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废气催化燃烧控制系统的核心是通过温度精准控制、风量调节和安全连锁保护，确保废气在催化剂作用下（通常 250~400℃）充分氧化分解，同时避免超温、回火等安全风险。以下是基于 PLC 的控制系统设计方案，包含核心控制逻辑、硬件选型及软件实现：

一、催化燃烧工艺核心需求

1. 温度控制：

• 预热室温度：将废气加热至催化剂活性温度（如 300℃），避免低温导致催化效率不足。

• 催化床温度：控制在 300~400℃（根据催化剂类型调整），超温（如＞450℃）需降温，防止催化剂烧结。

• 尾气温控：确保排气温度＜60℃（符合环保排放标准）。

2. 安全保护：

• 废气浓度监测：浓度过高（如＞LEL 下限的 25%）时停机，防止回火爆炸。

• 压力保护：系统压力异常（过高 / 过低）时切断进气，避免设备损坏。

• 灭火保护：催化床温度骤降（如＜200℃）时关闭燃料阀，防止未燃烧废气排放。

3. 自动运行：

• 启动阶段：自动预热→浓度检测→进气；

• 运行阶段：根据温度自动调节加热功率、进风量；

• 停机阶段：逐步降温→切断燃料→停止风机。

二、控制系统硬件选型（以中小型催化燃烧设备为例）

三、核心控制逻辑（PLC 程序设计）

以 “催化床温度控制” 和 “安全连锁” 为核心，分阶段实现自动控制，以下是关键逻辑的梯形图思路：

1. 温度采集与转换（模拟量处理）

PT100 传感器输出的电阻信号经 EM AI04 模块转换为 4~20mA 电流信号，PLC 通过模拟量读取指令（如MOV_K300 D0）将电流值转换为实际温度：

• 4mA 对应 - 50℃，20mA 对应 500℃，换算公式：$\text{实际温度}=\frac{(\text{采集值}-6400)}{3200}\times 550-50$

• 示例（S7-200 SMART 指令）：

  plaintext

• // 读取催化床温度（AIW0为模块输入地址）
  MOV_K AIW0 D100        // 存储原始电流值（0~32000对应4~20mA）
  DIV_K D100 32000 D102  // 归一化到0~1
  MUL_K D102 550 D104    // 计算温度范围（0~550℃）
  SUB_K D104 50 D106     // 减去偏移量（-50℃），D106为实际温度

2. 催化床温度闭环控制（PID 调节）

通过 PID 指令自动调节电加热功率或燃料阀开度，将催化床温度稳定在设定值（如 350℃）：

• PID 参数：

• 比例增益（P）：5~10（根据温度波动调整，过大会震荡）；

• 积分时间（I）：10~30s（消除静态偏差）；

• 微分时间（D）：0~5s（抑制超温）。

• 梯形图逻辑：

  plaintext

• // PID初始化：设定目标温度350℃（D200=350）
  MOV_K 350 D200        // 目标温度
  PID_TEMP D106 D200 D202 D204 Q0.0  // D106=实际温度，D202=PID输出，Q0.0=加热控制
  // PID输出控制固态继电器：D202越大，加热功率越高（占空比调节）
  PWM D202 1000 Q0.0    // 1000ms周期，占空比由D202决定

3. 安全连锁保护逻辑（优先级最高）

当检测到异常工况时，立即触发停机保护，切断危险源：

• 浓度过高保护：浓度传感器输出＞25% LEL（对应 AIW2＞12800）时，关闭进气阀、燃料阀，启动报警；

• 超温保护：催化床温度＞450℃（D106＞450）时，停止加热，打开冷却风机；

• 压力异常保护：系统压力＞5kPa 或＜-5kPa 时，切断进气，停机报警。

• 示例逻辑：

  plaintext

• // 浓度过高（D108为浓度采集值，D110=25% LEL对应值）
  CMP_GT D108 D110 M0.0  // M0.0=1表示浓度超标
  // 超温保护
  CMP_GT D106 450 M0.1   // M0.1=1表示温度超标
  // 压力异常
  CMP_GT D112 5000 M0.2  // D112=压力值（Pa），M0.2=1表示压力过高
  CMP_LT D112 -5000 M0.3 // M0.3=1表示压力过低
  // 触发安全停机
  OR M0.0 M0.1 M0.2 M0.3 M1.0  // M1.0=1表示触发保护
  AN M1.0 T37             // T37=1表示延时2秒（防止误触发）
  MOV_K 1 T37             // 启动定时器
  T37 K20                 // 20×100ms=2秒
  A T37 MOV_K 1 M10.0     // M10.0=1，关闭燃料阀（Q0.1）、进气阀（Q0.2）
  A M10.0 R Q0.1 Q0.2     // 复位输出，切断危险源
  A M10.0 SET Q1.0        // Q1.0=1，启动声光报警

4. 自动运行阶段控制

按 “预热→进气→运行→停机” 流程实现自动控制：

1. 预热阶段：启动电加热，当预热室温度＞280℃时，允许进气；

2. 进气阶段：开启变频风机（初始频率 30Hz），逐步提高风量；

3. 运行阶段：PID 调节温度，根据浓度自动调整进风量（浓度高则降风量，避免超温）；

4. 停机阶段：收到停机指令后，关闭进气阀→停止加热→风机持续运行至温度＜150℃后停机。

四、HMI 界面设计（关键功能）

1. 监控界面：实时显示预热室温度、催化床温度、尾气温度、废气浓度、系统压力；

2. 参数设置界面：设置催化床目标温度、浓度上限、压力上下限、PID 参数；

3. 报警界面：显示报警类型（超温 / 超浓度 / 压力异常）、发生时间，支持报警复位；

4. 手动控制界面：手动启停风机、加热、阀门（用于调试或紧急操作）。

五、常见问题与解决方法

总结

废气催化燃烧的 PLC 控制核心是 **“温度精准闭环 + 安全连锁优先”**，通过温度传感器、PID 调节实现催化效率稳定，同时通过浓度、压力监测及多级保护逻辑避免安全风险。实际应用中需根据废气成分（如 VOCs 类型）、处理量调整 PID 参数和运行流程，确保达标排放与设备安全。