plc在锅炉除尘控制系统中的应用

1、长春工业大学毕业设计（论文）摘 要 随着中国经济的不断发展，我国是世界上使用燃煤锅炉数量最多的国家，燃煤锅炉是大气环境最主要的污染源，燃煤锅炉排放出大量的粉尘。近几年，布袋除尘系统大量应用于锅炉烟气除尘，具有清灰技术先进、气布比高、处理风量大、占地面积小、净化效率高、工作可靠、结构简单、维修量小等特点。 由于煤处理系统环境恶劣过程复杂，如果仅仅通过手动控制方式，将会导致难以控制，污染环境等难以预料的问题。本文完成了基于欧姆龙CJ2M系列CPU33布袋除尘可编程控制系统，采用定压自动控制和根据实际定压喷吹经验，设计喷吹周期的定时自动控制，利用欧姆龙CX-Programmer设计软件设计，完成了有

2、关模拟量信号的处理与控制，并在上位机中显示起停控制，参数设定，报警联动，历史数据查询等功能。本文实现了锅炉除尘控制系统的硬件和软件设计，并给出了详细的主电路和控制电路，所设计的系统安全可靠、经济实用。投入使用后，达到了良好的除尘效果。 本文通过对欧姆龙CJ2M系列CPU33布袋除尘可编程控制系统的研究与应用，实现了除尘系统长时间的安全工作，除尘效果良好，不仅可以减少大量的人力和物力，提高设备和装置自动化水平，对于我国节能减排做出贡献，具有较广阔的应用前景。关键词：布袋除尘；自动控制；触摸屏；欧姆龙PLCApplication of PLC Boiler Dust SystemAbstractA

3、s Chinese economy developing, our country is the largest number of turtles countries use coal-fired boilers in the world, coal-fired boilers are the most important sources of atmosphere environment, coal-fired boilers emit a lot of dust. In recent years, bag filter system widely used in the boiler f

4、lue gas dust removal, with advanced cleaning technology, air cloth ratio, handling large amount of wind, small footprint, high purification efficiency, reliable operation, simple structure, small amount of maintenance, etc. .In the Coal handling systems, It is difficult to control in harsh environme

5、nt. If we control the system through the manual mode, it is difficult to predict the problem will be appear. This article describes the application of Omron CJ2M series CPU33 bag filter system, using constant pressure automatic control and automatic control based on the actual timing of the blowing

6、experience constant pressure injection cycle setting, the use of programming software CX-Programmer designed mainly to complete analog signal processing. And displayed on the PC in the start-stop control, parameter setting, alarm linkage, historical data query functions. Hardware and software contro

7、l system design, and a detailed explanation of the control scheme. The whole system is safe and reliable, economical and practical.Achieve a good effect of dust when Put into use.Through the study of the dust removal system, developed PLC well in the boiler-based dust removal system to achieve a saf

8、e working long and can reduce the amount of human and material resources to promote environmental protection, but also can improve the production level of automation, which has great practical significance and value.Keywords: Dust bag; Automatic control; Touch screen; Omron PLC目 录第一章 绪论11.1 论文选题背景及研

9、究意义11.2 国内外研究现状21.3 论文研究的主要内容5第二章 方案论证62.1 系统设计要求62.2 锅炉除尘过程简介62.3 PLC简介92.3.1 PLC工作原理102.3.2 PLC的特点112.4 PLC选择论证122.4.1 PLC、继电器和单片机的论证122.4.2 PLC型号的选定142.5 传感器选择论证16第三章 硬件电路设计203.1 主回路设计203.1.1 220V供电分配203.1.2 24V供电分配213.2 控制系统设计223.3主机型号选择和模块扩展223.4系统保护功能设计233.5控制逻辑的设计233.6 矩阵键盘的设计26第四章 软件设计284.1

10、主程序设计284.1.1喷吹程序设计294.1.2卸灰程序设计304.1.3输灰程序设计304.2 触摸屏设计314.3 系统通讯与调试324.3.1 程序与PLC通讯设置（ControlStar）324.3.2 OMRON触摸屏设置32总 结34致 谢35参 考 文 献36附录1：程序清单38附录2：系统原理图50IV第一章 绪论1.1 论文选题背景及研究意义一、论文选题背景粉尘作为对人体健康及大气环境污染的重要有害物，越来越为人们所重视，因而世界各国也采取了相应的限制措施，其中之一是制定严格的法律、法规和标准。 在美国，1963年颁布了洁净空气法（Clean Air Act）以后，于197

11、0年、1975年、1977年多次修订，1990年修订和补充的洁净空气法经国会通过后成为一部目前国际上最为严格和详尽的法规。它的主要内容包括确定有害空气污染物的种类，并将全国划分成达标区，未达标区（随污染物不同而不同），对后者限期达标，同时实行排放许可证制度，此外还有关于汽车排放、酸雨和臭氧层保护等有关条款。 在标准方面，美国制定了国家环境空气质量标准（NAAQS）,国家有害污染物排放标准（NE-SNAPS）以及新污染源性能标准（NSPS）等，这些标准控制了污染物排放，而且愈来愈趋于严格，例如对电站，本世纪初美国的排放标准是0. 6lb/106Btu. 1971年的NSPS规定为0.116/10

12、6Btu，而1978年的NSPS进一步降低到0. 031b/Btu，仅为本世纪初的1/20。 在德国，规定各种工业污染物的排放标准为50mg/m3，不久前公布的17B1mSchV标准中规定日平均浓度为l0mg/m3,1/2小时的平均浓度为30mg/m3。 由于采用了严格的排放标准，德国粉尘排放量自60年代以来逐步降低，三十年来约降低了65%，并有进一步的降低趋势，而环境中总悬浮物（TSP）浓度也降低了约65%。 日本对于通常的燃煤电厂烟气净化系统要求其出口粉尘排放浓度小于30mg/Nm3，而在大城市附近的燃煤电厂，其要求与燃油电厂相似，要求低于10mg/Nm3。 从以上可以看出，依照发达国家的

13、排放标准，烟囱上已经看不见烟尘。 我国自1973年第一次公布13种物质的试行排放标准以来，各个工业部门都相继制定了本行业的粉尘排放标准。例如，工业锅炉的排放标准是按照大气环境标准的一、二、三类地区来确定的，1983年的标准（GB3841- 83）分别为200, 400, 600mg/Nm3, 1992年公布的标准（GB13271一91）对于1992年8月1日前安装的分别为200, 300, 400mg/Nm3，而8月1日以后安装的则分别为100,250, 350mg/Nm3，同时对SO2的排放浓度也提出了要求。显然要达到新标准就需要采用更高效率的除尘设备。本课题深入到本省梅河口市阜康热电有限责

14、任公司锅炉烟气除尘工程进行实地参观，调研。掌握当前企业生产和管理现状，有关生产设备，工艺流程，技术要求及需要解决的技术难题。二、论文选题的意义细小的粉尘对人体危害较粗颗粒为大，因此从70年代以来各国都着重于研究微细粉尘（通常称为微粒）的控制技术，并提出了许多相应的技术措施。在美国1992年洁净空气法中明确提出对小于lO微米的粉尘（PM10）进行分类。其达标区与非达标区是按PM10划分的。在非达标区内，中等程度的要求在1994年底前达标，再严重的要求在2001年底达标。 毒性粉尘对人体危害最大，1990年前NESHAPS仅对7种有毒污物染规定了标准，其中包括:汞、被、石棉、砷等。但在1990的洁

15、净空气法中提出了189种有毒污染物（其中许多是固态粉尘），涉及到许多工业部门，例如燃煤锅炉的排放物中就有37种之多。1988年美国这些有毒污染物排放的总量超过24亿磅。 目前对这些毒物尚未制定标准，洁净空气法要求分期分批在10年内完成对这些毒物的标准制定工作，而在未制定前要求降低90%，对粉尘要求降低96% 。 德国对某些毒物制定了标准，1986年的TA一Lnft标准规定第I级的毒物:Hg, Cd,Ti的总量要小于0.2mg/m3，第I级Ag,Co, Ni, Se, T。的总量要小于1. Omg/m3，第.级Pb, Sb, Cr,Co,Cu,Mn,V,Sn的总量要小于5mg/m3，但

16、是新近颁布的标准17BLmSch V有所提高，规定Cd,Ti总量小于0. 05mg/m3；Sb,As,小于0. 5mg/m3，并且对DioXius及呋喃的总量规定为0. OOOOOO1mg/m3。 我国是世界上使用燃煤锅炉数量最多的国家，燃煤锅炉是大气环境最主要的污染源，燃煤锅炉排放出大量的粉尘。其中30是PMl0(直径在10 p-m)以下的“可吸入粉尘”，这些粉尘悬浮在大气中，严重影响大气环境质量。尤其是其中PM25(直径存25姗)以下的超细粉尘，对人类健康危害极大。有效治理燃煤锅炉烟气粉尘污染是提高我国大气环境质量和人类健康水平的关键。1.2 国内外研究现状据美国R. W. Meilvai

17、ne报道，2004年全世界的电除尘器及袋式除尘器的市场如表1-1所示。表1-1 2004年除尘器市场美国欧洲/非洲亚洲总计电除尘器60060012002400袋式除尘器8007007002200合计1400130019004600这两类除尘器的销售总和为46亿美元。两者的市场相差不大。但是电除尘器在亚洲的市场远远大于美国和欧洲，而袋式除尘器则在美国占首位。 美国1993年粉尘控制设备的市场为1.53X 109，美元略高于气体处理设备1.456X109美元，其中的一个原因是电厂的烟气脱硫设备减少。在空气污染控制设备中，电站占第一位，其次是化工，造纸占第3位，石油精炼占第4位，再其次是冶金、水泥、

18、矿山等。本文是梅河口市阜康热电有限责任公司锅炉烟气除尘工程，所以选择袋式除尘有其显著的优势。 我国的工业除尘设备自80年代以来也得到很大发展，全国生产各类除尘设备的制造厂约900多家，发展较快的是电除尘器和袋式除尘器。以电除尘器为例，70年代我们只有1-2个厂生产电除尘器，而目前电除尘器的生产厂已达136个，其中年产值超干万元的20多家。全行业产值近10亿元。到1992年为止已制造电除尘器2800余台，特别在电力工业中1979年全国仅18台电除尘器，占火电厂锅炉容量的4.8%,而到1989年10年间发展到165台，占29. 96 0 0，目前在200MW及以上的大型发电机组已经全部采用高效电除

19、尘器。 1. 袋式除尘器 袋式除尘器是目前应用非常广泛的一种高效除尘器，国内外都非常重视。因而近年来得到很快发展。 滤料是袋式除尘器的核心，除尘器的效率、阻力以至于寿命都取决于滤料。我国目前主要采用的滤料有:耐温130以下的聚酷类滤布:涤沦“208”绒布、“729”筒形聚酷平布、涤纶针刺毡等。耐温220以下的合成纤维滤布:其主要纤维有诺美克斯（NOMEX）、芳枫纶、聚恶二哩，可以作成机织平布，也可作成针刺毡。耐温260以下的玻纤布，通常都经过“硅油一石墨一聚四氟乙烯”处理。此外，最近研制成玻纤针刺毡和玻纤膨体纱。 但是国内滤料品种少，还不能满足袋式除尘器日益发展的需要，例如在锅炉烟气除尘中，还

20、缺乏适当的滤料，以致袋式除尘器失去了很大的应用场合。国外滤料的品种很多，可以满足各种不同的需要（如温度、耐酸、碱性等），其中值得注意的有以下几种。 聚丙烯酸纤维（Dralon一T），耐温135，具有良好的性能，特别在耐酸方面优于聚醋和诺美克斯，是锅炉烟气除尘最为理想的滤料，澳大利亚新南威尔斯州煤的含硫低，飞灰的比电阻高，目前已将该州的电厂原有的电除尘器改为袋式除尘器，其主要采用的滤料就是Dralon-T。 Ryton（赖登）和P一84滤料。这两种滤料耐温较高，分别达190和2600C，并具有良好的效率、阻力特性和耐酸的性能，可以用于锅炉烟气净化，但其造价要比Dralon一T高。 聚四氟乙烯（T

21、eflon）滤料，性能很好，但由于造价高而未广泛应用。 玻纤滤料。国外在玻纤滤料方面着重于滤料的处理技术。除了硅油、石墨、聚四氟乙烯（SGT）处理外，还有防酸处理方法、TeflonB处理方法，特别是近年来提出的Blue-Max-CRF/70处理方法对玻纤滤料性能有了明显的改善。由于这些处理方法的发展，使玻纤滤料的应用范围大为扩大，在美国的锅炉烟气净化中，主要是采用经过这些方法处理的玻纤滤料。 用玻璃纤维作成的针刺毡，除有良好的耐温性能外，还有足够的强度，可用于脉冲袋式除尘器，例如美国Huyglas就是用超细玻璃纤维做成的针刺毡。我国建材研究院于1990年研制成功了玻纤针刺毡，并在脉冲袋式除尘器

22、上采用。 GORE一TEX滤料。这是一种薄膜滤料，即由一层很薄的、极光滑、多微孔的膨体聚四氟乙烯薄膜表面层和底布粘结而成，根据其耐温的要求，底布可以采用绦纶毡诺梅克斯毡、玻纤毡或织布。底布只起支撑薄膜和增大强度的作用。由于薄膜上的微孔非常细，其除尘效率可达99.999%以上。采用GORE-TEX滤料，其排放浓度很低，可以将含尘空气经除尘后送回车间，实现空气再循环。这对节约能源具有重要意义。我国已有引进的GORE-TEX滤料，在天津某电镀厂抛光车间应用，出口粉尘浓度仅0.054mg/m3，空气循环使用，节省了大量补风热能。 抗静电滤料。在一些有爆炸可能的除尘系统（如煤粉系统），袋式除尘器经常会发

23、生爆炸和燃烧。关键是滤料。采用防静电滤料可以预防爆炸和燃烧。冀东水泥厂引进日本的抗静电滤料是聚酷针刺毡，在基布中间隔22-23mm，均布一条导电纤维。导电纤维的材质也是聚酷纤维，但在其表面上涂有金属元素层（主体为铁元素，另外有少量镍、铬、钥、钻、锰等元素），纤维直径0.142mm，电阻0.1X10一3 。 我国生产的抗静电滤料，其结构为聚酷针刺毡，基布中间隔8一12mm均布抗静电纤维，后者有三种形式:尼龙66抗静电纤维，涤纶导电纤维、睛纶导电纤维。 冀东水泥厂采用日本和国产的抗静电滤料均可达到防止袋式除尘器爆炸和燃烧的目的。 2. 电除尘器 电除尘器作为高效除尘设备在世界各国都得到广

24、泛的重视。我国60年代开始开展电除尘器的研究，80年代中期以后结合引进国外的先进技术，促使电除尘器得到特别迅速的发展，数量急剧增加，目前已广泛用于电力、冶金、水泥、化工等行业中。特别是通过“七五”科研攻关，我国在电除尘技术、理论、结构、供电等方面也有很大进展。 电除尘技术的发展主要有以下几个方面:电除尘的理论研究；改进除尘器结构，提高除尘效率，以满足不断提高的排放标准；采取各种有效措施提高对高比电阻粉尘的捕集效率；扩大电除尘器的应用范围。 电除生的理论研究更着重于电场（静电场、离子流场等）方程组的建立与求解、除尘效率的计算、电风、反电晕、电场及电流密度的测定方法及测试结果、电除尘器的数学模型等

25、等。这里主要介绍电除尘器结构方面的进展。1.3 论文研究的主要内容本文在除尘设备控制方面的研究包括：（1）空气炮采用手动/自动控制。输灰系统加湿机，刮板机采用手动控制。（2）在除尘器入口有热电阻传感器。使PLC接收4-20ma信号，并在上位机上显示温度。（3）清灰脉冲阀控制采用自动/手动控制，自动包括定时和定压控制。自动控制：A 定压自动控制：当除尘器入、出口压差为1200pa时，开始喷吹清灰；当除尘器入、出口压差降到800pa时，停止喷吹。当除尘器入出口压差再次达到1200pa时，又开始喷吹清灰。除尘器有8组喷吹阀，每组喷吹阀设有9个脉冲阀，共72个脉冲阀顺序喷吹。B 定时自动控制，根据实际

26、定压喷吹经验设定喷吹周期，时间可调。（4）卸灰系统：当灰斗料位达到高料位时，自动控制下，输出4-20ma信号给PLC,PLC控制星型卸料器启动，随后控制空气炮启动，空气炮喷吹可以设定间隔。（5）仪表系统：差压变送器采用美国罗斯蒙特产品。（6）料位计采用辽阳三峰产品。48第二章 方案论证2.1 系统设计要求除尘工程配一个PLC系统，PLC操作站是控制系统的控制中心，具有控制操作、数据采集、LCD画面显示、越限报警等功能。LCD画面显示工艺流程图、相关图、曲线图、趋势图、数据显示、运行状态等都是通过NS触摸屏来实现的，后续会有相关介绍。电动机控制：每台电动机都设有现场操作箱，供现场手动操作和运行、

27、故障信号指示用，并设有就地/远程转换开关。手动操作不经过PLC，直接动作交流接触器。远控操作在PLC站，PLC输出启动、停止开关信号至开关柜，作用于交流接触器。电机的运行、停止、故障和远控状态四开关信号输入至PLC。对于变频电机还有PLC输出模拟信号作为速度给定信号以及输出的模拟信号作为电机速度信号返回至PLC。除尘的大致工艺流程是：1. 从锅炉房中出来的烟气首先进入除尘器的进烟口，在除尘器顶部设有差压计，用于检测除尘器入、出口的压差。厂家要求当除尘器入、出口压差为1200Pa时，开始喷吹清灰；当除尘器入、出口压差降到800Pa，停止喷吹。此外还有定时控制方式，这个可以根据实际电压喷吹经验设定

28、喷吹周期，时间可调。2. 当除尘器入、出口压差打到1200Pa，或者定时时间到的时候，喷吹阀开始喷吹布袋，将布袋上的灰尘吹到灰斗中，灰斗中有料位计检测灰斗中的灰尘，当灰斗中的灰尘达到设定料位之后，会自动启动星型卸料器，随后启动空气炮，防止灰斗口堵塞，空气炮可以设定喷吹间隔。3. 每个灰斗出口处有加热器，用于防止灰斗由于灰尘潮湿被堵塞。还有一个温度传感器，此加热器采用手动自动控制。自动模式下，当温度传感器检测到灰斗温度达到设定温度下限时，自动打开灰斗加热器，当灰斗温度达到上限自动关闭灰斗加热器。4. 灰抖底端设有输灰系统，由加湿机和刮板机组成，当灰尘达到一定量后手动启动加湿机，加湿机与刮板机有联

29、动控制，加湿机启动后，可以启动刮板机，如果加湿机未启动，刮板机不能启动。防止灰尘散落飞入空气中。2.2 锅炉除尘过程简介 一、锅炉除尘系统简介锅炉燃料在燃烧过程中会产生大量烟气（气相物质和固相物质的混合体），会堵塞锅炉，故需除尘。锅炉燃料在燃烧过程中除放出大量热量外，还会产生大量烟气。烟气是气相物质和固相物质的混合体。气相物质主要包括二氧化碳、二氧化硫、一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化合物、氮气、氧气等。固相物质即为烟尘。由于烟尘的存在，锅炉排烟呈灰色甚至黑色。 “烟”是指烟炱，即是烟气中的可燃气体由于不完全燃烧，在高温下还原产生的极细微的粒径小于1微米(m)的炭粒。在空中形成黑烟。“尘”是指在燃

30、烧过程中，由高温烟气带出的飞灰和一部分未燃尽的炭粒，其粒度较大，约在1微米(m)到100微米(m)之间。要消除“烟”，应从改进燃烧(燃烧设备、燃烧条件和操作水平)着手；要消除“尘”，应从改变烟气流速和采用有效的除尘设备着手。二、锅炉布袋除尘原理脉冲袋式除尘器的工作原理如图1所示，工业粉尘的烟气从滤袋外侧进入滤袋，除少量的微小颗粒随烟气通过滤网进入到滤袋内侧，并随烟气由烟道排到大气中外其余绝大部分粉尘颗粒都会滞留在滤袋外侧，积聚在滤袋外侧的粉尘由脉冲电磁阀驱动清灰机构的喷吹阀，进行清灰。当执行清灰时，喷吹阀内的密封膜片打开压缩空气高速地通过滤袋，将积聚在滤袋外壁的粉尘吹落在灰斗中除去，如图2-1

31、除尘器工作原理示意图。图2-1除尘器工作原理示意图 清灰模式可分为定时清灰和定压差清灰两种，定时清灰是一种按人工设定的时间周期循环地进行清灰的工作方式，定压差清灰是一种自动清灰的模式，当进入到除尘器的烟气流量浓度发生变化时，单位时间积聚在滤袋外侧的粉尘量也产生变化，使除尘器进出口的压力差也变化，当此压力差达到设定值时，脉冲喷吹阀打开执行清灰程序。本文用PLC 控制的脉冲袋式除尘器在企业的烟气治理中得到广泛的应用。文中设置72个布袋除尘脉冲阀，具有通用性运行可靠操作方便，参数可在调试中设定，由于采用了定压清灰的模式，降低了压缩空气的耗气量减少喷吹阀膜片滤袋的磨损，使除尘器能高效低耗运行，同时由于

32、拨码开关结合PLC 控制程序的使用，当拨码或压差变送器有故障时能启动内部应急程序，使除尘器仍能自动运行矩阵扩展电路，矩阵扩展电路的引入能增加输出点降低除尘器的制造成本提高效益。如图2-2，喷吹清灰流程图。图2-2喷吹清灰程序流程图2.3 PLC简介PLC即可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC），它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。2.3.1 PLC工作原理当可编程逻辑控制器投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，图2-

33、3可编程逻辑控制器即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，可编程逻辑控制器的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。一、输入采样阶段在输入采样阶段，可编程逻辑控制器以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应的单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。二、用户程序执行阶段在用户程序执行阶段，可编程逻辑

34、控制器总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。即在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起

35、作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。在程序执行的过程中如果使用立即I/O指令则可以直接存取I/O点。即使用I/O指令的话，输入过程影像寄存器的值不会被更新，程序直接从I/O模块取值，输出过程影像寄存器会被立即更新，这跟立即输入有些区别。三、输出刷新阶段当扫描用户程序结束后，可编程逻辑控制器就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是可编程逻辑控制器的真正输出。2.3.2 PLC的特点可编程逻辑控制器具有以下鲜明的特点。1.使用方便，编

36、程简单采用简明的梯形图、逻辑图或语句表等编程语言，而无需计算机知识，因此系统开发周期短，现场调试容易。另外，可在线修改程序，改变控制方案而不拆动硬件。2.功能强，性能价格比高一台小型PLC内有成百上千个可供用户使用的编程元件，有很强的功能，可以实现非常复杂的控制功能。它与相同功能的继电器系统相比，具有很高的性能价格比。PLC可以通过通信联网，实现分散控制，集中管理。3.硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强PLC产品已经标准化、系列化、模块化，配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，用户能灵活方便地进行系统配置，组成不同功能、不同规模的系统。PLC的安装接线也很方便，一般用接线端子连接外部接线。

37、PLC有较强的带负载能力，可以直接驱动一般的电磁阀和小型交流接触器。硬件配置确定后，可以通过修改用户程序，方便快速地适应工艺条件的变化。4.可靠性高，抗干扰能力强传统的继电器控制系统使用了大量的中间继电器、时间继电器，由于触点接触不良，容易出现故障。PLC用软件代替大量的中间继电器和时间继电器，仅剩下与输入和输出有关的少量硬件元件，接线可减少到继电器控制系统的1/10-1/100，因触点接触不良造成的故障大为减少。PLC采取了一系列硬件和软件抗干扰措施，具有很强的抗干扰能力，平均无故障时间达到数万小时以上，可以直接用于有强烈干扰的工业生产现场，PLC已被广大用户公认为最可靠的工业控制设备之一。

38、5.系统的设计、安装、调试工作量少PLC用软件功能取代了继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件，使控制柜的设计、安装、接线工作量大大减少。PLC的梯形图程序一般采用顺序控制设计法来设计。这种编程方法很有规律，很容易掌握。对于复杂的控制系统，设计梯形图的时间比设计相同功能的继电器系统电路图的时间要少得多。PLC的用户程序可以在实验室模拟调试，输入信号用小开关来模拟，通过PLC上的发光二极管可观察输出信号的状态。完成了系统的安装和接线后，在现场的统调过程中发现的问题一般通过修改程序就可以解决，系统的调试时间比继电器系统少得多。6.维修工作量小，维修方便PLC的故障率很低，且有完

39、善的自诊断和显示功能。PLC或外部的输入装置和执行机构发生故障时，可以根据PLC上的发光二极管或编程器提供的信息迅速地查明故障的原因，用更换模块的方法可以迅速地排除故障。2.4 PLC选择论证2.4.1 PLC、继电器和单片机的论证 一、PLC与继电器控制系统的比较1、硬件性能比较：（1）控制方式继电器的控制是采用硬件接线实现的，是利用继电器机械触电的串联或者并联及延时继电器的之后动作等组合形成控制逻辑，只能完成既定的逻辑控制。PLC采用存储逻辑，其控制逻辑是一程序方式存储在内存中的，要改变控制逻辑，只需要改变程序即可，称软接线。（2）速度控制继电器控制逻辑是依靠触点的机械动作实现控制，工作频

40、率底，毫秒级、机械触点有抖动现象。PLC是程序指令控制半导体电路实现控制，速度快，微秒级，严格同步，无抖动。（3）延时控制继电器控制系统是靠时间继电器的滞后动作实现延时控制，而时间继电器定时精度不高，受环境影响大，调整时间困难。PLC是利用半导体集成电路定时器，始终脉冲由晶体振荡器产生，精度高，调整时间方便，不受环境影响。2、软件设计比较：（1）系统的设计、安装、调试工作量小PLC用软件功能取代了继电器控制系统中大量中间继电器、时间继电器、计数器等器件，使用控制柜的设计、安装、接线工作量大大减小。PLC的梯形图程序一般采用顺序控制设计方法。这种编程方法很有规律，很容易掌握。对于复杂的控制系统，

41、梯形图的设计时间比继电器控制系统电路图要少得多。PLC的用户程序是在实验室模拟调试，输入信号用小开关来模拟，通过PLC上的发光二极管可观察输出信号的状态。完成了系统的安装和接线，在现场的统调过程中发现一般通过修改程序就可以解决，系统的调试时间比继电器系统少的多。（2）编程方法简单梯形图是用最多的可编程序控制器的编程语言，其电路符号和表达方式与继电器电路原理图相似，梯形图语言形象直观，易学易懂，熟悉继电器电路图的电气技术人员只要花点时间就可以熟悉梯形图的语言，并用来编制用户程序，梯形图语言实际上是一种面向用户的一种高级语言，可编程序控制器在执行梯形图的程序时，用解释程序将它翻译成汇编语言后去执行

42、。二、PLC与单片机控制系统的比较PLC与单片机相比有以下优点：1.PLC比单片机容易掌握。单片机一般要用机器指令或助记符编程，这就要求设计人员具有一定的计算机硬件和软件，对于只熟悉机电控制的技术人员来说，需要一段时间去学习才能掌握。PLC本身是微机系统提供给用户使用的是电控人员熟悉的梯形图语言，使用的仍然是“继电器”一类的术语，大部分指令与继电器触点的串联、并联、串并联等相对应，这就使熟悉机电控制的工程人员一目了然。对于使用者来说，不必去关心微机的一些技术问题，而只要用短短的时间去熟悉PLC的指令系统及操作方法，就能应用到工业现场。2.PLC比单片机使用简单。单片机来实现自动控制，一般要在输

43、入/输出接口上做大量的工作。例如要考虑现场与单片机的连接、接口的扩展、输入/输出信号的处理、接口工作方式等问题，除了要设计控制程序，还要在单片机的外围做很多软件和硬件方面的工作，调试起来也比较麻烦。而PLC的I/O接口已经做好，输入接口可以与输入信号直接连线，非常方便。输出接口具有一定的驱动能力，例如继电器输出触点容量可达220V、2A，且I/O接口均有光耦合环节，抗干扰能力强。3.PLC比单片机可靠。用单片机做工业控制突出的问题就是抗干扰性能差。而PLC是专门应用工业现场的自动控制装置，在系统硬件和软件中就采取了抗干扰措施。例如光电耦合、自诊断、多CPU并行操作、冗余控制技术等。4.不同厂家

44、的PLC有相同的工作原理，类似的功能和指标，有一定的互换性，质量有保证，编程软件正朝标准化方向迈进。这正是PLC获得广泛应用的基础。而单片机应用系统则功能千差万别，质量参差不齐，学习、使用和维护都很困难。三、总结对单项工程或重复数极少的项目，采用PLC方案是明智、快捷的途径，成功率高，可靠性好，而锅炉除尘系统正是属于单项工程，且重复次数极少。基于以上三者的比较，结合本次课题的需求，使用PLC作为除尘系统的控制器为首选。能够更好的实现功能，实现自动控制系统稳快准可靠的运行。2.4.2 PLC型号的选定国内主要流行的PLC品牌有欧姆龙，西门子，三菱，每一品牌都有其亮点所在。本次工程属于大中型项目，

45、考虑其性价比，选择欧姆龙PLC作为本次设计的控制器，下面详细介绍欧姆龙PLC的不同型号的不同参数及性能比较。1、欧姆龙机型欧姆龙PLC包括微型机，中型机，大中型机三种，主要型号分为CP系列和CJ系列，CJ系列属于结构紧凑，成本较低的PLC，模块式组合工作，不同于整体式PLC，模块组合式PLC方便拆卸，节省PLC点数，从而节约成本。CJ系列增加了实现平稳输入输出动作的输入滤波器功能、外部输入中断功能、快速响应输入功能、高速计数器功能，模拟设定定时器功能等采用快速闪存，无电池的内存支持得以实现，维护简单化。CJ系列PLC在工业控制领域应用多年，经过实际考验，性能可靠、稳定、运算速度超快等特点。2、

46、欧姆龙CJ系列型号对比CJ系列PLC分为1M、1G、1H、2M，容量比较如下表，表2-1CJ系列PLC表。表2-1 CJ系列PLC对比表PLC系列最大I/O点数最大程序容量最大书记存储容量LD指令处理速度CJ1M系列640点20K32K字（仅DM区，无EM区）0.10usCJ1G系列1208点60K128K字(DM:32K字，EM：32K字×3banks)0.04usCJ1H系列2560点250K832K字（DM：32K字，EM：32K字×25banks）0.016usCJ2M系列2560点400K160K字（DM：32K字，EM:32K字×4banks）0.04

47、us 由以上表可以看出，容量存储越来越大，处理速度也随着容量的增加而加快，本次除尘系统属于工业中大中型项目，通常时候跟随脱硫过程一起处理，为了以后扩展方便，我们选择CJ2M系列PLC作为本次设计的控制器。3、CJ2M系列PLC特点CJ2M CPU33单元较之以前系列有更多的优点： (1)处理速度快，存储容量大 基本性能高速化，并且提升了存储器容量，机械控制更加游刃有余。(2)内置EtherNet/IP端口CJ2M CPU33单元标配EtherNet/IP开放式网络，可通过连接外部设备实现PLC间接数据链接、PLC间报文通信及FTP传送等常规的EtherNet通信功能。(3)用于支持软件接口的通

48、用网络使用市售的电缆，即可将支持软件及设备经由USB端口/EtherNet/IP端口连接到通用网络。(4)标签访问CJ2M CPU 单元具备一个标签名称服务器，可对标签名称和I/O地址进行管理。及时在I/O地址未知的条件下，也可以通过使用标签名称从外部设备进行访问。(5)单元同步运转可对CPU 总线单元和高功能I/O单元的处理时序进行同步，最大程度地降低从输入到输出过程中的时序波动，可更加轻松地确保其应用性能。(6)编程更简单CJ2M CPU 单元提供了一个可读性极强的编程环境，其中包括DM/EM区的位寻址、地址偏移设定、数组变量使用等特性。总结：除尘工程中需要模拟量采集，脉冲阀数量多，并留有

49、足够的余量，再结合实际除尘工程综合考虑，选择欧姆龙CJ2M系列CPU33作为可编程控制器。4、人机界面触摸屏选用欧姆龙公司的NS系列触摸屏，利用该屏实现自动控制运行管理参数设置以及自动控制操作控制，可以形象的显示出当前运行的工艺状况，记录和调用运行记录，可以帮助设置管理工艺。如图2-4所示触摸屏图2-4触摸屏2.5 传感器选择论证一、 温度传感器温度传感器（temperature transducer）是指能感受温度并转换成可用输出信号的传感器。温度传感器是温度测量仪表的核心部分，品种繁多。按测量方式可分为接触式和非接触式两大类，按照传感器材料及电子元件特性分为热电阻和热电偶两类。此次课题选择

50、是铂热电阻PT100。 电阻传感器是金属随着温度变化，其电阻值也发生变化。对于不同金属来说，温度每变化一度，电阻值变化是不同的，而电阻值又可以直接作为输出信号。电阻共有两种变化类型正温度系数温度升高 = 阻值增加温度降低 = 阻值减少负温度系数温度升高 = 阻值减少温度降低 = 阻值增加pt100温度传感器是一种将温度变量转换为可传送的标准化输出信号的仪表。主要用于工业过程温度参数的测量和控制。带传感器的变送器通常由两部分组成：传感器和信号转换器。传感器主要是热电偶或热电阻；信号转换器主要由测量单元、信号处理和转换单元组成（由于工业用热电阻和热电偶分度表是标准化的，因此信号转换器作为独立产品时

51、也称为变送器），有些变送器增加了显示单元，有些还具有现场总线功能。标准化输出信号主要为0mA-10mA和4mA-20mA（或1V-5V）的直流电信号。如图2-5温度传感器外部接线图图2-5温度传感器外部接线图二、料位计传统的电容式物位传感器无法消除电极挂料对测量的影响，特别是在对粘性导电物料进行测量时，误差极其严重，大大限制了电容式物位计的使用和发展。如图2-6a中所示，在一个充满粘性导电物料的容器中，安装一个测量电极，测量电极上有绝缘层。此时，容器中存在一个物料电容，由于导电物料的截面很大，可以认为被测物料在检测电路中的电阻为零。由于此电容的两极分别为电极极芯和导电物料，由前述电容式物位计的

52、工作原理可知，此时测量电容与物料高度成正比。然而，这种电容式物位测量原理存在一个严重的缺点，如图2b 中所示，当物位由高位h 降低到低位时，探头上可能会留有粘附层（即挂料），产生虚假的物位，给测量带来误差。如图2-6粘性导电物料的物位检测原理图。图2-6 粘性导电物料的物位检测原理图在图2-6a 中，由于挂料的横截面积较小，挂料的等效电阻较大（挂料的等效电路如图2-6b所示），挂料可以看作由许多微小的电阻和电容组成。从数学上可以证明，只要粘附层足够长，粘附层的电阻和电容具有相同的阻抗，这就是射频导纳定理。将测量电极上带有粘附层的容器的外壁接地，在测量电极和地之间加高频激励信号，在测量电极和地之

53、间没有直流通路，因此，对电流进行测量，可得到储罐实际的料位。三、差压变送器差压变送器是测量变送器两端压力之差的变送器，输出标准信号（如 4-20mA、0-5V）。差压变送器与一般的压力变送器不同的是它们均有2个压力接口， 差压变送器一般分为正压端和负压端，一般情况下，差压变送器正压端的压力应大于负压端压力才能测量。差压变送器，来自双侧导压管的差压直接作用于变送器传感器双侧隔离膜片上，通过膜片内的密封液传到至测量元件上，测量元件将测得的差压信号转换为与之对应的电信号传递给转换器，经过放大等处理为标准电信号输出。差压变送器的几种应用测量方式：1、与节流元件相结合，利用节流元件的前后产生的压差值测量

54、液体流量。2、利用物料自身重力产生的压力差，测量液体的高度。3、直接测量不同管道、罐体液体的压力差值。差压变送器用于测量液体、气体和蒸汽的液位、密度和压力，然后将其转变成4- 20mA DC的电流信号输出。如图2-7差压变送器。图2-7 差压变送器第三章 硬件电路设计3.1 主回路设计3.1.1 220V供电分配1QS指三极负荷开关，QF指三极断路器，L1与N构成220V回路，分别为星形卸料器、空气炮、加湿机、开关电源、刮板机以及备用设备供电。其中开关电源是一个220V转24V的电源，以备为PLC、控制回路、按钮等环节供电。如图3-1-1和3-1-2，220V供电分配电气原理图。图3-3-1

55、220V供电分配电气原理图3-1-2 220V供电分配电气原理图3.1.2 24V供电分配CJ2M,CPU33PLC为AC220V或DC24V供电，由拨码开关选择供电电压，此次设计选择DC24V供电，触摸屏选择欧姆龙NS12-TS01B-V2，显示启停画面，报警画面，参数设置画面。控制回路以及温度传感器均采用DC24V供电。如图3-2，24V供电分配原理图。图3-2 24V供电分配电气原理图3.2 控制系统设计 一、I/O模块点数估算PLC系统所需求的I/O点数与接入的输入/输出设备类型有关。例如，一个按钮或信号各需一个输入，一个中间继电器需要一个输出点，一个双线圈电磁阀需要3个输入及2个输出

56、，波段开关有几个波段就需要几个输入；对于控制交流电动机所需的I/O点数，根据其运行方式不同所需要的I/O点数也不相同，控制一台Y-启动的交流电动机一般需4个输入点及3个输出点，控制一台可你运行的笼型电动机需要5个输入点及2个输出点，等等。实际选择时一般还需要留有10%-15%的I/O余量。根据控制要求，估算出本系统有19个开关量输入点，42个输出点，另外有三个模拟量输入输出点，分别为压力，温度，料位计。反馈4-20ma信号。二、存储器容量的估算PLC 的程序存储器容量通常以字或者步为单位。用户程序所需存储容量可以预先估算。一般情况下用户程序所需存储的字数可按照如下经验公式来计算：开关量输入/输

57、出系统开关量输入：用户程序所需存储的字数=输入点总数×10开关量输出：用户程序所需存储的字数=输出点总数×8模拟量输入/输出系统每一路模拟量信号大约需要120字的存储容量，当模拟输入和输出同时存在时，所需内存字数=模拟量路数×250定时器/计数器系统所需内存字数=定时器/计数器数量×2对于本系统，开关量输入所需内存字数18×10=180字节；开关量输出所需内存字数42×8=336字节；模拟量输入/输出所需内存字数=4×250=1000字节；定时器/计数器：50×2=100字节。考虑符号曲线内存需6800字节，另外考虑程序存储空间和备用空间，初步估计系统共需7K字节。系统I/O模块点数和