基于PLC的声波清灰系统装置设计

基于 PLC 的声波清灰系统装置设计摘要：本课题是针对如今锅炉烟灰省煤器很容易在内壁形成积灰，降低了省煤器的效率，从而提出了基于 PLC 的声波清灰方法。本文首先简单介绍了声波清灰技术，包括声波清灰器的经济性和优缺点，然后以锅炉省煤器清灰为例，设计了一套基于 PLC 的声波清灰系统，本文较详细的介绍了声波清灰系统的中央控制系统，硬件设计，软件设计还有外围接口电路设计，最后还从硬件和软件两方面提出了抗干扰措施。关键词：PLC、声波清灰、程序Based on the sound of PLC system designAbstract：This topic is now boiler soot economizer easily in wall formation deposited, reduced the economizer, thus the efficiency is proposed based on PLC sound grey method.This paper briefly introduces the technology, including the sound waves the advantages and disadvantages of the economy, and then to the boiler economizer design as an example, based on PLC system of sound, this paper introduces in detail the sound system in central control system, hardware design, software design and peripheral interface circuit design, finally from two aspects of hardware and software anti-interference measures put forward.Keywords: PLC、sound waves 、progra目 录第一章 引言 .11.1 声波清灰技术简介 .11.2 声波吹灰器产品的优点和条件限制 .11.3 声波吹灰装置的应用范围 .3第二章 声波清灰器清灰经济性分析 .42.1 声波清洁器吹灰原理 .42.2 声波清洁器工作效果 .42.3 声波清洁器与蒸汽吹灰器运行费用比较 .52.4 声波清洁器优缺点 .62.4.1 声波清洁器优点 .62.4.2 声波清洁器不足 .62.5 蒸汽吹灰器优缺点 .62.5.1 蒸汽吹灰器优点 .62.5.2 蒸汽吹灰器不足 .62.6 经济分析结论 .7第三章 基于 PLC 的锅炉烟灰省煤器清灰系统设计 .83.1 确定设计任务书 . 83.2 确定外围 I/O 设备 .8 3.3 选定 PLC 的型号 . 83.4 编制 PLC 的输入/输出分配表 .8 3.5 声波清灰系统使用注意事项 . 9 3.5.1 声波清灰系统组成 .93.5.2 供气 .103.5.3 供电 .103.5.4 供油 .11 3.5.5 噪声防范 .113.6 传感器的选择. 113.7 声波清灰器控制工艺图,PLC 接线图示意图及流程图.133.8 清灰系统控制程序 . 163.8.1 清灰系统控制程序梯形图 .163.8.2 清灰系统控制程序语句表 .19第四章 PLC 抗干扰设计 .224.1 PLC 系统硬件方面抗干扰设计 .224.1.1 外界干扰的主要来源 . 224.1.2 防硬件方面干扰的措施 . 224.1.3 最终筛选设计 . 264.2 PLC 系统软件方面抗干扰设计 . 264.2.1 提高 PLC 软件方面抗干扰的措施 .264.2.2 故障检测程序设计 .294.2.3 最终筛选设计 .32结论 . 33致谢 . 34参考文献 .35附录 I 系统工艺图、电原理图、流程图 .36附录 II 外文文献翻译 .37附录 III 外文文献原文 .44 第一章 引 言1.1 声波清灰技术简介清灰技术是利用一定压力的压缩空气通过特制的气流射流环，高速喷射在一个特制的共振腔体上，将压缩空气的能量调制成一定频率、振幅和声强的声波，这种所调制出的声波是一种以能量形式存在的机械波。声波快速而剧烈地振动，使周围作用空间的空气不断地压缩和放松，形成稠密与稀疏的变化的纵波，这种密疏相间的变化在其作用空间传播，对积灰、结垢在受热面的附着状态产生反复作用，使其发生“声致疲劳”断裂而剥离或破碎，脱离受热面表面，随着流动的烟气带出烟道而达到清灰的目的。这种声波吹灰器利用了声波具有的直射、反射、折射及绕射的物理特性，可以充满所作用的所有空间而不留死角，对于采用动能冲刷原理的吹灰装置作用不到的死角、拐角、边角、背面等均为声波的作用场，这正是声波清灰装置别于其他形式的吹灰原理最明显的技术优势。在正常运行条件下启动声波除灰，则由于声波的连续作用，使灰尘颗粒在声波的连续作用下，沉积、吸附条件被破坏，难以在锅炉受热面沉积和附着，使受热面持久保持洁净。这种声波吹灰器可根据启动时省煤器进口烟气温度变化曲线调整运行时间和间隔周期，相对蒸汽吹灰装置，它随着受热面积灰的形成，到达一定程度即可启动运行。在操作过程中，技术人员通过监视低温过热器、低温再热器和省煤器的进出口温度变化，找出积灰的形成、增厚规律，然后根据此规律，及时启动声波吹灰器，可以有效地破坏积灰形成的条件，对其形成进行有效地阻扰。相比蒸汽吹灰装置，这种吹灰器启动相对比较频繁，因为它不必考虑对受热面管道的吹损问题，而间隔时间也比较短，所以它可以有效地阻止积灰的生成，更科学、理性地控制灰垢形成，并且有可能做到经济吹灰，优化吹灰。从而达到持久保持受热面清洁、提高传热效率的目的。这种声波吹灰器还通过声学耦合增大声波的传播距离以及对黏附在受热面上灰尘颗粒的作用强度。可以保证该类型的声波吹灰器可以使用在大型锅炉水平和竖井烟道。1.2 声波吹灰器产品的优点和条件限制免维护声波吹灰器工作时无转动、传动部件、设备及油润滑装置，不存在机械卡涩、阻滞、断油等机械故障，一旦安装，万事大吉。它的耐高温、耐腐蚀材料和强力耐磨损表面涂层使其可以适应在任何容量机组锅炉的水平、竖井烟道的任何工况条件，让运行变得无忧无虑，正常运行中基本无需维护便能自动、可靠地工作，减轻了除灰技术人员的劳动强度，是“免维护型”吹灰器。工作可靠它的主要部件发声体、声学耦合喇叭等所用的金属材料均为高合金奥氏体不锈耐热钢，其材料标准标称温度为 1100，在可能被磨损的关键部位，采用了当前先进的等离子表面喷涂钴基合金技术，使其耐磨性能大大提高。主要的正常维护就是周期性地清理空气过滤器滤芯和巡检日常工作，别无其他维护可做，方便可靠。3.对受热面不形成吹损、可持久保持受热面清洁在利用动能吹灰（如蒸汽吹灰）过程中，清灰过程经历了清理少量积灰积灰加剧灰垢形成再清理的循环，由于考虑到对受热面管道的强烈磨损，不能频繁启动，导致积灰加剧到一定程度时才启动清灰装置；而声波吹灰由于不依靠动力吹灰，不会吹损受热面，长时间使用可以大大减少受热面管道的磨损和爆管事故，安全可靠。可以根据设计任意启动，清灰运行时间不受限制，可以有效地阻止积灰的形成，具有“长效”清灰作用。根据锅炉不同的积灰特点，声波吹灰器可全自动周期性投入运行，需要时启动，不需要时即停止，使锅炉在整个连续运行的时间内，均能得到很好地清灰； 4.大功率共振腔声学耦合单元采用了近锥体声音耦合喇叭，使声波作用距离达到 10M 以上（在试验环境下，声波吹灰器的声强在距离声源 24M 时检测值为 130dB，试验灰椎尖顶部分表面在声波作用下完全破坏），扩展了声波除灰的空间。如果在 600MW 机组锅炉上使用，其作用声场已经可以完全覆盖需要清灰的空间，克服了以往声波除灰功率小、声场作用半径小的缺陷，拓展了声波除灰的应用环境。5. 内置式安装，环保、噪音小声波清灰器可以设计成炉墙式、内置式安装、发声部件全部在炉内，在炉墙安装时，采用了填充保温、隔热材料的负压墙（隔音）箱，可有效地防止声波噪音对运行环境所造成的影响，炉外声强级80dB，完全符合国家环保标准。如果采用了全部的炉内安装，在比较好的炉墙隔音条件下，更可以大大降低其噪音，达到 65 dB，对现场巡检人员和其他工作人员不构成噪音威胁。声波吹灰器由于其特殊的制造材料，使其可以适应任何现场苛刻的运行环境，具有灵活的安装方式和分组运行方式，保证了在大型临界和超临界机组锅炉受热面条件下的作用距离和更加优异的吹灰效果。该类型声波吹灰装置的条件限制：安装点的烟气流速一般应4m/s，以便由于声波作用从受热面管道上剥离的灰尘颗粒顺利被流动烟气带出；不能用于灰尘颗粒处于软化温度或者接近软化温度的区域，否则将会影响声波作用效果；在锅炉炉膛内部不可用，折焰角前部区域不推荐使用。要求有比较稳定的压缩空气源（一般为厂用杂风），压力应保证在 0.35MPa 以上，并且保证按照分组要求，保证每组数台吹灰器同时运行时，压力降幅度小，有稳定的流量-压力曲线。推荐采用压力蓄势空气储罐。采用洁净压缩空气源：推荐采用两级空气过滤装置，一级在空压机前部设置，第二级设置在母管位置。1.3 声波清灰装置的应用范围(1)降低由于滤袋除尘器压差高或电除尘器运行效果差所引起的能耗减小由过分物料堆积引起的非计划停车和维修;(2)最大限度地发挥设备的工作效率以提高产量减小物料流动问题引起的混合比例失调;(3)运用声波可以保持多孔板清洁并确保正确的气流分布;(4)可作为电除尘器的辅助清灰或单独清灰系统;(5)对静电除尘器极板和极线的辅助清灰;(6)清除静电除尘器入口均流孔板的积灰;(7)清除风机内壳和转子上的积灰;(8)清除料仓、灰斗内壁上的积灰;(9)运用声波可以保持多孔板清洁并确保正确的气流分布; (10)可作为电除尘器的辅助清灰或单独清灰系统;(11)对静电除尘器极板和极线的辅助清灰;(12)清除静电除尘器入口均流孔板的积灰;(13)清除风机内壳和转子上的积灰;(14)清除料仓、灰斗内壁上的积灰.第二章 声波清灰器清灰经济性分析目前国内火力发电机组清灰设备以蒸汽吹灰器为主,由于结构上的特点,加上锅炉热胀冷缩,吹灰管常有卡住、失灵及漏汽现象,设备故障率较高；维修工作量较大,在有些电厂不能经常投入使用,甚至装而不用,造成受热面积灰严重,排烟温度高,从而大大降低了锅炉热效率,给电站造成巨大的损失。选择运行安全性能可靠的吹灰设备,为国内电厂所关注。有些电厂在锅炉上采用了瑞典科康声力公司的声波清洁器来清洁受热面,收到了较好的效果。仅就当前所掌握的材料将声波清洁器吹灰器与蒸汽吹灰器作简要分析对比。2.1 声波清洁器吹灰原理声波清洁器工作原理是,金属膜片在压缩空气的作用下产生声波,受热面上的积灰在声波的作用下,处于松动和悬浮状态,便于被流动的烟气带走,从而清除受热面上的积灰。2.2 声波清洁器工作效果上海吴泾热电厂 SG40/h 炉原设计有蒸汽吹灰器 ,后因故障多,不能正常投运而拆除,安装了四台声波清洁器,进行了安装声波吹灰器前后的对比。表 2-1 是声波清洁器投运前后在再热器和省煤器蛇形管相同长度上取得灰样称重和积灰厚度测量的结果。可以看出,声波清洁器投运后,蛇形管上积灰有明显的减少,且受热面积灰松散易除去。表 2-1：投运前（95.11.18） 投运后（95.5.6）积灰厚度/mm 重量/g 积灰厚度/mm 重量/g最大 11.0 8.0再热器最少 3.036.01.512.0最大 11.0 9.0省煤器最小 3.025.02.015.0表 2-2 是 4 台声波清洁器全部投运后烟温和汽温的变化。表 2-2： 投前 投后 变化再热器烟温差/ 208 . 0 219 . 0 11. 0省煤器烟温差/ 109 . 0 112 . 0 3 . 0再热汽温升/ 207 . 5 216 . 0 8 . 5再热器出口汽温/ 527 . 0 537 . 0 10 . 0省煤器出口温度/ 375 . 0 360 . 0 15 . 0排烟温度/ 176 . 5 172 . 0 4 . 5表 2-3 是声波清洁器投入前后再热器吸热量的变化。若取:(1)排烟温度每下降 1(相当于锅炉热效率提高 0.05%)节约标准煤 20kg/h;(2)再热汽出口温度每上升 1,节约标准煤 5kg/h;(3)燃煤低位热值 18.84M/kg,煤价 240 元/吨;(4)年运行 7000h 等。表 2-3投前 投后主蒸汽流量/th-1 369.0 372.0计算再热器流量/th-1 315.0 319.0再热器进口烟温/ 620.0 623.0再热器出口烟温/ 412.0 412.5再热器进口汽压/MPa 2.22 2.215再热器进口汽温/ 323.5 324.0再热汽进口焓/kJkg-1 3517.37 3539.52再热器出口汽压/MPa 2.20 2.195再热器出口汽温/ 527.0 537.0再热汽出口焓/kJkg-1 3517.37 3539.52再热器吸热量/106kJh-1 141.06 149.52再热汽焓增/kJkg-1 447.85 468.70根据试验结果,声波清洁器投运后,再热汽出口汽温提高 10,排烟温度下降 4.5,全年可节约标准煤 980t,折合人民币 3616 万元。中华人民共和国劳动部劳动保护科学研究所,应劳动部锅炉压力容器检测研究中心的要求,对由瑞典科康声力公司(KOC,KUM,SONICS1AB)制造的 IKT230/220 声波清洁器进行了噪声测试 ,按照“工业企业噪声检测规范”进行测试结论为:符合工业企业噪声控制设计规范 的要求,在常规外部隔声处理以后,清洁器工作时产生的噪声,对周围作业人员不造成健康危害,亦不影响环境质量。2.3 声波清洁器与蒸汽吹灰器运行费用比较齐鲁电厂 5#炉、6#炉均为 HG410t/h 锅炉,分别安装 9 台蒸汽吹灰器和 10 台声波清洁器,若取:(1)蒸汽吹灰器耗费蒸汽量 12kg/sec(9 台计);蒸汽吹灰器压力 1.281.47MPa;(3)蒸汽介质温度350;(4)蒸汽吹灰行程时间 6min;(5)蒸汽吹灰行程电动机功率 5.4k 台计) ;(6)每班蒸汽清洁次数 1 次;(7)声波清洁器所需空压机功率 55(供 10 台声波清洁器) ;(8)声波清洁器 5 分钟鸣音时间 1 分钟;(9)每吨煤能产生吹灰蒸汽 10t;(10)供电煤耗 0.377kg/kWh;(11)每年运行 7000h;(12)燃煤热值和煤价同上等。9 台蒸汽吹灰器全年需用蒸汽 7560t,合人民币 18114 万元,而 10 台声波清洁器全年耗能折煤 29.03t 合人民币 0.7 万元。声波清洁器每年检修费用 2700 元,蒸汽吹灰器每年检修费用 6000 元。如不计及声波清洁器和蒸汽吹灰器在设备安装和日常维修管理等费用上的差别,仅考虑声波清洁器的节能效果和它们在运行费用上的差别,那么用声波清洁器代替蒸汽吹灰器,一年能收回设备投资费用。2.4 声波清洁器优缺点2.4.1 声波清洁器优点(1)设计先进, 结构简单可靠,起停操作方便,运行安全,维修工作量极小,检修容易,费用低、安装简便;(2)声波可以贯穿和清洁难以达到的位置, 清洁半径 5m,对受热面不会产生机械磨损,不会产生湿分而引起锅炉尾部受热面的腐蚀和堵塞;(3)介质为空气,压力 0.400.55MPa,非常容易满足;(4)设备费用回收周期短等。2.4.2 声波清洁器不足(1)对于炉膛或对流受热面结渣,声波吹灰器无能为力;(2)低温段空气预热器的腐蚀和严重堵塞灰垢无法清除;(3)难以清除受热面管子上已结成的坚硬灰垢。2.5 蒸汽吹灰器优缺点2.5.1 蒸汽吹灰器优点(1)蒸汽来源比较充裕;(2)蒸汽吹灰系统的初投资较低;(3)对结渣性较强、煤灰熔点低、较粘的灰,蒸汽吹灰比较有效等。2.5.2 蒸汽吹灰器不足(1)吹灰时需耗费蒸汽,因而需增加锅炉补充水及水处理设备运行费用;(2)增加排烟中的含湿量,使烟气露点温度提高,可能导致空气预热器冷端堵灰和腐蚀加剧;(3)维修费用较大,尤其长伸缩吹灰器;(4)吹扫半径 2m 左右,且易吹坏受热面引起爆管 ,导致停炉检修,蒸汽吹扫遇到密集管束速度减弱大,吹灰有效范围小等。2.6 经济分析结论(1)声波清洁器结构简单,无转动机械,无吹扫介质冲刷受热面,运行安全可靠。同时,它可以吹扫蒸汽吹灰难以达到的空间,而且除灰效果比较明显,应该大力推广和应用。(2)若以设计参数为基准,安装声波吹灰器后可以使锅炉效率提高 0.715%,实际最大吹灰效果可使锅炉效率提高 1.655%。(3)实测声波清洁器噪音在 8085dB 左右,小于国际安全与健康机构(OSHA)规定的允许值(107dB), 对运行人员的健康不会产生危害。(4)声波清洁器初投资比蒸汽吹灰器高(近乎 215 倍),但其回收期却比蒸汽吹灰器快得多,而且声波清洁器的安装、运行和检修费用都比蒸汽吹灰器低得多。第三章 基于 PLC 的锅炉烟灰省煤器清灰系统设计3.1 确定设计任务书有一锅炉烟灰省煤器很容易在内壁形成积灰，积灰降低了省煤器的效率，这就需要一个很好的清灰系统，及时的清理好内壁积灰。由于烟气温度影响烟灰凝结在省煤器内壁的容易程度，所以可以根据烟气进入省煤器时的温度调整声波清灰器的启动，启动延长时间，启动频率和停止。3.2 确定外围 I/O 设备本设计使用温度 H、I、L 三个传感器，分别对应的检测温度为 520、460、400和一台声波清灰器。3.3 选定 PLC 的型号选用的 PLC 是西门子公司的 S7-200 系列小型 PLC-CPU222，本机集成 8 输入/6 输出，并且可以扩展 2 个模块。3.4 编制 PLC 的输入/输出分配表 表 3-1 I/O 分配表编号 地址 说明 功能数字输入1 I0.0 按钮 启动，上升沿有效2 I0.1 按钮 停止，上升沿有效3 I0.2 温度传感器 温度检测 H 上升沿有效4 I0.3 温度传感器 温度检测 I 上升沿有效5 I0.4 温度传感器 温度检测 L 上升沿有效6 I0.5 手动开关 手动控制电磁阀数字输出 1 Q0.0 声波清灰器电源 清灰器启动/停止2 Q0.1 声波清灰器电磁阀 清灰器按方式 A 进行3 Q0.2 声波清灰器电磁阀 清灰器按方式 B 进行4 Q0.3 声波清灰器电磁阀 清灰器按方式 C 进行5 Q0.4 报警灯 报警灯亮6 Q0.5 声波清灰器电磁阀 清灰器按手动控制方式说明：方式 A：当进入省煤器烟灰温度达到 400而低于 460时，清灰器每隔 6 分钟启动一次，每次启动 30。方式 B：当进入省煤器烟灰温度高于 460而低于 520时，清灰器每隔 8 分钟启动一次，每次启动 20。方式 C：当进入省煤器烟灰温度高于 520时，清灰器每隔 10 分钟启动一次，每次启动 10 秒设计原理：由于进入省煤器时烟灰温度不同，导致烟气在省煤器内壁的凝结的难易程度不同，所以可以通过测定进入省煤器烟灰的温度而调节声波清灰器的启动频率和启动时间，更好的及时清灰和节省能耗，提高生产效率，降低生产成本。3.5 声波清灰系统使用注意事项声波的声强和频率按静电除尘器的具体结构和粉尘性质进行设计计算。声波的声强由下式求得。I = P2P0 C0式中 I声强 , W/ m2;P有效声压 , Pa ;P0 空气的密度 , Kg/ m3;C0 空气中的声速 , m/ s。声强级是表示声强相对大小的指标 , 其数学式如下。在工程设计中可以按声强计算 , 但在测量时一般换算为声强级 , 计量单位为 dB (A) 。L1 = 10 lgI/I0式中 L1 声强级 , dB ;I 某声场声强 , W/ m2; I0 基准声强 , 10 - 12W/ m2。清灰间隔时间不能太长 , 以确保灰垢相互之间尚未牢固地结合 (一般的循环时间是每隔 510min 开启 1030s) 。首次使用时 , 表面必须已经是清洁的 , 因为声波清灰仅仅是阻止新的灰垢层的形成 , 而较难把已结垢的尘块完全打开。在应用中是用一个或几个发声器每隔一段时间就发生一次 , 并持续不断地循环来达到目的。在恶劣工况下需频密地发声。积灰必须是干燥和粉未状的 , 湿气越少清洁效果越好。3.5.1 声波清灰系统组成 静电除尘器的声波清灰系统发生器、贮气包、减压阀、压力表、过滤器、油雾器、电磁阀、时间控制器和气路、电路等部分组成 (见图 3-1) , 其中声波发生器是主要部件。图 3-1 声波发生器1. 电磁阀 2. 时间控制器 3. 声波发生器 4. 油雾器 5. 试压表 6.减压表 7. 过滤器 3.5.2 供气压缩空气的供气压力和流量是保证声波发生器正常工作的重要条件。在正常情况下 , 要求的压力 014MPa , 流量 14m3/ min , 这是因为每个发生器工作 320S 就够了 , 在两次清灰之间 , 空气压缩机可以很快恢复原来的压力 , 设计中气路上应设一个 13m3 的贮气包 , 以便压气顺利恢复。贯通膜片两边的气孔 , 是为鸣音进气压力 01400155MPa 而设计的。设计计算时 , 考虑到正常管道压降情况 , 此时压缩气源压力为 016017MPa。度量压力以鸣音时为准。声波发生器用的压缩空气 , 应经主过滤器隔除杂质及水份。因为尘垢杂质会影响声波生器正常操作 , 所以每个声波发生器还需要其独立的过滤器 ,并在组装系统前 , 先吹清输气管内所有杂质。3.5.3 供电声波清灰系统要求的电量很少 , 但是电气器件的质量要求很严格。设计中电磁阀和时间控制器可选用厂家配套的产品 , 时间控制器供给的电源号必须与电磁阀电压匹配 , 否则不能正常工作。电磁阀的耐温由生产厂家提供 , 一般不应大于 80 , 而且电磁阀至声波发生器的距离 2m。声波发生器出厂前应附有一个正常关闭的电磁阀 , 阀内有一个气孔 , 用来流通冷却气 , 因此不可用其他电磁阀代替。3.5.4 供油为降低膜片与顶盖及内壳的磨损 , 每个声波发生器应设计一个独立的油雾器。油雾器的供油量为每 23S1 滴较为适合。油雾器每周加一次抽 , 加油量约为 013L , 油的标号为 30 #透平油。3.5.5 噪声防范“声波泄漏”是客观存在的问题 , 因此设计时 ,应注意避免将会产生的噪声问题。当声波发生器工作时 , 所产生的声浪可能达 130dB (A) 以上 , 因此 , 在声波发生器的操作电源及压缩气源未完全切断时 , 严禁人在扬声空间范围内工作。声波发生器每次发音维持 320S , 每天的发音时间总和将长达 2060min。从防范噪音来说 ,在每个新的声波发生器的外壳周围 , 要设计一个 4- 5mm 厚钢制的隔音罩 , 内附 100 - 200mm 厚的矿质棉。隔音罩应安装在壁板上 , 而不可安装在声波发生器法兰上。3.6 传感器的选择传感器有很多种分类方法。按被测物理量的不同，可以分为位移传感器、力传感器、温度传感器等；按传感器工作原理的不同，可以分为机械式传感器、光学式传感器、流体式传感器等；按信号变换特征也可分为物性型传感器与结构型传感器；根据敏感元件与被测对象之间的能量关系，也可以分为能量转换型传感器与能量控制型传感器；按输出信号分类，可分为迷你式传感器和数字式传感器等。物性传感器是依靠敏感元件材料本身物理性质的变化来实现信号变换的。例如，水银温度计时利用了水银的热胀冷缩性质；压力测力计利用的是石英晶体的压电效应等。结构型传感器则是依靠传感器结构参数的变化而实现信号转变的。例如，电容式传感器依靠极板间距离变化引起电容量的变化；电感式传感器依靠衔铁位移引起自感或互感的变化。能量转换型传感器，也称无源传感器，是直接由被测对象输入能量使其工作的，例如，热电偶温度计、弹性压力计等。在这种情况下，由于被测对象与传感器之间的能量交换，必然导致被测对象状态的变化和测量误差。能量控制型传感器，也称有源传感器，是从外部供给能量使传感器工作的，并且由被测量来控制外部供给能量的变化。例如，电阻应变计中电阻接于电桥上，电桥工作能源由外部供给，而由被测量变化所引起电阻变化来控制电桥输出。电阻温度计、电容式测振仪等均属此种类型。另一种传感器是以外信号（由辅助能源产生）激励被测对象，传感器获取的信号是被测对象对激励信号的响应，它反映了被测对象的性质或状态。例如，超声波探伤仪、 射线测厚仪、X 射线衍射仪等。根据实际情况，被测温度在 0600左右，所以我选择热电偶温度计，该温度计能测温度范围在 01600。能量转换型传感器工作原理如图 3-2 所示。图 3-2 能量转换型传感器工作原理 3.7 声波清灰器控制工艺图，PLC 接线图示意图及流程图声波清灰系统控制点工艺图及 PLC 接线图图 3-3 声波清灰系统控制点工艺图清灰系统控制 PLC 接线图 图 3-4 系统控制 PLC 接线图清灰系统流程图 图 3-5 清灰系统控制流程图3.8 清灰系统控制程序 3.8.1 清灰系统控制程序梯形图Network1.清灰系统启动/停止，I0.0 输入为 1，I0.0 常开变常闭，M0.0 得电，启动系统，I0.1 输入为 1.，I0.1 常闭变断开，M0.0 失电，停止系统。图 3-6 清灰系统启动/停止Network2.检测，当检测的温度高于 400而低于 460时，I0.4 输入为 1，I0.4 常开变闭合，定时器 T37，T38 和计数器 C21 开始计时，计数。图 3-7 当检测温度高于 400时的梯形图Network3.检测，当检测温度高于 460而低于 520时，I0.3 输出为 1，I0.3 常开变闭合，定时器 T37,T39 和计数器 C22 开始计时，计数。图 3-8 当检测温度高于 460时的梯形图Network4.检测，当检测温度高于 520时，I0.2 输入为 1，I0.2 常开变闭合，定时器T37,T40 和计数器 C23 开始计时，计数。图 3-9 当检测温度高于 520时的梯形图Network5.逻辑检测程序，当程序出现错误时，Q0.4 输出为 1,报警灯亮。图 3-10 逻辑检测程序3.8.2 清灰系统控制程序语句表LD I0.0 O M0.0AN I0.1= M0.0LD M0.0AN I0.2AN I0.3A I0.4AN T37TON T37,600LD T37LD SM0.1 O I0.5O C21CTU C21,6LD C21TON T38,300LD T38= Q0.1LD M0.0AN I0.2A I0.3 AN I0.4AN T37TON T37,600LD T37LD SM0.1O I0.5O C22CTU C22,8LD C22TON T39,200LD T39= Q0.2LD M0.0 A I0.2AN I0.3AN I0.4AN T37TON T37,600LD T37LD SM0.1O I0.5O C23CTU C23,10LD C23TON T40,100LD T40= Q0.3LD M0.0AN I0.2AN I0.3A I0.4= M0.1LD M0.0AN I0.2AN I0.4A I0.3= M0.2LD M0.0AN I0.3AN I0.4A I0.2= M0.3LDN M0.1AN M0.2AN M0.3= Q0.4LD I0.5= Q0.5第四章 PLC 抗干扰设计4.1 PLC 系统硬件方面抗干扰设计由于 PLC 是专门为工业生产环境设计的装置,因此一般不需要再采取特殊措施就能直接用于工业环境中。但如果工作环境过于恶劣,如干扰特别强烈,可能使 PLC 引起错误的输入信号;运算出错误的结果;产生出错误的输出信号;造成错误的动作,就不能保证控制系统正常、安全运行。因此为提高控制系统的可靠性,在设计时采取相应有效的抗干扰措施是非常必要的。4.1.1 外界干扰的主要来源1.电源的干扰供电电源的波动以及电源电压中高次谐波产生的干扰。2.感应电压的干扰PLC 周围邻近的大容量设备启动和停止时,因电磁感应引起的干扰;其它设备或空中强电场通过分布电容串入 PLC 引起的干扰。3.输入输出信号的干扰输入设备的输入信号线间寄生电容引起的差模干扰和输入信号线与大地间的共模干扰; 在感性负载的场合,输出信号由断开闭合时产生的突变电流和由闭合 断开的反向感应电势以及电磁接触器的接点产生电弧等产生的干扰。4.外部配线干扰因各种电缆选择不合理,信号线绝缘降低,安装、布线不合理等产生的干扰。4.1.2 防硬件方面干扰的措施电源干扰是 PLC 干扰源之一,其主要是通过供电线路的阻抗耦合产生的。在干扰较多或对可靠性要求很高的场合,应积极采取措施加以抑制。1.使用隔离变压器使用隔离变压器可以抑制由电源串入的外来干扰,提高抗高频共模干扰能力。屏蔽层要良好接地以减少绕组间分布电容,提高抗高频干扰能力;次级连接线要使用双绞线以减少电源线间干扰。2.使用低通滤波器使用低通滤波器可以吸收掉电源中的大部分“毛刺”,在一定的频率范围内有一定的抗电网干扰的作用。但在选择好的滤波器的频率范围上存在困难。因此常用的方法是在 PLC 交流电源输入端加接带屏蔽层的隔离变压器和低通滤波器。如图 4-1 所示。图 4-1 隔离变压器和低通滤波器抗干扰电路3.用直流电源代替交流电源在电力系统中,直接使用 220V 直流电源(最好采用稳压电源或蓄电池),给 PLC 供电,可以明显地减少电源的干扰。4.对 PLC 独立供电如图 4-2 所示,将 PLC、I/O 通道和其它设备的供电分离开来,对 PLC 采用单独的供电回路,可以避免其它设备(尤其是大容量设备)的起停对 PLC 的干扰。图 4-2 PLC 单独供电电路5.PLC 接地设计良好的接地是 PLC 安全可靠运行的重要条件。可以减少因电位差引起的干扰电流,通过接地线可减少混入电源线、输入/输出信号线的干扰 ;可以防止由漏电流产生的感应电压。PLC 与其它设备最好分别使用接地装置,如图 4-3(a)所示。如果不能采用专用接地装置,可采用其它接地方式,如图 4-3(b)所示。不能采用共通接地方式。接地特别应避免与电动机、变压器等大容量设备共通接地。另外如图 4-3(c)所示。接地时应注意接地电阻小于 100,接地线大于 2mm2,PLC 与接地点之间距离不大于 50m。图 4-3 接地方式6.强烈干扰环境中的隔离措施由于 PLC 光电耦合器中发光二极管的最小工作电流仅几毫安,因而在电磁场强、电压高、电流大、腐蚀性强的工业环境中,容易使光电耦合器的隔离作用失效,使 PLC 产生误动作。为提高抗干扰能力,在这些场合,可用继电器来隔离,因线圈吸合电流为几十毫安;串行通信时,采用光纤来传输和隔离,或采用带光电耦合器的通信接口。7.防输入/输出信号干扰的措施如 PLC 输入 /输出端有感性负载 ,当控制触点断开时 ,电路感性负载会产生比电源电压高得多的反电势,当触头闭合时,会产生电弧,对控制系统产生干扰。为防止损坏模块,应采取在负载两端并接阻容串联吸收电路或压敏电阻(对交流输入信号而言),如图 4-4(a)所示。或在负载两端并接续流二极管(对直流输入信号而言),如图 4-4(b)所示。元件参数设定可参考表 4-1 数据。图 4-4 输入/输出电路抗干扰措施表 4-1 元件参数设定处理电路 处理方法 参 数并接 RC 吸收电路 R 值 C 值交流电路干扰处理 并接压敏电阻 47120 0.1F0.47 F标称电压为电源电压的 1.71.9 倍直流电路干扰处理并接续流二极管额定电压大于电源电压 3 倍,电流 1A8.防外部配线干扰的措施为防止或减少因外部配线引起的干扰,在配线时要做到以下几点:a.PLC 的接地线与电源线或动力线分开;b.信号远距离传送,模拟信号线和高速信号线应选用屏蔽电缆;c.PLC 应远离强干扰源;d.信号线应尽量靠近地线或接地金属导体;e.输入/输出线分开走线,并保持一定距离;f.交流线与直流线要使用不同的电缆;g.不同的信号线用不同的插接件;h.当信号线距离在 300m 以上时,用中间继电器转换信号或使用 PLC 的远程 I/O 模块。当断路器因短路、过载保护动作跳闸时,在短路的瞬间会出现低电压,这时电容 C 对时间继电器 KT 线圈放电,使时间继电器 KT 线圈保持通电状态,时间继电器的延时断开的常闭触头 KT 仍然处于断开状态,而不能使中间继电器 KA 线圈得电,即断路器因短路、过载保护运作跳闸后不能自动恢复供电。 4.1.3 最终筛选设计根据设计的简单、经济、实用等综合因素考虑，因为清灰器要频繁启停，所以将PLC、I/O 通道和其它设备的供电分离开来,对 PLC 采用单独的供电回路,可以避免其它设备的启停对 PLC 的干扰。同时对 PLC 和其他设备采用专用接地方式，减少因电位差引起的干扰电流,通过专用接地线可减少混入电源线、输入/输出信号线的干扰; 可以防止由漏电流产生的感应电压。PLC 单独供电电路见图 4-5。图 4-5 PLC 单独供电电路图4.2 PLC 系统软件方面抗干扰设计PLC 作为新一代工业控制计算机因其具有体积小、功能强、通用性好、实用性强、硬件配套齐全、用户程序编程简单且易于维护等优点而广泛应用于工业领域。PLC 控制系统的可靠性直接影响到工业企业的安全生产和经济运行。影响 PLC 控制系统可靠性的因素很多,主要有安装环境、电源与接地、输入/输出电路及信号等。相关提高 PLC 系统可靠性的硬件措施在许多文献中都有较详尽的阐述,但对利用软件编程提高 PLC 控制系统可靠性进行的研究还不太多。PLC 内部具有丰富的软元件,如辅助继电器、定时器、计数器、特殊内部继电器等,利用这些资源设计一些程序,可以有效地提高控制系统的可靠性、安全性。以松下电工的 FP1 系列 PLC 为例介绍一些可以有效地提高控制系统可靠性的程序设计方法。4.2.1 提高 PLC 软件方面抗干扰的措施1.开关型传感器的“去抖动”措施当按钮作为输入信号时,则不可避免地产生抖动;当输入信号是接触器或继电器的触点时,有时会产生瞬时跳动,容易引起误动作,影响可靠性。可采用如图 4-6 所示的开关型传感器消抖梯型图程序,利用 PLC 内部的定时器来实现消抖。图 4-6 中,X0 为启动信号,X1 为停止信号,Y0 为输出信号,T0、T1 为定时器定时