高炉布袋除尘的MCGSPLC控制系统

1、高炉布袋除尘的MCGS-PLC控制系统PLC程序控制摘 要随着科学技术的迅速发展，人民生活水平的不断提高，对环境保护的要求也日益严格。高炉炼铁所产生的高炉煤气，经煤气系统回收，清洗，除尘，降压后送至高炉热风炉和各用户使用。从高炉炉顶排出的荒煤气不仅含有大量灰尘，而且温度较高，所以，必须对荒煤气进行除尘降温。目前，电除尘器和布袋除尘器的效率较高，能确保达到排放标准。电除尘器的应用很广，而布袋除尘器目前国内应用较少，但因其性能优越而日益受到重视，具有广阔的应用前景。布袋除尘系统中脉冲电磁的动作由一块集成电路板进行控制。该集成电路板安装在除尘箱旁边的电柜里，所处的环境比较恶劣，温度高，灰尘多。因此，

2、在生产过程中该电路时常会出现故障，影响除尘系统的正常运作。本设计利用 PLC程序中含有脉冲信号输出的功能指令，设计一个 PLC程序来实现按一定差压控制或按一定时间间隔依次输出脉冲信号的功能，来替代原系统中的集成电路板，其它外部装置不变 ，就可以使整个布袋除尘系统正常工作。采用SIMATIC S7-300 系列模板，高炉扩展模板之间用光缆连结，实现PLC自动控制调节。关键词: 高炉 PLC 布袋除尘 S7-300Blast furnace hop-pocket dust separating MCGS-PLC control system-PLC program controlAbstractb

3、last furnace arising from the blast furnace gas, gas recovery systems, cleaning, dust sent to the relief after the hot blast stove and the users. Keywords : blast furnace PLC baghouse S7-300目 录摘 要IAbstractII目 录IV第一章 引言1第二章 炼铁原理介绍22.1 炼铁生产任务22.2 高炉炼铁原理22.3 高炉技术经济指标介绍3第三章炼铁工艺介绍43.1 原料系统43.2 送风系统53.3 煤

4、粉喷吹系统53.4 煤气系统63.5 除尘系统6第四章 高炉布袋除尘系统74.1 布袋除尘器的选择74.2 布袋除尘器的原理工艺及特点74.2.1 除尘原理7工艺流程84.3 布袋除尘技术特点104.4 布袋除尘器的前景11第五章 布袋除尘的PLC控制系统135.1 可编程控制器135.1.1 PLC控制系统设计的要点135.1.2 PLC工作原理155.1.3 PLC的特点175.1.4 PLC控制系统的可靠性185.1.5 可编程控制器（PLC）的应用195.1.6 SIMATIC S7300 PLC205.1.7 S7300的组成部件205.1.8 I/O地址的确定215.1.9 CPU

5、 3152DP225.1.10 PS 3072A225.1.11 STEP 7软件介绍225.2 PLC在布袋除尘系统中的应用235.2.1 STEP 7编 程235.2.2 STEP 7设计流程245.2.3 硬件组态255.2.4 STEP 7中的块265.2.5 各系统块的功能265.2.6 PLC软件编程285.2.7 结构化编程29总结30参考文献31致 谢32附录A：1#箱体反吹33附录B：2#箱体反吹41附录C：3#箱体反吹49附录D：4#箱体反吹57附录E：5#箱体反吹65附录F：盲板阀控制72附录G: 定时卸灰控制81附录H：蝶阀控制105附录I：在线反吹时间设定108附录J

6、：在线反吹差压设定109附录K：符号表117第一章 引言高炉生产的任务是把铁矿石冶炼成合格的生铁。要求以最小的投入，获得最大的产出，即做到优质、高产、低耗、长寿，有良好的经剂效益。炼铁厂的基本任务就是满足供应炼钢厂所需的优质铁水和市场所需之铁造生铁，为轧钢厂、焦化厂等提供稳定和数量充足的高炉煤气。炼铁工序是钢铁联合生产企业中重要的生产环节。其生产水平的高低和生产的稳定程度，直接制约着钢厂、原料系统及各煤气用户的生产。炼铁工序在钢铁联合企业生产中有着举足轻重的作用。高炉生产是借助高炉本体和其辅助系统来完成的，是一个相当庞大而复杂的系统。它所使用的设备种类繁多，工作条件恶劣，不仅要求承受巨大的载荷

7、，而且还伴随着高温、高压和多尘等不利因素，设备零件极容易磨损和侵蚀。为了确保安全高炉生产和顺利进行，对炼铁设备提出了较高的要求。近年来由于高炉大型化，稍有不慎造成的损失就很大，因此其稳定工作就愈加显得重要。大中型高炉炉顶装料设备每天把大量的原燃料装入高炉冶炼成生铁，而且还要严格符合高炉布料和炉顶密封等工艺要求。高炉的大规模连续生产，一定要有较高的自动化系统的保证，所以设计了高炉布袋除尘的控制系统。该系统主要完成高炉的除尘，以确保高炉的生产安全和顺利进行。第二章 炼铁原理介绍2.1 炼铁生产任务炼铁生产是将铁矿石，焦炭和熔剂自炉顶装入高炉，由风口鼓入热风、喷入煤粉。焦炭与煤粉在风口前燃烧发出热量

8、并产生还原性气体。在炉料逐渐下降和炽热的煤气迅速上升过程中，铁矿石受热熔融，其所含铁氧化物被还原成铁水，脉石与加入和熔剂生成炉渣。铁水自铁口排出炉外。渣水自铁口、渣口流出。在钢铁联合企业中，炼铁厂的基本任务就是供应炼钢厂所需的优质铁水和市场所需之铸造生铁，为轧钢厂、焦化厂和烧结厂等用户提供稳定和数量充足的高炉煤气。2.2 高炉炼铁原理1高炉炼铁过程基本上就是铁氧化还原过程自然界中的铁是以各种氧化物形态存在的，一般形式有赤铁矿、磁铁矿等。高炉炼铁过程实际上就是利用还原剂CO、H2和固态碳与矿石中的金属氧化物发生反应后夺取氧，从而将铁还原出来的过程。2主要化学反应还原剂的生成和供热为获得高温并生成

9、还原剂CO，用焦炭作燃料，在热空气中生成CO2，同时放出大量的热。呈高温状态的焦炭继续和CO2反应，生成还原剂CO。 C+O2 点燃 CO2 (2.1)CO2+C2CO-Q (2.2)铁的生成生成的CO和铁矿石反应，将从铁矿石中还原出来。 Fe2O3+3CO2Fe+3CO2 (2.3) 造渣： 为除去铁矿石中的脉石SiO2，同时也为降低铁矿石的熔点，用石灰石做助熔剂，在高温下先分解生成CaO和CO2，CaO和脉石SiO2发生反应。 CaCO3CaO+CO2 （2.4） CaO + SiO2 CaSiO3 （2.5）以上就是高炉中发生的主要化学反应，产生的高炉煤气的主要成分是：CO、CO2、N2

10、等，经过处理除去灰尘后的高炉煤气作气体燃料。2.3 高炉技术经济指标介绍（1） 利用系数：每立方米高炉有效容积一昼夜生产的制钢生产吨数。（2） 焦比：每炼一吨生铁所需的焦炭量。K=每日燃烧的焦炭量/日生产铁量，吨/吨，或公斤/吨（3） 煤比：每炼一吨生铁所需的煤粉量。 M=日燃烧煤粉量/日生产铁量（4）冶炼强度：每昼夜工作时间内，在一立方米高炉有效容积内燃烧的焦炭量。I=每日燃烧的焦炭量1440/（有效容积（1440-休风时间分），吨/（立方米日）（5）生铁合格率：合格生铁占高炉总自变量的百分数叫生产合格率，它是评价高炉产品质量好坏的指标。生铁合格率=（合格生铁量/生铁总产量）100%第三章

11、炼铁工艺介绍高炉本体在炼铁生产中占的地位无疑是最重要的，但除了高炉本体还需要其它的辅助系统：原料系统、送风系统、煤气系统、渣铁处理系统、通风除尘系统等。本设计后文将对高炉除尘作详细说明，原料系统、送风系统、煤粉喷吹系统、煤气系统、渣铁处理系统等主要辅助系统的简单介绍见下文。炼铁工艺示意图如图3.1：煤粉喷吹系统送风系统煤气系统渣铁处理系统通风除尘系统原料系统用 户高炉本体图3.1 炼铁工艺示意图3.1 原料系统原料系统的基本任务是按高炉生产工艺要求的铁矿石配比、原燃料数量及质量将各种原燃料稳定地供给高炉，并保持一定的储备量。原燃料的运输主要是用皮带或者上料料车。为提高燃料质量减少原燃料粉末入炉

12、，在栈桥烧结皮带卸料小车上及烧结矿槽下装有振荡筛，筛下碎料粉末返回烧结厂。焦炭槽下装有振荡筛或辊筛，筛下物中的中块焦（20-40毫米）可以回收入矿，焦粉返回焦炭库。原料系统工艺示意图如图3.2铁矿山采 矿选 矿烧 结烧结矿球团矿焦碳焦化煤炭石灰石，白云石，萤石辅助矿山高炉图3.2 原料系统示意图3.2 送风系统由高炉鼓风机站过来的冷风，经炼铁厂送风系统加热成1000以上的热风送入高炉，炼铁厂送风系统主要设备有热风炉、冷热风管道及各阀门等。热风炉主要由燃烧室、蓄热室、燃烧器及各阀门构成。热风炉工作制度分燃烧期与送风期，二者交替进行。在燃烧期，高炉煤气与助燃空气通过混合在燃烧室内进行燃烧，所发生的

13、热量由烟气、携带被蓄热室内砌筑成格子形的耐火砖所吸收。转入送风期后，鼓风机送来冷风，经冷风阀进入热风炉，吸收蓄热室所贮存的热量，温度升高，经热风阀，热风管道送入风炉。为进一步强化高炉冶炼，提高炉缸温度，促进高炉煤粉喷吹量的增加，应设置富氧鼓入装置。高炉富氧鼓入装置中氧气自冷风管道放风阀后加入冷风管道。3.3 煤粉喷吹系统煤粉喷吹系统能扩大高炉燃料品种，减少焦炉的建设数目，降低基建投资，用价格较低的煤粉代替了价格昂贵的冶金焦，从而降低了生产成本，改善了高炉炉内煤气流分布，有利于高炉生产强化，所以现代高炉都配备了煤粉喷吹系统。煤粉喷吹的燃料主要是煤粉，其次为焦粉等。煤粉又包括了无烟煤粉和有烟煤粉。

14、我国绝大部分高炉以喷吹煤粉为主，并提倡喷吹烟煤。煤粉喷吹系统主要包括煤粉制造装备、输煤装置和喷吹装置。3.4 煤气系统高炉煤气含有20%以上的一氧化碳，少量的氢和甲烷发热值一般为33454182KJ/m3，可做为炼焦、热风炉以及其它各种冶金炉的燃料，在钢铁冶金联合企业的燃料平衡中占25%-30%的比例，其地位是极其重要的。其次要回收高炉炉尘，炉尘是随高速上升的煤气带离高炉的细颗粒炉料。一般含铁30%-50%，含碳10%-20%，经煤气除尘器回收后可用作烧结矿原料。再次是高炉煤气透平发电,它的目的就是大力利用高炉煤气物理能-压力能和热能，进行能源回收。由于高炉透平发电在运行过程中不需要燃料，不改

15、变高炉煤气的品质，也不影响原有煤气用户的正常使用，却回收了相当可观的能量，同时又净化了煤气 ，改善了炉顶压力控制系统，是典型的节能装置。因此得到了大力的研制和推广利用。3.5 除尘系统现在采用的除尘方式有电除尘和布袋除尘两种。主要用于高炉槽下，富矿槽及炉前通风的除尘。电除尘器是利用电晕放电，使含尘气体中的粉尘带电而通过静电作用进行分离的一种除尘设备。通常正极接地叫集尘极（尘积电极），负极成为放电极（电晕电极）。静电除尘器的工作原理是：气体在高压（电压可达数万伏）静电场的两极间通过时，电晕放电的作用使气体电离，带负离子部分的气体聚集在灰尘上，使灰尘带负电被正极（集尘极）所吸收，沉积在正极上的灰尘

16、达到一定厚度后，断电失去电荷，用振动（干式除尘）或水冲（湿式电除尘）的办法使灰尘流下排除。布袋除尘是利用滤袋除尘的装置。含尘气体通过滤袋，其中的尘粒附着在织孔和袋壁上，并逐渐形成灰膜，气体通过布袋和灰膜时得到净化。灰膜随着过滤的进行不断增厚，阻力增加，达到一定数量时，必须进行反吹，才能抖落大部分灰膜，并使阻力降低，恢复正常的过滤。反吹是利用空气进行的，一个除尘系统要设置多个（420个）箱体，以保证除尘的连续性和满足工艺上的要求，分箱体轮流进行。反吹后的灰尘落到箱体下部的灰斗中，经卸、输灰装置排出外运。 第四章 高炉布袋除尘系统4.1 布袋除尘器的选择 注意滤料的耐温、耐酸、耐碱等要求，目前锅炉

17、配套用布袋除尘器的可选滤料有莱登、进口玻纤复膜等。 最好选用脉冲反吹，可选用较大的气布比，减少滤料数量，缩小除尘器体积。 按压缩空气的压力，布袋除尘器分为高压脉冲式(0508 MPa)、中压脉冲式(0204 MPa)和低压脉冲式(006010 MPa)。3种形式造成除尘器结构有很大差别，但除尘效果都很好 ，应根据具体情况来确定。 布袋除尘器的旁通烟道、PLC控制装置和灰斗自动加热装置等都是必要的。除尘器前是否装设喷水或冷空气降温措施，要具体分析。 布袋除尘器分离下来的细灰如何排出和储运也需处理好 ，否则会引起二次污染。 布袋除尘器和静电除尘器的比较（如表4.1所示）4.2 布袋除尘器的原理工艺

18、及特点 除尘原理在引风机的作用下，含尘烟气从锅炉尾部排出，经烟道进入层叠式进风总管，经导流装置进入过滤室，较粗重的尘粒在自重和导流板的撞击下，沉降到灰斗内，而较细轻的尘粒被吸附在滤袋的外表面上，逐渐形成一层滤床，阻止细小的尘粒进入袋内。随着附在布袋外表面上的灰尘增多，达到设定的压差时或设定时间时，脉冲反吹系统自动启动，令压缩空气从袋内向外吹，使灰尘脱落，掉入灰斗中，经螺旋输送机送入搅拌加湿机或散装机再装车运出。经过滤后清洁的烟气进入上部洁净室内，汇集入排烟总管，经烟囱排入大气。表4.1 布袋除尘器和静电除尘器的比较 布袋除尘器静电除尘器除尘效率一般99.5%以上，最高达99.9%。出口含尘质量

19、浓度10-50mg/一般99.0%99.5%，达到更高的效率难，投资大量增加烟气温度较敏感，不能超温仅对效率有影响压力损失1.51.8KPa0.3kpa左右煤种适应性无特殊要求对某些煤种不适应烟气流量变化对效率影响不大对效率影响较大烟气含尘浓度对效率无影响对效率有叫大的影响粉尘粒径影响很小对效率影响较大粉尘比电阻对效率无影响对效率影响很大粉尘化学成分要选择相应的滤料，但不影响效率对效率影响很大对锅炉运行影响布袋损坏，可离线更换，不影响锅炉运行如部件损坏，需停炉检修维护工作技术含量低，维修简单方便，仅换袋工作量较大技术要求高，维修复杂，工作量较小寿命布袋2a以上要更换，其他部件寿命长寿命长耗电量

20、较小较大初投资较小较大运行费用较大较小总费用较低较高工艺流程 （1）布袋反吹流程图4.1 高炉布袋除尘工艺流程图当荒、净煤气总管之间的压差大于6kPa (可设定 ，以下相同)时，依次对18个布袋除尘箱体进行反吹，并能跳过处于检修状态的箱体。反吹程序如下 ：首先关闭1号布袋除尘箱体的进口和出口气动蝶阀后 ，对1号布袋除尘箱体进行反吹。反吹时先打开该布袋除尘箱体的1号氮气脉冲电磁阀，经过 05秒后关闭该电磁阀，再经8秒后打开2号脉冲电磁阀，依次类推完成该布袋除尘箱体其它脉冲电磁阀的操作(每个布袋除尘箱体有10个脉冲电磁阀)。当最后1个脉冲电磁阀完成操作后 ，1号布袋除尘箱体反吹结束 ，然后打开该布

21、袋除尘箱体进口和出口气动蝶阀，再关闭2号布袋除尘箱体的进口和出口气动蝶阀，以后的操作同前 ，依次类推完成18个布袋除尘箱体的反吹。 （2）卸灰联锁 图4.2 卸输灰工艺流程图当高位灰仓的气动卸灰球阀打开时，对应的中间灰仓的气动卸灰球阀和该中间灰仓的仓壁振动器必须处于关闭状态 ；若中间灰仓的气动卸灰球阀打开时，对应的高位灰仓的气动卸灰球阀和该高位灰仓的仓壁振动器必须处于关闭状态。启动1号螺旋输送机15秒 (可设定 ，以下相同)后 ，才能开打19号中间灰仓的气动卸灰球阀。启动2号螺旋输送机15秒后，才能打开1018号中间灰仓的气动卸灰球阀。关闭 19号中间灰仓的气动卸灰球阀15秒后 ，才能停止1号

22、螺旋输送机 。关闭 1018号中间灰仓的气动卸灰球阀15秒后 ，才能停止2号螺旋输送机 。 （3）煤气温度控制与报警 当高炉炉顶煤气温度超过 310 (可设定 ，以下相同)时 ，在控制室报警。当煤气降温装置进口煤气温度高于 280时，在控制室报警 ，并打开每个煤气降温装置的进出口电动蝶阀和给水电动调节阀，然后关闭其旁通电动蝶阀。若煤气降温装置出口煤气温度超过 280或布袋进口总管煤气温度超过245 ，在控制室报警 ，并逐渐开启降温装置进口水管上的电动调节阀 (煤气降温装置进出口电动蝶阀处于关闭状态下不得打开对应 的降温装置进口水管上的电动调节 阀)，当煤气温度下降时逐渐关闭降温装置进口水管上的

23、电动调节阀，当煤气温度低于设定值时完全关闭煤气降温装置进口水管上的电动调节阀。在计算机上可以显示降温装置水管电动调节阀运行过程中的开度。煤气降温装置进口煤气温度低于280时，在控制室报警，并打开煤气降温装置旁通电动蝶阀 ，然后关闭每个煤气降温装置的进出口电动蝶阀和降温给水电动调节阀。（4）煤气检漏设施 布袋除尘系统设有含尘自动检测装置 ，该设备由检测探头 、信号处理装置及信号传输三部分组成，安装在净煤气总管及每个布袋箱体净煤气出口处。其工作原理是 “电荷感应”，灰尘颗粒流经探头时，颗粒的电荷在探头中被感应出来进而转化为信号显示。当被检测煤气粉尘的浓度达到所要求的上限时，仪表即刻报警，提醒运行人

24、员进行合理操作 ，保证设备安全可靠运行。该检测设备与设在各布袋箱体净煤气出口管上的人工取样管配合使用 ，可在一定程度上提高工作效率。但现阶段 ，高炉煤气布袋除尘系统上使用的检漏设施均为定性检测 ，无法检测到布袋除尘箱体净煤气出口浓度，而且系统 的可靠性也存在很多的问题。主要表现在虚警率过高，检漏设施与切换阀门没有联锁关系，自动化程度不高。4.3 布袋除尘技术特点 (1)采用先进的烟气导流技术，使进入各过滤室的烟气均匀分布，这是确保除尘器具有高效率的重要措施。导流技术共包括 3部分：层叠式进风导流技术、灰斗导流板技术和烟道弯管导流板技术。 (2)采用灰斗自动电加热器 ，以保证灰斗内的灰尘不结露，

25、减少腐蚀和避免灰尘搭桥而堵塞。在灰斗温度低于设定值时电加热器自动开启 ，高于设烟气流量变化对效率影响不大对效率影响较大定值时 自动关闭。 (3)采用内置式旁通烟道 ，当烟气温度过低和过高时，旁通烟道便自动打开 ，同时关闭除尘器各室进口阀，使烟气通过旁通烟道排入烟囱，以避免在烟气温度高时布袋被烧坏或烟气温度低时因结露被酸性腐蚀 。 (4)采用大容量喷吹组合技术，实现高效清灰。 (5)采用 PLC程控技术 ，对脉冲阀、离线阀、卸灰装置 、旁通阀、灰斗电加热器等设备进行控制。 (6)滤袋选用 500 gm 以上的滤料制作 ，滤袋内支撑用的袋笼采用碳钢加镀锌处理，在 自动焊接生产线上生产，确保焊接强度

26、并光滑无毛刺 ，以免损坏滤袋。 (7)采用高效脉冲反吹清灰，气源为压缩空气， 脉冲阀的动作是根据滤袋内外的压力差 (或设定的时间)在 PLC的控制下按设定的顺序 自动启停 。 4.4 布袋除尘器的前景美国圣勃雷电厂于 1973年首先将4台锅炉(总容量为 176 MW)的4台电除尘器改为布袋除尘器，随后布袋除尘器在电站锅炉和工业锅炉上的应用日益广泛。由于许多国家自20世纪70年代以来大幅度提高烟尘的排放标准，而且对硫氧化物的排放也越来越严格，迫使用户燃用低硫煤 ，导致煤灰的电阻率提高，静电除尘效率降低 ，不得不用布袋除尘器替代 ，从而使布袋除尘器更加迅速地发展。在欧美、日本 、澳大利亚，锅炉用布

27、袋除尘器已有大量应用，技术已臻成熟，尤其是澳大利亚最为积极 ，因为普遍燃用低硫煤，电站锅炉几乎全部采用布袋除尘。容量也越来越大，目前使用布袋除尘器的最大机组达 850 MW。使用范围也在不断扩展，如垃圾焚烧炉使用布袋除尘器几乎已成唯一选择。在我国，2O世纪电力系统曾进行过应用试验，在山东南定热电厂等5个电厂使用了布袋除尘器，由于当时的材料和技术水平 ，没有成功。失败的主要原因是滤袋的寿命太短。目前制造技术已得到提高 ，今后需在以下 3方面发展布袋除尘器技术 ：(1)进一步改进滤料质量，增加适用于不同类型锅炉的滤料品种，延长滤料的使用寿命。(2)实现国产化 、大型化。目前已投运的国产布袋除尘器多

28、数用于 3575 th锅炉，少量为 130220 th锅炉 ，采用进口技术和设备有用于 670 th锅炉的。如何尽快提高国产化率，应用到更大容量锅炉(如 300 MW，600 MW 发电机组)上 ，具有重大的现实意义。 (3)进一步提高自动化水平，采用有效保证滤袋安全的措施 ，提高附属设备的质量。第五章 布袋除尘的PLC控制系统5.1 可编程控制器可编程控制器（Programmable Controller）缩写为PC，为了和个人计算机相区别，把可编程控制器缩写为PLC。5.1.1 PLC控制系统设计的要点一、输入回路的设计1、电源回路 PLC供电电源一般为 AC85240V（也有DC24V）

29、，适应电源范围较宽，但为了抗干扰，应加装电源净化元件（如电源滤波器、1：1隔离变压器等）。2、 PLC上DC24V电源的使用各公司 PLC产品上一般都有DC24V电源，但该电源容量小，为几十毫安至几百毫安，用其带负载时要注意容量，同时作好防短路措施（因为该电源的过载或短路都将影响PLC的运行）。 3、外部DC24V电源 若输入回路有 DC24V供电的接近开关、光电开关等，而PLC上DC24V电源容量不够时，要从外部提供DC24V电源；但该电源的“-”端不要与 PLC的 DC24V的“-”端以及“COM”端相连，否则会影响PLC的运行。 4、输入的灵敏度各厂家对PLC的输人端电压和电流都有规定，

30、如日本三菱公司F7n系列PLC的输入值为：DC24V、7mA，启动电流为4.5mA，关断电流小于1.5mA，因此，当输入回路串有二极管或电阻（不能完全启动），或者有并联电阻或有漏电流时（不能完全切断），就会有误动作，灵敏度下降，对此应采取措施。另一方面，当输入器件的输入电流大于PLC的最大输入电流时，也会引起误动作，应采用弱电流的输入器件，并且选用输人为共漏型输入的 PLC，Bp输入元件的公共点电位相对为负，电流是流出 PLC的输入端。 二、 输出回路的设计 1、各种输出方式之间的比较 1）继电器输出： 优点是不同公共点之间可带不同的交、直流负载，且电压也可不同，带负载电流可达2A；但继电器输

31、出方式不适用于高频动作的负载，这是由继电器的寿命决定的。其寿命随带负载电流的增加而减少，一般在几十万次至Jl百万次之间，有的公司产品可达1000万次以上，响应时间为10ms。 2）晶闸管输出： 带负载能力为0.2A，只能带交流负载，可适应高频动作，响应时间为1ms。 3）晶体管输出： 最大优点是适应于高频动作，响应时间短，一般为0.2ms左右，但它只能带 DC 530V的负载，最大输出负载电流为05A，但每4点不得大于0.8A。 当你的系统输出频率为每分钟6次以下时，应首选继电器输出，因其电路设计简单，抗干扰和带负载能力强。当频率为10次min以下时，既可采用继电器输出方式；也可采用PLC输出

32、驱动达林顿三极管（510A），再驱动负载，可大大减小。 2、抗干扰与外部互锁当 PLC输出带感性负载，负载断电时会对PLC的输出造成浪涌电流的冲击，为此，对直流感性负载应在其旁边并接续流二极管，对交流感性负载应并接浪涌吸收电路，可有效保护PLC。当两个物理量的输出在PLC内部已进行软件互锁后，在PLC的外部也应进行互锁，以加强系统的可行性。 3、PLC外部驱动电路对于 PLC输出不能直接带动负载的情况下，必须在外部采用驱动电路：可以用三极管驱动，也可以用固态继电器或晶闸管电路驱动，同时应采用保护电路和浪涌吸收电路，且每路有显示二极管（LED）指示。印制板应做成插拔式，易于维修。 三、扩展模块的

33、选用 对于小的系统，如80点以内的系统一般不需要扩展；当系统较大时，就要扩展。不同公司的产品，对系统总点数及扩展模块的数量都有限制，当扩展仍不能满足要求时，可采用网络结构；同时，有些厂家产品的个别指令不支持扩展模块，因此，在进行软件编制时要注意。各公司的扩展模块种类很多，如单输入模块、单输出模块、输入输出模块、温度模块、高速输入模块等。 PLC的这种模块化设计为用户的产品开发提供了方便。 四、PLC的网络设计 当用PLC进行网络设计时，其难度比PLC单机控制大得多。首先你应选用自己较熟悉的机型，对其基本指令和功能指令有较深入的了解，并且指令的执行速度和用户程序存储容量也应仔细了解。否则，不能适

34、应你的实时要求，造成系统崩溃。另外，对通信接口、通信协议、数据传送速度等也要考虑。 最后，还要向 PLC的商家寻求网络设计和软件技术支持及详细的技术资料，至于选用几层工作站，依你的系统大小而定。五、软件编制 在编制软件前，应首先熟悉所选用的 PLC产品的软件说明书，待熟练后再编程。若用图形编程器或软件包编程，则可直接编程，若用手持编程器编程，应先画出梯形图，然后编程，这样可少出错，速度也快。编程结束后先空调程序，待各个动作正常后，再在设备上调试。5.1.2 PLC工作原理1、扫描技术 当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，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

35、作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。 图5.1 CPU的扫描周期（1）输入采样阶段 在输入采样阶段， PLC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。 （2）用户程序执行阶段 在用户程序执行阶段， PLC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

36、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

37、一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。 （3）输出刷新阶段 当扫描用户程序结束后， PLC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PLC的真正输出。一般来说， PLC的扫描周期包括自诊断、通讯等，如下图所示，即一个扫描周期等于自诊断、通讯、输入采样、用户程序执行、输出刷新等所有时间的总和。 上电故障RUN自诊断通讯输入采样用户程序执行输出刷新图5.2 PLC的扫描周期2、PLC的I/O响应时间 为了增强 PLC的抗干扰能力，提高其可靠性，PLC的每个开关量输入端都采用光电隔离等技术。 为了能实现继电器

38、控制线路的硬逻辑并行控制， PLC采用了不同于一般微型计算机的运行方式（扫描技术）。 以上两个主要原因，使得 PLC的I/O响应比一般微型计算机构成的工业控制系统慢的多，其响应时间至少等于一个扫描周期，一般均大于一个扫描周期甚至更长。 所谓 I/O响应时间指从PLC的某一输入信号变化开始到系统有关输出端信号的改变所需的时间。其最短的I/O响应时间与最长的I/O响应时间如图所示： (a)、 最短 I/O响应时间(b)、 最长 I/O响应时间图5.3、 I/O响应时间以上是一般的 PLC的工作原理，但在现代出现的比较先进的PLC中，输入映像刷新循环、程序执行循环和输出映像刷新循环已经各自独立的工作

39、，提高了PLC的执行效率。在实际的工控应用之中，编程人员应当知道以上的工作原理，才能编写出质量好、效率高的工艺程序。5.1.3 PLC的特点1）编程方法简单易学。2）功能强，性能价格比高。3) 配套齐全，用户使用方便，适应性强。4）可靠性高，抗干扰能力强。5）系统的设计、安装、调试工作量少。6）工作量小，维修方便。7）体积小，能耗低。5.1.4 PLC控制系统的可靠性用PLC实现对系统的控制是非常可靠的，这是因为PLC在硬件与软件两个方面都采取了很多措施，确保它能可靠工作。（1） 硬件方面：PLC的输入、输出电路与内部CPU是电隔离的，其信息靠光耦器件或电磁器件传递。而且，CPU板还有抗电磁干

40、扰的屏蔽措施，故可确保PLC程序的运行不受外界的电与磁干扰，能正常工作。PLC使用的元器件多为无触点的，而且为高度集成的，数量并不太多，也为其可靠工作提供了物质基础。在机械结构设计与制造工艺上，为使PLC能安全可靠地工作，也采取了很多措施，可确保PLC耐振动、耐冲击，使用环境温度可高达50oC多，有的PLC可高达8090oC.有的PLC的模块可热备，一个主机工作，另一个主机也运转，但不参与控制，仅作备份，一旦工作主机出现故障，热备的可自动接替其工作。（2） 软件方面PLC的工作方式为扫描加中断，这既可保证它能有序的工作，避免继电控制系统常出现的“冒险竞争”，其控制结果总是确定的；而且又能应急处

41、理急于处理的控制，保证了PLC对应急情况的即使响应，是能可靠的工作。PLC还有很多防止及监测故障的指令，已产生各重要模块工作正常与否的提示信号。可通过编制相应的用户程序，对PLC的工作状况，以及PLC所控制的系统进行监控，以确保其可靠工作。PLC每次上电后，还都要运行自检程序及对系统进行初始化。这是系统程序配置的，用户可不干预。出现故障时有相应的出错信号提示。正是PLC在软、硬件诸方面有强有力的可靠性措施，才确保了PLC具有可靠工作的特点。它的平均无故障时间可达几万小时以上；出了故障平均修复时间也很短，几小时以至于几分钟即可。5.1.5 可编程控制器（PLC）的应用随着PLC功能的不断完善，性

42、能价格比的不断提高，PLC应用面也越来越广。目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、采矿、水泥、石油、化工、电子、机械制造、汽车、船舶、装卸、造纸、纺织、环保、娱乐等各行各业。PLC的应用范围通常可分为如下五种类型：（1） 顺序控制这是今日PLC最广泛应用的领域，它取代了传统的继电器顺序控制。PLC应用于单机控制、多机群控制、生产自动线控制，例如，注塑机、印刷机械、订书机械、切纸机械、组合机床、磨床、装配生产线、包装生产线、电镀流水线及电梯控制等等。（2） 运动控制PLC制造商目前已提供了拖动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。在多数情况下，PLC把描述目标位置的数据送给模块，模块移动一

43、轴或数轴到目标位置，当每个轴移动时，位置控制模块保持适当的速度和加速度，确保运动平滑。运动的编程可用PLC的编程语言完成，通过编程器输入。操作员用手动方式把轴移动到某个目标位置，模块就得知了位置和运动参数，之后可用编辑程序来改变速度和加速度等运动参数，使运动平滑。（3）过程控制PLC能控制大量的物理参数，例如，温度、压力、速度和流量等。PID模块的提供使PLC具有闭环控制能力，即一个具有PID控制能力的PLC可用于过程控制。当控制过程中某个变量出现偏差时，PID控制算法会计算出正确的输出，把变量保持在设定值上。PID算法一旦适应了工艺，就不管工艺混乱而保持设定值。（4）数据处理现代的PLC具有

44、整数四则运算、矩阵运算、函数运算、字逻辑运算、求反、循环、移位、浮点数等运算功能，和数据传送、转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析和处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，也可以用通信功能传送到别的智能装置，或者将他们打印制表。（5）通信和联网为了适应国外近几年来兴起的工厂自动化（FA）系统、柔性制造系统（FMS）及集散系统等发展的需要，首先，必须发展PLC之间、PLC和上级计算机之间的通信功能。作为实时控制系统，不仅PLC数据通信速率要求高，而且要考虑出现停电、故障时的对策等。日本富士电机公司开发的MICREXF系列就是一例，其中处理器多达16台，输入/输出点数达

45、3200个之多。PLC之间、PLC和上级计算机之间都采用光纤通信，多级传递。I/O模块按功能各自放置在生产现场分散控制，然后采用网络联结构成集中管理信息的分布式网络系统。 SIMATIC S7300 PLC目前生产PLC的著名厂家有德国西门子公司（SIEMENS），美国ROCKWELL公司所属的A-B(ALLEN&BRADLY)公司，法国施奈德公司(SCHNEIDER ELECTRIC)，日本的三菱电机(MITSUBISHI ELECTRIC)和欧姆龙（OMRON）等。SIEMENS的PLC以其极高的性能和价格比，在我国占有很大的市场份额。SIEMENS的PLC产品有SIMATIC S7，M7

46、和C7等几大系列。SIMATIC S7300系列PLC已经得到的国内国外标准认证有：DIN认证，UL认证，CSA认证，FM1级1区：A、B、C、D组，温度组T4，船级认证等。SIMATIC S7300 是一种通用型能适合自动化工程中的各种应用场合，尤其是在生产制造工程中的应用。模块化、无风扇结构、易于实现分布式的配置以及易于掌握等特点，使得S7300在工业领域中实施各种控制任务时，成为一种既经济又切合实际的解决方案。 S7300的组成部件S7300时模块式的PLC，它有以下几部分组成：1)中央处理单元（CPU）各种CPU有不同的性能，例如有的CPU集成有PROFIBUSDP等通信接口。CPU前

47、面板上有状态故障指示灯、模式开关、24V电源端子、电池盒与存储器模块盒（有的CPU没有）。2) 载电源模块（PS）负载电源模块用于将AC220V电源转换为DC24V电源，供CPU和I/O模块使用。额定输出电流有2A、5A和10A 3种，过载时模块上的LED闪烁。3) 信号模块（SM）信号模块时数字量输入输出模块和模拟量模块的总称，他们是不同的过程信号电压或PLC电流与内部的信号电平匹配。信号模块主要有数字量输入模块SN321和数字量输出模块SM322，模拟量输入模块SM331和模拟量输出模块SM332。模拟量输入模块可以输入热电阻、热电偶、DC420mA和010V等多种不同类型和不同量程的模拟

48、信号。每个模块上有一个背板总线连接器，现场的过程信号连接到前连接器的端子上。4）功能模块（FM）功能模块主要用于对实时性和存储容量要求高的控制任务，例如计数器模块、快速/慢速给驱动位置控制模块、电子凸轮控制器模块、步进电动机定位模块、伺服电动机定位模块、定位和连续路径控制模块、闭环控制模块、工业标识系统的接口模块、称重模块、位置输入模块、超声波位置解码器等。5）通信处理器（CP）通信处理器用于PLC之间、PLC与计算机和其他智能设备之间的通信，可以将PLC接入PROFUBUSDP、ASI和工业以太网，或用于实现点对点通信等。通信处理器可以减轻CPU处理通信的负担，并减少用户对通信的编程工作。

49、6） 接口模块（IM）接口模块用于多机架配置时连接主机架（CR）和扩展机架（ER）。S7300通过分布式的主机架和3个扩展机架，最多可以配置32个信号模块、功能模块和通信处理器等。7）导轨用来固定和安装S7300上述的各种模块。 I/O地址的确定S7300的开关量地址由标识符、地址的字节部分和位部分组成，一个字节由07这8位组成。地址标识符I表示输入，Q表示输出，M表示存储器位。例如I3.2是一个数字输入量的地址，小数点前面的3是地址的字节部分，小数点后的2表示这个输入点是3号字节中的第2位。开关量除了按位寻址外，还可以按字节、字和双字寻址。 CPU 3152DPS7300的CPU模块（简称C

50、PU）集成了过程控制功能，用于执行用户程序。每个CPU都有一个编程用的RS485接口，有的还带有集成的现场总线PROFIBUSDP接口或PTP（点对点）串行通信接口，S7300不需要附加任何硬件、软件和编程，就可以建立一个MPI(多点接口)网络，如果有PROFIBUSDP接口，可以建立一个DP网络。CPU 3152DP具有大中规模的程序容量，对二进制和浮点数有较高的处理性能，有两个PROFIBUSDP主站/从站接口，可以用于建立分布式I/O结构和大规模的I/O配置。CPU 3152DP可以作路由器，有点对点通信功能。5.1.10 PS 3072A有多种电源模块可以为S7300 PLC供电。在本

51、设计中，采用PS 3072A电源模块。订货号：6ES7 3051BA800AA0特性：PS 307电源模块（2A）具有以下显著特点输出电流2A输出电压24VDC;防短路和开路保护连接单相交流系统（输入电压120/230VAC,50/60HZ）可靠的隔离特性，符合EN 60 950可用作负载电源 STEP 7软件介绍STEP 7 是西门子 SIMATIC 工业软件中的一员，它是用于对SIMATIC 可编程逻辑控制器（PLC）进行组态和编程的软件包。使用STEP 7软件可对S7300进行编程。而且，能简单方便地将S7300全部功能加以利用。STEP 7包含了自动化项目中从项目的启动、实施到测试以及

52、服务，每一阶段所需的全部功能。一、编程语言STEP 7软件包配备的3种基本编程语言有梯形图,语句表和功能图。顺序功能图（SFC）是一种位于其他编程语言之上的图形语言，用来编制顺序控制程序。梯形图（LAD）是使用最广泛的PLC编程语言。梯形图与继电器电路图很相似，具有直观易懂的优点，特别适合与数字量逻辑控制。语句表（STL）是一种类似于汇编语言的文本语言，多条语句组成一个程序段。可以实现某些不能用梯形图或功能块表示的功能。功能块图（FBD）使用类似于布尔代数的图形逻辑符号来表示控制。结构文本（ST）是为IEC61131-3标准创建的一种专用的高级编程语言。与梯形图相比它能实现复杂的数学运算，编写

53、的程序非常简洁和紧凑。在实际应用中，编程设备可以是PG（编程器）或者PC，通过编程电缆于PLC的CPU模块相连。用户可以在STEP 7中编写程序和对硬件进行组态，并将用户程序和硬件进行组态，并将用户程序和硬件组态信息下载到CPU，或者从CPU上载到PG或者PC。当程序下载、调试完以后，PLC系统就可以执行各种自动任务了。 二、使用STEP 7完成一个项目的基本步骤：第一步：要根据需求设计一个自动化解决方案；第二步：在STEP 7中创建一个项目（Project）;第三步：在项目中，可以选择先组态硬件再编写程序（1），或者先编写程序再组态硬件（2）；第四步：硬件组态和程序设计完成后，通过编程电缆将

54、组态信息和程序下载到硬件设备中；第五步：进行在线调试并最终完成整个自动化项目。5.2 PLC在布袋除尘系统中的应用 STEP 7编 程S7系列PLC的CPU中运行着两种程序：操作系统程序和用户程序。操作系统是固化在CPU中的程序，它提供了一套系统运行和调度的机制。用户程序是为了完成特定的自动化任务，由用户自己编写的程序。 操作系统处理的是底层的系统技术服务、它为PLC应用搭建了一个平台，提供了一套用户程序的调用机制，而用户程序则在这个平台上，完成用户自己的自动化任务。操作系统在上电后首先执行启动程序，然后就进入一个主循环，在每次循环中执行的是用户的主程序。只要CPU在正常运行，这个循环就会一直

55、进行下去。把所有的控制任务都放在用户主程序里处理是非常不经济的。对于一些出现次数相对较少的信号（例如某个液位传感器达到上限值的报警信号），合理的做法是，只在需要的时候才处理，这就是事件驱动的程序结构的思想。事件驱动的程序结构通过中断来实现。当一个事件发生时，会产生一个中断（例如硬件中断，时钟中断，错误中断等），操作系统会自动调用这个中断的处理程序。用户程序由启动程序，主程序和各种中断响应程序等不同的程序模块构成，操作系统已经搭好了调用这些模块的结构框架，用户要做的是向这些结构框架中填写内容，因此，S7的用户程序是一种结构化的程序。5.2.2 STEP 7设计流程如图为STEP 7设计流程，它以框图形式简单，清楚的描述了STEP 7的整体情况。其中最主要的是硬件组态和软件编程，和以前的设备比较，它大大简化了工作量，提高了安全性。图5.4 使用STEP 7的基本步骤图5.5 程序结构流程图5.2.3 硬件组态图5.5 硬件组态界面图（1） 系统组态：选择硬件机架，模块分配给机架中希望的插槽。（2） CPU的参数设置。 （3） 模块的参数设置。 STEP 7中的块图5.6 STEP 7中的块在STEP7软件中，结构化的用户程序是以块的形式实现的。块是一些独立的程序或者数据单元。 各系统块的功能1组织块（OB）在CPU中，用户程序由启动程序，主程序和