在自动控制模式下，就地转换按钮调至远方，在PLC 画面上选择控制模式，例如在线或离线、定时或定阻等，在喷吹模式选定后，正式开启，按事先设定的逻辑程序与参数进行喷吹。在喷吹过程中，每次仅开启1 个脉冲阀，确保压力值与清灰要求相符，设定范围0.3～0.4 MPa，可按照喷吹管大小灵活选择，喷吹顺序如下：

先从1 号仓室的1 号阀开始喷吹，然后是2 号仓室脉冲阀喷吹，最后是5 号仓室中1 号阀喷吹，完成一个循环。在第二个循环中，先是1 号仓室的2 号阀喷吹，然后是1 号仓室2号阀喷吹，最后是5 号仓室2 号阀喷吹，如此反复，直至5 号仓室的7 号阀喷吹完毕，完成一个喷吹周期。在周期循环中如若出现异常情况，需要设备检修或暂停运行，只需暂停喷吹即可，下次喷吹时接着上次喷吹顺序，直至整个喷吹周期完成；利用PLC 进行远程喷吹，各参数均可在PLC 上位机画面中设定。将脉冲阀设置在除尘器顶部，电气元件安装到控制箱中，箱内安装选择按键、电源指示灯、接线端子排等，从PLC 至控制箱的电缆利用箱内端子排转接。在设备单机调试过程中，依靠就地控制箱的就地远程按钮，便可对35 个脉冲阀逐一测试，直至就地测试完毕，转换按键打至远方，再从PLC 画面中逐一测定各个脉冲阀，最终完成远程调试工作[4]。

3.3 应用效果

在控制软件变成后，设计者开展仿真试验，结合工程现场情况，实施单机调试与设备联合调试，该项目在规定期限内正式运行，软件运行无异常，与工艺功能要求相符合。与传统设计模式相比，应用效果更显著，具体如下。

1）现场调试时间有效缩短。在仿真试验与单机调试基础上，有效缩短现场调试中需要修改的程序量，只需按照烟气品质合理调整部分生产运行参数即可，便可在短期内完成调试工作，使整个产线均能如期投入使用。

2）HMI 画面更友好。在袋式除尘器运行中，矩阵控制法赋予生产过程明确的段位标志，使操作者能够清楚地判断除尘器的运行状态、所处环节等，预知后续步骤需要执行的动作，有利于操作水平提升，系统安全稳定运行。

3）运行维护更便利。与传统控制相比，矩阵控制中的电路设计得到优化，PLC 开关量由96 点降至35 点，PLC 模块数量明显降低，输出中间继电器数量也随之减少，且系统控制简单明了，线路故障率降低，故障排查方便快捷，为日常运行维护工作带来便利。

4 结语

近年来，工业生产更加注重粉尘控制问题，将布袋除尘器应用到生产中，通过优化设计与特殊滤袋材料，可满足粉尘长期超低排放要求。脉冲阀是除尘器的控制对象，其传统设计模式下结构较为复杂，影响运行效果，将矩阵式控制模式投入使用后，利用矩阵控制法进行软件设计、功能图绘制，可使绘图与工艺满足功能需求，对连锁条件二次确认，根据不同焚烧原料性质，合理选择运行模式与脉冲参数，在自动运行、手动运行等模式下，使各仓室循环作业，充分发挥脉冲阀的技术效能，缩短现场调试时间，有效降低成本支出，达到预期清灰效果。