基于PLC的锅炉启停控制的程序设计

青岛理工大学毕业论文PAGEPAGE52青岛理工大学毕业论文摘要本文通过对循环流化床的启动过程分析，为实现用可编程控制器（PLC）完成对此过程的自动控制，以安全启动和减轻人工负担为双目标，利用梯形图编写了PLC的控制程序。以240t/h锅炉为例，选取合适的模拟量输入模块，以达到基于对锅炉点火温度及炉膛温度实时监测下的安全启动过程。常规控制系统采用继电器控制，元器件较多，控制线路复杂，抗干扰能力差，增加了故障点，维护和维修不方便。而利用PLC程序对锅炉启动进行控制，不仅有效简化控制线路，提高系统的抗干扰能力。方便现场的维护和维修，又可以简化操作，并且可以充分保证点火成功率。关键词：循环流化床锅炉，可编程控制器，控制程序ABSTRACTBythestartofthecirculatingfluidizedbedprocessanalysis,toachievetheuseofprogrammablelogiccontroller(PLC)automaticcontrolofthecompletionofthisprocessinasafestart-upandreducethemanualburdenforthetwo-goal,theuseofthepreparationofthePLCladderdiagramcontrolprocedures.To240t/hboilerasanexample,selecttheappropriateanaloginputmodule,inordertoachievebasedontheboilerfurnaceignitiontemperatureandthetemperatureunderthereal-timemonitoringofthesafetyofthestartupprocess.Conventionalcontrolsystemtocontroltheuseofrelays,componentsaremorecomplexcontrolcircuit,pooranti-interferenceability,anincreaseofthepointoffailure,maintenanceandrepairisnotconvenient.ProceduresfortheuseofPLCcontroloftheboilertostart,notonlysimplifiesthecontrolcircuittoimprovethesystemofanti-interferenceability.Tofacilitatemaintenanceandrepairofthescene,butalsocansimplifytheoperation,andcanfullyguaranteethesuccessrateofignition.KEYWORDS：CFB,programmablelogiccontroller,controlprocedures

目录摘要 1ABSTRACT 1目录前言 3前言 5第一章绪论 61.2国内外发展现状 61.3论文的主要工作 7第二章PLC的特性分析 82.1PLC应用背景 82.2PLC控制系统设计简述[6] 102.2.1分析控制对象及确定控制内容 102.2.2PLC机型选择 112.2.3硬件设计 112.2.4软件设计 112.2.5系统统调 122.3PLC控制系统的可靠性分析 132.3.1影响现场输入给PLC信号出错的原因分析 132.3.2影响执行机构出错的原因分析 13第三章锅炉启动过程分析 153.1锅炉启动前的准备 163.1.1．锅炉本体的准备工作 163.1.2．汽包内部装置安装施工质量检查 173.1.3．锅炉上水过程分析 183.2锅炉的点火启动流程 183.3启动流程图 21第四章锅炉停炉过程分析 234.1锅炉停运流程 234.1.1停炉操作流程 234.2停炉流程图 25第五章锅炉启停控制系统硬件设计 265.1设备选型 265.1.1PLC本体 265.1.2模拟量输入模块 305.1.3电压、电流信号智能变送器 335.2控制系统组建 345.2.1锅炉启动过程接线布置 345.2.2锅炉停炉过程接线布置 36第六章程序设计 396.1锅炉启动过程的程序设计 396.1.1梯形图语言编程设计 396.1.2命令语言编程 436.2锅炉停炉过程的程序表达 456.2.1梯形图语言编程 456.2.2命令语言编程 48第七章结论 50参考文献 51致谢 52

前言随着中国电力建设规模的不断扩大，电力结构也在不断调整。从1956年4月国产的第一台6MW火电机组投产发电以来，国产发电设备不断加入电力工业行列，发电设备品种不断增加，发电机组容量不断扩大。现在300MW及以上机组已经成为运行中的主力机组，单机容量为600MW和800MW的发电机组已经相继并网发电。大容量机组结构更加复杂，控制要求更高，所以机组的安全、经济运行显得尤为重要。启动和停炉过程是一个不稳定的变化过程。锅炉的工况变化很复杂，存在着各种矛盾，如：各部分的工作压力和温度随时在变化，启动时间的长短与启动费用的问题，启动时冷炉的燃烧稳定性，受热面内部的工质流动可靠性，热量回收等，归纳起来，即是启动过程中的安全性和经济性两大问题。电站锅炉在启停、变负荷运行过程中，汽包受到交变应力作用，产生疲劳损伤。随着火电机组参与调峰次数增多，为了节省燃料多发电，电厂运行也提出了在安全的前提下加快启停速度的要求。高的启停速度必然导致部件的热应力提高和应力波动频繁，使汽包疲劳寿命损耗加剧，给电力生产造成安全隐患。因此，为了适应机组快速启停的要求，利用智能化和自动化的集控操作平台，借用PLC庞大的数据采集和处理输出数据能力对锅炉起停进行自动控制，对于提高火电机组的安全性、经济性，具有极为重要的意义。

第一章绪论1.2国内外发展现状全世界火力发电量约占总发电量的70%，中国的也占70%左右。因此，电站锅炉无论从它的作用还是从能源消耗来看，对国民经济发展都有重大的影响，电站锅炉的设计注重可靠性、机动性和燃料适应性等要求[1]。我国80年代初从美国燃烧（CE）公司引进了亚临界压力300MW、600MW级控制循环锅炉技术，并开发了亚临界压力配300MW机组的自然循环锅炉。现今300MW和600MW亚临界压力锅炉在电站中已起到主力机组的作用。90年代初进口了从瑞士Sulzer公司和美国CE公司联合设计的超临界压力配600MW机组的直流锅炉，形成了从亚临界到超临界的锅炉技术发展趋势。为提高锅炉运行的可靠性能以及尽可能降低成本，减少对设备的损害，这就要求燃煤电厂采用先进的优化控制和管理软件。目前，国内多数300MW以上的燃煤机组均配置了DCS包括一些管理软件功能（机组性能计算等），但仅限于给出计算结果，不具有偏差分析和指导运行功能。国内火电厂优化软件的开发和应用还处于初级阶段，大多数都处于开发研究和试验阶段，真正成熟的能应用于市场的很少。火电厂实时优化控制软件国内已有一些应用，但没有形成真正产品，实际优化效果还需进一步考察和验证。已有的优化软件由于缺少相应的实时设备维护、分析及决策软件支持，所以实际应用中与国外同类软件相比仍有一定差距[2]。近年来。随着我国电力事业的不断发展，电力系统的自动化程度在不断提高。然而，我国早期的中小机组火电厂的锅炉点火一般为人工操作方式，人工操作点火时一由于控制设备较多，操作比较复杂，给操作人员之间及各部门之间的相互协调带来了麻烦，容易造成误操作，不能充分保证锅炉点火的成功率。而且控制系统采用常规继电器控制，元器件较多，控制线路复杂，抗干扰能力差，增加了故障点，维护和维修不方便。目前，随着PLC控制技术的不断发展和改进，用PLC构成的各种控制系统，在各种技术领域得到广泛的应用。可编程序控制器是微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物．它照顾到现场操作和维修人员的技能和习惯，以计算机软件技术构成了人们惯用的继电器模型，形成了一套独特的以继电器梯形图为基础的形象编程语言和模块化的软件结构，因此它具有继电器电路的直观性，方便易懂，编程和调试都很方便。另外．它的最大特点是实时性和可靠性非常强。具有很强的抗干扰能力。它不仅可以处理开关量，而且可以处理模拟量，并且其与上位机的通讯功能也日趋完善。利用可编程序控制器构成锅炉点火控制系统，既可以简化控制线路，提高系统的抗干扰能力，方便现场的维护和维修，又可以简化操作，并且可以充分保证点火的成功率[3]。1.3论文的主要工作本文通过对电站锅炉的起停分析，采用经过优化的起停参数，由可编程序控制器对锅炉的起停进行精确控制，以降低疲劳寿命损耗和缩短启动时间为双目标，以达到安全、高效、经济操作。在PLC控制器的选择上选用信捷公司的XC系列可编程序控制器作为控制系统的主机。该控制器体积小，可靠性强，抗干扰能力好，其结构为模块型结构，可根据控制系统的不同要求．进行相应的模块调整．操作简便．可扩展性好。其编程方式为梯形图编程．简单明了．易于掌握。该控制系统的主要控制对象有：油枪，风机，回油阀，给煤机，风量调节阀等。由可编程序控制器的输出模块输出的信号，经中间继电器隔离后，送往相应的控制设备。由各控制设备返回的行程信号及火焰检测信号，经中间继电器隔离后，进入可编程序控制器的输入模块。其他的各种操作信号．直接接入输入模块。系统中采用中间继电器对输入输出信号进行隔离，以提高系统抗干扰能力。第二章PLC的特性分析2.1PLC应用背景PLC英文全称ProgrammableLogicController,中文全称为可编程逻辑控制器，定义是:一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。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.PLC是可编程逻辑电路，也是一种和硬件结合很紧密的语言，在半导体方面有很重要的应用，可以说有半导体的地方就有PLC[4]。

图2.1PLC基本单元及扩展模块输入端子，电源接入端子13.输入动作指示灯输入标签输入标签扩展BD板安装位置14.动作指示灯通讯口2PWR:电源指示灯通讯口1RUN:运行指示灯通讯口盖板ERR:出错指示灯输出标签15.扩展模块连接电缆输出端子、24V输出端子16.输出端子输入动作指示灯17.动作指示灯扩展模块接入口PWR:电源指示灯安装孔2个18.扩展模块接入口端子台安装/拆卸螺孔19.输入端子，电源输入端子PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计[5]。可编程控制器由于抗干扰能力强，可靠性高，编程简单，性能价格比高，在工业控制领域得到越来越广泛应用。

2.2PLC控制系统设计简述[6]分析控制对象分析控制对象确定控制内容选择PLC机型硬件设计（控制盘、外围）电路及布线软件设计（编制控制程序）及模拟仿真系统总装统调符合设计要求投入运行调整软件调整软件是否否图2.2PLC控制系统设计流程2.2.1分析控制对象及确定控制内容（1）深入了解和详细分析被控对象（生产设备或生产过程）的工作原理及工艺流程，画出工作流程图。（2）列出该控制系统应具备的全部功能和控制范围。（3）拟定控制方案使之能最大限度地满足控制要求，并保证系统简单、经济、安全、可靠。2.2.2PLC机型选择机型选择的基本原则是在满足控制功能的前提下，保证系统可靠、安全、经济及使用维护方便。一般需考虑以下几个方面的问题：（1）确定I/O点数。统计并列出所有输入量和输出量，选择I/O点数适当的PLC，确保输入输出点的数量能够满足需要，并为今后生产发展和工艺改进适当留下余量（一般可考虑10%-15%的备用量）。（2）确定用户程序存储器的存储容量。用户程序所需内存容量与控制内容和I/O点数有关，也与用户的编程水平有关。一般粗略的估计方法是：（输入+输出）X（10～12）=指令步数。对于控制要求复杂、功能多，数据处理量较大的系统，为避免存储容量不够的问题，可适当多留些余量。（3）相应速度。PLC的扫描工作方式使其输出信号与相应的输入信号间存在一定的相应延迟时间，它最终将影响控制系统的运行速度，所选PLC的指令执行速度应满足被控对象对响应速度的要求。（4）输入输出方式及负载能力。根据控制系统中输入输出信号的种类、参数等级和负载要求，选择能够满足输入输出接口需要的机型。2.2.3硬件设计确定各种输入设备及被控对象与PLC的连接方式，设计外围辅助电路及操作控制盘，画出输入输出端子接线图，并实施具体安装和连接。2.2.4软件设计（1）根据输入输出变量的统计结果对PLC的I/O端进行分配和定义。（2）根据PLC扫描工作方式的特点，按照被控系统的控制流程及各步动作的逻辑关系，合理划分程序模块，画出梯形图。要充分利用PLC内部各种继电器的无限多触点给编程带来的方便。2.2.5系统统调编制完成的用户程序要进行模拟调试（可在输入端接开关来模拟输入信号，输出端接指示灯来模拟被控对象的动作），经不断修改达到动作准确无误后方可接到系统中去进行总装统调，直到完全达到设计指标要求。

2.3PLC控制系统的可靠性分析在实际工业生产过程中，工业控制机和可编程控制器本身都具有很高的可靠性，但有时还是会有控制系统出现错误的情况。这有可能是输入给PLC的开关量信号出现错误，模拟量信号出现较大偏差，或者PLC输出口控制的执行机构没有按要求动作，这些都可能使控制过程出错，造成无法挽回的经济损失。2.3.1影响现场输入给PLC信号出错的原因分析（1）造成传输信号线短路或断路（由于机械拉扯，线路自身老化，特别是鼠害），当传输信号线出故障时，现场信号无法传送给PLC，造成控制出错；（2）机械触点抖动，现场触点虽然只闭合一次，PLC却认为闭合了多次，虽然硬件加了滤波电路，软件增加微分指令，但由于PLC扫描周期太短，仍可能在计数、累加、移位等指令中出错，出现错误控制结果；（3）现场变送器，机械开关自身出故障，如触点接触不良，变送器反映现场非电量偏差较大或不能正常工作等，这些故障同样会使控制系统不能正常工作[7]。2.3.2影响执行机构出错的原因分析（1）控制负载的接触不能可靠动作，虽然PLC发出了动作指令，但执行机构并没按要求动作；（2）控制变频器起动，由于变频器自身故障，变频器所带电机并没按要求工作；（3）各种电动阀、电磁阀该开的没能打开，该关的没能关到位，由于执行机构没能按PLC的控制要求动作，使系统无法正常工作，降低了系统可靠性。要提高整个控制系统的可靠性，必须提高输入信号的可靠性和执行机构动作的准确性，否则PLC应能及时发现问题，用声光等报警办法提示给操作人员，尽快排除故障，让系统安全、可靠、正确地工作。综上所述，PLC系统本身性能安全可靠，只要在动作机构和传输线缆方面没有失误，利用PLC控制器完全能够对锅炉起停工作正确执行。

第三章锅炉启动过程分析本研究采用锅炉的冷态启动作为PLC控制启动方式，冷态启动就是锅炉经过检修或较长时间停运后在没有压力而其温度与环境温度相近的情况下的启动。控制对象为240T/H循环流化床。图3.1循环流化床锅炉系统图3.2物料循环燃烧系统3.1锅炉启动前的准备循环流化床铜炉在点火前必须作一次全面的外部检查，以确保设备、人身安全[8]。3.1.1．锅炉本体的准备工作(1)锅炉本体及主要设备通道照明良好；(2)炉培表面平整，外观完整，无裂缝；(3)看火孔、打焦门及人孔门完整无缺部分的孔门，更应特别注意关闭严密；确保密封质量，这对锅炉正常运行至关重要；能灵活操作，检查后完全关闭，燃烧室微正压部分的孔门，更应特别注意关闭紧密；(4)烟道、风道及除尘器内无积灰和杂物；(5)燃油系统及系统上的管道、阀门无漏油现象，油枪喷嘴雾化质量良好，热烟气发生器应完好无损，储油箱应有足够的油量，在点火前先试一下是否有堵塞现象；(6)煤仓有足够的存煤，螺旋给煤机无堵塞现象，皮带或链条松紧合适，地脚螺栓牢固；(7)灰仓有足够的存储量，物料循环系统外部保温良好，内部畅通无异物；(8)检查风帽安装要正确，风帽孔无堵塞；(9)风室内无杂物，诽渣管清洁畅通，开闭灵活；(10)冷渣器运转正常，冷却循环水正常循环；(11)引风机、送风机、二次风机均应空载转动，轴承润滑泊位正常(油位应在1／2—3／4以内)，冷却水畅通，安全罩牢固，地脚螺栓不松动，电动机接地线，引风机挡板在关闭位置。3.1.2．汽包内部装置安装施工质量检查（1）汽包内部装置严格按图纸安装施工，确无漏焊现象；（2）就地水位计、汽门、水门严密不漏，开关灵活，安装位置正确显标志，水位表应处于使用状态，水阀和汽阀应开启，放水阀关闭[9]；(3)汽包和过热器上的安全阀应按规定的压力进行调整和校验；按较低压力进行调整的安全阀必须为过热器上的安全阀；省煤器安全阀的开启压力应调整为装置地点的工作压力的1．10倍。检查杠杆式安全阀要有防止重锤自行移动的装置；弹簧式安全阀要有提升手把和防止随便拧动调整螺丝的装置；(4)检查所有的放水阀、疏水阀、排污阀是否开关灵活，检查后应把它关闭；(5)检查给水管路上的全部阀门是否灵活，检查后除省煤器前的主给水阀外均应开启，主给水阀应在向锅炉进水时开启；(6)检查各压力表应干净清晰，刻度盘上应划红线指出其工作压力，并要有良好的照明，压力表应经检定合格；(7)蒸汽系统、给水系统、排污系统的管道支撑吊架牢固可靠，保温完善。各集箱手孔、汽包人孔均应密封严密。各膨胀指示器安装正确，冷态时指针应在零位[10]。以上工作均为锅炉点火前的检查工作，应在锅炉启动前由负责人员完成，不列入PLC控制程序之列。程序由锅炉上水开始。3.1.3．锅炉上水过程分析在锅炉点火前的检查工作完毕之后，即可进行锅炉的上水工作，上水时应注意下述几个问题：(1)上水前应开启汽包上的空气阀或抬起一个安全阀，或开放压力表下的三通阀，以便在上水时排除锅内空气，上水温度不宜偏高，上水应缓慢进行，锅炉从无水至达到汽包水位表最低水位指示处，夏季不少于2h，冬季不少于4h[11]；(2)上水过程中严密监视汽包上下壁温差，防止汽包壁因热应力引起疲劳损坏[12]；(3)上水过程中应检查人孔盖、手孔盖、法兰接合面及排污阀等有无泄漏现象，及时修理；当汽包水位升至水位表最低水位指示时，应停止进水。停止进水后炉内水位应保持不变，如水位下降应及时查明原因，找出泄漏之处并设法排除，如水位上升，则表明给水阀漏水，应加以修理或更换阀门。3.2锅炉的点火启动流程流化床锅炉的点火是锅炉运行的一个重要环节。其实质是在冷态试验合格的基础上，将床料加热升温，使之从冷态达到正常运行温度的状态，以保证燃料进入炉膛后能正常稳定地燃烧[13]。锅炉点火可分为固定床点火和流态化点火两种。而流态化点火又可分为床上点火和床下点火两种方式。为了提高系统稳定性和方便PLC控制，本研究采用流态化点火方式。流态化点火，就是在床料沸腾状态下，用液体或气体燃料加热床料的一种方法。根据点火方式，点火位置的不同，流态化点火又分为床上点火和床下点火。床下点火是指通过设置在布风板下的一种称为烟气发生器或叫烟气燃烧器的装置，使液体或气体燃料在其内部燃烧，烟气和一次风在发生器尾部混合，通过布风板风帽进入炉床加热床料。烟气发生器内的烟气温度可达700-800℃[14],原理图如图3.3，图3.4。图3.3床下烟气发生器布置

图3.4床下烟气发生器结构点火具体过程如下：(1)先在膜式水冷壁组或的布风板上铺上400一500mm底料，粒度和床上点火一样不大于3mm(2)点火用油宜用轻柴油。油枪点燃后喷入热烟气发生器内筒中，产生的高温火焰和送风机供给的冷风均匀混合成850℃(3)为避免烧坏风帽，一定要控制热烟气温度，不允许超过900℃，测量点火烟温的热电偶应插入风室中大于800一1000mm(4)应控制启动升温速度，主要从耐火材料的热膨胀要求和水循环的安全问题两方面考虑，特别是从冷态启动初期更应严格控制床温度，上升速度不大干10℃／min，根据锅炉容量不同，冷态启动时间为1—2h，锅炉容量越大，启动时间越长。热态启动后较快，耗时约50mi(5)油枪在首次使用前应先做雾化试验，根据使用的油质情况，选择大小合适的油喷嘴。(6)调节油枪油压和喷油量，改变热烟气发生器风道的燃烧风和混合风的风量和风比，可控制热烟气温度和烟气量，为提高热烟气的热利用率，减少油耗，点火的热烟气量使床料呈流化状态即可，不宜用较高的流化速度。(7)床料温度从室温缓慢地加热到400℃，当继续升温时，由于煤中的挥发分大量释放，在450-600℃时，床温会迅速上升，这阶段的温度区间与烧用煤种有关，在达到700℃时，应做好降低喷油量的工作，在床料达到800(8)燃用无烟煤时，为减少油耗，缩短启动时间，启动燃料也应用烟煤。流态化点火简单方便，易于掌握，床料加热速度快。较大容量的流化床锅炉一般都采用这种点火方式。3.3启动流程图程序流程图是在编程之前首先将操控步骤以图形形式表现出来，这样能够直观的看出程序的流程，既方便于设计人员进行编程，又能对过程有一个清晰的认识。结束开始油枪配风风机和混合风机停风量调节挡板正常给煤床温850摄氏度，关闭油枪，退出继续燃烧床温到800℃，增加给煤量床温大于450结束开始油枪配风风机和混合风机停风量调节挡板正常给煤床温850摄氏度，关闭油枪，退出继续燃烧床温到800℃，增加给煤量床温大于450℃，少量给煤混合风机启动烟气温度不超过900℃一次风机启动油枪点火回油调节阀油枪配风风机启动水泵开动水位调节器控制上水火焰监视器监测到火焰等候处理，重新启动停风机关燃油阀，停油泵声光报警信号否是

第四章锅炉停炉过程分析锅炉在运行过程中可能会遇到一些特殊情况或者定期检修需要进行停炉操作，停炉操作过程中应注意锅炉负荷的变化，避免锅炉负荷下降过快。因为锅炉的停炉过程与锅炉启动过程所控制的设备不完全一样，而且PLC本身一次只能存储一条程序，同时考虑到系统的稳定性和便捷性，停炉过程拟采用另一台PLC进行控制。4.1锅炉停运流程4.1.1停炉操作流程：1.逐渐减少燃料和风的输入，将锅炉的负荷降至50%，通过调节锅炉主调节器的设定值来实现，应保持正常床温。2.降负荷过程中，保证汽包上下壁温差不超过50℃3.继续降低锅炉负荷，以每分钟不超过10%的速度降低燃烧料量。4.根据负荷情况（负荷降至25%）开过热器出口集箱疏水门及旋风分离器对空排气门，停炉后视汽压上升情况关闭。5.石灰石给料系统停运。6.在床温低于800℃7.根据床温情况逐渐减小给煤量直至停止全部给煤机。8.当需要时，汽包水位调节器切为手动状态，始终维持正常的汽包水位。9.继续流化床料，并且控制受压部件降温速率小于50℃10.在床温约450℃11.当床温至少降至400℃12.回料器温度降至260℃以下停止J阀4.1.2停炉过程应注意的问题：（1）降负荷过程中，保证汽包上下壁温差不超过50℃。（2）在停炉过程中，检查并维持汽包的正常水位。（3）锅炉停炉后，如果需要维持锅炉压力，在吹扫结束后停止各风机关闭其挡板，以便机组进人热备用状态，当汽包压力已降到安全门最低整定压力以下，并且没有足够蓄热产生蒸汽而使安全门动作时，关闭高温过热器出口集箱及主蒸汽管道上的硫水阀，当炉内无燃烧时，疏水阀和放气阀应保持关闭状态，不同的是旋风分离器受热面管保护系统将对该受热面管进行自动保护。（4）锅炉停炉后，如果锅炉内的汽水要排字，则当汽包压力降至0．1MP3时，打开所有放气阀和硫水阀进行锅炉疏水，疏水时炉水温度不能高于120℃。（5）锅炉停炉后，只要锅炉存在有压力，即使压力很小．也应继续琉水，锅炉中的残留热量有助于干燥炉内表面。（6）在短期停炉时，过热器集箱疏水阀和放气阀应保持开启。（7）停炉后，保持汽包水位在l200mm，停止进水后开启省煤器冉循环阀；如果停炉后需要排除床料，可起动一次风机利用冷渣器清除床料，完毕后府对锅炉吹扫5min，然后冷渣器退出运行，停止一次风机。4.2停炉流程图停炉开始停炉开始给煤量减少（每分钟不超过10%）床温降至820℃，投运燃烧器一、二次风减少床温降至450℃，停燃烧器负荷降至55%，吹灰设备投运床温降至400℃，停一、二次风机负荷降至25%，开启过热器出口集箱疏水门及对空排气门回料器温度降至260℃以下，停高压流化风机和引风机图4.1停炉流程图第五章锅炉启停控制系统硬件设计利用可编程控制器为核心组建一个完整的自动控制系统，所需要的配套设备有：模拟量扩展模块，电压、电流信号智能变送器，上位机，传输电缆，控制总线等。图5.1控制系统原理图5.1设备选型目前市面上知名的PLC品牌主要有日本三菱、日立、松下、欧姆龙，美国的GE、TI、GM，德国的西门子、AEG等[15]，还有国产的信捷，台达，浙大中自等。他们的硬件结构，编程语言和支持环境也不尽相同，但是它们的工作原理和基本指令却大同小异。他们都具有明显的特点：可靠性高，抗干扰能力强；编程简单，直观；适应性好，维护简单；速度较慢，价格较高[16]。5.1.1PLC本体图5.2XC3-32R-E型PLC根据性价比、被控对象及要求，现选用信捷XC3-32R-E型PLC，配用XC-E8AD型模拟量输入模块，该系列PLC具有功以下优点[17]：高速运算基本处理指令0.2～0.5us，扫描时间10,000步5ms，程序容量高达160K。丰富的扩展基本单元一般可支持7个不同种类、型号的扩展模块和1个扩展BD板。多通讯口基本单元具备1～4个通讯口，支持RS232、RS485、CAN总线，可连接多种外部设备，如变频器、仪表、打印机等。充裕的软元件容量XC系列PLC的5个子系列，具备不同规格的内部资源数目，以适应不同场合的需求。资源量最多可达1024点流程S、8768点中间继电器M、544点输入继电器X、544点输出继电器Y、640点定时器T、640点计数器C、9024点数据寄存器D、2048点FD、36864点扩展寄存器ED。2种编程方式XC系列PLC支持2种编程方式，即命令语编程和梯形图编程。这2种编程可相互切换编辑。丰富的指令集指令丰富，除具备基本的顺序控制、数据的传送和比较、四则运算、数据的循环和移位，还支持脉冲输出、高速计数、中断、PID等特殊指令。实时时钟XC系列PLC可内置时钟，用于时间控制。外形小巧，安装方便XC系列PLC拥有小巧的外形，安装方便，导轨和螺丝两种方式任选。其具体规格参数如表5.1及5.2表5.1XC3-32R-EPlc规格参数表项目规格绝缘电压DC500V2MΩ以上抗噪声噪声电压1000Vp-p1uS脉冲1分钟空气无腐蚀性、可燃性气体环境温度0℃~环境湿度5%~95%（无凝露）通讯口1RS-232，连接上位机、人机界面编程或调试通讯口2RS-232/RS-485，联网或连接智能仪表、变频器等通讯口3BD板扩展通讯口RS-232C/RS-485通讯口4CANBUS总线通讯口安装可用M3的螺丝固定或直接安装在的导轨上接地第三种接地（不可与强电系统公共接地）表5.2XC3-32R-E型PLC性能参数表项目规格程序执行方式循环扫描方式编程方式指令，梯形图并用处理速度0.5μs停电保持使用FLASHROM用户程序容量128KI/O点数总点数14点24点32点48点输入点数8点X0-X714点X0-X1518点X0-X2128点X0-X33输出点数6点Y0-Y510点Y0-Y1114点Y0-Y1520点Y0-Y23内部线圈（X）544点：X0-X1037内部线圈（Y）544点：Y0-Y1037内部线圈（M）8768点M0-M2999【M3000-M7999】特殊用M8000-M8767流程（S）1024点S0-S511【S512-S1023】定时器（T）点数640点T0-T99100ms不累计T100-T199100ms累计T200-T29910ms不累计T300-T39910ms累计T400-T4991ms不累计T500-T5991ms累计规格100ms定时器设置时间0.1-3276.7秒10ms定时器设置时间0.01-327.67秒1ms定时器设置时间0.001-32.767秒计数器（C）点数640点C0-C29916位顺计数器C300-C59932位顺倒计数器C600-C619单相高速计数器C620-C629双相高速计时器C630-C639AB相高速计时器规格16位计数器设置值K0-3276732位计数器设置值-2147483648~+2147483647数据寄存器D9024字D0-D3999【D4000-D7999】特殊用D8000-D9023Flashrom寄存器2048字FD0-FD1535特殊用FD8000-FD8512扩展内部寄存器16384字ED0-ED16383高速处理功能高速计数、脉冲输出、外部中断口令保护6位长度ASCⅡ自诊断功能上电自检，监控定时器，语法检查XC3-32R-E型PLC是继电器输出型PLC，它具有5个公共端子，因此各公共端块单元可以驱动不同电源电压系统（例如：AC200V，AC100V，DC24V等）的负载。在继电器输出线圈与接点之间可编程控制器内部电路与外部负载电路之间是电气绝缘的。另外各公共端块间烟温是相互分离的。当输出继电器的线圈通电时LED灯亮，输出接点为ON。从输出继电器的线圈通电或切断，到输出接点为ON或OFF的响应时间都约是10ms。图5.3是PLC输出接线图图5.3PLC输出接线图5.1.2模拟量输入模块PLC在工作过程中只能接受和处理数字信号，但是在控制系统中要对锅炉的温度进行监控，就必须将热电偶测得的模拟量信号转化成PLC可处理的数字信号，XC-E8AD模拟量扩展模块就是完成这一工作的设备。它将输入模拟量与转换的数字量关系如图5.4、图5.5所示：图5.4前四路模数转换图图5.5后四路模数转换图XC-E8AD模拟量扩展模块具有以下特点：14位的高精度模拟输入8通道模拟量输入：前4路电压输入（0-5V、0-10V两种模式）；后4路电流输入（0-20mA、4-20mA两种模式）作为XC的特殊功能模块，最多可连接7台带PID调节功能。图5.6模拟量输入模块XC-E8AD表5.3模拟量输入模块XC-E8AD性能规格项目电压输入（0CH-3CH）电流输入(4CH-7CH)模拟量输入范围DC0-5V、0-10VDC0-20mA、4-20mA最大输入范围±18V0-40mA数字输出范围14位二进制数PID输出值0-k4095分辨率1/16383（14Bit）综合精确度±0.8%转换速度20ms/1通道模拟量用电源DC24V±10%,1000mA安装方式可用M3的螺丝固定或直接安装在DIN-46277（宽35mm）的导轨上外型尺寸63mmX102mmX73.3mm

5.1.3电压、电流信号智能变送器在循环流化床锅炉的高温环境下，测温所需要的热电偶通常是K型热电偶。由于热电偶测得温度的输出信号是毫伏级的信号，而模拟量扩展模块接受的是0-10V、4-20mA的信号，所以需要用电压、电流信号智能变送器进行转化成符合规格的标准信号。设备选用北京STM公司TA1D_V420V_系列。图5.7电压、电流信号智能变送器

5.2控制系统组建PLC输入输出端的接线是一项细致的工作，设备与PLC的连接必须符合PLC本身端口的要求，否则会造成设备的损坏，同时又要合理安排电路结构，尽量使得电路清晰、简洁，便于工作人员操作和日后检修。5.2.1锅炉启动过程接线布置表5.4启动控制设备列表控制设备名称设备代号数量位置备注回油调节阀Y07,Y102油枪供油管路调节油枪油压一次风机Y012供一次风，同时动作混合风机Y031提供混合风油枪配风机Y022油枪配风，同时动作点火装置Y042引燃床料，同时动作热电偶A4深入风室中大于800一1000mm测量烟气温度热电偶B4流化床层测量床温计量式皮带给煤机Y12,Y13Y14,Y154投运煤风量调节挡板Y05,Y06预燃室内外筒之间风道调节混合风风量,正反转锅炉上水水泵Y00锅炉上水水位调节器X03，X041指示锅炉水位声光报警信号台Y111提供报警信号启动按钮X001程序开始停止按钮X011程序停止火焰监视器X021监视火焰图5.9PLC控制锅炉启动接线图5.2.2锅炉停炉过程接线布置表4.1停炉控制设备列表控制设备名称设备代号备注给煤机Y0Y1Y2Y3逐步减少给煤一次风机Y4床温降至400℃时停二次风机Y5床温降至400℃时停过热器出口集箱疏水门Y6负荷降至25%对空排气门Y7负荷降至25%热电偶A.B测床温，测回料器温度燃烧器Y10在床温低于800℃之前投运助燃电除尘器Y11在床温低于800℃之前停用J阀风机Y12回料器温度降至260℃以下停引风机Y13回料器温度降至260℃以下停吹灰设备Y14吹灰石灰石输送风机Y15负荷降至10%停炉开始X0启动停炉程序锅炉负荷调节器1X1设定锅炉负荷55%锅炉负荷调节器2X2设定锅炉负荷25%锅炉负荷调节器3X3设定锅炉负荷10%图5.11PLC控制锅炉停炉接线图

第六章程序设计编程工具使用信捷公司开发的XCPProV3.1编程软件，该软件是与XC系列PLC配套的专用编程软件，它符合IEC（国际电工委员会）制定的IEC1131-3编程语言标准。XCPProV3.1编程软件具有梯形图和指令符两种编程方式，其中梯形图编程直观方便，是大多数编程人员和维护人员选择的方式。指令符编程适合熟悉PLC和逻辑编程的有经验的编程人员。6.1锅炉启动过程的程序设计6.1.1梯形图语言编程设计6.1.2命令语言编程0LD X0开始启动2OR Y1一次风机自锁3ANI X1停止启动开关6ANI Y44报警停止启动8OUT Y1开启一次风机10LD X0开始启动12OR X4锅筒水位调节器最低点14OR Y0锅炉上水水泵自锁16ANI X1停止启动开关18ANI Y44报警停止启动20ANI X3水位调节器最高点22OUT Y0锅炉上水水泵24LD X0开始开关26OUT T0 K50T0，5秒延迟29OUT T1 K100T1，10秒延迟32LD T05秒延迟34ANI Y44报警停止启动36ANI X1停止启动开关38OUT Y2开启油枪配风机40LD T110秒延迟42ANI Y44报警停止启动44ANI X1停止启动开关46OUT Y3开启混合风机48OUT T2 K600T2，1分钟延迟51LD T21分钟延迟53OR Y7油阀供油自锁55ANI Y41关闭油枪57ANI Y44报警停止启动59ANI X1停止启动开关61OUT Y7油阀供油63OUT Y10油阀供油65OUT Y4油枪点火******模拟量输入模块ＸＣ－Ｅ８ＡＤ温度模拟量采集*******67LD M80121分钟，时钟脉冲69ANI Y44报警停止启动71MOV ID100 D10将通道ID100采集到的数据存放到D1074MOV ID101 D11将通道ID101采集到的数据存放到D1177MOV ID102 D12将通道ID102采集到的数据存放到D1280MOV ID103 D13将通道ID103采集到的数据存放到D1383MOV ID104 D14将通道ID104采集到的数据存放到D1486MOV ID105 D15将通道ID105采集到的数据存放到D1589MOV ID106 D16将通道ID106采集到的数据存放到D1692MOV ID107 D17将通道ID107采集到的数据存放到D1795MEAN D10 D21 K4将D10至D13的数据取平均值存放到D21（点火烟温）99MEAN D14 D22 K4将D14至D17的数据区平均值存放到D21（床料温度）103LD Y4105LD> D21 K14417当点火烟温大于880℃108ANI T3延迟6S断开110OUT Y5风道调节挡板关闭动作112OUT T3 K60风道调节挡板动作时间6S115LD Y4117LD< D21 K13925当点火烟温小于850℃120ANI T4延迟6S断开122OUT Y6风道调节挡板开启动作124OUT T4 K60风道调节挡板动作时间6S*******到达450度时开始少量送煤*******127LD Y4129LD> D22 K6144床温大于450℃132OUT M0接通内部继电器134LDP M0接通内部继电器136OR Y12给煤机自锁138OUT Y12投运一台给煤机，少量给煤140OUT T5 K6000T5，10分钟延迟*******如果10分钟内未收到火焰信号，就停止启动过程;如果收到信号，就开启第二台给煤机*******143LD T510分钟延迟145OR Y11声光报警信号台自锁147ANI Y13火焰监视器检测到火焰信号，开第二台给煤机，断开报警电路149OUT Y44未检测到火焰信号情况下的停止启动151OUT Y11声光报警信号台报警153LD X2火焰监视器155OR Y13第二台给煤机自锁157OUT Y13开第二台给煤机*******温度大于850℃159LD> D22 K11604床温大于850162OUT Y41关闭油枪164OUT Y14开第三台给煤机，正常给煤166OUT Y15开第四台给煤机，正常给煤168END启动过程结束

6.2锅炉停炉过程的程序表达6.2.1梯形图语言编程

6.2.2命令语言编程0LD X0停炉开始2OR Y1给煤机自锁4OUT Y01号给煤机给煤量减少6OUT Y12号给煤机给煤量减少8OUT Y23号给煤机给煤量减少10OUT Y34号给煤机给煤量减少******调节锅炉主调节器设定值******12LD X1通过锅炉主调节器负荷降至55%14OR Y14吹灰自锁16ANI T1吹灰5分钟定时18OUT Y14吹灰设备20OUT T1 K3000吹灰5分钟定时23LD X2锅炉负荷降至25%25OR Y6过热器出口集箱疏水门及对空排气门自锁27OUT Y6过热器出口集箱疏水门29OUT Y7对空排气门31LD M80141min时钟脉冲33MOV ID100 D10将通道ID100采集到的数据存放到ID1036MOV ID101 D11将通道ID101采集到的数据存放到ID1139MOV ID102 D12将通道ID102采集到的数据存放到ID1242MOV ID103 D13将通道ID103采集到的数据存放到ID1345