毕业设计（论文）-PLC控制系统在输灰系统中的应用.doc

摘 要火电厂粉煤灰输送系统性能，很大程度上取决于其控制系统的性能。控制策略的落后及控制方案不合理将严重制约着输灰系统的正常运行，从而影响整个火电厂正常的生产运行。本文基于工程背景，对火力发电厂气力输灰监测控制系统的进行了研究与探讨，提出以工控机、可编程控制器为核心开发具有两级集散控制结构的气力输灰监控系统，以期实现电厂输灰车间生产过程自动化与信息管理自动化的结合。阐述了煤粉灰气力输灰控制系统的总体方案；重点对输灰仓泵控制系统部分进行了详细的设计，由PLC组成的控制系统，并对该系统进行了实验与调试；为了使本系统更容易实现监控，系统运行时能达到实时监控的功能，设计了WinCC人机界面。本次设计采用通用PLC和工控机完成了正压浓相气力输灰双机冗余控制系统的开发设计，提高了系统运行的稳定性，降低了系统开发的成本，从经济上和应用上都具有一定的推广性。关键字：输灰控制系统 PLC 人机界面PLC control system in the application of grey system to loseAbstractCoal-fired power plant fly ash conveying system,performance depends largely on the performance of the control system,Lag of control strategy and control scheme is not reasonable will seriously restricts the normal operation of the ash conveying system,thus affecting the whole power plant normal operation.In this paper,based on the engineering background,pneumatic ash conveying monitoring control system in thermal power plants has carried on the research and discussion,put forward with industrial computer,programmable controller as the core development has two level distributed control structure of the pneumatic ash conveying monitoring system,in order to realize power plant ash workshop production process automation and information management automation.This paper expounds the coal the blues on the overall scheme of the pneumatic ash control system; Focus on ash silo pump control system part has carried on the detailed design,composed of a PLC control system, and has carried on the experiment to the system and debugging;It is easier to implement in order to make the system monitoring,the system runtime can achieve real-time monitoring function,WinCC man-machine interface is designed.This design uses PLC and industrial PC completed a positive pressure dense phase pneumatic ash conveying double redundancy control system development and improve the stability of the system operation,reduce the cost of system development,economically and application has certain promotional.Keywords：Lose grey system PLC Human Machine Interface目 录第一章 绪论11.1 本课题的研究背景11.2 本课题设计的目的和意义11.3 气力输灰系统概述21.4 气力输灰系统发展现状21.5 本课题设计的技术要求21.6 本课题设计的主要工作3第二章 输灰系统方案的论证42.1 输灰系统控制方式的确定42.1.1 PLC的功能42.1.2 PLC控制与继电器控制相比较42.1.3 PLC控制方式与工业控制机控制方式的区别52.1.4 PLC控制与单片机控制的区别52.2 PLC的编程语言选择62.3 PLC的选型62.3.1 S7-200的特征72.3.2 S7-200的主要组成部件72.3.3 CPU型号的选择82.4 输灰系统输灰方式的的选择102.4.1 水力输灰方式102.4.2 气力输灰方式11第三章电厂输灰系统硬件设计133.1 气源系统133.2 输送系统143.2.1 仓泵143.2.2 仓泵的选择153.2.3 仓泵工作过程153.2.4 仓泵工作报警163.2.5 报警故障处理方法163.2.6 输灰管173.2.7 灰库183.3 控制系统193.3.1 PLC自动控制193.3.2 PLC手动控制193.4 硬件系统工作原理及流程193.5 硬件系统性能及特点20第四章 输灰系统软件设计224.1 S7-200的编程规则224.2 系统各阶段程序设计流程图224.3 系统总体流程图244.4 系统的程序梯形图设计244.4.1 梯形图接口地址的设计244.4.2 系统程序清单26第五章 人机界面的设计275.1 人机界面产品的定义和选型275.2 WinCC介绍275.3 WinCC的功能275.4 WinCC人机界面与PLC200的通信285.4.1 OPC通信PC Access 软件介绍285.4.2 PC Access的兼容性295.4.3 PC Access支持的硬件连接295.4.4 WinCC的内部变量添加305.5 系统的WinCC界面315.5.1 登陆界面315.5.2 系统主界面325.5.3 程控手动控制界面325.5.4 参数设定界面335.5.5 实时曲线界面335.5.6 报警界面345.5.7 系统退出系统界面35总 结36致 谢37参考文献38附录1：程序清单40附录2：硬件原理图4546第一章 绪论1.1 本课题的研究背景随着社会的发展和人文环境的变化，我们对人身健康与安全、生活环境、经济效益等的要求的提高，这就要求工业厂矿的除尘设施与技术相对的进行全面的加强优化，以满足各方共同的利益。燃煤发电厂在我国电力工业的发展中起着很大的作用，其发电量占我国总发电量的80%以上。但它在为我们提供充足电力的同时，也污染破坏环境。发电厂在发电过程中，将产生大量的工业废弃物（飞灰或粉煤灰）。为了保障锅炉系统的安全运行，同时为了保护环境，必须及时将这些粉煤灰清除运走，并将废弃物综合运用。目前广泛采用气力输灰系统，并且对燃煤电厂提出了提高除尘效率和粉煤灰综合利用的要求。而在实际运行中，输灰系统运行的稳定性、可靠性欠佳，运行故障发生的原因及部位也多种多样，造成气力输灰系统停运，使烟尘排放超标，灰水污染环境，影响电厂的正常生产。本文针对输灰系统的控制要求，借助PLC强大的工业处理能力，很容易实现工业生产的自动化。基于此思路设计的电厂输灰系统，在实现各种要求的工序前提下，大大提高了工业过程的质量，而且大大解放了生产力，改善了工作环境，减轻了劳动强度，节约了成本，提高了生产效率，具有十分重要的意义。正压浓相气力输灰系统是目前国内外最为流行的气力输灰技术。由于PLC具有通用性强、灵活性好、功能齐全等优点，PLC在正压浓相气力输灰系统中得到广泛应用。1.2 本课题设计的目的和意义近年来，在电厂废弃物的输送中，为了提高产品质量和系统的自动化程度，减轻操作人员的劳动强度，我们必须设计出可靠性高、实用性强的系统，这样才能保证达到环保的指标，并提高电厂废弃物的综合利用率。同时，一个优越的系统还可达到减轻系统维护量、改善工人的工作环境、节省人力物力资源、降低生产成本的指标。随着火电厂煤粉灰综合利用的开发和推广，对干灰的需求量也越来越大。输灰系统从原来的单纯投入和一种负担变成能带来可观经济效益的事业。煤粉灰的综合利用不仅变废为宝，而且大大改善了对环境的染，是今后发展的方向。气力输灰系统是火力发电厂配套的辅助处理设施，能否保持长期连续稳定的工作是关系到整个发电机组安全生产的一个重要环节。目前，国内输灰系统是大型火电厂中未能实现完全国产化的辅机系统之一。因此，输灰系统的国产化研究对提高大、中型火力发电厂控制系统的国内成套率和加强煤粉灰的综合利用都具有重要意义。1.3 气力输灰系统概述气力输灰是一种以空气为载体，借助某种压力（正压或负压）设备和管道系统对粉尘物料进行输送的方式。燃煤电厂的输灰系统是一种比较先进、经济、环保的科学技术。20世纪80年代以后，我国在一些大型电厂相继开始引进各类气力输灰设备和相关技术，特别是近十多年来，由于环保、水资源等的要求和局限，我国极力倡导和推进者一技术的发展和应用，使得气力输灰在电力系统已逐渐成为一种趋势和强制要求，这就进一步促进了国内气力输灰技术的发展。输灰系统由硬件和软件两部分组成。其中硬件系统是输灰系统的核心内容，包括输送部分、气源部分和控制部分。本次设计采用西门子公司的S7-200编程软件。1.4 气力输灰系统发展现状现代输送技术从产生至今己有两百余年的历史，早在1810年就提出了稀相气力输送方案，1891年英国的多克哈姆经过多年的改造工作，从根本上改造了原来的装置，成功制造出了负压气力输送装置，广泛应用于港口等处粮食的装运，当时这种气力输送装置在英国、德国、荷兰的应用相当普及，这是气力输送技术的第一次大规模应用。输灰设备是我国输灰产业中相对较为弱势的产业，起步比较晚。在20世纪80年代初才开始在燃煤电站使用国外进口的产品，主要为美国艾伦公司的负压稀相系统和美国U.C.C公司的低正压气锁阀稀相系统；1988年瑞典菲达公司的DEPAC正压浓相流态化小仓泵系统进入中国市场；1994年德国穆勒公司的双套管正压浓相系统进入中国。至此，国际上四种主要的输灰技术产品都在中国落了户，据近几年的统计资料，我国从国外进口的气力输灰设备仍占高达40%的市场份额，若包括合资企业生产的产品，则占一半以上。20世纪20年代，输送技术开始应用于燃煤电厂，主要用于除尘器底部粉煤灰的输送，并以蒸汽抽气器作为气源设备。50年代中期，国内少数电厂也开始采用蒸汽抽气式负压气力输送系统。这种系统的缺点是：输送距离较短，设备磨损严重，蒸汽耗量大，系统运行的安全性和经济性均较差，一般仅用于中小型电厂。60年代以后，泵仓正压输送技术开始在国内得到应用。进入80年代以后，许多电厂相继自发达国家引进了各种类型的先进设备及其相关技术，进一步促进了国内电厂粉煤灰气力输送的发展。同时，由于制造技术和材料工程的飞跃发展，控制技术及传感器技术的长足进步，气力输送系统的输送距离、输送浓度和设备制造工艺及自动化管理水平得到了较大提高，从而提高了系统的可靠性和工程的经济性。1.5 本课题设计的技术要求1、气源压力0.03MPa。2、输送前，仓泵内压力0.02MPa，检查进料阀是否关到位，没关到位系统报警暂停系统。3、关闭出料阀前，仓泵内压力降到常压。1.6 本课题设计的主要工作1、硬件设计：包括输送部分的设计和控制部分的设计，其中输送部分又分为仓泵的设计、输送管道的设计、气源的设计、灰库的设计等。2、软件设计：用S7-200编程语言设计控制程序。3、人机界面设计：采用WinCC人机界面，实现实时监控。第二章 输灰系统方案的论证2.1 输灰系统控制方式的确定目前，在输灰系统中广泛采用的控制方式有四种，即继电器控制方式、工业控制计算机控制方式、单片机控制方式、可编程逻辑控制器（PLC）控制方式。现将PLC控制方式与其他三种控制方式进行比较。2.1.1 PLC的功能PLC经过多年在工业领域的运用后，按其功能，它主要应用在以下几个方面。 1、数据处理：PLC是具有微处理器的一种智能电子产品，它具有数值运算、数据比较、数制转换、以及数据传输通信等功能。2、逻辑控制：PLC具有逻辑运算功能，可实现多种通断控制。3、定时控制：由于PLC为用户提供了很多计时器，且时间设定值可由用户程序设定修改，所以有很强的定时功能。4、计数功能：同时PLC为用户提供了很多的计数器，也可通过软件进行计数值的设定。5、顺序控制：可依据生产加工过程，实现定位输出、顺序启动等控制。6、通信联网：可以对调节器、变频器等实现远程控制。也可与其它PLC或计算机之间进行数据传输通信，构成“集中管理分散控制”的分布式控制系统。2.1.2 PLC控制与继电器控制相比较 1、逻辑控制 继电器控制是利用各电器件机械触点的串、并联组合成逻辑控制。采用硬线连接，连线多而复杂，对今后的逻辑修改、增加功能很困难。而PLC中逻辑控制是以程序的方式存储在内存当中，改变程序，便可改变逻辑。连线少、体积小、方便可靠。 2、控制速度 依靠机械触点的吸合动作来完成控制的继电器控制系统，工作频率低，工作速度慢。而PLC由于采用程序指令控制半导体电路来实现控制，稳定、可靠，运行速度大大提高了。 3、顺序控制 继电器控制是利用时间继电器的滞后动作来完成时间上的顺序控制。时间继电器内部的机械结构易受环境温度和湿度变化的影响，造成定时的精度不高。在PLC内部是由半导体电路组成的定时器以及由晶体振荡器产生的时钟脉冲计时，定时精度高。使用者根据需要，定时值在程序中便可设置，灵活性大，定时时间不受环境影响。 4、灵活性可扩展性 继电器系统安装后，受电器设备触点数目的有限性和连线复杂等原因的影响，系统在今后的灵活性、扩展性很差。而具有专用的翰人和输出模块，理论上连接可以无穷多。连线少，灵活性可扩展性好。 5、计数功能 继电器控制可实现逻辑功能，但不具备计数的功能。PLC内部有特定的计数器，可实现对生产设备的步进控制。 6、可靠性和可维护性 继电器控制使用大量的机械触点，触点在开闭时会产生电弧，造成损伤并伴有机械磨损，使用寿命短，运行可靠性差，不易维护。而PLC采用微电子技术，内部的开关动作均由无触点的半导体电路来完成。体积小，寿命长，可靠性高，并且能够随时显示给操作人员，及时监视控制程序的执行状况，为现场调试和维护提供便利。2.1.3 PLC控制方式与工业控制机控制方式的区别1、PLC继承了继电器系统的基本格式和习惯，对于有继电器系统方面知识和经验的人来说，尤其是现场的技术人员，学习起来十分方便。 2、PLC在硬件结构方面的突出优点是总线标准化程度高，产品兼容性强。3、PLC的运行方式与工业控制机不同，微机的许多软件不能直接使用。工业控制机可使用通用微机的各种编程语言，对要求快速、实时性强、模型复杂的工业对象的控制占有优势。但它要求使用者具有一定的计算机专业知识。 4、PLC一般具有模块结构，可以针对不同的对象进行组合和扩展。 2.1.4 PLC控制与单片机控制的区别 1、PLC是建立在单片机之上的产品，单片机是一种集成电路，两者不具有可比性。单片机控制系统是基于芯片级的系统，而PLC控制系统是基于板级或模块级的系统。其实PLC本身就是一个单片机系统，它是已经开发好的单片机产品。开发单片机控制系统属于底层开发，而设计PLC控制系统是在成品的单片机控制系统上进行的二次开发。 2、单片机可以构成各种各样的应用系统，从微型、小型到中型、大型都可，PLC是单片机应用系统的一个特例。 3、不同厂家的PLC有相同的工作原理，类似的功能和指标，有一定的互换性，质量有保证，编程软件正朝标准化方向迈进。这正是PLC获得广泛应用的基础。而单片机应用系统则是八仙过海，各显神通，功能千差万别，质量参差不齐，学习、使用和维护都很困难。 4、设计开发一个单片机控制系统，需要先设计硬件系统，画硬件电路图，制作印刷电路板，购置各种所需的电子元器件，焊接电路板，进行硬件调试，进行抗干扰设计和测试等大量的工作，需要使用专门的开发装置和低级编程语言编制控制程序，进行系统联调。设计开发一个PLC控制系统，需要设计硬件系统，购置PLC和相关模块，进行外围电气电路设计和连接，不必操心PLC内部的计算机系统(单片机系统)是否可靠和他们的抗干扰能力，这些工作厂家已为用户做好，所以硬件工作量不大。软件设计使用工业编程语言，相对来说比较简单。进行系统调试时，因为有很好的工程工具（软件和计算机）帮助，所以也非常容易。5、学习单片机要学习的知识很多。首先是必须具备较好的电子技术基础和计算机控制基础及接口技术知识，要学习印刷电路板设计及制作，要学习汇编语言和调试，还需要对底层的硬件和软件的配合有足够的了解。学习PLC有具备传统的电气控制技术知识，需要学习PLC的工作原理，对硬件系统组成及使用有一定的了解，要学习以梯形图为主的工业编程语言。如果从同一个起跑线出发，不论从硬件还是从软件方面的学习看，单片机远比PLC的知识多，学习的内容也多，难度也大。由PLC控制方式和其他三种控制方式的比较，可以看出，可编程序控制器（PLC）控制方式集合了传统继电器、单片机、工业控制机在控制上的所有优点，而且在操作、使用上更加简单，同时具有程序易改动、可以快速诊断的优点。所以本课题中输灰系统选择PLC控制方式。2.2 PLC的编程语言选择 1、梯形图 梯形图编程语言习惯上叫梯形图。梯形图沿袭了继电器控制电路的形式，也可以说，梯形图编程语言是在电气控制系统中常用的继电器、接触器逻辑控制基础上简化了符号演变而来的，具有形象、直观、实用，电气技术人员容易接受，是目前用得最多的一种PLC编程语言。 2、指令表 这种编程语言是一种与计算机汇编语言相类似的助记符编程方式，用一系列操作指令组成的语句表将控制流程热核出来，并通过编程器送到PLC中去。 3、顺序功能图 采用IEC标准的SFC(Sequential Function Chart)语言，用于编制复杂的顺控程序。利用这种先进的编程方法，初学者也很容易编出复杂的顺控程序，大大提高了工作效率，也为调试、试运行带来许多言传的方便。 4、状态转移图 类似于顺序功能图，可使复杂的顺控系统编程得到进一步简化。 5、逻辑功能图 它基本上沿用了数字电路中的逻辑门和逻辑框图来表达。一般用一个运算框图表示一种功能。控制逻辑常用“与”、“或”、“非”三种功能来完成。目前国际电工协会(IEC)正在实施发展这种编程标准。 6、高级语言 近几年推出的PLC，尤其是大型PLC，已开始使用高级语言进行编程采用高级语言编程后，用户可以象使用PC机一样操作PLC。在功能上除可完成逻辑运算功能外，还可以进行PID调节、数据采集和处理、上位机通信等。通过以上的总结，所以本次设计选用梯形图编程语言。2.3 PLC的选型按照物理结构，PLC分为整体式和模块式两种类型。整体式结构的PLC具有输入/输出点数少、体积小等优点。同时，整体式结构的PLC输入/输出点的平均价格比模块式的便宜。在几十个系列的PLC中，西门子公司的S7-200系列PLC是一种小型的PLC，但其功能具有大、中型PLC的水平，而价格却和小型PLC的价格一样，因此它具有很大的市场占有率。由以上的分析可以看出，整体式的S7-200系列PLC在众多的PLC中具有很强的优势，所以本课题选择的PLC为S7-200系列。2.3.1 S7-200的特征1、由于体积小，其紧凑的设计，并且S7-200可以适合于任何机器控制环境，如图2-1所示。图2-1 CPU模块(2)易于使用，而且该软件能够在任何一台IBM兼容个人计算机上使用。(3)灵活多用，S7-200的输入/输出点可以支持各个领域的设备，如光电传感器、驱动马达、按钮开关、灯、泵、搅拌器等。2.3.2 S7-200的主要组成部件1、中央处理器(CPU):是控制系统的大脑，它根据用户程序进行控制。2、输入和输出(I/O):是系统的控制点，输入用于监视现场，控制执行机构。3、编程口:用于连接编程设备，例如，一台计算机或一个手持编程器，如下图2-2所示。图2-2 S7-200简易组成连接图2.3.3 CPU型号的选择S7-200的CPU模块共有两个系列：CPU21X（CPU212、214、215、216）和CPU22X（CPU221、222、224、226、226XM）。以下主要介绍CPU22X系列PLC，见表2-1。表2-1 S7-200系列CPU表CPU221CPU222CPU224CPU226CPU226XM本机DI/DO6入/4出8入/6出14入/10出24入/16出24入/16出扩展后最大输入/输出无2个模块7个模块7个模块7个模块最大数字量扩展无数字40/38数字94/74数字128/120数字128/120最大模拟量扩展无模拟（8入/2出）或4出模拟（28入/7出）或14出模拟（28入/7出）或14出模拟（28入/7出）或14出存储器6KB6KB13KB13KB26KB30kHz高速计数器4个4个6个6个6个20kHz高速脉冲输出2路2路2路2路2路PID控制器无有有有有RS-485通信/编程口1个1个1个2个2个PPI点对点协议有有有有有MPI多点协议有有有有有集成的24V负载电源：可直接连接到传感器和变送器（执行器），CPU 221，222具有180mA输出，CPU224，CPU224XP，CPU226分别输出280、400mA。可用作负载电源。CPU221226各有2种类型CPU，具有不同的电源电压和控制电压。1、容量的选择存储器容量是可编程序控制器本身能提供的硬件存储单元大小，程序容量是存储器中用户应用项目使用的存储单元的大小，因此程序容量小于存储器容量。设计阶段，由于用户应用程序还未编制，因此，程序容量在设计阶段是未知的，需在程序调试之后才知道。为了设计选型时能对程序容量有一定估算，通常采用存储器容量的估算来替代。存储器容量的估算没有固定的公式，大体上都是按数字量I/O点数的1015倍，加上模拟I/O点数的100倍以此数为内存的总字数，另外再按此数的25%考虑余量。由于系统的输入点数应在15个左右，输出点数应在9个左右，且都是数字量输入/输出点，所以，容量为 CPU226系列的PLC具有的内存为13KB，完全满足0.45KB的内存要求。2、模拟电位器CPU221/222有1个模拟电位器，CPU224/226/226XM有2个模拟电位器。模拟电位器用来改变特殊寄存器（SMB28，SMB29）中的数值，以改变程序运行时的参数。如定时器、计数器的预置值，过程量的控制参数。 3、定时器PLC所提供的定时器作用相当于继电器控制系统中的时间继电器。每个定时器可提供无数对常开和常闭触点供编程使用。其设定时间由程序设置。每个定时器有一个16位的当前值寄存器，用于存储定时器累计的时基增量值(132767)，另有一个状态位表示定时器的状态。若当前值寄存器累计的时基增量值大于等于设定值时，定时器的状态位被置“1”，该定时器的常开触点闭合。定时器的定时精度分别为1ms、10ms和100ms三种，CPU222、CPU224及CPU226的定时器地址编号范围为T0T255，它们分辨率、定时范围并不相同，用户应根据所用CPU型号及时基，正确选用定时器的编号。4、高速计数器 CPU221/222有4个30KHz高速计数器，CPU224/226/226XM有6个30KHz的高速计数器，用于捕捉CPU扫描频率更快的脉冲信号。4个高速计数器（30KHz），可编程并具有复位输入，2个独立的输入端可同时作加、减计数，可连接两个相位差为90度的A/B相增量编码器。6个高速计数器（30KHz），具有CPU221/222相同的功能。CPU222/224/224XP/226可方便地用数字量和模拟量扩展模块进行扩展。可使用仿真器（选件）对本机输入信号进行仿真，用于调试用户程序。5、CPU扩展功能模块1）扩展单元扩展单元没有CPU，作为基本单元输入/输出点数的扩充，只能与基本单元连接使用。不能单独使用。S7-200的扩展单元包括数字量扩展单元，模拟量扩展单元，热电偶、热电阻扩展模块，PROFIBUS-DP通信模块。用户选用具有不同功能的扩展模块，可以满足不同的控制需要，节约投资费用。连接时CPU模块放在最左侧，扩展模块用扁平电缆与左侧的模块相连。CPU222最多连接两个扩展模块，CPU224/CPU226最多连接7个扩展模块，如图2-3所示。图2-3 扩展单元模块2）电源模块外部提供给PLC的电源，有24VDC、220VAC两种，根据型号不同有所变化。S7-200的CPU单元有一个内部电源模块，S7-200小型PLC的电源模块与CPU封装在一起，通过连接总线为CPU模块、扩展模块提供5V的直流电源，如果容量许可，还可提供给外部24V直流的电源，供本机输入点和扩展模块继电器线圈使用。应根据下面的原则来确定I/O电源的配置。（1）有扩展模块连接时，如果扩展模块对5VDC电源的需求超过CPU的5V电源模块的容量，则必须减少扩展模块的数量。（2）当+24V直流电源的容量不满足要求时，可以增加一个外部24V直流电源给扩展模块供电。此时外部电源不能与S7-200的传感器电源并联使用，但两个电源的公共端（M）应连接在一起。为了合理选择S7-200系列PLC的CPU类型，必须对系统的输入/输出的点数进行估计。同时，考虑到输入/输出点估算应留出适当的余量，通常根据统计的输入/输出点数，再增加10%20%的可扩展余量后，作为输入/输出点数估算数据。 根据已有的设计思想，系统的输入点数应在15个左右，输出点数应在9个左右。考虑到可扩展余量，所选择CPU的输入点应在18个以上，输出点应在10个以上，而满足要求的只有CPU226和CPU226XM。同时考虑到CPU226XM系列的价格比CPU226系列的价格高，所以本设计中选择的CPU类型为CPU226。2.4 输灰系统输灰方式的的选择输灰方式包括水力输灰方式和气力输灰方式，为了确定本课题中输灰系统的输送方式，现将两种输灰方式的进行比较如下。2.4.1 水力输灰方式以前，城市集中供热厂或小型热电厂输灰系统大多是用水力输灰方式。随着我国水资源、土地资源的日益紧缺，以及国家环保法律、法规的相继出台，对水、土地、环保等方面都提出了较高的要求，水力输灰方式的劣势逐渐显现，主要表现在如下几方面：1、水力输灰方式需要大量的水进行冲灰，并且冲灰水不能重复利用，这样就造成了水资源的浪费；2、在输送过程中，灰与水接触，所以灰的固有活性及其它物化特性受到很大程度的影响，不有利于粉煤灰的综合利用；3、水力输灰方式输送出的灰需占用大量的土地，造成了国家土地资源的浪费；4、灰场会对地下水及周围大气环境造成污染；5、存在灰管结垢及腐蚀问题，影响输灰系统的输送效果和系统的稳定性，同时设备检修相对不易；6、水力输送方式设计的系统自动化程度相对较低，所需的运行人员相对较多，浪费了人力资源，同时对企业降低设备运行成本不利；7、设备复杂，占地面积大，不便于系统布置；8、输送路线选取复杂，布置上的灵活性不足；9、不便于长距离集中、定点输送。2.4.2 气力输灰方式气力输灰是以压缩空气（或其它气体）为载体，与粉煤灰在一定混合比的情况下，在密闭管道内通过气力由一处送往另一处的输送方式。气力输灰方式与传统的水力输灰方式相比，在这方面有其独特的优点：1、气力输灰方式能节省大量的冲灰水，符合国家节约用水的政策；2、在输送过程中，灰不与水接触，所以灰的固有活性及其它物化特性不受影响，有利于粉煤灰的综合利用，同时可以进行混合、粉碎、分级、干燥、加热、冷却和除尘等操作；3、减少场占地，节约了土地资源；4、结构简单、紧凑，使用、维修方便，易于实现连续化与自动化操作；5、生产能力大，输送距离远(高)，且可沿任何方向输送，不受场地窄小限制；6、输送系统密闭，既可减少物料损失，保持卫生，又避免物料飞扬，保证操作环境良好；7、避免了灰场对地下水及周围大气环境的污染；8、不存在灰管结垢及腐蚀问题，降低了设备检修的成本及难度；9、气力输灰方式设计的系统自动化程度较高，所需的运行人员较少；10、设备简单，占地面积小，便于系统布置；11、输送路线选取方便，布置上比较灵活；12、便于长距离集中、定点输送。由水力输灰方式和气力输灰方式特点的比较，不难看出，气力输灰方式具有明显的优越性。所以本课题中输灰系统选择气力输灰方式。2.5 气力输送形式 气力输送系统按类型分：正压、负压、正负压组合系统。 正压气力输送系统：一般工作压力为0.10.5MPa。负压气力输送系统：一般工作压力为-0.040.08MPa。按输送形式分：稀相、浓相、半浓相等系统。气力输送功能表，见表2-2。表2-2 气力输送系统功能表项目气源压力MPa输送距离m物料粒度mm输送量t/h正压系统0.40.6200013100负压系统-0.040.83001360本设计选用浓相气力输送系统，浓相气力输送系统根据国外先进技术及经验，结合科学实验，经过数年实践，被确认为是一种既经济又可靠的气力输送系统。该系统输送灰气比高，耗气量少，输送速度低，有效降低管道磨损。第三章电厂输灰系统硬件设计硬件设计是控制系统设计的核心内容，包括气源系统的设计、输送系统的设计、控制系统的设计等。3.1 气源系统气力输灰系统中的输灰和控制系统中气动装置所需压缩空气，由气源系统供给。必须保证进入系统的是清洁、干燥的压缩空气，如果压缩空气含水，则将导致压力罐及输灰灰管道粘灰、堵灰，严重时会造成堵管或气动装置损坏，使系统被迫停运。而且各有其特性，无法用单纯的某一种设备就能达到目的，所以压缩空气干燥净化就成为了一个系统，一个完整的气源系统包括：空气压缩机、气液分离器、过滤器、干燥设备等设施。 1、气液分离器气液分离器的作用是对压缩空气进行预处理，把压缩空气中的凝结液尽可能100%的分离。气液分离器常安装在压缩空气系统的前部。根据气液分离的机理，常有旋风分离器、百叶窗式分离器、涡旋式分离器等几种。2、过滤器过滤器在压缩空气干燥净化系统中起着关键作用。采用不同的过滤器可去除压缩空气中的油（包括液体、气体）、固体杂质、微生物、有害气体等。在工业生产中，压缩空气系统使用的过滤器常按其用途分为：除油过滤器、除尘过滤器、除菌过滤器及专用过滤器等几类。除油过滤器是应用最广泛的过滤器，其主要作用是去除压缩空气中的油雾（胶体）。按其过滤精度（能有效拦截的最大颗粒直径）可分为：1）初/粗过滤器：过滤精度小于等于25微米；2）精过滤器：过滤精度小于等于1微米；残余油含量为1.0ppm；3）高精过滤器：过滤精度小于等于0.1微米，残余油含量为0.1ppm；4）超级过滤器：过滤精度小于等于0.01微米，与活性炭过滤器串联使用残油含量0.03ppm。除菌过滤器，是一种卫生级过滤器，主要去除压缩空气中的微生物，除菌过滤器前必须先经过除油过滤器处理。专用过滤器，最典型的专用过滤器是活性炭过滤器，可把压缩空气中的某些有害气体和异味过滤掉，属于化学过滤器。3、干燥设备干燥设备是除去水份的设备，常用的有冷冻干燥设备、吸附干燥设备、冷冻和吸附组合的干燥设备、其他干燥设备（膜干燥、化学吸收干燥等）。3.2 输送系统火电厂气力输灰方式以每kg压缩空气输送灰的重量比值进行分类，大致可分为3类，即稀相、中相和浓相输送。由于稀相和中相输送气灰比低，输送速度高，对管道、阀门磨损大，能耗也高。因此，本工程采用浓相输送方式。输灰系统的硬件设计电厂输灰系统的输送系统由气源、仓泵、输灰管、灰库等组成。设计的原理图如图3-1所示。 图3-1 输灰系统硬件原理图3.2.1 仓泵仓泵是气力输灰系统中的主要设备，如图3-2所示，仓泵一般由进料阀、进气阀、平衡阀、输送阀及泵体和管路等组成。仓泵具有较厚的壁厚，能承受粉煤灰的长期冲刷磨损，为一耐疲劳耐磨损的容器。在整个系统中，它接受除尘器集灰斗的飞灰，经加压流化后通过输灰管送至灰库，是整个输送系统的发送部分。仓泵采用间断输送的方式，每进、出料一次为一个工作循环。仓泵内还装有料位计和压力计，它们的作用分别为：料位计：在仓泵进料过程中，检测料位是否达到系统设定的要求。压力计：在仓泵的加压流化阶段，检测仓泵内的压力是否达到系统设定的要求。图3-2 仓泵3.2.2 仓泵的选择仓泵(有的称发送器)是气力输灰动力设备，也是气力输灰的技术关键。仓泵附属仪表主要有料位计、压力开关、压力仪表等。仓泵常用的有上引式、下引式、流态化仓泵。下引式仓泵结构较上引式简单，灰从除尘器灰斗落入仓泵底部而直接输送，不需灰悬浮运行，依靠空气压力将灰进行输送，属于柱塞型输送。该仓泵特点是干灰输送浓度很高，空气压力几乎能全部用于输送，输送能力大。另外，下引式仓泵内部结构非常简单，基本属于空罐结构，不需维护或维护工作量很少。但由于干灰输送浓度高，且未经均匀混合，其均匀程度较差，堵管可能性较大。一般适用于输送距离短、出力大的场合。本工程输灰距离短，选用下引式仓泵。3.2.3 仓泵工作过程在仓泵的控制方式中，共分为两种工作方式。一种为手动工作方式，在这种工作方式中，仓泵上各阀门可以自由动作，这样可以方便调试，也可以在仓泵发生了故障后进行操作。另一种为自动工作方式，这是一种主要的工作方式，在一般正常情况下，应以这种工作方式进行工作。在投入自动后，以自动循环的工作方式进行，其主要工作过程如下:1、仓泵投入自动后，测试气源压力是否达到设定值，若达到设定值，打开进料阀、平衡阀，仓泵开始进料，当料位计检测到料位已到或设定的时间已到时，进料阀自动关闭。在这一过程中，料位计和进料时间是并行进行控制的，只要料位到或进料时间到，都自动关闭进料阀。2、打开进气阀，此时要保证进料阀、平衡阀、出料阀处于关闭状态，仓泵内的压力随着时间的推移逐渐升高，当压力计检测到仓泵内的压力已达到系统设定的值时，输送阀自动打开。3、输送阀打开后，此时进气阀继续保持开启的状态，物料通过管道输送到灰库。4、当泵内压力下降到等于或接近管道阻力时，物料输送完毕，输送阀再延时一定时间后关闭，以排尽泵内余气。当输送阀关闭以后，间隔一定时间，仓泵进料阀打开，物料自由落入泵体。整个过程结束，从而完成一次循环。在同一组仓泵中，其中一台泵在输送，另外一台不允许输送。为确保输送管道的畅通，在仓泵第一次输送和结束输送时，都要进行一次空送操作，以吹尽管道和泵内的积灰。3.2.4 仓泵工作报警在工作中，对于各种不正常情况，控制系统均发出报警信号，报警采用声光报警， 即在报警时，相应的显示灯亮或闪烁，蜂鸣器发出报警声音，其中声音可以关闭，但关闭后不影响第二次报警。报警内容:1、料位计报警1）料位监控报警条件:仓泵利用时间进料超过所设定料位监控次数而料位计没有动作，但不影响仓泵正常运行。2）料位失灵报警条件:输送结束料位计常开接点闭合，仓泵退出运行，但不影响同一条输灰管上仓泵输送。3）输送超时报警条件：输送时间超过最长设定的时间（约300S，时间可调）。4）加压超时报警条件：加压超过最长升压时间（内部设定约120S，时间可调）。5）气源低压报警条件：输送气源压力低于设定压力（一般为0.04MPa）或控制气源压力低于设定压力（一般为0.05MPa）。6）堵管报警条件：仓泵输送压力高于设定的堵管压力。7）灰库料满条件:灰库料位计发出料满信号(灰库料位计常开接点闭合)或报警时设置在模拟面板上相应的指示灯闪烁或亮。3.2.5 报警故障处理方法仓泵在工作中，一般有以下几种报警方式，其处理方法及主要原因见以下表3-1。表3-1 报警故障原因及处理方法报警内容报警原因处理方法或原因仓泵料位计失灵输送结束，有料满信号调整料位计灵敏度（一般为料位计本身故障或料位计探棒上粘结物料）灰库料满灰库料位计发出信号关闭仓泵，停止向灰库送灰输送超时输送时间超过输送最长时间观察气源压力在仓泵输送时是否压力太低以及仓泵压力下限是否设制太低（该故障原因一般为物料因湿度大或气源压力不正常输送所致，也可能为堵管先兆）加压超时加压时间超过升压最长时间(1)加压阀是否打开(2)变送器、显示仪表工作是否正常(3)进料阀、出料阀是否关闭，有无漏气现象输送超压仓泵内压力超过上上限设定值（1）变送器、显示仪表是否工作正常(2)通过手动吹堵排堵，排堵完毕后，按报警消音按钮气源低压供气压力低于0.04MPa在本系统中能自动控制，不进行输送，但已进行输送就不关闭输送3.2.6 输灰管输送系统的4个仓泵共用同一输灰管，管道和阀门在安装完成后作气密实验，并吹刷干净可能遗留的杂物、锈垢，最后再安装主要设备，工程实际的输灰管如图3-3所示。图3-3 工程中的输灰管道3.2.7 灰库灰库由灰库本体、布袋除尘器、真空释放阀、料位计、卸灰设备等组成，它是气力输送系统的接收部分，可以是混凝土的，也可以是钢结构的。其中布袋除尘器是用于库内排放废气，真空释放阀用于保护灰库免受过高的正压或负压影响，料位计用于检测灰库内的灰位高低，卸灰设备用于卸出灰库内部的灰进行装车或装船，电厂实际的灰库如图3-4所示。图3-4 电厂灰库灰库容积规格根据用户需求设计，用于储放火力发电厂排出的干粉煤灰，并配置有防止扬尘的除尘和进灰、卸灰设备的密闭容器。1、库顶设备及料位计介绍：1）在灰库的库顶设一台终端卸灰箱，所有输灰管道送过来的灰通过该卸灰箱落至灰库内。该设备密封性良好，内衬耐磨钢板以确保使用寿命。 2）脉冲库顶除尘器：该产品是针对火力发电厂灰库、渣库工况条件专门设计的高效净化专用设备，它采用了先进的清灰装置。 3）压力真空释放阀：在充气排气和不正常的温度变化时，保护容器不受过量的正压和负压。每座灰库设置一台压力真空释放阀为保护灰库长期稳定、安全运行。 4）高、低点料位计和连续料位计：准确显示灰位的高低，确保灰库正常、安全、可靠运行。 2、灰库气化风系统介绍：灰库的气化风由灰库气化风机提供，空气经电加热器加热后进入每座灰库底部的气化装置，使灰库内的灰处于流态化状态，以便于卸料。为确保卸料顺利，下部设有气化装置和卸料装置，灰库气化装置采用气化板或气化槽。 3、库底卸料系统介绍： 在灰库的底部设置2个排灰口，其中一侧为干灰排放口，其下设一台干灰散装机，装车供外部综合利用；另一侧为湿灰排放口，设一台双轴搅拌机，干灰经加适量水后装自卸汽车运送到灰场，确保粉尘无二次飞扬。 1）干灰散装机：散装头采用三绳驱动，上升、下降平稳，散装头采用锥面加密封圈，装车时，密封性好，驱动电机为电磁铁制动式电机，装卸过程自动化程度高。2）双轴搅拌加湿机：灰库下部干灰加湿搅拌设备，湿度可调，并在进料口设置挡灰板，防止水雾反串，密封性好，搅拌均匀箱体底部的分水岭的设置确保设备内无死角，剩灰率低。3.3 控制系统气力输送系统，采用可编程序控制器（PLC）和手动操作相结合的输灰方式。3.3.1 PLC自动控制它是一种经常运行方式，出灰可用料位控制，也可用时间控制。在设定时间内，无论仓泵灰位高低，进行一次输灰循环。输灰系统还设定报警信号，当气源压力不够，达不到设定的值，阀门有故障时、堵管或进