一种pm2.5源颗粒物捕集装置及其远程控制系统
阅读说明：本技术 一种pm2.5源颗粒物捕集装置及其远程控制系统 (A kind of source PM2.5 particlate trap system and its tele-control system ) 是由 王琬 冯俊 张天益 王天志 于 2019-08-27 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种PM2.5源颗粒物捕集装置及其远程控制系统。包括有除尘器,除尘器内设有膜分离组件,膜分离组件下端的除尘器上设有气体进口管,气体进口管连接有风机,气体进口管上设有入口阀,膜分离组件上端的除尘器上设有一组反吹管及清洁气体出口管,一组反吹管上分别设有反吹电磁阀门,清洁气体出口管上依次设有清洁气体出口阀、流量计和指示灯,膜分离组件上下两端的除尘器上设有压差计,膜分离组件下端的除尘器上设有反吹气体出口管,反吹气体出口管上设有反吹出气阀。本发明具有操作方便,并且经济实惠,制稳定可靠,大大延长了除尘设备的使用使命,减少了工人的劳动强度,提高了工作中安全系数的有益效果。(The invention discloses a kind of source PM2.5 particlate trap system and its tele-control systems.It include deduster, membrane separation assemblies are equipped in deduster, the deduster of membrane separation assemblies lower end is equipped with gas inlet tube, gas inlet tube is connected with blower, gas inlet tube is equipped with inlet valve, the deduster of membrane separation assemblies upper end is equipped with one group of anti-blowpipe and clean gas outlet, blowback electromagnetic valve is respectively equipped on one group of anti-blowpipe, clean gas outlet valve is successively arranged on clean gas outlet, flowmeter and indicator light, the deduster of membrane separation assemblies upper and lower ends is equipped with differential manometer, the deduster of membrane separation assemblies lower end is equipped with purge gas outlet, purge gas outlet is equipped with blowback air outlet valve.The present invention have it is easy to operate and economical and practical, make it is reliable and stable, substantially prolong the use mission of cleaner, reduce the labor intensity of worker, improve the beneficial effect of safety coefficient in work.)
技术领域
本发明涉及一种捕集装置，特别是一种PM2.5源颗粒物捕集装置及其远程控制系统。
背景技术
我国的污染随着经济的发展越来越严重，其中比较严重的是大气污染。这些年来，大气中的粉尘越来越多，主要是是因为工业的大力发展，在我国发展早期，普遍使用的燃料都是煤炭，又在钢铁和化工行业的推动下，空气质量受到了严重影响，粉尘就是其中一个不可忽略的因素，而粉尘中的PM2.5颗粒物就是一大罪魁祸首。PM2.5源颗粒物对人类的健康危害主要表现如损害人体的心肺系统，使呼吸道疾病的发生率大大增加还会引发严重的心血管疾病。而无机膜除尘器作为一种新兴的捕集装置，其热稳定性好、化学稳定性好、机械强度大和容易清洁的有点使得该捕集装置极其适合用做捕集PM2.5源颗粒物。但该设备中通常采用的是普通继电器、接触器来实现控制，出现时间控制不准确、阀门错误动作、流量计损坏、工作不可靠等问题。针对这些问题，本发明运用PLC S7-200可编程控制器来设计和优化控制过程。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种PM2.5源颗粒物捕集装置及其远程控制系统。本发明具有操作方便，并且经济实惠，制稳定可靠，大大延长了除尘设备的使用使命，减少了工人的劳动强度，提高了工作中安全系数。
本发明的技术方案：一种PM2.5源颗粒物捕集装置及其远程控制系统，包括有除尘器16，除尘器16内设有膜分离组件3，膜分离组件3下端的除尘器16上设有气体进口管17，气体进口管17连接有风机4，气体进口管17上设有入口阀5，膜分离组件3上端的除尘器16上设有一组反吹管21及清洁气体出口管20，一组反吹管21上分别设有反吹电磁阀门2，清洁气体出口管20上依次设有清洁气体出口阀8、流量计10和指示灯11，膜分离组件3上下两端的除尘器16上设有压差计7，膜分离组件3下端的除尘器16上设有反吹气体出口管19，反吹气体出口管19上设有反吹出气阀9，除尘器16的下端底部设有卸灰口18，卸灰口18上设有卸灰阀6。
前述的PM2.5源颗粒物捕集装置中，所述膜分离组件3相对的除尘器16上设有超声波清洗机13和声波清灰器15。
前述的PM2.5源颗粒物捕集装置中，所述一组反吹管21连接有高压气源1。
前述的PM2.5源颗粒物捕集装置中，所述卸灰口上方的除尘器16设有粒位传感器14。
前述的PM2.5源颗粒物捕集装置及其远程控制系统，所述风机4、入口阀5、反吹电磁阀门2、清洁气体出口阀8、流量计10、指示灯11、压差计7、反吹出气阀9、卸灰阀6、超声波清洗机13、声波清灰器15高压气源1和粒位传感器14连接有PLC S7-200 CPU 226-EM231模拟量拓展模块12。
前述的PM2.5源颗粒物捕集装置及其远程控制系统中，所述PLC S7-200 CPU 226-EM231模拟量拓展模块12上设有风机端口23、入口阀端口24、出口阀端口25、高压气源端口26、F1反吹电磁阀门端口27、反吹出气阀端口28、卸灰阀端口29、指示灯端口30、超声波清洗机端口31、F2反吹出气阀端口32、声波清灰器端口33、压差计端口42、流量计端口22和粒位传感器端口39。
前述的PM2.5源颗粒物捕集装置及其远程控制系统中，所述风机4与风机端口23连接，入口阀5与入口阀端口连24接，一组反吹电磁阀门2分别与F1反吹电磁阀门端口27和F2反吹出气阀端口32连接，清洁气体出口阀8与出口阀端口25连接，流量计10与流量计端口22连接、指示灯11与指示灯端口30连接，压差计7与压差计端口42连接，反吹出气阀9与反吹出气阀端口28连接，卸灰阀6与卸灰阀端口29连接，超声波清洗机13与超声波清洗机端口31连接，声波清灰器15与声波清灰器端口33连接，高压气源1与高压气源端口26端口连接，粒位传感器14与粒位传感器端口39连接。
前述的PM2.5源颗粒物捕集装置及其远程控制系统中，所述PLC S7-200 CPU 226-EM231模拟量拓展模块12上还设有故障显示34、远程停止35、现场停止36、远程启动37、现场启动38、清洗开关40及声波清洗开关41。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明的PM2.5源颗粒物捕集装置的工作原理，含PM2.5源颗粒物废气在风机4驱动下进入捕集装置除尘器16内设有膜分离组件3，被膜分离组件3截留下来的PM2.5源颗粒物在重力作用下自由沉降到除尘器16的下端，分离后的洁净气体通过清洁气体出口管20排放。工作一段时间，膜分离组件3通量下降，为提高其通量，在系统内进行反吹，附着在分离组件上的PM2.5源颗粒物脱落。
2、控制要求，如图4所示：
(1)正常除尘，含尘气体入口阀5和清洁气体出口阀8打开，保持风机4工作，除尘10分钟。
(3)声波清灰，在除尘之后，反吹之前，先打开声波清灰器15，进行初步清灰，清灰时间区经验值15秒。
(4)反吹再生，当工作一段时间后(可设定)，膜孔堵塞，流量下降，关闭入口阀5和清洁气体出口阀8，打开反吹电磁阀门2和反吹出气阀9，高压气源1开始工作，进行反吹，反吹14秒钟，同时为了保持系统除尘工作的高效性，要求反吹的效率比较高，所以设定反吹电磁阀门组对膜分离组件进行分区控制。
本发明研究为了方便阐述，采用两个分区，即反吹电磁阀门2中的F1和F2，两个电磁阀各控制一个分区，当F1打开的时候，F2关闭，F2打开的时候，F1关闭，实现分区增压，保证除尘效率。
(5)自动卸灰，除尘工作一直在进行，当尘埃堆积到初始料位设定值时，粒位传感器13会做出反应，自动控制系统会打开卸灰阀6，开始卸灰，此时其它阀门都应该关闭。
(6)自动报警，流量计10从一开始就在工作，一直监测着系统的，当流量过大或者过小，超出了或者小于膜分离组件流量范围时，指示灯11会做出反应，系统自动报警，防止系统设备的损害，确保控制系统的有效运行。
(7)超声波清洗，当除尘工作停止后，风机4等部件不再工作，此时打开清洗开关40，开始清洗膜分离组件3，清洗时间为60分钟。
3、控制系统的设计，如图3所示：
PM2.5源颗粒物捕集装置及其远程控制系统中，风机4、入口阀5、反吹电磁阀门2、清洁气体出口阀8、流量计10、指示灯11、压差计7、反吹出气阀9、卸灰阀6、超声波清洗机13、声波清灰器15高压气源1和粒位传感器14连接有PLC S7-200 CPU 226-EM231模拟量拓展模块12。
4、PM2.5源颗粒物捕集装置控制器采用西门子公司S7—200整体式PLC。中央处理器选择CPU226与EM231模拟量拓展模块,根据控制系统的要求分配I/O端口并绘制出CPU226-EM231模拟量拓展模块AC/DC/继电器模块接线图，如图2所示：
本发明选择的编程语言是梯形图，选择的主控制器是可编程逻辑控制器PLC S7-200，采用西门子STEP-MICRO/WIN编程软件结合控制要求画出梯形图，再用相应的仿真软件进行模拟仿真。(梯形图见图5)
程序的设计原理如下：
(1)电路采用多地控制，设计现场的启动和停止开关和远程的启动和停止开关，打开远程和现场启动开关，PM2.5捕集设备开始进入除尘状态，工作十分钟后，开始进入声波初步清灰，30秒之后再开始反吹，反吹时间为14秒，通过电磁阀的自动开启与关闭，让系统循环工作。
(2)流量计端口22和压差计端口42对工作过程中的流量和压强进行实时监测并转换为电信号作为模拟量，若系统流量不正常，指示灯11则会报警，由于膜孔被堵塞，导致压强变化，当达到一定值时(可设定，本发明设定模拟量为15毫安)，进入反吹状态。
(3)粒位传感器端口39会根据尘埃堆积的位置高度作出反应，当粒位传感器14被触发时，卸灰阀6被打开，进入卸灰状态，卸灰时间为10秒钟，卸灰过程中其他阀门关闭，卸灰完成之后，设备再进行工作。
(4)由于电磁阀的打开和关闭都会发生滞后的情况，本发明的控制系统的设备工作时间均考虑了滞后时间，在实际的工业生产中，随着设备工作时间的加长，滞后的时间也会越来越长，在设定时间时，可以适当延长每个工作状态的工作时间。
(5)当除尘结束之后，也就是一天的生产结束之后，需要对PM2.5捕集设备进行清洗，启动清洗开关40，即可启动超声波清洗机13。
5、控制系统的仿真结果运行和分析
(1)运行控制程序,启动按钮I0.3、I0.4,电路接通延时几乎可以忽略一般在37ms左右。
(2)线圈M0.0得电，形成自锁，输出量Q0.0启动,输出量电磁阀Q0.1、Q0.2打开,进入除尘工作状态。
(3)Q0.1和Q0.2输出保持接通10分钟后关闭，高压气源Q0.3启动，声波清灰器Q1.2启动，开始初级清灰，15秒后，反吹电磁阀Q0.4和反吹出气电磁阀Q0.5打开，进入反吹工作状态，下一次反吹时，反吹电磁阀Q1.1和反吹出气阀Q0.5打开，依次循环工作。
(4)Q0.4和Q0.5输出保持接通14s后关闭，同时Q0.1和Q0.2打开,转向运行第(1)步，往复工作。
(5)当粉尘的料位达到初始设定时，卸灰阀Q0.6打开，卸灰10秒。
(6)按下I0.1或I0.2停止按钮，停止所有输出，电磁全部关闭。
(7)启动清洗开关I0.6，超声波清洗机Q1.0打开，清洗膜分离组件60分钟后，结束工作。
本发明控制系统采用西门子PLC S7-200控制器，改进了PM2.5捕集设备的控制技术，实现PM2.5源颗粒物捕集装置的自动控制过程，包括PM2.5源颗粒物捕集、声波振动、反吹、清灰和报警过程。运行过程中，系统的电磁阀和流量计没有出现错误和损坏，对系统故障做到了实时监测和报警，合理的设计大大减少了故障的发生。使整个控制系统的操作更加方便快捷，无论是系统的控制结构，还是控制器的功能都得到了极大的优化。此外，此次研究还解决了控制系统发生突发故障的问题，大大降低了故障发生率，控制系统更加智能、更加人性化，并且运用多地控制使控制系统更自动化和系统，大大减少了工人的劳动强度，利用S7-200进行作为控制器，不仅控制简单、方便，而且能大大减小控制滞后对控制精度造成的影响，达到了令人满意的控制效果。
综上所述，本发明的PM2.5捕集设备，控制系统的主控制器选择的是PLC S7-200。PM2.5捕集设备的除尘效率高于99％，对于0.1μm以上的粉尘，捕集效率高达百分之百，在较湿的环境下也能工作。经过多次反复试验，可编程控制器S7-200程序编写简单，操作方便，并且经济实惠。在编写程序时，可以点击编译按钮，则可实时查看是否有错误；在进行模拟仿真时，也能进行实时监控，观察具体情况，控制稳定可靠。在整个仿真过程中，捕集设备不仅能够正常除尘，正常反吹清灰，保证除尘效率，还引入了超声波清洗技术，安装了超声波清洗机，大大延长了除尘设备的使用使命。除此之外，控制系统能够实现自动报警，自动反吹，自动清灰等过成，使整个控制过程更加的智能化和人性化，大大减少了工人的劳动强度，大大提高了工作中安全系数。
所以本发明具有操作方便，并且经济实惠，制稳定可靠，大大延长了除尘设备的使用使命，减少了工人的劳动强度，提高了工作中安全系数的有益效果。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的PLC S7-200 CPU 226-EM231模拟量拓展模块AC/DC/继电器模块接线图；
图3是本发明的控制系统图；
图4是本发明的程序流程图；
图5是本发明的梯形图。
附图中的标记为：1-高压气源，2-反吹电磁阀门，3-膜分离组件，4-风机，5-入口阀，6-卸灰阀，7-压差计，8-清洁气体出口阀，9-反吹出气阀，10-流量计，11-指示灯，12-PLCS7-200 CPU 226-EM231模拟量拓展模块，13-超声波清洗机，14-粒位传感器，15-声波清灰器，16-除尘器，17-气体进口管，18-卸灰口，19-反吹气体出口管，20-清洁气体出口管，21-反吹管，22-流量计端口，23-风机端口，24-入口阀端口，25-出口阀端口，26-高压气源端口，27-F1反吹电磁阀门端口，28-反吹出气阀端口，29-卸灰阀端口，30-指示灯端口，31-超声波清洗机端口，32-F2反吹出气阀端口，33-声波清灰器端口，34-故障显示，35-远程停止，36-现场停止，37-远程启动，38-现场启动，39-粒位传感器端口，40-清洗开关，41-声波清洗开关，42-压差计端口。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。
实施例。一种PM2.5源颗粒物捕集装置及其远程控制系统，构成如图1-4所示，包括有除尘器16，除尘器16内设有膜分离组件3，膜分离组件3下端的除尘器16上设有气体进口管17，气体进口管17连接有风机4，气体进口管17上设有入口阀5，膜分离组件3上端的除尘器16上设有一组反吹管21及清洁气体出口管20，一组反吹管21上分别设有反吹电磁阀门2，清洁气体出口管20上依次设有清洁气体出口阀8、流量计10和指示灯11，膜分离组件3上下两端的除尘器16上设有压差计7，膜分离组件3下端的除尘器16上设有反吹气体出口管19，反吹气体出口管19上设有反吹出气阀9，除尘器16的下端底部设有卸灰口18，卸灰口18上设有卸灰阀6。
所述膜分离组件3相对的除尘器16上设有超声波清洗机13和声波清灰器15。
所述一组反吹管21连接有高压气源1。
所述卸灰口上方的除尘器16设有粒位传感器14。
其工作原理如图1所示，PM2.5源颗粒物捕集装置工作时，含PM2.5源颗粒物废气入口阀5和清洁气体出口阀8打开，含PM2.5源颗粒物气体在风机4驱动下经气体进口管17进入捕集装置除尘器16内设有膜分离组件3，开始工作，通过压差计7和流量计10对过程压差及流量实时检测，工作一段时间后，流量下降，压差增大；关闭入口阀5和清洁气体出口阀8，声波清灰器15开启，一段时间后，打开反吹电磁阀门2和反吹出气阀9，高压气源1开始工作，此时系统进入反吹状态，反吹后，关闭反吹电磁阀门2和反吹出气阀9，打开含PM2.5源颗粒物废气入口阀5和清洁气体出口阀8，PM2.5源颗粒物捕集装置进入下一个工作循环。当分离组件的除尘室的粉尘料位达到初始设定值，粒位传感器14会给出信号，卸灰阀6打开，粉尘料经卸灰口18进入卸灰状态，卸灰完成后，再开始除尘，如此往复工作。当除尘工作结束后，打开清洗开关，超声波清洗机13开始工作，清洗膜分离组件，清洗完成后，停止工作。
所述的PM2.5源颗粒物捕集装置及其远程控制系统，所述风机4、入口阀5、反吹电磁阀门2、清洁气体出口阀8、流量计10、指示灯11、压差计7、反吹出气阀9、卸灰阀6、超声波清洗机13、声波清灰器15高压气源1和粒位传感器14连接有PLC S7-200 CPU 226-EM231模拟量拓展模块12。
所述PLC S7-200 CPU 226-EM231模拟量拓展模块上设有风机端口23、入口阀端口24、出口阀端口25、高压气源端口26、F1反吹电磁阀门端口27、反吹出气阀端口28、卸灰阀端口29、指示灯端口30、超声波清洗机端口31、F2反吹出气阀端口32、声波清灰器端口33、压差计端口42、流量计端口22和粒位传感器端口39。
所述风机4与风机端口23连接，入口阀5与入口阀端口连24接，一组反吹电磁阀门2分别与F1反吹电磁阀门端口27和F2反吹出气阀端口32连接，清洁气体出口阀8与出口阀端口25连接，流量计10与流量计端口22连接、指示灯11与指示灯端口30连接，压差计7与压差计端口42连接，反吹出气阀9与反吹出气阀端口28连接，卸灰阀6与卸灰阀端口29连接，超声波清洗机13与超声波清洗机端口31连接，声波清灰器15与声波清灰器端口33连接，高压气源1与高压气源端口26端口连接，粒位传感器14与粒位传感器端口39连接。
所述PLC S7-200 CPU 226-EM231模拟量拓展模块上设有故障显示34、远程停止35、现场停止36、远程启动37、现场启动38、清洗开关40及声波清洗开关41。
(1)运行控制程序,启动按钮I0.3、I0.4,电路接通延时几乎可以忽略一般在37ms左右。
(2)线圈M0.0得电，形成自锁，输出量Q0.0启动,输出量电磁阀Q0.1、Q0.2打开,进入除尘工作状态。
(3)Q0.1和Q0.2输出保持接通10分钟后关闭，高压气源Q0.3启动，声波清灰器Q1.2启动，开始初级清灰，15秒后，反吹电磁阀Q0.4和反吹出气电磁阀Q0.5打开，进入反吹工作状态，下一次反吹时，反吹电磁阀Q1.1和反吹出气阀Q0.5打开，依次循环工作。
(4)Q0.4和Q0.5输出保持接通14s后关闭，同时Q0.1和Q0.2打开,转向运行第(1)步，往复工作。
(5)当粉尘的料位达到初始设定时，卸灰阀Q0.6打开，卸灰10秒。
(6)按下I0.1或I0.2停止按钮，停止所有输出，电磁全部关闭。
(7)启动清洗开关I0.6，超声波清洗机Q1.0打开，清洗膜分离组件60分钟后，结束工作。