煤粉电除尘器监控系统设计

1、编号淮安信息职业技术学院毕业论文题目煤粉电除尘器监控系统设计学生姓名 学号 学012239系部电气工程系专 业机电一体化技术班级 420122指导教师 ?”顾问教师施敏二。一四年十一月摘要随着人类社会的发展与进步，工业化和现代化进程的不断加快，对大气的污 染程度也愈来愈严重。粉尘污染在大气污染中所占的比例也在逐年增大，粉尘污 染不仅严重危 害到人类的身体健康，还会造成大量贵重材料的流失。电除尘器 作为治理大气污染最有 效的手段之一，其研究和应用变得越来越广泛。如何能 够有效的实现电除尘器的控制成 为重要的研究项目之一。本论文以煤粉电除尘器为模型，将plc自动控制技术和 mcgs组态软件相结合应

2、用于煤粉电除尘器的控制系统设计当中，首先利用plc来完成除尘现场数据的采集和处理上位机则利用 mcgs组态软件来开发煤粉电除尘器的监控 界面，利用其对煤粉电除尘器的除尘情况进行实时监控，大大提高了电除尘器控 制系统的功能性和可操作性。实现了对煤粉电除尘控制系统的实时监控，具有安 全登录，实时数据采集，现场监控，历史数据保存等功能，达到了对电除尘器监 控的目的。关键词：电除尘器监控系统 plc mcgsiabstractabstractwith the development of human society, and the accelerating of industrialization

3、and modernization s process, the pollution of the atmospherettsngemore serious. dust pollutionp roportion is also increasing year by year in the air pollution, dustpollution is not only seriously harm to human health, but also make the result of the loss of a large number of precious materials. esp

4、as one of the most effective means of controlling air pollution of its research and applications become more widespread. how to effectively control the implementation of esp has become an important research project.this thesis make coal esp as the model, plc automatic control technology and mcgs con

5、figuration software used as a combination of electrostatic precipitator control system designs, the use of plc to complete field data collection and processing, the pc configuration with mcgs monitoring interface software development, and the use of mcgs to monitore coal dust electrostatic precipita

6、tor the situation real-time, what greatly improved the electrostatic precipitator control system s functionalityoperability. in this thesis, the use of mcgs configuration software completed the realization of coal dust control system for real-time electronic monitoring, with a secure login, real-tim

7、e data acquisition, site monitoring, historical data storage and other functions, and achieved the purpose of monitoring for electrostatic precipitator.keywords: cottrell monitoring system plc mcgs目录目录摘 要iabstractij.第一章绪论i.1.1 课题研究的背景及意义 1.1.2 国内外发展现状1.1.2.1 电除尘器发展及现状 1.1.2.2 我国plc发展情况2.1.2.3 plc的应用

8、领域2.1.3 组态软件发展状况及应用领域2第二章 电除尘器介绍 4.2.1 电除尘器的工作原理 4.2.2 电除尘器的结构5.2.2.1 电晕电极5.2.2.2 收尘极5.2.2.3 放电极5.2.2.4 高压供电设备6.2.2.5 气流分布板 6.2.2.6 烟箱及气流均布装置6.2.2.7 灰斗和卸输灰系统7.2.2.8 壳体7.2.2.9 支座及辅助系统8.第三章plc的选型分析9.3.1 可编程控制器(plc) 9.3.1.1 可编程控制器的概述 9.3.1.2 可编程控制器(plc)的基本结构 .103.1.3 可编程控制器(plc)的工作原理 1 13.1.4 可编程控制器(pl

9、c)的特点 1.23.2 plc总控制系统方案 1.23.3 plc对风机白向控制1.43.4 plc对振打过程的控制153.4.1 除尘工艺流程中对于振打控制的要求 153.4.2 各电场的时序控制 163.4.3 程序设计1.6第四章 mcgs监控系统设计.194.1 mcgs组态软件 1.94.1.1 mcgs组态软件整体结构 1.94.1.2 mcgs组态软件的组成1.94.2 监控系统软件主体设计20iii目录4.3 监控系统功能设计214.3.1 数据采集与实时处理功能 214.3.2 分布式控制和管理功能 214.3.3 可视性和可操作性功能21第五章总结与展望275.1 总结2

10、75.2 展望27致凝日28参考文献29#第一章绪论第一章绪论1.1 课题研究的背景及意义随着人类社会的发展与进步，工业化和现代化进程的不断加快，对环境的污 染程度也愈来愈严重。在当前形势下，人们已经充分地认识到保护自身生命健康 和我们赖以生存的家园的重要性，环境保护已经越来越受到全世界人民的高度重 视。然而，在人类的生产和生活中必然会产生大量污染物，尤其是在以煤炭为主 要能源的工业生产过程中，会产生大量的烟尘，这些烟尘严重的污染了大气环境， 严重破坏了人类赖以生存自然环境。据统计显示，全球每年向大气中排放的人为 污染物多达6亿多吨。在这些污染物中，粉尘约占1.60%。煤炭加工、电力、冶 金、

11、采矿、造纸、化工等大型工业生产都会排放大量的粉尘颗粒。粉尘的大量排 放不仅严重污染空气，更时时刻刻危及这人类的生命健康。尤其是粒径小于10pm 的气体溶胶粉尘颗粒，这些颗粒会长时间的悬浮在空气当中，人们一旦吸入就很 容易患呼吸系统疾病或心脏病，它将直接威胁人体健康。所以，治理和防治粉尘 污染，保护大气环境刻不容缓。在静电除尘中系统中引用plc控制，可以极大地提高除尘的效率，在我国较 大的煤矿加工厂和火力发电厂推广使用，不但可以提高静电除尘的经济性，还可 以节约大量的能源，提高企业的经济效率。因此，对于plc控制静电除尘的学习 和研究意义重大。但是利用 plc控制也存在一些缺点，其不足之处表现在

12、 plc 属于现场控制层，它的人机交互性比较差，管理人员不能及时地了解除尘现场的 状况；同时，利用 plc控制也无法随时掌握除尘过程的历史数据。如果能够将 plc控制与mcgs组态软件技术结合起来开发煤粉电除尘器的控制系统，利用 plc控制系统来完成除尘现场的数据采集和处理，上位机则采用mcgs组态软件 进行监控界面的开发设计，这样就会大大提高煤粉电除尘器控制系统的功能性和 可操作性。因此，本课题把plc控制系统和mcgs组态软件相结合应用于电除尘器的 控制系统设计当中，首先利用plc控制系统完成现场数据的采集和处理， 上位机 则采利用mcgs组态软件来开发设计煤粉电除尘器的监控界面，这样将会

13、大大提 高电除尘器控制系统的功能性和可操作性。1.2 国内外发展现状1.2.1 电除尘器发展及现状公元前六世纪，古希腊的哲学家撒勒斯(thales)就发现了经过摩擦的琥珀 能够吸引微小物体的现象，而利用静电除去带电粉尘的设想，大约是在两百年前 提出来的。1824年，德国人霍非尔德(m.hohlfeld )用莱顿瓶的电荷供给一个盛 满烟雾的玻璃瓶，通过放在瓶中的金属线产生放电现象而使烟气被净化，成为历史上第一个静电除尘现象的演示。静电除尘的理论研究始于1911年，美国人斯特朗(w.w.strong)对粉尘荷电和除尘效率等方面的问题作了大量的研究分析， 为静电除尘理论的发展奠定了基础。1922年，

14、德国人多依奇(deutch)在假设没 有紊流的条件下，推导出了除尘效率的理论计算公式，成为目前静电除尘理论的 基础。此后，国外科学家们相继在电场荷电、捕集高比电阻粉尘反电晕影响及建 立影响电除尘器性能的数学模型等研究上取得了重要成果。虽然世界各国的学者 们在静电除尘理论技术方面的研究取得了巨大的进步，但静电除尘技术的理论仍 然滞后于实际应用。1.2.2 我国plc发展情况在70年代末和80年代初，我国随国外成套设备、专用设备引进了不少国外 plc。我国不少科研单位和工厂在研制和生产 plc,如辽宁无线电二厂、无锡华 光电子公司、上海香岛电机制造公司、厦门 a-b公司等。在传统设备改造和新设备设

15、计中，plc的应用逐年增多，取得良好效果。plc 在我国的应用越来越广泛。plc在中国市场上的历史：如 siemens mitsubishi和omron都是在中国市 场上传统的供应商，在很多领域占了先机，相对应的是ge, schneider和lg这些后来者虽然市场快速增长，但距先行者仍有一定的差距。预测在最近的经济发 展中，中国以其制造业发展的迅猛及范围的广泛为人瞩目，使plc在某些自动化领域增长超过了 20%。中国的plc市场在未来的5年内，将以14.1%的综合年增 长率增长。1.2.3 plc的应用领域目前，plc在国内外已广泛应用冶金、石油、化工、建材、机械制造、电力、 汽车、轻工、环保

16、及文化娱乐等各行各业，随着 plc性能价格比的不断提高，其 应用领域不断扩大。plc的应用范围已从传统的产业设备和机械的自动控制，扩 展到以下应用领域：中小型过程控制系统、远程维护服务系统、节能监视控制系 统，以及与生活相关的机器、与环境相关的机器，而且有急速的上升趋势。1.3 组态软件发展状况及应用领域最早的组态软件是由美国 wonderware公司推出的16位 windows环境 下的intouch,曾一度在国际上具有很高的市场占有率。随后，澳大利亚cit公司推出的citech在世界范围内也具有很快的发展。近年来，一些国外著名厂商推出 了日趋成熟的组态软件产品，如美国ab公司的rsview

17、,美国ge公司的cimplicity 。这些组态软件均加强了与其他硬件产品的驱动支持和其他软件的内部功能，一改过去仅为其本身硬件配套的 oem形式，已逐步发展成通用的组态软 件。近年来，国产的许多组态软件也越来越多的被用户所接受，其中应用较多的 有mcgs、controlx、synall、组态王、虎翼、天工和力控等。国内已有不少 单位，甚至一些个人正在积极的投入到组态软件的开发研究当中。其中，北京昆 仑通态自动化软件科技有限公司推出的 mcgs组态软件，是一套基于 windows 平台的，用于快速构造和生成上位机监控系统的软件系统。mcgs组态软件的设计思想比较独特，有许多特殊概念和使用方法，

18、目前mcgs组态软件在国内的应 用也是比较广泛的。3第二章电除尘器介绍第二章电除尘器介绍所谓电除尘器，就是利用高压直流电源产生强电场，当含有粉尘的气体在通 过高压电场进行电离的过程中，使尘粒带点，并在电场力的作用下沉积在积尘器 上，使尘粒从含有粉尘的气体中分离出来的一种除尘设备。电除尘器具有处理烟 气量大；设备阻力小，能耗低；对微细粉尘具有很高的补集效率；自动化程度高, 运行可靠；运行费用低，维护工作量小等优点，因此被广泛使用。2.1 电除尘器的工作原理(1)气体电离在放电极和集尘极之间加上高压直流电压，在电晕极附近形成一个足以使流 经电场的气体产生电离的强电场，并发生电晕放电，电晕区内空气电

19、离，产生大 量正、负离子等带电粒子。(2)粉尘荷电在放电极附近的电晕区内，正离子立即被电晕极表面吸引而失去电荷，剩下 的自由电子和负离子一部分在电场力的作用下沿着电力线向电压变化梯度最大 的方向运动，向着集尘极方向移动，于是在放电极和集尘极之间的绝大部分空间 内都存在着自由电子和负离子。当含尘气体通过这部分空间的时候，粉尘与自由 电子和负离子发生碰撞，当自由电子和负离子接近粉尘颗粒时，粉尘的内部电荷 就会重新分布，从而导致这两者之间产生吸引力，自由电子和负离子附着在粉尘 颗粒表面上使之带电，实现了粉尘荷电，这种粉尘荷电机制称为电场荷电。另外 一部分自由电子和负离子因做不规则的热运动与粉尘颗粒发

20、生碰撞而荷电，这种 粉尘荷电机制称为扩散荷电。(3)粉尘捕集和沉积在放电极和收尘极之间的荷电粉尘主要受到自身的重力、电场力、惯性力和 介质阻力的作用，在这四种力的综合作用下，荷电粉尘被驱往集尘极。经过一段 时间之后到达集尘极表面，荷电粉尘因释放出所带电荷而沉集在集尘极表面，逐 渐地形成一层粉尘薄层。(4)消灰当电除尘器经过一段时间的除尘后，除尘器的电晕极和集尘极上都会有粉尘 沉积。粉尘沉积在电晕极上会影响电晕电流的大小和均匀性，沉积在集尘极则有 可能使粉尘重新进入气流，把粉尘从集尘器表面直接吹起，振打电极使粉尘重新 弥散在气流中。或者把捕集的粉尘从灰斗中卷起。因此，要定时对电晕极和集尘 极进行

21、消灰处理。对电晕极的消灰主要采用振打清灰的方式。对集尘极的消灰方 式在干式除尘器和湿式除尘器中是不同的，在干式除尘器中，主要采用机械撞击 或者电极振动产生的振动力来清除；在湿式除尘器中，主要采用水冲洗集尘器，使集尘极表面经常保持着一层水膜，粉尘降落在水膜上，随着水膜一同流下，从 而达到消灰的目的。2.2 电除尘器的结构电除尘器按照不同的应用形式有不同的分类方式。按照集尘极几何形状的不 同可以分为线管型电除尘器和线板型电除尘器；按照集尘极上清灰方式的不同可 以分为干式电除尘器和湿式电除尘器；按照气流流动方式的不同可以分为立式电 除尘器和卧式电除尘器；按照粉尘在静电除尘器内荷电方式的不同及分离区域

22、布 置可以分为单区电除尘器和双区电除尘器。通常情况下，工业上较大规模的电除 尘通常采用干式电除尘器、线板型电除尘器或单区卧式电除尘器，电晕线采用负 电晕放电。2.2.1 电晕电极电除尘器的电晕极的种类有很多，目前最常用的包括直径3mm的圆形线、星形线以及锯齿线、芒刺线等。电晕线的固定方式分为重锤悬吊式和管框绷线式。 对电晕线的一般要求是起晕电压低、电晕电流大、机械强度高、能够维持准确的 极距以及便于消灰等。2.2.2 收尘极在实际电除尘器的应用中，收尘极的型式有很多，主要分为板式和管式两大 类，二板式又可以分为平板行电极、箱式电极和型板式电极三种。收尘极的结构 直接影响着电除尘器的除尘效率、造

23、价及金属耗量，因此对其要求也很高。具体 要求为：(1)具有良好的电性能，即极板表面上的电场强度和电流分布要均匀，火 花电压要足够rlj o(2)极板受温度影响后变形小，并且要有足够的刚度。(3)有利于粉尘在板面上沉积，经过定期的振打能够顺利地落入灰斗，同 时还要具有防止二次扬尘的功能。(4)极板的振打性能足够好，有利于振打加速度均匀地传递到整个板面， 消灰效果好。(5)形状简单，平面度好，容易制造。(6)运输和安装，以及在运行过程中不易变形。2.2.3 放电极放电极又可以称为电晕极或阴极，它是电除尘器中一个重要的组成部分。其 主要作用是与收尘极一同构成电场，产生电晕，形成电晕电流。其构成主要包

24、括 放电极线、放电极线框架、框架吊杆以及支撑套管、放电极振打装置等，具具体 形状如图2-1所示。7a.圆形线；b.星形线；c.锯齿线；d.芒刺线 图2-1常用电晕极形状2.2.4 高压供电设备高压供电设备的主要任务是提供粒子荷电和粒子捕集所需要的高压电场和 电晕电流。通常情况下，高压供电设备的输出峰值电压为701000kv,电晕电流为 100 2000ma。2.2.5 气流分布板电除尘器内部的气流分布对除尘效率的高低有着很大的影响，为了减少涡 流，保证气流分布均匀，应在进出口处设置一个变径管道，进口变径管内应设置 一个气流分布板。最常见的气流分布板有百叶窗式、多孔板分布格子、槽行钢式 以及栏杆

25、型分布板等。而其中又以多孔板使用最为广泛。2.2.6 烟箱及气流均布装置电除尘器的烟箱包括进气烟箱和出气烟箱两个部分。进气烟箱的结构主要依 据电除尘器的工艺和场地等条件来决定。通常情况下所采用的进气烟箱有上部进 烟气、水平进烟气、下部进烟气、侧部进烟气以及斜向进烟气等，具形状如图2-2 所示。其中最常用的是水平进烟气和下部进烟气两种。1-水平进气烟箱；2-下进气烟箱；3-上进气烟箱；4-水平侧进气烟箱；5-斜进气烟箱图2-2 电除尘器进气烟箱出气烟箱与进气烟箱的结构基本相同，区别在于出气烟箱内部不设置气体分 流装置。气流均布装置设置在进气烟箱内，其主要作用就是将小断面、高速流的 烟气通过气流分

26、布装置后变成大断面、低速流的烟气，从而使进入电场中的烟气 分布符合电除尘器的要求。由于进气烟箱进气方式的不同，气流分布装置的结构 也有很多种，具结构如图2-3所示。其中格栅板式、多孔板式、x形孔板和锯齿 式多用于水平进烟气烟箱中，垂直偏转板式和垂直折板式多用于上下进烟气烟箱 中。abcdefa格栅板式b多孔板式c垂直偏转板式d锯齿式 e形孔板 f垂直折板式图2-3气流分布装置结构图2.2.7 灰斗和卸输灰系统在电除尘器中，灰斗的作用是用来存储收集下来的粉尘，是电除尘器的重要 组成部分。目前常用的灰斗有锥台形灰斗和船形灰斗。其中锥台形灰斗使用更为 广泛，船形灰斗是近年来随着干法和半干法烟气脱硫脱

27、氮的发展而出现的灰斗形 式，目前在常规的电除尘器中应用还很少。在电除尘器中，卸输灰系统的作用是 将灰斗内存储的粉尘输送到指定的地点。卸输灰系统由插板箱、星形卸灰器、螺 旋气化输送机等系统组成。2.2.8 壳体在电除尘器中，壳体位于进出口烟箱之间，并通过出口烟箱与整个除尘系统 相连接。壳体内部是一个密闭的空间，其内部设置的收尘极、放电极和振打消灰 装置等核心部套与外界相隔绝，形成一个封闭的除尘空间。除此之外，它还是一 个承载部套，其内部的收尘极、放电极和振打消灰装置都悬挂在壳体的顶梁上， 灰斗也焊在壳体的底梁上。止匕外，壳体还要承担一些附加载荷，例如，收尘极和 放电极上的积灰，高位布置的电源和自

28、然环境下的附加载荷。由此可见，所有电 除尘器上的载荷都要通过壳体传递到水泥基础或钢支架上。因此，就要求电除尘 器壳体必须要有足够的强度和稳定性，同时，还要求壳体的密封要严密，不允许 存在较大的漏风，否则将会影响电除尘器的安全、稳定运行。电除尘器的壳体由框架和墙板两部分构成。框架由顶梁、底梁、立柱和支撑 构成，是电除尘器的主要受力构件。在有立柱的框架中，墙板的主要作用是密闭 和承担工作负压引起的荷载，这种有立柱的墙板称为梁柱构件；在没有立柱的框 架中，墙板的主要作用是受力构件和密闭的双重作用，这种没有立柱的墙板称为 板壳构件。在有立柱的框架中，所有的荷载主要通过立柱传递；而在有立柱的板 壳构件中

29、，载荷则主要通过板壳传递。底梁与立柱相连接，并在底梁上构成一个 平面网络，灰斗就焊接在底梁上。2.2.9 支座及辅助系统电除尘器的壳体与基础之间由固定支座和活动支座相连接。活动支座又可分 为单向活动支座和多向活动支座两种，单向活动支座只能沿着固定的方向移动， 而多向活动支座的移动方向则不受任何限制。在场地上固定支座的位置应当靠近 进气端，电除尘器与进出口的热膨胀伸缩量相接近，从而减轻热胀冷缩所产生的 伸缩拉力。活动支座的移动应位于固定支座的辐射线上。电除尘器的支撑系统需要一个或几个固定支座，其余均为活动支座。其中， 固定支座中心位于电除尘器壳体与基础之间的固定连接点上。当壳体热胀冷缩 时，固定

30、支座不动，其他各活动支座均沿着放射方向移动，从而可以减少结构热 应力，保证电除尘器的安全、稳定运行。第三章 plc的选型分析第三章plc的选型分析随着微处理器、计算机和数字通信技术的快速发展，自动化控制系统的控制 方式也越来越多，目前常用的控制方式有 plc控制、eda控制、单片机控制、 继电器控制、传统的pc控制和嵌入式控制。plc控制的优点有应用面广、功能 强大、可靠性高、各种抗干扰能力强、编程安装使用简单、价格低廉、使用寿命 长等，止匕外，plc控制方式所具有的监控程序能够完成设备故障的检查，用户程 序的输入、修改及执行等一系列功能，其梯形图语言编程与计算机汇编语言相比 具有简单、直观、

31、易学等优点，因此本课题中采用plc控制煤粉电除尘器控制系 统。3.1 可编程控制器（plc）3.1.1 可编程控制器的概述可编程控制器（plc）是采用微机技术的通用工业自动化装置，近几年在国 内已得到推广普及。正改变着工厂自动控制的面貌，对传统的技术改造、发展新 型工业具有重大意义。可编程控制器是60年代末在美国首先出现的，其基本设计思想是把计算机 功能完善、灵活、通用等优点和继电器控制系统的简单易懂、操作方便、价格便 宜等优点结合起来，控制器的硬件是标准的、通用的。随着微处理器和微型计算机技术的发展，到70年代中期以后，已广泛使用微处理器作为中央处理器，输入输出块和外围电路都采用了中、大规模

32、甚至超大 规模的集成电路，这时的已不再是仅有逻辑判断功能，还同时具有数据处理、调 节和数据通信功能。可编程控制器（plc）是一个以微处理器为核心的数字运算操作的电子系统装 置，专为在工业现场应用而设计。plc是微机技术与传统的继电接触控制技术相 结合的产物，它克服了继电接触控制系统中的机械触点的接线复杂、可靠性低、 功耗高、通用性和灵活性差的缺点，充分利用了微处理器的优点，又照顾到现场 电气操作维修人员的技能与习惯，特别是plc的程序编制，不需要专门的计算机 编程语言知识，而是采用了一套以继电器梯形图为基础的简单指令形式，使用户 程序编制形象、直观、方便易学；调试与查错也都很方便。由于这些特点

33、，可编程控制器问世以后很快受到工业控制界的欢迎，并得到 迅速发展。目前，可编程控制器已成为工厂自动化的强有力工具，得到了广泛推 广应用。3.1.2 可编程控制器（plc）的基本结构从硬件来看，plc主要由cpu,存储器，i/o接口，电源，编程器等组成其 结构示意图如图3-1所示。备设部外主机 电源池器编程器输入单元器(cp用户输出设备输 出 单 元存储器盒式磁带枳l 打印机一eprom写入册图形监控系络plc或上位计算桢外设i/o接口eprom ram（系统程#）（用户程i/o扩展 接口图3-1 plc硬件的基本结构图i/o扩展接口（1） cpu 板cpu板plc的核心部件，它包括：微处理器

34、cpu、存储器（rom、ram）、并行接口（ pio）、串行接口（ sio）及时钟控制电路等。cpu板是plc的运算、控制中心，用来实现各种逻辑运算、算术运算及对整机进行管理控制；plc内部配有程序存储器和数据存储器（rom, ram）,分别用于存储系统程序和用户程 序，并生成用户环境；并行接口和串行接口主要用于cup与各接口电路之间的信息交换。时钟及控制电路用于产生脉冲及各种控制信号。（2）输入/输出电路输入电路通常有两种形式；直流输入和交流输入电路。输入电路的作用是接 收现场输入设备送来的控制信号，并经光电耦合器隔离后转换成 plc内部的标准 电平信号，然后由cpu读入并送至输入映象寄存器

35、中，供程序执行使用。输出电路的作用是将plc的输出控制信号送给外部输出设备，通过输出设备 控制被控制对象工作。输出电路共有三种形式：一种是继电器形式，它是通过控 制继电器的线圈使其触点的通断来控制输出设备，实现电气隔离；另一种是晶体管输出型，它是通过光电耦合器使输出开关晶体管通断，进而控制输出设备；第 三种是可控硅输出型，通过触发可控硅的通断实现对外部输出设备的控制。(3)存储器扩展接口存储器扩展接口用于连接用户程序存储器及数据存储器的扩展卡盒。常用的 扩展卡盒有三种：一种是coms开型rom卡盒，它需要用锂电池后备，以防止 断电时丢失程序及数据；另一种是 eprom卡盒，这种卡盒需要用专门写

36、入器将 调试好的用户程序或数据写入 eprom中，擦写时需要用紫外线擦除器；第三种 是eeprom卡盒，是电可擦除存储器，它的写入和擦写只需专用编程器。(4) i/o扩展接口i/o扩展接口与cpu之间是以总线方式连接的，因此它可以连接开总量的i/o 扩展单元及扩展块，使i/o点数规模在配置更加灵活。同时也可以配接如模拟量、 高速脉冲等单元及通信适配器等特殊功能模块，使 plc的功能大大增强。(5)编程器及其接口编程器用于程序及数据的输入、编辑、调试和检测。当plc在正常运时，一般不需要编程器，因此编程器设计为独立的部件。为了能对plc进行编程及调试， 在plc上专门设有一个编程接口，通过这个接

37、口可以连接各种形式的编程器。 编 程器的种类很多，常见的有便携式手持程器、专用智能编程器和通过计算机和专 用接口实现对plc的编程。(6)电源plc 一般使用220v的交流电源，电源部件将交流电转换成供 plc的中央处 理器，存储器等电子电路工作所需的直流电源，使 plc能正常工作。3.1.3 可编程控制器(plc)的工作原理plc是采用 顺序扫描，不断循环”的方式进行工作的。即在 plc运行时， cpu根据用户按控制要求编制好并存于用户存储器中的程序，按指令步序号(或地址号)作周期性循环扫描，如无跳转指令，则从第一条指令开始逐条顺序执行 用户程序，直至程序结束。plc的扫描一个周期必经输入采

38、样、程序执行和输出刷新三个阶段。plc在输入采样阶段：首先以扫描方式按顺序将所有暂存在输入锁存器中的 输入端子的通断状态或输入数据读入，并将其写入各对应的输入状态寄存器中， 即刷新输入。随即关闭输入端口，进入程序执行阶段。plc在程序执行阶段：按用户程序指令存放的先后顺序扫描执行每条指令， 经相应的运算和处理后，其结果再写入输出状态寄存器中，输出状态寄存器中所 有的内容随着程序的执行而改变。输出刷新阶段：当所有指令执行完毕，输出状态寄存器的通断状态在输出刷 新阶段送至输出锁存器中，并通过一定的方式(继电器、晶体管或晶闸管)输出, 驱动相应输出设备工作。3.1.4 可编程控制器(plc)的特点(

39、1)可靠性高，抗干扰能力强高可靠性是电气控制设备的关键性能。plc由于采用现代大规模集成电路技 术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的 可靠性。(2)配套齐全，功能完善，适用性强plc发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于 各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代plc大多具有完善的数 据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来 plc的功能单元大量涌现，使 plc渗透到了位置控制、温度控制、 cnc等各种工业控制中。加上 plc通信能 力的增强及人机界面技术的发展，使用 plc组成各种控制系统变得非常容易。(3)易学易用，深受

40、工程技术人员欢迎plc作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易， 编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器 电路图相当接近，只用plc的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器 电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从 事工业控制打开了方便之门。(4)系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造plc用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系 统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设 备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。(5)体

41、积小，重量轻，能耗低plc是将微电子技术应用于工业设备的产品，具结构紧凑，坚固，体积小， 重量轻，功耗低。并且由于plc的强抗干扰能力，易于装入设备内部，是实现机 电一体化的理想控制设备。3.2 plc总控制系统方案plc控制系统是一套以计算机为基础的多任务操作平台，用户可以通过上位 机对电除尘器的高压整流供电设备和电除尘器本体中的风机起停、振打及卸灰等 设备进行远程控制，plc还可以自动显示并记录各设备的运行状态和运行参数， plc控制煤粉电除尘器系统框图。煤粉电除尘器的供电装置可分为高压供电装置和低压自控装置两部分。高压供电装置包括升压变压器、高压整流器、主题控制 （调节）器和控制系统传感

42、器等。高压供电装置的主要功能是把电除尘器中由低压回路产生的低压通过高压硅整流控制电路转换成40kv以上的高压，用来产生电晕放电；低压自控装置的主要功能是用来作为除尘设备的配套供电作用，包括 为电除尘器中集尘板的清灰振打装置的供电、灰斗卸灰及安全连锁控制装置的供 电等。电除尘器中的相应位置设置了温度传感器、压力传感器和浓度传感器，它 们的作用是用来检测电除尘器本体的箱内温度，灰斗内外部压力和煤尘出、入口 的浓度的。电除尘器本体的主要功能是实现粉尘荷电，煤尘收集和自动卸灰等。图3-2顺序功能图根据煤粉电除尘器控制系统具体分析，其顺序功能图设计如图3-2所示。173-3所示。根据煤粉电除尘器顺序功能

43、图具体分析，其梯形图设计如图图3-3中x6 （自动开关）、x7 （手动开关）、x10 （远程开关），p0图3-4手动控制梯形图是手动程序，p1是自动程序，包括风机启动程序、振打程序等。其中手动程序p0如图3-4 所示：图中x11 （风机开始按钮）、x12 （风机停止按钮）、x13 （振打开始按钮）、 x14 （振打停止按钮）、x15 （报警器开始按钮）、x16 （报警器关闭按钮）、x17 （卸灰开始按钮）、x20 （卸灰停止按钮），y1 （风机与主机电源开关）、y5 （振 打开关）、y20 （报警开关）、y24 （卸灰开关）。3.3 plc对风机的控制在静电除尘过程中，为了避免运煤车倒煤时扬起

44、煤造成尘浪费及环境污染， 工业中利用风机对其进行回收。一般的高压离心风机，其主要的动力设备是电动 机，此外还包括用来控制风机风阀位置的自动或手动执行器等部件。风机动力设 备的传统控制方法是通过手动或继电器控制，这种控制方法存在可靠性和灵活性 较差的问题，尤其是启动时瞬间电流过大容易引起事故，为了解决上述问题，需 要采取在启动离心风机时减少启动负荷，实现小电流启动，所以本设计采用星 三角启动来降低启动电流。3.4 plc对振打过程的控制振打动作是除尘过滤装置的基本控制动作。每套除尘设备分高压和低压两部 分，低压部分控制除尘器本体的加热和振打。电除尘器控制系统的低压控制线路 包括阳极振打电机部分、

45、阴极振打电机部分、灰斗加热部分、保温箱加热部分、 报警输出部分和进出口风头温度显示等。振打时电机带动振锤周期性的敲打阳极 集尘板和阴极电晕线，使吸附在其上的煤尘得以清除，然后人工加以回收利用， 提高收尘效率。3.4.1 除尘工艺流程中对于振打控制的要求(1)根据煤粉电除尘器的运行状况不同，应采用不同的振打周期及工作时序。 在同一时间内，为防止已吸附的煤尘因另一锤的同时振打而被再次扬起，不允许 处于同一电场的两极同时工作，且不同电场中的相邻两套振锤也不能同时振打。(2)为了避免发生意外，要对除尘器工作情况进行集中监测、管理并报警显示。 如图3-5所示，该设备是一套75kv的三电场除尘设备。煤尘经

46、过风机的吸收后进 入高压电场，净化后由裤衩烟道排出。为了提高阳极的除尘效率，设计中阳极使 用了两个振打。图中 m1/2、m4/5、m7/8是六个阳极振打电机，m3、m6、m9 是三个阴极振打电机，ym1、ym2是控制两个阀门的电机。图3-5三电场除尘装置示意图3.4.2 各电场的时序控制由于阴极是电晕线，阳极是集尘板，所以设计中在振打时只考虑阳极振打。第一电场m1/2、m3振打程序的设计：电机 m1的第一次振打是由程序启动信号 到达后立即启动，振1min后停止9min,电机m2振打阳极的另一侧停9min后振 打1min,第一次循环结束。为保证阴极和阳极的电机不能同时工作，两极的振打 时序相反，

47、第二次以及后面的循环均由定时信号触发。第二电场m4/5、m6振打程序的设计：与第一电场相似，电机 m4的第一次 振打是由定时时钟信号触发后启动，停19min后振打1min,电机m5振打阳极的另一侧1min,停止19min,第一次循环结束。第二次以及后面的循环同样是由定 时信号触发。第三电场m7/8、m9振打程序的设计：和以上两个电场类似，电机 m7的第 一次振打由定时信号触发启动，振1min后停29min,电机m8停29min振打1min,第 一次循环结束，后面的循环也是由定时信号触发。为了防止m7、m8振打时，下落的煤尘被风机吸走。为了获得较好的振打效 果，当m7振打时，阀门ym1关闭，m7

48、停止振打后延时4min,打开阀门ym1 ; m8振打时阀门ym2关闭，m8停止振打后延时4min ,打开阀门ym2。3.4.3 程序设计m0i icallf4callp5callpgcallp7）end 图3-6振打总控制梯形图振打总控梯形图如图3-6所示，图中x0 （主机启动按钮）、x1 （主机停止按 钮），p4是第一电场振打梯形图、p5是第二电场振打梯形图、p6是第三电场振打 梯形图、p7是阀门开关控制梯形图。根据振打要求设计每个电场的梯形图，第一 电场振打梯形图如图3-7所示，第二电场振打梯形图如图 3-8所示，第三电场振 打梯形图如图3-9所示。图3-8第二电场振打梯形图第四章 mcg

49、s监控系统设计27第四章 mcgs监控系统设计mcgs组态软件是一套基于 windows平台的，用于快速构造和生成上位机监 控系统的组态软件系统。mcgs组态软件能够通过对现场数据的采集、实时和历 史数据的处理、流程控制、画面设计、动画显示、报警处理、趋势曲线和报表输 出等方式为用户提供解决实际工程问题的完整方案和开发平台。mcgs组态软件具有操作简便、可视性好、可靠性高等优点，经过在电力系统、钢铁行业及环境 检测等领域的长期实际运行，性能稳定可靠。因此，本论文所设计的煤粉电除尘 器控制系统上位机监控部分采用 mcgs组态软件来实现。4.1 mcgs组态软件4.1.1 mcgs组态软件整体结构

50、mcgs组态软件系统由组态环境和运行环境两部分组成。其中组态环境就是一套完整的工具软件，它可以帮助用户设计和构造自己的应用系统，其生成的结 果是一个被称为组态结果数据库的数据库文件；运行环境则是按照用户在组态环 境中建立的组态工程，按照用户指定的方式进行各种处理来完成用户组态设计的 目标和功能。组态环境和运行环境相互独立又密不可分，它们之间的关系如图4-1 所示。mcgs组态软件的运行环境必须与组态结果数据库连在一起才能构成用户 的应用系统，具运行环境本身并没有任何意义。当组态工作完成之后，运行环境 和组态结果数据库就可以离开组态环境而单独在监控计算机上运行。mcgs组态软件的结构如图4-1所

51、示。4.1.2 mcgs组态软件的组成利用mcgs组态软件生成的用户应用系统的主要结构由主控窗口、设备窗 口、用户窗口、实时数据库和运行策略五部分组成。其中，主控窗口是整个系统 工程的主窗口或主框架；设备窗口用来连接和驱动外部设备；用户窗口用于生成 并设置系统工程的人机交互界面；实时数据库是整个系统工程的核心，它是系统 工程各个部分的数据交换和处理中心；运行策略的主要任务是完成整个系统工程 的流程控制。mcgs组态软件各组成部分关系如图4-2所示。多任苏、名限程现场检测动i所显示构建动画报警输出报警组态流程控制设计报去实时数据库组 本 u 件 核 心实时数据库图4-2 mcgs组态软件结构报收

52、打印设备输!11连接设龄4.2 监控系统软件主体设计本监控系统以一台 pc机作为上位机，8台fx2n-64mr plc作为下位机 所组成的煤粉电除尘器监控系统。以mcgs组态软件作为上位机来完成监控除 尘过程中的电压电 流信号、风机风速、进出口浓度等被监控对象的实时监控。依据煤粉电除尘器的实际操作需求，开发设计了此煤粉电除尘器监控系统。该监控系统的软件框图如图 4-3所示：图4-3煤粉电除尘器监控系统软件框图4.3 监控系统功能设计本监控系统除了能实现煤粉电除尘器控制系统设计的检测和遥控功能，由此 大大提高煤粉电除尘器控刷系统的功能性和可操作性之外，还可以充分利用plc技术、mcgs组态技术中

53、的参数配置和数据通信等智能化的功能。煤粉电除尘器 监控系统的主要功能包括数据采集与实时处理功能、分布式控制和管理功能、可 视性和可操作性功能。4.3.1 数据采集与实时处理功能煤粉电除尘器监控系统能够对除尘过程主回路实行实时管理功能。煤粉电除 尘器监控系统可以根据操作人员发出的指令或从除尘现场检测到的现场信号来 执行相应的操作，自动控制除尘现场的开关设备，实现对除尘过程中电压、电流 等参数的监控功能。其次，煤粉电除尘器监控系统还具有实时报警功能，当除尘 设备发生故障时，监控系统则会对故障进行报警，以便于操作人员进行及时处理。 再次，煤粉电除尘器监控系统还具有报表输出、 曲线显示等数据采集与处理

54、功能， 该监控系统可将采集的除尘过程中的各种实时数据进行存盘，操作员可方便的调 用除尘历史数据。4.3.2 分布式控制和管理功能mcgs监控系统使用统一的通信协议，可以提供对网络的支持，能够与上层 网络连通交换信息，具有良好的开放性。利用mcgs组态技术设计的煤粉电除尘 器监控系统，充分运用了新一代计算机 vcs分布式控制技术，使分散在不同除 尘现场之间的信号采集系统与工作站之间协同工作，实现了煤粉电除尘器监控系 统的分布式控制和管理。4.3.3 可视性和可操作性功能煤粉电除尘器监控系统可以通过动画显示、数据曲线或图像等多种形式为操 作员及时地提供除尘系统运行过程中的设备运行状态和异常情况报警

55、等相关信 息。该监控系统可以通过变化颜色或改变大小等多种方式增强监控画面的动态显 示效果，因此具有很强的可视性和可操作性。4.4 监控系统流程煤粉电除尘器监控系统的操作流程如图 4-4所示。图4-4系统操作流程图4.5 系统监控功能实现在煤粉电除尘器监控系统中，为了防止非操作员的随意操作引发除尘设备故 障而造成不必要地损失，设置用户登录窗口时完全必要的。操作员必须先通过用 户登录界面凭用户名和密码进入监控系统后，才能执行各项操作控制煤粉电除尘 器的运行，否则将无法进行任何操作。煤粉电除尘器监控系统的用户登录窗口如 图4-5所示。图4-5 用户登录窗口操作员通过系统登录界面后，就可以进入此监控系

56、统用户窗口如图4-6所示。在煤粉电除尘器监控系统运行的过程中，除尘设备的外观及状态特征均由除尘现场多采集到的实时数据来驱动，由此实现了煤粉电除尘器监控界面的动画效果，便于操作员对除尘过程的实时监控h一 (, wb w n ry: bba 11 i * 0口 )：江 mcgs到念软件6. 2版图4-6煤粉电除尘器监控系统用户窗口根据煤粉电除尘器的工作流程，利用mcgs组态软件的动画显示功能设计了 图4-7所示监控主界面。图4-7煤粉电除尘器监控系统主界面除尘环节控制主窗口是煤粉电除尘器监控系统的重要组成部分，如图4-8所示。在该主控窗口中，主要包括高压接通、振打等操作控制按钮，以及交流输入 电压、交流输入电流、直流输出电压和直流输出电流数据显示框，该数据显示框可以实时的、连续的显示除尘现场采集的电压和电流参数，同时还可以通过窗口 右侧的菜单选择按钮来查看设备运行实时曲线及历史曲线等信息。图4-8 除尘环节控制主窗口根据除尘现场采集到的电压和电流信号、 风机风速、