【摘要】根据垃圾焚烧发电项目设备特点以及现场实际情况，除渣系统的除铁器性能差、故障率高的原因进行分析，本文针对除铁器系统进行优化配置和改造设计，详细介绍基于PLC的除铁器优化设计及其软硬件的实现。
关键词 电磁除铁器 PLC 变频器
随着垃圾焚烧发电项目不断增多，在生产过程中存在着很多不稳定因素，除铁器装置经常出现钢丝绳和称重传感器被拉断、行程开关损坏、行走机构冲出轨道、行走机构电机烧坏和电缆损坏等故障，为了保证除铁器装置的稳定和经济运行，对除铁器系统进行优化改造至关重要。
1 存在的问题
1.除渣系统除铁器为干式电磁除铁器，悬挂方式为钢丝绳加重量传感器，电磁除铁器电源为小型整流控制柜。采用微机控制，修改参数需用键盘进行操复杂。重量测量系统使用前矫正步骤繁琐。切换控制方式需停机打开机箱更换控制模块。
2.控制系统没有称重保护（重量不平衡）停机功能。城市生活垃圾焚烧后遗留的铁质杂物非常复杂而且不均匀，吸料工作完成后退过程中经常出现被吸附的铁质杂物另一端仍挂在振动输送机上的情况，导致钢丝绳或重量传感器被拉断，除铁器脱落，电缆损坏。
3.除铁器电源和行走机构电机保护功能单一。
4.小车行程开关采用普通的滚轮摇臂式限位器，摇臂易磨损，故障率高，导致小车经常冲过限位，甚至冲出轨道。
2 优化设计方案
1.除铁器增加就地操作套台,防护等级IP54。控制面板设置就地/自动控制转换开关（SA2）、控制电源开关(SA1)、控制电源指示灯(GD1)、自动启动按钮(SB1)、自动运行指示灯(GD2)、紧急停止按钮（SB6）、手动前进/后退按钮(SB2/SB3)、手动吸料/卸料按钮(SB4/SB5)、电压/电流表(V/A)、弃料位置指示灯（GD3）、吸料位置指示灯（GD4）、电磁铁工作指示灯（GD5）、称重故障指示灯（GD6）、电磁铁故障指示灯（GD7）、行走机构故障指示灯（GD8）、时间继电器（SJ）、称重保护调节装置（CBT）和称重保护切除开关（SA3）。
2.控制系统由原先的微机控制改为PLC控制。控制方式为手动控制、自动控制三种方式，用二挡转换开关进行切换。
手动控制方式：检修或调试时使用手动控制方式。前进、后退和吸料均为点动模式。
自动控制方式：正常运行情况下使用自动控制方式。由于此除铁器装置不需要对吸附的铁质杂物进行精确的计量，因此取消重量控制方式，自动控制方式采用时间控制加称重不平衡保护的模式。
3.电磁铁电源回路增加多功能综合保护装置，故障时发出信号至操作台和DCS系统。
行走机构进行改进，电动机增加变频器，以便在接近停车位置是提前减速，并给电动机提供全面的保护，故障时发出故障信号至操作台和DCS系统。滚轮摇臂式行程开关换成灵敏度更好的金属传感器。自动控制方式运行时，为行走及巩固设置双重保护，既前进/后退极限和前进/后退机械止挡。见下图
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除铁器运行工况
3 系统硬件及一次接线设计
3.1 PLC及A/D转换模块选型
根据除渣系统除铁装置的安装环境、运行工况、控制原理、I/O点数以及模拟量点数，PLC主机采用LS产电的MASTER-K120S- K7MDR40U,A/D转换模块采用G7F-AD2A，用来采集称重模拟信号。
3.2主要电气元件选型
行走机构电动机功率为0.5KW，变频器选用LS产电的LS-Starvert SV008Ig5-4变频器。
称重传感器选用S型拉压力传感器，量程2T，输出信号为4-20mA。
金属传感器选用方形电感式接近开关，直流24V电源，NPN直流三线常开，监测距离10mm。
时间继电器选用通电延时接通时间继电器。称重保护调节装置选用带断电保护的累加累减计数器。电磁铁保护装置选用电动机综合保护器，设缺相和过载保护。
3.3 一次接线设计
主电源采用三相五线制380V电源。配置24V直流电源供金属传感器使用。
4、二次接线设计
4.1 PLC接线
为了提高PLC的抗干扰能力，PLC与现场设备之间采用继电器进行隔离，输出端采用AC220V继电器。
4.2变频器接线
变频器采用多步控制，PLC输出控制正反转和速度输出。
5、软件设计
PLC编程软件选用LS产电编程软件KGLWIN中文版，版本3.62。
5.1手动控制方式
手动控制方式主要用于检修或调试。为了便于控制，前进和后退均为点动模式，前进和后退不受吸料位、卸料位、前进极限和后退极限的限制，但是行至前进减速和后退减速时可以启动减速，变频器故障时前进和后退无法启动，磁铁保护动作时吸铁无法启动。手动前进和手动后退互相闭锁，以免同时按下手动前进按钮（SB2）和手动后退按钮（SB3）时发生故障。
5.1.1手动前进：将就地/自动控制转换开关（SA2）切换手动，按手动前进按钮（SB2），启动变频器正转，同时启动变频器高速，行走机构向前运行，行至前进减速时，启动变频器低速，同时切断变频器高速回路。
图7手动前进程序
5.1.2手动后退：将就地/自动控制转换开关（SA2）切换手动，按手动前进按钮（SB3），启动变频器反转，同时启动变频器高速，行走机构向后运行，行至后退减速时，启动变频器低速，同时切断变频器高速回路。
5.1.3手动吸料：将就地/自动控制转换开关（SA2）切换手动，按手动吸料按钮（SB4），电磁铁电源接通开始工作。操作台上电磁铁工作指示灯（GD5）亮。
5.2自动控制方式
自动控制方式为除铁器的正常运行方式。自动方式启动前，要保证行走机构在卸料位，启动自动方式后，除铁器将自动完成向前运行、前进减速、吸料位处停车、卸料、向后运行、后退减速、卸料位处停车、卸料、卸料后再进行下一个循环。
5.2.1自动启动：将就地/自动控制转换开关（SA2）切换自动，按自动启动按钮（SB1），操作台上自动运行指示灯(GD2)亮，自动运行开始。
5.2.2自动前进：行走机构启动电机转，同时启动变频器高速，行走机构自动向前运行，行至前进减速处启动变频器低速，同时切断变频器高速回路，行走机构低速运行至吸料处停车，操作台上吸料位置指示灯（GD4）亮。变频器故障和称重故障时将停止前进。
如果吸料处金属传感器失灵，行走机构将继续前行至前进限位处停车或冲过前进限位走到机械前进止挡处变频器过载停车，PLC向DCS系统发出行走机构故障信号，操作台上行走机构故障指示灯（GD8）亮。
5.2.3自动吸料：行走机构吸料处停车，启动电磁铁运行，电磁铁开始吸料，同时启动操作台上的时间继电器SJ。时间继电器时间根据以往的除铁器实际运行数据制定。
5.2.4自动后退：时间继电器SJ计时结束启动电机反转，同时启动变频器高速，行走机构自动向后运行，行至后退减速处启动变频器低速，同时切断变频器高速回路，低速行至弃料料处停车。操作台上弃料位置指示灯（GD3）亮。
如果弃料处金属传感器失灵，行走机构将继续后退至后退极限处停车或冲过后退极限走到机械后退止挡处变频器过载停车，PLC向DCS系统发出行走机构故障信号，操作台上行走机构故障指示灯（GD8）亮
5.2.5自动卸料：行走机构弃料处停车，同时启动弃料时间继电器，卸料时间由PLC内部时间继电器完成，时间为10S。
5.2.6开始下一循环：弃料时间继电器启动后延时接通，启动电机正转，同时启动电机高速，行走机构向前运行，开始下一循环。
5.2.7称重保护：
1）称重保护启动：称重传感器1和称重传感器2的数据（4-20mA）通过A/D转换器存储在PLC的D4980和D4981,数值在1-3200之间。
称重故障输停止行走机构前进或后退。为了防止被吸的物料洒落的到处都是，称重故障不停止电磁铁运行。称重故障时，PLC向DCS系统发出故障信息，操作台上称重故障指示灯（GD6）亮。
2）保护定值设定：通过操作面板上的称重保护调节装置（CBT）增加和减少PLC数据存储器D0001里的数值，作为称重保护定值。定值大小要大于正常工作情况下摆动造成的称重数据差。
5.2.8紧急停止：自动运行时，发生紧急情况可以按下紧急停止按钮（SB5）停止行走机构运行，为了防止被吸的物料洒落的到处都是，应急停止不停止电磁铁运行。
6 结束语
除铁器改造后经过测试，运行稳定，参数调整方便，故障率低，故障发生后运行人员能够很快发现并通知检修，保证除铁装置的安全和稳定运行，提高了铁质杂物的回收量，同时还减轻了运行人员和检修人员的工作量。
参考文献
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