鍋爐吹灰系統(tǒng)PLC控制的設(shè)計

1、摘 要本文對基于PLC控制的燃氣脈沖吹灰器進行了介紹。針對工業(yè)鍋爐的積灰原因以及積灰后對鍋爐的影響,人們提出了鍋爐吹灰的概念。本文列舉了幾種常用的工業(yè)鍋爐吹灰設(shè)備，重點闡述燃氣脈沖吹灰設(shè)備，并提出針對工業(yè)自動化的需求，引入目前工業(yè)控制市場上流行的西門子公司的S7-200系列可編程控制器進行編程和調(diào)試。S7-200系列可編程控制器具有抗干擾能力強，可靠性高，體積小巧，編程簡單靈活等特點，而且具有很強的可擴展性和通信能力，S7-200的特點在燃氣脈沖吹灰器控制系統(tǒng)中得到了充分表達。本文使用S7-200系列PLC的相關(guān)軟件STEP 7Micro/WIN進行編程和調(diào)試，使PLC通過接觸器控制電動球閥和

2、電磁閥以及點火器工作。電動球閥用來選擇吹灰層面，電磁閥用來控制氣體流量，點火器用來點燃可燃混合氣體。在實際工作運行中，基于PLC控制的燃氣脈沖吹灰器在工業(yè)鍋爐吹灰技術(shù)中效果顯著。關(guān)鍵詞：吹灰器、可編程控制器、S7-200系列，STEP 7Micro/WIN、AbstractThis text has introduced Blowing-Ash-Equipment which is controlled with PLC technology to control the pulse in blowing the ash .When it has been researched the rea

3、son of the accumulating-ash and its bad aspect to the industrialized boiler, people have put forward to the concept in boiler-blowing. This paper has enumerated some kinds of general industrial boiler blowing-ash equipments and elaborated the Blowing-Ash- Equipment. With the demand according to indu

4、strial automation，we have selected the S7-200 PLC series which is very popular in the industrial control market at the present time to do programming and debugging. S7-200 PLC series have the stronger ability of anti-jamming、higher reliability 、smaller in size and easy in programming and so on . It

5、has very strong expansibility and communication ability, the characteristic of S7-200 has made a sufficient effect in Blowing-Ash-Equipment This text uses related software STEP7-Micro/WIN of S7-200 series PLC to carry out programming and debugging , it makes PLC control electric ball valve and elect

6、romagnetism valve as well as igniter work through contactor. Electric ball valve is used to select the blowing layer surface, electromagnetism valve is used to control gas rate of flow, igniter is used to light mixed burnable gas. In actual working operation based on PLC control burning gas pulse Bl

7、owing-Ash-Equipment to blow the ash in industrial boiler has get the effect notable. Key words：Blowing-Ash-Equipment、Programmable Logic Controller、S7-200 series、STEP 7Micro/WIN目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc107732436 第一章 緒 論 PAGEREF _Toc107732436 h 1 HYPERLINK l _Toc107732437 第二章 燃氣脈沖吹灰器 PAGERE

8、F _Toc107732437 h 2 HYPERLINK l _Toc107732438 2.1 燃氣脈沖吹灰器的原理： PAGEREF _Toc107732438 h 2 HYPERLINK l _Toc107732439 2.2 燃氣脈沖吹灰系統(tǒng)構(gòu)成 PAGEREF _Toc107732439 h 3 HYPERLINK l _Toc107732440 2.3 燃氣脈沖吹灰器的布置方案 PAGEREF _Toc107732440 h 5 HYPERLINK l _Toc107732441 2.3.1 吹灰器布置位置及能量選擇 PAGEREF _Toc107732441 h 5 HYPER

9、LINK l _Toc107732442 2.3.2 燃氣脈沖吹灰器安裝時鍋爐的開口尺寸 PAGEREF _Toc107732442 h 6 HYPERLINK l _Toc107732443 2.3.3 系統(tǒng)組成 PAGEREF _Toc107732443 h 7 HYPERLINK l _Toc107732444 第三章 可編程控制器 PAGEREF _Toc107732444 h 9 HYPERLINK l _Toc107732445 3.1可編程控制器概述 PAGEREF _Toc107732445 h 9 HYPERLINK l _Toc107732446 3.2 PLC的特點和應用

10、領(lǐng)域 PAGEREF _Toc107732446 h 10 HYPERLINK l _Toc107732447 3.3 PLC控制系統(tǒng)的組成 PAGEREF _Toc107732447 h 12 HYPERLINK l _Toc107732448 3.3.1 硬件組成 PAGEREF _Toc107732448 h 12 HYPERLINK l _Toc107732449 3.3.2. 軟件組成 PAGEREF _Toc107732449 h 14 HYPERLINK l _Toc107732450 3.4 PLC控制系統(tǒng)的開展趨勢 PAGEREF _Toc107732450 h 16 HYP

11、ERLINK l _Toc107732451 第四章 PLC控制方案的設(shè)計 PAGEREF _Toc107732451 h 17 HYPERLINK l _Toc107732452 4.1 方案選擇 PAGEREF _Toc107732452 h 17 HYPERLINK l _Toc107732453 4.2 工作流程 PAGEREF _Toc107732453 h 17 HYPERLINK l _Toc107732454 4.3 PLC選型和資源配置 PAGEREF _Toc107732454 h 18 HYPERLINK l _Toc107732455 4.3 自動控制系統(tǒng)PLC程序設(shè)計

12、 PAGEREF _Toc107732455 h 21 HYPERLINK l _Toc107732456 第五章 結(jié) 論 PAGEREF _Toc107732456 h 33 HYPERLINK l _Toc107732457 參 考 文 獻 PAGEREF _Toc107732457 h 34 HYPERLINK l _Toc107732458 致 謝 PAGEREF _Toc107732458 h 35 HYPERLINK l _Toc107732459 附錄 PAGEREF _Toc107732459 h 36 HYPERLINK l _Toc107732460 聲 明 PAGEREF

13、 _Toc107732460 h 37第一章 緒 論工業(yè)鍋爐是工廠的動力源設(shè)備，它在工廠中發(fā)揮著重要的作用，已經(jīng)顯現(xiàn)出越來越重要的地位,但由于積灰原因,工業(yè)鍋爐平均運行熱效率為60-70%,運行效率與鑒定效率相差10-20%,這就使燃料的消耗白白增加了15-25%。吹灰設(shè)備的引入，使工業(yè)鍋爐的吹灰得到了有效的提高，目前市場上有各種不同的吹灰技術(shù)，如聲波吹灰技術(shù)，蒸汽吹灰技術(shù)，鋼珠除灰技術(shù)以及燃氣脈沖吹灰技術(shù)等，但除灰效果最好，評價最高的要數(shù)燃氣脈沖技術(shù)了，對燃氣脈沖吹灰器的自動化控制是非常需要的。隨著計算機技術(shù)的開展，對基于PLC控制的吹灰器控制也成為一種流行趨勢。在工業(yè)自動化領(lǐng)域，可編程控制

14、器是大多數(shù)自動化系統(tǒng)的根底設(shè)備。可編程控制器是一種利用計算機原理為順序控制專門設(shè)計的、通用的、使用方便的裝置。它采用了專用設(shè)計的硬件，而使用性能都是通過控制程序來確定的。PLC目前的技術(shù)開展水平已大大超過其出現(xiàn)時的技術(shù)水平， PLC適合低本錢自動化工程和作為大型DCS系統(tǒng)的I/O站，工控機在中規(guī)模小范圍自動化工程中有很好的性能價格比。PLC在各領(lǐng)域的自動化中扮演了不可缺少的角色。目前，可編程控制器的主流廠商有A-B、Siemens和Modicon等。本系統(tǒng)選用西門子公司的S7-200可編程控制器對系統(tǒng)進行順序控制。文中介紹了燃氣脈沖吹灰器的構(gòu)成、吹灰原理及在工業(yè)鍋爐吹灰中的作用。在了解了燃氣脈

15、沖吹灰器的工藝流程后，重點對其進行程序的編程和調(diào)試，并通過編程軟件STEP 7Micro/WIN將程序下載到PLC，實現(xiàn)手/自動控制切換，自動順序循環(huán)吹灰控制，以及報警等功能。燃氣脈沖吹灰器的自動控制可以給生產(chǎn)帶來極大的方便，可以提高工作效率，減少人員的浪費。燃氣脈沖吹灰器引入PLC控制系統(tǒng)，使鍋爐吹灰實現(xiàn)了自動控制，鍋爐吹灰效果顯著，鍋爐的熱效率利用率有效提高。第二章 燃氣脈沖吹灰器2.1 燃氣脈沖吹灰器的原理：鍋爐在運行過程中，換熱外表上產(chǎn)生的積灰將減弱工質(zhì)與煙氣間的熱交換，增加煙氣阻力，降低鍋爐熱效率，增加燃料消耗，影響鍋爐的正常運行。在工業(yè)鍋爐中，積灰有時還會引起尾部換熱器產(chǎn)生腐蝕，造

16、成鍋爐運行危險?，F(xiàn)在正在運行的大中型鍋爐根本上安裝了不同類型的吹灰裝置，例如，蒸汽吹灰、水力吹灰、鋼珠吹灰、聲波或超聲波吹灰等。但這些吹灰設(shè)備普遍存在不同的問題。燃氣脈沖吹灰器相對上述吹灰裝置具有很高能量，足以產(chǎn)生破碎積灰層的激波，而具有良好的吹灰效果，并且它的運行本錢低，操作簡單，平安可靠。燃氣脈沖吹灰器是通過燃氣脈沖性氣體爆燃生成沖擊波。燃料乙炔、天燃氣或丙烷等高反響性能氣體燃料在一個特殊的裝置中被高能點火器點燃，產(chǎn)生劇烈的爆燃使火焰烽后的燃燒氣體瞬間升至高壓，并在火焰烽面前形成壓縮波；在經(jīng)過火焰導管時，壓縮波不斷加強，形成一道穩(wěn)定的激波；這道激波進入激波發(fā)生器后，一方面作為點火激波點燃罐

17、內(nèi)的可燃氣體，另一方面激波在特殊結(jié)構(gòu)的激波發(fā)生罐內(nèi)被調(diào)制而加強，最終調(diào)制好的激波從噴口噴射到鍋爐的換熱設(shè)備上，使受熱面上的積灰受激波的作用而破碎、剝落。通過控制激波的能量，迫使受熱面的積灰在足夠強度的激波作用下脫落以適應鍋爐受熱面上的不同類型的積灰14。 激波會在積灰與基底的物理界面發(fā)生反射，并能通過折射而導入積灰內(nèi)部，激波劇烈的壓力縱波對積灰產(chǎn)生一種先壓后拉的作用，使積灰破裂，導入積灰中的折射激波還會在灰體內(nèi)產(chǎn)生橫波，和入射波和反射波相互作用，使積灰與基底之間的結(jié)合面產(chǎn)生剪力，使積灰脫離基地。圖2-1 激波吹灰器的原理示意圖2.2 燃氣脈沖吹灰系統(tǒng)構(gòu)成燃氣脈沖吹灰器由三個局部組成：主發(fā)生器局

18、部、控制局部和工作局部。主發(fā)生器局部主要包括空氣和燃氣的混合器、混合器的點火器、層分配器以及控制進氣和分層的各種控制閥門和壓力、流量傳感器等；控制局部包括控制柜和上位計算機備選；工作局部包括激波發(fā)生器和激波噴口。 1發(fā)生器局部整個發(fā)生器局部完全受控制局部的控制，按時序開啟和關(guān)閉各個工作閥門，確定燃氣的充入量、燃氣和空氣的配合比和工作層面的選擇等，并點燃混合氣體，制造爆燃火焰，通過火焰導管傳給工作局部的激波發(fā)生器。 2控制局部燃氣脈沖吹灰器由控制局部的控制柜進行自動控制?？刂乒窨蛇M行工作參數(shù)的設(shè)置，包括各工作層工作次數(shù)和激波的強度控制，以及每次爆炸之間的等待間隔等。3工作局部為了在實際使用中具有

19、最大的方便性、經(jīng)濟性和通用性，激波吹灰器的工作局部采用了設(shè)計獨特的單元式激波發(fā)射器和分層吹灰的工作方式。單元式激波發(fā)射器和不同的激波噴口分層吹灰的工作方式：由一至幾個激波發(fā)生器組成一個吹灰層面，負責某個局部區(qū)域的吹灰工作；而由幾個吹灰層面共同組成一個完整的吹灰系統(tǒng)。各個吹灰層面都通過各自的火焰導管和層選通電動閥門與共用的主發(fā)生器相聯(lián)。這種方式的系統(tǒng)設(shè)計不僅使吹灰器有最大的經(jīng)濟性，同時也使用系統(tǒng)更為簡單可靠，易于安裝。分層工作方式圖 ：圖2-2 總能量相同，激波發(fā)生器的三種選擇形式圖2-3 噴口形狀對激波作用范圍和作用距離的影響燃氣脈沖除灰器系列化了所有可能的不同能量大小的激波發(fā)生器和各種大小和

20、形狀的激波發(fā)射噴口，通過他們的合理組合能最正確的滿足不同環(huán)境條件和不同類型的除灰需要。燃氣脈沖吹灰器可根據(jù)現(xiàn)場實際情況采用多種設(shè)計方式，具有獨有的靈活性和實用性。本次設(shè)計燃氣脈沖吹灰器選用單點45度斜口吹灰。燃氣脈沖吹灰器的技術(shù)性能如表2-1 表2-1 燃氣脈沖吹灰器的技術(shù)性能列表：型號額定能量KJ作用范圍作用距離mHY-101042.0HY-252582.5HY-5050123.0HY-100100204.0HY-200200355.0HY-400400606.5燃氣脈沖吹灰器的特點吹灰有效，能夠快速、徹底去除各種類型積灰；能量強度易于調(diào)整，對不同類型的積灰都有最正確適應性；根據(jù)不同類型的受

21、熱面，可以選擇與之匹配的吹灰器型號和噴口的形狀；運行程序簡單，全部自動化易于操作，適用性強，定期運行吹灰裝置，且一次運行周期短，運行穩(wěn)定；激波能量大，吹灰效果明顯，吹灰速度快；激波射流的方向，可以通過不同噴口結(jié)構(gòu)和噴口的設(shè)置方向調(diào)整，因而能適應于不同結(jié)構(gòu)和形狀的鍋爐管束；2.3 燃氣脈沖吹灰器的布置方案本方案是為燕山石化事業(yè)部三電站W(wǎng)GZ75/9.8-2型電站鍋爐制作燃氣脈沖吹灰器的布置方案。本方案按照三電站的鍋爐尺寸及吹灰需要，選擇以下內(nèi)容：1.燃氣脈沖吹灰器的布置位置，數(shù)量，及能量選擇2.為安裝燃氣脈沖吹灰器在鍋爐上的開孔尺寸和形式3.對控制系統(tǒng)的設(shè)計和說明 吹灰器布置位置及能量選擇對鍋爐

22、安裝吹灰器，所關(guān)心的重點問題是鍋爐換熱器的尺寸以及鍋爐的熱量走向，對換熱器尺寸的了解以及鍋爐的熱量走向，可以幫助我們選用適宜的能量激波罐，到達合理的吹灰覆蓋面以及合理的能量配置。如圖2-4：1、2為鍋爐的過熱器高溫局部；3、4為鍋爐的過熱器低溫局部5、6為鍋爐的省煤器局部； 7、8為鍋爐的空氣預熱器局部圖2-4 燕山三電站的鍋爐簡圖過熱器：過熱段局部，根據(jù)煙氣的流向，一般在過熱器下部積灰較多，又由于高溫過熱段和低溫過熱段的煙氣的溫度都在716956度，過高的溫度會使引燃的可燃氣無法形成激波，對此，選擇單點設(shè)為一層，能量強度大，又解決了過熱段激波能量分配不均的問題。過熱局部選用HY-100型吹灰

23、器，這種激波罐作用范圍為20，作用距離為4m。省煤器：針對鍋爐尺寸，選用作用范圍為12作用距離為3m的吹灰器HY50，能到達作用寬度1.7m，每點采用間隔1.8m，這樣就使整體的覆蓋面積到達6m，可以到達省煤器的除灰效果?？諝忸A熱器：兩級空氣預熱器局部由于積灰比較嚴重，吹灰器應選擇的比較充裕，根據(jù)鍋爐特點，第一級采用上下對吹，第二層，單獨向下吹灰，由于安裝點數(shù)比較多，溫度不是很高，采用HY50可到達除灰效果。下表為鍋爐安裝吹灰器的安裝列表表2-2 吹灰器安裝列表：換熱器安裝位置數(shù)量型號過熱器I高溫過熱器左側(cè)1HY-100過熱器I高溫過熱器右側(cè)1HY-100過熱器II低溫過熱器左側(cè)1HY-100

24、過熱器II低溫過熱器右側(cè)1HY-100省煤器I尾部煙道前墻3HY50省煤器II尾部煙道后墻3HY50空預器I尾部煙道前墻2HY50空預器I尾部煙道前墻2HY50空預器II尾部煙道前墻2HY50 燃氣脈沖吹灰器安裝時鍋爐的開口尺寸安裝燃氣脈沖吹灰器需要在鍋爐上為燃氣脈沖噴口開安裝孔。開孔的位置就是燃氣脈沖噴口所在的位置，見圖2-4和表2-2。過熱器的100KJ噴口安裝在過熱器人孔上部，開220的安裝開口，以放入219的安裝套管，安裝方式見圖2-5。對省煤器和空氣預熱器處分別開220的安裝開口，以放入219的安裝套管。圖2-5 燃氣脈沖吹灰器噴口的開孔尺寸 系統(tǒng)組成如以下圖，整個系統(tǒng)共有16個燃氣

25、脈沖罐，共分為九個工作層面，過熱器四個燃氣脈沖罐組成四個層面，每一個燃氣脈沖罐為一個工作層面。每級省煤器的三個燃氣脈沖罐組成一個工作層面，兩級省煤器六個燃氣脈沖罐共組成兩個工作層面。兩級空氣預熱器的每兩個燃氣脈沖罐為一個工作層面，共三個工作層面。圖2-6 吹灰系統(tǒng)圖對吹灰系統(tǒng)圖的補充：圖2-7為控制系統(tǒng)的主發(fā)生器，“空氣管線接壓縮空氣，“接乙炔管線送入乙炔氣體，乙炔氣體進氣量由電磁閥的開啟時間來控制?？諝夂鸵胰舶凑找欢ǖ谋壤M入混合罐并充分混合，再在點火罐中點燃混合氣體，送入層分配器中，控制系統(tǒng)會自動控制電動球閥開啟和關(guān)閉，來確定進行某一層的吹灰。每除一次灰，系統(tǒng)要進行吹掃控制，目的是吹掃剩余

26、的廢氣。圖2-7 主發(fā)生器第三章 可編程控制器隨著科學技術(shù)的開展，電氣控制技術(shù)在各領(lǐng)域中得到越來越廣泛的應用?？删幊炭刂破鱌rogrammable Logic Controller的應用使電氣控制技術(shù)發(fā)生了根本的變化。PLC是以微處理器為根底，綜合了計算機技術(shù)、半導體技術(shù)、自動控制技術(shù)、數(shù)字技術(shù)、和網(wǎng)路通訊技術(shù)開展起來的一種通用工業(yè)自動控制裝置。PLC以其可靠性高、靈活性強、使用方便的優(yōu)越性，迅速占領(lǐng)了工業(yè)控制領(lǐng)域。從單機自動化到生產(chǎn)線自動化及至工廠自動化，從工業(yè)機器人、數(shù)控設(shè)備到柔性制造系統(tǒng)FMS，從集中控制系統(tǒng)到大型集散控制系統(tǒng)，PLC均充當著重要角色，并展現(xiàn)出了強勁的態(tài)勢。PLC作為先進

27、的、應用勢頭最強的工業(yè)控制器風行全球。PLC技術(shù)、CAD/CAM技術(shù)和工業(yè)機器人成為現(xiàn)代工業(yè)控制的三大支柱3。3.1可編程控制器概述在PLC問世之前，工業(yè)控制領(lǐng)域中是繼電器控制占主導地位。繼電器控制系統(tǒng)有著十清楚顯的缺點：體積大、耗電多、可靠性差、壽命短、運行速度慢、適應性差，尤其當生產(chǎn)工藝發(fā)生變化時，就必須重新設(shè)計、重新安裝，造成時間和資金的嚴重浪費。為了改變這一現(xiàn)狀。1968年美國最大的汽車制造商通用汽車公司GM，為了適應汽車型號不斷更新的要求，以在鼓勵競爭的汽車工業(yè)中占到優(yōu)勢，提出要研究一種新型的工業(yè)控制裝置來取代繼電器控制裝置，為此，特擬定了十項公開招標的技術(shù)要求，即：1編程簡單方便，

28、可在現(xiàn)場修改程序;2硬件維護方便，最好是插件式結(jié)構(gòu);3) 可靠性要高于繼電器控制裝置；4體積小于繼電器控制裝置；5可將數(shù)據(jù)直接送入管理機算機；6本錢上可與繼電器柜競爭；7輸入可以是交流115V；8輸出為交流115V，2A以上，能直接驅(qū)動電磁閥；9擴展時，原有系統(tǒng)只需做很小的改動；10用戶程序儲存器容量至少可以擴展到4KB。第二年，美國數(shù)字公司研制出了基于集成電路和電子技術(shù)的控制裝置，使得電氣控制功能實現(xiàn)了程序化，這就是第一代可編程序控制器?？删幊炭刂破魇且环N數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設(shè)計，它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)

29、操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字式或模擬式輸入輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)外部設(shè)備，都按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整體、易于擴充其功能的原那么而設(shè)計。可編程控制器是“數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)即為計算機產(chǎn)品?！皩樵诠I(yè)環(huán)境下應用而設(shè)計，即為工業(yè)計算機。這種工業(yè)計算機采用“面向用戶的指令。因此編程方便，它能完成“邏輯運算、順序控制、定時、計算和算術(shù)操作，它還具有“數(shù)字量或模擬量輸入輸出控制的能力。并且非常容易與“工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一體，易于擴充。這就是新一代的、現(xiàn)場工人易于接受的“藍領(lǐng)計算機，是真正的工業(yè)控制計算機。3.2 PLC的特點和應用領(lǐng)域 1.可靠性高由于采取了一系

30、列的保證PLC高可靠性的措施,PLC的平均無故障時間(MTBF)一般可達35萬小時.而且PLC的環(huán)境適應性也很強,它能在工業(yè)環(huán)境下可靠的工作.PLC的高可靠性已受到用戶的普遍認可.這是PLC得到廣泛應用的重要原因之一.目前在國內(nèi)外應用非常廣泛。保證PLC高可靠性的主要措施:良好的綜合設(shè)計(綜合考慮整體的可靠性):選用優(yōu)質(zhì)器件采用隔離,濾波屏蔽等抗干擾技術(shù);采用先進的電源技術(shù);采用時勢監(jiān)控技術(shù)和故障診斷技術(shù);采用冗余技術(shù)及良好的制造工藝.2.編程簡單PLC最常用的編程語言是梯形圖語言.梯形圖語言與繼電器原理圖相類似,這種語言形象直觀,容易掌握,不需要專門的計算機知識,便于廣闊現(xiàn)場技術(shù)人員掌握.當

31、生產(chǎn)流程需要改變時,就可以現(xiàn)場改變程序,使用方便,靈活.在大型的PLC中還有BASIC語言等可以滿足不同控制對象和不同使用人員的要求.應當指出:為了更靈活的使用PLC,充分發(fā)揮它的功能(尤其是大型的PLC), PLC的應用軟件設(shè)計需要較深入的掌握計算機硬件和軟件方面的知識.3.通用性強各個PLC的生產(chǎn)廠家都有各種系列的產(chǎn)品選擇.用戶可根據(jù)控制對象的規(guī)模和控制要求.選擇適宜的PLC產(chǎn)品,組成所需要的控制系統(tǒng).在進行應用設(shè)計時,一般不需要進行其他附件裝置的制作,從而使設(shè)計簡化.PLC是由各種模塊構(gòu)成，根據(jù)不同的要求可象搭積木一樣選取不同的IO模塊、通信模塊組成不同的系統(tǒng)。4.體積小,結(jié)構(gòu)緊湊,安裝

32、,維護方便PLC體積小, 結(jié)構(gòu)緊湊,便于安裝.一般PLC都具有自診斷,故障報警,故障種類顯示等功能,便于操作和維修人員的檢查,可以較容易通過更換模塊插件，來迅速排除故障。PLC的結(jié)構(gòu)緊湊，與被控制對象的硬件連線方式簡單，接線少、便于維護。二、PLC的應用領(lǐng)域PLC已廣泛應用于國內(nèi)外的機械、冶金、化工、汽車、輕工等行業(yè)中。假設(shè)按應用類型來分，PLC的應用領(lǐng)域大致可分為以下幾個領(lǐng)域。1.開關(guān)邏輯控制PLC最根本的功能是邏輯運算、計時、計數(shù)等，可實現(xiàn)邏輯控制，常常用來取代傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)。PLC對一些機床、機械手簡易機器人的控制、生產(chǎn)流水線的控制都屬于這一類型. 這是PLC最根本的應用2.閉環(huán)過

33、程控制大中型PLC都有多路的模擬量輸入輸出和PID控制,甚至有的小型的PLC也有模擬量輸入輸出.這樣, PLC可以用作模擬量控制,用于過程控制.3.位置控制較高檔次的PLC都有位置控制模塊,用于控制進步電動機或司服電動機，實現(xiàn)對各種機械的運動控制以及位置控制。4.監(jiān)控系統(tǒng)用PLC可以構(gòu)成監(jiān)控系統(tǒng)以及位置控制。進行數(shù)據(jù)采集和處理，監(jiān)控生產(chǎn)過程。5.分布式控制系統(tǒng)近幾年，隨著計算機控制技術(shù)的開展，國外正興起工廠自動化(FA)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng).較高檔次PLC的都有聯(lián)網(wǎng)功能，通過聯(lián)網(wǎng)可以將PLC與PLC, PLC與上位機(host computer )連接起來,構(gòu)成多極分布式控制系統(tǒng)。3.3 PLC控制系統(tǒng)的

34、組成PLC控制系統(tǒng)像一般的計算機一樣,也是由硬件和軟件兩大局部構(gòu)成的。硬件是指PLC本身及其外圍設(shè)備,軟件是指管理PLC的系統(tǒng)軟件, PLC的應用程序,編程語言和程序支持工具軟件. 硬件組成可編程控制器主要由中央處理單元CPU、存儲器RAM、ROM、輸入輸出單元I/O、電源和編程器等幾局部組成，其結(jié)構(gòu)如圖31所示。圖31 小型可編程控制器結(jié)構(gòu)圖1. 中央處理單元可編程控制器中常用的CPU主要采用通用微處理器、單片機和雙極型位片式微處理器三種類型，可編程控制器的檔次越高，CPU的位數(shù)也越多，運算速度也越快，功能指令越強。2. 存儲器可編程控制器配有兩種存儲器：系統(tǒng)存儲器和用戶存儲器。系統(tǒng)存儲器存

35、放系統(tǒng)管理程序。用戶存儲器存放用戶編制的程序。小型可編程控制器的存儲器的容量一般在8K字節(jié)以下。3. 輸入輸出單元實際生產(chǎn)過程中的信號是多種多樣的，外部執(zhí)行機構(gòu)所需的電平也是千差萬別的，而可編程控制器的CPU所處理的信號只能是標準電平，正是通過輸入輸出單元實現(xiàn)了這些信號電平的轉(zhuǎn)換。I/O單元實際上是可編程控制器與被控對象間傳遞輸入輸出信號的接口部件。I/O單元有良好的電隔離和濾波作用。接到可編程控制器輸入接口的輸入器件是各種開關(guān)、按鈕、傳感器等。PLC的各種輸出控制器件往往是電磁閥、接觸器、繼電器，而繼電器有交流型和直流型、高電壓型和低電壓型、電壓型和電流型之分。 輸入接口各種PLC的輸入電路

36、大都相同，通常有三種類型。一種是直流12-24V輸入，另一種是交流100-120V、200-240V輸入，第三種是交直流12-24V輸入。外界輸入器件可以是無源觸點或者有源傳感器的集電極開路的晶體管。這些外部器件是通過PLC輸入端子與PLC相連的。PLX輸入電路中有光耦合器隔離，并設(shè)有RC濾波器，用以消除輸入觸點的抖動和外部噪聲干擾。圖32是一個直流輸入端內(nèi)部接線圖。圖32 直流輸入端內(nèi)部接線圖 輸出接口電路PLC的輸出有三種形式：繼電器輸出、晶體管輸出晶、閘管輸出。圖33給出了PLC的輸出電路圖。其中繼電器輸出型最常用，晶體管輸出型是通過光耦和使晶體管截止或飽和以控制外部負載電路，第三種是雙

37、向晶閘管輸出型，采用光觸發(fā)型雙向晶閘管。三種輸出形式以繼電器型響應最慢。輸出電路的負載電源由外部提供。負載電流一般不超過2A。通常，PLC的制造廠商為用戶提供多種用途的I/O單元。從數(shù)據(jù)類型上看有開關(guān)量和模擬量；從電壓等級上看有直流和交流；從速度上看有低速和高速，從點數(shù)上看有多種類型；從距離上看可分為本地I/O和遠程I/O。圖33 PLC的輸出電路4 電源單元PLC的供電電源是一般市電，也有用直流24V供電的。PLC對電源穩(wěn)定度要求不高，一般允許電源電壓額定值在+10%-15%的范圍內(nèi)波動。PLC內(nèi)有一個穩(wěn)壓電源用于對PLC的CPU單元和I/O單元供電。小型PLC電源往往和CPU單元合為一體，

38、中大型PLC都有專門電源單元。有些PLC電源局部還有24V DC輸出，用于對外部傳感器供電，但電流往往是毫安級12。 . 軟件組成PLC控制系統(tǒng)的軟件主要是由系統(tǒng)軟件、應用軟件、編程語言軟件及編程支持工具軟件幾個局部組成的。1.PLC系統(tǒng)軟件與工作過程PLC系統(tǒng)軟件是PLC工作所必須的軟件。在系統(tǒng)軟件的支持下，PLC對用戶程序進行逐步的解釋，并加以執(zhí)行，直到返回到程序的起始又開始新一輪的掃描。PLC的這種工作方式就是循環(huán)掃描。值得注意的是在繼電器的一個線圈被接通或斷開時其他所有觸點都會立即動作，但是PLC中，由于采用循環(huán)掃描的工作方式，所以只有掃描到線圈時，觸電才會動作，沒有掃描到就不會動作。

39、并且PLC掃描一次用戶程序的時間即是掃描周期與用戶程序的長短和掃描速度有關(guān)，一般為1到幾十毫秒。在沒有進行掃描之前，PLC首先應保證自身的完好性，接通電源之后，為消除各元件狀態(tài)的隨機性，進行清零或者復位處理，檢查I/O單元連接是否正確，再執(zhí)行一段程序。使它涉及到各種指令和內(nèi)部元件，如果執(zhí)行的時間不超過規(guī)定的時間范圍，那么證明自身的完好性，否那么系統(tǒng)自動關(guān)閉，上述操作完成后，將時間監(jiān)視定時器復位，才容許掃描用戶程序2。2.應用軟件PLC控制系統(tǒng)的應用軟件是指為了完成PLC實際控制任務(wù)而編制的各種軟件。隨著PLC的應用領(lǐng)域范圍不斷擴大，應用水平的提高，PLC應用軟件也大大的豐富起來了。PLC應用軟

40、件與一般計算機信息處理軟件相比，有很大的不同，PLC應用軟件有以下幾個特點：應用軟件必須和生產(chǎn)工藝緊密相連。生產(chǎn)工藝不同那么要求有不同的應用軟件相配，所以程序人員必須深入現(xiàn)場，嚴格遵守生產(chǎn)工藝的具體要求進行相應的程序設(shè)計。應用軟件與硬件緊密相關(guān)，設(shè)計程序時必須根據(jù)硬件系統(tǒng)、接口的實際情況進行相應的程序設(shè)計。PLC的應用軟件設(shè)計需要計算機、自動控制技術(shù)甚至網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)等多種知識。特別是PLC網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)，PLC控制系統(tǒng)不再是一個獨立的裝置，在控制系統(tǒng)中可能包括不同的PLC或計算機、外圍設(shè)備等。因此在軟件設(shè)計時，實現(xiàn)和處理某種控制時都離不開計算機、自動控制和通訊技術(shù)。因此應用程序中不僅有PLC程序，

41、還有計算機程序和通訊網(wǎng)絡(luò)程序等。3. 編程語言及編程支持工具軟件PLC有多種編程語言：梯形圖語言、助記符語言、邏輯功能圖語言、和某些高級語言如Basic C語言等。但是使用最廣泛的是梯形圖語言和助記符語言。如今各生產(chǎn)廠家在研制自己的PLC編程工具軟件如西門子的SETP7,OMRON的CPT等和監(jiān)控軟件。我們可以根據(jù)自己的需要利用這些軟件來提高我們的編程效率。3.4 PLC控制系統(tǒng)的開展趨勢一、小型化、高性能、底本錢、簡單實用近年來，小型PLC的應用十分廣泛，超小型PLC的需求日益增多。據(jù)統(tǒng)計美國機床行業(yè)超小型PLC幾乎占據(jù)了市場的1/4，國外許多的PLC廠家在積極的研制開發(fā)各種超小型微型的PL

42、C。例如德國的西門子公司的S7-200即可以單機運行也可以實現(xiàn)連網(wǎng)實現(xiàn)復雜的控制。它的最小配置是8個數(shù)字量輸入和6個數(shù)字量輸出，還可以根據(jù)實際情況擴展模塊，最多可達128輸入和120輸出，此外它還可以進行模擬量控制，是一種性能價格比較好的微型PLC。二、大型化、網(wǎng)絡(luò)化、多功能化多層次分布式控制系統(tǒng)與集中型相比，具有更高的平安性和可靠性。系統(tǒng)設(shè)計、組態(tài)也更為靈活方便，地域分布也廣，是當前控制系統(tǒng)開展的主要潮流。為了適應這種開展，實現(xiàn)工廠自動化，世界上各PLC廠家不斷的研制開發(fā)功能更強的PLC網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。這種PLC網(wǎng)絡(luò)一般是多級的，網(wǎng)絡(luò)的最底層是現(xiàn)場執(zhí)行級，中間是協(xié)調(diào)級，網(wǎng)絡(luò)的最上層是組織管理級?，F(xiàn)

43、場執(zhí)行級可以由多個PLC或遠程I/O工作站組成，中間一級由PLC或計算機組成。最高一級一般由高性能的計算機組成。他們之間采用工業(yè)以太網(wǎng)，MAP網(wǎng)和工業(yè)現(xiàn)場總線相連構(gòu)成一個多級分布式PLC。隨著自動控制系統(tǒng)技術(shù)的開展，這種多級分布式PLC控制系統(tǒng)功能不再是單一的，除了控制功能外，還可以實現(xiàn)在線優(yōu)化、統(tǒng)計管理等功能，成為一種測、控、管一體化的多功能綜合系統(tǒng)。三、PLC控制系統(tǒng)將與智能控制系統(tǒng)更進一步地相互滲透和結(jié)合目前，PLC與計算機已經(jīng)成功的結(jié)合并廣泛的使用，PLC不在是一個孤立的裝置，它已經(jīng)成為控制系統(tǒng)中一個重要的組成局部和環(huán)節(jié)。隨著集成電路和計算機技術(shù)的開展，今后的PLC將更加注重和其他智能

44、控制系統(tǒng)的結(jié)合。許多PLC開發(fā)商已經(jīng)注意到PLC的兼容性，不僅是PLC與PLC之間的兼容，而切注意到PLC與計算機的兼容。使之可以充分的發(fā)揮計算機現(xiàn)有的軟件資源。例如西門子的S7-300采用SIMATIC S7的模塊，它的軟件編程以可以在Windows 操作平臺上進行，今后PLC將采用速度更快、功能更強的CPU容量更大的存儲器，并將充分的利用計算機資源。PLC將與工業(yè)控制計算機、集散控制系統(tǒng)、嵌入式計算機控制系統(tǒng)等將進一步滲透與結(jié)合，這將更進一步拓寬PLC的應用領(lǐng)域和空間。第四章 PLC控制方案的設(shè)計4.1方案選擇本設(shè)計是以燃氣脈沖吹灰器為研究設(shè)計對象，燃氣脈沖吹灰器是一種自動化程度要求較高的

45、電器設(shè)備,廣泛應用與電場鍋爐，工業(yè)鍋爐，垃圾燃燒爐，循環(huán)硫化爐等設(shè)備，是鍋爐吹灰的首選技術(shù)。隨著計算機技術(shù)和可編程控制技術(shù)的的開展， PLC工業(yè)自動控制領(lǐng)域中應用愈來愈廣,它在控制性能、靈活性及廉價的本錢等方面所表現(xiàn)出來的優(yōu)勢,是其它工控產(chǎn)品難以比較的。對于輸入輸出點不是很多，運行次數(shù)頻繁，周期長，并且又需要經(jīng)常改變系統(tǒng)參數(shù)的吹灰器來說，用PLC控制技術(shù)對燃氣脈沖吹灰器的控制完全可以勝任控制需要。本系統(tǒng)主要表現(xiàn)在程序的順序控制，手/自動切換以及連鎖報警。各層的工作狀態(tài)由對應的燈鈕顯示。每一個電動球閥代表一層控制單元，共九層控制單元。4.2 工作流程 1.吹掃控制：在設(shè)備啟動時，手動翻開各層電動

46、球閥吹入空氣，同時翻開點火罐、層分配器底部排污孔，排放積水，到達吹掃作用。吹掃時間由現(xiàn)場工業(yè)鍋爐設(shè)備和安裝情況而定。當?shù)竭_吹掃目的后，必須關(guān)閉排污孔。2. 手動轉(zhuǎn)入自動控制：吹掃完成后，轉(zhuǎn)入自動控制，控制系統(tǒng)將自動檢測目前電動球閥的狀態(tài)，并將所有的球閥關(guān)閉，當指示燈的關(guān)燈全亮后，系統(tǒng)開始進行逐層的吹灰控制，在吹灰操作中，每次只能有一層進行吹灰，其他各層必須保證電動球閥為關(guān)閉狀態(tài)3. 吹灰控制程序：本層電動球閥翻開，吹入空氣，到達吹掃目的后，吹入乙炔氣體，乙炔氣體輸入量通過設(shè)定進氣時間來控制電磁閥的吸合來確定?？諝夂鸵胰驳竭_一定的比例并充分混合后，PLC通過控制點火器使點火桿打火，引燃氣體，到達

47、吹灰效果。下一層的切換：程序通過點火次數(shù)記次吹灰次數(shù)，當?shù)竭_吹灰次數(shù)切換到下一層。當?shù)竭_吹灰次數(shù)后，上一層電動球閥逐漸關(guān)閉；下一層電動球閥逐漸開啟，當完全開啟后，進入上述吹灰控制程序，如此循環(huán)控制，到達吹灰控制的目的。4. 急?？刂疲焊鶕?jù)設(shè)備及工況的情況，我們引入了急?？刂瓢粹o，當發(fā)生緊急情況，按下按鈕，設(shè)備恢復初始狀態(tài)，要再次啟動設(shè)備需要按規(guī)定的順序進行再啟動。當發(fā)生緊急情況，按下按鈕，還可以到達切斷電源的目的。5. 報警控制：對吹灰系統(tǒng)進行吹灰，要保證只有一層翻開吹灰，其他各層為關(guān)閉狀態(tài)，當某層或某些層在設(shè)定時間還沒有到達電動球閥的完全翻開或完全關(guān)閉，那么系統(tǒng)報警，使指示燈不斷的閃爍。4.

48、3 PLC選型和資源配置由于整個系統(tǒng)涉及的根本上是開關(guān)量，并且數(shù)量不多，輸入點共40個，輸出點共40個，所以選用西門子公司的S7-200系列可編程控制器CPU224，并配置了EM223模塊作為擴展模塊，圖4-1為控制系統(tǒng)的控制面板圖“1#開9#開為九層控制系統(tǒng)的各層的開啟燈鈕“1#關(guān)9#關(guān)為九層控制系統(tǒng)的各層的關(guān)閉燈鈕“除灰為控制系統(tǒng)的除灰開啟燈鈕 “手/自動為手/自動轉(zhuǎn)換選擇開關(guān)“復位按鈕對系統(tǒng)進行初始化控制 “急停蘑菇型按鈕起到接通電源的控制。圖4-1 控制面板圖詳細的PLC控制系統(tǒng)I/O圖見附錄圖1。圖4-2為系統(tǒng)的電器接線圖J1-J9 J1-1-J9-9分別為接通電動球閥正反轉(zhuǎn)的交流接

49、觸器JC為接通電磁閥的接觸器， JD為接通點火器的交流接觸器， M1-M9為電動球閥圖4-2 電器接線圖PLC及其他電器元件選型如下表：表4-1 電控柜明細表名稱型號規(guī)格數(shù)量備注可編程控制器CPU224AC/DC/繼電器I14Q1016ES7-214-1BD模塊EM22324VDC輸入/繼電器輸出I16Q16輸出 24V DC26ES7-223-1PLEM22324VDC輸入/繼電器輸出I4Q416ES7-223-1HF帶燈按鈕AR22FOL-11M4X22綠10開燈燈鈕帶燈按鈕AR22FOL-11M4X22紅10關(guān)燈燈鈕帶燈按鈕AR22FOL-11M4X22紅1除灰燈鈕選擇開關(guān)AR22PR-

50、210B221手/自動按鈕AR22FOR221復位蘑菇形按鈕AH22-MR11221急停紅燈DR22E3L-E4R221報警燈接觸器SC-03無輔助點20電動球閥正反轉(zhuǎn)空氣開關(guān)SA33C15A1開關(guān)電源S8JC150241供應24V直流電源PLC詳細的地址定義如表4-2表4-2 輸入點地址：序號PLC輸入點號功能序號PLC輸入點號功能1I0.0一層開按鈕19I2.4一層限位開2I0.1一層關(guān)按鈕20I2.5一層限位關(guān)3I0.2二層開按鈕21I2.6二層限位開4I0.3二層關(guān)按鈕22I2.7二層限位關(guān)5I0.4三層開按鈕23I3.0三層限位開6I0.5三層關(guān)按鈕24I3.1三層限位關(guān)7I0.6四

51、層開按鈕25I3.2四層限位開8I0.7四層關(guān)按鈕26I3.3四層限位關(guān)9I1.0五層開按鈕27I3.4五層限位開10I1.1五層關(guān)按鈕28I 3.5五層限位關(guān)11I1.2六層開按鈕29I3.6六層限位開12I1.3六層關(guān)按鈕30I3.7六層限位關(guān)13I1.4七層開按鈕31I4.0七層限位開14I1.5七層關(guān)按鈕32I4.1七層限位關(guān)15I5.4八層開按鈕33I4.2八層限位開16I5.5八層關(guān)按鈕34I4.3八層限位關(guān)17I2.0九層開按鈕35I4.4九層限位開18I2.1九層關(guān)按鈕36I4.5九層限位關(guān)37I5.0除灰按鈕39I5.2急停按鈕38I5.1手/自動40I5.3復位按鈕表4-3

52、 輸出點地址：序號PLC輸出點號功能序號PLC輸出點號功能1Q0.0一層反轉(zhuǎn)19Q3.2電磁閥2Q0.1一層正轉(zhuǎn)20Q3.3點火器3Q0.2二層反轉(zhuǎn)21Q3.4一層開指示燈4Q0.3二層正轉(zhuǎn)22Q3.5一層關(guān)指示燈5Q0.4三層反轉(zhuǎn)23Q3.6二層開指示燈6Q0.5三層正轉(zhuǎn)24Q3.7二層關(guān)指示燈7Q0.6四層反轉(zhuǎn)25Q4.0三層開指示燈8Q0.7四層正轉(zhuǎn)26Q4.1三層關(guān)指示燈9Q1.0五層反轉(zhuǎn)27Q4.2四層開指示燈10Q1.1五層正轉(zhuǎn)28Q4.3四層關(guān)指示燈11Q2.0六層反轉(zhuǎn)29Q4.4五層開指示燈12Q2.1六層正轉(zhuǎn)30Q4.5五層關(guān)指示燈13Q2.2七層反轉(zhuǎn)31Q4.6六層開指示燈14Q2.3七層正轉(zhuǎn)32Q4.7六層關(guān)指示燈15Q2.4八層反轉(zhuǎn)33Q5.0七層開指示燈16Q2.5八層正轉(zhuǎn)34Q51七層關(guān)指示燈17Q2.6九層反轉(zhuǎn)35Q5.2八層開指示燈18Q2.7九層正轉(zhuǎn)36Q5.3八層關(guān)指示燈37Q5.4九層開指示燈39Q6.0除灰燈38Q5.5九層關(guān)指示燈40Q6.1報警燈4.3 自動控制系統(tǒng)PLC程序設(shè)計一： 吹灰器啟動步驟：