基于海为PLC锅炉脱硫除尘自动控制系统设计

1、 本科毕业设计（论文）基于海为PLC锅炉脱硫除尘自动控制系统设计李文峥燕 山 大 学里仁学院2016年6月本科毕业设计（论文）基于海为PLC锅炉脱硫除尘自动控制系统设计学 院： 里仁学院 专 业：测控技术与仪器 学生 姓名： 李文峥 学 号： 121203021057 指导 教师： 韩勇 答辩 日期：2016年6月19日 燕山大学毕业设计(论文)任务书学院：里仁学院 系级教学单位：电气工程系 学号121203021057学生姓名李文峥专 业班 级检测12-2题目题目名称基于海为PLC锅炉脱硫除尘自动控制系统的设计题目性质1.理工类：工程设计 （  ）；工程技术实验研究型（ ）；理论研

2、究型（ ）；计算机软件型（ ）；综合型（ ）。2.文管类（  ）；3.外语类（ ）；4.艺术类（ ）。题目类型1.毕业设计（  ） 2.论文（ ）题目来源科研课题（ ） 生产实际（ ） 自选题目（ ） 主要内容1、论文以实际生产中锅炉脱硫除尘项目为背景，查阅现代工业自动化控制方式，明确项目自动控制的控制要求和控制方式。 2、掌握海为PLC的程序编程方法，以PLC为控制核心编写程序。3、掌握工控机电脑组态画面设计，可在工控机中对锅炉脱硫除尘项目实现自动化控制。4、锅炉脱硫除尘自动控制系统实际运行效果说明。基本要求海为PLC程序编写、组态王组态画面设计、PID自动控制

3、算法、海为PLC远程通讯模块应用。撰写论文1本（不少于2万字，字迹工整、语言流畅、图表规范），标准A0图纸一张。参考资料1、电力电子技术（第四版）3、IEEE transactions on Power Electronics4、IEEE transactions on Industry Application5、电工技术学报、中国电机工程学报、电力电子技术、电气传动等周 次14周57周79周916周1718周应完成的内容查阅资料，学习理论知识。了解工程概况、自动控制原理及系统构成。根据控制要求，PLC程序编写，调试。组态王组态画面设计，调试。控制柜和电力柜配置，现场仪表接线，整个自

4、动控制系统调试。整理锅炉脱硫除尘自动控制系统数据，撰写论文。指导教师：职称：教授 2016年3月7日系级教学单位审批： 年 月 日摘要 摘要随着近年来国家加强环境治理工作的进行，锅炉烟气进行脱硫和除尘成为国家强制要求的标准 ，锅炉烟气脱硫和除尘系统具有很高的复杂性，其对控制系统的要求往往很高。目前使用PLC控制锅炉脱硫除尘系统已经成为一种较先进，应用越来越广泛的一种控制设备。它具有可靠性极高、能经受恶劣环境的考验、功能齐全、性价比高等特点。本文针对晨光生物科技集团15t/h锅炉烟气脱硫控制系统进行设计，采用了海为可编程控制器实现对系统内的电机和阀门进行自动控制，并且设计了上位机用来进行总体控制

5、及数据交互，上位机采用北京亚控公司组态王KINGVIEW 6.53工业控制软件，最终实现对脱硫和除尘系统的监控。 关键词 锅炉 脱硫 除尘 PLC自动控制系统 组态王监控IAbstractRecently, the station has paid more attention on environmental protecting. Desulfurization and dust removal of boiler flue gas must meet the standard that the government has set. The system of desulfurizati

6、on and dust removal is quite complicated, especially controlling system. PLC system of desulfurization and dust removal are advanced and much applied devices for controlling. Its features are reliable, endurable, functional and practicable.This thesis aims at the system of 15t/h boiler gas desulfuri

7、zation and dust removal in chenguang Biotech Group Co. which is based on Haiwall PlC, KINGVIEW 6.53 control software. It makes it possible of controlling the system of desulfurization and dust removal.Keywords：PLC;boiler;dedusting;desulfurization; King ViewI 目录摘要III第1章 绪论11.1 课题背景11.2锅炉脱硫除尘工艺21.3自动控

8、制在锅炉脱硫除尘工艺的应用31.4 PLC与继电器控制系统的发展41.4.1 继电器控制系统的发展41.4.2 PLC控制系统的发展41.4.3海为系列PLC的简介71.5研究课题的目的意义与发展前景81.6本文研究的主要内容8第2章 自动控制在脱硫除尘工艺的应用102.1 脱硫除尘工艺介绍102.2 锅炉脱硫除尘电气控制要求102.3本章小结13第3章 PLC控制系统设计143.1 PLC控制系统的设计步骤143.2 PLC控制系统的硬件设计173.3除尘系统电机控制193.3.1电机连锁启停控制193.3.2电机的基本工作原理193.4模拟量和数字量转化203.5三台循环池水泵轮流运行程序

9、213.6地坑泵的自动控制243.7脱硫塔除雾器自动冲洗253.8脱硫塔进出口温度自动控制273.9碱液泵自动调节283.10袋式除尘器脉冲阀控制29第4章PID控制器的设计324.1 PID算法简介324.2压力模糊PID控制的确立33I4.3控制系统结构设计344.3.1 模糊控制器的变量354.3.2 论域、量化因子、比例因子364.3.3 精确量的模糊化364.3.4 模糊推理及模糊控制规则374.3.5 反模糊化394.4模糊 PID算法在本工程中的应用394.4.1 压力PID控制394.4.2 锅炉压力自控PLC程序414.5本章总结43第5章控制系统的人机界面设计445.1 组

10、态王简介445.2 组态系统的设计455.2.1 组态王与海为PLC通讯方式的设定455.2.2 定义组态王的数据变量455.2.3 锅炉除尘监控系统的画面制作485.2.4 报警界面495.2.5 报表515.2.6 历史曲线535.3本章小结53结论54参考文献55致谢56I第1章 绪论 第1章 绪论1.1 课题背景伴随我国国民经济的飞速发展，工业燃煤锅炉制造业取得了长远的进步。但是在工业制造业高速发展的今天，我们也付出了沉重的资源和环境代价。在我国经济的高速发展进程中，能源利用率低、消费结构不合理、供需矛盾加剧等问题日益突出，生态环境恶化与经济发展的矛盾加剧，在很大程度上制约了经济持续快

11、速健康发展。鉴于此，本文是以实际的锅炉脱硫除尘项目为毕业设计的背景，为满足锅炉脱硫除尘电气控制，做的一套基于海为PLC的锅炉脱硫除尘自动控制系统。该系统设计的锅炉烟筒不会冒出黑烟，能够净化细小灰尘和二氧化硫，使各项指标都达到国家的环保标准。德国学术界和产业界提出了“工业4.0”，我国也提出了“中国制造2025”， PLC是“工业4.0”和“中国制造2025”中的一个主力军，它的改革程度直接影响着工业4.0的浪潮和“中国制造2025”的进程。中国经济转型趋势不可阻挡，而中游的制造业在我国经济中的占比又较高，来自发达国家“再工业化”和其他发展中国家成本优势的“前堵后追”，使得重建中国工业新优势显得

12、至关重要。“工业4.0”和“中国制造2025”由此具备较强烈的现实意义，其中工业自动化控制更是核心。当今市场上的高级PLC模块主要是：分立式和模拟式元件。这些元件占据了大部分的电路板空间，这也成了工程师们不容忽视的问题，对于微型PLC和嵌入式控制器更为重要Error! Reference source not found.。只有凭借跨PLC平台设计、更高的集成度，才能发挥出“工业4.0”的优势。随着PLC在工业中的应用越来越广泛，使它能够处理更多输入信息、更宽字节以及更为复杂的指令集。21世纪以来，PLC在模拟和传感器技术领域的进步更好地帮助制造商发挥其在计算资源方面的优势，甚至工厂内部和云端

13、。工业4.0代表了将智能化与广泛的检测范围、分布式控制以及可靠、无缝连接整合在一起的愿景。国产PLC技术在多年的市场考验中不断摸索成长已经趋于成熟，目前广泛应用于各个行业。随着“中国制造2025”规划的出台，制造业面临转型升级的形势，逐步实现工业自动化智能化生产，提高生产效率，降低生产成本，只有这样才能在国际竞争的大潮中立于不败之地，在此大背景下国产PLC势必将迎来发展的新阶段。1.2锅炉脱硫除尘工艺锅炉尾气中存在大量的硫和粉尘，未经处理的锅炉尾气排放到大气中造成酸雨和雾霾，所以对锅炉尾气进行脱硫和除尘是十分必要的，同时也是国家强制要求的。常用的锅炉烟气除尘方法有麻石除尘、陶瓷多管除尘、袋式除

14、尘、旋风除尘等。常用的脱硫方法主要有双碱法（氢氧化钠和氢氧化钙）、单减法（液碱）、氧化镁脱硫等。传统的烟气处理采用麻石除尘，不进行脱硫处理，并且全靠人工控制，运行不稳定，处理效果差，已无法达到国家最新的锅炉尾气排放标准的要求。本项目采用的工艺为旋风除尘和袋式除尘法，脱硫工艺采用氧化镁湿法回收工艺。改造后的脱硫除尘系统，高温的锅炉烟气先经过省煤器，一方面加热进锅炉软化水，另一方面通过重力分离去除大颗粒烟尘。然后进入旋风除尘器，利用离心力除去大颗粒烟尘同时降低烟气温度，避免较高的烟气温度损坏布袋除尘器。再然后经过布袋除尘，处理掉直径大于10微米的烟尘，随后进入脱硫塔底部，和上部喷淋下来的碱液逆流接

15、触，中和掉尾气中的二氧化硫并除去剩余烟尘，最后再经过脱硫塔除顶部的雾器除去尾气中的PM2.5颗粒和未中和的三氧化硫。该套系统采用PLC设计，完成整个系统的过程控制，达到无人化操作效果，各项指标优于国家标准。图1-1锅炉脱硫除尘工艺流程图脱硫工作过程：1、引风机将除尘后的锅炉烟气送入SO2吸收塔，经多层喷淋与脱硫吸收剂（氧化镁浆液）充分接触达到除去烟气中SO2的目的。2、脱硫后的烟气经喷淋塔上方的除雾器除去烟气中的PM2.5和三氧化硫，再经直排烟囱达标排放。3、SO2吸收塔塔底生成的硫酸镁由排出泵排除，经一级浓缩沉降，二级脱水器（板框压滤机）去除杂质后直接排放。1.3自动控制在锅炉脱硫除尘工艺的

16、应用本方案设计重点考虑优化生产工艺自动控制又保证锅炉的正常运行，鉴于此，利用PID控制来实现锅炉压力来控制变频器速率，以此达到锅炉蒸汽压力自动控制和净化烟气的目的。由于在工业实际中锅炉的运行环境十分复杂，锅炉蒸汽的压力总是会受到某些干扰的影响，所以必须对蒸汽的压力加以控制，确保在一定范围内得到相对恒定的蒸汽压力。影响蒸汽压力的主要因素是给煤量以及给风量、水量、蒸汽流量以及引风量等Error! Reference source not found.。如果锅炉内压力过低，将会降低蒸汽质量，达不到设定的压力要求，此时需要根据设定压力与输出压力的差值来调节变频器频率，使得炉内压力增大，以达到设定要求。

17、反之，如果锅炉内压力过高，超过了设定的压力值，此时同样需要依据设定的压力值与输出的压力值之差来调节变频器的频率，降低炉内压力值以达到设定要求。1.4 PLC与继电器控制系统的发展1.4.1 继电器控制系统的发展基于继电器的控制系统在PLC面世之前被广泛的应用于工业生产的各个领域，并且取得了相当好的使用效果。输入输出电路、控制电路以及生产现场设备构成了继电器控制系统。其中输入电路部分包括行程开关、限位开关、继电器、按钮等，用于传输系统的信号；输出电路部分由接触器、各种电磁阀、电动机、泵等执行机构构成，用于对现场的设备进行控制Error! Reference source not found.。以

18、往的控制系统控制核心是用继电器来控制电路，现场的继电器、阀门、开关等电子元件通过导线连接起来对工业现场发布控制指令Error! Reference source not found.。基于继电器的控制系统在以前的工业生产中曾经扮起着不可替代的作用，随着工业控制的复杂化，继电器系统已经无法满足社会的要求。因为继电器控制系统控制固定的动作顺序或生产工艺比较单一，为了达到控制要求必须要对工艺进行开发调整，不能再运用以前的控制系统，但是要花费很长的时间进行改造。虽然继电器在很多方面上难以达到我们的要求，并不意味着社会就这样淘汰继电器的发展，相反在小型的控制系统中考虑到成本的问题以及生产工艺要求不严格的

19、前提下继电器系统还是占一定的地位，而且某些特定的安全系统（如停电、人身防护）必须有专门的继电器来完成。因此PLC和继电器往往是相辅相成的。欧美一些国家在某些特定功能的继电器研究上面仍然花费了大量物力和财力，我们相信这样是值得的。 1.4.2 PLC控制系统的发展可编程控制器又可以被称为可编程逻辑控制器，简称PC。几十年前可编程控制器凭借其强大的功能代替了传统模式的继电器控制，近几十年来，伴随着时代的进步，科技的迅猛飞跃，可编程控制器与计算机的完美结合使其广泛的应用于工业领域，作为一种应用于工业领域新型的控制装置其功能已不仅仅是简单的逻辑控制。由于计算机的简称也为PC，在应用时人们常常将两者混淆

20、，因此后来相关学者为了与计算机简称相区别将该控制器简称为PLC。自从美国的研究人员成功的设计研发了第一台PLC以后，近些年来，各国相继展开PLC相关方面的研究，例如德国、美国、中国都研制了多款可编程序控制器。这些控制器的品质上等，性能稳定、价格合理、适应性极强，得到了使用者的高度评价。随着控制系统的复杂化，越来越多的人们开始普遍把更加智能化的可编程控制器作为自动控制系统的控制器。可编程逻辑控制器是由1968年美国汽车公司提出并且应用在生产线的，该说法提出后，立即引起了很大轰动。通过实验证明，可编程逻辑控制器既结合了计算机控制灵活、功能智能化的特点又综合了传统继电器操作方便、简单易懂的特点Err

21、or! Reference source not found.。从PLC的发展历史来讲，自从美国成功的在1969年研制了第一台PLC以后，并逐渐广泛的应用于工业领域，尤其是制造业，例如，其首先应用在通用汽车的制造线。我们之所以把该控制系统称为可编程逻辑控制器的原因是在于该控制系统是按以下顺序实行对被控对象的控制；第一、执行逻辑判断，第二、计时，第三、计数。随着时代的发展，紧接着很多国家将精力投入此方面的研究，美国MODICON公司所研制的可编程控制器已经初具规模，一些国家开始力图从美国引进了这项研发制造技术，例如：日本利用所引进的相关技术并结合自身的发展也生产出了本国第一台可编程控制器。在完成

22、相对复杂、规模较大的控制系统时，基于PLC的控制系统比传统的继电器控制系统具有更加明显的优势。现总结如下：1、功能强，性能价格高与传统模式的继电器相比，PLC有以下两种优势：其一：PLC外形轻巧，而且内部的元件多达上千个，可以满足不同用户的各种需求，对于一些庞大复杂的问题，其也能实现极强的控制性能。其二：PLC性价比高，其性能方面能不断的得到开发，具有可持续性，且能通过分散控制对被控对象进行控制。2、硬件配套齐全，用户使用方便，实用性强PLC是各种极为标准、系统、完备模块的集合体，同时该控制器非常容易安装，适应性极强，能够满足不同用户的不同需要。使用者可以根据实际情况对复杂控制系统进行自定义配

23、置，使该系统实现不同的控制功能，并且可以利用PLC直接控制电磁阀与接触器，主要利用其极强的驱动负载的能力Error! Reference source not found.。3、可靠性高，抗干扰能力强传统继电器需要依靠大量的中间继电器和时间继电器等才能实现控制功能。由于器件多的缘故导致在实际生产中的连接环节容易出现各种状况，首先，PLC可以用编程的方法代替中间和时间等继电器，其次，与传统的继电器相比，PLC在连接线路方面更简单同时也有效地降低了不可预料的事故率Error! Reference source not found.。其工作硬件系统与强大的软件功能相配合，使该设备的使用寿命大大增长，

24、最重要的是可编程控制器的抗干扰能力非常强，在复杂的工业现场使用能确保它的控制效果，所以PLC凭借此优点被广泛应用于工业领域。4、系统的设计、安装、调试工作量小PLC可以通过编写程序来实现计时、计数等功能，解决了传统控制器利用继电器搭建复杂的外部电路等问题，在节能以及操作等方面都有很大改善，同时PLC在安装、接线调试上也有很大优势Error! Reference source not found.。5、编程方法简单利用可编程序控制器进行编程时要依靠编程语言，而梯形图在进行编程时是最常用的，与继电器相比较，可编程控制器编程所使用的符号和运算式与其相同，最重要的是利用梯形图进行编程非常易学、易理解、

25、易运用。对于那些在继电器操作及编程方面很熟练的技术员来说，他们只需花费很短的时间即能将梯形图的编程方法学到，并用来编制用户程序。6、维修工作量少，维修方便PLC具有完善的自诊断能力，所以它发生事故的概率非常小。其原理在于PLC在工作过程中能通过PLC装置内置二极管以及编程器发出的信号，快速查询到发生事故的起因，当外部的输入装置和执行机构发生故障时，可以运用更换模块的方式迅速的排除故障。7、体积小，能耗低对于复杂控制系统的工程可以利用PLC来减少继电器的数量以至于减少系统运作的时间，对于PLC来讲，小型号PLC的体积很小，与几个继电器的大小差不多，因此我们可以将所设计的机柜的体积减小到本来的1/

26、2-1/10。1.4.3海为系列PLC的简介海为PLC是一款通用型高性价比的小型可编程性逻辑控制器，海为PLC除自身带有各种外设接口（开关量输入、开关量输出、模拟量输入、模拟量输出、高速计数器、高速脉冲输出通道、电源、通信端口等）外，还可扩展各种类型的扩展模块，进行灵活的配置。CPU主机内置2个通讯口，可扩展至5个通讯口，每个通讯口都可以进行编程和联网，都可作为主站或从站。支持1：N、N：1、N：N联网方式，支持各种人机界面和组态软件，可与任何带通讯功能的第三方设备（如变频器、仪表、条码阅读器等）联网。内置Modbus RTU/ASCII协议、自由通讯协议以及海为公司的HaiwellBus高速

27、通讯协议。支持外部或内部的启动/复位控制，支持8段比较设定值，7种计数模式，3种比较方式（单段比较、绝对方式比较、相对方式比较），带自学习功能。具有优越的高速计数功能。5种脉冲输出模式（单脉冲输出、脉冲/方向输出、正/反转脉冲输出、A/B相脉冲输出、同步脉冲输出），扩展高速脉冲输出模块可支持运动控制功能。同时还具备强大的模拟量处理功能和强大的密码保护功能。51.5研究课题的目的意义与发展前景自改革开放以来，中国无论是GDP总量，GDP增长速度和国民收入水平都取得了飞速发展，但是很大一部分的经济以牺牲环境为代价换来的。随着国家对经济质量和生态保护的重视，环保行业必将迎来新的发展阶段。伴随着“中国

28、制造2025”规划的出台，工业生产制造业面临进行转型升级的形势，逐步实现自动化智能化生产，提高生产效率，降低生产成本，才能在国际竞争的大潮中利于不败之地。鉴于此，自动化和环保的相结合更加成为社会发展的趋势，在此背景下，我选择了基于海为PLC锅炉脱硫除尘自动控制系统设计作为我的毕业设计内容，本文是以实际的锅炉脱硫除尘项目为毕业设计的背景，为满足锅炉脱硫除尘电气控制，做的一套基于海为PLC的锅炉脱硫除尘自动控制系统。锅炉烟筒不会冒出黑烟，净化细小灰尘和二氧化硫，各项指标都达到国家的环保标准。国产PLC经过近二三十的发展，技术已经趋于成熟，使用功能已经不亚于德国西门子、日本三菱的国际知名品牌，目前广

29、泛应用于各个领域。但是目前我国有很多工业控制仍处于人工手工操作水平，随着“中国制造2025”规划的出台，工业生产制造业面临转型升级的形势，逐步实现自动化智能化生产，提高生产效率，降低生产成本，才能在国际竞争的大潮中利于不败之地，在此大背景下国产PLC势必将迎来新的发展高潮。1.6本文研究的主要内容课题以海为PLC为控制核心，组态王软件为控制系统的上位机，自控柜和电力柜组成了海为PLC的锅炉脱硫除尘自动控制系统的构成骨架。基于海为PLC的锅炉脱硫除尘自动控制系统课题研究的主要内容具体如下：1、论文以实际生产中锅炉脱硫除尘项目为背景，查阅现代工业自动化控制方式，明确项目自动控制的控制要求和控制方式

30、。 2、掌握海为PLC的程序编程方法，以PLC为控制核心编写程序。3、掌握工控机电脑组态画面设计，可在工控机中对锅炉脱硫除尘项目I是实现自动化控制。4、分析PID自动控制算法控制原理，由压力自动控制锅炉引风机和鼓风机变频器自动变频。5、锅炉脱硫除尘自动控制系统实际运行效果说明。1第2章 自动控制在脱硫除尘工艺的应用2.1 脱硫除尘工艺介绍 除尘工作过程：锅炉的烟气经过余热回收装置将烟温降低后，送至双旋风除尘器，烟气自旋风除尘器上部切线方向进入后旋转下行，利用离心力作用除去70%的较大尘粒，经旋风除尘器处理后的烟气进入布袋除尘器，经过布袋除尘器后能除去90%的灰尘，然后由引风机送入脱硫塔，剩余的

31、灰尘在脱硫塔中经过喷淋除去。脱硫工作过程：1、引风机将除尘后的锅炉烟气送入SO2吸收塔，经多层喷淋与脱硫吸收剂（氧化镁浆液）充分接触达到除去烟气中SO2的目的。2、脱硫后的烟气经喷淋塔上方的除雾器分离出净烟气中的雾滴，再经过直排烟囱达标排放。3、SO2吸收塔塔底生成的硫酸镁由排出泵排除，经一级浓缩沉降，二级脱水器（板框压滤机）去除杂质后直接排放。控制工艺流程图2-1所示：图2-1锅炉脱硫除尘工艺流程图2.2 锅炉脱硫除尘电气控制要求为满足生产工艺自动控制，又保证锅炉的正常运行要求。电气控制条件如表2-1所示：主要有袋式除尘器脉冲阀控制，塔除雾器自动冲洗，脱硫塔8个电动阀门压力温度连锁控制；在电

32、机运行方面主要有三台罗茨风机。I第2章 自动控制在脱硫工艺的应用 序号条 件控 制 功 能备 注1除尘部分2压差变送器压差大于1500Pa脉冲控制仪启动，30个脉冲阀循环启动同时脉冲控制仪可手动定时。3脱硫部分4塔除雾器自动冲洗脱硫塔进、出口工艺水压力传感器在屏幕上显示压力5除雾器压差变送器显示压差大于200Pa，启动除雾器反冲洗8个电磁阀分成4对循环启动6吸收塔出口温度传感器大于80报警温度可调，温度大于80蜂鸣报警7开启最低层冲洗电磁阀冲洗，冲洗一分钟8吸收塔进口温度传感器大于120报警温度可调，温度大于120蜂鸣报警9开启冷却喷淋电磁阀，低于进口120关阀10开启旁路挡板门，关闭进出口挡

33、板门。11当吸收塔进口温度传感器大于125，或吸收塔出口温度传感器大于75开启最低层冲洗电磁阀冲洗，冲洗一分钟温度可调，越温蜂鸣报警12循环池浓度计浓度计上显示MgSO4浓度13循环池PH计循环池PH计小于6.5，调节池碱液泵开启14调节池PH计调节池PH计小于9，新液池电磁阀开启15调节池低液位0.8m关闭调节池搅拌器；开启调节池补水电磁阀至高液位关补水阀。开启调节池补水电动阀，低液位时停碱液泵可调1第2章 自动控制在脱硫工艺的应用 16调节池液位高液位2.5m关闭调节池补水电磁阀，关闭氢氧化钠调节池补水电动阀，开启氢氧化钠碱液泵，根据再生池PH值（6-10）变频调节流量可调17工艺水箱低液

34、位1.5m开启供水电磁阀门，提升泵停止。可调18工艺水箱高液位2.5m关闭供水电磁阀门，提升泵开启。序号条 件控 制 功 能备 注19循环池液位循环水池液位低时，提升泵停止，循环池水池液位高时提升泵启动循环池2个20超声波液位各池在液位低时自动补水，原液池1个21超声波液位因新液池和调节池有搅拌器，低液位保证搅拌器在液面以下，高液位不能超出池内深度。新液池1个，调节池1个22电磁流量计电磁流量计在中控室屏幕显示流量23风机除尘器风机变频启动1个 Y9-26No14D 110KW除尘器24氧化风机罗茨风机SNR-100，Q=8.79m3/min，H=12m，P=15m 2台循环池曝气25超声波液

35、位计液位计小于0.4米，控制地坑液面高度地坑泵停止，液位大于1米时地坑泵启动。电机控制为自动控制系统最为重要的部分，为满足生产工艺自动控制，根据工程的控制要求，设计电机启停控制表如表2-2所示：序号电机数量功率(KW)1旋风除尘器星型卸料器12袋式除尘器星型卸料器23振打器30.754空压机15埋刮板输料机26风机111010地坑泵12.211循环泵32.212循环池抽出泵12.213工艺水泵21514氧化风机21515新液池搅拌13I第2章 自动控制在脱硫工艺的应用 16调节池搅拌1417碱液泵12.2表2-2电机启停控制表2.3本章小结本章主要介绍了锅炉除尘工作过程和脱硫工作过程，根据锅炉

36、脱硫除尘工艺要求列出相应的电控控制要求表，并且列出电机起停控制表。XIII第2章 自动控制在脱硫工艺的应用 第3章 PLC控制系统设计锅炉脱硫除尘自动控制系统的结构组成如图3-1所示：在电机启停控制中，一方面通过上位机组态软件控制电机启停，另一方面要能通过在自动运行状态下，电机和阀门按照设定程序步骤运行，电机阀门连锁控制等。另外电机和阀门连锁控制，由PLC读取液位变送器器、温度变送器、PH值计和压力变送器等输入模拟量数据，来判断工作环境和状态，并且发出自动控制的指令，最终达到自动控制的目的。图3-1系统组成3.1 PLC控制系统的设计步骤PLC控制流程具体的设计步骤如图3-2所示:I第3章 P

37、LC控制系统设计 图3-2 PLC控制系统设计步骤1、I/0设备的确定首先我们需要对控制系统的外部输入输出和硬件设备按照工艺的要求进行确定，根据具体的控制要求选择能够满足需要且安全性比较高的硬件设备，比如说开关、按钮、传感器等输入设备，继电器、接触器等输出设备9。 XV第2章 自动控制在脱硫工艺的应用 2、PLC的选型确定完PLC外部连接的硬件设备以后，根据生产工艺对I/O点数进行配置，以便选择合适的PLC，包括PLC使用哪种电源模块、PLC使用哪种CPU、PLC使用的输入输出模块、以及特殊功能模块的选择等。3、I/0点地址的分配选择完I/O模块后，要对模块的I/O地址进行分配，在虚拟轨道硬件

38、组态的4-8槽内操作者可以任意配置，然后编写地址分配边，为编程做准备。4、设计PLC程序对程序进行设计就是根据实际工程需要和系统控制的先后顺序进行步骤制定，具体核心难点涵盖中断响应、处理，故障方式判别及解决方案等。 5、PLC程序的调试PLC程序的调试是对前面程序的验证，是必不可阶段，如果系统的程序比较繁琐可以通过分段调试。6、投入运行如果上述步骤都进行完毕且没有错误时就可以投入使用了。开关量输入X开关量输入X：与外部开关量输入装置连接（如：开关、按钮、传感器等)，获取外部开关量输入信号的状态（ON或OFF）进入PLC。软元件符号用X表示，如：X0、X1、 X8、X10、X11、。编号固定从X

39、0开始，在"PLC硬件配置"窗口进行配置。系统会自动对其分配地址。开关量输出Y开关量输出Y：与外部负载连接，用于驱动连接输出接点Y的负载通断（ON或OFF）。对于同一个接点Y其输出线圈在程序中也可多处输出，但建议仅使用一次，以提高程序的可靠性及可读性。 I第3章 PLC控制系统设计 软元件符号用Y表示，如：Y0、Y1、 Y8、Y10、Y11、。编号固定从Y0开始，在“PLC硬件配置”窗口进行配置。系统会自动对其分配地址。计时器T：每个计时器由输出线圈T及当前值TV组成。计时时间 = 计时单位（时基） * 设定值。其中T0T251、T256T1023的时基可10ms、100m

40、s、1s任意设置，T252T255为1ms时基。在一个程序项目中，一个计时器只能使用一次，但其输出线圈T及当前值TV在程序中的使用次数无限制。 计时器可分为停电保持型和非停电保持型两种：非停电保持型计时器在PLC停机时，其输出线圈T及当前值TV将被复位。停电保持型计时器在PLC停机时，其输出线圈T及当前值TV将全部被保持。 模拟量输出AQ模拟量输出寄存器AQ：每个模拟量输出通道对应一个模拟量输出寄存器AQ，模拟量输出通道与外部设备相连。改变模拟量输出寄存器AQ值的大小则对应的模拟量输出通道的信号发生相应变化。 每个模拟量输出通道的信号类型、使用工程量、量程上下限等可在“PLC硬件配置”窗口进行

41、配置，系统会自动对其分配地址。3.2 PLC控制系统的硬件设计1、CPU通过对前面的研究分析，本系统选择37-313C,它是一种紧凑型CPU，自身集成有数字量输入输出和模拟量输入输出模块。I/O地址区为1024B/ 1024B, I/O过程映像区为128B/128B,完全可以满足要求。2、电源选用PS307，PS电源模板将AC 120/230V电压转换为DC24V电压，为XVII第2章 自动控制在脱硫工艺的应用 海为PLC、传感器和执行器供电。3、 I/O点分配根据对输入输出系统的仔细分析，对输入输出点数进行统计，控制系统中所有的I/O点分配如下：X01#罗茨风机热保护X8新液搅拌热保护X12

42、#罗茨风机热保护X9沙克龙关风器1#热保护X21#循环泵热保护X10沙克龙关风器2#热保护X32#循环泵热保护X11沙克龙绞龙保护X43#循环泵热保护X12袋除尘关风器1保护X5抽出泵热保护X13袋除尘关风器2保护X6地坑泵热保护X14袋除尘绞龙保护 X7调节池搅拌热保护X15袋式除尘脉冲控制器保护X201#罗茨风机反馈 X35袋式除尘脉冲控制器反馈 X212#罗茨风机反馈 X36脱硫塔阀1反馈 X221#循环泵反馈 X37脱硫塔阀2反馈 X232#循环泵反馈 X38脱硫塔阀3反馈 X243#循环泵反馈 X39脱硫塔阀4反馈 X25抽出泵反馈 X40脱硫塔阀5反馈 X26地坑泵反馈 X41脱硫

43、塔阀6反馈 X27调节池搅拌反馈 X42脱硫塔阀7反馈 X28新液池搅拌反馈 X43脱硫塔阀8反馈 X29沙克龙关风器1反馈 X44循环池补水阀反馈 X30沙克龙关风器2反馈 X45调节池补水阀反馈 X31沙克龙下绞龙反馈 X46新液池补水阀反馈 X32袋式除尘关风器1反馈 X47原液池补水阀反馈 X33袋式除尘关风器2反馈 X48工艺水池补水阀反馈 X34袋式除尘下绞龙反馈 X49新液池至调节池补水阀反馈 表3-1数字量输入分配表I第3章 PLC控制系统设计 Y01#罗茨风机控制Y8新液池搅拌输出Y12#罗茨风机控制Y9沙克龙关风器1输出Y21#循环泵输出Y10沙克龙关风器2输出Y32#循环

44、泵输出Y11沙克龙绞龙输出Y43#循环泵输出Y12袋除尘关风器1输出Y5抽出泵输出Y13袋除尘关风器2输出Y6地坑泵输出Y14袋除尘绞龙输出Y7调节搅拌输出Y15袋式除尘脉冲控制器输出Y20阀1输出Y29调节池补水输出Y21阀2输出Y30新液池补水输出Y22阀3输出Y31原液池补水输出Y23阀4输出Y32工艺水池补水输出Y24阀5输出Y33新液至调节补水输出Y25阀6输出Y34原液至调节补水输出Y26阀7输出Y36工艺水变频输出1Y27阀8输出Y37工艺水变频2输出Y28循环池补水输出Y38碱液泵变频输出表3-2数字量输出分配表3.3除尘系统电机控制3.3.1电机连锁启停控制在控制电机启停过程

45、中，采用本地启停控制和远程启停控制，其中远程启停控制又分为手动启停控制和自动启停控制。本地启停控制由STA1、STP1、SB1按钮控制，STP1为本地停止按钮，STA1为本地启动按钮，SB1为本地和远程控制启停切换。远程控制由PLC DO输出点KA控制，停止和启动。远程控制的手动启停是由上位机组态软件控制，自动控制是由电机满足某个条件进行自动启动、停止控制。3.3.2电机的基本工作原理电路的基本工作原理：首先在配电柜本地控制时，按下启动按钮STA1，KM1线圈得电并自锁，主触头闭合，电动机接通电源运行。按下停止按钮STP1，KM1线圈失电，主触头断开，电动机断电停止。在PLC远程XIX第3章

46、PLC控制系统设计 控制时，PLC输出启停继电器J1-1闭合，KM1线圈得电，主触头闭合，电动机接通电源运行，PLC输出启停继电器J1-1断开，KM1线圈失电，主触头断开，电动机断电停止。图3-3电机启停控制电路3.4模拟量和数字量转化模拟量输入寄存器AI：每个模拟量输入通道对应一个模拟量输入寄存器AI，模拟量输入通道与外部设备相连，用于测量外部信号的连续变化如温度、压力、流量等。当外部模拟量输入通道的信号变化时，会实时反映在对应的模拟量输入寄存器AI中。I第3章 PLC控制系统设计 每个模拟量输入通道的信号类型、使用工程量、量程上下限等可在“PLC硬件配置”窗口进行配置。输入的模拟量信号经P

47、LC处理后转化成可供PLC使用的数字信号，而经过PLC程序运行后产生的电信号又必须处理成模拟量信号才能驱动电机、电磁阀等工作和停止。该工程设计中，共16个模拟量输入，各个模拟量输入通道的测量值如表3-3所示，各个模拟量输入通道的设置如图3-3所示：AI0工艺水出口压力AI8袋式除尘压差变送AI1循环水池液位1AI9脱硫塔压差变送AI2循环水池液位2AI10脱硫塔进口温度AI3地坑池液位AI11脱硫塔出口温度AI4调节池液位AI12循环池酸碱度PH值AI5新液池液位AI13调节池酸碱度PH值AI6原液池液位AI14循环池浓度值AI7工艺水池液位AI15烟道湿度表 3-3:AI对应表图3-4:模拟

48、量输入通道设置3.5三台循环池水泵轮流运行程序循环池水泵长期保持运行状态会使电机过热从而导致机器损伤，为延长机器使用寿命同时保证整套系统的稳定运行一般安排几台水泵循环使用，传统工艺中需要人为控制各台水泵的启动和停止，浪费人力并且稳定1第3章 PLC控制系统设计 性低。而使用PLC来控制循环水泵的启停可以达到节省人力成本同时满足自动控制，增强系统的稳定性，为此设计了三台循环池水泵循环轮流运行的的程序，建立程序块，利用触点触发的形式，达到三台循环池水泵循环轮流运行的目的，程序如下：电机启停子程序：LM0为常开触点，控制电机的启动；LM1为常闭触点，控制电机的停止；LM2为常闭触点，控制电机的手自动

49、控制切换；LM3为常闭触点，为电机的热保护；LM4为控制输出，与LM0形成互锁电路。PLC程序如图3-4所示：图3-4:电机启停PLC程序循环池水泵分手动控制和自动控制，自动控制是由电机满足某个条件进行自动启动、停止控制，手动控制是通过上位机组态软件来控制，下面以1号泵为例介绍循环泵的手自动控制。手动控制是通过上位机组态软件来控制循环池水泵的启停，SubP输入电机手动启停子程序；sta接入M188 (1#循环泵启动控制)，可通过组态软件上的相应按钮和自动状态下的输出来触发；stp输入M9(1#循环泵停止), 可通过组态软件上的相应按钮来触发；a/m输入M10(1#循环泵手自切换), 可通过组态

50、软件上的相应按钮来触发；bh输入X2(1#循环泵保护), 当1#泵过载或者发生短路时切断电路,起到保护电机的作用。自动控制，当AI1（循环水池液位）大于V1（循环水池液位下限）时，1#循环泵启动。PLC程序如图3-5所示：第3章 PLC控制系统设计 图3-5:1#循环泵手自动控制在实际工程中循环池配置了3台水泵轮流运行，3台水泵的启动与停止由PLC程序控制。X2,X3,X4,分别为1#，2#，3#泵的保护触点，T5,T6，T7，T8，T9，T10为时间定时器，控制各个泵的运行和停止时间。T5,T9，T7设置时间为180S，T6，T8，T10，设置时间为5S。自动控制状下，一号泵开始运行，运行180S，然后2#泵开始启动，2#泵运行5S后1#泵停止运行，2#泵运行180S后，3#泵开始运行，3#泵运行5S后2#泵停止运行，3#泵运行180S后，1#泵开始运行，以此循环运行。第3章 PLC控制系统设计 图3-6:循环池3台水泵轮流运行程序3.6地坑泵的自动控制地坑泵的控制分为手动控制和自动控制，手动控制