吹灰器系统微机监控毕业设计

四川大学网络教育学院本科生(业余)毕业论文（设计）题 目 吹灰器系统微机监控 办学学院 四川大学网络教育学院 校外学习中心 北京市金航教育培训学校 专 业 电气工程及其自动化 年 级 2014 级（春季） 指 导 教 师 * 学 生 姓 名 * 学 号 2016 年 3 月 18 日吹灰器系统微机监控专业：电气工程及其自动化学生：* 指导教师：*摘 要当今随着经济的快速发展，中国已经全面进入小康社会。但是随之而来的环境越来越突出，大气污染、水污染等等。其中尤其是大气污染最为让人关注，“雾霾”一词家喻户晓。全 国 范 围 内 雾 霾 严 重 燃 煤 电 厂 毫 无 意 外 地 成 了 众 矢 之的 ！ 2011年煤电烟尘排 放 量 约 215 万 吨 ， 占 全 国 烟 尘 排 放 总 量 的 16.9%； 二 氧 化硫 排 放 量 约 900 万 吨 ， 占 全 国 二 氧 化 硫 排放总量的 40%；氮氧化物排放量 1106万吨，占全国氮氧化物排放总量的 46%。发电量的增加和耗煤 量 加 大 ， 近 几 年 电厂 氮 氧 化 物 排 放 增 长 迅 速 。 煤 电 毫 无 疑 问 的 是 中 国 的 头 号 空 气 污 染 源 。 面 对 民间 的 减 排 呼 声 和 政 府 的 减 排 压 力 ， 吹 灰 器 系 统 的 自 然 进 人 人 们 的 视 野 。吹灰器用于吹扫锅炉受热面上的积灰和结渣。主要用在清除捕渣管、过热器、再热器及省煤器上的积灰和结渣，也可用来清除炉顶和管式空气预热器的积灰。吹灰器可以有效提升受热面的换热效率。降低排烟温度，减低电厂的燃煤量。达到节能减排目的。而国内市场的吹灰器质量参差不齐，运行和监控吹灰器主要靠现场巡查人员，浪费不少人力物力。吹灰器的自动化运行以及监控的实时性是非常必要的。本设计主要阐述了基于西门子 200PLC 的吹灰器微机监控系统的设计原理，包括了主要的程序设计和电路设计等。此系统采用西门子 200PLC（226CN）作为吹灰系统的逻辑控制、温度、空气乙炔压力的控制器。可以实现吹灰器的有效的正常运行。同时采用温度传感器及压力传感器进行采样，通过 PLC 编程转换将温度和压力值显示在 PC 和触摸屏上，设置上下限报警。关键词：大气污染 环保 火电厂 雾霾 吹灰器目录1 吹灰器系统简介 .11.1 吹灰器工作原理 .11.2 常见吹灰形式的性能与优缺点 .11.2.1 蒸汽吹灰器 .11.2.2 声波吹灰器 .21.2.3 燃气脉冲吹灰器 .22 吹灰器系统微机监控系统概述 .42.1 吹灰器系统微机监控系统的目的 .42.2 吹灰器系统微机监控系统的功能 .53 设计方案 .63.1 简述 .63.2 设计方案 .63.2.1 总体设计方案 .63.2.2 技术参数 .63.2.3 系统组成图 .73.2.4 控制部分 .73.2.5 显示部分 .83.2.6 采集部分 .84 系统硬件设计 .94.1 PLC 部分硬件 .94.1.1 西门子 PLC 的 CPU.94.1.2 西门子 PLC226CN 的技术参数 .104.1.3 西门子 S7-200 模拟量扩展 EM231 CN .114.1.4 西门子 EM223 输入输出模块 .154.2 传感器硬件部分 .174.2.1 乙炔压力传感器 .174.2.2 空气压力传感器 .204.2.3 温度传感器 .224.3 触摸屏硬件部分 .245 系统软件设计 .275.1 软件设计的整体思想 .275.2 PLC 程序流程图 .285.3 PLC 程序 .295.4 触摸屏组态 .33结 论 .36参考文献 .37附录 .381吹灰器系统微机监控1 吹灰器系统简介吹灰器是在国内是一个新兴的环保行业，对于大多数人这是一个很生僻的行业。提到这三个字大多人的反应就是这是个什么东西，用在什么地方，长什么样子等等的反应。针对这些问题本章节就对吹灰器的作用原理以及行业概况进行简要的介绍。让阅读本设计的人对吹灰器有一个大概的了解。1.1 吹灰器工作原理吹灰器顾名思义是利用蒸汽、压缩空气或压力水清除锅炉受热面上积灰和结渣的装置。在锅炉中，燃料燃烧后产生的部分灰渣会粘附在锅炉受热面上，影响传热效果，因而须经常进行清灰。最为常见的清灰方法是用吹灰器除灰，此外还有钢珠除灰、振动除灰和声波除灰等。用吹灰器定期吹灰可改善传热效果，节约燃料 12，并可预防大量结渣和堵灰，提高锅炉可用率。目前国内吹灰行业最常见的吹灰器形式有三种：蒸汽吹灰、声波吹灰和燃气脉冲吹灰。三种吹灰方式各有利弊，针对不同形式锅炉，积灰程度以及积灰部位选用其适合的吹灰方式。本设计主要针对三种吹灰器中的燃气脉冲吹灰来进行设计。1.2 常见吹灰形式的性能与优缺点1.2.1 蒸汽吹灰器1、蒸汽吹灰器的工作原理是利用一定温度压力蒸汽流经截面连续变化的缩放喷头，增大焓降提高出口流速，产生较大冲击力，吹扫受热面上积灰。作为一种传统的吹灰方式 , 当整个装置运转正常时对清除受热面的积灰和降低排烟温度都有一定作用 , 特别对结渣性强 , 灰熔点低较为有效。2、其技术性能主要优点是：(1) 可以布置在锅炉各个部位 , 能对炉膛、水平烟边、尾部竖井的受热面进行吹灰。(2) 对结渣性较强 , 灰熔点低和较粘的灰有较明显效果。2(3) 蒸汽来源比较充分。 3、其技术性能主要缺点是：(1) 排烟中含湿量增大 , 烟气露点较高； 酸腐蚀加重，易结块堵塞烟道。(2) 吹灰耗费蒸汽运行费用较高 ,同时导致锅炉补给水和水处理费用增高。(3) 机械传动和电气部分在运行中故障率高 , 检修和维护工作量大 , 费用高。(4) 能耗高，运行费用高，效率低，吹灰死角多。(5)吹灰器伸缩部份易弯曲变形卡死，易爆管，维护量大，装置占地面积多 1.2.2 声波吹灰器1、声波清灰器作为一种实用生产技术的提出和发展始于二十世纪六十年代的欧洲，随后进入美国市场。八十年代，我国也开始试验性地推广应用。声波清灰技术是利用声场能量的作用清除锅炉换热器受热面积灰的方法。声波吹灰器的工作原理是将压缩空气或蒸汽流经金属膜片、旋笛、发声共振腔或其它声波发生组件产生很强的声音，声波在烟道或炉膛内传播，牵动烟气中的灰粒同步振动，并周期性改变积灰边界层的纵向压力梯度，在声波振动及疲劳反复累计作用下，使微少的灰粒难以靠近积灰面或使沉积在积灰面上的灰尘破坏而剥离，从而达到清灰的目的。2、其技术性能主要优点是：(1)结构简单可靠,启停操作方便；无吹扫介质冲刷受热面，运行安全 , 维修工作量少,费用低。(2) 声波可以贯穿和清洁其它吹灰难以达到的位置在作用范围内不留死角。(3)运行成本低廉。3、其技术性能主要缺点是： (1)结构较复杂，采用了多个机械活动部件来产生声波，由于活动部件较多，所以极易损坏，还容易出现操作困难及发声不可靠的现象。(2)产生的声能能量较低，由于现有吹灰器主要产生线性频率，不能够与锅炉产生的所有灰垢的固有频率产生共振，从而产生清灰不彻底，并影响了其适用的范围。(3)产品使用寿命周期较短，由于产品工作在高温环境下，现有吹灰器的制造材料耐高温性能较差、抗腐蚀能力较弱影响了其使用寿命。31.2.3 燃气脉冲吹灰器1、燃气脉冲激波吹灰器的工作原理是利用空气和可燃气体在一特殊的容器中混合 , 经高频点火 , 产生爆燃 , 瞬间产生的巨大声能和大量高温高速气体，以冲击波的形式振荡、撞击和冲刷受热面管束，使其表面积灰飞溅，随烟气排出，沉积硬块破碎脱落。 2、其技术性能主要优点是 :(1) 能量大 , 既适合于松散性积灰又适合于粘结性积灰 , 结焦和堵灰的清除。(2)整个系统简单 , 无转动机械 , 运行程序全自动化。操作简单 , 不需要经常维护。(3) 结构尺寸小 , 易用于空间尺寸小的位置。 3、其技术性能主要缺点是：(1)需定期更换供气设备。(2)运行成本高。(3)只对垂直冲刷面起作用，有吹灰死角。(4)长期冲刷易使受热面变薄或变形，影响正常运行。42 吹灰器系统微机监控系统概述上一章简要的介绍了吹灰器的作用原理、行业概况以及各种吹灰器的优缺点。让人们对于吹灰器有一个大概的了解。同时也提到本设计对主要针对燃气脉冲吹灰器的微机监控系统。本章介绍微机监控系统的目的和系统所实现的功能。2.1 吹灰器系统微机监控系统的目的燃气脉冲吹灰器的工作原理是利用空气和可燃气体在一特殊的容器中混合 , 经高频点火 , 产生爆燃 , 瞬间产生的巨大声能和大量高温高速气体，以冲击波的形式振荡、撞击和冲刷受热面管束，使其表面积灰飞溅，随烟气排出，沉积硬块破碎脱落。在燃气脉冲吹灰器日常运行中，压缩空气压力、乙炔压力和温度扮演着至关重要的角色。空气和乙炔两种气体通过一定比例的混合，经高频点火产生爆燃。压缩空气直接从电厂储气罐中采取，压力比较恒定。而工业乙炔气体大都采用钢瓶来储存，乙炔瓶内气量充足时可保证压力恒定，随着时间推移瓶内气体越少。随时调整乙炔压力和更换乙炔瓶才能保证吹灰器正常运行。乙炔的燃点是固定的，在混合罐中不断点燃混合气体，混合罐的温度不断升高。当混合罐的温度超过乙炔燃点时，进入混合罐的乙炔气体还没到爆燃比例是已经燃烧，就会出现“哑炮”现象。减低混合罐的温度是通过压缩空气的吹扫。保证混合罐的温度低于乙炔的燃点也是吹灰器能否正常运行的重要条件。本论文中所介绍的吹灰器微机监控系统就是基于西门子 PLC 和传感器。该系统能够对压缩空气管路、乙炔管路和混合罐中的压力和温度进行采集，利用压力传感器将压力的变化，通过电流信号传送到 PLC 模块中编程转换成数值。转换成的数值去 PC 机和触摸屏然，显示压缩空气管路和乙炔管路实际压力。并且同时通过与事先设定值相比较，一旦超过事先设定的压力和温度限制，压力和温度报警设置将进行报警。此种设计方案实现了压力的实时测量、显示和控制。这种系统抗外界干扰能力强，测量精度较高，安装比较方便，性价比高，容易维护。 在有些吹灰公司对于压力和温度的监控而且不够重视，在现场调试全靠现场工人的经验。但是在日产运行中乙炔瓶的气体是够充足，电磁阀是否正常工5作，有没有“哑炮”现象。全靠人工巡检。传统的人工的测试方法费时费力、效率低，并且人工巡检的时间误差很大。本文即是针对这一问题,设计出了能够实现温度自动检测，显示，设置上下限报警等多功能的微机监测控制系统。它是一种可连续高精度调温的温度控制系统，它测量方便，应用广泛，功能强大，是一项非常实用的温度控制系统。2.2 吹灰器系统微机监控系统的功能本文中的设计是对燃气脉冲吹灰器的混合罐温度、空气压力、乙炔压力进行实时监测与控制，所设计的微机监控系统实现了最基本的逻辑控制功能和混合罐温度、空气压力、乙炔压力实时监测与控制：当混合罐温度、空气压力、乙炔压力低于设定下限或者高于设定上限值时，报警装置开始启动。混合罐温度、空气和乙炔压力上下限报警的处理方法不同。此次设计采用西门子 200PLC作为数据处理与控制单元，为了进行数据处理，空气压力传感器型号：CYYZ39-Z-12-A1-19-B-G 乙炔压力型号：CYYZ18-P-09-A1-19-B-G 温度传感器型号：CWDZ11-Z-01-A1-19-L30-G，把 4-20MA 的电流信号信号传递到 PLC 上专用模块（EM231）进行处理。经过 PLC 编程转换和数据处理之后，发出控制信息改变报警和控制执行模块的状态，同时将当前压力和温度信息发送到触摸屏显示器上进行显示,这个系统可以实现压力和温度信号采集与显示，通过进行数据的运算处理，发出控制信号以达到控制对象正常的目的。63 设计方案3.1 简述上一章中简述了燃气脉冲吹灰器的微机监控系统的设计原理、对于与吹灰器系统正常运行的重要性。本章介绍微机监控系统的设计思路和总体方案。它主要的组成部分及其性能参数。本设计的吹灰器微机监控系统是由压力和温度数据采集系统、处理系统和报警系统组成，PLC、压力、温度传感器、触摸屏与报警电路等组成。通过对压力和温度信号的采集、分析、处理，然后输出信号来执行相应的部件进行动作，使压力和温度控制在正常范围之内。3.2 设计方案3.2.1 总体设计方案吹灰器微机监控系统是采用 PC 机、触摸屏和 PLC 控制，可以实现分时、定时、循环控制，实现人性化操作。控制柜采集现场的流量信号、压力信号通过压力传感器和温度传感器输入到 PLC（PLC 采用西门子 S7 系列）内。PLC 对系统进行实时控制，可实现手动、自动两种模式任意控制，触摸屏可以实时的监控吹灰器的运行状况和实现手动对某一组或自动对整个系统的连续自动吹扫。每一组的充气时间，各组之间的运行时间间隔可通过人机触摸屏任意调整，整个系统达到运行状态检测和故障自动检测及声光报警，具有完整的连锁、保护和自诊断功能。3.2.2 技术参数工作电压： 触摸屏 24VDCPLC 220VAC传感器 24VDC测控范围： 空气压力 0-1Mpa 乙炔压力 0-400Kpa