PLC在锅炉干式出灰系统中的应用2VIP

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西工院09级专业

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刘媛目录目录 I摘要 1前言 3第一章电厂除尘概述 51.1设计及基本燃料情况 51.1.1设计达到的控制要求 51.1.2锅炉除尘技术 61.1.4设计工作流程 71.1.5设计遵循原则 81.2传感器的选用 81.2.1传感器的选用 81.2.2传感器的选用 81.2.3电厂用煤选择 9第二章除尘系统自动控制的组成 102.1除尘系统自动控制的特点 102.2自动控制系统的组成 102.2.1自动控制系统 102.2.2输入输出点 11第三章可编程控制器及锅炉的介绍 123.1可编程控制器的基本构成 123.1.1可编程序控制器的主要功能和特点 143.1.2.PLC的系统设计 163.1.3.可编程序控制器的选择 163.2锅炉简介 193.2.1锅炉的分类 193.2.2锅炉的工作原理 203.2.3.锅炉的除尘设备类型分类 20第四章硬件设计 224.1电除尘系控制范围 224.2元件明细 244.3箱体设计 26第五章软件设计 285.1功能设计 285.2流程图 285.3I/O分配表 295.4外部接线图 305．5梯形图 315.6指令表： 34第六章调试过程及结果 366.1梯形图的调试过程 366.2系统压力异常仓泵压力没有低于设定值： 396.3系统完成 39设计总结 40致谢 41参考文献 42摘要本论文是针对锅炉出灰西系统设计的一套锅炉干式出灰系统。我们需要对它的出灰系统进行进一步了解，热电厂的出灰系统是热电厂的工作的一个重要环节。我们先从锅炉系统进行研究，锅炉在出灰系统中，是让风机把灰吹向管道，然后我们在其中设一电厂用来吸附灰尘，而灰尘将会进入灰仓。这个灰仓是又我们用PLC来控制它进出灰的。现在的锅炉出灰系统大多数选用干式出灰系统。它弥补了以前湿式出灰对水资源的浪费。第一章我们对电厂近几年的发展状况和先进的技术进行了解，当下电厂出灰系统冲灰用水，降低水体污染，同时，收集的干粉煤灰还可综合利用。所以首先对设计中可能涉及煤类型的选用。还要确定本设计中锅炉的类型，锅炉除尘器的类型，锅炉处灰系统的组成以及设计中可能用到的传感器进行初步的了解。第二章了解了自动控制系统的组成。明白了自动控制的特点和意义。明白了自动控制系统应该怎么实现要求的功能。应为本设计的要求是用PLC实现自动控制的功能，首先打开透气阀，再打开进料阀，这时候由我们PLC所设定的值来控制出灰，我们设定有压力传感器，等到灰尘的重量达到一定值时自动打开出灰阀。另一种是时间继电器，等设定值到我们所设定的时间后，自动打开出灰阀。还有一种人工手动阀，以防止我们需要随时开关出料阀的时候。出料的时候先关闭进料阀，在关闭透气阀，判断母管压力是否到位，判断灰管压力是否到位，判断在此系统中是否有其他仓泵出灰，待所有条件满足，才可以打开出料阀。若有任何一条件没满足，我们都需要停止检查，需要报警的报警，需要排堵的排堵，直到一切满足后，才可出灰。所以在第三章就对PLC进行了更近一步的了解。明白了梯形图应该怎么去设计。然后就是硬件设计，硬件设计包括出灰系统同用到的各种硬件组织。设计要达到的控制要求，再根据这些要求去确定硬件的分布、外形以及材料。从出灰管道仓泵再到母管都要涉及到。然后就设软件设计，先是流程图的设计，根据控制要求确定了工作过程，才可以确定下来工作流程图。然后就是分配表，确定下来每个控制按钮在梯形图中的地址，然后才能进行梯形图的编写，这是整个设计的核心，必须在梯形图中编写到每个工作过程，才能通过可编程控制器实现整体出灰系统的自动化。最后，才是系统的调试过程，因为我们条件有限，不能通过接线来观察系统运行的全部过程，所以只能通过电脑调试检测系统的可靠性和实用性。我们将软件程序设定为用三菱FX-1N这台PLC操作台上的灯泡来代替出灰系统中的所有流程，我们将会设定程序去控制灯泡，用我们所学到的步进指令，时间继电器，灯泡的闪烁，以及更多的PLC的知识。让它们模拟锅炉出灰的过程。总之，本设计在工业出灰中，是先进的，而且是很有必要的存在，尽管还有些许不足，但从总体的运行效果来看，通过实际运行可以知道系统的性能和它的可靠稳定性，并且满足工艺的要求。关键字：锅炉干式PLC自动控制出灰前言悬浮在大气中的颗粒越过一定浓度就会毒化环境，危害人体健康。因此，对对从污染源排放出来的粉尘进行有效的控制与防治，在当今环境是非常有必要的。是当前环境保护的重要内容之一。随着社会的发展进度的越来越发达，用电量也越来越大。1987年我国发电装置已突破一亿千瓦，其中300万多千瓦就是以燃料为主的火力发电。各种工厂燃烧，民用取暖都离不开锅炉燃烧。所以这就成了空气污染的重大源头。为了治理这一大污染，人们想出了各种锅炉除尘方式，机械除尘；过滤除尘；电除尘；湿式除尘。随着出灰的大量再利用，传统的水冲式除灰以被淘汰。现在被广泛应用的是干式电除尘。它具有节约水源，保护环境等优点，另外，在干式除尘中也有一定不足，例如，工况恶劣，控制点数多等缺点。传统系统由于抗干扰能力弱，可靠性差，效率低故障排除维修复杂，达不到预期的控制效果目标，而可编程控制器（PLC）的抗干扰能力强，可靠性高，选用可编程控制器(PLC)在锅炉干式除尘系统可显著提高工程的实用性。改善了原有的不足。锅炉，它是一种利用燃料燃烧后释放的热能或工业生产中的余热传递给容器内的水，使水达到所需要的温度或一定压力蒸汽的热力设备。在工业生产上，锅炉起着至关重要的作用。它是一种能量转换设备，向锅炉输入的能量有燃料中的化学能、电能、高温烟气的热能等形式，而经过锅炉转换，向外输出具有一定热能的蒸汽、高温水或有机热载体。锅的原义指在火上加热的盛水容器，炉指燃烧燃料的场所，锅炉包括锅和炉两大部分。锅炉中产生的热水或蒸汽可直接为工业生产和人民生活提供所需热能，也可通过蒸汽动力装置转换为机械能，或再通过发电机将机械能转换为电能。它是由“锅”（即锅炉本体水压部分）、“炉”（即燃烧设备部分）、附件仪表及附属设备构成的一个完整体。锅炉在“锅”与“炉”两部分同时进行，水进入锅炉以后，在汽水系统中锅炉受热面将吸收的热量传递给水，使水加热成一定温度和压力的热水或生成蒸汽，被引出应用。在燃烧设备部分，燃料燃烧不断放出热量，燃烧产生的高温烟气通过热的传播，将热量传递给锅炉受热面，而本身温度逐渐降低，最后由烟囱排出。其中重点要讲的是下图的出灰系统的储灰仓，它是输灰系统储藏粉尘的一种常用装置，分别设有本体和辅助设备两部分。设备主要包括：灰斗，筒和梯子平台，料位指示，压力传感器等。触灰仓储存燃煤锅炉除尘器收集的粉尘时，计算容积通常不能少于燃煤锅炉连续两天产量。为反应仓泵内粉尘量的多少，便于输送系统正常工作，仓泵内通常设置有料位信号，并且与出灰输送系统相连锁。当系统设计需要计量时，灰仓设计就可以采用称量。在系统程序设计中，我们要实现压力控制，时间控制，手动控制。为了防止在自动运行状态下，由于灰量过大或者别的什么原因让出灰过程受阻，引起出灰管压力上升慢，给系统造成仓泵内灰出完的假象，从而导致系统判断失误。为了避免系统操作引起的堵管，在程序中设置了一分钟延长时间，在出料阀打开一分钟后再检测灰管的压力，给出灰的顺利进行提供了可靠的保证。采用了PLC技术，系统的可靠性显著提高。2012年5月11日刘媛第一章电厂除尘概述1.1设计及基本燃料情况某热电厂共有八台锅炉，每台锅炉包括三个电场集尘装置，每个电场包括一组（两个）仓泵，每个仓泵附近都配置一个就地控制箱，利用控制箱盘上面的手动开关，可以对现场阀门进行手动操作和现场调试。应为每个锅炉的工作过程都是相同的，所以本设计就针对一个锅炉进行研究。这个热电场是台1000MV，一年课运行的时间是6000小时，发电可以达到60亿度。所用的煤为有烟煤，煤粉含量为18%。下图1-1-1是出灰系统示意图。图1-1-1负压反吹风除尘器系统流程图1.1.1设计达到的控制要求1．实现出灰的过程自动化，为便于操作调整及应急处理，应能随时切换到手动控制状态;2．当操作室内的“远程/就地”开关打到“就地”位置时，自动停止出灰;3．仓泵的进料重量和进料时间双重控制，进料重量或进料时间任意一个达到要求都作为仓泵料满对待;4．同一出灰管线上只能有一个仓泵出灰，一电场用一根出灰管，先满足出灰条件的优先出灰，二、三电场共用一根出灰管，先满足出灰条件的优先出灰;5．当发生灰管堵塞后(灰管压力大于550KPa)，报警指示灯发出声光报警，直至灰管堵塞故障排除;6．当来气母管压力小于400KPa时，系统自动停止运行。1.1.2锅炉除尘技术 除尘器是从气流中将粉尘从其中分离的设备，它的工作状况能直接影响排往大气中的粉尘浓度，从而影响周围环境。在负压操作中，如果除尘器的效率太低的话，就会影响风叶轮，使其迅速磨损。除了直接的经济损失外，还会影响生产的正常运行，甚至会被迫检修。由于生产的需要，时间中采用了多种多样的除尘器。根据所利用的除尘机原理不同除尘机可分为机械除尘器、和电除尘器两大类。机械力中有重力、惯性力、冲击、粉尘与水滴的碰撞等，过滤也是机械的一种形式。我们设计用到的是电除尘技术。

1.1我国现有干除灰系统类型较多，有负压、正压、微正压、机械式等，每种中又有若干小类别。 1．正压气力除灰系统我国应用最多，目前已有60余座电厂采用，技术也较成熟。其输送介质为0．8好a压缩空气，输送距离在1000m2．微正压气力除灰系统输送空气压力不大于0．2MPa，供灰装置为气锁阀(又称小仓泵)，最大出力为80t／b，输送距离一般为500m左右。目前我国投产的5个电厂均为引进美国ASH、UCC或cE公司产品，微正压系统的特点是无需再设干灰集中装置，系统较简单，但目前已运行的设备大多达不到设计出力，气锁阀磨损等问题也需解决。3．负压气力除灰系统负压最大值在一O。06～--0．04MPa之间，由负压风机、水环式真空泵、水抽子、汽抽子等产生，通过除尘器灰斗下的物料输送阀向系统供灰。目前运行的系统有成套进口、国产化和国产三类，出力在10～40t／h之间，通常输送当量长度不超过200m，该系统本身卫生情况良好，自动化程度高，进口的几套系统运行情况较好。由于输送距离短，一般只用作干灰集中，再配以其他系统外运。·同时，有些部件磨损较大，有一定维护工作量。4．其它系统为了将除尘器下各灰斗分散排出的干灰集中，以便向外输送，有的采用空气斜槽、螺旋输送机等装置。空气斜槽无转动部件，动力消耗低，投资小，磨损小，只要符合坡度≥6％(争取8～10)即可采用。螺旋输送机具有与空气斜槽相似的优点，只要满足其出力与给料机匹配，机壳内处于微负压状态，悬吊轴承处于灰位之上，盖扳、检查孔等结合面密封良好等条件，运行中不会出现大问题。1.1.4设计工作流程锅炉烟气中的灰尘通过电收尘收集后落入灰仓，灰仓下部安装有仓泵，灰经输灰管进入仓泵。在自动控制运行工况下，具体工艺流程为:仓泵内无灰时，打开透气阀→延时5s→开进料阀→延时5s→当仓泵进料量达到设定值(时间/重量/人工)时→料位信号到→关闭进料阀→延时5s→关闭透气阀→此时判断母管压力是否到位/判断灰管压力是否到位/判断在此系统中没有其它仓泵出灰，所有条件满足→打开出料阀→延时5s→打开一次气阀→延时5s→打开二次气阀1min后→检查灰管压力，当灰管压力低于设定值时→关闭一次气阀→延时20s后→关闭二次气阀→关闭出料阀完成一次出灰循环。当发生出灰管路堵塞时，系统设置了排堵阀，通过负压反抽来疏通出灰管路。关闭一次气阀后，延时20s后关闭二次气阀。目的是保证出灰管路畅通，避免发生管路堵塞。1.1.5设计遵循原则1.尽量利用现有场地、设施。2.系统尽量简洁、布置方便、维护工作小。3.系统投资尽量节约。1.2传感器的选用压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器，而我们通常使用的压力传感器主要是利用压力效应制造。压电效应是压电传感器的主要工作原理，压电传感器不能用静态测量，因为经过外力作用后的电荷，只有在回路具有无限大的输入阻抗时才得到保存。实际的情况不是这样的，所以这决定了压电传感器只能够测量动态的应力。1.2.1传感器的选用压力传感器是将压力转换为电信号输出的传感器，通常把压力测量仪表中的电测式仪表。压力传感器一般由弹性敏感元件和位移敏感元件（或应变计）组成。弹性敏感元件的作用是使被测压力作用于某个面积上并转换为位移或应变，然后由位移敏感元件或应变计转换为与压力成一定关系的电信号。有时把这两种元件的功能集于一体。压力传感器广泛应用于各种工业自控环境，涉及水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业。关系，一般是正比关系。所以，变送器输出的电压或电流随压力增大而增大。压力变送器根据测压范围可分成一般压力变送器和微差压变送器，负压变送器三种压力变送器1.2.2此次设计，用到两种压力出传感器，一种是安装在仓泵底部的重力传感器。一种是安装在灰管和母管里的管道气压传感器。仓泵重力传感型号确定：器德国HBMZ6FD1-50KG称重传感器：Z6可以达到C6精度的称重传感器Z6弯曲粱称重传感器是工业称重的首选，它有非常高的精度，可以应用于恶劣的工业环境，是平台秤，料斗秤的理想选择。按照标准其额定负载分别为5Kg/10Kg/20kg/50kg/100kg/200kg/500kg/1t/保护等级EMC认证材料。管道气压传感器：PTC302，广泛用于工业设备、水利、化工、医疗、电力等压力测试与控制。通常也成为：防水压力传感器或者管道压力传感器。量程为：-0.1～0～1～150（MPa）综合精度为：0.25%FS、0.5%FS输出信号：4～20Ma(二线制)0～5V、1～5V、0～10V（）三线制供电电压：24DV(9～36CV)介质温度：-20～85℃负载电阻：电流输出型最大为800欧。电压输出型，大于50欧。绝缘电阻：大于2000兆欧密封等级：IP65长期稳定性能：0.1%FS/年振动影响：在机械振动频率20HZ～1000HZ内，输出变化小于0.1%FS外形尺寸：M20×26×851.2.3电厂用煤选择现在市场上有两种煤，一种是有烟煤，一种是无烟煤。和无烟煤相比，有烟煤的缺点含的杂质比较多，燃烧后产生的粉尘也是比较多的。优点是有烟没得价格相对来说比较便宜，从经济方面考虑，工厂大多采用的是有烟煤查表得知规定有烟煤的灰分占18%。煤灰的基本平均密度为：1.35-2.9g/cm3之间；电厂锅炉的灰渣：1g/cm第二章除尘系统自动控制的组成2.1除尘系统自动控制的特点1．先进的除尘技术工艺往往会提出更高的自动控制要求，要满足这些要求就必须探索新的控制方法和手段。这些方法和手段能为除尘工艺的改革提供有价值的思路和建议。2．除尘工程与生产工程不同，除尘系统的自动控制随除尘工程规模大小，除尘器的形式，环境对除尘效果的要求以及企业管理水平的相差较大。3．除尘系统自动控制一般分为集中控制和机旁控制，前者是生产管理；后者是维护检修。4．中小型除尘系统用普通仪表，仪器控制除灰过程，中大型除尘系统选用可编程序控制器及相关仪表控制。5．除尘系统的自动控制用的箱，盘，柜放在现场环境条件比较恶劣，在防尘防水和元件选则方面要求较高，否则会影响自动控制装置的正常运行。2.2自动控制系统的组成除尘系统工艺过程中包括除尘，阀门，振动器，灰尘输送装置以及风机，电机等机械设备，它们要根据要求的程序，时间和逻辑关系定时开，停。例如在这个锅炉中清灰，卸灰和输灰设备就要根据工艺条件按预定时间程序周期运行。在自动调节系统中，这种调节，控制方式为顺序逻辑控制。另外，含尘气体除尘工艺过程和其他工艺过程一样，也需要在一定的温度，压力和差压等工艺条件下进行。2.2.1自动控制系统（1）在自动控制过程领域中，任何自动控制系统都是由对象和自动控制装置两部分组成的，对象包括阀门，输灰电机。控制装置有自动检测装置和报警装置。它们自动地反映出灰过程的状况以及除尘设备运转是否正常。自动检测装置和报警装置是在除尘器运转过程中对设备中的各种参数自动，连续地进行检测并且显示出来。只有采用了自动检测，才谈得上工艺过程的自动控制。（2）自动保护装置是在设备运行不正常，有可能发生事故时，自动保护装置就能自动的采取措施，防止事故的发生和扩大，保护人身和设备的安全。实际上自动保护装置和自动报警装置往往是配合使用的。（3）自动操作系统是利用自动操作装置根据工艺的要求，自动的启动或停止某台设备，或进行交替动作。（4）自动调节装置在除尘系统中，有些工艺参数需要保持在规定范围内，如果炉煤气系统中，灰管压强，母管压强在400kPa~550kPa之间。当某种情况使得工艺参数发生变化时，就由自动调节装置对产生过程实施影响，使工艺参数恢复到原来的规定值上。2.2.2输入输出点在大中型除尘控制系统中采用一定数量的自动检测仪表，它们的输出信号都送入了由PLC和计算机组成的监控系统进行显示，储存，分析等。此外，PLC和计算机控制系统还可以发出信号来控制某些连续动作装置，如一次气阀，二次气阀，透气阀，进料阀，出料阀等。这种信号成为输入信号，叫做模拟量信号；从PLC和计算机发出的微信号，叫做模拟量输出信号，通常用做控制某些调节阀门。还有一种状态信号，比如控制输灰管运行或停止，这种信号叫做开关量输入信号。开关量输入信号通常是从按钮，限位开关和继电器辅助触点上取得，是无源触点。从PLC系统发出的用来控制设备运行或者停止的信号叫做开关输出信号。开关量输出信号通常用来触发接触器，继电器，电磁阀和信号灯等。可以使它们按照自己预先编制的程序对设备进行控制显示。在除尘控制系统中输入，输出点的多少反映了这个系统的规模大小，其中还包括处理工艺，设计思路，被控制设备不同对自动化要求的程度等好多因素。但是，除尘系统的控制过程都有一个特点就是开关量多，模拟量少，以逻辑顺序控制为主，闭环回路控制为辅。因此，PLC在除尘系统控制中得到了广泛的应用。第三章可编程控制器及锅炉的介绍3.1可编程控制器的基本构成可编程控制器（PLC）可以把他看做是一种计算机。它与普通的计算机相比，具有更强的跟工业过程相连的接口，更直接地适用于控制要求的编程语言，可以在恶劣的环境下运行等好多特点，因此在除尘技术中普遍采用。另外，它与一般计算机一样的是，它具有中央处理器(CPU)，存储器，I/O接口以及外围设备等。如图3-1-1所示1.中央处理器（CPU）中央处理器是PLC控制系统的核心，由于处理器，电源和存储器三部分组成，它处理部分主要用来完成逻辑判断，算数运算等功能。它采用扫描的方式接受现场输入装置的状态和数据，并且存入输入状态表或者存储器中，同时可以诊断出电源，内部电路的工作状态以及编程过程中的语法错误。2.存储器以及存储器扩展在CPU里面有两种存储器，分别是内部存储器和程序存储器，内部存储器用来存放操作系统，监控程序，模块化应用功能子程序，命令解释和功能子程序的调用管理程序，系统参数等；程序存储器主要用来储存通过编程器输入的用户程序。3.I/O接口将工业过程信号与CPU联系起来的接口叫做I/O接口，其中包括数字量I/O接口和模拟量I/O接口。数字量输入接口的任务是将外部过程信号转换成PLC的内部电平信号；数字量输出接口的任务是将PLC的内部电平转换成PLC的内部数字信号；模拟量的输出接口的任务是将PLC的内部数字信号转换成外部过程的模拟量信号。对于不同的工程，相应有各种不同类型的I/O接口。4.通讯接口PLC配有各种类型的通讯接口，可以实现“人—机”或者“机—机”之间的对话。通过这些通讯接口，可以与打印机，监视器，其他PLC或计算机连接。和打印机连接时，可以将参数，过程信息等输出打印；和监视器相连接时，可以将过程动或静图像显示出来；和其他PLC连接时，可以组成多机系统或联成网络，实现整个工厂的自动控制；当与计算机连接时，就可以组成多级控制系统，实现过程控制，数据收集等功能。5.智能I/O为了满足更加复杂的控制功能的需要，PLC配有很多智能I/O接口，比如PID模块，定位控制模块，高速计数模块等。所有这些模块都带有自身的处理系统，这被称为智能I/O。6.扩展接口扩展接口是一种用于连接中心单元与扩展单元，以及扩展单元的模块。当一个中心单元所容纳的I/O不能满足要求时，就需要使用扩展接口I/O系统进行扩展。一般情况下，可用扩展接口模块对I/O模块的地址进行设定，从而根据需要方便地修改硬件地址。7.编程器程序编制确定了PLC的功能，程序输入时在编程器上实现的。编程器除了用来完成编写，输入，调试程序外，还可以作为现场的监视设备使用。编程器是一种PLC的外围设备，也是重要的“人机”接口装置。编程器课分为专用型和通用型两种，编程器的型式确定了编程的方法。在中，小型PLC系统中，常采用带LED或LCD显示器的编程器，这是一种专用型编程器；在大型PLC系统中，常采用带CRT的通用型编程器。支持编程器的外围设备有磁带机，软盘驱动器，硬盘驱动器，打印机等。8.电源PLC的电源大体分为CPU电源和I/O电源两部分，一般都是从动力电源上去的。如果有控制电源的场合，也可以直接从控制电源上取。无论采用哪种形式，都要设置隔离变压器，以便于和外部电源隔离。最好采用带屏幕的隔离变压器和阻容吸收装置。3.1.1可编程序控制器的主要功能和特点1.PLC主要功能随着PLC技术的发展，它的功能也越来越完善。一般PLC有逻辑运算，四则运算，比较，传送，译码等多项功能。其中有：逻辑运算；计时和计数；步进控制；四则运算包括加，减，乘，除；中断控制；A/D,D/A转换；数据格式转换；比例，积分，微分功能；跳转；I/O强制；数据比较和传送；矩阵运算；函数运算；高速计数控制；定位控制；PID控制；排序及查表；通讯和联网；监控和容错；自诊断及报警；高级语言编程及报表打印；入机对话等。2.PLC的主要功能产品系列化目前国外个大PLC厂家每隔几年就要推出一个新系列产品，许多公司PLC已经具有很多种系列产品，他们一般分为大，中，小三种机型。表3-1-1给出了各种机型的规模和性能。机体小型化，结构模块化由于专用大规模集成电路和表面安装零件技术的应用，使得带ASJC（特种场合专用IC）的电路密集，紧凑。实现了PLC机体小型化。多处理器一般小型PLC为单处理系统；中型PLC为双处理系统，包括打字处理器和位处理器；大型PLC为多处理器系统，除了打字处理器，位处理器，还有浮点处理器等。表3-1-1各种机型的规模和性能较强的储存能量PLC的存储器分为内存和外存两种。内存储器多半采用CMOS电路和RAM等。容量课达到数千字节的数兆字节，它作为PLC的程序存储和数据存储。外存储器的存储方式有磁盘、磁带等，作为文件管理和各种数据库的存储。强的I/O的接口能力考虑到工业控制的需要，常用的数字量输入、输出接口分为和直流两种，电压等级有5V、24V、和220V，负载能力可以从0.5到5A。模拟量输入、输出电压有±50mV到±10V，电流型有0~10mA或4~20mA等多种规格。为了提高PLC运行的可靠性，输入、输出接口一般都采取隔离措施。可靠性高、抗干扰能力强由于目前的PLC都采用打规模集成电路，元器件的数量大大减少，使得PLC进一步小型化；同时，也增增加了PLC的技术保密性。PLC本身具有课迅速判断故障的自诊断的功能，从而大大地提高了它的可靠性。PLC本身的平均无故障时间一般在5×10^4h以上。另外，每个制造厂家在硬件设计和电源设计的时候都充分考虑发到了PLC的抗干扰性，就保证了PLC在各种复杂场合运行的可靠运行。外围接口智能化目前，新的PLC具有许多智能化的外围接口，这些接口具有独立的处理器和存储器。作为专用的过程外围接口，可以完成特殊的功能，独立进行闭环调节；也可以作为温度控制、位置控制；还可以显示终端、打印机连接，实现过程监控、报表打印、信息处理等，大大地增强了PLC的单机功能。通俗化编程语言与高级语言并存为了适应更多的工程技术的需要，PLC具有多种形式的编程语言，除了采用常用的梯形图、语句表和流程编程外，有些大型的还可以使用计算机的高级语言。3.1.2.PLC的系统设计PLC控制系统设计分为三个阶段，功能设计、基本设计、和详细设计；他们之间密切相关。在系统设计之前，首先要对控制系统的功能要求书做一说明。控制系统功能要求书是设计开展PLC控制系统实际的依据，相当于委托设计任务书（1）功能设计功能设计要按照控制系统的功能要求内容。其中包括概述、工艺要求工艺设备布置图、工艺流程图、操作点分布图、控制室和I/O站布置图、电气设备传动性能表等（2）基本设计阶段基本设计阶段就是根据控制系统功能规格的要求内容，确定它的控制系统组态、I/O定义、硬件设备的选择及屏、台、箱、柜数量的确定，外部设备的选择等。基本包括:修改完善设计阶段的内容、控制系统组态图以及组态方式的说明、程序流程图和程序结构说明、系统的控制级别分化、运转方式类别，并且要详细说明每一种运转方式的工作过程（包括自动运转、半自动运转、手动运转。手动运转有包括远程手动和机旁手动两种）；操作点的功能说明；I/O表；故障类别和处理方法；系统和单体设备的状态定义；通讯方式和参数设定；通讯的主要内容；图形画面的内容和要求；施工设计的内容包括不知安装设计和配线设计。下图是PLC控制系统设计的流程示意：3.1.3.可编程序控制器的选择种类繁多的PLC是给我们提供了选择余地；但也给我们选择上带来了困难。所以我们选择要有原则：1.PLC的选型原则PLC的选型主要是根据使用的场合、控制对象、工作环境、费用和特殊要求，所以要满足在功能上满足要求，又要经济合理。我们在选用时，要注意以下几点：表3-1-2PLC控制系统设计流程示意图（1）开关量输入总点和电压等级符合要求；（2）开关量输出点数及输出功率符合要求；（3）模拟量输入/输出总点数符合要求；（4）是否有特殊的控制功能，比如高速计数、PID定位、通讯等职能模块；（5）被控制对象对响应速度、采样周期的要求；（6）是否有复杂的数值运算；（7）中控室离现场设备的距离；（8）是否要预留发展的可能；（9）熟悉PLC机型的详细资料以及应用的实际；选择PLC机型时，要对它的I/O点数、储存器容量、功能、外形结构、系统组成、外围设备、设置条件和价格等多项指数综合分析比较，然后才能确定机型。2.I/O点数的估算控制系统总的输入输出点数是根据每个单位设备的I/O点数决定的，最后按实际的点数另加10%~20%备用量来考虑。进行PLC硬件设计时，对I/O点数进行估算是一个很重要的基本工作，它直影响下面的存储器容量的估算。一般来讲，一个按钮需要占一个输入点；一个光点开关占一个输入点；一个信号灯占一个输出点；而对选择开关来说，一般有几个位置就占用几个输入点；对各种位置开关，一般占一个或者两个输入点。3.储存器容量的估算这里所说的存储器容量要和我们程序锁需要内存容量来区别，前者是指硬件存储器的容量，而后者是指存储器中为我们开放的部分；只要估算出我们程序所需要存储容量，相应的就解决了存储器容量的大小在有通讯接口的情况下，需要更具通讯接口的数量、每个接口通讯数据量的大小以及具体PLC块转移指令所占的内存字数，来确定出数据通讯所占的内存大小，最后对比确定下表给出了中小型PLC的I/O点数与储存容量的关系如下表3-1-3：表3-1-3中小型PLC的I/O点数与存储器容量的关系4.功能的选择根据控制系统的要求进行PLC的功能选择，它通常包括运算功能的选择和处理速度选择两个方面。PLC的功能多样化和高级化，随着规模的增大，基本上就能满足我们在运算方面上的要求。运算功能玄烨是要注意两点：硬件与软件的配套使用；还有就是使用功能及故障维修是否完备。我们不能单纯的追求高功能，以避免造成不必要的浪费。5.外形结构的选择更具外形可分为：平板型PLC、块状PLC、输入/输出模块插件型PLC。6.输入/输出模块的选择我们选择的是三菱公司生产的FX2N系列的可编程控制器。三菱公司是日本国生产PLC的主要厂家职技，先后推出的小型、超小型PLC有F1、F2、等系列。其中F系列已经停产。F1系列机在我国有比较广泛的应用。FX2系列是F、F1等系列机型的更新换代产品，属于高性能叠装式机种，也是三菱公司的经典产品。FX2N系列可编程序控制器的基本指令，它包括基本指令27条，步进指令2条，应用指令128条，总共298条。配置扩展单元后可达到256点。基本执行指令的速度为0.48，用户程序储存器的容量课扩展至8K步。且此系列在我国广泛应用，维修方便。价格合理。达到了我们需控制的所有条件。3.2锅炉简介将其它热能转变成其它工质热能，生产规定参数和品质的工质的设备称为锅炉。锅炉设备中，吸热的部分称为锅，产生热量的部分称为炉。例如水冷壁、过热器、省煤器等吸热的部分可以看成是锅；而炉膛、燃烧器、燃油泵，送、引风机可以看成是炉。现代化的锅炉不像一般家庭用的锅和炉那样分得清楚。例如空气预热器既是吸热的部分，又是产生热量的部分，既可以看成是锅的部分也可以看成是炉的部分。3.2.1锅炉的分类可以从不同角度出发对锅炉进行分类：1.按烟气在锅炉流动的状况分：水管锅炉、锅壳锅炉（火管锅炉）、水火管组合式锅炉2.按锅筒放置的方式分：立式锅炉、卧式锅炉 3.按用途分：生活锅炉、工业锅炉、电站锅炉4.按介质分：蒸汽锅炉、热水锅炉、汽水两用锅炉、有机热载体锅炉5.按安装方式分：快装锅炉、组装锅炉、散装锅炉6.按燃料分：燃煤锅炉、燃油锅炉、燃气锅炉、余热锅炉、电加热锅炉、生物质锅炉7.按水循环分：自然循环、强制循环、混合循环8.按压力分：常压锅炉、低压锅炉、中压锅炉、高压锅炉、超高压锅炉9.按锅炉数量分：单锅筒锅炉、双锅筒锅炉10.按燃烧定在锅炉内部或外部分：内燃式锅炉、外燃式锅炉11.按工质在蒸发系统的流动方式可分为自然循环锅炉、强制循环锅炉、直流锅炉等。12.按制造级别分类：A级、B级、C级、D级、E级（按制造锅炉的压力分）3.2.2锅炉的工作原理锅炉参数是表示锅炉性能的主要指标，包括锅炉容量、蒸汽压力、蒸汽温度、给水温度等。锅炉容量可用额定蒸发量或最大连续蒸发量来表示。额定蒸发量是在规定的出口压力、温度和效率下，单位时间内连续生产的蒸汽量。最大连续蒸发量是在规定的出口压力、温度下，单位时间内能最大连续生产的蒸汽量。蒸汽参数包括锅炉的蒸汽压力和温度，通常是指过热器、再热器出口处的过热蒸汽压力和温度如没有过热器和再热器，即指锅炉出口处的饱和蒸汽压力和温度。给水温度是指省煤器的进水温度，无省煤器时即指锅筒进水温度。锅炉可按照不同的方法进行分类。锅炉按用途可分为工业锅炉、电站锅炉、船用锅炉和机车锅炉等；按锅炉出口压力可分为低压、中压、高压、超高压、亚临界压力、超临界压力等锅炉；锅炉按水和烟气的流动路径可分为火筒锅炉、火管锅炉和水管锅炉，其中火筒锅炉和火管锅炉又合称为锅壳锅炉；按循环方式可分为自然循环锅炉、辅助循环锅炉(即强制循环锅炉)、直流锅炉和复合循环锅炉；按燃烧方式，锅炉分为室燃炉、层燃炉和沸腾炉等。在水汽系统方面，给水在加热器中加热到一定温度后，经给水管道进入省煤器，进一步加热以后送入锅筒，与锅水混合后沿下降管下行至水冷壁进口集箱。水在水冷壁管内吸收炉膛辐射热形成汽水混合物经上升管到达锅筒中，由汽水分离装置使水、汽分离。分离出来的饱和蒸汽由锅筒上部流往过热器，继续吸热成为450℃在燃烧和烟风系统方面，送风机将空气送入空气预热器加热到一定温度。在磨煤机中被磨成一定细度的煤粉，由来自空气预热器的一部分热空气携带经燃烧器喷入炉膛。燃烧器喷出的煤粉与空气混合物在炉膛中与其余的热空气混合燃烧，放出大量热量。燃烧后的热烟气顺序流经炉膛、凝渣管束、过热器、省煤器和空气预热器后，再经过除尘装置，除去其中的飞灰，最后由引风机送往烟囱排向大气。3.2.3.锅炉的除尘设备类型分类习惯上将除尘器分为四类：1．机械式除尘器包括重力沉降室，惯性除尘器和旋风除尘器。这类除尘器的特点是结构简单、造价低、维护方便，但除尘效率不高，往往有做多级除尘系统中的前级预除尘。所以不能选择。2.过滤式除尘器包括袋式除尘器和颗粒层除尘器等。它的特点是以过滤机理作为除尘的主要机理。根据选用的滤料和设计参数不同，袋式除尘器的效率可以达到很高。这个虽然除尘质量高，但是效率不高。所以不能选择。3.湿式除尘器它包括低能湿式除尘器和高能文氏管除尘器。这类的特点是用水作为除尘的介质，一般来说，湿式除尘器的除尘效率高，当采用文氏管除尘器时，对细微粉尘的去除效率课达到95%以上。但缺点是消耗的能量比较高。湿式除尘器的主要缺点是会产生污水，而且不环保。不能再利用。所以不能选择。4.电除尘器以电力为捕尘机理。分为干式除尘器和湿式电除尘器。干式电除尘器是在干燥状态下利用电弧吸附烟气中的粉尘，沉积在收尘级上的粉尘借助机械震打清除粉尘。这类除尘器的特点是除尘效率高、阻力小、处理烟量大、能捕捉腐蚀性很强的物质、运行费用低、对不同粒径的烟尘有分类富集作用、不易适应操作条件的变化、应用范围受粉尘比电阻的限制。我们选用电除尘技术是由于电除尘技术的特点符合锅炉的要求，可以处理大量的烟，而且环保，符合先到社会的回收利用的理念。并且，除尘速度快。除尘机质量高。耗材费用低。可处理范围的类型广。目前是比较先进的除尘方式。一般用在中大型除尘系统。而且改进起来也是比较方便的，所以选择这个除尘技术。第四章硬件设计4.1电除尘系控制范围主要监控对象包括电除尘灰斗下的所有气动阀门、所有灰斗料位信号、发送罐料位计、压力开关、压力变送器、空气电加热器、输送风机、冷冻式干燥器、无热再生干燥器等设备的自动程序控制及手动就地控制。输送区48台输送罐每台设有一台电磁阀箱，灰管及气管设3台电磁阀箱，灰库区设1台电动阀。4.1.1控制系统如表4-1-1所示表4-1-1控制系统锅炉烟气中的灰尘通过电收尘收集后落入灰仓，灰仓下部安装有仓泵，灰经输灰管进入仓泵。在自动控制运行工况下，具体工艺流程为:仓泵内无灰时，打开透气阀→延时5s→开进料阀→延时5s→当仓泵进料量达到设定值(时间/重量/人工)时→料位信号到→关闭进料阀→延时5s→关闭透气阀→此时判断母管压力是否到位/判断灰管压力是否到位/判断在此系统中没有其它仓泵出灰，所有条件满足→打开出料阀→延时5s→打开一次气阀→延时5s→打开二次气阀1min后→检查灰管压力，当灰管压力低于设定值时→关闭一次气阀→延时20s后→关闭二次气阀→关闭出料阀完成一次出灰循环。4.1.2出灰系统如图4-1-1所示4-1-1出灰系统示意图4.1.3锅炉出灰系统现场图如下所示图4-1-2仓泵系统示意图4-1-3灰管示意图4.1.4箱体操作盘如图4-1-44-1-4箱体操作台面4.1.5系统控制采用PLC+PC控制方式，PLC作为物理层，进行信号采集，并对该工程的所控制的设备进行程序控制，PC作为管理层，利用工业PC进行系统监控管理、操作，开关和按钮操作全部在上位机上通过鼠标或键盘来实现。对PLC采集的数据进行处理和统计管理，并向PLC发布执行指令。该系统的控制有自动程控运行、软手操运行、就地手操3种方式。4.2元件明细1.启动按钮：此按钮按下，整个系统开始运行，首先开始检测系统是否达到预定压力值，因为此系统是在全封闭的环境下进行的。如果没有达到设定值，系统就会报警提醒系统故障。2.停止按钮：这个按钮是停止系统工作的，按下后，整个系统停止工作。3.急停按钮：按下此按钮，能迅速的让系统停止下来。在紧急情况下按下。4.故障指示灯：在开始检测系统的时候，如果系统压力不足，系统就不不能开始工作。故障灯就会闪烁，同时蜂鸣器就会报警，直到故障解除。5.压力传感器：整个系统中共用到三个压力传感器。分别在仓泵底部，母管，和灰管中。母管和灰管中用的是同一型号的测试压强的传感器。仓泵中用的是单独的一种，功能是，当仓泵压力达到时，就会给出信号，提醒出灰。6.透气阀:此阀门打开，目的是，改变仓内外压强差。因为仓泵内是全封闭的，所以只有透气阀打开才能使得灰尘能顺利的进入仓泵。直到灰满后，透气阀关闭。7.进料阀:此阀门安装在仓泵上方，连接灰管。透气阀打开的同时，进料阀也必须打开。8.出料阀：当灰满时，进料阀关闭，同时给传送信息至料位信号，然后检查没有别的仓泵出灰，判断结束所有条件符合就可以打开出料阀。9.一次气阀：出料时必须打开的阀门。此阀门设置在仓泵底部。只有此阀门打开时灰才能从仓泵中吹出。10.二次气阀：此气阀设置在母管上，它的作用是，利用气流，使得灰快速并且顺利的从母管中排出。下图是，设计出灰系统的示意图和各个气阀的安装位置如下图:4-2-1气阀分布示意图系统工作是通过热气流和内外压强来实现出灰的，图4-2-2是气流逇来源。4-2-2压差来源示意图4.3箱体设计此热电厂有的是1000MW机组，我们假设它一年运行的时间是6000小时，发电120亿度，又因为每度电耗原煤450克，一年用煤540万吨。灰分占18%，回收率90%，计回收87.5万吨，其中四分之三煤灰，四分之一煤渣。差资料得知使用有烟煤时，电站煤灰及煤渣理论产量运算公式：煤灰产量=消耗煤量×煤的灰分含量×70%煤渣产量=消耗煤量×煤的灰分含量×30%算的一个小时：5400000÷6000=900t900×18%×70%=113.4t四小时耗煤量：113.4×4=453.6t六个仓泵平均收集灰量：453.6÷6=75.6t单位换算：1t等于1000000g75.6×1000000=75600000g差表得知灰分的密度为：1.35-2.9g/cm3之间；计算灰分体积：75600000÷1.35=56000000cm^375600000÷2.9=26068965.5cm^3单位换算1立方米等于1000000立方厘米故，计算体积为56立方米～26立方米4-3-1机械出灰示意图4-3-2密箱气压出灰图第五章软件设计PLC控制系统的软件设计包括功能设计、结构设计和程序设计三个部分5.1功能设计软件系统要求的前提条件、软件和适用范围、具体功能、输入/输出数据种类和形式、软件性能及可靠性、系统软件运行过程中处理的基本方式等。1.结构设计结构设计时解决怎样实现系统软件设计的。目前普遍采用分割法，它是一种模块化结构的程序设计方法。2.程序设计实际上式软件的制作阶段，在程序设计中，遵循软件制作的具体要求和方法，对工艺要求提出的问题，逐一的解决；最后获得一个能实现除尘系统全部要求的程序集5.2流程图5-2-1流程图延时5秒延时5秒正常无报警维修启动检查系统是否通电正常工作仓泵有无灰打开透气阀打开进料阀达到设定压力达到设定时间人工手动延时5秒打开一次气阀打开一次气阀打开二次气阀料位信号判断有无仓泵出灰延时30秒打开出料阀无延时5秒延时5秒延时一分钟检查灰管压力是否低于设定值是关闭一次气阀关闭二次气阀延时20秒关闭出料阀一次出灰完成否5.3I/O分配表5-3-1I/O分配表序号元件PLC地址备注1启动按钮X0输入2停止按钮X13灰管压力X24母管压力X35仓泵压力X46设定泵压力值X57设定时间X68人工手动X79灰管低于设定值X1011急停X1112灰管故障指示灯Y0输出13母管故障指示灯Y114仓泵故障指示灯Y215故障蜂鸣器Y316透气阀Y417进料阀Y518料位信号Y619透气阀复位指示灯Y720出料阀Y1021一次气阀Y1122二次气阀Y1223启动驱动器M024一号仓泵M125二号仓泵M226三号仓泵M327四号仓泵M45.4外部接线图XX0M0X1PLCM1X2M2 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