锅炉吹灰系统PLC控制设计-精品

1、锅炉吹灰系统 PLC 控制的设计I摘 要本文对基于 PLC 控制的燃气脉冲吹灰器进行了介绍。针对工业锅炉的积灰原因以及积灰后对锅炉的影响,人们提出了锅炉吹灰的概念。本文列举了几种常用的工业锅炉吹灰设备，重点阐述燃气脉冲吹灰设备，并提出针对工业自动化的需求，引入目前工业控制市场上流行的西门子公司的 S7-200 系列可编程控制器进行编程和调试。S7-200 系列可编程控制器具有抗干扰能力强，可靠性高，体积小巧，编程简单灵活等特点，而且具有很强的可扩展性和通信能力，S7-200 的特点在燃气脉冲吹灰器控制系统中得到了充分体现。本文使用 S7-200 系列 PLC 的相关软件 STEP 7Micro

2、/WIN 进行编程和调试，使 PLC 通过接触器控制电动球阀和电磁阀以及点火器工作。电动球阀用来选择吹灰层面，电磁阀用来控制气体流量，点火器用来点燃可燃混合气体。在实际工作运行中，基于 PLC 控制的燃气脉冲吹灰器在工业锅炉吹灰技术中效果显著。关键词：关键词：吹灰器、可编程控制器、S7-200 系列，STEP 7Micro/WIN、锅炉吹灰系统 PLC 控制的设计IIAbstractThis text has introduced Blowing-Ash-Equipment which is controlled with PLC technology to control the pulse

3、 in blowing the ash .When it has been researched the reason of the accumulating-ash and its bad aspect to the industrialized boiler, people have put forward to the concept in boiler-blowing. This paper has enumerated some kinds of general industrial boiler blowing-ash equipments and elaborated the B

4、lowing-Ash- Equipment. With the demand according to industrial automation，we have selected the S7-200 PLC series which is very popular in the industrial control market at the present time to do programming and debugging. S7-200 PLC series have the stronger ability of anti-jamming、higher reliability

5、、smaller in size and easy in programming and so on . It has very strong expansibility and communication ability, the characteristic of S7-200 has made a sufficient effect in Blowing-Ash-Equipment This text uses related software STEP7-Micro/WIN of S7-200 series PLC to carry out programming and debugg

6、ing , it makes PLC control electric ball valve and electromagnetism valve as well as igniter work through contactor. Electric ball valve is used to select the blowing layer surface, electromagnetism valve is used to control gas rate of flow, igniter is used to light mixed burnable gas. In actual wor

7、king operation based on PLC control burning gas pulse Blowing-Ash-Equipment to blow the ash in industrial boiler has get the effect notable. Key words：Blowing-Ash-Equipment、Programmable Logic Controller、S7-200 series、STEP 7Micro/WIN锅炉吹灰系统 PLC 控制的设计III目目 录录第一章 绪 论.1 1第二章 燃气脉冲吹灰器.2 22.1 燃气脉冲吹灰器的原理： .2

8、2.2 燃气脉冲吹灰系统构成 .32.3 燃气脉冲吹灰器的布置方案 .52.3.1 吹灰器布置位置及能量选择 .52.3.2 燃气脉冲吹灰器安装时锅炉的开口尺寸 .62.3.3 系统组成 .7第三章 可编程控制器.9 93.1 可编程控制器概述.93.2 PLC 的特点和应用领域.103.3 PLC 控制系统的组成.123.3.1 硬件组成 .123.3.2. 软件组成 .143.4 PLC 控制系统的发展趋势.16第四章第四章 PLCPLC 控制方案的设计控制方案的设计 .17174.1 方案选择 .174.2 工作流程 .174.3 PLC 选型和资源配置.184.3 自动控制系统 PLC

9、 程序设计 .21第五章第五章 结结 论论.3333参参 考考 文文 献献.3434致致 谢谢.3535附录附录.3636声声 明明.3737锅炉吹灰系统 PLC 控制的设计1第一章 绪 论工业锅炉是工厂的动力源设备，它在工厂中发挥着重要的作用，已经显现出越来越重要的地位,但由于积灰原因,工业锅炉平均运行热效率为60-70%,运行效率与鉴定效率相差10-20%,这就使燃料的消耗白白增加了15-25%。吹灰设备的引入，使工业锅炉的吹灰得到了有效的提高，目前市场上有各种不同的吹灰技术，如声波吹灰技术，蒸汽吹灰技术，钢珠除灰技术以及燃气脉冲吹灰技术等，但除灰效果最好，评价最高的要数燃气脉冲技术了，对

10、燃气脉冲吹灰器的自动化控制是非常需要的。随着计算机技术的发展，对基于PLC控制的吹灰器控制也成为一种流行趋势。在工业自动化领域，可编程控制器是大多数自动化系统的基础设备。可编程控制器是一种利用计算机原理为顺序控制专门设计的、通用的、使用方便的装置。它采用了专用设计的硬件，而使用性能都是通过控制程序来确定的。PLC 目前的技术发展水平已大大超过其出现时的技术水平， PLC 适合低成本自动化项目和作为大型 DCS 系统的 I/O 站，工控机在中规模小范围自动化工程中有很好的性能价格比。PLC 在各领域的自动化中扮演了不可缺少的角色。目前，可编程控制器的主流厂商有 A-B、Siemens 和 Mod

11、icon 等。本系统选用西门子公司的 S7-200 可编程控制器对系统进行顺序控制。文中介绍了燃气脉冲吹灰器的构成、吹灰原理及在工业锅炉吹灰中的作用。在了解了燃气脉冲吹灰器的工艺流程后，重点对其进行程序的编程和调试，并通过编程软件 STEP 7Micro/WIN 将程序下载到 PLC，实现手/自动控制切换，自动顺序循环吹灰控制，以及报警等功能。燃气脉冲吹灰器的自动控制可以给生产带来极大的方便，可以提高工作效率，减少人员的浪费。燃气脉冲吹灰器引入 PLC 控制系统，使锅炉吹灰实现了自动控制，锅炉吹灰效果显著，锅炉的热效率利用率有效提高。锅炉吹灰系统 PLC 控制的设计2第二章 燃气脉冲吹灰器2.

12、1 燃气脉冲吹灰器的原理：锅炉在运行过程中，换热表面上产生的积灰将减弱工质与烟气间的热交换，增加烟气阻力，降低锅炉热效率，增加燃料消耗，影响锅炉的正常运行。在工业锅炉中，积灰有时还会引起尾部换热器产生腐蚀，造成锅炉运行危险。现在正在运行的大中型锅炉基本上安装了不同类型的吹灰装置，例如，蒸汽吹灰、水力吹灰、钢珠吹灰、声波或超声波吹灰等。但这些吹灰设备普遍存在不同的问题。燃气脉冲吹灰器相对上述吹灰装置具有很高能量，足以产生破碎积灰层的激波，而具有良好的吹灰效果，并且它的运行成本低，操作简单，安全可靠。燃气脉冲吹灰器是通过燃气脉冲性气体爆燃生成冲击波。燃料（乙炔、天燃气或丙烷等高反应性能气体燃料）在

13、一个特殊的装置中被高能点火器点燃，产生剧烈的爆燃使火焰烽后的燃烧气体瞬间升至高压，并在火焰烽面前形成压缩波；在经过火焰导管时，压缩波不断加强，形成一道稳定的激波；这道激波进入激波发生器后，一方面作为点火激波点燃罐内的可燃气体，另一方面激波在特殊结构的激波发生罐内被调制而加强，最终调制好的激波从喷口喷射到锅炉的换热设备上，使受热面上的积灰受激波的作用而破碎、剥落。通过控制激波的能量，迫使受热面的积灰在足够强度的激波作用下脱落以适应锅炉受热面上的不同类型的积灰14。 激波会在积灰与基底的物理界面发生反射，并能通过折射而导入积灰内部，激波剧烈的压力纵波对积灰产生一种先压后拉的作用，使积灰破裂，导入积

14、灰中的折射激波还会在灰体内产生横波，和入射波和反射波相互作用，使积灰与基底之间的结合面产生剪力，使积灰脱离基地。锅炉吹灰系统 PLC 控制的设计3图 2-1 激波吹灰器的原理示意图2.2 燃气脉冲吹灰系统构成燃气脉冲吹灰器由三个部分组成：主发生器部分、控制部分和工作部分。主发生器部分主要包括空气和燃气的混合器、混合器的点火器、层分配器以及控制进气和分层的各种控制阀门和压力、流量传感器等；控制部分包括控制柜和上位计算机（备选） ；工作部分包括激波发生器和激波喷口。 1发生器部分整个发生器部分完全受控制部分的控制，按时序开启和关闭各个工作阀门，确定燃气的充入量、燃气和空气的配合比和工作层面的选择等

15、，并点燃混合气体，制造爆燃火焰，通过火焰导管传给工作部分的激波发生器。 2控制部分燃气脉冲吹灰器由控制部分的控制柜进行自动控制。控制柜可进行工作参数的设置，包括各工作层工作次数和激波的强度控制，以及每次爆炸之间的等待间隔等。3工作部分为了在实际使用中具有最大的方便性、经济性和通用性，激波吹灰器的工作部分采用了设计独特的单元式激波发射器和分层吹灰的工作方式。单元式激波发射器和不同的激波喷口分层吹灰的工作方式：由一至几个激波发生器组成一个吹灰层面，负责某个局部区域的吹灰工作；而由几个吹灰层面共同组成一个完整的吹灰系统。各个吹灰层面都通过各自的火焰导管和层选通电动阀门与共用的主发生器相联。这种方式的

16、系统设计不仅使吹灰器有最大的经济性，同时也使用系统更为简单可靠，易于安装。分层工作方式图 ：图 2-2 总能量相同，激波发生器的三种选择形式锅炉吹灰系统 PLC 控制的设计4图 2-3 喷口形状对激波作用范围和作用距离的影响燃气脉冲除灰器系列化了所有可能的不同能量大小的激波发生器和各种大小和形状的激波发射喷口，通过他们的合理组合能最佳的满足不同环境条件和不同类型的除灰需要。燃气脉冲吹灰器可根据现场实际情况采用多种设计方式，具有独有的灵活性和实用性。本次设计燃气脉冲吹灰器选用单点 45 度斜口吹灰。燃气脉冲吹灰器的技术性能如表 2-1 表 2-1 燃气脉冲吹灰器的技术性能列表：型号额定能量（KJ

17、）作用范围（）3m作用距离（m）HY-101042.0HY-252582.5HY-5050123.0HY-100100204.0HY-200200355.0HY-400400606.5燃气脉冲吹灰器的特点吹灰有效，能够快速、彻底清除各种类型积灰；能量强度易于调整，对不同类型的积灰都有最佳适应性；根据不同类型的受热面，可以选择与之匹配的吹灰器型号和喷口的形状；运行程序简单，全部自动化易于操作，适用性强，定期运行吹灰装置，且一次运行周期短，运行稳定；激波能量大，吹灰效果明显，吹灰速度快；锅炉吹灰系统 PLC 控制的设计5激波射流的方向，可以通过不同喷口结构和喷口的设置方向调整，因而能适应于不同结构

18、和形状的锅炉管束；2.32.3 燃气脉冲吹灰器的燃气脉冲吹灰器的布置方案布置方案本方案是为燕山石化事业部三电站 WGZ75/9.8-2 型电站锅炉制作燃气脉冲吹灰器的布置方案。本方案按照三电站的锅炉尺寸及吹灰需要，选择下列内容：1.燃气脉冲吹灰器的布置位置，数量，及能量选择2.为安装燃气脉冲吹灰器在锅炉上的开孔尺寸和形式3.对控制系统的设计和说明2.3.1 吹灰器布置位置及能量选择对锅炉安装吹灰器，所关心的重点问题是锅炉换热器的尺寸以及锅炉的热量走向，对换热器尺寸的了解以及锅炉的热量走向，可以帮助我们选用合适的能量激波罐，达到合理的吹灰覆盖面以及合理的能量配置。如图 2-4：1、2 为锅炉的过

19、热器高温部分；3、4 为锅炉的过热器低温部分5、6 为锅炉的省煤器部分； 7、8 为锅炉的空气预热器部分图 2-4 燕山三电站的锅炉简图锅炉吹灰系统 PLC 控制的设计6过热器：过热段部分，根据烟气的流向，一般在过热器下部积灰较多，又由于高温过热段和低温过热段的烟气的温度都在 716956 度，过高的温度会使引燃的可燃气无法形成激波，对此，选择单点设为一层，能量强度大，又解决了过热段激波能量分配不均的问题。过热部分选用 HY-100 型吹灰器，这种激波罐作用范围为20，作用距离为 4m。3m省煤器：针对锅炉尺寸，选用作用范围为 12作用距离为 3m 的吹灰器3m（HY50） ，能达到作用宽度

20、1.7m，每点采用间隔 1.8m，这样就使整体的覆盖面积达到 6m，可以达到省煤器的除灰效果。空气预热器：两级空气预热器部分由于积灰比较严重，吹灰器应选择的比较充裕，根据锅炉特点，第一级采用上下对吹，第二层，单独向下吹灰，由于安装点数比较多，温度不是很高，采用（HY50）可达到除灰效果。下表为锅炉安装吹灰器的安装列表表 2-2 吹灰器安装列表：换热器安装位置数量型号过热器 I高温过热器左侧1HY-100过热器 I高温过热器右侧1HY-100过热器 II低温过热器左侧1HY-100过热器 II低温过热器右侧1HY-100省煤器 I尾部烟道前墙3HY50省煤器 II尾部烟道后墙3HY50空预器 I

21、尾部烟道前墙2HY50空预器 I尾部烟道前墙2HY50空预器 II尾部烟道前墙2HY502.3.2 燃气脉冲吹灰器安装时锅炉的开口尺寸安装燃气脉冲吹灰器需要在锅炉上为燃气脉冲喷口开安装孔。开孔的位置就是燃气脉冲喷口所在的位置，见图 2-4 和表 2-2。过热器的 100KJ 喷口安装在过热器人孔上部，开220 的安装开口，以放入219 的安装套管，安装方式见图 2-5。对省煤器和空气预热器处分别开220 的安装开口，以放入219 的安装套管。锅炉吹灰系统 PLC 控制的设计7图 2-5 燃气脉冲吹灰器喷口的开孔尺寸2.3.3 系统组成如下图，整个系统共有 16 个燃气脉冲罐，共分为九个工作层面

22、，过热器四个燃气脉冲罐组成四个层面，每一个燃气脉冲罐为一个工作层面。每级省煤器的三个燃气脉冲罐组成一个工作层面，两级省煤器六个燃气脉冲罐共组成两个工作层面。两级空气预热器的每两个燃气脉冲罐为一个工作层面，共三个工作层面。图 2-6 吹灰系统图锅炉吹灰系统 PLC 控制的设计8对吹灰系统图的补充：图 2-7 为控制系统的主发生器， “空气管线”接压缩空气， “接乙炔管线”送入乙炔气体，乙炔气体进气量由电磁阀的开启时间来控制。空气和乙炔按照一定的比例进入混合罐并充分混合，再在点火罐中点燃混合气体，送入层分配器中，控制系统会自动控制电动球阀开启和关闭，来确定进行某一层的吹灰。每除一次灰，系统要进行吹

23、扫控制，目的是吹扫残余的废气。图 2-7 主发生器锅炉吹灰系统 PLC 控制的设计9第三章 可编程控制器随着科学技术的发展，电气控制技术在各领域中得到越来越广泛的应用。可编程控制器（Programmable Logic Controller）的应用使电气控制技术发生了根本的变化。PLC 是以微处理器为基础，综合了计算机技术、半导体技术、自动控制技术、数字技术、和网路通讯技术发展起来的一种通用工业自动控制装置。PLC以其可靠性高、灵活性强、使用方便的优越性，迅速占领了工业控制领域。从单机自动化到生产线自动化及至工厂自动化，从工业机器人、数控设备到柔性制造系统（FMS） ，从集中控制系统到大型集散

24、控制系统，PLC 均充当着重要角色，并展现出了强劲的态势。PLC 作为先进的、应用势头最强的工业控制器风靡全球。PLC 技术、CAD/CAM 技术和工业机器人成为现代工业控制的三大支柱3。3.1 可编程控制器概述在 PLC 问世之前，工业控制领域中是继电器控制占主导地位。继电器控制系统有着十分明显的缺点：体积大、耗电多、可靠性差、寿命短、运行速度慢、适应性差，尤其当生产工艺发生变化时，就必须重新设计、重新安装，造成时间和资金的严重浪费。为了改变这一现状。1968 年美国最大的汽车制造商通用汽车公司（GM） ，为了适应汽车型号不断更新的要求，以在激励竞争的汽车工业中占到优势，提出要研究一种新型的

25、工业控制装置来取代继电器控制装置，为此，特拟定了十项公开招标的技术要求，即：1）编程简单方便，可在现场修改程序;2）硬件维护方便，最好是插件式结构;3) 可靠性要高于继电器控制装置；4）体积小于继电器控制装置；5）可将数据直接送入管理机算机；6）成本上可与继电器柜竞争；7）输入可以是交流 115V；8）输出为交流 115V，2A 以上，能直接驱动电磁阀；9）扩展时，原有系统只需做很小的改动；10）用户程序储存器容量至少可以扩展到 4KB。锅炉吹灰系统 PLC 控制的设计10第二年，美国数字公司研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，使得电气控制功能实现了程序化，这就是第一代可编程序控制器。可

26、编程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，它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，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。可编程控制器及其有关外部设备，都按易于与工业控制系统联成一个整体、易于扩充其功能的原则而设计。可编程控制器是“数字运算操作的电子系统”即为计算机产品。 “专为在工业环境下应用而设计” ，即为工业计算机。这种工业计算机采用“面向用户的指令” 。因此编程方便，它能完成“逻辑运算、顺序控制、定时、计算和算术操作” ，它还具有“数字量或模拟量输入输出控制”的能力。并且非常

27、容易与“工业控制系统联成一体” ，易于扩充。这就是新一代的、现场工人易于接受的“蓝领计算机” ，是真正的工业控制计算机。3.2 PLC 的特点和应用领域 1.可靠性高由于采取了一系列的保证 PLC 高可靠性的措施,PLC 的平均无故障时间(MTBF)一般可达 35 万小时.而且 PLC 的环境适应性也很强,它能在工业环境下可靠的工作.PLC 的高可靠性已受到用户的普遍认可.这是 PLC 得到广泛应用的重要原因之一.目前在国内外应用非常广泛。保证 PLC 高可靠性的主要措施:良好的综合设计(综合考虑整体的可靠性):选用优质器件采用隔离,滤波屏蔽等抗干扰技术;采用先进的电源技术;采用时势监控技术和

28、故障诊断技术;采用冗余技术及良好的制造工艺.2.编程简单PLC 最常用的编程语言是梯形图语言.梯形图语言与继电器原理图相类似,这种语言形象直观,容易掌握,不需要专门的计算机知识,便于广大现场技术人员掌握.当生产流程需要改变时,就可以现场改变程序,使用方便,灵活.在大型的 PLC 中还有BASIC 语言等可以满足不同控制对象和不同使用人员的要求.应当指出:为了更灵活的使用 PLC,充分发挥它的功能(尤其是大型的 PLC), PLC 的应用软件设计需要较深入的掌握计算机硬件和软件方面的知识.锅炉吹灰系统 PLC 控制的设计113.通用性强各个 PLC 的生产厂家都有各种系列的产品选择.用户可根据控

29、制对象的规模和控制要求.选择合适的 PLC 产品,组成所需要的控制系统.在进行应用设计时,一般不需要进行其他附件装置的制作,从而使设计简化.PLC 是由各种模块构成，根据不同的要求可象搭积木一样选取不同的 IO 模块、通信模块组成不同的系统。4.体积小,结构紧凑,安装,维护方便PLC 体积小, 结构紧凑,便于安装.一般 PLC 都具有自诊断,故障报警,故障种类显示等功能,便于操作和维修人员的检查,可以较容易通过更换模块插件，来迅速排除故障。PLC 的结构紧凑，与被控制对象的硬件连线方式简单，接线少、便于维护。二、PLC 的应用领域PLC 已广泛应用于国内外的机械、冶金、化工、汽车、轻工等行业中

30、。若按应用类型来分，PLC 的应用领域大致可分为以下几个领域。1.开关逻辑控制PLC 最基本的功能是逻辑运算、计时、计数等，可实现逻辑控制，常常用来取代传统的继电器控制系统。PLC 对一些机床、机械手（简易机器人）的控制、生产流水线的控制都属于这一类型. 这是 PLC 最基本的应用2.闭环过程控制大中型 PLC 都有多路的模拟量输入输出和 PID 控制,甚至有的小型的 PLC 也有模拟量输入输出.这样, PLC 可以用作模拟量控制,用于过程控制.3.位置控制较高档次的 PLC 都有位置控制模块,用于控制进步电动机或司服电动机，实现对各种机械的运动控制以及位置控制。4.监控系统用 PLC 可以构

31、成监控系统以及位置控制。进行数据采集和处理，监控生产过程。5.分布式控制系统近几年，随着计算机控制技术的发展，国外正兴起工厂自动化(FA)网络系统.较高档次 PLC 的都有联网功能，通过联网可以将 PLC 与 PLC, PLC 与上位机锅炉吹灰系统 PLC 控制的设计12(host computer )连接起来,构成多极分布式控制系统。3.3 PLC 控制系统的组成PLC 控制系统像一般的计算机一样,也是由硬件和软件两大部分构成的。硬件是指 PLC 本身及其外围设备,软件是指管理 PLC 的系统软件, PLC 的应用程序,编程语言和程序支持工具软件.3.3.1 硬件组成可编程控制器主要由中央处

32、理单元（CPU） 、存储器（RAM、ROM） 、输入输出单元（I/O） 、电源和编程器等几部分组成，其结构如图 31 所示。图 31 小型可编程控制器结构图1. 中央处理单元可编程控制器中常用的 CPU 主要采用通用微处理器、单片机和双极型位片式微处理器三种类型，可编程控制器的档次越高，CPU 的位数也越多，运算速度也越快，功能指令越强。2. 存储器可编程控制器配有两种存储器：系统存储器和用户存储器。系统存储器存放系统管理程序。用户存储器存放用户编制的程序。小型可编程控制器的存储器的容量一般在 8K 字节以下。3. 输入输出单元锅炉吹灰系统 PLC 控制的设计13实际生产过程中的信号是多种多样

33、的，外部执行机构所需的电平也是千差万别的，而可编程控制器的 CPU 所处理的信号只能是标准电平，正是通过输入输出单元实现了这些信号电平的转换。I/O 单元实际上是可编程控制器与被控对象间传递输入输出信号的接口部件。I/O 单元有良好的电隔离和滤波作用。接到可编程控制器输入接口的输入器件是各种开关、按钮、传感器等。PLC 的各种输出控制器件往往是电磁阀、接触器、继电器，而继电器有交流型和直流型、高电压型和低电压型、电压型和电流型之分。 输入接口各种 PLC 的输入电路大都相同，通常有三种类型。一种是直流（12-24）V 输入，另一种是交流（100-120）V、 （200-240）V 输入，第三种

34、是交直流（12-24）V 输入。外界输入器件可以是无源触点或者有源传感器的集电极开路的晶体管。这些外部器件是通过 PLC 输入端子与 PLC 相连的。PLX 输入电路中有光耦合器隔离，并设有 RC 滤波器，用以消除输入触点的抖动和外部噪声干扰。图 32 是一个直流输入端内部接线图。图 32 直流输入端内部接线图 输出接口电路PLC 的输出有三种形式：继电器输出、晶体管输出晶、闸管输出。图 33 给出了 PLC 的输出电路图。其中继电器输出型最常用，晶体管输出型是通过光耦和使晶体管截止或饱和以控制外部负载电路，第三种是双向晶闸管输出型，采用光锅炉吹灰系统 PLC 控制的设计14触发型双向晶闸管。

35、三种输出形式以继电器型响应最慢。输出电路的负载电源由外部提供。负载电流一般不超过 2A。通常，PLC 的制造厂商为用户提供多种用途的 I/O 单元。从数据类型上看有开关量和模拟量；从电压等级上看有直流和交流；从速度上看有低速和高速，从点数上看有多种类型；从距离上看可分为本地 I/O 和远程 I/O。图 33 PLC 的输出电路4 电源单元PLC 的供电电源是一般市电，也有用直流 24V 供电的。PLC 对电源稳定度要求不高，一般允许电源电压额定值在+10%-15%的范围内波动。PLC 内有一个稳压电源用于对 PLC 的 CPU 单元和 I/O 单元供电。小型 PLC 电源往往和 CPU 单元合

36、为一体，中大型 PLC 都有专门电源单元。有些 PLC 电源部分还有 24V DC 输出，用于对外部传感器供电，但电流往往是毫安级12。 3.3.2. 软件组成PLC 控制系统的软件主要是由系统软件、应用软件、编程语言软件及编程支持工具软件几个部分组成的。1.PLC 系统软件与工作过程PLC 系统软件是 PLC 工作所必须的软件。在系统软件的支持下，PLC 对用户程序进行逐步的解释，并加以执行，直到返回到程序的起始又开始新一轮的扫描。锅炉吹灰系统 PLC 控制的设计15PLC 的这种工作方式就是循环扫描。值得注意的是在继电器的一个线圈被接通或断开时其他所有触点都会立即动作，但是 PLC 中，由

37、于采用循环扫描的工作方式，所以只有扫描到线圈时，触电才会动作，没有扫描到就不会动作。并且 PLC 扫描一次用户程序的时间即是扫描周期与用户程序的长短和扫描速度有关，一般为 1到几十毫秒。在没有进行扫描之前，PLC 首先应保证自身的完好性，接通电源之后，为消除各元件状态的随机性，进行清零或者复位处理，检查 I/O 单元连接是否正确，再执行一段程序。使它涉及到各种指令和内部元件，如果执行的时间不超过规定的时间范围，则证明自身的完好性，否则系统自动关闭，上述操作完成后，将时间监视定时器复位，才容许扫描用户程序2。2.应用软件PLC 控制系统的应用软件是指为了完成 PLC 实际控制任务而编制的各种软件

38、。随着 PLC 的应用领域范围不断扩大，应用水平的提高，PLC 应用软件也大大的丰富起来了。PLC 应用软件与一般计算机信息处理软件相比，有很大的不同，PLC 应用软件有以下几个特点：（1） 应用软件必须和生产工艺紧密相连。生产工艺不同则要求有不同的应用软件相配，所以程序人员必须深入现场，严格遵守生产工艺的具体要求进行相应的程序设计。（2） 应用软件与硬件紧密相关，设计程序时必须根据硬件系统、接口的实际情况进行相应的程序设计。（3） PLC 的应用软件设计需要计算机、自动控制技术甚至网络通讯技术等多种知识。特别是 PLC 网络的出现，PLC 控制系统不再是一个独立的装置，在控制系统中可能包括不

39、同的 PLC 或计算机、外围设备等。因此在软件设计时，实现和处理某种控制时都离不开计算机、自动控制和通讯技术。因此应用程序中不仅有 PLC 程序，还有计算机程序和通讯网络程序等。3. 编程语言及编程支持工具软件PLC 有多种编程语言：梯形图语言、助记符语言、逻辑功能图语言、和某些高级语言如（Basic C 语言）等。但是使用最广泛的是梯形图语言和助记符语言。如今各生产厂家在研制自己的 PLC 编程工具软件（如西门子的 SETP7,OMRON 的CPT 等）和监控软件。我们可以根据自己的需要利用这些软件来提高我们的编程锅炉吹灰系统 PLC 控制的设计16效率。3.4 PLC 控制系统的发展趋势一

40、、小型化、高性能、底成本、简单实用近年来，小型 PLC 的应用十分广泛，超小型 PLC 的需求日益增多。据统计美国机床行业超小型 PLC 几乎占据了市场的 1/4，国外许多的 PLC 厂家在积极的研制开发各种超小型微型的 PLC。例如德国的西门子公司的 S7-200 即可以单机运行也可以实现连网实现复杂的控制。它的最小配置是 8 个数字量输入和 6 个数字量输出，还可以根据实际情况扩展模块，最多可达 128 输入和 120 输出，此外它还可以进行模拟量控制，是一种性能价格比较好的微型 PLC。二、大型化、网络化、多功能化多层次分布式控制系统与集中型相比，具有更高的安全性和可靠性。系统设计、组态

41、也更为灵活方便，地域分布也广，是当前控制系统发展的主要潮流。为了适应这种发展，实现工厂自动化，世界上各 PLC 厂家不断的研制开发功能更强的 PLC 网络系统。这种 PLC 网络一般是多级的，网络的最底层是现场执行级，中间是协调级，网络的最上层是组织管理级。现场执行级可以由多个 PLC 或远程 I/O 工作站组成，中间一级由 PLC 或计算机组成。最高一级一般由高性能的计算机组成。他们之间采用工业以太网，MAP网和工业现场总线相连构成一个多级分布式 PLC。随着自动控制系统技术的发展，这种多级分布式 PLC 控制系统功能不再是单一的，除了控制功能外，还可以实现在线优化、统计管理等功能，成为一种

42、测、控、管一体化的多功能综合系统。三、PLC 控制系统将与智能控制系统更进一步地相互渗透和结合目前，PLC 与计算机已经成功的结合并广泛的使用，PLC 不在是一个孤立的装置，它已经成为控制系统中一个重要的组成部分和环节。随着集成电路和计算机技术的发展，今后的 PLC 将更加注重和其他智能控制系统的结合。许多 PLC 开发商已经注意到 PLC 的兼容性，不仅是 PLC 与 PLC 之间的兼容，而切注意到 PLC 与计算机的兼容。使之可以充分的发挥计算机现有的软件资源。例如西门子的 S7-300 采用 SIMATIC S7 的模块，它的软件编程以可以在 Windows 操作平台上进行，今后 PLC

43、 将采用速度更快、功能更强的 CPU 容量更大的存储器，并将充分的利用计算机资源。PLC 将与工业控制计算机、集散控制系统、嵌入式计算机控制系统锅炉吹灰系统 PLC 控制的设计17等将进一步渗透与结合，这将更进一步拓宽 PLC 的应用领域和空间。第四章 PLC 控制方案的设计4.1 方案选择本设计是以燃气脉冲吹灰器为研究设计对象，燃气脉冲吹灰器是一种自动化程度要求较高的电器设备,广泛应用与电场锅炉，工业锅炉，垃圾焚烧炉，循环硫化炉等设备，是锅炉吹灰的首选技术。随着计算机技术和可编程控制技术的的发展， PLC 工业自动控制领域中应用愈来愈广,它在控制性能、灵活性及廉价的成本等方面所表现出来的优势

44、,是其它工控产品难以比拟的。对于输入输出点不是很多，运行次数频繁，周期长，并且又需要经常改变系统参数的吹灰器来说，用PLC 控制技术对燃气脉冲吹灰器的控制完全可以胜任控制需要。本系统主要表现在程序的顺序控制，手/自动切换以及连锁报警。各层的工作状态由对应的灯钮显示。每一个电动球阀代表一层控制单元，共九层控制单元。4.2 工作流程 1.吹扫控制：在设备启动时，手动打开各层电动球阀吹入空气，同时打开点火罐、层分配器底部排污孔，排放积水，达到吹扫作用。吹扫时间由现场工业锅炉设备和安装情况而定。当达到吹扫目的后，必须关闭排污孔。2. 手动转入自动控制：吹扫完成后，转入自动控制，控制系统将自动检测目前电

45、动球阀的状态，并将所有的球阀关闭，当指示灯的关灯全亮后，系统开始进行逐层的吹灰控制， （在吹灰操作中，每次只能有一层进行吹灰，其他各层必须保证电动球阀为关闭状态）3. 吹灰控制程序：本层电动球阀打开，吹入空气，达到吹扫目的后，吹入乙炔气体， （乙炔气体输入量通过设定进气时间来控制电磁阀的吸合来确定） 。空气和乙炔达到一定的比例并充分混合后，PLC 通过控制点火器使点火杆打火，引燃气体，达到吹灰效果。锅炉吹灰系统 PLC 控制的设计18下一层的切换：程序通过点火次数记次吹灰次数，当达到吹灰次数切换到下一层。当达到吹灰次数后，上一层电动球阀逐渐关闭；下一层电动球阀逐渐开启，当完全开启后，进入上述吹

46、灰控制程序，如此循环控制，达到吹灰控制的目的。4. 急停控制：根据设备及工况的情况，我们引入了急停控制按钮，当发生紧急情况，按下按钮，设备恢复初始状态，要再次启动设备需要按规定的顺序进行再启动。当发生紧急情况，按下按钮，还可以达到切断电源的目的。5. 报警控制：对吹灰系统进行吹灰，要保证只有一层打开吹灰，其他各层为关闭状态，当某层或某些层在设定时间还没有达到电动球阀的完全打开或完全关闭，则系统报警，使指示灯不断的闪烁。4.3 PLC 选型和资源配置由于整个系统涉及的基本上是开关量，并且数量不多，输入点共 40 个，输出点共 40 个，所以选用西门子公司的 S7-200 系列可编程控制器 CPU

47、224，并配置了EM223 模块作为扩展模块，图 4-1 为控制系统的控制面板图“1#开9#开”为九层控制系统的各层的开启灯钮锅炉吹灰系统 PLC 控制的设计19“1#关9#关”为九层控制系统的各层的关闭灯钮“除灰”为控制系统的除灰开启灯钮 “手/自动”为手/自动转换选择开关“复位”按钮对系统进行初始化控制 “急停”蘑菇型按钮起到接通电源的控制。图 4-1 控制面板图详细的 PLC 控制系统 I/O 图见附录图 1。图 4-2 为系统的电器接线图J1-J9 J1-1-J9-9 分别为接通电动球阀正反转的交流接触器JC 为接通电磁阀的接触器， JD 为接通点火器的交流接触器， M1-M9 为电动

48、球阀图 4-2 电器接线图PLC 及其他电器元件选型如下表：表 4-1 电控柜明细表名称名称型号型号规格规格数量数量备注备注可编程控制器CPU224AC/DC/继电器I14Q1016ES7-214-1BD锅炉吹灰系统 PLC 控制的设计20EM22324VDC 输入/继电器输出I16Q16输出 24V DC26ES7-223-1PL模块EM22324VDC 输入/继电器输出I4Q416ES7-223-1HF带灯按钮AR22FOL-11M4X22 绿10开灯灯钮带灯按钮AR22FOL-11M4X22 红10关灯灯钮带灯按钮AR22FOL-11M4X22 红1除灰灯钮选择开关AR22PR-210B

49、221手/自动按钮AR22FOR221复位蘑菇形按钮AH22-MR11221急停红灯DR22E3L-E4R221报警灯接触器SC-03无辅助点20电动球阀正反转空气开关SA33C15A1开关电源S8JC150241供给 24V 直流电源PLC 详细的地址定义如表 4-2表 4-2 输入点地址：序号PLC 输入点号功能序号PLC 输入点号功能1I0.0一层开按钮19I2.4一层限位开2I0.1一层关按钮20I2.5一层限位关3I0.2二层开按钮21I2.6二层限位开4I0.3二层关按钮22I2.7二层限位关5I0.4三层开按钮23I3.0三层限位开6I0.5三层关按钮24I3.1三层限位关7I0

50、.6四层开按钮25I3.2四层限位开8I0.7四层关按钮26I3.3四层限位关9I1.0五层开按钮27I3.4五层限位开10I1.1五层关按钮28I 3.5五层限位关11I1.2六层开按钮29I3.6六层限位开12I1.3六层关按钮30I3.7六层限位关13I1.4七层开按钮31I4.0七层限位开14I1.5七层关按钮32I4.1七层限位关15I5.4八层开按钮33I4.2八层限位开16I5.5八层关按钮34I4.3八层限位关17I2.0九层开按钮35I4.4九层限位开18I2.1九层关按钮36I4.5九层限位关锅炉吹灰系统 PLC 控制的设计2137I5.0除灰按钮39I5.2急停按钮38I

51、5.1手/自动40I5.3复位按钮表 4-3 输出点地址：序号PLC 输出点号功能序号PLC 输出点号功能1Q0.0一层反转19Q3.2电磁阀2Q0.1一层正转20Q3.3点火器3Q0.2二层反转21Q3.4一层开指示灯4Q0.3二层正转22Q3.5一层关指示灯5Q0.4三层反转23Q3.6二层开指示灯6Q0.5三层正转24Q3.7二层关指示灯7Q0.6四层反转25Q4.0三层开指示灯8Q0.7四层正转26Q4.1三层关指示灯9Q1.0五层反转27Q4.2四层开指示灯10Q1.1五层正转28Q4.3四层关指示灯11Q2.0六层反转29Q4.4五层开指示灯12Q2.1六层正转30Q4.5五层关指

52、示灯13Q2.2七层反转31Q4.6六层开指示灯14Q2.3七层正转32Q4.7六层关指示灯15Q2.4八层反转33Q5.0七层开指示灯16Q2.5八层正转34Q51七层关指示灯17Q2.6九层反转35Q5.2八层开指示灯18Q2.7九层正转36Q5.3八层关指示灯37Q5.4九层开指示灯39Q6.0除灰灯38Q5.5九层关指示灯40Q6.1报警灯4.3 自动控制系统 PLC 程序设计一： 吹灰器启动步骤：1. 确定接通主电源，顺时针转动控制面板上的急停旋钮，给系统供电。2. 打开点火罐、层分配器底部排污孔，打开风线总阀，空气减压阀，通入空气。3. 手动打开各层电动球阀，待各层开指示灯全亮后，排放积水，排放结束务必关闭排污孔4. 将控制面板上的手/自动旋钮旋至自动状态，以关闭各层电动球阀5. 打开燃气气体管线上的截止阀锅炉吹灰系统 PLC 控制的设计226. 进行工艺流程要求自动吹灰。二： 燃气脉冲吹灰器的程序编写：由于存在系统断电，设备发生故障等原因，每次启动设备需要对标准位进行初始化设置。本次设计中，急停，手/自动的切换都会从新初始化标志位。如下为一小段初始化程序。锅炉吹灰系统 PLC 控制的设计23系统在转入自动控制后，必须先使所有的电动球阀为关闭状态，然后再进行各层的逐次除灰下列程序为系统自动检测各阀的开闭状