电除尘控制系统及其控制方法

专利名称：：电除尘控制系统及其控制方法
技术领域：
：本发明属环保控制领域，尤其涉及一种电除尘控制系统及其控制方法，主要用于电力系统、水泥、冶金、有色、化工行业。
背景技术：
：随着环保意识不断加强，环保要求不断提高钢铁行业竞争激烈，有效提高产品的质量、产量、节约电能和水资源，减少环境污染，这些环节是冶金行业亟待解决的问题。烟气除尘在钢铁行业应用已比较普遍，通常有重力、旋风除尘，袋式除尘，电除尘等几种。其中电除尘器具有除尘效率高，适于高温烟气，消耗电能少，运行费用低，维护管理方便等优点。电除尘在转炉烟气上的应用实例非常少，但完全由国外厂家、国外技术完成。其主要因为转炉烟气中含有煤气，氧气等气体，用电除尘器进行除尘极容易产生爆炸。
发明内容本发明旨在克服现有技术的不足之处，而提供一种自动化程度高，运行成本低廉，消耗电能少，维护管理方便，具有较高除尘效率的电除尘控制系统及其控制方法。为达到上述目的，本发明是这样实现的电除尘控制系统，它包括中心控制系统、上位机组、下位机组;所述上位机组内上位机之间及上位机与下位机之间采用基于TCP/IP协议的工业以太网络；所述下位机组通过交换机软件以太网与中心监控系统相连；所述中心控制系统作为监视控制终端在上位机图形监控终端软件中对系统的运行进行设计、更改、调试。作为一种优选方案，本发明所述中心控制系统包括操作站和工程师站；操作站与工程师站之间采用TCP/IP协议的工业以太网络；操作站安装在炉前主控室，用于过程值采集、监控，报表打印等功能；工程师站安装在靠近除尘器的分控室内用于现场监控、修改等控制终端。作为另一种优选方案，本发明所述TCP/IP协议的工业以太网络电缆远距离采用光纤。作为第三种优选方案，本发明所述TCP/IP协议的工业以太网络电缆近距离采用交换机。上述电除尘的控制方法，包括风机控制、蒸发冷温度控制、电场控制、振打控制、切换站控制及煤气冷控制1)风机控制开始运行时，风机保持固定转速，完成氮气置换，带动烟气流通，炼钢过程中依据不同工况，不同烟量，规定几个速度级，不同阶段使用不同的速度级；2)蒸发冷温度控制以蒸发冷出口的温度作为基准控制点，将冷出口温度信号传入下位机，下位机根据水枪雾化效果特性曲线，通过PID调节输出控制阀门，从而控制水路压力，水路流量，蒸汽压力，蒸汽流量；3)电场控制将电场二次电流调到一个适当值，如电场频繁出现拉弧现象，则要降低电场电压，如降压后达不到除尘效果，则提高其它电场电压，如长时间仍出现拉弧现象，则需检査极板上灰尘情况，振打机构的振打情况；4)振打控制根据烟尘量的大小控制振打时间，当除尘器底部灰仓中的灰到达髙料位时，提示运行员卸灰，当灰到达低料位时提示并自动停止卸灰；5)切换站控制分析仪将CO、02浓度转换为标准信号传送至下位机，下位机将其与放散、回收标准做比较，如符合放散标准先关闭回收阀，同时打开放散阀，如符合回收标准先迅速关闭放散阀，缓慢打开回收阀，当管道内压力与储气罐压力接近时迅速打开回收阀；阀开关的速度由下位机输出模拟量到阀比例放大器控制；6)煤气冷控制依据液位计自动控制泵的起停，保证煤气冷内一定的液位。本发明是利用PLC工业控制技术和网络通讯技术，以实现电除尘器监控系统的综合控制系统，其自动化程度高，消耗电能少，运行成本低、便于维护。本发明系以信息技术为基础的电除尘控制系统，现场电除尘设备共用一套先进的工控、电控系统，具有自动化程度高，运行成本低、维护方便等优点，代表着目前电除尘控制器发展方向。下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。本发明的保护范围将不仅限于下列内容的表述。图1为本发明的控制系统网络拓朴结构图；图2为本发明控制方法部分工艺流程图。具体实施例方式近年来利用PLC网络技术实现分布式采样已成为一种共识，即在被控点附近设置采样单元一套，就近完成被控点的状态采样和控制输出，各采样单元间通过工业控制网络相连构成监控系统的下位机系统。该网络可根据用户需求构成冗余等网络，在技术上能够充分满足现场采样需求。有监控功能的的操作站及工程师站，采用图形化的监控终端来完成受控设备的集中监控、数据分析、统一调度和管理等。在操作站与下位机之间的通讯，可选择工业控制网络以构成当地监控系统，或选择电话通讯线路、无线传输网络等以构成远程监控系统。而PLC在网络技术及系统控制领域中也具有相当的优势，就国外各大公司而言，Schneider、AB、GE、SIEMENS公司等已把PLC联网技术应用于许多大型的工程项目中，做最底层的控制、联锁、通讯。本发明系统主要包括工程师站、操作员站、网络部分、下位机；所述工程师站和操作员站结合现场生产线工艺布置和特点，工控机选用研华工控机，本系统采用三台工控机，构成工业以太网。其中两台作为监控机，一台作为工程师站。两台操作员站分别安装在炉前主控室，用于过程值采集、监控，报表打印等功能，工程师站安装在靠近除尘器得分控室内，用于现场监控、修改等控制终端。所述网络部分:上位机HMI之间及上位机与PLC主站之间采用基于TCP/IP协议的工业以太网络，网络电缆远距离采用光纤，近距离采用网线，使用交换机技术，通讯速率为10/100Mb/s。所述下位机部分采用SimaticS7-300PLC组成，其中一台作为主站，另外四台作为从站。；S7-300采用以太网通讯模块CP343-1通讯。本系统PLC之间采用Profibus-DP网。SimaticS7-300所采用的CPU315-2DP内置Profibus-DP接口可直接接入Profibus-DP网，速率最快达12Mb/s。从站采用的是ET200M，配置IM153用于完成Profibus-DP的通讯。电除尘控制系统包括中心控制系统、上位机组、下位机组；所述上位机组内上位机之间及上位机与下位机之间采用基于TCP/IP协议的工业以太网络；所述下位机组通过交换机软件以太网与中心监控系统相连；所述中心控制系统作为监视控制终端在上位机图形监控终端软件中对系统的运行进行设计、更改、调试。所述中心控制系统包括操作站和工程师站；操作站与工程师站之间采用TCP/IP协议的工业以太网络；操作站安装在炉前主控室，用于过程值采集、监控，报表打印等功能；工程师站安装在靠近除尘器的分控室内用于现场监控、修改等控制终端。所述TCP/IP协议的工业以太网络电缆远距离采用光纤。所述TCP/IP协议的工业以太网络电缆近距离采用交换机。上述电除尘控制方法，包括风机控制、蒸发冷温度控制、电场控制、振打控制、切换站控制及煤气冷控制1)风机控制开始运行时，风机保持固定转速，完成氮气置换，带动烟气流通，炼钢过程中依据不同工况，不同烟量，规定几个速度级，不同阶段使用不同的速度级；2)蒸发冷温度控制以蒸发冷出口的温度作为基准控制点，将冷出口温度信号传入下位机，下位机根据水枪雾化效果特性曲线，通过PID调节输出控制阀门，从而控制水路压力，水路流量，蒸汽压力，蒸汽流量；3)电场控制将电场二次电流调到一个适当值，如电场频繁出现拉弧现象，则要降低电场电压，如降压后达不到除尘效果，则提高其它电场电压，如长时间仍出现拉弧现象，则需检査极板上灰尘情况，振打机构的振打情况；4)振打控制根据烟尘量的大小控制振打时间，当除尘器底部灰仓中的灰到达高料位时，提示运行员卸灰，当灰到达低料位时提示并自动停止卸灰；5)切换站控制分析仪将CO、02浓度转换为标准信号传送至下位机，下位机将其与放散、回收标准做比较，如符合放散标准先关闭回收阀，同时打开放散阀，如符合回收标准先迅速关闭放散阀，缓慢打开回收阀，当管道内压力与储气罐压力接近时迅速打开回收阀；阀开关的速度由下位机输出模拟量到阀比例放大器控制；6)煤气冷控制依据液位计自动控制泵的起停，保证煤气冷内一定的液位。所述网络部分中操作员站和工程师站HMI之间及与PLC主站之间采用基于TCP/IP协议的工业以太网络，网络电缆远距离可采用光纤，近距离采用TCP/IP协议，使用交换机技术，通讯速率为10/100Mb/s。本系统PLC之间采用Profibus-DP网，速率最快达12Mb/s。从站采用的是ET200M，配置IM153用于完成Profibus-DP的通讯。下面以中钢唐山贝钢电除尘控制系统技术为例本系统分为操作站与下位机两个部分，其中下位机采用Siemens公司的S7-300系列的PLC产品，并采用该公司的St印75.3下位机编程组态软件进行控制系统开发，该软件支持梯形图、功能块图，语句表等多编程语言进行系统开发。操作站和工程师站则配备工业控制用主机、网卡等相关设备，作为图形化监视控制终端，在WINDOWS2000做软件环境下，采用SiemensWinCC编程软件，自行开发监控软件，用于实现电除尘控制系统所有设备统一监控。下位机PLC本地测控终端系统由工业控制TCP/IP网络协议组成本地控制网，通过交换机软件以太网与中心监控系统(操作员站和工程师站)相连，监控系统通过控制计算机的操作系统，操作员站和工程师站之间分别连接交换机，两个交换机间采用光纤连接方式，实现快速数据交换，对整个电除尘系统的运行状况及各种设备进行全面的监视、谐调、控制。监控系统下位机PLC控制器自带MPI/DP和DP两个通讯口，其中PG/0P，HMI系统以及其他自动化系统进行通讯而言，MPI是一种经济实惠的解决方案。最多可接125个MPI节点，通讯速率187.5kbit/s。SimaticS7-300能连接到开放型现场总线PR0FIBUS-DP上，因此可以建立起较大型分布式结构系统。这使得通讯的范围扩大，为控制器到第三方提供现场装置均可通讯。操作员控制和监视功能及PG功能可通过两种接口(MPI，DP)均可完成。可通过编程器/PC进行长距离编程等等功能。操作站和工程师站可在上位机图形监控终端软件中对整个电除尘控制系统的运行等进行设计、更改、调试最终实现完整的电除尘控制系统的监控与数据等方面的管理。1.监控终端软件设计选用的SIMATICWinCC时使用最新软件技术的市场领先创新软件。WinCC是WindowsControlCenter的简写，换句话说，它可以提供WindowsNT、Windows2000/XP和Windows2003标准环境下安全控制过程所需的所有功能。WinCC按照价格和性能分级、能高效控制自动化过程的过程可视化系统。监控画面设置有总流程监控画面、蒸发冷却画面、电除尘器画面、切换站、PID画面、报警画面、趋势画面、参数设定画面、帮助画面等。画面的切换操作采用图形动态连接，画面中所设置的功能完善，只需对画面操作就可完成监控整个机组，操作方法简单方便。2.控制方式设计根据工艺流程，控制要点包括风机控制，蒸发冷温度控制，电场控制，振打控制，切换站控制，煤气冷控制等。开始运行时风机保持一个固定转速，完成氮气置换，带动烟气流通。炼钢过程中因为工况不同，烟量不同。可规定几个速度级，不同阶段使用不同的速度级。蒸发冷温度控制比较关键，它直接影响除尘器的工作情况。我们以蒸发冷出口的温度作为基准控制点，安装在蒸发冷出口热电阻将温度信号传入PLC,PLC根据水枪雾化效果特性曲线，通过PID调节输出控制阀门从而控制水路压力，水路流量，蒸汽压力，蒸汽流量。进而达到控制温度的目的。由于用到了PID调节，阀门可根据设定温度和实际温度做自适应调节。实现了自动控制出口实际温度在设定温度范围内。电场是除尘的重要部位，电场要根据烟尘量做自动调节，当烟尘量增大时，电场电压升高；烟尘量减小时，电场电压降低。还可以控制火花率，控制放电次数，要控制电场不要有拉弧现象，否则易损坏极板。控制时首先将电场二次电流调到一个适当值，在能达到较好除尘效果的情况下，这个值越低越好。这样即能节约电能，又能降低爆炸危险系数。如电场频繁出现拉弧现象，则要降低电场电压。如降压后达不到除尘效果，可适当提高其它电场电压。如长时间仍出现拉弧现象，则需检査极板上灰尘情况，振打机构的振打情况。如发生爆炸，卸爆阀会打开进行卸爆。卸爆后卸爆阀会自动复位。每周出现3-4次小卸爆比较正常，对设备有利无害。如卸爆阀打开未复位，则须检査后再进行生产，否则易较大发生爆炸。上位机要监视卸爆阀复位情况，及时作出报警，提示。振打电机主要作用是振打掉吸附在极板上的烟尘，需控制其自动间歇工作，如长期工作，将引起灰尘刚被吸附又被振起的情况，不会顺利落入除尘器底部。如长期不工作，将引起大量灰尘滞留在极板上，极板间距变小，易发生拉弧且除尘效果减弱。控制的具体时间根据烟尘量的大小得出。在除尘器底部的灰仓中装有上下料位计各1个，当灰到达高料位时，提示运行员卸灰，当灰到达低料位时提示并自动停止卸灰。切换站由CO、02分析仪，放散阀，回收阀构成。分析仪将CO、02浓度转换为标准信号传送至PLC。PLC将其与放散、回收标准做比较，如符合放散标准先关闭回收阀，同时打开放散阀。如符合回收标准先迅速关闭放散阀，缓慢打开回收阀，当管道内压力与储气罐压力接近时迅速打开回收阀。阀开关的速度由PLC输出模拟量到阀比例放大器控制。煤气冷控制比较简单，根据液位计自动控制泵的起停，保证煤气冷内一定的液位。PLC首先检查氮气压力，如压力过低，不给转炉除尘器准备好信号。PLC其次检査电极温度，如温度过低，则不允许电场上电。除尘器各设备运行正常后，给出除尘器准备好信号。炼钢过程中如出现蒸发冷出口温度过高，或风机停转，或润滑油压力过低等异常情况，PLC将给转炉控制系统停止吹炼信号。在监控系统中，我们所需监控的数据包括以下三类，离散量输入(DI)，包括开关的位置状态，操动机构状态，故障状态等;离散量输出(D0)，如开关的分、合闸控制；模拟量输入(AI)。以贝钢电除尘控制系统为例，其内所需的采样点容量大致如下序号类型PLC测控终端采样点数1AI202RTD213AO74DI1555DO56在模块构成上，我们所选用的各模块规格及技术指标如下在系统的上位机，即中央监控系统，我们选用工业控制机和WINDOWS2000做为基础的硬件平台和软件平台，以构成图形化的监控终端，该终端通过网卡或远程通信线路与下位机进行数据传输，同时用WinCC编程软件进行系统开发，在系统内部设置了动态实时数据库、历史记录数据库、监控对象数据库等多种关系型数据库。<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>3、系统功能(l)信息采集该功能主要由下位机来完成，各PLC采样单元通过扫描来采集控制柜内各ai、m点所连接的设备当前所处的状态和各类报警信息，其采样扫描周期小于10ms。(2)编码传输用于将下位机系统所采集到各类信息进行编码并经通讯网络传至上位机操作系统，以供进一步处理。(3)设备控制该功能是上位机系统根据除尘控制器的运行状况而对其各设备进行远程谐调控制，经网络传送到下位机；由下位机系统负责执行各种操作命令并采集命令执行期间的操作信息返回给上位机系统。其控制方式有单个对象控制和模式控制两种，采用选择、确认、执行三步来操作，当操作被禁止时，系统将给出提示信息提醒操作员注意。(4)状态监视在上位机系统的显示器上开窗口以图形化的显示出空压机所有控制设备的状态画面。以实时监视空压机各控制设备的当前状态。本系统除工程师站以外还配备了一台操作员站，操作员通讯与显示系统以SIMATICWinCC(WindowsControlCenter)为基础。利用WinCC软件可以将整个流程及各部分细节以图形的方式表述，在组态时根据实际情况将各种设备状态和仪表读数按照工艺区域划分为若干幅流程图，流程图之间可通过目录树的方式自由切换。如果要操作流程图上的某一设备，只需用鼠标点击设备图标或设备位号就可在弹出的面板上进行操作。在操作员站上不仅能对整个流程进行图形化监控，还具有报警记录和历史数据记录功能。流程中每一个设备的状态、每一个仪表的读数都被记录在项目数据库中，并长期保存。必要时操作人员可以表格的方式或趋势曲线的方式来査看或分析记录下的数据。操作人员还可以根据设备运行的实际情况预先设定一些参考值(例如液位报警点)，这样系统在读取数据时就会将当前值与设定指作比较，一旦出现异常状态在操作界面上会马上出现醒目的报警信息并发出报警声，以提醒操作人员处理可能的故障。(5)故障报警在系统检测到故障信息后立即弹出显示在故障报警窗口中，以不同的颜色等级方式显示出相应的故障信息、故障点和故障时间；同时，自动将该故障信息存入故障信息数据库。(6)文档生成该功能用于对系统内各项信息进行归纳、分析和整理，并生成所需的各项报表，如操作记录，报警记录，同时依据现场用户要求可设置是日报、月报和年报等方式。C7)数据统计与分析该功能用于将系统内测量的模拟信息记录到模拟量历史数据库中，同时可根据用户的需要，将记录在数据库中的数据信息进行统计与分析，以生成实时趋势图和历史趋势图，并可随时调用查找对比等。4.技术特征利用PLC实现空压机监控系统的主要特征如下-分布式的采样单元实现数据的就近采样。-信息的自动采集和逻辑编程控制输出，可实现系统的动态实时监控。-网络间的数据传输用于实现设备的联动联锁控制，极大的简化了上位机的控制操作，方便本地操作。-PLC测控终端模块化，体积小，重量轻，工作安全可靠，并具有在线自检和程序掉电保护功能。高可靠性、模块化设计、网络式结构、自检功能、软件编程及自动化程度高、版本易升级等优点。-西门子公司的可编程控制器87-300系列，具有高可靠性、稳定性及无与伦比的网络连接能力，特别适应于室外、隧道内等恶劣环境下的自动化控制。-图形监控终端用于实现图形化、数字化的集中监控，并可根据用户需求自动生成各类报表。.内置的MPI/DP、DP等通讯口可用于现场的编程、调试、扩展和维护。5.主要技术指标-远程命令传送时间^2.5秒-远程信息变位传送时间^2.5秒-远程控制正确率299.9%(不允许误动)-远程信息响应正确率299.9%-防护等级IP55-工作温度0~60°C.存储温度_40~+85°C(IEC68—2—14)-相对湿度0%~95%不凝露-海拔高度0-4500。权利要求1、一种电除尘控制系统，其特征在于，包括中心控制系统、上位机组、下位机组；所述上位机组内上位机之间及上位机与下位机之间采用基于TCP/IP协议的工业以太网络；所述下位机组通过交换机软件以太网与中心监控系统相连；所述中心控制系统作为监视控制终端在上位机图形监控终端软件中对系统的运行进行设计、更改、调试。2、按照权利要求l所述的电除尘控制系统，其特征在于所述中心控制系统包括操作站和工程师站；操作站与工程师站之间采用TCP/IP协议的工业以太网络；操作站安装在炉前主控室，用于过程值采集、监控，报表打印等功能；工程师站安装在靠近除尘器的分控室内用于现场监控、修改等控制终端。3、按照权利要求2所述的电除尘控制系统，其特征在于所述TCP/IP协议的工业以太网络电缆远距离采用光纤。4、按照权利要求2所述的电除尘控制系统，其特征在于所述TCP/IP协议的工业以太网络电缆近距离采用交换机。5、按照权利要求1所述电除尘控制方法，其特征在于，包括风机控制、蒸发冷温度控制、电场控制、振打控制、切换站控制及煤气冷控制-1)风机控制开始运行时，风机保持固定转速，完成氮气置换，带动烟气流通，炼钢过程中依据不同工况，不同烟量，规定几个速度级，不同阶段使用不同的速度级；2)蒸发冷温度控制以蒸发冷出口的温度作为基准控制点，将冷出口温度信号传入下位机，下位机根据水枪雾化效果特性曲线，通过PID调节输出控制阀门，从而控制水路压力，水路流量，蒸汽压力，蒸汽流量；3)电场控制将电场二次电流调到一个适当值，如电场频繁出现拉弧现象，则要降低电场电压，如降压后达不到除尘效果，则提高其它电场电压，如长时间仍出现拉弧现象，则需检查极板上灰尘情况，振打机构的振打情况；4)振打控制根据烟尘量的大小控制振打时间，当除尘器底部灰仓中的灰到达高料位时，提示运行员卸灰，当灰到达低料位时提示并自动停止卸灰；5)切换站控制分析仪将C0、02浓度转换为标准信号传送至下位机，下位机将其与放散、回收标准做比较，如符合放散标准先关闭回收阀，同时打开放散阀，如符合回收标准先迅速关闭放散阀，缓慢打开回收阀，当管道内压力与储气罐压力接近时迅速打开回收阀；阀开关的速度由下位机输出模拟量到阀比例放大器控制；6)煤气冷控制依据液位计自动控制泵的起停，保证煤气冷内一定的液位。全文摘要本发明属环保控制领域，尤其涉及一种电除尘控制系统及其控制方法，主要用于电力系统、水泥、冶金、有色、化工行业，包括中心控制系统、上位机组、下位机组；所述上位机组内上位机之间及上位机与下位机之间采用基于TCP/IP协议的工业以太网络；所述下位机组通过交换机软件以太网与中心监控系统相连；所述中心控制系统作为监视控制终端在上位机图形监控终端软件中对系统的运行进行设计、更改、调试；上述电除尘的控制方法，包括风机控制、蒸发冷温度控制、电场控制、振打控制、切换站控制及煤气冷控制。本发明自动化程度高，运行成本低廉，消耗电能少，维护管理方便，具有较高的除尘效率。文档编号B03C3/34GK101303586SQ20071001124公开日2008年11月12日申请日期2007年5月10日优先权日2007年5月10日发明者铭吕,弭飞飞,王宏博,达肖,陈伟峰申请人:沈阳创思达自动化系统有限公司