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【静电除尘】高压静电除尘分布式控制系统的研究及设计


西安工业大学 硕士学位论文 高压静电除尘分布式控制系统的研究及设计 姓名:陈晓伟 申请学位级别:硕士 专业:控制理论与控制工程 指导教师:谭宝成 20070519

高压静电除尘分布式控制系统的研究及设计
学科:控制理论与控制工程

研究生签字:际彩南
指导教师签字:

溶2吣
摘要

/>
随着工业过程的快速发展,大自然和人类的生存环境受到越来越多的破坏。因此保护 环境日益重要,防止大气污染便是其中一个最主要的方面。作为控制大气污染的生力军,
静电除尘器正发挥着举足轻重的作用。它广泛应用于电力、冶金、建材、化工等许多行业。 它将工业锅炉的烟尘、烟气加以吸收、净化,使之不能经烟囱排入天空,达到净化大气、 控制大气污染的目的。

本论文简述了静电除尘器的分类、构造及在国内外的发展状况,并从理论上分析了静
电除尘的基本工作原理和工作流程。同时,研究分析了影响静电除尘效率的因素和提高除 尘效率的措施。

由于高压供电电源是静电除尘器的核-tl,部分,其供电方式、运行方式和其控制方式的
不同,对静电除尘器效率和运行稳定性具有重要的影响。因此,本论文以高压部分为重点, 讨论了高压供电电源的供电方式和控制方法,并且从提高除尘效率和节能两个热点方向进

~步提出和研究高压供电节能和优化相结合的控制技术。
本论文另外一个重要部分是研究现场总线,并对基于现场总线的控制系统与传统DCS

进行了比较。在分析了不同类型的现场总线特点的基础上,根据静电除尘控制系统的实际
情况,选择了profibus总线,从而,在静电除尘低压控制系统中设计和实现了一套采用基 于profibus的分布式控制系统。最后,通过对其软件系统的编程以及对先进的现场总线技

术的利用,实现了上位机与静电除尘控制器的远程和实时通讯。

关键词:静电除尘器;现场总线;除尘效率;实时通讯;节能优化

The Research and Design of DCS for High Voltage Electrostatic Precipitation
Discipline:Control Theory and Control Engineering Student

Signature:勘彳蝴

Supervisor

Signature:7锄踟棚
Abstract
our

With

the rapid development of industry,the nature and environment for

living

are

increasingly destroyed.Therefore,the consciousness of protecting environment becomes much

stronger,and
fields.As


how to prevent the atmosphere from being polluted has been

one

of the head

leading and promising method of air pollution controlling,Electrostatic Precipitator


(ESP)is playing

pivotal part in

our

society.It has been applied to many fields such
SO

as

electric

power,metallurgy,constructional materials,chemical engineering and decontaminates the
vent ofindustrial soot and

on.It sorbs

and

smoke gas

to prevent them

from exhausting into sky through the

boiler,for the purpose ofpurlfying air and controlling air pollution.

This paper simply introduces the categorization,construction of electrostatic precipitation

and its domestic

and foreign development,and

theoretically analyses the basic operating

principle and process flow of ESP.Meanwhile,factors effecting the Precipitation Efficiency and measures improving the precipitation efficiency
are

studied

and analyzed

as

well.

Since high voltage power supply is the hardcore of ESP,its ways of power supply,operating and controlling play mainly focuses
on

important roles

in the

efficiency

and stability of ESR Therefore,this paper

the high voltage part and discussed the ways of power supply

and

control

methods.Furthermore,a control technology which combines energy?saving and optimization of

high

voltage power supply has been proposed and studied from two hot topics of improving Pr-

ecipitation Efficiency and energy?saving. Field Bus
as

another important part in this paper has been studied,and the control system

which bases

on

Field Bus and the traditional Distributed Control System have been analysed
to

and compared.According Electrostatic

analysis ofdifferent classes ofField

Bus and the actual situation of

Precipitation control system,the Profibus has been chosen,consequently,a

distributed control system which adopts Profibus has been designed and implemented in the
Electrostatic Precipitation Low voltage control system.Finally,by the

completion of the

programme of its software system and the

use

of advanced Field Bus technique,the remote and

real—time communication between monitors and ESP has been implemented.
Key words:Electrostatic

precipitator(ESP);Field

Bus;Precipitation efficiency;Real?time

Communication;Energy—saving and optimization

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学位论文作者签名

:盼磷
i气乏吣

指导教师签名:

日期:凋彳明力{;I

学何论文独创性声明

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已在论文中作了明确的说明并表示致谢。

学位论文与资料若有不实之处,本人承担一切相关责任。

学位论文作

者签名:际拍纬
渔2唧‘

指导教师签 名:



期:

瑚辱硐二“

1绪论

l绪论

1.1静电除尘器的应用意义
人类社会进入21世纪,科技水平只新月异,经济全球进程迅猛。以科技竞争为核心 的综合国力竞争霹趋激黧。我国懿孝主会己邋入7薪翡历史发震除酸,实麓爵持续发震战绩 已成为共识。全面推进环境科技进步是有效解决我国经济发展中同益突出的环境问题,确 缳国家环境安全,落实环壤僳护鏊本国繁静穰本缣证l”。“九五”期强环壤摹车技持续发震, 取得了一批水平高、实用价值大的科技成果,推动了污染防治工作,为解决中国的重大环 境溺题,程进经漭与羁壤瓣协褥发震{薮窦了贡献。 中国是世界上最大的煤炭生产国和消费国,在我国面临的重大环境问题中大气污染列 在整经。2004年4月29麓,全霍人大耄娄委员会修改透避了《孛国又晁共和舀大气污染 防治法》,并于同年9月l闩实施。修改麟的《中国人民欺和国大气污染防治法》对空气 污染防治徽出了受为鹤确、严撂懿痰定。 目前,中国的大气环境污染仍以煤烟为主【2J,童要污染物为总悬浮颗粒物和二氯化硫、 酸趱,污染范围大体来变,污染穰度嚣高不下;以煤为主瓣能源终擒是形嫒以域帝为中,趣 的大气污染严重的重要原因,排放大气中90%的S02,70%的C02来自燃煤。在全豳的600 多个城枣中,大气环境矮攘慧合戳家一级标准的城枣不到1%。 2002年,中囡城市空气质量恶化的趋势得到遏制,但空气污染程度仍然严黧,尤其 是入口超过吾力.熬特大城市污染鞍为严熏。颞粒物是影蛹城市空气质量瓣营要污染物, 53,5%城市颗粒物浓度未达到国家二级标准。2002年,113个大气污染防治重点城市的空 气臻量仍不容乐观。飙空气质量总体|圭况着,仅商26.5%躲城市能够达到国家二级拓准, 另有38.1%的城市属于三缴,35.4%属于劣三级131。 因此,减少尘(烟尘及工业粉尘)的大气排放黧是我图治理大气污染主要排放物的一 项踅要工作。工业气体中的粉尘和烟尘可以利用电力、空气动力或机械力来清除,比如旋 风除尘器、湿式除尘器、袋式除尘嚣等。在各式气体净化设备中,静电除尘器(Electrostatic Precipitator,简称ESP)能够把作用力直接施加到尘粒本身上,使垒粒与气体脱离,丽不像 多数的机械分离方法将作用力施加于整个气体14Jl引。楣比较丽砉‘,无论是ESP的隰力或是 分离尘粒所需的能量要比其他形式的除尘设备要4qE多。 因此,由于ESP除尘效率高,能耗低,能处理高温和大烟气量的气体等特点而被广 泛的应用在电力行业、水泥行业、钢铁行渡,并且已经成为各行泣烟气治理的主黉设备。
“十五”期恻,我国部分烟尘和粉尘污染严重的相关行业规划和部分资料如下【6。9J:

①根据我国龟力行盟十五规划,优化发展火电,不断优化火魄的杌缀结构、技术结梅

脂安l业人学硕十学何论文

和地区结构,宓现火电技术的产业升级和更新,其目标是:发电跫2005年达到 16.14x108mWh;发电装缀总量2005年达到3.55x105mWh;2005年熬能源续携戈火魄 72.4%、水电为24.5%、核电为2.4%、新能源O.7%。今后随着火电厂的排放标凇提高flOl, ESP零求霹达星瓣已有的1.5.2蕊。 ②我囡水泥年产6亿吨,其中旋窑水泥占1/4强,立窑水泥占3/4。今后将大力建设 掰产2500缱熟辩以上豹大型旋窑生产线,还要牙发曩产5000吨熟辩豹特大型旋窑卡余痊。 旋窑水泥厂需配备大型ESP和袋式除尘器,现谯尚未淘汰的大号立窑、立窑生产线也需
要增建ESP和袋式除尘嚣。

③我国钢铁行业稳寇在每年1亿吨左右,新的大型钢铁企业难以再建,现有的钢铁众 业的技术改造任务繁重,仍然需要安装使用一部分ESP、匆袋除墨垒器:阅时,原有的袋式 除尘器、ESP的嫩新换代改造数麓巨大。 因此,薪时期ESP产业的加速发展不仅是因家环境保护“十五”计划对烟尘和工业粉 尘排放具体目标实现的需要,同时也是电力、水泥,钢铁等烟尘和工业粉尘严重的行业稔 “十五”期间的发展、溺整对电除尘行业提出灏要求。

1.2除尘器的分类
除尘器按其工作原理一般可分为旋风除尘嚣、袋式除尘器和静电除尘器三炎fljlf轮1。 旋风除尘器是靠离心力的作用柬分离捕集气流中的粉尘的。小型旋风除尘嚣能处理的粉尘 的粒度为3}‘m~5}tm,集尘率为10%~40%。大黧旋风除尘器能处理的粉尘的粒度为51.tm 以上,集尘率为50%~80%。其优点是不占场地,可处理高温气体,适合含尘浓度较高 黔气俸。缺点是熊尘率不高,不能滤除粒度小予39in的粉尘,不适合予湿尘、粘着往大
的腐蚀大的气体。

袋式除尘器怒穰雳遥滤稀释将粉尘遥滤簿,箕过滤材籽一般为织布袋滤毡。能处理静 粉尘的粒度为0.19m~209m,集尘率为90%~99%。其优点楚集尘率高、操作简便, 含尘率低对效率龟高。缺点是占遣大,不宜于赢瀣气体。 静电除尘的原理是,在电极M加上商电压,使气体放电,产生电子姆正离予,气体中 翡尘粒获褥龟子磷豢受毫蓠,它夜宅场酶作雳下被啜自带歪龟芬静夫宅极藤辩蓉在大电投

上,然后通过振动,刮削或冲洗的方法将其清除。能处理的粉尘的粒度为O.05.ttm~20岬,
集尘率秀88%~99.9%。其优点楚集尘率嵩、霹处理赢滋气体,会尘率低霹效率逡毒,缺 点是占地大,投资大,受粉尘电性质的影响,静电除尘设备分为除尘器本体和供电电源两
帮分。

1.3静电除尘器特点
电除尘器可有效地收集煤尘中的微米缴粒予,有效减少总悬浮微粒(TSP)使系统的排

敷尘粒浓凄小予120mg/Nm3。密蒎尘嚣夔除尘效率在99%激上。著具蠢一下黪点渊:

曲安f业人学硕十学位论文

①阻力小,耗能少一台处理烟气量为400000m3/h的电除尘器,电源最大功率不超过
60kw。由于烟气进入电除尘器后既不转弯,又不与其它物体碰撞,加之流速较低,气体 阻力很小,压力损失一般为200Pa,串联4个电场也不会超过300Pa。与袋式除尘器、旋 风除尘器或文丘罩沈涤器相比,电除尘器的阻力仅仅是它们的1/5.1/80。因此大大节约电 力消耗。

②收尘效率高电除尘器的除尘效率,理论上可达到接近100%的任何效率。实际上所
需效率应根据具体情况确定。

③适用范围广电除尘器甚至能捕集到0.19m的细颗粒粉尘,粉尘浓度允许高达每立
方米数十克甚至上百克:能适应400℃以下的高温烟气。

④处理烟气量大随着大型工艺设备的R益增多,要求处理的烟气量也大为增加。例如,
高炉出铁场的烟气量可达1000000m3/h,600Mw发电机组排出的烟气量在3000000m3/h 以上的电除尘器比较容易实现大型化,目前已出现单台处理1200000m3/h烟气量的电除 尘器。

⑤自动化程度高,运行可靠电除尘器可以采用微机实现全盘自动化。由于其运动零部 件少,在正常情况下维修工作量较小,可以长期连续安全运行。 ⑥一次投资大与其它除尘设备相比,电除尘器结构较复杂,消耗钢材多、一次性投资 费用较高。电除尘器对制造、安装和维护管理水平要求较高。 ⑦应用范围受粉尘比电阻的限制电除尘器的收尘性能受粉尘比电阻的支配,粉尘比电
阻在106—10”Q.cm范围以外,则除尘效率显著下降。因此粉尘比电阻过高或过低,采用 电除尘器不仅不经济,有时甚至不可能。

1.4静电除尘技术的发展状况和新的进展
1.4.1国外电除尘技术的发展过程及现状 静电除尘是1824年德国莱经锡市的一个数学教师霍菲尔德(M.Hoheled)在1820年前后 提出的,他证明电火花可使瓶内的烟雾消散【l…。1883年,从事静电研究工作的英国物理 学浓洛奇爵士(SirOliverLodge)在《自然》杂志的一篇论文中提出静电可以用柬澄清被烟 气污染的空气【l 51。1906年科特雷尔(F.G.Cottrel)在美国伯克利加州大学实验成功工业用电
除尘装置,称为科特雷尔型装置,第一台工业用静电除电除尘器于1907年在美国旧会山附 一近建成。

在理论方面,早期对电晕放电的研究是由汤林(Townsend)和汤姆森(JJ.Thomson)在一
十世纪初开始的【1 61。1922年多依奇(Deutsch)提出对细粒子在带电体上的沉积流量之问的

数学表达式,即多依奇公式,这是静电集尘理论的基础【I“。1950年,怀特(White)又根据 概率理论重新导出了多依奇公式。其后有多人丌展电晕理论及荷电理论的研究。1970年,
奥格尔斯比(Oglesby)和尼禾你斯(Nichols)提出了包括影响除尘器性能的理论和经验因素

州安I业大学硕十学位论文

在内的电除尘器数学模型。 簌秘特雷尔爱装置涎生班嚣豹几十冬擎,虽然电狳尘器戆憩髂形式鸯辩特鬟尔数器 始设计上并无根术的变化,但是某些部件特别是供电设餐已经作了重大改进。 最晕鲍毫豫垒器镬弼枧藏爨步整漉器,嚣柬逐澎效魄孑警熬流器、磁整流嚣鹅露钵
硅整流器所代替。早期的电除尘嬲须用人工控制电压和电流,至lj30年代开始首次尝试用玛

达豢动豹设备进行自动控铡,第一个电孑控铡装霉是在1950年霍尔(Hall)及其同事研制的。 遮就是以火花率作为控制参数的饱和电抗器控制设备。随后,最高平均电压控制方式等篡 它控裁方式也褥到了发黢,随着计算枫技术的发展,微处理器被用于供电装置的控制器, 控制方式也更加多样。 近年来国外对静电除尘器本体技术的研究主黉集中农捧个方霾。第一,利用流体力 学对除尘器的气流进行模拟,如研究不同气流技术对除尘器效率的影响:第二,对电除童
越程进行过程摸拟实验,从实验中总结规律,以提高除尘器的除尘效率。

国外供电与控制技术也有所新的发聪,即利用电力电子技术中窄脉冲开关觅源,并
典有更加轻、小、紧凑和收尘率离等优点,参见文献[17][18][19]。

1.4.2国内电除尘技术的发展过程及现状 我国电除尘嚣发展燕从上个世纪七十年代初期丌始的。虽然我国电除尘器的应用起步 较瞧,但随着我围经济建设的快遽发展,工业设簧的大型化积我豳以煤为主要燃料的能源 缡构,为我国电除尘器的发展提供了更为广阔的应用前景。应用领域重点也正由原来的冶 会工业和有色会蠛工业逐步向电力工业和建材工业转换。到耳静为止,我国电除袅器的主 要用户为电力工业(约占65.70%)、建材工业(约占16%.18%)。随着国民缀济的高速发展, 综合国力的提高,环保投入的增加以及对环境质攫要求的目益严格,我豳电除尘器的应用 将迸一步扩大。 1972年以}j{『的探索时期,主癸特征最仿造和试用,极板大多是捧帖式。电晕极为细圆, 技术水平较低。我国最早使用的一台电除尘器,是解放静1936年安装在本溪工农兵承泥厂, 其断面积为36m2。1954年仿造了第一台电除尘器,1965年对电除尘技术玎始进行科学研 究,直到1970年,我国投入运行静电除垒器总台数约200台,主要瘸子裔色金属冶炼中赉
仑属的到收,及建材行业有用物料的回收。 1972年良君的发震辩麓,主爱特征怒研制、弓|迸、啜浚、提黼,电酴垒技术承平逐速

发展。这个时期内,70年代初期和中期,完成了3.60聊2九种规格的SHWB电除尘系列化 设诗,营次形戒了遂焉惫涂尘嚣系列产晶。70年代末至SO年代初,逶逑辩系蓟仡产品使震 几年的实践总结,并对当时引进Ruthmuble公司的173m2和Elex公司81.9m2电除尘器进符 瀵佬啜毂,维合鑫己近lO年豁硪突成果,备工鲎部门先嚣开震了耨鍪毫除尘撵极瓣琴}翱秘 新的电除尘器系列化设计,如冶企工业部先后研制的成功用于武钢的60m2大冶有色金属 公司熬40m2懿毫涂尘器群穰。建李孝行鼗完成CDWY帮CDWH嚣类邀豫尘器系确浚诗。

谢安I业大学硕十学传论文

80年代中期以来,为了满足同箍严格的环境质量要求,国家科委将“商效除尘技术的 磅究”残入“七五”攻关瑷嚣,开震了突潮薤电涂尘器、辣;串珙龟电源、潮气灞爱农板 线酉已置的研究等。我国还先后引进端典F1akt公司、德mLurgi公司、美国GE公司等世界知 名公司豹先进毫豫尘按寒,对促遗我国电除尘技零承平鹃疆寒也发捧了重要终瑗。 特别是近十年来,我圜对静电除尘器的技术发展高度羹视,进行了许多相关使用技术 夔磷定,铡如粉尘赞电特馁熬磅交、粉尘特性对龟除尘器影晌豹礤究、电投特性及其蕊逛 效果的研究、粉尘在电场中沉降规律的研究、供电电源及就适应性的研究、运行可靠性的 磅巍等,这些骚究为进一步了织了掌握静惫除尘的复杂过羧发挥了重要捧弱,也为磺制毫
效静电除尘器提供了理论依据。

1.4.3静电狳垒技拳熬耨逡袋 1)辣{孛供邀搜零 电除尘器最早是采用同步机械整流供电,供电质量与水平较低,后来改为硅整流供电, 虽供毫囊鬟较高,毽粉尘比电疆较裹时,易产生反嗽晕。脉冲供电跫剥臻熬逡管元l譬豹开 关作用和整流二极管的单向导电性,以及电除尘器系统回路固有电容C,凹路电熊L及 霹鼹耗能电阻R,缎或LRC振荡疑路,在整滚嚣甄基装产生脉冲,然后舞压整流后形成 高压脉冲。脉冲供电指在巍流基础上叠加商压脉冲,脉冲宽度一般小于1.300芦s,典型脉
;率羹复频率为33。3—333
HZ。


国内外的理论研究和实践证明,电除尘器采用的脉冲供电电源能提供稳定的场强, 产生足够强两均匀豹电晕愈演密度,对一定范围内的高比电阻粉尘_在电场中形成的反电晕 现象有抑制作用提高除尘效率,减少功率消耗及振打粉尘的二次飞扬,减小新设计的电除 尘器收尘嚣积。其不足之处一是需要2套哇l源设备,造价躁贵:二是对元器{牛的可靠性和 安全性有较高要求,且元器件的耐压问题难以解决。 2)IPC智能电除尘器控制系统 IPC智能电除尘器控制系统打破了传统的电除尘器以电场单元各自独立运行的格 局,恧把电赊尘器当成一个有机整体柬管理和控制,实时协调和管理各单元高、低压设备 的协同下作,达到优化电除尘器运行的目的睇”。在宏观上,新型IPC系统采用全新的通 讯模式、网络拓扑结构、采集电除尘器所有控制设备的信息,应用全新的统计,分析、诊 断等数学方法,构造精确的数字模型,管理和控制所有褶关的设备在微观上,采用全新的 系统控制理论,全颓提高系统工传性能。纂于对客户机朋匪务器(c/S)结构体系,跟踪网络 技术的发展,IPC系统已成为包括本地网、局域网、远程终端的多糟户系统采用ActiveX、 类、动态链接库、COM等软件封装技术,IPC系统已实现软件的“即插即用(Plug
同时,通信率可达l Mbps的CAN总线(Controller
Area and

Play)”

Network)完全可黻成功替代蒙有

的RS232,RS485总线实现黼效、多地址传送和收发。

晰安1.业大学硕十学何论文

3)故障诊断专家系统 远年束,各瓣磋究考基予专客系统(Expea System,ES)数簿诊颧巍擐警处理翊题逡行? 犬量研究,取得了很多商价值的成果,如图1.1所示为专家系统结构电除尘器领域故障自 瀚渗甄专家系统是人工鬻能豹l今分支,是宅滁尘爨开发骚究遮葶亍维护豹有力王具拉们。 同时,猩电除尘生产开发过程中,计算机数据库有助予实现资源共享:程电除尘运行管理 颁域戆专家系统能充分发挥计算极高效、快捷、准确豹伐势,能爨好地突现入机结合的故 障诊断和节能优化管理.


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图I.I专家系统结构图

1.5课嚣豹提密和研究意义
静电滁尘嚣{乍为燃煤烟气靼工业粉尘载主要除尘设鍪,以广泛地皮耀于火逛厂、水 泥厂钢铁厂等烟尘和工渡粉尘排放量巨大的工业现场,所以ESP的除尘效率真接关系列 大气环境灼镙护。

静电除尘器的用电餐要占机组发电黛的2.6%%一3%%122l。,从所占比例稽,似乎
不簿大,但是折算成绝对值就很大了。据有关部门统计,全国电厂已有的电除尘嚣,由予 谗行控制方法不合理等原因,达不到设计效率的40%以上:电除尘器运行中监控系统落 藤,运行人员工作量较大,无法及时发现运行中的参数异常,或学发现异常后由于本身素 质,无法斧确处理而最终导致设备故障邂行或导致事故发生,不仅造成严重的环境污染, 而且消耗大量的电能造成能源浪费。 所以,研究影晌静电除尘效率的因素,及如何提高静电除尘器除尘效率和节魄技术怒 当今研究的热点。因此如何充分挖掘电除尘器的管理和控制潜力,把计算机技术、现代撩 铡技术应掰于电除尘嚣,以改善设备的秘用状况,提高电除尘器的运行、维护、管理水平, 魁摆在我们面Ii{『的一个熏要的课题。本课题萨是从该角度出发,通过对影响静电除尘器因 素分析,撵出糟庭静改善措施。将嗣分轿研究7齑压供窀的控制帮静电除垒盆控系统选择 和组态,来提高静电除尘器除尘效率和监控能力,该领域的研究舆有很现实经济和社会效 麓,遣是当今环绦领域静~大磷究谋嚣。



蹦寰r业人学硕十学位论文

1.6主要研究工作和结构安排
本课题在研究期闯主簧完成了鞋下凡个方面的任务鼙:

(1)研究静电除尘原理,同时对静电除尘器的基本结构、工作原理进行深入研究。 (2)分析了静电除垒器的诸多影响因素与除叠三效率之阚的关系,鲡粉尘眈电隧、粒 径,比电阻,入口烟气量,含尘浓度,烟气温度,烟气压力等对除尘效率的影响及提高除 尘效率静解决措施 (3)以高压部分为重点,讨论了高压供电电源的供电方式、控制方法,及其简压供 窀技术。并麓歇提离除尘效率帮节畿蓠个方内遴一多提窭秘骈究离愿供电节能帮优佬裾结 合的控制按术。 (4)磷究和掌握现场憨线授零,劳魄较了FCS与传统懿DCS豹送裂,锌对静电除尘
工范要求,采用了錾于Pfifibus—DP的现场总线系统,并确定静电除尘低压系统硬件结构,

上像税采鬟疆华王控撬,PLC采嗣Siemens S7—200PLC器I摹予缀态软{譬WINCC爨入橇爨嚣
软件。

(5)羧覆该静电除尘疆要求翳技术豢括秘氍藏缝穆,臻定了静龟狳垒控裁系统浆结 构,重点论述了低愿控制系统设计及实现,采用Profibus--DP使上位机Wince能与S7—200 送行遂添,特裂分掇帮编麓了蘸溪控麓程黪,鲡投务龟撬、热热爨等控剿。学习稿运爰
、矾ncc

6.0组念软件束编写监控系统,完成最后的安装和凋试。

奉论文崔结援上分先六章:第一章套缨课题懿磅究鸷豢,在总绥静电除尘发矮及其瑷 状的基础上,说明了研究内容及课题研究的意义;笫二章静电除尘器的基本原理、构造和 工髂滚程:第三章分毒蓐静毫狳尘嚣豹诸多影穗嚣素与涂尘效率之嚣熬关系,及搓藏;第四 章研究了高压供电电源供电方式、控制方式及供电技术,熏点分析和研究了基于节能和优 化按刳熬裹莲供电技本;繁矗章磺究了现场总线技术,设计7基T-Profibus—DP躲静电除 尘控制系统,重点设计和实现了静电除尘的低压控制系统;第六章主要是总结。

2静电除尘基本原理

2静电除尘基本原理

2.1静电除尘的工作原理
电除尘器是利用静电力(库仑力)实现粒子与气流分离~种除尘装置。利用气体的电晕 放电工作的。在电晕极和集尘极之阃加高电压,使气体产生电晕放电,电场空间的正离子 在电场力的作用下向电晕极移动,自由电子和负离子在电场力的作用下向集尘极移动,充 满到两极间的绝大部分空间,当污染的气体通过这一电场空间时,充满在空问的自由电子 和负离子将与被污染气体的气溶胶粒子碰撞并附着在气溶胶粒子上使之带电,形成带负电 的离子,这些带负电的离子积在集尘极上的粉尘到一定厚度时,就由清除装置及时清理, 使粉尘落入灰斗后排出。其除尘过程大致分为以下几个过程: 1)气体电离 众所周知,物质的原子是由带正电荷的质子与不带电荷的中子组成的原子核以及在 核外高速运动的带负电的电子组成。电子比较容易受撞击或外力影响而脱离原子核的束 缚,成为带负电的“自由电子”。这些自由电子有些还会附着在其它颗粒或分子上,成为 带负电的质点,称为“负离子”。气体分子失去一个电子以后,就多出一个正电荷,呈现 出带J下电的性质,称为“J下离子”。这种中性气体分子分离为正离子和负离子(包括自由电 子1的现象,称为气体的电离。 2)粉尘荷电 当在放电极和收尘极之问施加直流高电压,放电极周围的小区域内空气全部电离, 可以看到一圈蓝色的光环,此时为电晕放电。放电极称为电晕极。当外加电压进一步加大, 空气电离的范围逐渐扩大,最后导致两极间的空气全部电离。在放电极附近的所谓电晕区 内J下离子立即被放电极(假定带负电)中和,自由电子和随即形成的负离子则因受电场力的 驱使向收尘极移动,并充满到两极问的绝大部分空间。当含尘气流通过电场空间时,气流 内粉尘粒子与自由电子或负离子碰撞结合,便实现了粉尘的荷电[23】。 3)粉尘沉降 荷电粉尘在库仑力的作用下向收尘极运动,经过一段时间后达到收尘极表面,然后放 出其所带电荷而沉积在收尘极上。
4)清灰

当收尘极表面上的粉尘达到一定的厚度时,用机械振打(包括自动装置振打)或者水洗 等方法将其除掉,使之落入到下部的灰斗中。放电极也会附着少量粉尘,隔一定时间也需 要进行清灰【24J。

两安1:业大学硕士学{i》=论文

电除尘四个物理过程可由图2.1表述

气钵魄离过程 电晕放电产牛大量的难负离 子


耪尘赫电过纛 电晕区内磁离子立即被电繁极表面tft和,自由离予、负离予在电场力作 用下向收尘极迁移。粉伞勺负离予、自由离子碰挣结合成带负电的粉坐


收尘过程 在电场力侔删下,菠电耪事运动刭收坐擞表面放出电萄泷秘矗褒萄, 形成粉伞薄层


清灰过程 牧垒极表疆耱尘到+‘定浮瘦嚣嚣列终力(鞠缀翔‘)方法逮行浚 灰

图2.1电除焱的四个物理过程

2.2静电除尘器王作流稷及基本结构
静电除尘器的本体与工业锅炉的排气烟囱的烟道相连,含有粉尘的烟气从锅炉的排烟 道进入除尘器的本体,粉奎被吸除在除尘器的集尘缀,经避滤的气体从爝道经烟囱排出。
如图2.2所承。

电除尘嚣主要国两大部分组成。一部分是电除垒器本体系统,茄一部分楚提供离压直 流电的高压供电装鼹和低臌自动控制系统。高压供电系统为升压变压器供电。升压变压器 输磁负的高压透过隘尼电限与本体的电晕极稽连,隰尼电隰可缓冲瞬时火藏放电电流并超 到抑制高频分量的作用,除尘器集众极接地。低压供电控制系统用来控制电磁振打锤、卸 获电极、输灰电极良及尼个部侔的澄度。



柏安l业入学硕叶:学俯论叟

擞2。2静惠狳垒瑟的工传浚缓霆

2.2.1除搬器本体

电除尘器本体的主要部件包括:烟箱系统、电晕极系统、收象极系统、槽型板系统、 臻获系统、轰传、管臻、壳俸檬渥亵梯予乎叁管。 烟箱系统包括进气烟箱和出气烟箱两部分。进气烟箱是烟邋与电场之问的过渡段。烟 气经过邀气滔铤要完残出避气娲耱鹅书饕遴截甏弱龟场大截嚣躬扩敷。为了速到整个奄琢 截面上气流分向均匀,在进气烟箱中装商两层以上的分布板,同时在进气烟箱上要有对激 发送行测定豹测孔。出气燧筵是己经净化过躲煞气出电场到出气烂道豹避渡段,这墨对气 流分布的要求比较低,只要注意不要因为烟气流速的急剧变化对电场内的气流分布造成较
大豹影峨就可以了。

电荤极系统蹙产生电晕、建立电场的最主要构件,它决定了放电的强弱,影响烟气中 粉尘蔫电的性能,直接关系着除尘效率。另外,它的强度j摹曩可靠性也直接关系誊攫个电除 尘器的安全运行。所以电晕极系统是电除尘器设计、制造和安装的关键部件,必须选配良 好幻线型,合理的结掏秘适宣豹振打,安装对要保证严掺的极闽距,保诚整个毫拳极系统
与除尘器其它不见的良好绝缘和足够的放电距离。

收尘极系统是出若干排极扳与电晕极楣蜘捌}剧共同缀成电场,是使粉尘沉积的重要部
件,它舂接影响电除尘器的效率。

搪型板系统怒排列在最后一个电场的出口端,对逸如电场的尘粒进行再捕集的装置。 2.2.2静电除尘器的控制系统组成 1)高压供电装置 电除尘器的离压供呶装置的主要功能,是根据烟气翻粉尘性质,琏对调整供给电除尘
Io

丽安I:业人学硕十学付论文

器的最高电压,使之能够保持平均电压稍低于即将发生火花放电的电压(即伴有一定火花 放电的电压)下运行。国内通常采用的可控硅自动控制高压硅整流机组,该装置是一个以 电压、电流为控制对象的闭环控制系统。它可将工频交流电变换成高压直流并进行火花频 率控制。高压供电要求的电源是直流、高压(40—70KV)和小电流(50—300mA),包括升压变压 器、高压整流器、主体控制(调节)器和控制系统的传感器等四部分。见图2.3,升压变压器、 高压整流器及一些附件组成主回路,其余部分组成控制回路。

白控

图2.3高压供电装置图

①变压器升压变压器是将工频380V交流电压升,匝至JJ60KV或更高的电压。电除尘器运
行的特有条件对变压器结构和高压绕组有特殊要求,其绝缘性能要能够经常超负荷运行,

这种超负荷在除尘器击穿时就会发生,这样调节变压器输出端参数,其输入绕组要进行分 节引出:除尘器内供电参数的调节都是通过手动或自控信号柬变动升压器的输入端来完成
的。

②整流器电除尘器电极上所需要的电压是固定极性的,所以由变压器得到的高压电流
必须经过整流,使之变为直流电。

③主体调节器电除尘器内工况电气条件主要是靠调节高压电源来控制的,高压电源的
调压都是在高压电源的输入端进行的。调压主件过去曾用过电阻调压器(多采用受动调

节)、感应调压器等,现在普遍采用可控硅调压器;可控硅调压元件反应速度快,能够使整 流器的高压输出随电场烟气条件而变化,很灵敏地实行自动跟踪调节。由可控硅输出的可 调交变电压,经升压器升压,再经桥式整流器整流成为高压直流电。 ④自动控制回路这部分的工作原理是控制可控硅的移相角,从而达到控制输出高压电 的目的。它以给定的反馈量为调压依据,自动调节可控硅的移相角,使高压电源输出的电
压随着电场工况的变化而自动调节;同时,自控回路还具备各项保护性能,使高压电源或 电场在发生短路、丌路、过流、偏励磁、闪络和拉弧等情况时对高压电源进行封锁和保护。

2)低压自控装置
低压自控装置包括高压供电装置以外的一切用电设备,是一种多功能自控系统,主要有

内安l业人学硕十学伉论文

穰控、操作显示和低压配电三个部分。按其控制目标,该装置商如下几部分: a、泡辍援势控裁臻控裁缝一毫场豹嚣秘憩辍投爨骧尘婕滋进孝亍援努,爨不要羁孵 进行,丽应错开振打的持续时间,以免加剧二次扬尘,降低除尘效率。目前设计的振打参 数,振钌孵阕在l-5min内连续霹调,捧吱对闽5.30rain连续可调。 b、卸灰、输灰控制灰斗内所收集粉尘达到一定程度(如到灰斗高度的l,3时,)就要 开动星形卸灰阂以及竣坎辊进行簸摊获,也有的不管坎斗内粉尘多少,秘灰闽定辩卸扶。 c、绝缘子黧内要求实现恒温自动控制为了保证绝缘子室内对地绝缘的变管或瓷轴 嬲清洁予燥,以傈持其良好的绝缘性能,通常采敬加热傺漫措藏。加热激发硬较气髂零点 溢度高,30℃左右绝缘予室内要求实现恒温自动控制;在绝缘子窒达不到整定温度前,高 压支流电源不缛投入运行。 d、安全连锁控制和其他自动控制~台完荣的低魇自动控制装置还应包括高压安黛 接地开关的控制、高压整濂室通风极的按制、高压运行与低压电源的连锁控制,以及低聪 操作寻好显示电源控制和电除尘器的运行于设备事故的远距离监视等。 静电除尘器的低压爨动控制装置,如温度检测和恒激加热控制,振打周期控制,高低 位报警和自动卸灰控制等。其中为了提离静电除尘器的除尘效率和节能的关键控制系统 为:振打周期控制和高电压控制及(电肇功率控制)。 由予静电除垒器是依靠电场库仑力的作用束实现除尘的,因此整个电除尘的控制都怒 围绕微电场展开的,其中高电压控制即(电晕功率控制)足整个控制系统的关键,他关系 到整个静电除尘器的除尘效率。

2.3小络
本牵分绍了黪电豫叠三器魏基本擐理,基本结约、工掺浚程及控制系绞组或。下章我翻 将分析影响除尘效率的因素,并给出提离除尘效率对策。

3静电除尘器除尘效率分析研究

3静电除尘器除尘效率分析硒究

3.1引言
电除尘器作为高效滁尘设备臼上世纪80年代初引入我国电力行业詹,在短短的二十几 冬时间里零到广泛的应用。随着环保法规的同趋严格,掰建的大溅火力发电厂均已采用静 电除尘器避行除尘,投入商业运行的一部分发电机组己将水膜除尘器改造成静电除尘器。 傻是电除尘器长期使用詹存在除尘效率下降,除尘二次电压下降藏不稳定,达不剿设计馕 要求的情况,甚黛造成引风机叶片磨损,影q向机组的安全运行。 影响电除尘器效率的因素很多,运行工况对电除尘器效率的影响很大,大致可以分为 溺个方西i碉:粉尘性质、烟气待髋、结构圆素、运行因素等等。这些因素之间的相互联系 如图3.1所示,各种因素的影响直接关系到电晕电流、粉尘比电阻、除尘器内的粉尘收繁
和二次飞扬这三个环节,雨最螽结果表现为豫尘效率的离低。

在电除尘器擞号,锅炉煤种一定的情况下,影响电除尘器除尘效率的因素就主要在于 辩设备运行参数的调节和设备的绦护。电厂有关入员可以通过运行优化调整、设备维护、 改造等加以改变。在此,本章对影响电除尘器除尘效率的因素加以分析,并提出提高除尘
效率的对镱。

翻3.1除坐效率豹影响因素

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3.2粉尘性质
3.2.1粉尘比电阻对除尘效率的影响 粉尘比电阻是衡量粉尘导电性能的指标,它对电除曼|三器的性能的影响最为突出。粉忿 魄宅隧夜数筐上等于蕈袋嚣获、攀经蓐爱粉尘懿泡毽夔。逛除尘器最逶会豹羚尘魄奄疆蕊 圈是104-10“S'2.cm,比电阻低于104 Q.cm的粉尘,它一-N达阳极板表耐不仅立即释放电 芬,瑟显幽予静镞感应获褥彝辍援叛露投毪懿委毫蕊,羲爱毫黎影残熬赘}蓐力太褥是瑷芟 服粉尘的粘附力,则已沉积的粉尘将脱离阳极板而重返气流,重返气流的粉尘在空间又与 瘸子镅磁篷,会鬟灏获穗露臻极溺桎豹受邀萄瑟缮次囱鞭投板运行,结聚影或在鞠掇叛上 的跳跃现象,最后可能被气流带出电除尘器。如不采取措施,就达不到预期的收尘效果。 皴打或爨l藩收尘援援上鹣耪尘对忿瑷象搿以起到缀好的攘铡转髑i2q。 当粉尘比电阻超过临界值lO“Q.cm。以后,电除尘器性能就随着粉尘比电阻的增商 弼下降,壤握欧姆定律,电流通过具有一定电照抟粉尘层的电鬟降为:
AU=plSIA

(3.1)

式中:△U一通过粉尘的电压降: p~粉尘比电阻: I~通过粉尘的电流: A一平板电裰的两积: 6~粉板样品厚度。 宙上式可敬辫出,懿粉尘范电篷趣j霪lO”Q.cm露,粉尘藩中静毫艨箨变褥缀大,遮 到一定程度后,致使粉尘层局部击穿,并产生火花放电,即通常所说的反电晕现象,发农 爱毫晕蒸,二次邀滚增大,二次意压洚低,羚垒飞扬严鬟,导致收尘瞧缝显著瑟纯。 从改变p的角度来讲,可以通过喷入S03或NH3来进行烟气调质,降低粉尘比电阻。 褒燃煤惑厂中也缀豢混台嵩硫爆淘低蘸煤寒调节。 从供电方式上,间歇供电可以减少反电晕的影响l捕,它可在电压将到达火花电压之 静即停业供电,囊情况缓解以压褥继续供电,此项技术不但可以提高收尘效率,还可以节
约电能。


3.2,2耪垒粒径砖狳垒效率翡影瘸 粉尘粒弪分匆对龟躲尘嚣总的赊尘效率毒很大约影骥,这是黩是荀电粉尘的艇进速发
随粉尘粒径的不同而变化,根掘公式:

∞。粤
oTr#

(3.2)

式中:n一与粉尘性质有关的常数;

∞~粉尘驱进速凌:
14

曲安l:业人学硕十学位论文

a一粉尘粒半径: “一烟气的黏度。 可以看出,驱进速度与粒径大小成正比,若其它操作条件没有大的变化,其除尘效率
随着粒径不同而有差异,粉尘粒径越大,驱进速度越大,除尘效率越高。粉尘粒径很小时, 很大部分粉尘被气流带走,而且由于粉尘粒径越小,其附着性越强,因此吸附在电极上的

细粉尘不容易打下来,这样会使电除尘器的性能降低。解决这种情况的办法只有在锅炉燃
烧调整和制粉系统上多做试验。

3.2.3粉尘粘附性对除尘效率的影响 粉尘具有粘附性,可使细微粉尘粒子凝聚成较大粒子,这对粉尘捕集是有利的,但是
粉尘粘附在除尘器壁上会堆积起来,造成除尘器发生堵塞故障。在电除尘器中,若粉尘的

粘附性强,粉尘会粘附在电极上,即使加强振打力也不容易将粉尘打下来,进而出现电晕
线肥大和阳极板粉尘堆积的情况,影响工作电压升高,致使除尘效率降低。针对这种情况

必须进一步探索煤种的变化对粉尘粘附性的影响,调整煤种使其排出的粉尘适合电除尘器
收尘。

3.3烟气特性
3.3.1烟气温度和压力对除尘效率的影响 烟气的温度和压力影响电晕始发电压、起晕时电晕极表面的电场强度、电晕极附近的 空间电荷密度和分子、离子的有效迁移率等。温度和压力对电除尘器性能的某些影响可以
通过气体密度的变化来进行分析。
7’ p

6=/5。.卫.二一
。?。昂

(3.3)

式中:60一烟气在瓦和R时的密度;
瓦一标准温度(273K);

只一标准大气压;
r一烟气的实际温度; P一烟气的实际压力。 参数6随温度的升高和压力的降低而减小,当6降低时,电晕始发电压、起晕时电晕 极表面电场强度和火花放电电压都要降低,致使电场电压升不起来,这些影响可以用6对 电晕极附近的空间电荷密度的影响来进行解释,当6减小时离子的有效迁移率由于和中性 分子碰撞次数减少而增大,因为在外加电压一定的情况下,将导致电晕极附近的空间电荷 密度减小和收尘极的平均电晕电流密度增大。电晕极附近的空间电荷密度减小,导致在电
晕极表面以较低的电场强度获得一定的电晕电流,于是当6减小时,为了在阳极板上保持

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~定的平均电晕电流密度,则外加电压必须降低,致使除尘器功率降低,影响除尘效率。 赊垒器鲍最佳运芎亍爆度在140.150℃之闼,舞l栗接爝涅凄毫予姥范爨薅直接影昀电除 尘的电愿、电流等参数。至于烟气压力经过几次测试影响不是很大,所以降低摊烟温度, 不{叉夔镊炉效率有掰提麓,嚣且蹲宅豫尘嚣效率豹提毫瑰是攫明疆豹。装骞暖风器豹锅炉, 环境温度升高时,在不加剧空气预热器的积灰或腐蚀情况下,可适当降低空气加热温度或 停用暖城器,使撼烟涅度降坻。 3.3.2烟气含尘浓度对除尘效率的影响 当古尘气体通过电除尘器的空问时,粉尘粒子与其中的游离离子碰撞而荷电,于是在 瞧瓣尘嚣蠹便出现嚣静形式豹魄旖,离予电荧翻粒子电萄,辑以邀晕电流一方嚣是麦子气 体离子的运动而形成,另~方面是由粉尘粒子运动而形成,由于粉尘粒予大小和质量都比 气体枣子大褥多,瘊以气俸裹子懿运动速凄为粉尘粒子嬲数吾穆,这撵,由羚尘粒子掰彤 成的电晕电流仅占总电晕电流的l%一2%。随着烟气中含尘浓度的增加,粉尘粒予的数量也 增多,以致由于粉尘装予形戏的魄晕电滤虽然不大,但形成的空秘电费却很大,接近予气 体离子所形成的空间电荷,严重抑制电犟电流的产生,使尘粒不能获得足够电荷,除尘散 窭下降。若含尘浓度太大时,可熊馒电流趋近予零,使收尘效栗明显恶化,这弛现象称为 电晕闭塞。在生产实践中为防止这一现象的产生,应选用灰分含艟少的煤质并合理调整燃 烧,以减小烟气含尘浓发,提赢电除尘器效率。

3.4结构因素
3.4.1漏风对除尘效率的影响
漏风不仅增加了电除尘器的烟气量,造成烟速提高,而且易使阴、阳极结露积灰,释

致除尘器效率下酶。若从荻斗漏入空气,姆造成收下豹耪尘产生褥次飞扬,也会搜除尘效 率下降。应利用设备大小修理和平时停炉机会,对电除尘器的漏风进行治理,使漏风系数 明显减小。加之出于不蛾豹磨损域痿蚀,瀛撤现象随时可能出现,因此黠潺风的治理必须 引起高度的重视,应经常细致圭I觐进行漏风治理,及时消除漏风。 3.4。2气流分布不垮匀对除垒效率戆影确 气流分毒不均也会弓|起电狳尘器效率的降低,届都气流速痰蔫豹地方会出理冲刷现 缘,将已沉积在收尘极极和灰斗内的灰三|三再次扬起,造成二次飞扬。另外,在气流速度低 豹区域内,电晕线上可能积累过多豹粉尘,抑制电晕,学|起不均匀豹电肇放电。气流均匀 程度主要依靠J下确选择管道断面与除尘器断面的比例(开口比),以及设鬣气流分布装置(常
煺的有气流分匆板、导瀛时片)柬达到。



两安T业大学硕十学伊论文

3.5运行因素
3.5.1供电状况对除尘效率的影响

电除尘器的除尘效率与施加于电除尘器的高压静电场E2成J下比关系【2 71。所以必须给
电场施加尽可能高的高压,才能使电场中的气体分子充分电离,使粉尘有机会带上尽可能 多的电子而获得较高的除尘效率。但电除尘器的阴、阳极问的距离确定以后,两极间所能 施加的直流高压不能无限制增加,否则,若超过所能承受的最大场强,就会使得电场产生 高压击穿并伴随火花放电,即闪络,若电压再升高,还会使电场高压产生持续弧光放电, 即“拉弧”,此时,除尘效率将下降,如不能有效的加以克服,还可能造成设备事故。

3.5.2振打系统运行状态对除尘效率的影响
电除尘器内电场的振打装置主要用来定时清除电场内极线和极板上的积灰,保持电场

二次电压的稳定。决定振打清灰效果的一是振打力,二是振打制度。首先,振打装置要能
够产生足够且适度的振打力,并保证振打力沿极板和极线正常传递,使极板、极线处于清 洁状念,保证电除尘器的再捕集能力,这是决定电除尘器能否保持长期稳定高效运行的关

键因素,振打力过小不足难以达到清灰目的,过大则使黏附成块的飞灰被振碎。其次,要
有合理的振打周期,振打周期过小不仅增加能耗,甚至加剧反电晕现象的产生。因此,对

于振打清反的理想要求是:①振打力于好使粉尘能脱离电极而不至于过大,这样既使二次 扬尘最小,又使电极保持清洁,且振打系统损伤程度最低。②粉尘层应该堆积到一定厚度 再打。③对于不同粉尘特性、不同电场的振打时间和间隔应有区别。同一台电除尘器的不
同电场,极板清灰所需要的振打力和振打间隔是不一样的。其原因是后续电场捕集的粉尘

粒径较细,故其比电阻高,荷电粉尘到达极板后电荷不易释放,振打清灰困难;二是细灰 的比表面积大,豁附力强,要使其脱离极板的振打力刃i需增大:三是后续电场烟气含尘浓
度小极板集灰薄,受振时灰层脱离极板的惯性力小。因此,一电场所需振打力最小,需要 的振打间隔也最短,末级电场,粉尘最细、最黏、灰层最薄,因此所需的振打力最大、振

打间隔最长。因此,不同电场应按实际需要选用不同结构形式与设计参数的振打清灰系统。
实践表明电除尘器振打清灰周期的时I、日J长短,对除尘效率的影响十分显著。电除尘器 振打时间一般由制造厂给定,但在实际运行中由于煤种的变化,粉煤灰的特性也随之发生

变化。振打清灰周期时间设置过长,则积灰太厚,虽然有时灰也能自行剥落,但会降低除 尘效率。振打清灰时问设置过短时,由于各狄层太薄,振打下来的粉煤灰重新被烟气带走
而加剧二次扬尘,降低除尘效率。因此,各个电场振打时J’日J的设定,也就成为提高电除尘

器电场二次电压,保持电除尘器高效运行的重要手段。理想的振打周期目前尚难用理论计
算确定,但合理的振打周期可以通过实验的方法加以确定。

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3.6小结
总之,影嗡漱除尘器往麓的雕素缀多,除镤椎控素《矮鲞筛,电除尘器的本体结梅参数 及性能、粉尘特性、烟气性质和运行维护水平等均对电除尘器性能有重要影响。但对于遴 行中酶魄除尘器,放供嘏控翻氯发采取逸当搐麓,是撵搿除尘效率最经济、最方便、最纛 接和最重要的手段。下面我们将讨论高压供电电源供电方式、控制方式和高压供电控制方 法,遴露研究离聪供电懿节熊与优纯茬露l。

4静电除尘器高乐供电的1I能优化控制方法研究

4静电除尘器高压供电的节能优化控制方法研究

目前,在安全可靠的前提下如何提高除尘效率和节能技术是电除尘器的研究热点。而

高压供电电源是静电除尘器的核心部分,其供电方式、运行方式和其控制方式的不同,对
静电除尘器效率和运行稳定性具有重要的影响。

4.1静电除尘电源的供电方式
电除尘器自动控制技术,它是随着当今科学技术的快速发展和社会不断进步的需要而 逐步发展和完善起来的。电除尘器的供电方式从原始的机械整流、电子管整流、自耦调压
整流到饱和电抗器自动调压整流等,直到可控硅移相调压技术的问世,爿使电除尘供电技 术提高的自动控制水平上。 可控硅自动控制高压硅整流装置是电除尘器普遍配套使用的一种高压供电装置。这种 控制装置以检测电场二次电流为反馈信号。自动控制系统接受到各种反馈信号之后立即进

行分析判断,并迅速发出控制指令改变主回路调压可控硅的导通角,使电场电压得到调节。 而电场电压自控调节主要是以电场所能施加的最高电压(即闪络击穿电压)为控制依据。随 着电场烟气条件的变化,电场击穿电压降低时,电场产生闪络。此时自控系统接受到这一
反馈信号后,随之发出控制指令束使主回路调压可控硅封锁,而使整流器无高压输出,以

保证电场介质绝缘强度有足够的时f’日J恢复到闪络击穿前的iF常值。为防止闪络封锁主回路
调压可控硅后再次重新导通,整流器高压输出使电场发生第二次连续『^J络,必须使闪络封 锁后的高压输出值比叫络发生前的高压值减低一个适当的幅度。并且其数值的大小可根掘

电场烟气条件及其变化趋势,在一定的范围内进行整定调节。显然,电场电压值每当闪络 封锁一次后,将从降低以后的电压值开始逐渐向另一次闪络电压值接近,而且上升的速度 也是可以调节的。通常把电场电压上升速率的调节称作+du/dt调压,而把闪络封锁后电场 电压下降幅值调节称作.du/dt调节。通过调+一du/dt,可以改变电场每两次闪络的间隔时间, 即闪络频率。通常把除尘效率最高时的“火花率”称作“最佳火花率”。

4.2高压供电电源的控制方式
静电除尘器的高压电源是把O到380V工频电压,经过升压器升到几十千伏(目前我国 一般采m60—72千伏)经整流后加在除尘器的两极上。为了使静电除尘器在除尘工况变动时

能始终保持高的除尘效率,供电电源应能在运行过程中不断对其输出的电压和电流实现调 节。调压通常在低压侧进行。早期的静电除尘器中都采用自耦变压器和手动控制实现高压,
手动调压是无法及时跟随烟气情况的变化而改变电压的,而且为避免经常反复调节和电流

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过大而发生跳闸现象,工作电压只能保持在很低的水平,使静电除尘器的效率不能得到充 分发挥。理想的供电电源必须能实现自动调压。可控硅调压装置能根掘烟尘的变化快速灵 敏地调节电源输出的电压和电流。如图4.1所示。

图4.1可控硅调压结构图

可控硅调压装置由两只反向并联的可控硅组成,接在电源和整流变压器之间,只要控 制加在可控硅控制极上的触发脉冲信号,就能改变可控硅的导通角,使整流变压器的输入 端获得大小可调的交流电压,电源和可控硅之|’日J的电抗器用来改善电压波形,使之连续平 滑,并限制电流上升率,对瞬间电流以变化起缓冲作用。控制器依掘控制信号来控制可控 硅的触发角和导通角,控制方式很多,主要有以下几种114]: 1)火花率控制 火花率控制是静电除尘系统中最重要的一种控制方式,它是利用除尘器的火花闪络信 号作为反馈指令来实现运行电压调节的。除尘器正常工作时允许有一定的火花率,但为了 避免由火花放电过渡到电弧放电,除了要有阻尼电阻外,除尘器一旦出现火花放电还可由 自动控制系统立即对可控硅进行封锁,使电压立即下降到零值并使可控硅关闭一定时间 f一般为10—40ms),然后再从某一个较低的电压继续上升到再次发生闪络。视运行需要, 也可采用火花放电后可控硅不封锁而只减小其导通角的火花控制方式,这样反复循环使除 尘器保持在一定的火花率下运行。 2)最高平均电压控制 最高平均电压控制是利用电晕极和集尘极之间的最高平均电压作为反馈信号的自动 调压系统。由于火花放电会造成电极问电压的波动与其平均值的下降,在有火花放电时, 除尘器两电极之foJ的电压的增长速度将低于供电电压的增长速度。随着火花率越来越高, 电极两端平均电压随供电电压的增长将愈来愈慢,甚至下降,与最大平均电压的火花率也 就是除尘器的最佳火花率。最高平均电压控制的方法就是利用后一单位时间内的检测到的 平均电压与|j{『一单位时J'日J内的平均电压进行比较,利用其差值来控制可控硅的导通角,如 果平均电压下降,则减小可控硅的导通角,反之加大可控硅的导通角。 3)脉冲供电和间歇供电控制 脉冲供电是将通常的工频整流100Hz供电波形变成周期性不等幅波形,其中高半波的
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两发I:业人学硕+学忙论文

幅假和低半波幅值之比及低半波的个数可以根掘工况需要设定。当脉冲供电的高低半波幅 餐}£篷缓大薄,波形趋两潮甑,鄂残恣闲歇辣洚供惫,麓舔澎歇绥电。脉冲洪龟和润歇珙 电特别适合处理高电阻率的粉尘,还能起到节能的效果。 ‘|)耧爨灭花控铡 在需要防燃防爆的场合是不希望有火花放电的,在这种情况下可以用无火花跟踪设
备,利曩电场发生瓣络藤懿颈;§缤号,实瑷貉爨火芯控利,捷龟场在不同鳕工猿袋l孛下,

都熊处于临界击穿状态,达到少火花或无火花的目的。 高性能筠赘电滁尘器绽经集多霉孛控裁方式子一体,劳虽还具套短弧、缀潞、聂爨、欠
压、过流和偏励磁等保护功能。

4.3高压傻龟控制方法
1)最大收尘效率法 由于除尘效率取决于搽作电愿的输出,因此,只要这种直流高压输出的控制特性满足 电除尘器的套静状态,提供与这一状态据邋应豹最佳(最大)电压,簸可保诞收尘率最大。 这个最大电压通过火花率检测或电压增量的检测或临界火托点的检测而得到,也就是电除 尘控制中的火花率控制、最高平均电压控铡、临秀火花控制。这秘以收尘零为最大的控制 策略尽管对不同的粉尘、不同的电场具有好的鲁棒性,但从能耗角度讲是不经济的。 2)最优控制法 郎采用最优化计算方法计算最优操作电压,并确保操作电压维持在最优电压上。如张 平提出了收尘率最大为最优化目标的最优化控制方法【2”。谯实际远行中操作电压的最优 化汁算不仅要考虑收尘效率,而且还应考虑电能的消耗。也就是浇,在满慰出口粉尘浊度 要求的静提下,应尽可能减少能耗,因此,许多研究人员研究出口浊度控制方法。 3)出口浊度撩伟4方法 将出口的浊度信号反馈到控制系统构成闭环控制。目illj"大多数出口浊度控制以经验为 主。谢克磷、岳波采用烟尘、浊度朗闭环率缀控利实现对烟尘浓度的定值控制,克服了l冀 往电除尘器系统控制烟尘浊度所采用的经验法。 每个不问开发者其控制技术静设计思想却各有千秋。迸有些学者对电除尘器的理论、 结构、安装、维护簿方面进行了广泛的研究。【29】最近几年,顺应环保要求越来越严格以 及溆厂竞价上网静形势,为了达到簿敖标礁、降低投资,麓束越多的学者又获蓠魄梳理、 供电方式等方面做了大量的工作。圈静比较普遍的是浊度负反馈控制,将出口浊度信号反 馈鄹电压控制系统中去控N--次电压,不j筵茸静太多数浊震控制蔽经验为主强“。文献[28】 中由静电除尘器供电的基本方程的得出电压最优控制方程。得到最优控制电压的估计。但 是京实际运行中,搽作电压静最优亿计算不仅要考虑除尘效率最离,还应该考虑麓载润踅, 即猩保证排放浓度的条件下,应陔尽可能的减少电力消耗。针对这燧问题,本文兼顾除尘 效率帮供毫虢量,对高歪骰惫电添及珙电方式技术方蘑进行辑究,将静电狳垒效率与靛耗
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州安J:业人学硕十学位论文

结合起来,实现电除尘器的整体优化、节能。

4.4高压供电节能和优化控制方法的分析与研究
4.4.1电气收尘机理 1)电晕放电 在放电极和收尘极之间加上高压电,提高这个电压,则电极间形成不均匀电场,越靠 近线电极,电场越强,越到收尘极板,电场越弱。在通常的空气或由电除尘器处理的排放 烟气中,存在着因宇宙线和放射线等而被电离的电子和离子。当两极问电压升高到一定程 度后,空气和烟气中的电子从电场中得到动能,与气体分子相碰撞,使中性气体分子失去 电子而变成正离子,这就是所谓的电离现象。即产生M斗M++e的变化。能够引起分子 电离的最小能量的电压叫电离电压。加在电极间的电压达到电离电压以上时,中性分子就 会继续电离变成正离子和电子,电离产生的新电子继续碰撞,反复电离,引起电子雪崩。 给气体分子以能量而使其电离的电场,只限于线电极附近的场强很强的区域。即电离 区仅限于线电极附近。因碰撞产生的电子离开电离区向阳极区运动,使附着在其上的中性 气体分子成为负离子。即:M+e_M一,另一方面,因电离产生的正离子M+向阴极一电晕 极运动,与阴极碰撞.被阴极吸收。同时,用碰撞能量还会使电子从阴极废除。因正离子 在阴极表面产生二次电子,使放电得以自持。这就是电晕放电的原理。 2)电晕开始时的电场强度 在放电极和收尘电极之间加上电压,并逐渐提高电压,则放电极周围会出现电晕。此 时的电压和电场强度叫电晕开始电压和电晕开始电场强度。对于同轴圆筒电极,根据高斯

定理,电场强度E可用下式表裂31l:

肚素
式中,E一半径为r点的电场强度;

∽-,

V一电极间的电压:
r一从放电极到任意点的半径:

卜收尘电极内半径:
a一放电极半径。
式(4.1)所表示的电场状念是电晕丌始以Iji『的状态。进一步提高电压,电晕就会发生。此电 晕开始电场强度可由下面的形式给出: 压

E=30m5(1+o.30,]-三)[KV/cm]
式中,in一放电极表面系数(O<m<1); 6一气体相对密度。

(4.2)

曲寅1.业人’7:硕十导’{山论文
293


弘—293—+t‘赢
式中,t_一气体湓度(℃); P一气体厦力(mmHg).



(4‘3)

由于平板电极之问的距离远大予电晕线鹃半径,所以导线附近的觅场分布与同辅豳柱形 电极的电场分布相似。 3)起犟电压 有了越晕场强,从放电极表面剿收尘极内表面将电场强度进行积分就得到起肇电压

K。e耐肌f争=aE。tn尝=30m5(1+0.30撵)Ln≯)(44)
4)电擘藏毫豹伏安特性 对于平行平板电极,电器放电特性公式由

Cooperman(Communication&Electrostatic?Mar?1960)撰霉毽㈤:

f一;丽K扩(y一鬈)
这麓,查≤&6薅,露:丝

f4.5)

》嘣川。表


督二’7k

式中,卜放电极及收尘极间的极fnllg巨; 扩敖龟辍拳径; r放电极和放电极的问距的一半。
4.4.2节能分析

除尘效率是评价电除奎器性能静一个熏要指誊彝,根据收尘理论,除尘效率可表示为‘,4’:
n=l—e酽 (4.6)

其中:A一沉淀极板的面积: Q一被处理的烟气鳖;
m一粉尘驱遴速度。 从公式看,当被处理的烟气量和沉淀极板的面积不变时,粉尘驱进速度值越大,则效 率越高。粉尘驱遥速度的影响因素很多,当荷电充分瞬,驻迸速艘可戬表示瑟2l:

“2丽qE。蔫%办£2

(4+,)

其中:‰为真空介电常数,瓦为烟气介电常数,∥为烟气粘度,d。为粉尘颗粒直径, E薤琵与U帮l麓乘积为供惫麓量。bk(4.7)式爵激番密,驱避速凄诿跑予鬏较壹径秘供毫能

艇安l业人学硕十学位论文

量的平方。

垂以上公式霹以发瑰,提褰攥终电愿,电晕邀漉瞧会廷操掺电压熬增加瑟迅速增热, 从而供电能量E增加,驰进速度增大,收尘效率提高,然而电除尘的操作电压总要受到放 龟电掇翻牧尘邀掇阂豹火花救龟影响纛不可能掇懑,随罄操作惫压豹提高,火花放电次数 迅速增加,火花放电现象将导致平均电厦下降,使收尘效率降低,而且煤种的变化,也可 能;|起发电晕,农反电聚豹情况下,增大电压反恧会弓l起狳尘效率的下降。 另外,由式(4.6),(4.7)女fl,收尘效率随操作电压的增加按负指数随线上升,警操作电 搓增麴到菜一值艨,收尘效率裁上秀季晕缀慢了,所以过分增加操作电联是不经济的。 当今,越来越多的火电厂已经丌始淀意到节电的经济效益问题。如何在排放达标的情 况下,尽可能节约电厂朋电越来越受到关注。 下面我们兼顾电除妄l羔器除垒效率和节约厂用电,对离压供电节能和优化控制进行深入
研究。

4.3.3高聪供电的节能控制 以电除尘器出口烟气含尘浓度为控制依据,当Co≤O.9c.,(其中%一EsP出口烟气含

尘浓度(mg/Nm3),c,,一£SP出弱烟气艇要求达到的含尘浓度(mg/Nm3))时自动执季亍节能
控制,自动调节备电场二次电愿,在傈诫出口烟气含尘浓度达标(Co≤c.,)的基础上降低 熊耗,达到jP-4minfP为ESP消耗功率)的节能目标。节能控制主要发生在锅炉负萄比较 低,烟气量以及粉尘浓度相对比较小的工况条件下,传统的火花跟踪控制以火花电压为滤 行基准,因此容易造成熊源浪费,同时,对于电除尘器运行来说,电晕功率与除尘效率并
j}线性关系。 传统的电除尘器供电理论认为,电除尘器的除尘效率与供呶功率成正比,投入的功

率越大,除尘效率就越商。实际上,这种理论的藏确馁在实际魔用中是有条件豁。首先, 它只考虑了一般的情况,在高比电阻,反电晕的情况下,由于在收尘极扳的粉尘层出现了 电晕离予,电晕离子出束的大量电离子向电晕匿运动,形成电流的大限度增加,但是遮黧 电离子与荷电粉尘中和,排斥了粉尘颗粒向收尘极运动,从而降低了除尘效率。在这种情 况下,觚龟场茯安曲线来看,电流的大幅上舞导致电压酌下降,出现携点现象,供电功率 投入急剧上升。在现代,整流电源出现了问歇供电方式,同时也出现了脉冲供电电源。这
稀技术静应雳表明,电除尘器静除尘效率与供毫功率劳不是一~对应静, 采用间歇脉冲供电技术可以实现在节约能耗的条件下达到在同样的全波供电的除尘 效率。除噩乏之井,电豫垒器在运行孛还存在诲多霹菇节麓戆嚣素。铡翔,龟除兰i三器乖l矮率

在设计中都有一定的余爨,特别是新投入使用的电除尘器,运行电流特别大,但在达到一 定电流嚣,继续建高毫流露除垒效率贡献缀奎,艉耗浪费极大。壤经受耱在疆蜂辩,入秘 禽尘浓度本身在下降。锅炉燃煤煤种中台扶量、化学成分等因索的变化导致灰嫩比电阻, 禽获浓壤豹交豫等等。这些都表鞠:嚣因定兹供泡方式积溷定懿貘龟筢蘩瘸于龟狳尘器运
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两安1:业大学硕十学俯论文

行仪考虑满足机组的最大负荷,而不能适威变化工况,特别是低负荷调峰工况。在一定的 条{譬下,或耀正确豹方法缓电除尘器达到强效蔫筑熬嚣豹怒完全露《髭戆。

4。3.4高压供电的优化控制 同样以出1:3烟气的含尘浓度为控制依据,当时co>O.9C.,自动执行,针对各种变化的 运行工嚣,按照穰襁控裁特性,达爨17一max静饶像蠢标。 一般来说,提高除尘效率的高压供电措施主要有以下几种【331: 1)采疆囊亵聪供电 大量实验表明:在相同条件下,采用负高压供电比正高压供电具有起晕电压低、击穿 电糕亳、邀晕王杰率大、运行稳定等臻点。霸茂,受麓莲貘惫在工致电除尘中褥到了广泛瘦
用。

2)选择舍逶鹃宅基波形 如图4.2所示1341,为圈内外电除尘器高压供电设备较常用的媳有一定峰值和平均值 数默动受壤妻滚电茨波形。蝰蘧电蘧有利予粉尘蔼泡,焉平均电压蠢测予羚垒撼集。嚣此, 就根据粉尘的比电阻来选择合适的电压波形。对予低比电阻(P<104Q.cm)粉尘,困其易于 甍魄嚣不易臻集,敬应选撵峰蓬电疆羝恧乎玛电垂赢戆电压波形(麴三鞠全波整浚、经过

滤波的单相全波整流等)。对于中比电阻(104Q-c珊<P<5×10”Q?册)粉尘,因这类粉尘
骤菇予薄魄又易予摅集,教应选择蜂蕴邀疆和平均邈压均逡中豹魄压波形(热单棚全波整; 流、富能供电等)。对于离比电阻(P>5×10”Q.c脚)粉尘,因其不易于荷电而易于产生反 邀肇,效应选择蜂毽电压寒恧平均电压低靛电压波形(如睾波整浚、间歇脉冲供媳等)。 目前,我国绝大多数燃煤电厂运行的电除尘器,都采用意想全波整流的供电方式。通 常悸提下,这耪珙泡方式燕适宜黔,对于部分具有较高比电阻的粉尘,可邋过调熬变压器 的抽头(使W控硅的导通角oL=40%~60%)、改变控制方式(如采用|‘日J歇供电)和增大火 花频率(20次,分以上)等方法,达到提赢峰值电愿和降低平均电压豹尽豹,以利于粉尘
的荷电和捕集。

单相半波帮流

啦相全波鹅流

-二相仝波秘流

富能仪电

fHj歇供电

脉冲供电

图4.2高压供电设备躬电压波

婀安I:业人学硕士学位论文

3)采用合理的阻抗匹配田f 当电除尘器的板线极距和运行工况确定后,提高电除尘器的上限电压(即火花放电魄 聪)是困难的。懊是,通过选择合适的甄配阻抗,达到改善供电系统的伏安特性和提高电 举电流的目的是可行的。如图4.3所示,为电除兰l兰器在两缀不同阻抗匹配下的v+I特性曲 线。显然,通过阻抗匹配的调节,可使除尘效率明显提离。 出予电除尘器高压供电设备的内部照抗是感性的,其输出电压是脉动的,而电除尘器 本体的隰抗是动念的、容性的。豳此,按照戴维南定理,霹将电除尘器离压供毫系统近议 等效成圈4.4所示的电路。图4.4中晟为直流电压源,ej为交流电压源,二者迭加为脉 渤直流电压源。稀与厶是供电设备的内部阻抗(可调)。是,为电除尘器本幸奉瓣等效动

态电阻(幽V.I特性确定),C,为电除尘器本体等效的分布电容(约胪/m2)。尽管
兜除垒器本体的隧抗是变动的,不可弪鹊,僵是,高压供电设备静隧抗蔻可敬逸箨和褥熬
的。因此,通过娅确选择供电设备的阻抗并加以调整,就可以达到阻抗匹配的目的。

电除尘器离疆供电设备的隆抗与容戆紧密稻荚,正确选择供电设备斡容量,纛藏歪磷 选择了供电设备的阻抗。对于运行中的电除尘器高压供电设备,珂通过调节变压器的初级 擒头(一般漫有3~6个),经搿控硅静导逶麓在60%~90%蕊围癌交亿。镶熬惫莸嚣 抽头(一般也有3~6个),使输出电流波形圆滑对称。做各种方式下的V.I特性曲线, 姨中选择簸婷懿~稃茬翎方式,也藏达到了疆撬篷配豹瓣豹

c,

厶(n迭)

凰4.3不周匹配阻抗下的v—J特性

固4.4电除尘器高压供电系统近似等效电路

4)选择合逶麓控制方式 出于集成电路和微机控制在电除尘器供电设备的应用,使电除尘器具供电控制技术进 入7多功§2控裁游新酚毅。在电滁尘器高压侯电浚备中应箱懿控铡方式菇:火花跟踪控裁、
火花强度控制、临界火花控制、浮动式火花控制、最高平均电压控制、间歇供电控制、甯

熊供电撩翻帮反魄晕检测控毒《等。多功能茬裁功能翡著露程应弱,瑷强≯供邀设备黠毫场 烟尘变化的适应和跟踪能力:同时也要求运行人员提高业务素质,通过选择合理的控制方 式,达到提毫豫法效率懿嚣懿。 对于烟气合尘浓度较d、(109/矿以下1、粉曼I兰比电阻偏低或运行稳定的工况应选择临 赛火兹揆铡、最赢乎均亳茨控割戏浮动式火花控利方式,磐适当降低电聪上秀率鄹火兹频

州安I:业大学硕十学像论文

率(O~5次/分),就可以获得较好的效果。对于烟气含尘浓度适中(10~309/m3)、

牵魄电疆粉尘或运簿较稳定豹王瑷,应选择火花跟黥控刳、火花强震控割或袋裹平均龟压 控制方式,并适当调节火花频率(5~10次/分),也可取得好的收尘效果。对于含尘浓 度较高(309/m3以上)、粉尘比邀疆镶裹或运霉亍不稳定静工嚣,疫选努霪能珙惫控裁、 间歇供电控制或反电晕供电检测控制方式,并适当提高电压上升率和火花频率(10~15 次/分),媳可达裂提褰除尘效率斡嚣戆。努丹,火花、电弧灵敏度豹调蘩、趣络辫锬宽 度和深度的调整,电流极限和临界火花电流值的调整等均对控制特性有重爱影响。 4.3.5高压馁电静节熊优纯羧涮 苇戆与爨纯控黝虽然狻立发生程不强戆条{孛下(co≤0.9c。,或co>O.9c,,),毽秘票把 节能与优化独立分开考虑那就不能达到真萨的节能和优化控制,只商在节能的时候考虑优 纯,在撬纯豹弱露参与节熊,蠢‘是零控割静粪聂萎豹。因戴,在节缝挖剩中,采弱优化控 制的思想,即用最小的能耗达到最高的效率:在优化的过程中,本着节能的原则,以提高 狳尘效率戈最终弱熬,但嗣孵考虑熊耗尽量爨。在节戆与钱纯中寻求一个最佳载乎缀点羁 真破的控制点,柬达到效益最高。

4.4,J、结
本掌以藏压郝分为重点讨论了麓压珙惑电源豹供逛方式、控利方法,及其裹压供电技 术。并且从提高除尘效率和节能两个方向迸~步提出和研究简压供电节能和优化相结合的 控铡技术。

5基r Profibus。DP现场总线的静电除尘分布式控制系统

5基于Profibus-DP现场总线的静电除尘分布式控制系统

5.1现场总线概述
现代工业企业对自动化仪表和控制系统的信号采集、传输、处理的速度、精度和可靠 经等方蕊豹要求不颤提麓,模羧傣号簧浚与楚理援本在蘩些方委壤懿瀵是霉要。夔着擞电 子技术的发展,使得数字传输技术成为可能。以微处理器为基础的智能技术和网络技术在 转感嚣、变送嚣羧彳亍器积控裁器中豹痤翳曩盏成熟。曩辩售息技术豹飞遮发震,信息交换 从工厂现场设备扩展到控制、管理的各个层次;从车间扩展到工厂、企业及世界各地的市 场。现场总线(Fieldbus)就是颞应这一形势发震越来戆一秘男=敦式数字绽多点逶信豹底屡
控制网络。

S.1.1现场总线篱奔 理场总线是八十年代孛絮发矮起来瓣一耪悫迸夔控铡技术,宅将当今骢丽终遴绩与管 琏!观念融入控制领域。从本质上’说,它是一种数字通信协议,是连接现场智能设备和自动 纯系统熬数字式、全努毒、双自传簸、多分支缝捻款遥馈耀络,楚逶售按术、仪炭工业技 术和计算机网络技术结合的产物。现场总线是当今自动化领域的热点之~, 悫藿工垃控副技术又遂入了一个耪戆霹代。 现场总线技术将专用的微处理器置入传统的测量控制仪表,使它们备自都具有了数字 诗算彝数字运接能力,襞缮透信延{孛到现场生产设备成为可毙。劳采用可进罩亍筏挚连接的 舣绞线等作为总线,连接现场设备与远稷监控计算机,形成适应现代需求的、可以相互沟 通信息黪、共同完成控锈l饪务懿搠络系统和控制系统。它绘自动控剑带柬的变化,正如纛 联网把众多分散的计算机用网络联在一起,使得计算机的功能、作用发生的变化现场总线 镬理场设备与控铡系统鸯了通接能力,把它翻连接戒了潮络系统,因此现场总线被誉为自 动控制领域的计算机局域网。 由予基翦主流控制系统DCS的现场测控设备和控制室的输入输出设备采用一对一 连线,通过电压、电流的模拟信号进行测控,难以实现设备之间以及系统和外界之间的信 息交换,使自动化系统成为“信息孤岛”。要实现整个企业的信息集成,实施综合自动化,
就需要设计一种能在工娩现场运行的、後能可靠的、造价低廉的通信系统,形成Z厂底震

它的出现标

网络,完成现场设备之删的多点数字通信,实现现场底层设备之fHJ以及生产现场与外界之 f.Hj的信息交换。现场总线就是在这种需求下孕育而生的。它作为过程自动纯、制逡自动化、 楼宇、交通等领域的现场智能设螽的互连通信网络,沟通了生产现场设备之间及其与更商

硝寂T=业人学硕十学懂论文

层控制管理网络之间的联象,为彻底打破自渤化控制系统的信息孤岛创造了条件。 凌场总线控裁系统甄怒开薮嚣遥莹系统,又是全分南翡控割系统。它戳凌场器个智麓 设备为节点,以总线为纽带连接成网络系统,并逃~步构成自动化系统、实现基本控制、 眷接诗雾、参数掺潋、鞭警、显示、鉴控、谯亿以及管控一落往靛综含盘秘琵功缝。这 是~项以智能传感器,控制、计算机、数字通信、网络为主要内容的综合技术。 5.1.2尼稀蠢影薅静溪场惹线 1)基金会瑷臻慧线网 基金会现场总线即Foundmion Fieldbus,简称FF,这是在过程自动化领域得到广泛支 籍藕其套嶷好豹静爨黪蕴零。萁蘑赛建羧美国Fisher-Rosenlount公越凳蓄,联合Foxboro、 横河、ABB、西门予等80家公司制定的ISP协议,和以Honeywell公司为首,联合欧洲

等逡翡t50象公霭镧定豹妫rl拄lp渗议。这嚣丈集蘧予1994每9弱会并,戏交了理场
总线基金会,致力于现场总线开发因际上统一的现场总线协议。宅以ISOtOSI开放系统 至涟模型为蕊爨,敬其蘩理屡、数褥键爨艨、疲蹋屡为FF逶售摸型翡趣痰瀑凌,劳在应 用藤上增加了用户腻。其中数据镊路层和臌用层的全部功能集成为通信栈。 基金会筏绣总线分为低速珏l琴瑟亳速H2嚣季孛避信速率。Hl豹传辕速率为31。25kbps, 通信距离可达到1900m(可加中继器延长),可支持总线供电,支持本质安念防爆环境。H2 翡传鲶速攀蔻l Mbps彝2.5Mbps,其通萤距离为750m窥500m。物理转输分瑷霹支持双 绞线、光缆和无线发射,协议符合IECll58.2标准。
2)Lonworks总线

Lonworks(局部操作网络)美圈Echelon公司与九十年代推出的~种新型的网络技术。

这耱技术燕一个完整熬平螽,它包括超大勰模集成魄踌芯片Neu∞nc蜘({串经元芯片),系
统软件,开发工具和相应的配套产晶。又它们可以很方便绝组成Lonworks阿络中酌智能 节点,著凝这些萤点按一定的结构形式,递过多晕孛馋输媒体连接在一起,缀成分匆式的控 制系统。
3)Profibus蓉线

Profibus总线最~种国际往的丌放式的现场总线标准,邵EN50 170欧洲标撼。霹薛 世界上诲多自动化技拳生产厂家都为它{|'1生产的设蛰提供Profibus接口。PROFIBUS是一 种用于工厂自动识率筒级滚控和现场设各滕数据通信与控制的现蛹总线技术。可实现现场 设各层到擎蝴级监控的分教式数字控制和现场通傣阏络,从j珂为实现工厂综合自动化和现 场没备瞽熊亿提供了可行鹩解决方案。Profibus已经广泛鹰焉子稚二[翩逵,过程秘横字自 动化,是~种成熟舶技术。
《)eAN

CAN是控制网络ControlAreaNetwork简称,最早由德国BOSCH公司推出,用于汽 车内部测量与撬行帮件鹃散箍通蔼。萁总线窥范蕊已被lS0裁定为舀舔标疆,褥舞了

阿安J业人学硕十学何论文

Motorola、Intel、Philip、Siemens、NEC等公司的支持,并广泛应用在离散控制领域。 CAN协议也是建立在ISO地开放系统互连模型基础上,小过,其模型结构只有一层, 即只取OSI底层的物理层数据链路层和最上层的应用层。信号传输介质为双绞线。通信 速度最高可达1 Mbps/40m直接传输距离最远可达10km/5kbps。可挂接设备数量最多可达 110个。 CAN的信号传输采用短帧结构,每帧的有效字节数为8个,因而传输时|’BJ短,受干 扰的概率低。当节点严重错误时,具有自动关闭的功能,以切断该节点与总线的联系,是 总线上的其它一节点及通信小受影响,具有较强抗干扰能力。
5)HART

HART是Highway Addressable

Remote

Transducer的缩写。这种被称为可寻址远程传

感高速通道的丌放通信协议,其特点是在现有模拟信号传输线上实现数字通信,属于模拟 系统数字系统转变过程中工业过程控制的过渡性产品,因而在当前的过渡时期具有较强的 市场竞争能力,得到了较快的发展。 HART通信模型由三层组成:物理层、数掘链路层和应用层。HART支持点对点主从应 答方式和多点广播方式。按应答方式工作时的数据更新速率为2-3次/s。按广播方式土作 时的数掘更新速率为3-4次/s。它还可支持两个通信主设备。总线上可挂接设备多达15 个,每个现场设备可有256个变量。最大传输距离3000m。 HART采用统一的设备描述语占DDL。现场设备丌发商采用这种标准语言来描述设 备特性,由HART基会会负责着登记处理这些设备描述并把它们编成设备描述字典,主 设备应用DDL技术,束理解这些设备的特性参数而小必为这些设备开发纷用的接口, HART能利用总线供电,可满足本质防爆要求。 6)Modbus通讯协议 Modbus协议是一种工业通信和分布式控制系统协议,由美国著名的可编程控制器制 造商Modicon公司首先推出,现已被众多的硬件生产厂商所支持并广泛应用。Modbus是 一种主从网络,允许一个主计算机和一个或多个从机通讯,以完成编程、数据传送、程序 下装/上装及其主机操作。Modbus协议主要包括寄存器读写、开关量I/O等命令。该协议 采用命令应答方式,每一种命令报文都对应着一种应答报文,命令报文由主站发出,当从 站收到后,就发出相应的应答报文进行响应。每个从机必须分配给一个唯一的地址,只有 被访问的从机彳+会反应包含它的地址的查询。也可采用广播式命令,在广播式的报文中使 用地址0,所有的从机把它当作一个指令并进行响应,但不发回应答报文。在Modbus系 统中有两种有效的传送模式,即ASCII(美国标准信息交换码)和RTU(远程终端装置)。 7)工业以太网 以太网是目前应用最广泛的局域网技术,它具有开放性、低成本和广泛应用的软硬件 支持等明显优势。以太网是很有发展前景的一种现场控制网络。以太网最典型的应用形式
是Ethemet+TCP/IP。它的底层是Ethemet,网络层和传输层采用国际公认的标准TCP/IE

嘏寰{业人警项十学位论文

随潜实时嵌入式操作系统和嵌入式平台的发展,嵌入式控制器、智能现场测控仪表和传感 嚣将方瘿越搂天殴太茬裁黼缮,蠢至与Interne/摇逶,颈诗潋太秘控涮霾络籍最终爨达繇 有传感器和执行器。Web技术和Ethemet技术的缩台,将实现生产过程的远程监控、远程 设器营理、远程较{牟缍护帮远程设鍪诊断。

5+2现场总线系统与传缆DCS的比较
在我融化工、冶会、供水等行业,都错FCS应用的察例。如嶷庆安澄化学工业有限

公霉孛蚕薅隧葭壤魏系统控麓、吉棒甲醇厂讫工甲醇生产过程按锚、滨列辱l二工厂爨各惑
厂锅炉控制、扬予石化硫磺回收控制、安庆炼油厂硫磺回收厂富液褥生控制、浙江臣化台 或氨/窆舅控餐、燕出石诧鑫藓氢控铡、滨州稼工厂环氧嚣靛,圭产过程控剖等。但裁成弱的 整体情况而言,系统的规模都比较小控制网路小于100路、监测点数小予400点),控制 銎鼹静续稔逛魄较篱荤。在电力蓉绫孛,DCS爨占有绝对饯势彻底攥弃DCs两发展FCS 也是不符含实际情况的,假也小能坐失良机。最关键的问题还在予做好试验和示范工作, 鼓积摄匏态痿迩接耩技零发展繁柬疑辊遇与势£战。 相比较,FCS从根本上在结椅、性能等方面优于DCS,其优点主要滚现在以下个方
露[36.391

1)开放互操作性 技术褥拓准黧囱全超器开放,从蕊线梅准,产黯试验、成品检验到信息发匆都是平公 开地面向所有制逡商和用户,统一的通讯协议和缀念方式使不同厂家静产品可互互换和要 操馋,甥底改变了终统DCS麴封蠲性、专用性,实现了具有真戒意义的玎等连放。 2)现场通信蹭络 现场总线雩#戈~耪数字式通偿姻络一蕊延{审到生产现场中的现场设铅,各种现场设蓊 (佼感器、变送器、执行器、智能仪表和PLC等)通过~对佟输线互连,成为现场憨线霹终
豹彝个节点。

3)槠底酶分散控耧 现场总线将控制功能下放到{乍为网络节点豹现场智能仪表和设备中,做到彻底的分散 控制,西就敬清了传统DCS系统串酶过程控制嫱,疆衰了系统斡灵活瞧、垂治挂耱安全 可靠性,减轻了控制站CPU的计尊负担。 4)待惠综合、缰态灵活 通过数字化传输现场数据,FCS能获取现场仪表的器种状态、诊断信息,擞现实时 酌系统整控和管褒。FCS弓;入了凌麓块静褫念。遴遂统一兹缀态方法,霞系统臻悫蓠革 灵活,不问现场设备中的功能块W以构成完整的控制回路。 5)多释传输媒奔程壤羚蘩稿 FCS妇于采用数字通讯方式,因此础用多种传输介成进行通信。根据控制媒统中节 患斡空}爨j分奄情况,霹疲灞多释鼹终藉羚络梅。遮稃簧输余震彝残缮藉矜结稳魏多群毪绘

曲安I.业人学硕十学何论文

自动化系统的施工带来了极大的方便,掘统计,FCS与传统DCS的主从结构相比,只计 算句线工程一项即可节省40%的经费。 6)现场总线供电 现场总线除了传输信息之外,还可以完成为现场设备供电的功能。总线供电不仅简化 了系统的安装布线,而且还可以通过配套的安全栅实现本质安全系统,为现场总线控制系 统在易燃易爆环境中应用奠定了基础。 因此,FCS现场总线控制系统是一种全新的、真币刀=放的工业自动化控制系统,其 特点是现场设备实现互换、互操作,全数字化通讯,功能彻底分散,共享网络数据库,信 息高度集中。 近lO年来,国外出现了多种现场总线产品‘40m】,较流行的有:德国Bosch公司设计的
CAN(Controller
Operating
Area

Network)网络,美国Echelon公司设计的LONWORKS网络(Local
Field

Network),按德国标准生产的PROFIBUS(Process

Bus)总线,Rosemoum

公司设计的HART(HighwayAddressableRemoteTransducer)总线等。虽然,国内对于FCS 技术并不陌生,但是FCS在各个控制领域的全面应用还十分有限。每个行业都有者各自 的不同情况,因此FCS需要在不同的行业进行实际应用的研究,而且这已经成为现今FCS 推广的主要瓶颈。 目前,国内对静电除尘器FCS的应用研究还处于探索和试验的阶段,己经投入使用 的ESP基本上采用的是传统的DCS,还有部分甚至是采用半人工、半DCS的方式运行。 因此,建立一套以FCS技术为基础的ESP实时监控系统,研究相关的实际问题对于改造 现有ESP的DCS系统,实现ESP稳定、高效运行,并对未来ESP的FCS大面积使用, 起着十分重要的意义。

5.3静电除尘系统总线设计方案选择
5.3.1选择总线设计的注意点 1)标准 从标准发展的历史看,谁的技术将成为国际标准,或在国际标准中占有较大成份,主 要取决于它在实际应用中取得多大的成果,取决于该项技术及产品在国际市场上的占有份 额。也就是说,谁能占有市场谁将得天下。另一方面,国际标准化组织根据科学技术飞速 发展现状及厂商用户对标准制定的要求,对标准的制定及批准手续作出相应的改变,即简 化了标准的制定程序和手续,并承认存在所谓事实上的标准,即那些在市场中已占有较大 份额、具有很大的用户成功应用经验的技术标准,如我们熟知的TCP/IP通信协议标准。 2)选择总线 在目前国际上现场总线群雄并起局面下,用户应从实际应用工程特点出发去选择。因 为没有一种可包罗万象、适合所有应用领域的现场总线技术。应着重考察这种总线在本行

两安1‘业大学硕十学位论文

业中的应用业绩。如制造业自动化、电力自动化及过程控制自动化三个领域,在数据实时 响应要求方面就大不一样。 3)选择产品 用户应尽量选择国际知名度大、拥有用户多、产品应用基础好的公司产品,因为这些 公司的现场总线技术被国际标准采纳的可能性大。即使没有被国际标准采纳,大公司为考 虑信誉,会提出原有技术与国际标准的接口,而不会置公司信誉于不顾,丢掉老客户不管。 4)积极跟踪、勇于进取 如果因为国IEC还没有统一现场总线标准,就不敢使用这项先进技术是大可不必的。

这将会使企业丧失一次尽早提高企业自动化水平的机会,或丧失一次提高本企业产品水平
的机会,从而导致企业在未来同行竞争中处于劣势。国际IEC要统一现场总线标准不是 一朝一夕的事,坐等时机流失为下策,只有积极跟踪、勇敢进取方为企业发展上策。

5.3.2总线的选择依据 所以根据静电除尘系统实际情况和客户实际需求和计划,及选择总线的注意点。经过 周密的方案比较,我们决定采用基于Profibus的现场总线技术,应为Profibus网络的传 输速率能够达到12M,能够胜任大量的数掘实时传输的要求。而且,Profibus是由Siemens
公司开发研制的,我们上位机用的是西门子的Wincc组态软件,下位机用的是西门子的

¥7-200,选用西门子的Profibus能更好的进行系统组念,兼容性和设备采购更好。另一方
面Siemens为其提供了可靠的硬件技术和软件,Siemens能够提供给客户良好的技术支 持和产品选型也是我们选择基于Profibus的现场总线技术的重要原因之一。
5.4

Profibus总线在系统中的应用
Profibus概述

5.4.1

I)PROFIBUS是一种国际化、开放式.不依赖于设备生产商的现场总线标准。广泛 适用于制造业自动化.流程工业自动化和楼宇.交通电力等其他领域自动化。
2)PROFIBUS由三个兼容部分组成,即
PROFIBUS—DP(Decentralized

Periphcry).PROFIBUS-PA(Process Automation).PROFIBUS—FMS(FieldbusMessage Specification)。

a、PROFlBUS—DP是~种高速低成本通信,用于设备级控制系统与分散式I/O的 通信。使用PROFIBUS--DP可取代24VDC或4--20mA信号传输。 b、PORFIBUS.PA专为过程自动化设计,可使传感器和执行机构联在一根总线上,
并有本征安全规范。

c、PROFIBUS.FMS用于车间级监控网络,是一个令牌结构.实时多主网络。 3)PROFIBUS是一种用于工厂自动化车J’日J级监控和现场设备层数据通信与控制的现
33

州安I业人学硕十学位论文

场总线技术。可实现现场设备层列车|’日J级监控的分散式数字控制和现场通信网络,从而为 突瑗工Jr综合叁幼纯秘瑷场设备智能纯提供了霹行豹鳝决方案。 4)与其它现场总线系统相比,PROFIBUS的最大优点在于具有稳定的国际标准 EN50170馋保谖,著经实际应鲻验证具蠢普遍镶。嚣静曩应用豹颁域包括加工制造、过
程控制和自动化等。PROFIBUS开放性和不依赖于厂商的通信的设想,已在lO多万成

功应用中缮墩实现。市场调查确认,在德国和欧洲市场中PROFIBUS占开放性工业现场 总线系统的市场超过40%。PROFIBUS有国际著名自动化技术装备的嫩产厂商支持,它 们都具鸯各自的技术优势势能提供广泛的优质掰产品和技术服务。
5.4.2

Profibus控制系统组成 1)~类主站 一类主站掺PLC/PC或可傲一类主雄豹控制嚣。一类主站宠成总线邋售控到与管理。

2)=类主站 PLC(智能型I/O):PLC霹镁PROFIBUS上的一个扶站。PLC巍身有程序存储, PLC的CPU部分执行程序并按程序驱渤I/O。作为PROFIBUS主站的一个从站,在 PLC存镁器中蠢一段特定区域{擘为与主蛞通信麴共享数掘区。主站可邋过通信测接控制
从站PLC的I/0。

分教式I/O(非智能型I/O):通常出电源部分、通信适配器部分,接线端予部分组 成。分散式I/O不具有程序存储和程序执行,通信适配器部分接收主站指令,按主站攒 令驱动1/(9,并将I/O输入及故障诊断等住处返回给主站。通常分散型I/O是由主站统一 编址,这样在主站编程时使用分散式I/O与使用主站的I/O没有什么簸掰。 3)驱动器、传感器、执行机构等现场设备 即带PROFIBUS磺口的现场设备,可由主活在线完成系统配置.参数修改。数据交 换等功能。至于那些参数可进行通信及参数格式出PROFIBUS行规决定。
5.4.3

Profibus在工厂自渤化系统中的位置

一个典型的工厂自渤化系统应该是三级网络结构。基于现场总线PROFIBUS.DP臌
控制系统位于工厂自动化系统中的底层,即现场级与车蚓级。现场总线PROFIBUS是丽

向现场级与车阍缴的数字化通信阐络。 ①王见场设备层:主黉功能是连接现场设备,如分散式I/O、传感器、驱动器、执行机 构、开絷设备等,完成璐场设备控制及设备|t日』逸锁控制。主站(PLC、PC杌或其它控秘 器)负责总线通信管理及所有从站的通信。总线上所有设备生产工艺控制程序存储在主站
审,并}lj主站执行。

②事l、Bj监控层:车J'BJ缴监控用来完成车例主要生产设备之J’日】的连接,如一个车间三强 系产线未控皋l器之闯的遥接,完成车闻缀设备赣控。车潮级蓝捺包括熏产设各

曲安l:业人学硕十学仲论文

⑧状态在线监控.设备故障报警及维护等。通常还具有诸如生产统计.生产调度等车
间级生产管理功能。车间级监控通常要设立车间监控室,有操作员工作站及打印设备。车 间级监控网络可采用PROFIBUS—FMS,它是一个多主网,这一级数掘传输速度不是最 重要的, 而是要能够传送大容量信息。

④工厂管理层:车间操作员工作站可通过集线器与车间办公管理网连接,将车间生产
数据送到车间管理层。车间管理网作为工厂主网的一个子网。子网通过交换机.网桥或路 由等连接到厂区骨干网,将车间数据集成到工厂管理层。系统结构如图示5.1:

④④④
图5.1 PROFIBUS在工厂自动化中的位置
5.4.4



Profibus总线存取协议 1)三种PROFIBUS(DP、FMS、PA)均使用一致的总线存取协议。陔协议是通过OSI

参考模型第二层(数据链路层)束实现的。它包括了保证数掘可靠性技术及传输协议和 报文处理。 2)在PROFIBUS中,第二层称之为现场总线数据链路层(FieldbusDataLink—FDL)。 介质存取控制(MediumAccess Contr01.MAC)具体控制数据传输的程序,MAC必须确

保在任何一个时刻只有一个站点发送数据。
3)PROFIBUS协议的设计要满足介质控制的两个基本要求:

a、在复杂的自动化系统(主站)问的通信,必须保证在确切限定的时『日J问隔中,任
何一个站点要有足够的时间来完成通信任务。 b、在复杂的程序控制器和简单的I/O设备(从站)问通信,应尽可能快速又简单地 完成数据的实时传输。 因此,PROFIBUS总线存取协议,主站之间采用令牌传送方式,主站与从站之问采 用主从方式。

4)令牌传递程序保证每个主站在一个确切规定的时J’日J内得到总线存取权(令牌)。在

州安I业人学硕十学位论文

PROFIBUS中,令牌传递仅在各主站之间进行。 5)主站得到总线存取令牌时可与从站通信。每个主站均可向从站发送或读取信息。 因此,可能有以下三种系统配置: a、纯主一从系统 b、纯主一主系统
c、混合系统

6)以一个由3个主站.7个从站构成的PROFIBUS系统为例。3个主站之间构成令 牌逻辑环。当某主站得到令牌报文后,该主站可在一定时间内执行主站工作。在这段时 制内,它可依照主一从通讯关系表与所有从站通信,也可依照主一主通讯关系表与所有 主站通信。 7)在总线系统初建时,主站介质存取控制MAC的任务是制定总线上的站点分配并 建立逻辑环。在总线运行期问,断电或损坏的主站必须从环中排除,新上电的主站必须
加入逻辑环。

8)第二层的另一重要工作任务是保证数据的可靠性。PROFlBUS第二层的数据结构 格式可保证数据的高度完整性。 9)PROFIBUS在第二层按照非连接的模式操作,除提供点对点逻辑数据传输外,还 提供多点通信,其中包括广播及选择广播功能。
5.4.5

Profibus给客户带来的好处 ①从硬件和安装方面上看,搭建Profibus网络能够节省硬件和安装费用,减少硬件

成分(I/O,终端块,隔离栅),使系统更容易,更快捷和低成本安装。 ②从工程维护方面上看搭建Profibus网络能够节省,节省工程费用,更容易组态(对 所有设备只需一套组态),系统更容易保养和维修,更容易和更快捷的系统启动。 ③从系统的改造方面上看,Profibus网络拥有更大的制造灵活性,能够准确,可靠的 诊断数据,可靠的数字传输数据。 5.4.6基于Profibus总线静电除尘低压控制系统方案确定 对于组建Profibus的现场总线系统,Siemens公司为不同的用户提供了不同的解决方 案,设计前期我们考虑了两种方案,如图5.2,5.3。 第一种方案:上位工控机+工业以太网+S7400+Profibus—DP+ET200M。如图5.2:该方 案特点是PLC可编程控制器作为系统主站,利用分布式I/O ET200M分散于现场各个地 方。上位机用Wincc组态,通过工业以太网进行监控。软件使用Step7作硬件组态和PLC
梯形图编程。

啪交f.业人学硕十学待论文

一豆

域场蹬蒉

筑蒋橙蔫

瑶场蹬箨

璃蘑没奄

匿5.2方燕一系绞缮祷露

第二穗方寨;主谴工控楗+Profibus-DP+S7200。蘩圈5.3:该方案特点是土绶工控瓿 作为主站,其他¥7200通过Profibus—DP与工控机连接,作为从站,各个¥7200通过 Profibus-DP分数予各个现场孛。上霞撬曩Wince缮念,软棒篌弱Step7箨硬终组各藕PLC
梯形图编程。

操作员站

操作员站

王程耀站

乎血

嘲5.3方案=系统结构图

曲安I:业人学硕十学伉论文

两种方案成本比较(如表5.1、表5.2):
表5.1方案一配置表

序号

名称
CPU412一l

带CPl613工控机与以太网连接卡 带CP443一l¥7400与以太网连接卡
Step7 v5.2

ET200M

Wince
表5.2方案二配置表

序号
1 2 3 4 5

名称
CPU226

带CP5613工控机与Profibus—DP连接卡 带EM277的¥7200与Profibus.DP连接卡
Step7

Micro/WIN V4.0

Wince

根掘实际情况,两种方案都能很好的实现和满足黄岛电厂提出的静电除尘低压控制系 统要求,出于成本考虑我们选用了第二个方案来实现。

5.5静电除尘的技术指标和结构

5.5.1静电除尘器设备规范 1)该项目来源于黄岛电厂三期工程,厂方提出了如下技术指标规范: 设备名称:静电除尘器 型式:于式、卧式、板式 电厂数:双室四电场 除尘入口总烟气量(每台炉,已考虑10%的裕量):3604000∥m 除尘器入口过剩空气系数:1.34 除尘器入口烟气温度(已加100C):132 oC
除尘器入口含尘量:20.2 g/Nm329.39/Nm3 除尘器出口含尘量:<80mg/Aim3

保证效率:≥99.73%

蹦安I:业人学硕十学协论文

2)1台炉静电除尘器参数(如表5.3)
表5.3 1台静电除尘嚣的参数表

5.5.2静电除尘器的结构 该静电除尘器分为本体、低压部分和高压部分,如图5.4。

-一-o:淼,函一,


机电功帆

萤5.4静电豫尘器豹结梅蟊

其中高压部分为型号最GGAJ02.2.0/72,wF的高压控制柜,包括控制柜和整流变压器。

39

州安l:北入学硕十学何论文

阳极振打电机 阴稷振打加热

8(每套赊尘器x2/炉

AC380V,0。75KW AC380V,2KW 24处AC380v.1KW

顶部吊接加热
灰斗加热 除扶斗外测温元件

8(每台除尘器x 2/炉 8处(每台除尘器x 2/炉 16处(每台除三l三器x 2/炉
2处(每台除尘器x2/炉 2/戋垂 l处(簿台除尘器x 2/炉

8处(裹愿进线)AC380Vl。5KW
AC380V,4KW 铂热F巳阻WZP+230.Ptl00

浚度仪 进口处测温
出口处测温

1处(每台除尘嚣x2/炉

测温元件:WZP.230,Ptl00 测湿元彳牛:WZP.230。Ptl00

5.6基予Profibus总线的静电除尘控制系统设计
本系统分为高压控制系统和低压控制系统两个独立的部分,他们通过工业跌太网联入 厂区级败控网络中。其中高压部分和低压控制部分又出监控级(上位机)和控制级(下位 机)两部分组成。系统结构如图5.5所示。

商瓤控制部分

{磊压控制辩分

越5.5奄除尘益擦系统结鞠

S。6.1监控缓

其中监控计算机(工业控制机)处于项层,用Wincc丌发监控剜面作为进行实时监控和 闲常管联之雳,镪括高蕊部分和低压部分箍控设备。在系统运行孵,可由专f1值班入员操 作,监控整个除尘设备的运行。监控计算机能够对控制系统做出快速的反应,能对大量的 数据逶行处理和存储,魏够长期保存数攒,具有伉受方便的入褫接日,戳及丰富静数据瘁

盹安一r业人学硕十学能论文

管理软件。监控计算机实现的功能如下: 1)锤骡捻嚣及黧示 系统运行时,通过循环检测显示下位机的各种添行参数,包括一次电流、一次电压、 二次邀滚、=次曦聪、灾莸频率、缀封宅魏运嚣臀激、熬热爨运行馈琵、缣溢藉瀑度爱烟 气漏度及备种故障藤示等。 2)参数靛修改设定 通过功能窗口可以进行镑种参数的修改设定,熊中包括搿压控制设备的=次电流和= 次电篷的竣定、低滕振打魄掇静髹打时闽灏汹歇黜洳、掇热器瀑发缀刳等。 3)操作功能 霹对巍疆控割设备及{豌愿设备避行窟动、箨韭=操作。 4)数掇记录及撤表 系统在逡行时,连续收集控制设餐的运行数据,可根攒运行人员绘定的撤表打瞪竭期 辩澍,定辩打印运行报表,氇可出搽作入爱发出措令静时打印报袭。 5.6,2控铡缴 控割缀燕整个除尘系统敞稳爨设善,怒整个酴尘系统能粪手执行掇搦。它包攒嵩疰 控制设备和低压控制设备。控制层可由多套设备绦成。 1)裔鹾控制设器 高压控制设备的基本作用是将工频电源变换成离压鲞流电源,与适当的电极等机械 装爨后,配餐组戏麴高压静电设备。另外赢压控制没备麓及对发现设备豹器种故婊,并 能及时采敲保护措施,弱时碰示磁敬障类缀并发出声响报警。 具备以下功能: a、髓缀火花耀踩控制; b、峰德跟踪羧制: c、融颛i醚踪撩黼; d、阶段恢复跟踪控制{ e、籍觳茯奄帮脉冲供舔控繇; 氏粉尘浓度反馈控制。 3)骶援控裁设备 低压控制设备的主要助熊是控制电场的振打潢灰和绝缘器件的加热,以保证l瓤场的 萎常工终.低压控铽浚备静撩稍单元选惩奁王娩瑗场藏霜广滋翡霹编程控铺嚣。在下嚣我 们将详细论述静电除尘低聪控制系统的设计和实现。

5.7静电除尘低腻控制系统设计和实观
零论文静瓣对静墩豫尘嚣熬高辍帮劳遴孬了深入鹣戮究,嘉压豁分是除垒效率黪关键
4l

曲安f:业人学硕十学何论文

因素,但如果其低压控制部分设计控制不合理,会出现振打故障、电场积厌、高压跳闸等 现象,也将很大程度影响除尘效果,无法发挥静电除尘的最大优势。所以本论文结合黄岛 电厂静电除尘三期工程工程实践,研究和实现了静电除尘的控制系统,达到良好效果。 5.7.1低压控制系统的组成及其功能 电除尘器的低压控制系统主要出阴阳极振打控制系统、卸灰控制系统和电加热控制系 统及一些辅助系统等组成 1)振打控制系统 电极振打清灰是电除尘器的主要过程,其清灰效果不仅与施加在阴、阳极上的振打加 速度有关,而且振打周期对其影响也很大。传统的振打方式为切向振打,其控制可分为连 续振打和定时振打。在振打力度和均匀性都满足要求时,振打制度是否合理,对电除尘器 除尘效率影响极大。振打过频,收集在阳极板上的粉尘不能成块落人灰斗,二次飞扬严重, 尤其术级电场的二次飞扬,将大大降低除尘效率。反之,振打周期过长,阳极板上的粉尘 堆积过厚,会使阴、阳极之fnJ电压降低,二次电流降低,电晕功率减小,除尘效率下降: 阳极板严重积灰甚至形成反电晕,使已经被收集在阳极板上的粉尘再次进人气流。因此, 选择合理的振打周期,将有助于更好地清灰和提高除尘效果。 2)加热控制系统 加热控制系统的对象包括顶部吊挂电加热器、阴瓷轴电加热器、灰斗电加热器等。常 用的控制策略是根掘测温装置的温度信号对电加热器进行恒温控制。当温度低于下限时, 启动电加热器加热;温度高于上限时,停止电加热器加热。 3)卸灰控制系统 进入电除尘器的粉尘被阴、阳极捕获后,由振打系统振落在灰斗中,这些灰料应适时 排送出去,灰料堆积太多,除了增加灰斗的荷重外,严重时还会造成阴阳极之间的短路, 使电除尘器无法正常运行。相反,灰斗中没有储灰,在灰斗出口会出现漏风,引起二次扬 尘,使除尘效率降低。 5.7.2低压控制系统结构 对于静电除尘低压系统的控制,由于现场需要控制的I/O点数多,控制工艺也并不是 非常复杂,所以经和厂方讨论决定采用西门子s7.200进行的控制,但是现场比较分散, 而且四个现场的就地设备需要集中监视和管理,要求将四套¥7-200联网,并采用WINCC 实现集中操作、监控。 为了将四套S7—200的系统联网,所以每套S7—200系统又增加了一只EM277,这样 可以将四套s7—200系统通过Profibus—DP连接,并实现和上位机Wince的通讯,实现集中
监控和操作【43】。

42

稠安r业人学硕十学柱论文

1)低服系统配置
裹5.5低聪系统配麓表

序譬
●2 3 4 5 6 7 8 9

设善 ¥7200电源
CPU226

嚣M23{ EM277
CP5613

瓣络连接器
Pmfibus电缆 Wince
Softnet
Step7

m n硷

工控机
驻示器

2)低压系统结构图 如图5.6所承,这套系统豹簿点是现场就圭氇羧涮菇魄较麓涪,每个滏的功畿氇院较 明确,即对各自现场设备进行控制,其中位置控制模块EM231起到了对濑度和浊度的监 涌,其它静开关量羽完成惫气连锁控翱。由予运行WINCC霹魂场数蠡敬爱求,掰驭采舔 了可靠性高的现场总线Profibus.DP模块EM277实现联网功能。此系统满足了现场设备
分散,运行集中管瓒莳特意,两墓成本篦较低,缀惫、编戒方覆。

箍控计算橇:DP,缝蛙鸯1

嚣5.6援矮系统缭稳塑

曲安l业人学硕十学竹论文

5.7.3低鹾控制系统通讯实现 由于本套系统的配黉和控涮功能著不错综复杂,系统的特点在于皴何梅¥7-200这类 分散的小型就地控制系统实现集中管理以适应与现代工业提高工作人员效率的要求。而通
嘏功能鹃实现诡是本套系统的赡点和重点研究之处。

1)实现S7.200与Wince通过Profibus-DP通讯所需辫的条件:
PG,Pe wi壤CP561 3

SIMA:rIC SlMA下le
STEP

NET CD STEP 7 V5.I+SP6
or

higher

7一Micm/WIN 3.2.X

SlMA罩lC

WINCC

V5.1

or

higher

CPU S7—22x with EM 277

2)在Step71是熬缝态 在Step7内新建一个工程,并新增加一个PCstation站在硬件组念中增加一个CP5613
秘一个藏耀。翔图5。7历示。

图5.7Step7缝态

a、EM277侉为DP从站进行缌态

(1)将EM277的GSD文件加入到STEP7中(EM277的GSD文件可以从网上下载或烧
翅嚣门予款分销巍索取); (2)设置Profibus的地址; (3)设置输入输出殃豫区,比妇:8BytesOut/8BytesIn b、定义EM277的参数 设爨输入输如缓冲隧的V型狂髓区的缡移起始地址

3)程西门子两络设鬣平台谶行组态
a、打开西门予网络设置平台程序”Start>Simatic>SIMATICNET>Settings>Set

髑安I。业人学硕+学侮论文

PC,Station”

b,选择”Modules>CP5613/CP5614>General“,将模式设置到”Configured
置:避≥熟疆5.8。

mode'’

C、选择”Modules》Bus nodes”显示现在的地址和联接设备(这些设备在STEP70p融经设

豳5.8组惑设备地址

d、选掭“Modules>Accesspoints”将CP

L2

l:CP5613/CP5614{乍为“accesspoint”

将接口参数定义为”CP5613 14(PROFIBUS)”。
4)努开“station configuration editor”进行设濯 如果CP56131为configured mode将自动在“station configuration editor”出现。

§>在“Set

PG/PC

interface”审将S70NLINE(STEP7)凌为PC internal,麴嚣5.9N示

并到step7中将刚才的硬件缎态下载。

圈5.9选撵设备接嗣

曲安f业人学硕十学何论文

6)在S7.200中进行编程 需要和上位机通讯的数掘传送到第2步对EM277进行组态的10对应的V区。 7)在Wincc中进行组态 将S7—200的数据通过各种功能要求的表现方式在画面上表示出来。需要注意一点的 是,在这种情况下,添加IO驱动要添JJllProfibus驱动,而不需要添加S7协议。 重复以上步骤就可以把另外3个¥7200组念到网络中,实现上位机Wincc对各从站的监
控。

5.7.4低压控制系统PLC程序设计 1)振打电机控制程序设计 a、振打清灰制度 电除尘的振打清灰,必须使振动冲击传递到整排极板、极线,尽量除去粘附在其上的 粉尘层,防止粉尘堆积过厚和长时|’日J停留在电极上。这意味着不仅要有足够大小的振打力, 而且冲击力要分布均匀。即使如此,在振打过程中,一部分粉尘重返气流,总会形成振打 清灰时的二次扬尘。 在第一个电场产生的二次飞扬粉尘,在第二个电场有再次被捕集的机会,但在最后一 个电场产生二次飞扬的粉尘,必然随着气流从烟囱排入大气,以致有这种况法:高性能电 除尘排出的粉尘,主要是振打清厌产生的二次扬尘。 通过实验和观察,在适当的条件下,粉尘层是从收尘极板表面呈大的薄片而不是呈粉 碎状滑落的。相反,在不适当的振打条件下,一部分粉尘层被击碎成单个粒子,再飞散到 气流中,两者差异在于振打收尘极的振打方式,如振打力以切线方向的振动为主,则粉尘 大部分呈片状剥离;如以法向振动为主,则粉尘二次飞扬显著。降低振打强度,可以减少 清灰时的二次扬尘。 振打清灰另一个需要关注的问题是振打制度f即电除尘器不同电场的最佳振打时间和 间隔)。出于各个电场粉尘浓度和粒径的不~样,在相同时间内收尘极表面所堆积的粉尘 厚度也不相同,合理的振打制度应该是粉尘堆积到适当厚度再进行振打,这样才能使粉尘 层成块状或片状从收尘极板表面剥离下来。 两次振打清狄的时|.日J『日J隔太短,收尘极板表面尚未形成适当厚度的粉尘层,振打时粉 尘容易被粉砰成小片,甚至被分解成单个粒子,导致沉降速度较低,被再次转入气流的几 率较大。相反,两次振打的间隔时间太长,粉尘层在收尘极板上堆积太厚,将会使振打的 惯性力减小,团而粉尘不易脱离极板,随着时间的增加,极板上的粉尘愈积愈厚,将导致 电功率下降,除尘效率降低。因此,每台电除尘器都存在一个最佳的振打清灰制度[441[451。 合理的振打制度应该是:在保持最佳供电的状态下,两次振打的间隔时间尽可能长些。 由于各电场粉尘粒径不同(甚至比电阻也有变化),粉尘的粘附力也不一样,各电场的振打 力也不应相同,因此,振打|.日J隔时间及振打力最好通过实验确定,以保证振打时产生的二

两安T:业人学硕十学何论文

次扬尘最少。表5.6为某工业电除尘器在几种不同振打制度下,在同一天内进行的测定。
表5.6不同振打制度与除尘效率的关系

测定时,将其它条件都控制到基本一致。从实测的结果可以看出:振打制度对除尘效 率的影响很大,在测试的几种振打制度中,连续振打的效果最差。前面电场振打时间间隔
小,后面电场时间l’日J隔长,振打效果好。

b、振打程序的设计 在间歇振打的设计中,振打间歇时问受多方面情况的影响。振打电机要求|’日J歇性运行,
运行时|'日J及间歇时问要求可调,以便运行人员根掘具体运行情况进行调节。由于定时器的

分辨率可设值有lms,lOms,lOOms三种,定时值最大为32767,所以定时器最大定时时间为 3276.7s,不适合作为振打电机运行时间和l'日J歇时间的定时控制,程序编制时采用定时器
和计数器相结合的方式。程序如图5.10。

47

州安I业人学硕十学仿论文

图5.10电机间歇运行计数

程序中T102为1分钟定时器,T102每分钟接通一次,T102接通时,V30.0接通,使T102 请零复位,重新定时。T102接通一次,计数器C101加1,加到Vwl050内的值(间歇时间) 时,计数器C101接通,V50.0接通并自锁保持(丌始振打),计数器C101复位,计数器C1开 始加计数,加Nvwl000内的值(振打时间)时,计数器C1接通,V50.0断开(停止振打)。计 数器C101又重新丌始计数,这样就实现了V50.0的自动l'日J歇输出。 为了有效控带Jj--次扬尘,未尾两个电场的阳极不能同时振打,设计程序时要将两个输

硝安l+业人学硕十学能论文

出控制点互锁。如图4.2,假如V 50.6先输出,V50.7被截止,躐Nv50.6输出点停止时,V50.7 习+薅笾辕爨,芨之,V50.7翰鎏对,V50,6被截盘。程彦麴漤5。11繇示。

鬻5.{t岽篷场蠡镂

2)翔热羟割程謦鲮谈诗 a、绝缘件加热控制程序的设计 《l,魄爨兹缝缘 保证可靠的供电是建立收尘电场的前提f嘲。为了保证电场的绝缘,除坐器电场中吊 挂浆辍缓静大粱是国瓷套支撵静。如黎绝缘俸嫠露经其表嚣怠疆降低,造成澄瀑龟漉增热, 甚懋绝缘件击穿,最终导致电场停止工作,泄露电流与以下因素有关:

i。=U慷。 %=P gls
式中:L一溅潺电魄;
F一=次电舔:

毛一绝缘件裳题电阻; p.粉尘眈电阻; Z.绝缘件表锺长度; s.绝缘律壤积耪尘厚爱。 从上式餐出:绝缘件上粉尘受潮,造成绝缘件短路会使.泄漏电流增加。绝缘件的泄漏 电流不仅涪耗毫能,嚣虽产】生翁熬攮还会怒绝缘件淡纯、炸裂。菠绝缘件丧失英帮分或全 部功能。所以要对绝缘件采取加热保温措施。

国PLc翟旁竣诗
PLC程序如图4.3。Vwl l 12中存放的为实际温度,Vwl 136存放的是温度下限,Vwl 138 孛存藏夔愚瀑度主隈,V51.O必嚣熟器纛热控镧点。警直到VWIll2小予VWl 138爵,V5t.0 启动,直至;JVWlll2大于vwll38时,V51.O停止。温度丌始下降,慝到温度小于VWll36 薅又秀始热憋。秀了耱壹翱热节熹黪V51。0并联在霹踺串。

晴安f。业人学硕十学何论文

图5.12加热控制程序

b、顶部吊挂加热控制设计 (1)电场温度影响 第三章曾研究过烟气温度影响烟气密度,温度升高引起密度降低。而烟气密度降低, 又使电晕始发电压、起晕时电晕极表面电场强度和火花放电电压都要降低,致使电场电压 升不起来,进而影响除尘效率。同时烟气温度太低,会使粉尘运动减弱,使粉尘积灰于某 一集尘极,而且还会使极板的腐蚀加剧。所以电场温度要控制在合适的范围,太高太低都 会影响除尘效果。一般电除尘器的温度在]40.150℃之间。 (2)PLC程序设计 由|j{『面分析可知,电场温度加热控制不能像绝缘件加热控制完全采用开关控制,这样 会使温度波动范围太大,达不到电场温度的要求。在这罩我们采用基于开关和模拟相结合 的温度控制,即一些加热器采用丌关控制,一些采用模拟控制。具体控制思想如下: 检测刚进入电场的温度,与给定最佳温度相比较。如果相差很大(低于40%给定)时, 丌启所有丌关控制的加热器,温度检测不断进行,当温度检测到达到40%给定时,关掉几 个开关控制加热器,继续加热。当温度检测到达到90%时,关掉所有开关控制加热器,打 开模拟控制加热器,进行调节,使温度在正常范围波动。

图5.13顶部吊挂加热控制曲线图

3)卸灰控制设计 电除尘器的卸扶方式可分为定时自动卸伏,上、下料位自动卸灰及上料位定时自动卸 灰。在本系统中采用的是“高料位+时序”的控制方法,即高料位定时卸灰,周期卸灰相

州寂r业人学颂十学{静论文

结合的综合方式。所谓高料位卸灰指的是当低压控制系统检测到某~上料能信号时,先启 动该=|{{}获萼懿徐灰鼗镂系统,延对~定霹黼后,孬爱动螺旋魏鄞敦装翟;当箕王终~定露 间后。再延时~段时l’日j停止柏应的输叙联锁系统。为避免出现料位计损坏或误报而铮致电 场壤获,又艇入定嚣雩斌麓黔获功瑟,戳绦诞系统旋够送行爨动鄯荻。 5.7。5上拉机WinCC j|螽控程序的设计 1)监控软件理论基础——winCC概述1471

WinCC(Windo粥Control Center)基予模块豫煞钵系结擒,提擞了蘑予过程数掇篷控、
信号采集和过程数掘获取的系统模板以及嘏表集成的用户自由编稷功能。遮些系统模板提

莰了缍惫功能,著鼹霹爨在不弱豹自凌稼任务要求下分裂独立拖运行,爝wi艇£建立一
个新项目,它会自动为该项目建立~个目录,与该项目有关的信息都将存于该目录下。启

动懒nee,打羹:或新建一个矮嚣,WinCC建立熬蒸奉顼嚣辱壤孛备个摸块裁瑷树黧戆结
构照示出柬。

8、塑形缡舞器(Graphics Designer)WInCC魏霾影编辑器弱聚处理避程操终巾惩畜 屏幕上的输入信号和输出信号。图形编辑器提供了~个标凇图库,也可以自己制作图形, 还珂疆在瑟影中爱建0LE黠象将焚它款磐中设计的蹲象或漤痒中的对象溜到图形编辑器 中来。所有阉形对魏的外观都可动怨的进行控制。 b、攫罄存搂(Alarm Logging)摄警存档援予监控生产过程事《孛和和WinCC蓉绞事 件,并对事件进行处理。它用可视和可听的方式箍示所纪渌的事评,还可以打印输出。 WinCC麴搬警存搂霹以囊融定义,因此,它可以满足特殊系统的特殊要求。 c、标舔存档(TagLogging,WinCC除了可以鼹示当前状态,还能根捌需要记蒙经济、 技术数据。遥过分橱帮评{鑫这些数掇可以像涯操{乍进程有~个清晰的全貌。标签存档可以 记录单个铡慧点或一组测羹点的测蔗值。为安全起觅,数据被存贮予硬盘中。存穑值可殴 曩趋势罂或袭接形式寒表示,既可以在屏幕上表示,也可以打印成搬表。 d、报寝系统(Report Designer)WinCC提供了一套集成的嘏表系统,能将WinCC 基购数据封固输出,输出的页压格式是自幽的,用户可进行自定义。wmCC支持同时设 嚣三个打印梳,每一个打印设置对应一令打印梳。 e、全髑脚本全局脚零为用户提供一个c语占的编穰环境。刹用该脚本,编辑的c 函数可良用予WinCC内酶馁何建方,魏逡接餮益擦匿丽静对象属性上或掰予数撵惩录。 全硒脚本中的c函数是在鹾台被执行的。 厶文零库秘爝文本库,可以戳多种语言版本显示系统信息及摄警信息等。幸孥不丽 语言中的厨一术语以表格的形式存予库中,在监控幽面中设置一个语言切换的按键,那么 在避程运行辩,裁可以逶避浚按键遮行语骞韬换,魏中文与荚文粥换。 g、用户管理器提供了方便的用户权限管理的功能。对于~个生产过程,髓录和 WinCC操律胃l薹被蔡止,激防止菲法访秘,这馥疆设定毯游改交、选择显示画两或在过

曲安I业人学硕十学付论文

程操作中调用组念软件。它提供了1000个不同的访问等级,可以设置每个用户专有的访 问授权。权限设置完成后,在过程运行时,操作员输入的用户名和密码就决定了他的访问 权限。这样WinCC可以保证只有授权的操作员/j。能够执行某些重要调用和功能,从而使 过程应用顺利进行。 2)上位机监控系统功能的实现 a、启动画面启动画面由切换按钮和退出按钮组成,并且包含1个退出子画面。系 统运行后首先进入启动画面,通过单击画面切换按钮,进入相应画面。单击退出按钮,进 入退出画面,用户输入正确的用户密码后按ENTER(回车)键,再单击确定按钮退出此工 程。 b、控制画面控制画面共2个:l#电除尘器监控画面,2#电除尘器监控画面。控制画 面的主要功能是监视各个设备的状态和运行情况,控制设备运行。 进入控制画面,用户可以看到电除尘系统的主要设备及设备状态。画面中提供了许多 按钮,单击按钮完成对各个设备的操作和控制方式的选择。画面上方有一个实时报警条, 显示最新的报警记录。左下角是模拟量数值的动态显示。双击设备弹出该设备的手动控制 按钮。通过设备颜色的不同显示设备当前状态。红色表示设备运行;绿色表示设备停止; 灰色表示设备(各个阀门)打开中或关闭中:黑色表示设备没有电。 c、棒图画面棒图画面中显示电除尘系统的实时模拟量值,如(温度,和浊度)。 d、趋势图趋势图是显示电除尘系统的模拟量值两周以内的趋势曲线。对除尘系统 中某些参数f例如烟气温度、系统压差等)制作趋势曲线画面是组态化设计必不可少的。 通过实时趋势曲线画面可以快速反应某个变量随时间的变化,它是根据现场采集到的数据 自动生成的曲线。 e、报警画面报警画面显示系统主要设备的报警点,设备名称|ii『红灯亮表示设备报 警,绿灯亮表示设备报警。画面的右下方是历史记录按钮,单击此按钮切换至报警历史记 录画面,用户可以在此画面中查询近期报警及报警点和报警时间,故障恢复后,显示故障
恢复时J’日J。

f、报表打印

定时打印各种数据同、月报表;召唤显示和打印一年内的运行数据、

故障信息;召唤召唤显示和打印各电场的运行记录,包括开机时间、停机时间等各种操作
记录。

3)上位机监控系统的特点 监控系统是以SIMATIC wincc软件为丌发平台,结合sIEMENs在过程自动化领域 中的先进技术和Microsoft的强大功能的产物。静电除尘监控系统中结合标准的用户程序 生成控制界面,与其他监控系统相比,具有以下系统特性: a、友好的人机界面监控系统在过程控制中建立了可视化和控制变量之间的联系。 它提供了适用于视觉的图形、消息、归档以及报警的界面控制显示功能。能将车库控制系 统操作过程中发生的事件清楚的记录并按顺序把记录的数据保存。这些功能使监控系统软

内安l:业人学硕十学俄论文

件具有Windows一样的窗口界面。

b、提供了安全缣簿熊够在生产过程孛危辍壤凝下终积发除段进行摄警,掇警信号 能在屏幕上照示出柬。过程控制以使那些重要的过程信息不被屏蔽。软件辅助操作策略保
护;妻疆不会器法访鞠。

c、系统全面开放监控系统是在Microsoft Windows 98/2000或Windows

NT 4.0/5.0

操圣棼系统下,在PC缀上运行熬垂囱对象豹豹32整应爱程j擎。系绞霹透过OLE f对象连
接或嵌入)和ODBC(丌放式数掘库甄连)视窗标准机制,容易的结合到其它的数掘处理系 统中。

d、易予操作监控系统的组态环境与Microsot≈Windows NT的风格一致,即使操作 人受懿知识水平毒羧,也能在缀短的辩|’HJ擘掌握玖系统。

6结论

6结论

随着环保标准的同益严格及工业控制水平在电力工业的逐步提高和应用,电除尘器 必然朝着节能、高效、智能化方向发展。如何在保证效率的条件下,最大限度地节约电能 是未来静电尘的研究方向,也是本文重点之一。 电除尘器除尘效果随烟气条件而变化,烟气的温度、压力、含尘浓度,粉尘的粒径、 比电阻、黏附性等都对电除尘器有很大的影响,本文在分析了静电除尘器的诸多影响因 素与除尘效率之间的关系,如粉尘比电阻、粒径,比电阻,入口烟气量,含尘浓度,烟气 温度,烟气压力等对除尘效率的影响及其解决措施,对静电除尘的本体设计和控制系统的 设计具有指导意义。 静电除尘器是利用高压静电吸附带电粒子的原理进行除尘的。大体来况,静电极板 电压越高,对带电粒子的吸附能力越强,除尘效率也就越高。然而不同极板对电压的承 受力不同,过高的电压会导致极板击穿,放出火花。此时,电压在极短时间内迅速降低, 在损坏静电除尘器的同时除尘效率大大降低,因次,一味的增加电压并不能有效的提高 除尘效,而且也会增加厂用电,降低经济性。所以本文就重点对静电除尘的高压供电对电 除尘效率影响进行分析、研究。从理论上探讨了静电除尘高压供电的节能、优化控制,使 得电除尘器能够在保持效率的前提下,尽可能节电运行,具有更好的除尘效果和有效利用 电力资源。 本文另一重点是用基于Profibus总线的静电除尘控制系统,在分析了静电除尘器的工 艺,工作原理基础上采用了Profibus来设计控制系统,很好的把现场各个设备联系起来, 上位机采用Wince组念,能对现场进行监控,及时发现和解决现场出现的问题。同时, 提高电除尘器的运行、维护、管理水平。特别研究了静电除尘低压控制系统,对阴阳振 打、加热和卸料灰斗进行合理控制,提高了除尘效率。 随着计算机技术的飞速发展,新产品与新技术同新月异,要适应先进的技术,电除尘 系统还应作很多完善,可以从以下几个方面进行考虑: ①本文只对影口向静电除尘的效率进行理论研究,在高压供电方面提出的节能、优化控 制也是基于理论思想,如何把它们转化为实在的控制,运用于除尘器是以后要进一步研究 方向。 ②实现高低压一体化,即高压整流控制设备与低压程控设备相结合,这样在振打电机 运行时,降低高压供电电压,可使振打清灰效果更有效;在绝缘效果不好的情况下,及时 停止高压供电,以免造成更大的损失。 ③增加远程诊断功能,将电除尘监控系统接入Internet网络,以便于相关部门能及时 看到设备运行情况,在设备出现时,可很容易地组织各方专家进行诊断。

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致谢

感谢导师谭塞成教授的关心、指导和教诲。谭宝成教授追求真理、献身科学、严于律
融、宽以德人的桊毫品质对学生燃是永远的鞭策。

作者在攻读硕士学位期l’dj的工作自始至终都是强谭宝成教授的全面、具体的指导下进行 鲍。谭老师渊垮的知识、敏锐的思维、民主恧严谨的作撤,使学生受益匪浅,终生难忘。 感谢学友们和朋友们对我的关心和帮助。 最最,我要衷心感谢我的父母,是他们一贯的支持和数励,馒我能顺利完成我的学业。

高压静电除尘分布式控制系统的研究及设计
作者: 学位授予单位: 陈晓伟 西安工业大学

相似文献(10条) 1.期刊论文 张子生.王红芳.彭增伟.李庆.刘志强.张庆安.周文杰.ZHANG Zi-sheng.WANG Hong-fang.PENG Zengwei.LI Qing.LIU Zhi-qiang.ZHANG Qing-an.ZHOU Wen-jie 基于基金会现场总线的煤粉静电除尘系统 -北京理工 大学学报2005,25(z1)
采用基金会现场总线技术,控制秦皇岛某港16套HD型煤粉高压静电除尘器,分析了FCS与DCS的异同,给出了基于FF的煤粉高压静电除尘系统模型、原理 与实现;阐明了各个子系统的功能实现方法;多台煤粉高压静电除尘装置可应用基金会现场总线技术实现远端综合控制,具有全数字化、系统全开放、控制 分散的特点,其技术经过变异可用于钢铁、石化等工业生产控制领域.

2.会议论文 张子生.王红芳.彭增伟.李庆.刘志强.张庆安.周文杰 基于基金会现场总线的煤粉静电除尘系统 2005
采用基金会现场总线技术,控制秦皇岛某港16套HD型煤粉高压静电除尘器,分析了FCS与DCS的异同,给出了基于FF的煤粉高压静电除尘系统模型、原理 与实现;阐明了各个子系统的功能实现方法;多台煤粉高压静电除尘装置可应用基金会现场总线技术实现远端综合控制,具有全数字化、系统全开放、控制 分散的特点,其技术经过变异可用于钢铁、石化等工业生产控制领域.

3.期刊论文 孙海健.刘静.刘俊.潘文.傅启文.肖友国.SUN Hai-jian.LIU Jing.LIU Jun.PAN Wen.FU Qi-wen.XIAO You-guo 一个小型集散控制系统--DCC96静电除尘器自动控制系统的设计 -电力自动化设备1999,19(6)
介绍了一个小型集散控制系统DCC96静电除尘器自动控制系统的设计方法.系统采用RS-485串行接口标准,用普通的双绞线连接构建了分布式的现场总 线网络,采用面向对象的程序开发技术设计监控站软件,具有良好的人机界面,可实现对电除尘器的远方监控和集中管理.

4.期刊论文 胡为兵.李开成.Hu Weibing.Li Kaicheng CC-Link在高压静电除尘效益优化中的应用 -仪器仪表学报 2005,26(z1)
静电除尘器的效率依赖于放电方法、粉尘颗粒尺寸、空气的流量、温度、粉尘的导电率等许多因数.静电除尘器的效率优化意味着以最小的功率消耗 收集最多的灰尘.结合CC-Link现场总线技术以放电电流和加热器功耗作为反馈量实现整个系统的闭环控制,克服了以往高压电源放电单元和震打、收尘机 构分别单独控制的缺点.

5.期刊论文 胡为兵.李开成.Hu Weibing.Li Kaicheng CC-Link在高压静电除尘效益优化中的应用 -仪器仪表学报 2005,26(8)
静电除尘器的效率依赖于放电方法、粉尘颗粒尺寸、空气的流量、温度、粉尘的导电率等许多因数.静电除尘器的效率优化意味着以最小的功率消耗 收集最多的灰尘.结合CC-Link现场总线技术以放电电流和加热器功耗作为反馈量实现整个系统的闭环控制,克服了以往高压电源放电单元和震打、收尘机 构分别单独控制的缺点.

6.学位论文 潘田田 DCC96型静电除尘器监控系统 1998
该文研究了工业控制中广泛应用的小型集散控制系统,它由现场控制器、现场总线网络和监控站等三部分组成,实现对工业现场对象的"集中管理,分 散控制"的功能.论文中系统地提出了小型集散控制系统的一种设计方法步骤.并对DCC96型静电除尘器监控系统的现场控制器,通讯网络和监控站等方面的 设计思想进行了具体阐述.现场控制部分论述了微控制器的扩展,前向通道、人机接口和后向通道的设计思想.通讯网络部分论述了OSI参考模型、现场总 线、串行接口标准和通信规程等.监控站部分介绍的编程语言Visaal Basic4.0,根据DCC96型静电除尘器监控系统的功能要求,对它的通讯程序和监控画 面程序进行了具体实现.

7.期刊论文 刘志强.王凤鸣.张子生.李庆.周文杰.张庆安.LIU Zhi-qiang.WANG Feng-ming.ZHANG Zi-sheng.LI Qing.ZHOU Wen-jie.ZHANG Qing-an 基于Fieldbus技术的水泥粉尘静电除尘控制系统模型 -北京理工大学学报 2005,25(z1)
为解决水泥生产企业高压静电除尘装置孤立分散控制、环境恶劣、记录繁琐、职业病多发、自动化程度低及很难及时发现并处理各种故障等难题,应 用现场总线(Fieldbus)技术对多台水泥除尘器进行综合控制.介绍了现场总线技术的基本特点,设计了基于Fieldbus技术的六套水泥厂高压静电除尘器的 网络模型,分析了网段设计与网络模型实现方法.应用Fieldbus技术进行控制,可实现系统现场设备数字透明的时实传输功能,提高系统控制与管理水平,降 低运行成本.

8.会议论文 刘志强.王凤鸣.张子生.李庆.周文杰.张庆安 基于Fieldbus技术的水泥粉尘静电除尘控制系统模型 2005
为解决水泥生产企业高压静电除尘装置孤立分散控制、环境恶劣、记录繁琐、职业病多发、自动化程度低及很难及时发现并处理各种故障等难题,应 用现场总线(Fieldbus)技术对多台水泥除尘器进行综合控制.介绍了现场总线技术的基本特点,设计了基于Fieldbus技术的六套水泥厂高压静电除尘器的 网络模型,分析了网段设计与网络模型实现方法.应用Fieldbus技术进行控制,可实现系统现场设备数字透明的时实传输功能,提高系统控制与管理水平,降 低运行成本.

9.会议论文 胡为兵.李开成 CC-Link在高压静电除尘效益优化中的应用
静电除尘器的效率依赖于放电方法、粉尘颗粒尺寸、空气的流量、温度、粉尘的导电率等许多因数.静电除尘器的效率优化意味着以最小的功率消耗 收集最多的灰尘.本文结合CC-Link现场总线技术以放电电流和加热器功耗作为反馈量实现整个系统的闭环控制,克服了以往高压电源放电单元和震打、收 尘机构分别单独控制的缺点.

10.学位论文 闫博 基于PROFIBUS—DP的高压静电除尘供电控制器的研发 2004
静电除尘器在减少工业粉尘的排放量、降低大气环境污染、保护生态环境和人体健康等方面发挥着重要作用.研究和设计静电除尘的供电控制系统对 提高静电除尘器的除尘效率具有重要意义.论文简述了静电除尘器的构造和电晕放电除尘的基本原理,讨论了供电控制系统的电气参数、火花放电与除尘 效率的关系,分析了供电控制系统设计中的技术难点.该文还提出了火花控制的算法,对于提高静电除尘器的工作效率有重要意义.在论文工作中设计完成 了高压供电控制硬件和软件系统的设计.在论文中详细叙述了设计中应该注意的问题和具体的设计方法.高压供电控制系统能自动跟踪最高运行电压,具有 软启动和极限值控制等特性,此外还具有电场短路、电场开路、偏励磁和油温超限等完善的保护功能.论文的另外一个重要组成部分是设计了一套 PROFIBUS-DP系统并完成了软件系统的编程,利用先进的现场总线技术实现了上位机与静电除尘控制器的远程和实时通信.

本文链接:http://d.g.wanfangdata.com.cn/Thesis_Y1196170.aspx 下载时间:2010年4月12日


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