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干除荻控制系统的设计与分析 摘要 y3 9 8 0 7 9 本文基于实际工程背景，研究与探讨了谏壁发电厂干除灰控制系统的设 计与分析。该系统是一个将工业控制计算机系统与可编程控制器( p l c ) 融合 为一体的、过程自动化与信息管理自动化相结合的新型综合集散控制系统 ( d c s ) 。本文主要完成了以下工作： 1 沦述了干除灰集散控制系统的总体规划与设计。 2 给出了集散控制系统软件设计的方法和技巧。 3 ， 剖析在特定环境下如何根据需要自己指定通信协议，并给出了这一协 议的软件实现。 4 探讨了最优控制在本集散控制系统的应用。 、 关键词：集敞控制系统q 略鼬可编程控制器黼通信协议、最优控制 南京堙工大学硕士学位论文 竖垄丝型墨堑些坠生皇坌塑 a b s t r a c t w i t ht h e b a c k g r o u n d o ft h e p r a c t i c a lp r o d u c t i o n ，ad i s t r i b u t e dc o n t r o l s y s t e m ( d c s ) w h i c hi sa p p l i e dt og e tr i do fa s hi np o w e rs t a t i o ni sd i s c u s s e di nt h i s p a p e r 。t h ed c sc o n s i s t so fi p ca n dp l c ，a n di tr e a l i z e sp r o c e s s i n ga u t o m a t i o na n d i u f o r l n a t i o n m a n a g e m e n ta u t o m a t i o n 。t h ef o l l o w i n gw o r kh a sb e e nd o n ei nt h e p a p e r ： 1 d i s c u s s e dt h et o t a lp l a na n d d e s i g n a t i o no f t h ec o n t r o ls y s t e m 。 2g i v e no u tam e t h o d o f d e s i g n i n g as o f t w a r ef o rc o n t r o ls y s t e m 3 a n a l y z e dt h em e t h o do fm a k i n gac o m m u n i c a t i o np r o t o c o la c c o r d i n gt o r e q u i r e m e n to f c o n d i t i o n ，a n dd e s i g n e dt h ea c c o r d i n gs o f t w a r e 。 4 b r i n gf o f _ w a r daw a y o f t h er e a l i z a t i o no f o p t i m a lc o n t r o li nt h i ss y s t e m k e y w o r d ：d c s 、p l c 、c o m m u n i c a t i o np r o t o c o l 、o p t i m a lc o n t r o 南京理工大学硕士学位论文 、 干除灰控制系统的设计与分析 1 1 课题来源 第一章概述 本课题来源于谏壁发电厂的干除灰改造工程。镇江谏壁发电厂是华东地 区最大的火力发电厂，现有发电机组1 0 台，年发电总量为1 0 0 多亿千瓦小时， 年产灰量1 2 0 1 5 0 万吨，而年电除尘总量仅为1 4 万吨，仅占年产灰量的1 0 左右，造成直接经济损失约4 0 万元。而且，由于原干除灰系统自动化程度低， 可靠性差，喷灰、堵管事件频频发生，对于周围环境也形成污染，除此以外， 由于与之相配套的测量料位计常出故障，使于除灰系统经常处于手动运行状 态，从而导致干除灰系统出灰受到限制且加熏了运行人员的劳动强度。为了 摆脱陈旧的控制方法，建立先进、可靠、高效、操作便捷的控制系统，则是本 次干除灰改造工程的主要目标。该项目于2 0 0 0 年3 月开始设计，于2 0 0 0 年 8 月交付使用，通过验收。现在运行情况良好，大大提高了生产效率，降低 了故障率，保证了生产安全，提高了自动化水平和管理水平，并取得了良好 的经济效益和社会效益。本文基于这一工程背景，讨论与研究了工业控制计 算机系统( i p c ) 与可编程逻辑控制器( p l c ) 融合为一体的、过程控制自 动化与信息管理自动化相结合的新型综合集散型控制系统的总体设计与系统 软件的设计。 1 2 集散控制系统及其发展 7 0 年代，微处理器高速发展，结合通讯网络技术，出现了分布式处理系 统。分布式处理系统大量应用于工业控制领域，促进了集散控制系统( d c s ) 的发展。集散控制系统是种分布式多层次控制结构系统，采用标准化、模 块化、系列化设计是由过程控制级、生产调度管理级所组合成的一个以网 络通讯为纽带的计算机网络系统。充分体现了管理集中性和控制的分散性的 思想。一个典型的四层集散型控制系统结构如图1 i 。 南京理工大学硕士学位论文 干除灰控制系统的设计与分析 第四层 第三层 第二层 第一层 现场设备 图1 1 集散控制系统的层次结构 直接控制级 直接与各类现场设备相连接，对所连设备进行直接的检测、处理与控制， 同时接受上层的管理信息，并实时上传采集的现场数据。 过程管理级 这一级上的过程管理计算机通过监视生产过程的信息，集中进行显示操 作、控制回路组态、过程参数、优化过程等处理。 生产管理级 在生产管理级的计算机上主要进行各生产单元参数改变，调度与管理生 产。 经营管理级 这一级上的计算机系统一般将生产管理与办公室自动化连接起来，担负 起全厂的总体协调管理。 然而，对于特定的集散控系统来说，并不是所有四层都必不可缺的。小 规模系统中一般只有直接控制级、过程管理级。中规模集散系统中另外还使 用第三层，在大规模控制系统中刁能真正应用到经营管理级。 进入九十年代以后，计算机技术突飞猛进，更多新的技术被应用到了d c s 之中。这些技术包括以下几个方面： 现场总线和f c s 目前在仪器仪表行业发展最快的是现场总线。根据国际电工委员会 南京理工大学明士学位论文 4 千除灰控制系统的设计与分析 1 e c l l 5 8 定义：安装在制造或过程区域的现场装置与控制室内的自动控制装 置之间的数字式、双向、串行、多点通信的数据总线称为“现场总线”。 目 前国际上共有4 0 多种现场总线，主要有：f f 、p r o f i b u s 、l o n w o r k s 、 c a n 、w o r l d f i p 、c o n t r a ln e t 、h a r t 、d e v i c e n e t 、i n t e r b u s 等。 在现场总线出现后，d c s 的现场控制站将向分布式结构发展，其控制功 能将进一步分散到现场设备上，而现场控制站的主c p u 则越来越象一个通信 控制器。因此，d c s 将向更加分散化的方向发展。 p l c 和商品化的控制软件包 p l c 是一种针对顺序逻辑控制发展起来的电子设备，主要用于代替不灵 活而且笨重的继电器逻辑。近年来，p l c 在模拟量的输入输出、控制回路计 算以及网络功能方面发展很快，现在已和d c s 的现场控制站的功能相近。同 时，配合p l c 应用的商品化控制软件包也很快地发展起来了。这样，p l c 加 上运行于通用微机平台上的商品化控制软件包已经构成了另一种形态的 d c s 。这种系统比传统的d c s 价格更低，而且更具灵活性和开放性。 i n t e r n e t 和i n t r a n e t 技术进入控制领域 生产过程的数据不仅要用于过程的控制，还要用于生产的管理。因此，随着 i n t e r n e t 技术的发展，用于企业内部的信息共享网络i n t r a n e t 应运而生， 而且迅速地被各d c s 厂家所重视，纷纷将此功能加入自己的系统中。最近， 又出现了使与企业有关的外部方面能够共享企业信息的e x t r a n e t 。这样， 从单一的生产过程到全企业各个生产过程的统一管理与控制，再到与企业相 关的外部世界的信息共享，d c s 的含义已被大大的扩展了。 1 3 干除灰控制系统的现状与发展方向 目前国内火力发电厂的干除灰控制系统大部分是传统的继电器电路顺序 型控制系统，也有一些是以可编程逻辑控制器( p l c ) 为核心的集散控制系 统。谏壁发电厂采用的是p l c 控制，具有比较好的灵活性与可靠性，但随着 计算机通信技术和信息技术的发展，早期单一的p l c 控制系统已显得陈旧、 落后，不能很好地适应许多新的要求，主要体现在以下几个方面。 系统的集成程度低 单一的p l c 控制系统由于硬件费用和软件实现问题，一般不进行组网， 南京理= = 大学硕士学位论文 e 干除灰控制系统的 殳计与分析 每个p l c 只能单独工作，不能集中起来控制，造成管理的不方便和人力资源 的浪费。而且由于未与计算机系统集成，不能进行实时全车间、全厂大系统、 大范围内的一些复杂与综合控制和优化以及数据库管理、历史数据查询、报 表打印及网上监视等现代化管理管理手段。 系统的控制方式落后 单一的p l c 控制系统仍未摆脱继电器控制系统的控制模式，p l c 仅作为 复杂的继电器组来使用，所有的操作均以开关或按钮组合来进行设备的选择 和启停，未能完全发挥出p l c 强大的智能化、网络化功能，操作不方便直观， 离现代控制技术水平存在一定差距。 许多重要信号未能接入控制系统 由于早期技术条件的限制，许多重要信号，例如，电机电流、灰管压力、 母管压力等系统运行的重要数据未能完全参与监控。而采用大量电缆将电流 表、压力表直接接入主控室，由人工进行监视。这是目前干除灰控制系统的 普遍缺点。具体表现在： 1 电流、压力等信息未能进入p l c 监控系统，使系统失去许多重要的 控制参数，不利于优化控制过程和故障保护。 2 电流、压力等模拟信号以模拟电表形式进入控制室 高，而且测量精度低，维护工作量大。 3 由于模拟电表较多，分布较大，人工监视易于出错 不便事故分析。 不仅要花费成本 且无历史记录 近年来，随着计算机技术、及超大规模集成电路技术、网络通讯技术的 发展，工业控制已逐步从单机监控、直接数字控制发展到以新型工业控制网 络，智能化仪表，控制器为主要支撑技术的过程自动化与信息管理自动化相 结合的综合集散控制系统。其本质是利用计算机技术对生产过程进行集中监 视、操作、管理，利用p l c 等现场控制器进行分散控制的新型控制技术。它 是由计算机技术、信号处理技术、控制技术、通信网络技术和人机接口技术 相互发展、渗透产生的。吸收了集中式计算机控制系统与分散的仪表控制系 统的优点，具有显著的优越性与很强的生命力。因此，现代化的干除灰控制 系统应充分利用工业发展的先进技术，提高生产自动化水平与管理技术水平。 应用p l c 技术与现场工业总线技术、分布式输入输出技术、计算机网络通信 技术，形成具有可靠性高、结构开放的、组态灵活的、控制功能完善的、操 南京理工大学硕士学位论文 6 干除灰控制系统的设计与分析 作简单规范的综合集散控制系统，则是现在和今后几年的干除灰控制系统的 发展方向。 1 4 作者的主要工作 本文主要基于谏壁发电厂干除灰控制系统这一工程项目，对其中较有意 义的工程实际问题进行了分析与研究。在该项目中，本人参加了系统的总体 规划与设计，并独立完成了系统的现场控制站的软件设计。第二章“干除灰 控制系统的构成”、第三章“主控软件和现场控制站的设计”、第四章“数 据通讯”与第五章“最优控制的应用与实现”则是直接来自这一工程项目。 第二章干除灰控制系统的构成 2 1 生产现场的结构 谏壁发电厂干除灰系统由7 # 、8 4 、9 4 、1 0 8 仓泵组成，其中8 4 、9 4 、1 0 8 每 个仓泵有两套完全独立的仓泵干出灰系统，而7 4 仓泵有三套统一控制的仓泵 干出灰系统，其中一套作为系统长期备用。8 4 、9 4 、1 0 “仓泵干除灰系统主要 各由2 只储灰罐、2 4 路电动三通翻板、5 条输灰机、2 条饲料机、2 台称重仪 等设备组成，它们负责将8 4 、9 4 、1 0 4 锅炉电除尘设备收集来的粉煤灰输送到 灰库。7 4 仓泵干除灰系统主要由6 只储灰罐、2 4 路电动三通翻板、5 条输灰 机、6 个上插板门、6 个下插板门、6 台冷干机、6 台排污泵、3 条饲料机、6 台称重仪等设备组成。它负责将7 # 锅炉电除尘设备收集来的粉煤灰输送到灰 库，具体结构如图2 1 所示。 南京理工大学硕士学位论文 十除灰控制系统的设计与分析 图2 i7 4 仓泵干出狄系统输狄部分 南京理t 大学碗一l ? 学位论文 8 千除灰控制系统的设计与分析 图2 27 “仓泵干出灰系统出灰部分 本项目主要是在完成8 “、9 。、1 0 ”仓泵干除灰系统改造的基础上，完成7 ”仓泵干 除扶系统的改造，所以在此之后的论述中主要是针对7 4 仓泵千除灰系统。 2 2 工艺特点与要求 7 # 仓泵干除灰控制系统，主要出2 4 路电动三通翻板、5 条输灰机( 0 1 “、 0 2 。、7 l 。、7 2 4 、7 3 4 输灰机) 、6 个上插板门、6 个下插板门、6 台冷干机、6 台排污泵、3 条饲料机( 7 14 、7 2 “、7 3 4 饲料机) 、3 组控制气阀( 透气阀、进 料阀、出料阀、一次气阀、二次气阀) 、6 个储灰罐、6 台称重仪等设备组成。 首先通过输灰机、饲料机将电除尘系统产生的粉煤灰输送到仓泵的压力容器 灰罐中，当灰罐中的灰达到预设定的料位后，粉煤灰在高压气流的作用下通 过甘怵 阀沿扶管进入灰库。具体的工艺要求如下： ( 1 ) 在进料阀开启进料前，首先必须将透气阀先丌启一定时削( 经验值 为1 0 秒) 释放罐体残压，以免造成喷次现象。( 2 ) 当迸料阀开启后，必须以 逆狄流方向依次启动饲料机、下插板门、输灰机( 7 1 “、7 2 4 、7 3 4 输灰机) 、上 南京理工人学- 硕士学位论文 干除灰控制系统的设计与分析 插板门、输灰机( 0 1 “、0 2 。输灰机) 、和电动三通翻板( 根据灰量多少决定电 动三通翻板的开关数量，一般为全开) ，若启动顺序有误，将造成积灰、堵灰 等设备故障。( 3 ) 在灰罐中的灰达到预设定的料位，且透气阀及进料阀完全 关到位后，才能开启出料阀。( 4 ) 当出料阀开启到位后，且吹灰母管压力达 到预定值时，开启一次气阀。( 5 ) 在一次气阀开到位且灰管中已建立起负压 后，才能开启二次气阀助吹。以防止灰管堵塞，缩短出灰时间，提高出灰效 率。( 6 ) 在一次气阀及二次气阀关到位后，延时一段时间a 一能关闭出料阀， 以释放罐体余压。( 7 ) 每组仓泵控制系统中双泵切换时的联锁要求是：料满 罐透气阀关到位后，开启待进料罐的透气阀，进料罐释放掉罐体残压后，开 启待进料罐的进料阀，开到位后，关闭料满罐的进料阀。若操作运行有误， 易造成喷狄。( 8 ) 仓泵控制系统停止运行时，必须以顺灰流方向依次关闭电 动三通翻板、输灰机( 0 1 “、0 2 ”输狄机) 、上插板门、输灰机( 7 18 、7 2 4 、7 3 “ 输狄机) 、下插板门、饲料机。( 9 ) 仓泵控制系统紧急停止时，关闭所有阀门、 电动三通翻板、上插板门、下插板门、输灰机( 0 14 、0 2 “、7 1 “、7 2 4 、7 3 8 ) 及 所有饲料机。( 1 0 ) 仓泵控制系统在自动运行时，一旦发生狄管堵塞，则关闭 所有阀门、电动三通翻板、所有输坎机( 0 1 “、0 2 4 、7 l “、7 2 4 、7 3 4 输灰机) 及 所有饲料机( 7 14 、7 2 4 、7 3 4 饲料机) ，并自动开启泄压阀进行排堵。( 1 1 ) 所 有阀门均采用单线圈两位五通电磁阀。( 1 2 ) 系统运行方式采用远程自动、远 程手动、本地自动及本地手动四种。( 1 3 ) 料位信号采用称重信号( 第一信号) 、 时问信号。 现场整套系统中参与运行的设备有仓泵、输狄机、插板门、饲料机、冷 干机、排污泵、电动三通翻板、控制气阀、称重仪。系统在自动控制时，系 统设备一旦检测到故障，并且超过设定的n i j i 】，那么，若该故障属于一般性故 障，则在现场控制室采用声光报警并将故障情况上报主控计算机；若该故障 属于重大故障时，除在现场控制室采用声光报警并将故障情况上报主控计算 机以外，系统将自动进行处理。如灰管堵塞，系统即启动紧急停机流程和自 动排堵流程，以疏通管道直至出灰管畅通为止。 系统中的主要监控对象有：称重仪称重信号、母管压力信号、灰管压力 信吼电动三通翻板控制、上下插板门控制、仓泵气阀控制、输灰机开关控 制、饲料机丌关控制、冷于机丌关控制、排污泵丌关控制、饲料机电流、输 灰机电流、仓泵运行控制。 南京理工大学硕士学位论文 千除灰控制系统的设计与分析 2 3 现场控制系统的组成 根据控制系统和生产工艺要求 0 翻板n 1 干出灰到位数字输入 i 翻板门l 湿出灰到位数字输入 1 4 翻板门8 千出灰到位 1 5 翻板门8 湿出灰到位 1 0 0 翻板门9 千出灰到位 1 0 1 翻扳门9 湿出灰到位 1 14 翻板门j 6 干出灰到位 1 1 5 翻板门1 6 湿出灰到位 2 0 0 翻板门1 7 干出灰到位 2 0 1 翻板门1 7 湿出灰到位 2 1 4 翻板门2 4 干出灰到位 2 1 5 翻板门2 4 湿出灰到位 3 0 0 上插扳门7 1 开到位 3 0 i 上插板门7 l 关到位 3 1 0 上插板门7 6 开到位 3 1l 上插板门7 6 关到位 3 1 2 输送机7 1 开停状态 3 1 3 输送机7 2 开停状态 3 1 4 输送机7 3 开停状态 3 1 5 输送机o l 开停状态 4 0 0 输送机0 2 开停状态 4 0 1 饲料机7 l 开停状态 4 0 2 饲料机7 2 开停状态 4 0 3 饲料机7 3 开停状态 4 0 4 公共部分手动 4 0 5 公共部分程控 4 0 6 公共部分紧停 4 1 0 下插板门7 l 开到位 4 1 l 下插板门7 1 关到位 4 1 2 下插板门2 开到位 4 1 3 下插板门7 2 关到位 4 1 4 下插板门7 3 开到位 4 1 5 下插板门7 3 关到位 5 0 0 翻板门1 干出灰开关 6 0 7 翻扳门2 4 干出灰开关 6 0 8 上插板门7 1 开 6 1 1 上插板门7 4 开 6 1 2 上插板门7 5 开 6 1 3 上插板门7 6 开 6 1 4 输送机7 l 开关 6 1 5 输送机7 2 开关 7 0 0 输送机7 3 开关 数字输入 数字输入 数字输入 数字输入 数字输入 数字输入 数字输入 数字输入 数字输入 数字输入 敷字输入 数字输入 数字输入 数字输入 数字输入 数字输入 数字输入 数字输入 数字输入 数字输入 数字输入 数字输入 数字输入 数字输入 数字输入 数字输入 数字输入 数字输入 数字输入 数字输入 数字输入 数字输出 数字输出 数字输出 数字输出 数字输出 数字输出 数字输出 数字输出 数字输出 现场系统的输入输出信号统计如下 1 5 0 0 乙称重仪i 料位到 1 5 0 1 乙称重仪2 料位到 1 5 0 2 乙泵组母管压力高 1 5 0 3 乙泵组母管压力低 1 5 0 4 乙泵组灰管压力高 1 5 0 5 乙泵组灰管压力低 1 5 0 5 乙泵l 高料位 1 5 0 7 乙泵2 高料位 1 5 0 8 乙时问信号有效 1 5 0 9 乙料位信号有效 1 5 1 0 乙泵差压 1 5 1 1 乙警报消音 1 6 0 0 乙泵组二次气阀开关 1 6 0 1 乙进料闯1 开关 1 6 0 2 乙迸气闽1 开关 1 6 0 3 乙出料阀l 开关 1 6 0 4 乙透气阎i 开关 1 6 0 5 乙泵组二次泄压阀开关 1 6 0 6 乙进料阀2 开关 1 6 0 7 乙进气闽2 开关 1 6 0 6 乙出料闽2 开关 1 6 0 9 乙透气阀2 开关 1 6 1 0 冷干机7 3 开关 1 6 1 1 岭干机7 4 开关 1 6 1 2 排污泵7 3 开关 1 6 1 3 排污泵7 4 开关 1 6 1 4 乙正常启动显示 1 6 1 5 乙正常停止显示 1 7 0 0 乙急停显示 1 7 0 1 乙电磁阀故障显示 1 7 0 2 乙吹堵显示 1 7 0 3 乙声音报警输出 1 7 l o 下插板门7 3 开关正 1 7 1 1 下插板门7 3 开关反 1 7 1 2 下插板门7 3 开关停 1 7 1 3 下插板门7 4 开关正 1 7 1 4 下插板门7 4 开关反 1 7 1 5 下插板门7 4 开关停 1 8 电机电流输入 1 9 压力变送嚣输入 2 0 0 0 丙泵组二次阀开到位 2 0 0 1 丙泵组二次阀关到位 2 0 0 2 丙进料阀1 开到位 2 0 0 3 丙进料阀1 关到位 2 0 0 4 丙进气阎1 开到位 2 0 0 5 丙进气阀l 关到位 2 0 0 6 丙出料阀l 开副位 南京理工大学硕士学位论文 数字输入 数字输入 数字输入 数字输入 数字输入 数字输入 数字输入 数字输入 数字输入 数字输入 数字输入 数字输入 数字输出 数字输出 数字输出 数字输出 数字输出 数字输出 数字输出 数字输出 数字输出 数字输出 数字输出 数字输出 数字输出 数字输出 数字输出 数字输出 数字输出 数字输出 数字输出 数字输出 数字输出 数字输出 数字输出 数字输出 数字输出 数字输出 模拟量输入 模拟量输入 数字输入 数字输入 数字输入 数字输入 数字输入 数字输入 数字输入 干除扶控制系统的设计与分析 7 0 1 输送机0 j 开关 7 0 2 输送机0 2 开关 7 0 3 饲料机7 1 开关 7 0 4 饲料机7 2 开关 7 0 5 饲料机7 3 开关 7 0 5 公共部分手动显示 7 0 7 公共部分程控显示 7 0 8 下插板门7 1 开关正 7 0 9 下插板门7 1 开关反 7 l o 下插板门7 1 开关停 7 11 下插板门7 2 开关正 7 1 2 下插板门7 2 开关反 7 1 3 下插板门7 2 开关停 8 0 0 甲泵组二次气阎开关 8 0 1 甲进料阀1 开关 8 0 2 甲进气阀1 开关 8 0 3 甲出料阀1 开关 8 0 4 甲透气阀l 开关 8 0 5 甲泵组z - 次泄压阀开关 8 0 6 甲避料阀2 开关 8 0 7 甲进气阀2 开关 8 0 8 甲出料闽2 开关 8 0 9 甲透气阀2 开关 8 1 0 冷干机7 1 开关 8 1 1 冷干机7 2 开关 8 1 27 1 排污阐开关 8 1 37 2 排污阀开关 8 1 4 甲正 启动显示 8 1 5 甲正常停止显示 9 0 0 甲急停显示 9 0 1 甲电磁阀故障显示 9 0 2 甲吹堵显示 9 0 3 电机电流报警输出 9 0 4 翻板门故障及上插门故障 9 0 5 甲声音报警输出 9 0 6 称重报警输出 9 0 7 甲泵组备用灯6 9 0 8 甲泵组备用灯7 9 0 9 甲泵组备用灯8 1 0 0 0 甲泵组二次阀开到位 1 0 0 i 甲泵组二次阎关到位 1 0 0 2 甲进科阀1 开到位 1 0 0 3 甲进料阀l 关到位 1 0 0 4 甲进气闻1 开到位 1 0 0 5 甲避气阀1 关到位 1 0 0 6 甲出料阀l 开到位 1 0 0 7 甲出料闽1 关到位 1 0 0 8 甲透气阑1 开到位 1 0 0 9 甲透气阀1 关到位 1 0 1 0 甲泵组泄压阀开到位 1 0 lj 甲泵组泄压阀关到位 1 0 1 2 甲进科阀2 开到位 1 0 1 3 甲进料阀2 关到位 数字输出 数字输出 数字输出 数字输出 数字输出 数字输出 数字输出 数字输出 数字输出 数字输出 数字输出 数字输出 数字输出 数字输出 数字输出 数字输出 数字输出 数字输出 数字输出 数字输出 数字输出 数字输出 数字输出 数字输出 数字输出 数字输出 数字输出 数字输出 数字输出 数字输出 数字输出 数字输出 数字输出 数字输出 数字输出 数字输出 数字输出 数字输出 数字输出 数字输入 数字输入 数字输入 数字输入 数字输入 数字输入 数字输入 数字输入 数字输入 数字输入 数字输入 数字输入 数字输入 数字输入 2 0 0 7 丙出料阎联到位 2 0 0 8 丙透气闽1 开到位 2 0 0 9 丙透气阀1 关到位 2 0 1 0 丙泵组泄压阀开到位 2 0 1 i 丙泵组泄压阀关到位 2 0 1 2 丙进料闽2 开到位 2 0 1 3 丙进科阀2 关到位 2 0 1 4 丙进气阀2 开到位 2 0 1 5 丙进气闽2 关到位 2 1 0 0 丙出科阎2 开到位 2 1 0 1 丙出料阀2 关到位 2 1 0 2 丙透气阀2 开到位 2 1 0 3 丙透气阄2 关到位 2 1 0 4 冷干机7 5 运行 2 1 0 5 岭干机7 6 运行 2 1 0 6 排污泵7 5 运行 2 1 0 7 排污泵7 6 运行 2 1 0 8 丙泵组手控 2 1 0 0 丙泵组程控 2 1 l o 丙泵组集控 2 1 1 1 丙泵组禁用 2 1 1 2 丙泵组启动 2 1 1 3 丙泵组停止 2 i 1 4 丙泵组急停 2 1 1 5 丙泵组料位键 2 2 0 0 丙称重仪1 , 4 位到 2 2 0 1 丙称重仪2 料位到 2 2 0 2 丙泵组母管压力高 2 2 0 3 丙泵组母管压力低 2 2 0 4 丙泵组灰管压力高 2 2 0 5 丙泵组灰管压力低 2 2 0 8 丙时间信号有效 2 2 0 9 丙料位信号有效 2 2 l o 丙泵1 高料位 2 2 1 2 丙泵2 高科位 2 3 丙泵组电磁开关 2 3 0 0 丙泵组二次气阀开关 2 3 0 1 丙避料阀1 开关 2 3 0 2 丙进气阀1 开关 2 3 0 3 丙出料阀1 开关 2 3 0 4 丙透气阀1 开关 2 3 0 5 丙泵组二次泄压阀开关 2 3 0 6 丙进料阀2 开关 2 3 0 7 丙进气阀2 开关 2 3 0 8 丙出料阀2 开关 2 3 0 9 丙透气阎2 开关 2 3 1 0 冷干机7 5 开关 2 3 1 l 岭干机7 6 开关 2 3 1 2 排污泵7 5 开关 2 3 1 3 排污泵7 6 开关 2 3 1 4 丙正常启动显示 2 3 1 5 丙正常停止显示 2 4 0 0 丙急停显示 南京理工人学硕士学位论文 2 数字输a 数字输入 数字输入 数字输入 数字输入 数字输入 数字输入 数字输入 数字输入 数字输入 数字输入 数字输入 数字输八 数字输入 数字输入 数字输入 数字输入 数字输入 数字输入 数字输入 数字输入 数字输入 数字输入 数字输入 数字输入 数字输入 数字输入 数字输入 数字输入 数字输入 数字输入 数字输入 数字输入 数字输入 数字输入 数字输入 数字输出 数字输出 数字输出 数字输出 数字输出 数字输出 数字输出 数字输出 数字输出 数字输出 数字输出 数字输出 数字输出 数字输出 数字输出 数字输出 数字输出 十除扶挎制系统的设计与分析 1 0 1 4 甲进气阀2 开到位 1 0 1 5 甲进气闻2 关到位 1 1 0 0 甲出料阐2 开到位 1 1 0 1 甲出料阀2 关到位 11 0 2 甲透气阀2 开到位 11 0 3 甲透气阀2 关到位 l1 0 4 玲干机7 l 运行 l1 0 5 冷干机7 2 运行 1 1 0 6 排污泵7 i 运行 11 0 7 排污泵7 2 运行 儿0 8 甲泵组手控 1 1 0 9 甲泵组程控 i l l 0 甲泵组集控 1 1 1 1 甲泵组禁用 1 i 1 2 甲泵组启动 1 1 1 3 甲泵组停止 1 1 1 4 甲泵组急停 1 1 1 5 甲泵组料位键 1 2 0 0 甲称重仪1 * 4 位到 1 2 0 1 甲称重仪2 料位到 1 2 0 2 甲泵组母管压力高 1 2 0 3 甲泵组母营压力低 1 2 0 4 甲泵组灰管压力高 1 2 0 8 甲泵组灰管压力低 1 2 1 0 下插板门7 4 开到位 1 2 1 1 下插板门7 4 关到位 1 2 1 2 下插板门7 5 开到位 1 2 1 3 下插板门7 5 关到位 1 2 1 4 下插板门7 6 开到位 1 2 1 5 下插板门7 6 关到位 1 3 0 0 乙泵组二次闽开到位 1 3 0 1 乙泵组二次阀关到位 1 3 0 2 乙进料阀1 开到位 1 3 0 3 乙进料阀1 关到位 1 3 0 4 乙进气阀l 开到位 1 3 0 5 乙进气闻l 关到位 1 3 0 6 乙出料阀1 开到位 1 3 0 7 乙出料闯1 关到位 1 3 0 8 乙透气阀1 开到位 1 3 0 9 乙透气阀l 关到位 1 3 l o 乙泵组泄压闽开到位 1 3 1 1 乙泵组泄压阀关到位 1 3 1 2 乙进料阀2 开到位 1 3 1 3 乙进料阀2 关到位 1 3 1 4 乙进气阀2 开到位 1 1 5 乙避气阔2 关到位 14 0 0 乙出料阀2 开到位 14 0 1 乙出料阀2 关到位 1 4 0 2 乙透气阀2 开到位 l4 0 3 乙透气阀2 关到位 1 4 0 4 玲干机7 3 运行 l d 0 5 玲干机7 4 运行 1 4 0 6 排污泵7 3 运行 数字输入 数字输入 数字输入 数字输入 数字输入 数字输入 数字输入 数字输入 数字输入 数字输入 数字输入 数字输入 数字输入 数字输入 数字输入 数字输入 数字输入 数字输入 数字输入 数字输入 数字输入 数字输入 数字输入 数字输入 数字输入 数字输入 数字输入 数字输入 数字输入 数字输入 数字输入 数字输入 数字输入 数字输入 数字输入 数字输入 数字输入 数字输入 数字输入 数字输入 数字输入 数字输入 数字输入 数字输入 数字输入 数字输入 数字输入 数字输入 数字输入 数字输入 数字输入 数字输入 数字输入 2 4 0 1 丙电磁阀故障显示数字输出 2 4 0 2 丙吹堵显示数字输出 2 4 0 3 丙声音报警输出数字输出 2 4 1 0 下插板门7 5 开关正数字输出 2 4 1 i 下插板门7 5 开关反数字输出 2 4 1 2 下插板门7 5 开关停数字输出 2 4 1 3 下插板门7 6 开关正数字输出 2 4 1 4 下插板门7 6 开关反数字输出 2 4 1 5 下插板门7 6 开关停数字输出 2 5 称重仪输入模拟垂输入 2 6 0 0 翻板门1 湿出灰开关数字输出 2 6 0 1 翻板门2 湿出灰开关数字输出 2 6 0 2 翻板门3 湿出灰开关数字输出 2 6 0 3 翻板门4 湿出灰开关数字输出 2 6 0 4 翻板门5 湿出灰开关数字输出 2 6 0 5 翻板门6 湿出灰开关数字输出 2 6 0 6 翻板门7 湿出灰开关数字输出 2 6 0 7 翻板门8 湿出灰开关数字输出 2 6 0 8 翻板门9 湿出灰开关数字输出 2 6 0 9 翻板门l o 湿出灰开关数字输出 2 6 1 0 翻板门1 l 湿出灰开关数字输出 2 6 1 1 翻板门1 2 湿出灰开关数字输出 2 6 1 2 翻板门1 3 湿出灰开关数字输出 2 6 1 3 翻板门1 4 湿出灰开关数字输出 2 6 1 4 翻板门1 5 湿出灰开关数字输出 2 6 1 5 翻板门1 6 湿出灰开关数字输出 2 7 0 0 翻板门1 7 湿出灰开关数字输出 2 7 0 1 翻板门1 8 湿出灰开关数字输出 2 7 0 2 翻板门1 9 湿出灰开关数字输出 2 7 0 3 翻板门2 0 湿出灰开关数字输出 2 7 0 4 翻板门2 l 湿出灰开关数字输出 2 7 0 5 翻板门2 2 湿出灰开关数字输出 2 7 0 6 翻板门2 3 湿出灰开关数字输出 2 7 0 7 翻板门2 4 湿出灰开关数字输出 2 7 0 8 上插板门7 1 关数字输出 2 7 0 9 上插板门7 2 关数字输出 2 7 1 0 上插板门7 3 关数字输出 2 7 1 1 上插板门7 4 关数字输出 2 7 1 2 上插板门7 5 关数字输出 2 7 1 3 上插板门7 6 关数字输出 2 8 备用槽 2 9 备用槽 南京理工人学硕士学位论文 3 干除灰控制系统的设计与分析 1 4 0 7 排污7 4 泵运行数字输入 1 4 0 8 乙泵组手控数字输入 1 4 0 9 乙泵组程控数字输入 1 4 1 0 已泵组集控数字输入 1 4 1 1 乙泵组禁用数字输入 1 4 1 2 乙泵组启动数字输入 1 4 1 3 乙泵组停止数字输入 1 4 1 4 乙泵组急停数字输入 1 4 1 5 乙泵组料位键效字输入 表2 1系统i 0 点详细统计表 对上述信号归类如下： 1 输入设备用以产生输入控制信号 本系统设计中输入设备包括以下几个方面： 位置检测类气阀门、上下插板门及电动三通翻板丌关到位信号 按钮类起动、停止、紧停、手动料位及联锁复位信号 报警检测类压力及重量信号 转换开关类运行方式选择、所有阀门及电机起停信号 模拟量重量料位、灰管压力、母管压力、输灰电机电流及饲料机电流信号 表2 2 输入设备 输入点数n l = 8 0 + 9 0 + 4 5 = 2 1 5 点，需要1 6 点直流输入模块n 。= 2 1 5 1 6 。 1 4 块，8 点模拟量输入模块n m = ( 8 + 6 + 6 ) 8 3 块。 2 输出设备由p l c 的输出信号驱动的执行元件 本系统设计中输出设备包括以下几个方面： 电机类控制仓泵电机的起停信号 阀门类控制仓泵电磁阀、上下插板门的断合信号 指示类各种设备运行状态及报警显示信号 表2 _ 3 输出设备 输出点数n 。= 7 4 + 2 6 + 5 8 = 1 5 8 点。其中，需要1 6 点隔离式直流输出模块n 。= 1 5 8 1 6 a 1 0 块，在考虑到冗余备分和系统接线用1 1 块。 综上所述，干除灰控制系统总的输入输出点数为2 1 5 1 5 8 ，考虑到i 0 部分维修的需要，p l c 宣选用模块式结构。同时本系统不仅有开关量控制而 且有模拟量控制，不仅要实现顺序控制而且还要联网通讯，据此，现场系统 选择o m r o n 公司s y s m a cc 2 0 0 h 系列的可编程序控制器，并配备中央处 理模块( c 2 0 0 h x c p u 6 4 ) 、直流丌关量输入模块( c 2 0 0 h i d 2 1 2 ) 、交流丌 关量输出模块( c 2 0 0 h o c 2 2 5 ) 、模拟量输入模块( c 2 0 0 h a d 0 0 3 ) 、电源模 块( c 2 0 0 h w p s 2 0 4 s ) 等模块。 7 # 仓泵控制系统构成如图2 3 。 南京理工犬学硕士学位论文 1 4 干除灰控制系统的设计与分析 图2 37 # 仓泵现场控制系统构成图 2 4 可编程控制器的工作过程 可编程控制器是本系统中的控制中心，了解它的工作过程对理解本系统 十分重要。它一般由运算控制、存储( 包括r a m r o m ) 、输入、输出等部件 组成。与其他计算机系统一样，p l c 以微处理器为核心，指令在存储器中顺 序排列。用户程序的执行是用扫描方式完成的。通过周而复始的扫描循环， 完成给定的控制任务。除执行用户程序之外，在每次扫描过程中还要完成输 入、输出等处理工作。一个典型的扫描过程如图2 4 所示。 南京理工大学硕士学位论文 干除扶控制系统的设计与分析 图2 4p l c 扫描过程 在内部处理阶段，p l c 检查c p u 内部的硬件是否正常，以及别的内部工作。 在通讯服务阶段，p l c 与别的主机或p l c 通讯，交换数据或接受控制命令。 在输入处理阶段，p l c 把所有外部输入信号状态读入它的输入映象寄存 器。在随后阶段中，即使外部输入信号的状态发生了变化，输入映象寄存器 的状态也不会随之改变。输入信号变化了的状态只能在下一扫描周期的输入 处理阶段才被读入。见图2 5 。 嚣? 翔 _- 一 萌膳p黪： 一子k i 器 pl 图2 5p l c 扫描过程示意 在执行程序阶段，p l c 逐条解释和执行用户程序。在完成给定的逻辑运 算后，将运算结果写入输出映象寄存器。 在输出处理阶段，将输出映象寄存器的数据传送至输出锁存器，经输出 模块隔离和功率放大后，驱动外部负载。 近年来，p l c 的结构和功能不断改进，应用范围迅速扩大。p l c 生产厂 家不断摊l i 功能更强的产品。如欧姆龙公司的c 2 0 0 h 、c 2 0 0 0 h ，西门子公司 晌s 7 3 0 0 、s 7 4 0 0 等。大规模的p l c ，可以处理几万个丌关量i o 信号和几 千个模拟量i o 信号。增强的通讯联网功能、可编程逻辑控制器的计算机化、 更加智能的i o 模块，使得p l c 不仅应用于逻辑顺序控制的场合，也应用于 过去使用专用计算机控制的复杂闭环反馈过程控制之中。本系统采用的是欧 南京理丁_ = 大学硕士学位论文 6 干除披控制系统的设计与分柝 姆龙公司的c 2 0 0 h 系列。 2 5 仓泵料位的测量 从上面的工艺要求可以看出，仓泵的料位是干除灰控制系统中最重要的 参数。国内测量料位的常用的是电容式和音叉式料位计，但为了及时、准确 地测出仓泵的料位，本系统选用了p a n t h e r 称重仪，原因如下： 首先，由于电容式及音叉式料位计直接与粘性较大的粉煤灰相接触，易 使粉煤狄吸附于电容式及音叉式料位计表面，从而使电容式及音叉式料位计 指示不准确，导致系统误动。其次，电容式及音叉式料位计均无法准确反映 仓泵内的储灰量，仅能测量出仓泵内的储灰高度，加之系统采用气力除灰， 因此很难掌握仓泵内灰的堆积外形及积灰情况，从而也就无法统计仓泵的每 次出灰量。再次，考虑到生产自动化及管理自动化的需要，仓泵料位测量装 置应提供与中央管理控制系统进行通讯的接口，管理系统才能实时的采集仓 泵储狄量及出灰量数据，以便系统动态显示仓泵储灰量数据，储存、统计、 汇总、打印出灰量数据。同时考虑到运行环境粉尘多、水汽重、振动大等因 素，且生产过程为定值控制，因此我们采用梅特勒托利多公司最新推出的 p a n t h e r 称重仪作为料位测量手段。陔称重仪采用防尘及t r a x d s p 防震 动技术，对外提供一个七位荧光段码显示器、一个双向串行口、过量正常 欠量三个预置点及与之相对应的三对开关量输出接点。 另外，为了提高称重仪的测量精度，与仓泵本体相连的所有阀门均接软 接头，使其与泵体隔离，以减少阀门自重及震动对称重的影响。 2 6 系统的结构 干除灰控制系统由网络服务器、控制机、监视机、网络监视机、现场p l c 、 称重仪等组成。 网络服务器通过双绞线与集线器( h u b e r ) 相连( r j 一4 5 接口) 。所有计算机 均安装有即插即用( p n p ) 的n e 2 0 0 0 兼容网卡，各计算机通过双绞线( a m p 5 类) 与集线器连接( r j 一4 5 接口) 。本系统采用一台八口集线器，将服务器与 主控机和监视机相连接。整个局域网络通过另一八口集线器接入厂部服务器， 其拓扑结构为树形结构。 南京理工大学硕士学位论文 干除灰控制系统的设计与分析 控制机通过研华的c 3 2 0 串行通信卡( m o x a 卡) 与现场7 个p l c 、1 2 个 称重仪相连接。监视机也装有c 3 2 0 的控制母板( c o n t r o lb o a r d ) ，在控制机 故障时，只要将c 3 2 0 的c p u 模块( c p um o d e l ) 接到监视机的c 3 2 0 控制母板 上，并启动控制程序，监视机即可实现控制机的功能。而现场p l c 是仓泵监 控系统的核心，它隶属于主控制站而又相对独立的智能控制系统，它主要由 可编程逻辑控制器( 下位机) 、称重仪及其外围单元组成。下位机负责现场运 行数据的采集和控制命令的执行，同时接收主控机下发的参数设定和运行指 令，对仓泵干除灰系统进行现场实时控制。 控制机和监视机为同一机型，相互间可互换，互为热备用。均采用进口 a d v a n t e c hi p c 一6 1 0 。奔腾2 0 0 高挡工业控制计算机为主机，原装大屏幕2 l ” 三星1 0 0 0 s 为主监视器。采用m o u s e 和标准工业键盘为人机交互操作设备，并 配有l q 一1 6 0 0 k 宽行打印机进行生产报表打印。控制机配置了语音装置s o u n d b i a s t e f 声卡及有源音箱，为生产报警进行语音提示。利用i b mn f 3 0 0 0 作为 系统信息管理服务器，负责系统各种运行数据的存取，并响应厂m i s 网上其 它站点和主控机的服务请求；主控机主要的工作是监视和管理7 4 、8 4 、9 ”、1 0 ” 仓泵的运行，以达到管理整个干除灰控制系统的目的；监视机主要是监视现 场的情况，并与主控机互为热备份，可随时切换，保证故障时不停机。在主 控制站，操作人员通过键盘及鼠标可向下位机发出各种命令，以控制任意一 台设备的运行或停止，除此以外，主控机负责收集各被监控仓泵的运行数据， 记录各种报警参数，提供直观的流程界面和控制界面，并将实时数据装配成 数据包发送给i b m 服务器，再通过服务器将信息发送到电厂的的m i s 网。其 系统结构如图2 6 所示。 等画- ji 盆：j 酬舀冷“ r 控机( 土控i 岫口两一集线器h ： i 咖口商工控机( 监视) i 通谳l 产 l l 一-一-一-一-l e _ j 了c j p i j cp l cp l cp l cp i l ep i j ep l c 7 l f r 乙斯a 莲甲罐称重甲罐i 湮甲缶8 i 6 遵甲罐目自湮：甲勰自自湮：甲罐1 5 馥 _ 7 2 甲乙蝌a 湮：乙罐称重乙罐称