石灰窑除尘系统

安徽建筑大学毕 业 设 计 (论 文)专 业 电气工程及其自动化 班 级 学生姓名 学 号 课 题 石灰窑除尘系统的设计 指导教师 2015年 6月 4日 安徽建筑大学 摘要 本文主要阐述了PLC设计的可行性，并进行了具体的实施方案。由于PLC电气控制系统与继电器-接触器电气控制系统相比，具有结构简单，编程方便，调试周期短，可靠性高，抗干扰能力强，故障率低，对工作环境要求低等一系列优点。 本课题根据石灰窑生产工艺的要求，对整条生产线的电气控制进行设计，以实现生产过程的现代化。本次设计主要运用到了除尘系统的烟气抽风机、除尘螺旋输送机、除尘斗式提升机三个电机的电控系统的硬件电路设计，冷风流量阀门控制PLC原理图。还运用到了除尘系统电机控制软件设计，关于S7-200的PLC的硬件系统和编程软件的简介。关键词：PLC设计；除尘系统；电路设计；石灰窑 Abstract The article mainly elaborated the PLC feasibility of design, and the specific implementation plan. Because of electric control system PLC there are lots of advantages which include design, install,connect the line and adjust to try workload small, the period of research and manufacture is short, reliability is high, the ability of Anti-interference is very strong, the rate of break down is low, the demand of work environment is low, maintenance convenience a series of advantage etc. According to the requirements of the production process of lime kiln, the electrical control of the whole production line is designed to realize the modernization of the production process. This design mainly uses the dust removal system of the fume exhaust fan, dust spiral conveyor, dust bucket type lifting machine of three motor control system hardware circuit design, for the cold air flow valve control PLC schematic. The software design of the motor control software for the dust removal system is also applied to the hardware and software of the PLC S7-200.Keywords: PLC design; dust removal system; circuit design; lime kiln目录1、绪论11.1 引言11.2 石灰窑生产工艺流程21.3 本课题研究的内容32、石灰窑除尘系统的硬件设计42.1烟气抽风机的电控回路硬件设计42.1.1 软启动原理介绍42.1.2 烟气抽风机的硬件设计42.2 除尘螺旋输送机的电控回路硬件设计62.2.1螺旋输送机简介62.2.2除尘螺旋输送机的电控回路硬件设计82.3除尘斗式提升机的电控回路硬件设计92.3.1 斗式提升机简介92.3.2 除尘斗式提升机的电控回路硬件设计102.4冷风流量阀门PLC控制原理图11 3、基于PLC的软件设计133.1 PLC的生产与发展133.2 S7-200系列PLC的硬件系统及内部资源143.3 S7-200可编程序控制器的编程软件163.4石灰窑除尘系统的软件设计16 4、结论21 5、谢词 22 6、参考文献 23附录一 英文文献24PLC technique discussion and future development24附录二 中文翻译32可编程控制器技术讨论与未来发展32 安徽建筑大学 1、绪论1.1 引言石灰石是一种岩石，它的主要成分是碳酸钙。碳酸钙是一种不溶于水的白色固体。石灰石除含碳酸钙以外，还含有少量镁、铁、锰的化合物，所以石灰石常呈青灰色、黑色和棕色。 石灰石是建筑上常用的石料。粉碎后的石灰石与粘土按适当的比例混合，加强热就能制得水泥。工业上把石灰石放入石灰窑内，经高温煅烧，便可制得生石灰（CaO）。石灰石是用途极广的宝贵资源，石灰石是石灰岩作为矿物原料的商品名称。石灰岩在人类文明史上，以其在自然界中分布广、易于获取的特点而被广泛应用。作为重要的建筑材料有着悠久的开采历史，在现代工业中，石灰石是制造水泥、石灰、电石的主要原料，是冶金工业中不可缺少的熔剂灰岩，优质石灰石经超细粉磨后，被广泛应用于造纸、橡胶、油漆、涂料、医药、化妆品、饲料、密封、粘结、抛光等产品的制造中。据不完全统计，水泥生产消耗的石灰石和建筑石料、石灰生产、冶金熔剂，超细碳酸钙消耗石灰石的总和之比为13。石灰岩是不可再生资源，随着科学技术的不断进步和纳米技术的发展，石灰石的应用领域还将进一步拓宽。在石灰的烧制过程中，烟气冲天，黑烟滚滚。石灰企业的污染烟气成份主要是微小的炭黑颗粒，其生成的原因是由于烧制过程中，煤不能充分燃烧而形成的。石灰窑排出的烟气含尘量波动很大，通常出灰时比正常煅烧时高出几十倍。另外，含尘浓度较大，一般介于110g/平方米，超过规定排放标准的数十倍。再次烟尘的颗粒较大，大于10 微米的通常占80%以上（称为“落尘”），小于10微米的占20%以下（称为“飘尘”）。烟尘微粒对人体的危害很大大气中飘尘24小时平均浓度100mg/平方米时，可引起支气管等呼吸道疾病增加，24小时平均浓度150mg/平方米时，患病者、老弱者死亡率增加。为了防止排出的烟气对大气的污染，就应设置石灰窑除尘系统。利用除尘系统对烟气实施有效的过滤，解决石灰企业的污染问题。1.2 石灰窑生产工艺流程 这次我的毕业设计题目是基于PLC的石灰窑除尘系统设计，根据石灰窑除尘系统的控制要求，选择适合的PLC，并以此为核心，设计出符合控制要求的除尘系统。石灰窑除尘系统的工艺流程图如图1-1所示： 图1-1 石灰窑除尘系统工艺流程石灰窑燃烧过程中产生的大量气体，夹杂微小的碳黑颗粒和石灰石分解及煤燃烧产生的部分微细杂质。采用两级除尘方式即：第一级初净化，干式除尘，采用旋风除尘器。当打开烟气抽风机时，由竖窑顶端的烟气立刻被吸入旋风除尘器中，它的工作原理是，在离心力的作用下，其中较大的颗粒被抛向器壁而与气流分离，除去大颗粒烟尘，在这里有80%的粒径在30微米以上的烟尘颗粒被除去。由于石灰窑排出的烟气温度较高，所以必须经过热交换器进行降温处理，那么较细的灰尘再进入热交换器中使烟气的温度初步降温，然后根据其温度大小，通过控制阀门的开度来控制外界冷风流量大小，使烟气温度控制在160度左右，从而才能进入布袋除尘器中进行第二级除尘除去微小尘粒，因为烟气的露点温度高达65度，并随原料含水量波动，为了防止布袋除尘器在运行中因结露粘结布袋而无法运行，布袋除尘器的运行温度应控制在80度以上，最好是在100度左右；由于烟气的温度在160度左右，所以布袋的滤料应选用较耐高温的材料，防止被高温烟气烧坏。经过布袋除尘器除去的尘粒最后落入除尘螺旋输送机中输送至除尘斗式提升机中，最后装入专门的容器中，进而达到除尘的目的最终气体经布袋过滤后排入大气中，达到净化目的。这次的设计包括硬件和软件两部分，硬件设计包括烟气抽风机，除尘螺旋输送机和除尘斗式提升机三部分的电控回路，软件设计包括选择适和的PLC对以上三个电机完成控制软件的编程。1.3 本课题研究的内容在这次毕业设计主要包括了第二章中除尘系统的烟气抽风机，除尘螺旋输送机，除尘斗式提升机三个电机的电控系统的硬件电路设计，冷风流量阀门控制PLC原理图，最后为第三章对整个除尘系统电机控制软件设计，以及关于S7-200的PLC的硬件系统和编程软件的简介。通过这次对石灰窑除尘系统的软硬件设计，可以对石灰窑除尘系统有了一定的了解，也可以明白除尘系统的重要环保意义，也让自己所学的专业理论知识和实际有了初步的结合。 2、石灰窑除尘系统的硬件设计2.1烟气抽风机的电控回路硬件设计2.1.1 软启动原理介绍它主要由三相交流调压电路和控制电路构成，基本原理是利用晶闸管的导通角改变输出电压，达到通过调压方式来控制启动电流和启动转矩的目的的。控制电路按预定的不同的启动方式，通过控制主电路的反馈电流，控制其输出电压，可以实现不同的启动特性。最终软启动器输出全压，电动机进行全压运行。由于软启动器为电子调压并对电流实时检测，因此还具有对电动机和软启动器本身的热保护，限制转矩和电流冲击，三相不平衡，缺相、断相等保护功能，并能实时的检测并显示电流、电压、功率因数等参数。异步电动机在软启动的过程中，软启动器通过控制加到电动机上的电压来控制电动机的起动电流和转矩，起动转矩逐渐增加。一般软启动器可以通过改变参数设定得到不同的启动特性，以满足不同负载特性要求。2.1.2 烟气抽风机的硬件设计抽风机，是对作业环境通风的设备。抽风机正常工作时，利用机械动能使风机运转，将厂房停滞不动的热气、异味、乌烟。在最短的时间内迅速排出室外，同时把室外新鲜的空气和室内进行循环交换，从而达到通风降温改善车间环境的目的。以下是烟气抽风机的电控回路的硬件设计，烟气抽风机是用来抽取石灰竖窑所排放的烟气，使其依次通过旋风除尘器，热交换器和布袋除尘器，从而达到除尘净化的目的，最后再把过滤的烟气排放到大气中。给定的烟气抽风机的参数是132KW，242A，由于它的功率较大，不能直接起动，于是需要选用软起动器对其实行起动。如图2-5所示。 图2-1 烟气抽风机硬件电路图这里选用的是长沙奥托自动化技术有限公司的软启动器QB42-132型号。QB系列软启动器是一种以数字电路为控制核心，以可控硅为交流调压元件，用于三相异步电动机的起动装置。可广泛用于电力、冶金、化工、水泥及各工矿企业中的水泵、风机等电力传动设备。该产品通过对电流的检测，控制输出电压按一定线性加至全压，限制励磁起动电流，实现电机的软起动，它具有很强的抗干扰能力，能避免在工作中受高电压和强电子的扰动。该起动装置从技术特性、可靠性及操作使用方面均优越于常规的自耦变压器降压起动和（星/三角）转换起动装置。它克服了自耦降压起动设备接触器易烧坏，体积庞大，与负载相匹配及电动机转矩很难控制等缺点：消除了因（星/三角）切换瞬间出现的高电流尘峰，避免了电动机在起动时的冲击电流对电网电压波动的影响。是常规的自耦变压器降压起动和（星/三角）转换起动装置的理想替代产品。是具有软起动和保护为一体的高科技产品。它具有以下几个特点：（1） 数字控制触发，抗干扰性强。（2） 软起动过程中恒电流平滑加速，避免冲击电网。（3） 起动电流可根据负载情况调整，以最小电流产生转矩。（4） 减少机械应力，延长电动机及附属机械使用寿命。（5） 降低供电系统的设计容量。（6） 起动时间可调，在该时间范围内，电动机转速缓慢上升。（7） 具有缺相，三相不平衡，过载，过流等电机的全方位保护。（8） 性能/价格比高，使用操作简单。（9） 体积小，重量轻，安装调整方便。（10） 具有可控制硅过热和过电压保护。（11） 提供远程通讯接口。主回路中，1/L1,2/L2,5/L3是输入端，连接三相电源；2/T1,4/T2,6/T3是输出端子，连接三相电机;PE是保护接地端子；QB42-132软起动器对电源和电机的相序不作要求，可任意连接，仅与电机的转向有关。在控制回路中，11（N/零线），12（L/相线）外接控制电源（AC220伏）；13,14控制软启动器工作，接通时起动，断开时停止；15,16,17为运行辅助触点，在起动结束后动作，用于控制旁路接触器，15,16位常闭，15,17位常开，触点容量为250V/2A；18,19,20为故障辅助触点，在故障保护时动作。18,19位常闭，18,20为常开，触点容量为250V/2A。在起动时，闭合空气开关QF1，H1为电源指示灯灯亮，按下起动按钮SB2，继电器K1得电，K1常开触点闭合，并自保，13,14接通，控制软起动器开始工作，起动电机，H2起动运行的指示灯灯亮。当烟气抽风机的电压上升到380V，15,17闭合，起动旁路，继电器K2得电，K2常开触点闭合，继电器KM得电，KM常闭触点断开，K1失电，KM常开触点闭合，13,14断开，软启动器起动结束，电机开始正常运行，H3运行指示灯灯亮。H4位故障指示灯，当18,20常开触点闭合，即出现起动故障时，H4灯亮。2.2 除尘螺旋输送机的电控回路硬件设计2.2.1螺旋输送机简介螺旋输送机在化工中用途较广，螺旋输送机主要用于输送粉状、颗粒状和小块物料，如煤粉、纯碱、再生胶粉、氧化锌、碳酸钙及小块煤等，螺旋输送机不适合输送易变质、粘性大的和易结块的物料。旋转的螺旋叶片将物料推移而进行螺旋输送机输送，使物料不与螺旋输送机叶片一起旋转的力是物料自身重量和螺旋输送机壳对物料的摩擦阻力。螺旋输送机旋转轴上焊的螺旋叶片，叶片的面型根据输送物料的不同有实体面型、带式面型、叶片面型等型式。螺旋输送机的螺旋轴在物料运行方向的终端有止推轴承以随物料给螺旋的轴向反力，在机长较长时，应加中间吊挂轴承。埋刮板输送机主要由封闭的壳体（机槽）、刮板链条、驱动装置及张紧装置等部件组成。埋刮板输送机水平输送时，物料受到刮板链条在运动方向的推力。当埋刮板输送机料层间的内摩擦力大于物料与槽壁间的外摩擦力时，物料就随着刮板链条向前运动。埋刮板输送机料流是稳定的。埋刮板输送机垂直输送时，主要依赖物料所具有的起拱特性。埋刮板输送机封闭于机槽内的物料所受到刮板链条在运动方向的推力，且受到下部不断给料而阻止上部物料下滑的阻力时，埋刮板输送机产生横向侧压力，从而增加物料的内摩擦力，当物料之间的内摩擦力大于物料和槽壁间的外摩擦力及物料自重时，埋刮板输送机物料就随刮板链条向上输送，形成连续料流。由于埋刮板输送机刮板链条在运动中振动，有些物料的料拱会时而被破坏时而形成，因此埋刮板输送机使物料在输送过程中对于链条产生一种滞后现象，影响输送能力。螺旋输送机使冶金、建材、化工、粮食及机械加工等部门广泛应用的一种连续输送设备。从输送物料位移方向的角度划分，螺旋输送机分为水平式螺旋输送机和垂直式螺旋输送机两大类型，主要用于对各种粉状、颗粒状和小块状等松散物料的水平输送和垂直提升，该机不适宜输送易变质、粘性大、易结块或高温、怕压、有较大腐蚀性的特殊物料。螺旋输送机结构简单，制作成本低，密封性强、操作安全方便等优点，中间可多点装、卸料。广泛用于化工、建材、冶金、粮食等部门，在倾角20的情况下，输送粘度不大、不易变质、不易结块的粉状、颗粒状和小块物料。螺旋输送机的特点是：结构简单、横截面尺寸小、密封性好、工作可靠、制作成本低，便于中间装料和卸料，输送方向可逆向也可同向相反两个方向输送。过程中还可以对物料进行搅拌、混合、加热和冷却等作业。通过装卸闸门可调节物料流量。但不宜输送易变质的、粘性大的、易结块的及大块物料。输送过程中物料易破碎，螺旋及料槽易磨损。2.2.2除尘螺旋输送机的电控回路硬件设计螺旋输送机是除尘设备关键的配套装置排灰装置，以下是除尘螺旋输送机的电控回路硬件设计，除尘螺旋输送机是用来输送由布袋除尘器过滤出来的烟气颗粒，把其直接输送至斗式提升机。给定的除尘螺旋输送机的参数为2.2KW，5.6A，可采用直接起动的方式，如图2-6所示。 图2-2 除尘螺旋输送机硬件电路图先闭合空气开关1Q01，再闭合空气开关1Q02,1S01为手动/自动按钮，按下1S01，继电器1K01得电，电机进入手动操作状态，按下起动按钮1S03，继电器1K02得电，1K02常开触点闭合，电机开始起动运行，并自保，L16手动正常运行指示灯亮。1S02为电机停止按钮，按下1S02，继电器1K02失电，电机停止运行。1K03为热继电器，若故障时热继电器失电，1K03常闭触点断开，继电器1K02失电，电机停止运行，1K03常开触点闭合，1K04得电，1K04常开触点闭合，L17为故障指示灯亮。当电机处于自动状态时，PLC通过触点YK01来控制系统的自动运行。2.3除尘斗式提升机的电控回路硬件设计2.3.1 斗式提升机简介斗式提升机利用均匀固接于无端牵引构件上的一系列料斗，竖向提升物料的连续输送机械。分为环链、板链和皮带三种。斗式提升机具有输送量大，提升高度高，运行平稳可靠，寿命长显著优点，其主要性能及参数符合JB3926-85垂直斗式提升机（该标准等参照了国际标准和国外进标准），牵引圆环链符合MT-80矿用高强度圆环链，本提升机适用于输送粉状，颗粒及小块状的无磨琢性及磨琢性小的物料，如：煤、水泥、石块、砂、粘土、矿石等，由于提升机的牵引机构是环形链条，因此允许输送温度较高的材料(物料温度不超过250C）。一般输送高度最高可达40米。TG型最高可达80米。斗式提升机主要特点：1、 驱动功率小，采用流入式喂料、诱导式卸料、大容量的料斗密集型布置。在物料提升时几乎无回料和挖料现象，因此无效功率少。2、 提升范围广，这类提升机对物料的种类、特性要求少，不但能提升一般粉状、小颗粒状物料，而且可提升磨琢性较大的物料，密封性好，环境污染少。3、 运行可靠性好，先进的设计原理和加工方法，保证了整机运行的可靠性，无故障时间超过2万小时。提升高度高，提升机运行平稳，因此可达到较高的提升高度。4、 使用寿命长，提升机的喂料采取入式，无需用斗挖料，材料之间很少发生挤压和碰撞现象。本机再设计时保证物料在喂料、卸料时少有撒落，减少了机械磨损。斗式提升机的输送工作原理是：料斗把物料从下面的储藏中舀起，随着输送带或链提升到顶部，绕过顶轮后向下翻转，斗式提升机将物料倾入接受槽内。带传动的斗式提升机的传动带一般采用橡胶带，装在下或上面的传动滚筒和上下的改向滚筒上。链传动的斗式提升机一般装有两条平行的传动链，上或下面有一对传动链轮，上或下面是一对改向链轮。斗士提升机一般都装有机壳，以防止斗式提升机中粉尘飞扬。2.3.2 除尘斗式提升机的电控回路硬件设计以下是除尘斗式提升机的电控回路的硬件设计，除尘斗式提升机是把除尘螺旋输送机传送过来的烟尘颗粒上送至盛灰容器中，完成除尘最后步骤。给定的除尘斗式提升机参数为7.5KW，17.7A，可采用直接起动的方式，如图2-3所示： 图2-3 除尘斗式提升机硬件电路图闭合空气开关2Q01，闭合空气开关2Q02，2S01为手动/自动按钮，按下2S01，继电器2K01得电，电机进入手动操作状态，按下起动按钮2S03，继电器2K02得电，2K02常开触点闭合，电机开始起动运行，并自保，L16手动正常运行指示灯亮。2S02为电机停止按钮，按下2S02，继电器2K02失电，电机停止运行。2K03为热继电器，若故障时热继电器失电，2K03常闭触点断开，继电器2K02失电，电机停止运行，2K03常开触点闭合，2K04得电，2K04常开触点闭合，L17为故障指示灯亮。当电机处于自动状态时，PLC通过触点YK02来控制系统。2.4冷风流量阀门PLC控制原理图 图2-4 冷风流量阀门PLC控制原理图由于石灰窑排出的烟气温度较高，所以必须经过热交换器进行降温处理，那么较细的灰尘再进入热交换器中使烟气的温度初步降温，然后根据其温度大小，通过控制阀门的开度来控制外界冷风流量大小，使烟气温度控制在160度左右。从而才能进入布袋除尘器中进行第二级除尘去微小尘粒，因为烟气的露点温度高达65度，并随原料含水量波动，为了防止布袋除尘器在运行中因结露粘结布袋而无法运行，布袋除尘器的运行温度应控制在80度以上，最好是在100度左右。由于在除尘过程中对通风的温度限定比较高，否则影响整个除尘过程和机械寿命。所以我们设置了冷风流量阀门，对整个除尘过程进行温度的调节与控制。由于冷风流量阀门控制的是烟气的温度，使进入布袋除尘器的烟气温度在易定的范围内，手操器向伺服放大器传送温度的信号，并有伺服放大器对信号进行放大，接着把这一放大的信号送至电磁阀，电磁阀以此控制阀门开度大小，接着电磁阀门把阀门的动作信号反馈给手操器，若符合手操器要求范围则维持阀门度，若不符合，再由手操器做出调整信号，继续有伺服放大器传送至电磁阀进行调节，直至阀门开度符合要求。这里选用的虹润牌智能手动操作器，它的主要特点是：（1） 可以接在各种调节器之后作备用仪表，一旦调节器失效，可由本控制器进行手动操作，并可取代伺服放大器直接驱动阀门（2） 自动跟随输入值控制输出（模拟量控制输出或开关量控制输出）。可实现自动/手动无扰切换。手动切换至自动时，采用逼近算法，并带切换限幅功能，以实现手动/自动的平稳切换。（3） 可随意改变仪表的输入信号类型，通过设定仪表内部参数，可将仪表从一种输入信号改为另一种输入信号，进一步提高了仪表的多用性与可靠性。（4） 可同时显示外给定信号及阀位反馈信号的测量值。（5） 可有二路模拟量输出（可任意设定），四路开关量控制输出（上，下限报警，继电器正/反转），可适用于各种测量控制场合。（6） 可带串行通讯输出，可与各种带串行输入/输出的设备进行双向通讯，配用坤瑞工控制组态平台软件，可方便地实现仪表与上位机进行联网监控管理。 3、基于PLC的软件设计3.1 PLC的生产与发展在可编程控制器出现前，在工业电气控制领域中，继电器控制占主导地位，应用广泛。但是电气控制系统存在体积大、可靠性低、查找和排除故障困难等缺点，特性是其接线复杂、不易更改对生产工艺变化的适应性差。 早期的可编程控制器仅有螺旋运算、定时、计算等顺序控制功能，只是用来取代传统的继电器控制，通常称为可编程逻辑控制器（Progammable Logic Controller).随着微电子技术和计算机技术的发展，20世纪70年代中期微处理器技术应用到PLC中，使用PLC不仅具有逻辑控制功能，还增加了算数运算、数据传送和数据处理等功能。20世纪80年代以后，随着大规模、超大规模集成电路等微电子技术的迅速发展，16位和32位微处理器应用于PLC中，使PLC得到迅速发展。PLC不仅控制功能增强，同时可靠性提高，功耗、体积减小，成本降低，编程和故障检测更加灵活方便，而且具有通信和联网、数据处理和图像显示等功能，使PLC真正成为具有逻辑控制、过程控制、运动控制、数据处理、联网通信等功能的名符其实的多功能控制器。我国的PLC研制、生产和应用也发展很快，尤其在应用方面更为突出，在20世纪70年代末和80年代初，我国随国外成套设备、专用设备引进了不少国外的PLC。此后，在传统设备改造和新设备设计中，PLC的应用逐年增多，并取得显著的经济效益，PLC在我国的应用越来越广泛，对提高我国工业自动化水平起到了巨大的作用。目前，我国不少科研单位和工厂在研制和生产PLC，如辽宁无线电二厂、无锡光洋电子公司、上海香岛电机制造公司、厦门A-B公司等。从近年的统计数据看，在世界范围内PLC产品的产量、销量、用量高居工业控制装置榜首，而且市场需求量一直以每年15%的比率上升。PLC已成为工业自动化控制领域占主导地位的通用工业控制装置。3.2 S7-200系列PLC的硬件系统及内部资源 S7-200PLC是德国西门子公司的一种小型PLC，其许多功能到达大、中型PLC的水平，而价格却和小型PLC一样，因此它一经推出，即受到广泛关注。S7-200由于它具有多种功能模块和人机界面（HMI）可供选择，所以系统的集成非常方便，并且可以很容易地组成PLC网络。同时它具有功能齐全的编程和工业控制组态软件，使得在完成控制系统的设计时更加简单，几乎可以完成任何功能的控制任务。SIMATIC S7-200系列是西门子公司前几年刚刚投入市场的小型可编程序控制器，可以单机运行，也可以进行输入/输出和功能模块的扩展。它价格低廉，结构小巧，可靠性高，运行速度快，继承和发挥了它在大、中型PLC领域的技术优势，有极丰富的指令集，具有强大的多种集成功能和实时特性，其性能价格比非常高，所以它在各行各业中的应用得到迅速推广，在规模不太大的控制领域是较为理想的控制设备。S7-200PLC硬件系统的配置方式采用整体式加积工式，即主机中包含一定数量的输入/输出（I/O）点，同时还可以扩展I/O模块和各种功能模块。一个完整的系统组成如图3-1所示： 图3-1 S7-200 PLC系统组成（1） 基本单元，有时又称做CPU模块，也有的称做主机或本机。它包括CPU，存储器，基本输入/输出点和电源等，是PLC的主要部分。实际上它就是一个完整的控制系统，可以单独完成一定的控制任务。（2） 扩展单元，主机I/O点数量不能满足控制系统的要求时，用户可以根据需要扩展各种I/O模块，所能连接的扩展单元的数量和实际所能使用的I/O点数量是由多种因素共同决定的。（3） 特殊功能模块，当需要完成某些特殊功能的控制任务时，需要扩展功能模块。它们是完成某种特殊控制任务的一些装置。（4） 相关设备，是为充分和方便地利用系统的硬件和软件资源而开发和使用的一些设备，主要有编程设备，人机操作界面和网络设备等。（5） 工业软件，是为更好地管理和使用这些设备而开发的与之相配套的程序，它主要由标准工具。工程工具，运行软件和人机接口软件等几大类构成。S7-200系列PLC的内部资源是PLC内部的具有一定功能的器件即软元件，这些器件实际上是由电子电路和寄存器及除尘器单元等组成。软元件是指用户使用的PLC中的每一个输入/输出，内部存储单元，定时器和计数器等，各元件有其不同的功能，有固定的地址，软元件的数量决定了可编程序控制器的规模和数据处理能力，每一种PLC的软元件是有限的。软元件主要包括：（1）输入继电器（I）输入继电器一般都有一个PLC的输入端子与之对应，它用于接受外部的开关信号。当外部的开关信号闭合，则输入继电器的线圈得电，在程序中其常开触点闭合，常闭触点断开。这些触点可以在编程时任意使用，使用次数不受限制。（2）输出继电器（Q）输出继电器一般都有一个PLC上的输出端子与之对应。当通过程序使得输出继电器线圈得电时，PLC上的输出开关闭合，它可以作为控制外部负载的开关信号。同时在程序中其常开触点闭合，常闭触点断开，这些触点可以在编程时任意使用，使用次数不受限制。（3）通过辅助继电器（M）通用辅助继电器的作用和继电器控制系统中的中间继电器相同，它在PLC中没有输入/输出端与之对应，因此它的触点不能驱动外部负载。这是与输出继电器的主要区别。它主要起逻辑控制作用。（4）定时器（T）定时器是可编程序控制中重要的编程元件，是累计时间增量的内部器件。电气自动控制的大部分领域都需要用定时器进行时间控制，灵活地使用定时器可以编制出复杂动作的控制程序。定时器没有瞬动触点，使用时要提前输入时间设定值。当定时器的输入条件满足时开始计时，当前值从0开始按一定的时间单位增加；当定时器的当前值达到预设值时，定时器触点动作，利用定时器的触点就可以得到控制所需的延时时间。（5）模拟量输入映像寄存器(AI），模拟量输出映像寄存器(AQ)，模拟量输入电路用以实际数字量/模拟量(D/A）之间的转换。在模拟量输入/输出映像寄存器中，数字量的长度为1个字长（16位），且从偶数号字节进行编址来存取转换过的模拟量值，如0,2,4,6,8等。编址内容包括元件名称，数据长度和起始字节的地址，如：AIW6，AQW12等。PLC对这两种寄存器的存取方式不同的是，模拟量输入寄存器只能进行读取操作，而对模拟量输出寄存器只能进行写入操作。3.3 S7-200可编程序控制器的编程软件S7-200可编程序控制器使用STEP7-Micro/WIN32编程软件进行编程。STEP7-Micro/WIN32编程软件是基于Windows的应用软件，由西门子公司专门为S7-200系列可编程序控制器设计开发。它功能强大，主要为用户开发控制程序使用，同时也可实时监控用户程序的执行状态，是西门子S7-200用户不可缺少的开发工具。STEP7-Micro/WIN32的基本功能是协助用户完成开发应用软件的任务，例如创建用户程序，修改和编辑原有的用户程序，编辑过程中编辑器具有简单语法检查的功能。同时它还有一些工具性功能，例如用户程序的文档管理和加密等。此外，还可直接用软件设置避免一些语法和数据类型方面的错误，软件功能的实现可以联机工作方式（在线方式）下进行，部分功能的实现也可以在离线工作方式下进行。用编程软件对PLC编程，首先要在计算机上安装STEP7-Micro/WIN32编程软件，然后建立硬件连接并对通信参数进行设置，最后建立与PLC的在线联系与测试。3.4石灰窑除尘系统的软件设计下面的内容包括石灰窑除尘系统的电机控制的软件设计，具体有烟气抽风机、除尘螺旋输送机、除尘斗士提升机的PLC的硬件接线图和三个电机控制的软件梯形图。接下来可以根据S7-200的PLC外围接线图要求，画出烟气抽风机、除尘螺旋输送机、除尘斗式提升机的PLC的接线图，如图3-2所示：KM1：烟气抽风机运行信号FR1：烟气抽风机运行故障信号1K02：除尘螺旋输送机运行信号1K04：除尘螺旋输送机运行故障信号2K02：除尘斗式提升机运行信号2K04：除尘斗式提升机运行故障信号1K01：除尘螺旋输送机手/自动运行信号2K01：除尘斗式提升机手/自动运行信号YK01：除尘螺旋输送机PLC自动运行输出线圈YK02：除尘斗式提升机PLC自动运行输出线圈1K00：自动运行总开关信号接下来我们需要对烟气抽风机、除尘螺旋输送机、除尘斗式提升机进行软件梯形图编程。如图3-3所示。 图3-2 石灰窑除尘系统仿真图首先烟气抽风机有单独的起动、停止按钮控其运行状态，并且在石灰窑一直工作时间，烟气抽风机要保证一直开着。接着我们需要对除尘螺旋输送机和除尘斗士提升机进行控制，在起动运行时应先起动除尘斗士提升机，隔一定的时间再起动除尘螺旋输送机、而在停止两个电机时，应先停止除尘螺旋输送机再停止除尘斗士提升机，这样才能使运送尘粒更加顺利，而这两个电机起动时需要在烟气抽风机运行的前提下进行，并且会有一个总的停止开关控制其停止，这样整个控制回路才会完整。根据控制电机的要求编制的具体的软件梯形图如下图3-3所示。在除尘螺旋输送机和除尘斗式提升机进行PLC自动控制时，两个电机起动时首先需要将自动运行总开关I1.0闭合，将PLC内部的中间继电器M0.0置位，中间继电器M0.1复位，这样继电器M0.0的常开触点闭合，并且除尘斗式提升机手/自动运行输入I0.7闭合，且烟气抽风机运行状态下，即I0.0闭合时，除尘斗式提升机自动运行输出线圈Q0.1得电，除尘斗式提升机便自动运行。因为中间继电器M0.1复位，M0.1的常闭触点不动作，且除尘螺旋输送机手/自动运行输入I0.6闭合，烟气抽风机运行状态下即I0.0闭合时，除尘斗式提升机行状态下，即I0.4闭合，这样定时器T38得电，T38开始计时，所设的时间为60秒，即60秒后定时器T38的常开触点闭合，除尘螺旋输送机自动运行输出线圈Q0.0得电，除尘螺旋输送机便自动运行。除尘螺旋输送机和除尘斗式提升机需要自动停止时，自动运行总开关断开，中间继电器M0.1置位，中间继电器M0.1的常闭触点断开，定时器T38失电，定时器T37得电，T38开始计时，除尘螺旋输送机自动运行输出线圈Q0.0失电，除尘螺旋输送机停止；当自动运行总开关断开时，定时器T37得电开始计时，所设时间为60秒，即60秒后定时器T37的常开触点闭合，中间继电器M0.0复位，M0.0的常开触点恢复原来的状态即断开，除尘斗式提升机自动运行输出线圈Q0.1失电，除尘螺旋输送机停止运行。即完成了除尘螺旋输送机和除尘斗式提升机的PLC自动控运行。 4、结论在石灰窑除尘系统中，已经完成了对除尘系统中烟气抽风机、除尘螺旋输送机、除尘斗士提升机三个电机的控制系统电路设计，同时也对三个电机进行了PLC的软件编程。在设计硬件电路的电气原理图时，学习使用AUTOCAD绘制硬件电路图。在选用西门子S7-200PLC时，着重了解了S7-200的特性，与以往所学的PLC进行了比较，掌握了S7-200的编程技巧，会使用梯形图对控制系统进行软件编程。在对冷风阀门选择控制方式，选择了使用手操器对其进行控制。在这次设计中存在了一些不知之处，如控制方法选择单一，控制方式简单，对阀门的控制只采用手操器进行控制等。希望老师同学能提出建议，让我在改进中不断学习。 5、谢词 时间匆匆流逝，转眼间四年大学生活即将结束。在这最后的几个月时间里，我完成了大学最后一项非常重要的毕业设计。在这里我要向孙虹老师表示衷心的感谢！这次毕业设计的顺利完成得溢于孙虹老师的细心指导和督促。虽然遇到一些对我自己而言很难解决的问题，庆幸的是很多老师在理论和实践上给予我莫大的帮助，在后期成稿期间，老师话费了她很多时间来帮助我们解决问题，并且又给我们布置了一些需要看的知识。在课题设计和论文撰写过程中，老师多次给予设计意见，付出了大量的心血和汗水，既要给学生上课，又要为我们毕业设计给了很多的帮助和关怀。她严谨的教学态度、一丝不苟的工作精神、创造性的思维、以及对学生的严格要求，都使我受益匪浅，这也必将对我今后的学习和工作产生深远的影响。另外，还要感谢我们组的其他同学，是在我们的共同努力下，大家互相团结、相互帮助、相互合作的精神，使得我们这次毕业设计顺利完成。感谢机电系各位老师的栽培让我们顺利完成了学业。谢谢！ 6、参考文献 (1)王永华主编. 现代电气控制及PLC应用技术. 北京：北京航天航空大学出版社 2003(2)虹润仪表手动操作器使用手册. 香港：虹润精密仪器有限 公司(3)邵裕森、巴筱云主编. 过程控制系统及仪表. 北京：机械工业出版社 2002(4)常健生主编. 检测与转换技术. 北京：机械工业出版社 2002(5)夏德钤主编.自动控制理论. 北京：机械工业出版社 2002 (6)邓则名、邝穗芳、程良伦编. 电器与可编程控制器应用技术. 北京：机械工业出版社 2002(7) 王永初编著 .自动调节系统工程设计.北京:机械工业出版社 1983(8) 常晓玲主编.电气控制系统与可编程控制器.北京：机械工业出版社 2004(9) INTAKE Technology CO,LTD.INCON-M40 PLC DEVELOPMENT AND SIMULATION TOOL,1999(10) MITSUBISHI .AC SERVO DRIVE MELSERVO-J2-A SPECIFICATION AND MAINTENANCE MANUAL附录一 英文文献 PLC technique discussion and future developmentT.J.byersElectronic Test Equipment-principles and ApplicationsPrinceton University .AmericaAlong with the development of the ages, the technique that is nowadays is also gradually perfect, the competition plays more strong; the operation that list depends the artificial has already cant satisfied with the current manufacturing industry foreground, also cant guarantee the request of the higher quantity and high new the image of the technique business enterprise.The people see in produce practice, automate brought the tremendous convenience and the product quantities for people up of assurance, also eased the personnels labor strength, reduce the establishment on the personnel. The target control of the hard realization in many complicated production lines, whole and excellent turn, the best decision etc, well-trained operation work, technical personnel or expert, governor but can judge and operate easily, can acquire the satisfied result. The research target of the artificial intelligence makes use of the calculator exactly to carry out, imitate these intelligences behavior, moderating the work through persons brain and calculators, with the mode that persons machine combine, for resolve the very complicated problem to look for the best path.We come in sight of the control that links after the electric appliances in various situation, that is already the that time generation past, now of after use in the mold a perhaps simple equipments of grass-roots control that the electric appliances can do for the low level only; And the PLC emergence also became the epoch-making topic, adding the vivid software control through a very and stable hardware, making the automation head for the new high tide.The PLC biggest characteristics lie in: The electrical engineering teacher already no longer electric hardware up too many calculations of cost, as long as order the importation that the button switch or the importation of the sensors order to link the PLC up can solve problem, pass to output to order the conjunction contact machine or control the start equipments of the big power after the electric appliances