摘要：随着我国对环境问题的日益突出，国家对环保的治理也越来越严格，环保产品以空气污染治理设备和水污染治理设备为主。空气污染治理设备80%是除尘设备，主要产品有各种旋风除尘器、湿式除尘器、静电除尘器和自洁式除尘过滤器等。尤其是自洁式除尘过滤器具有工作效率高、运行成本低、工作安全、除尘效果好等优点，成为环保行业首选的除尘装置。
关键词：矩阵式控制；除尘；过滤器；比较
引言
随着城市日益剧增的发展，环境问题的逐渐突出，国家对环保的治理也越来越严格，各个生产厂家不得不新增或更新了大量的环保设备并投入使用。环保产品以空气污染治理设备和水污染治理设备为主。自洁式除尘过滤器主要由捕集系统、清灰系泄灰系统、高压风机系统和阀门控制系统组成。含尘气流从进气口进入自洁式除尘过滤器后，部分沉淀，轻微浮尘被阻留，净化空气从出气口排出。吸附在过滤器上的粉尘不断增加，达到一定厚度后要清除这些粉尘。清灰主要是顺序触发各自洁式除尘过滤器脉冲电磁阀，整个控制系统需要根据差压或按定时流程打开反吹阀清除粉尘，使压缩空气以接近音速的速度由文氏管吹入自洁式除尘过滤器虑芯，吹落吸附在滤芯上的粉尘。刘震，王昌正等[1]，介绍了除尘器采用“矩阵控制法”的控制方式，可以有效地节约模块，降低硬件投入成本。孙宪伟[2]，介绍了通过矩阵的方法，在有限的资源下可以低成本的快速扩展输出端，满足控制系统的要求。虽然在应用中多了一些限制，但由于在设计时对输出顺序做了精心安排，完全避免了它的不足之处。现在市场上自洁式除尘过滤器脉冲电磁阀较多，每路电磁阀需要一个PLC输出点来控制，这样除尘过滤器设备越大则PLC控制器需要使用的扩展模块较多，设备的控制系统成本越高。在当前经济形势下，设备既要压缩控制成本，又要做到控制成熟可靠，这样设备在市场上才有竞争能力。
1、除尘器的工艺原理
自洁式除尘过滤器要如何降低控制成本？现在除尘过滤器的控制方式，方案一就是使用专用的单片机控制器。这种控制方式因为单片机控制系统是专门为除尘过滤器而开发的，所以系统会十分精简，控制成本会也相对低廉。同时带来的问题就是可靠性较PLC控制系统比起来相对较差，可扩展性不强，用户现场如果想另外增加一些控制功能（比如另外增加通讯功能，再另外加入一些模拟量通道显示等）就非常困难。方案二就是工业控制上主流使用PLC控制系统。因为其工作的可靠性高，出故障的情况不多，这大大减轻了维修工作量，而且抗干扰能力强，编程方便，指令丰富功能强大。同时具有良好的可扩展性好而在工业控制中被广泛应用。如何在采用PLC控制的状况下，找一种降低PLC控制成本的控制方案来降低设备的控制成本。
2、PLC矩阵式控制方法
PLC因为体积小、功耗低、性价比高、抗干扰能力强、编程简单、价格低廉、使用可靠方便等优点被广泛地应用于工业控制领域。但在实际应用过程中，往往因为输入输出点数配置的需求不一样，当输出点数量需要很多时，为了输出点数满足控制需求，选择输出点数目满足要求的PLC，或通过配置专用的扩展模块来增加输出点数目，使输出点数目满足控制系统的要求，这种方法增加了控制系统的成本，同时也导致输入点的浪费，降低了系统的性价比。如果我们可以找到一种采用PLC的软件编程实现，选择输入点数目较少的PLC，不增加额外的硬件。PLC矩阵式控制利用这PLC自身固有的资源，通过码方法实现输出点数目的扩展。取PLC的M个输出点构成M个输出节点组，取PLC的N个输出点构成N个输出节点状态输出端，即每个输出节点组包含有N个节点，这样就可以实现M*N个输出点的扩展。当某一负载需要输出时，对应的输出节点组和输出节点状态输出端都由PLC控制输出，通过输出节点的控制就可以唯一确定输出负载的状态。我们采用M*N矩阵输出，输出控制负载达到M*N个，PLC的输出点占用为M+N点。以图为例这是一个5*5的PLC矩阵式输出控制，我们如果需要YV1电磁阀输出反吹，则只需要驱动KA1和KA6对应的PLC输出点即可实现，如果需要YV25电磁阀输出反吹，则只需要驱动KA5和KA10对应的PLC输出点即可实现。只要通过合理的编程方法，就可以唯一确定控制输出反吹电磁阀的反吹输出。
3、PLC矩阵式控制于常规控制的比较
以10个输出点为例，分列两种控制方式，根据图1所示，可以得出，PLC常规控制方案中每一个自洁式除尘过滤器脉冲阀由PLC的一个输出点控制点控制，每一个自洁式除尘过滤器电磁阀占用了一个PLC的输出点。这种控制方式中规中矩，是一种传统的控制方式。PLC矩阵式控制方案中每一个自洁式除尘过滤器脉冲阀由PLC的两个输出点控制，这样的组合使PLC输出点组合更加丰富，使得脉冲阀的控制数量成平方数增长。以十个输出点为例，矩阵式输出控制方式可以控制二十五个自洁式除尘过滤器脉冲阀，而传统控制方式只能控制十个自洁式除尘过滤器脉冲阀。在硬件成本相同的情况下自洁式除尘过滤器脉冲阀增加了1.5倍之多。PLC矩阵式控制方式的控制数量理论上设备越大，阀门数量越多，响应的控制系统越简洁，随着电器元件的减少，整个系统出现故障率更低，硬件成本节约越明显。
4、PLC矩阵式控制弊端分析
PLC矩阵式控制方案可以节约成本，但同时我们也要正视PLC矩阵式控制方案的一些弊端。
只能使用在一些特殊设备上，比如自洁式除尘过滤器这种同一时间段内只需要一个输出点的设备，不能进行多阀联动的复杂控制。
2）PLC矩阵式控制在使用时两个以上的同行或同列中间继电器输出点不能同时输出，否则将会引起多个自洁式除尘过滤器脉冲阀同时动作，需要靠合理的编程方法确保行和列在同一时间内只有各一个中间继电器可以输出。
3）当PLC的某一个输出点或是某一个中间继电器出现故障，将引起同一支路上的所有动作自洁式除尘过滤器脉冲阀都无法输出，对单个元件的可靠性提出了更高的要求。
5、PLC矩阵式控制效果
PLC“矩阵控制法”的控制效果与传统方法比较，体积小、功耗低、性价比高、抗干扰能力强、编程简单、价格低廉、使用可靠方便等优点被广泛地应用于工业控制领域，PLC矩阵式控制方式的控制数量理论上设备越大，阀门数量越多，响应的控制系统越简洁，随着电器元件的减少，整个系统出现故障率更低，硬件成本节约越明显。依据现有企业多年使用情况，除尘器工程中采用了此种先进的控制方式，不仅节约了成本，且受到了客户的好评[3]。
6、结论
通过使用PLC矩阵式控制方案，在有限的资源下可以使PLC能快速扩张输出端，满足控制系统的要求，在不增加硬件设备的条件下尽可能多的增加输出控制点。虽然在应用中多了一些限制，但只要在设计时对输出顺序做了精心安排，是完全避免了它的不足之处。通过以上研究和分析，可以确定PLC矩阵式控制方案完全可以用在自洁式除尘过滤器上，控制方案合理可靠，硬件系统成本经济，故障率比一般传统设备更低，而且设备越大，阀门数量越多，成本节约越明显，非常适合大型自洁式除尘过滤器选用的一种控制方案。
参考文献：
[1]刘震，王昌正.除尘器“矩阵控制法”工艺分析[J]现代冶金，2009，37（6）：72-74
[2]孙宪伟.矩阵在小型PLC输出中的应用[J].电气技术，2007（4）：83
[3]李申，压缩空气净化原理及设备[M].浙江大学出版社，2013
论文作者:赵斌
论文发表刊物:《基层建设》2017年第24期
论文发表时间:2017/12/11
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