发电厂输灰系统PLC控制设计

摘要本文介绍了火力发电厂输灰系统的工作流程和控制要求，仓泵气力输送技术开始在国内的运用，进一步促进了国内电厂粉煤灰气力输送技术的发展并且气力输送系统的输送距离、输送浓度、系统出力和设备的制造工艺及自动化水平得到加强和提高。在仓泵的输灰控制系统中的应用，实现了对仓泵的进料，进气，排气，出料等过程的计算机控制。本文给出了具体的实施方案，由该装置所构成的控制系统运行正常，其综合效益十分明显。锅炉除灰系统由两台三电场除尘器、十二台电动锁气器、两台饲料机、两台斜槽风机、四台仓泵、三台空压机、一个灰库及连接管路组成。关键词：可编程序控制器发电厂输灰系统控制目录第1章系统构成简介11.1PLC定义11.2PLC特点1第2章气力除灰的基本类型32.1仓泵正压气力除灰系统32.2正压气力出灰系统具有的技术特点4第3章仓泵负压力除灰系统53.1负压气力除灰系统具有的特点53.2仓泵除灰控制系统的工作原理6第4章仓泵改造后的功能要求74.1运行方式74.2改造方案7第5章PLC控制系统的运行95.1改造后的系统运行95.1.1改造后系统启动前状态95.1.2改造后系统运行状态9第6章PLC控制发电厂输灰系统116.1输灰系统基本结构图116.2工作原理116.3输入输出地址表126.4外部接线图136.5流程图146.6梯形图15第7章结束语17致谢19参考文献21第0页共22页第1章系统构成简介在仓泵输灰控制过程中有大量连锁及闭锁。如：在仓泵体仍有余压得情况下就只能开放气阀降压而禁止开进料阀，进料和放气两阀未完全关闭时则禁止打开进风阀，以防止返灰；在灰管压力较允许值高时则闭锁打开出料阀和进风阀，以防灰管堵塞或堵塞故障变大；在空气母管压力较低时闭锁打开进风阀，防止堵管；在进风阀未完全关闭时，闭锁大开放气阀和进料阀；当仓泵内的灰料高度已达到预定位置、同侧的另一台仓泵不再出料状态且空气母管压力已达到规定值时，连锁打开出料计进风阀进行出料；当空气母管压力降到规定值后，连锁关闭进风、出料阀，停止出料；另外还者有阀门故障检测系统，当一阀门从全关位置到全开位置或从全开位置到全关位置的动作时间超过一定时间值时，则发出声报警信号，提醒运行人员，该阀门已卡，应立即进行处理。1.1PLC的定义1987年2月，国际电工技术委员会（IEC）对PLC的定义是：可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计，它采用一类可编程序的存储器，用于其内部存储器程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术操作等面向用户的指令，并通过数字式或模拟式输入输出，控制各种类型的机械或生产过程。1.2PLC的特点（1）可靠性高。由于可靠性是用户选用的首先依据，因此，每个PLC生产厂都将可靠性作为第一指示而加以研制，以单片机为核心，在硬件和软件上做了大量的抗干扰措施，使PLC的平均无障碍时间到达30万小时以上，使用寿命长。（2）控制功能强。PLC具有逻辑判断、计数、定时、步进、跳转、移位、记忆、四则运算和数据传送等功能，可以实现顺序控制、逻辑控制、位置控制和过程控制等等。（3）编程方便，易于使用。PLC采用与继电器电路相似的梯形图编程，比较直观，易懂易编。（4）适用于恶劣的工业环境，抗干扰能力强。（5）具有各种借口，与外部设备连接非常方便。（6）采用积木式结构或木块式结构，具有较大的灵活性和可靠性，扩展灵活方便。（7）维修方便，PLC上有I/O指示灯，哪个I/O元件有故障，一目了然。（8）可根据生产工艺要求或运行情况，随时对程序进行在线修改，不能更改硬接线，灵活性大，适应强。第1页共22页第2章气力除灰的基本类型依据粉体在管道中的流动状态，气力除灰方式分为悬浮流输送，集团流输送部分和栓塞流输送，传统的大仓泵正压气力除灰系统属于悬浮流输送，仓泵正压气力除灰系统和双套管流正压气力除灰系统界于集团流和部分流之间。依据输送压力种类，气力除灰方式可分为动压输送和静压输送两大类别。悬浮流输送，气流是物料在输送管类保持悬浮状态，颗粒依靠气流动压向前运动。依据输送压力的不同，气力除灰方式有可分为正压系统和负压系统两大类。其中正压气力除灰系统包括仓泵正压输送系统，气锁阀正压气力除灰系统等等。2.1仓泵正压气力除灰系统仓泵正压气力除灰是一种压力罐式的供料容器，其本身并不产生动力，只是借助于外部供给的压缩空气对装入泵内的粉装物料进行混合，加压，在经过管道输送置灰库，中转仓或灰用户。仓泵正压气力除灰系统有供料设备气源设备和集料设备三大基本功能组成及管道，控制系统构成，不同类型的气力除灰系统采用的功能设备的类型，性能以及布置形式是不同的，仓泵正压气力除灰系统的中心设备是仓泵气力输送泵和电动锁气器与之相配套的前置供料器，气源设备采用较多的是空压机组，集料设备是结构简单的布袋收尘，布袋收尘器通常安装在灰库的库顶，也可以根据需要直接安装在用灰现场。根据仓泵配置方式的不同，仓泵正压气力除灰系统分为集中供料式和直联供料式两种类型，集中供料式系统是指多只灰斗共用一台仓泵。在工程设计中可根据现场的条件，设计要求系统出力等情况确定采用哪一种类型的供料系统。仓泵正压气力除灰系统的工艺流程：灰从电除尘器灰斗流出，经闸板阀，电动锁气器，进入干灰机集中设备，将来自若干不同灰斗得灰集中输送给一台仓泵，在仓泵内干灰与压缩空气混合，使干灰呈悬浮状态，并经输灰管道直接打入灰库。其流程图如图3.1.1所示。第2页共22页2.2正压气力出灰系统具有的技术特点：（1）适用于从一处向多处进行分散输送（2）适合于大容量、长距离输送。与负压输送系统不同，正压系统输送浓度和输送距离的增大所造成的阻力增大，可通过适当提高气源压力得到补偿。（3）收尘设备处于系统的低压区，故收尘器对密封的要求不高，因而结构比较简单，一般不需要装所气器。而且分离后的气体可直接排入大气，故一般只须安装一级收尘器。（4）气源设备在仓泵之前，故不存在气源设备磨损问题。该系统的缺陷：（1）仓泵处于系统的高压区，对仓泵的密封性能要求较高。（2）间歇式正压输送系统不能实现连续供料。（3）当运行维护不当或系统密封不严时，会发生跑冒灰现象，造成周围环境的污染，与负压力系统相比，系统漏风对系统运行稳定性的影响不大。第3页共22页第3章仓泵负压力除灰系统负压气力除灰系统的工艺流程图如图2所示，利用抽气设备的抽吸作用，是出灰系统内产生一定的负压，当灰斗内的干灰通过电动锁气器落入供料设备时，与吸入供料设备的空气混合，并一起吸入管道，经气粉分离器分离后的干灰落入灰库，清洁空气则通过抽气设备重返大气，负压气力除灰系统应在电除尘器的每只灰斗下分别装一台供了设备。3.1负压气力除灰系统具有的特点：（1）使用于多处向一处集中送灰，无需借助干灰集中设备，灰斗可以共用一条输送母管，将粉煤灰同时送入或依次送入灰库。（2）由于系统内压力低于外部压力，所以不存在跑灰、冒灰现象，故系漏风不污染周围环境。（3）因供料用的受灰器布置在系统始端，真空度低，故对供了设备的气封性要求较低。其缺陷是：(1)因灰气分离装置处于系统末端，与起源设备接近，故其真空高度高，对设备的要求也高，故设备结构复杂。(2)受真空度极限的限制，系统处理和输送距离不高。因为浓度与输送距离越大，阻力也越大，这样，输送管内的压力越底，空气也越稀薄，携载灰粒的能力就越底大气灰斗一级收尘器二级收尘器抽气设备第4页共22页图3.1.1负压气力除灰系统的工艺流程3.2仓泵除灰控制系统的工作原理除灰系统是利用压缩空气将干灰沿除灰管道输送至灰库或中转仓，输送空气压力较高，输送距离较长。进料阀由锥阀，连杆和活塞开关等部分组成，当活塞缺的活塞被气压推至上部时，连杆带动摇臂杆使锥阀落下，进料阀开启；反之，当活塞开关的活塞处于下部时，靠活塞开关内的弹簧的压力把锥阀推至上方，并与橡胶圈压紧，此时进料阀处于关闭状态。进气阀是由阀上的上下气流压力差与弹簧之间平衡作用维持一定的开度让一定量的压缩空气进去缺体，使缺体内物料气化后，借缸体与管道的压差，将气化的物料送至输送管道。仓泵工作时，按下启动按钮，系统投入运行，排气阀打开，通过时间继电器的延时：延时时间到，进料阀打开，进料此时也是通过一个时间继电器来计量何时料满：料满延时时间到，就关闭放气阀与进料阀。此时生产应转入下一过程，当仓泵压力达到一个给定值时，仓泵就应进行出料的生产过程。此时进气阀与出料阀都打开，出料延时时间继电器开始延时，出料完，及出料延时时间到，关进气阀与出料阀，生产自动切换到进料过程，开放气阀，然后开进料阀，如此循环往复的进行生产。状态指示：为监控生产过程的进行情况，应设置过程指示灯，对此时此刻的生产过程进行指示。仓泵除灰控制示意图如下闸板阀电动锁气器受灰器或除灰控制器电动锁气器电动锁气器灰库第5页共22页阀磁电为均出料阀进气阀放气阀进料阀图3.2.1仓泵除灰控制示意图仓泵除灰控制示意图机器的工作循环过程为四个动作，如下，出出出出图3.2.2仓泵除灰控制示意图机器的工作循环过程第4章仓泵改造后的功能要求改造后应使该系统具有手动运行方式和自动运行方式，手动运行的功能是根据系统状况来人为地操作相应的设备。4.1运行方式(1)合上甲(乙)侧仓泵控制电源开关.(2)将甲(乙)侧仓泵手/自动运行方式选择开关打到手动位置.(3)将甲(乙)侧电除尘器灰斗锁气器手/自动运行方式选择开关打到手动位置.(4)开启对应仓泵进料阀开始进料,排气指示灯亮.(5)根据电除尘器灰斗料位情况,启动灰斗锁气器运行(注:当本次需启动的最后一台锁气器完成启动过程后,仓泵进料延时开始计时;此后在本次进料延时过程中不得启停锁气器,否则将重新开始计时,易发生满罐故障).(6)料满指示灯亮或进料时间(根据设备运行情况暂定为:单台锁气器运行,进料时间为7分钟;两台锁气器运行,进料时间为3分钟;三台及以上台数的锁气器运行,进料时间为1.5分钟)到,将运行锁气器停止运行.(注:进料延时从最后一台锁气器启动完成后开始计时.).(7)锁气器停止运行后,要求间隔5秒钟后再关闭进料阀及放气阀.第6页共22页(8)进料阀和放气阀关闭后,要求至少间隔10秒钟后再进行出料.(9)开启进风阀进行出料,进风指示灯亮,料满指示灯灭.(10)关闭进风阀,进风阀关闭后至少15秒钟方可开启进料阀.此后就进入了下一循环.4.2改造方案根据存在的问题和实现的功能，结合现有的技术能力，该厂技术人员通过研究讨论和论证的出如下改造方案。功FX系列的可编程控制器的系统配置灵活，用户除了可以选用不同的系列之外，还可以选用多种基本单元、扩展单元和扩展模块，组成不同I/O点和不同功能的控制系统，各种不同的配置都可以获得很高的性价比。FX系列的硬件配置就像模块式可编程控制器一样灵活，因为它的基本单元采用整体式结构，又具有比模块式可编程控制器更高的性价比。日本三菱电机公司生产的可编程序控制器主要有F、F1、F2系列，FX0、FX2系列以及A系列。F、F1、F2系列是整体式结构的小型PLC。FX系列是继F、F1、F2系列之后推出的新产品。FX系列兼有整体式PLC简单、实用及模块式PLC功能强大，组合灵活的优点。FX1N系列是功能很强大的微PLC，可扩展到多达128I/O点，并且能增加特殊功能模块或扩展板。通信和数据链接能选项使得FX1N在体积、通信和特殊功能模块等重要的应用方面非常完美。FX1S系列PLC把优良的特点都融合进一个很小的控制器中。FX1S适用于最小的封装，提供多达30个I/O，并且能通过串行通信传输数据，所以它能用在紧凑型PLC不能应用的地方。FX2n系列是FX系列PLC家族中最先进的系列。由于FX2n系列具备如下特点：最大范围的包容了标准特点、程式执行更快、全面补充了通信功能,它可以为你的工厂自动化应用提供最大的灵活性和控制能力。将仓蹦泵体的料位计（电容式）该用美国DREXLBROOK公司的射频导纳点位计，这样在料位即可靠的前提下，就可以将仓泵控制系统改为以料位为主，时间延时为辅的控制系统，保证操作人员在正常情况下能够根据料位情况操作设备，这样既减少了设备的损耗，有节约了能源，达到提高设备效率，节能降耗的目的。在电除尘器上增设FM型负压式膜片开关料位计,该料位计输出两对开关量信号，其中一对送到输灰控制系统作为作用，另外一对送到监视系统（料位指示灯），作为运行操作人员监视灰斗料位用。对仓泵，饲料机，锁气器以及电除尘器灰斗料位等设备或参数之间的连（闭）锁系统进行修改，完善，是仓泵短时间不工作（除灰）时，饲料机，锁气器等设备也不运行，当电除尘器灰斗内的料位低于预定位置是系统不进行除灰作业，保证系统始终在高效率下运行，减少或杜绝设备不必要的消耗，这些都可以到达节能降耗的目的。第7页共22页第5章控制系统的运行总而言之，本次技术改造主要是利用可编程序逻辑控制器（PLC）作为控制系统的核心部件，外围利用除尘器灰斗料位计，仓泵料位计，及有关设备（仓泵，饲料机，锁气器等）的运行状态吹灰空气母管压力等作为输出信号；输出控制仓泵进/出灰，锁气器，饲料机以及空压机负荷等设备或参数。通过PLC技术改造，设备的自动化水平和工作效率得到了提高。通过运行情况来看，设备运行正常，维护、检修工作量减少，大大降低了维护检修费用；能准确测量仓泵的料位，是运行人员能准确掌握仓泵的运行状态；对电除尘器灰斗的操作也可以根据有效的信号进行，提高锁气器、饲料机及仓泵等设备的运行效率，降低了设备的损耗及能源的浪费；保证了整个系统按工艺要求正常运行，达到了预期的目的。5.1改造后系统的运行5.1.1改造后系统启动前状态仓泵及其部件应该符合安装标准，并且需要做空载试验，启动前仓泵应处于如下状态：（1）罐体为空；（2）帽阀为关闭状态；第8页共22页（3）进风阀和输送阀为关闭状态。5.1.2改造后系统运行状态（1）装料：通过接通管道阀门的触点，可以打开通风阀和进料阀，此时干灰既可以进入缸体。（2）输送阶段：当装料时间结束或仓泵达到最高料位时，装料阀关闭（必须检查一下管道压力是否正常）此时可以打开电磁进风阀，以便让空气进入罐体，在经历加压阶段（由于物料的惯性原因造成）之后气立输送开始。其中输送时，压缩空气通过下列几个部件进入仓泵：可以从顶部进入或气化喷嘴进入或从输送管进入（3）试启动：启动前建议执行下列操作：必须设定输送风压。按照手册要求操作电磁阀，以便检验这些阀门是否工作正常。检查限位开关的位置是否正常适当，以及这些限位开关对控制盘的反应。检查所有螺栓是否拧紧。打开空气阀并检查所接处的封印。在控制盘上对各种部件进行自动控制模拟，以便检验所有连锁装置的性能。（4）启动：当操作完毕之后，仓泵准备开始运行，系统的启动必须先按下列程序执行一套手动输送操作。在控制盘上用手动按照如前所述的操作程序对仓泵进行少量的装置，并随之输送，以便完成对全部调节阀门的操作。完成上述一系列操作之后，对仓泵进行几次满负荷的输送运行（仍采用手动方式）以便检验各组阀门及压力是否正常。当上述一系列试运程序完成之后，启动全自动试运方式，系统进入连续输送阶段，并至少连续运行一天，当本阶段试运行（指满负荷全自动运行）成功的完成之后，系统正式进入准备生产运行状态。（5）调试：仓泵的分部调试首先要检查仓泵各阀门、控制元件上的气力控制管路和电气接线是否已连接无误。当全部接管接线连接确认无误后，方能分别对仓泵上的进料阀、出料阀、进气阀、和排气阀逐个通电进行动作试验。试验前先通过与仓泵配套提供的就地控制电磁阀箱进行，在接通控制气源和电源后，首先检查压缩空进气压力的值是否在额定的范围。然后再用电磁阀箱盘面的手动操作开关分别对进料阀、出料阀、进气阀和排气阀进行动作试验，试验过程中检查各阀门的动作是否灵活，开、关是否到位。第9页共22页分部出输分部入输电磁阀信号灯接触器线路电源部分用户程序存储器系统程序存储器中央处理器编程器行程开关继电器触点按纽开关第6章PLC控制发电厂输灰系统根据控制的要求，选用可编程序控制器是以微理器为核心，把自动化技术，计算机技术，通用技术融为一体的新型工业自动化控制装置。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数和算术运算等操作的指令，并通过数字，模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制及其有关设备，都应该按易于工业控制系统连成一个整体，易于扩充功能的原则设计。6.1PLC的基本结构图第10页共22页图4基本组成结构图由图可以看出，PLC采用典型的计算机结构。6.2PLC工作原理最初研制生产的PLC主要用于替代传统的由继电器接触器构成的控制装置，但是这两种的运行方式是不一样的：继电器控制装置采用的硬逻辑并行的方式，及如果一个继电器的线圈通电或断电，该继电器的所有触点不论在继电器控制线路的哪个位置上，都会立即同时动作。然而PLC的CPU则采用顺序逐条扫描用户程序的运行方式，及如果一个输出线圈或逻辑线圈被接通或断开，该线圈的所有触点不会立即动作，必须等扫描到该触点时才会动作，PLC的这种“串行”工作方式避免了继电器控制系统中触点竞争和时序失配的问题。(1)初始阶段这一阶段完成的任务是开机清零，可编程控制器的输入端子不是直接与主机相连，其输入输出信号都是首先存在输入输出暂存器，开机时CPU首先是输入输出暂存器清零，然后进行自诊断，当确认其硬件工作正常以后进入下一工作阶段。(2)处理输入信号阶段CPU对输入端进行扫描，将获得各个端子的信号送到输入暂存器，存放在同一扫描周期内，某个输入断的信号在输入暂存器中一直保持不变，不会影响各个输入端子信号变化影响，因此不能造成运算结果的混乱。(3)程序处理阶段当输入端子信号全部进入暂存器后，CPU工作进入到第三个阶段中PLC进行用户程序的处理对用户进行从上到下依次扫描，并且根据输入暂存器，输入信号和有关指令进行运算和处理，最后将结果写入暂存器中。(4)输出处理阶段CPU对用户程序扫描完毕，并将输出信号输出暂存器中取出送到输出锁存电路，驱动输出控制被控设备进行各种相应的动作，然后CPU有返回执行下一个循环扫描周期。6.3输入输出地址表第11页共22页6.4外部接线图第12页共22页图5发电厂输灰系统PLC外部接线图6.5流程图第13页共22页M8002X5X0T0T1Y6X1X2X3T2T3T4T5T6X4图6输灰系统程序流程图6.6梯形图S0S20S21S22S23S30S31ZRSTS20S32SETS0SETY0SETY1SETY2SETY3T0K50SETY4SETY5T1k100S24S26SETY6T2K4800SETY6SETY7SETY6SETY7SETY8S25T3K3000S27T4K1800RSTY3RSTY4RSTY5T5K100Y1Y12Y14S32T6K150S20第14页共22页第15页共22页图7输灰系统梯型图第16页共22页第7章结束语由C200H可编程序控制器来构成的此输灰控制系统安全、稳定、操作简便、控制灵活、维护工作量少、修改控制系统相当方便，且有能满足生产的要求，所以本系统具有推广价值。回首七个星期，一路走来，有困惑、有迷惘、有艰辛、有喜悦，最重要的是自己感觉真正学会了很多东西，学会探索、学会钻研，受益匪浅。从一开始的选定课题