工業(yè)廢氣處理系統(tǒng)的智能化核心：PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施

第一步：需求分析與方案設(shè)計(jì)

• 工藝梳理：詳細(xì)分析廢氣處理工藝（例如：酸性廢氣采用堿液洗滌塔

  ，有機(jī)廢氣采用RTO焚燒）

  。明確每個(gè)設(shè)備的啟停條件

  、聯(lián)鎖關(guān)系和控制目標(biāo)

  。

• I/O點(diǎn)統(tǒng)計(jì)：列出所有需要PLC監(jiān)控和控制的信號(hào)點(diǎn)。

• 數(shù)字量輸入（DI）：設(shè)備運(yùn)行/停止反饋

  、故障信號(hào)

  、急停按鈕

  、液位開(kāi)關(guān)等。

• 數(shù)字量輸出（DO）：控制風(fēng)機(jī)

  、水泵

  、電磁閥的啟停命令

  。

• 模擬量輸入（AI）：溫度、壓力

  、流量、pH值

  、VOCs濃度等傳感器信號(hào)（4-20mA或0-10V）

  。

• 模擬量輸出（AO）：調(diào)節(jié)變頻器頻率（控制風(fēng)機(jī)風(fēng)量）

  、調(diào)節(jié)比例閥開(kāi)度等。

• 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)：確定PLC型號(hào)（需考慮I/O點(diǎn)數(shù)量

  、擴(kuò)展能力、通信功能）

  、HMI人機(jī)界面

  、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌ㄈ绮捎肞rofinet、Ethernet/IP等工業(yè)以太網(wǎng)）

  、以及與儀表和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的連接方式。

第二步：硬件選型與安裝

• PLC選型：選擇知名品牌（如西門(mén)子S7-1200/1500

  、羅克韋爾ControlLogix/CompactLogix
  、施耐德Modicon等）
  ，其穩(wěn)定性和可靠性經(jīng)過(guò)市場(chǎng)驗(yàn)證。CPU性能需留有余量以備后期擴(kuò)展
  。

• 外圍設(shè)備選型：

• 傳感器/儀表：選擇精度高

  、抗干擾能力強(qiáng)的工業(yè)級(jí)產(chǎn)品
  。

• 執(zhí)行機(jī)構(gòu)：如防爆型風(fēng)機(jī)和泵、耐腐蝕閥門(mén)

  、高性能變頻器等。

• 柜體設(shè)計(jì)與布線：設(shè)計(jì)符合標(biāo)準(zhǔn)的電氣控制柜

  ，進(jìn)行規(guī)范的柜內(nèi)布線
  ，強(qiáng)電與弱電分離
  ，做好接地和屏蔽，確保電磁兼容性（EMC）

  。

第三步：軟件編程與組態(tài)

這是實(shí)現(xiàn)控制功能的核心。

• 編程環(huán)境：使用PLC品牌對(duì)應(yīng)的集成開(kāi)發(fā)軟件（如西門(mén)子TIA Portal

  ，羅克韋爾Studio 5000）

  。

• 程序結(jié)構(gòu)：采用模塊化編程思想

  ，通常包括：

• 主程序（OB1）：程序循環(huán)執(zhí)行的入口

  。

• 手動(dòng)控制模塊（FC/FB）：用于設(shè)備調(diào)試和緊急情況下的手動(dòng)操作

  。

• 自動(dòng)控制模塊（FC/FB）：核心控制邏輯

  ，根據(jù)工藝要求編寫(xiě)自動(dòng)運(yùn)行流程
  。

• 報(bào)警處理模塊（FC/FB）：集中管理所有報(bào)警信息

  ，設(shè)定優(yōu)先級(jí)和報(bào)警歷史
  。

• PID控制模塊：用于溫度、流量

  、pH值等回路的精確調(diào)節(jié)
  。

• HMI畫(huà)面組態(tài)：設(shè)計(jì)直觀

  、操作簡(jiǎn)便的人機(jī)界面
  ，通常包括：

• 總覽畫(huà)面：顯示工藝流程動(dòng)畫(huà)和關(guān)鍵數(shù)據(jù)

  。

• 手動(dòng)操作畫(huà)面：提供每個(gè)設(shè)備的獨(dú)立操作按鈕。

• 趨勢(shì)圖畫(huà)面：實(shí)時(shí)和歷史趨勢(shì)查詢，用于故障分析和工藝優(yōu)化

  。

• 報(bào)警列表畫(huà)面：實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前和歷史的報(bào)警信息

  。

• 參數(shù)設(shè)置畫(huà)面：供授權(quán)人員修改PID參數(shù)、設(shè)定值等

  。

第四步：系統(tǒng)調(diào)試與上線

• 模擬調(diào)試：在實(shí)驗(yàn)室連接PLC

  ，使用軟件模擬輸入信號(hào)
  ，測(cè)試程序邏輯是否正確。

• 現(xiàn)場(chǎng)空載調(diào)試：斷開(kāi)主電路

  ，測(cè)試所有輸出點(diǎn)動(dòng)作是否正確
  ，HMI操作是否正常
  。

• 帶負(fù)載調(diào)試：逐步啟動(dòng)設(shè)備

  ，進(jìn)行單機(jī)調(diào)試和聯(lián)動(dòng)調(diào)試

  。

• 參數(shù)整定：對(duì)PID控制回路進(jìn)行參數(shù)整定，確保系統(tǒng)響應(yīng)快速且穩(wěn)定

  。

• 試運(yùn)行與驗(yàn)收：系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行

  ，考核其穩(wěn)定性
  、處理效率和安全性，最終完成項(xiàng)目驗(yàn)收
  。

三

、 核心控制策略詳解

以常見(jiàn)的蓄熱式焚燒爐（RTO） 為例

1. 安全啟動(dòng)連鎖：

• 啟動(dòng)前，PLC會(huì)檢測(cè)廢氣濃度是否在爆炸下限（LEL）以下

  、風(fēng)機(jī)潤(rùn)滑油位是否正常、閥門(mén)是否處于初始位置
  。任一條件不滿足，系統(tǒng)無(wú)法啟動(dòng)并提示具體原因。

2. 順序控制：

• 按下啟動(dòng)按鈕后

  ，PLC按順序：?jiǎn)?dòng)引風(fēng)機(jī) -> 啟動(dòng)燃燒器助燃風(fēng)機(jī) -> 點(diǎn)火預(yù)熱 -> 達(dá)到設(shè)定溫度后
  ，主進(jìn)氣閥打開(kāi)，廢氣引入 -> 陶瓷蓄熱體開(kāi)始定時(shí)切換
  。

3. 溫度閉環(huán)控制（PID）：

• 控制對(duì)象：焚燒室溫度。

• 測(cè)量值（PV）：焚燒室溫度傳感器（熱電偶）的實(shí)時(shí)讀數(shù)

  。

• 設(shè)定值（SP）：工藝要求的最佳分解溫度（如850℃）

  。

• 輸出（OUT）：調(diào)節(jié)天然氣主管道上比例調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度

  ，或控制輔助燃燒器的火力大小

  。

• PLC通過(guò)PID算法動(dòng)態(tài)計(jì)算輸出，使PV值快速且穩(wěn)定地跟蹤SP值

  ，確保焚燒效率的同時(shí)節(jié)約能源。

4. 閥門(mén)切換控制：

• PLC內(nèi)部定時(shí)器控制氣動(dòng)提升閥的切換周期（通常60-120秒）

  。切換過(guò)程要求嚴(yán)格密封和快速動(dòng)作

  ，程序會(huì)設(shè)計(jì)好嚴(yán)格的互鎖

  ，防止閥門(mén)同時(shí)開(kāi)啟導(dǎo)致廢氣短路

  。

5. 安全聯(lián)鎖與報(bào)警：

• 超溫報(bào)警：焚燒室溫度超過(guò)安全上限

  ，立即切斷廢氣進(jìn)氣并打開(kāi)緊急新風(fēng)閥

  ，同時(shí)報(bào)警。

• 熄火保護(hù)：火焰探測(cè)器檢測(cè)到熄火

  ，立即切斷燃?xì)獍踩y

  。

• 風(fēng)機(jī)故障：引風(fēng)機(jī)故障停機(jī)

  ，立即連鎖關(guān)閉整個(gè)系統(tǒng)

  ，防止廢氣積聚。

四

、 總結(jié)與展望

一套設(shè)計(jì)精良、實(shí)施到位的PLC控制系統(tǒng)是工業(yè)廢氣處理設(shè)施穩(wěn)定、高效

未來(lái)，隨著工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）和人工智能（AI）技術(shù)的發(fā)展

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