202x年布袋除尘器自动控制系统软件设计与实现项目可行性研究报告完整版完整版

1、布袋除尘器自动控制系统软件设计与实现项目可行性研究报告(完整版）布袋除尘器自动控制系统软件设计与实现项目可行性研究报告(完整版） # 布袋除尘器自动控制系统软件设计与实现项目可行性研究报告(完整版）布袋除尘器自动控制系统软件设计与实现项目可行性研究报告摘要布袋除尘器作为一种高效率除尘设备，目前在各种工业部门广泛应用。近年来,随着越来越严格的环境质量要求以及国民经济的快速良性发展,布袋除尘器相应地出现相当大的生产量增长 ,它的种类也在不断增加。 随着现代的生产技术要求不断在提高 ,如何设计适合整个布袋 除尘系统的自动控制也显得尤为必要和十分实际 ,不仅对控制污染、保护环境和提高粉尘气体 处理设备

2、的能力和效率有重要的作用 ,在减少人工劳动工作、增加系统的易控制性和可靠性、 节约能源和资源方面同样具有十分重大的经济意义。本文系统地介绍了工业布袋除尘系统软件设计的一系列过程。首先就布袋除尘器对工业 生产和环境保护的重要性进行一定的阐述 ,对布袋除尘器的组成和工艺原理进行了简单的介 绍，然后使用 step7 编程软件对布袋除尘器进行控制程序（包括清灰、输灰、卸灰和灰仓部 分）的编写。本文用西门子 S7-300PLC 控制的袋式除尘器可实现清灰、输灰、卸灰工艺的自 动运行及各个除尘室独立手动控制。利用 PLC 性能稳定功能强大的特点及相应软件的仿真功 能使除尘器更加容易操控调试，从而高效能地运

3、行。关键字：布袋除尘器控制系统 自动控制 S7-300 PLC 清灰 卸灰目录第一章 绪论 1课题研究背景及意义 1布袋除尘器国内外发展前景 1第二章 布袋除尘系统工艺分析 4布袋除尘器工作原理 4过滤原理 5清灰原理 5布袋除尘器基本组成 5布袋除尘器工艺分析 8清灰流程图 8输灰流程图 7灰仓控制要求 9 TOC o 1-5 h z 2.4 布袋除尘器技术可行性分析 112.5布袋除尘器PLC控制系统可行性分析 13第三章 布袋除尘器硬件设计 14布袋除尘器的分类 14布袋除尘器控制模式设计 15清灰脉冲电磁阀控制电路 16第四章 西门子 PLC 硬件分析 19PLC的功能特点 19PLC

4、 的功能19PLC 的特点 20PLC工作原理22西门子 S7-300 PLC 23S7-300 的系统结构 23西门子 S7-300 模块分类24S7-300 I / O 地址组态32S7-300 数字量 IO 地址组态 33S7-300 模拟量 IO 地址组态 34布袋除尘器系统 PLC 硬件组态 34第五章 布袋除尘器软件设计 40西门子 S7-300 编程基础知识 40编程元件 40数据类型 42寻址方式 43编程语言 44常用指令及功能块的使用 44系统 I/O 地址分配 47系统程序编写及说明 48清灰程序顺序功能图 48清灰部分程序 50输灰程序 56输灰顺序流程图 56输灰程序

5、部分说明 57灰仓程序 49灰仓程序顺序流程图 49灰仓程序编写及说明 62第六章 程序下载和调试 63程序下载 64S7-PLCSIM 调试程序 65第七章 结论与展望 74参考文献 75致谢 77vi # 第一章 绪论课题研究背景及意义近年来，由于世界人口的膨胀以及工业和农业的快速发展、空气污染物的排放量日益增 加,增加空气污染 ,对人类和谐环保的生活造成了十分大的危害。 控制大气污染物问题以及控制 空气污染中的粉尘排放问题已经成为社会问题急需良好的解决方法。 例如 ,在工业生产中 ,各种 废气有非常广泛的来源 ,在冶金、化工、建筑、炼油、炼焦、合成纤维、电力等很多行业生产 过程总是有很多

6、灰尘的烟气在产生中 ,如果不加以处理 ,不仅污染环境 ,还会对工作人员的健康 造成很大的伤害 ,所以应高度重视如何治理在生产过程中产生过多灰尘的问题。由于袋式除尘器除尘效果非常好 ,所以在制造行业广泛应用着 ,特别是在冶金行业。 布袋除 尘器的控制要求包括清灰 ,输灰以及卸灰和灰仓部分。近年来，随着国民经济的发展和日益严 格的环保质量要求 ,布袋除尘器相应具有相当大的生产量增长 ,种类也在不断增多。PLC何编程控制器）是自20世纪80年代的时候逐渐发展起来的，是新一代完美适用于 工业控制的装置，是结合着计算机和通信技术以及自动控制要求的产物。可编程控制器不仅 具有良好的性价比 , 良好的系统控

7、制性能 ,还具有比较高的可靠性以及抗干扰能力。随着计算 机技术、网络通信的技术以及自动化控制技术的快速良性发展,PLC的功能变得愈发强大起来，适用场合范围也越发变宽。可编程控制器不局限于实现单机控制,它还可以实现多机群控制要求；不仅可以实现逻辑控制 ,也可以用在运动控制、数据处理以及过程控制等等方面,从而使PLC普遍应用在自动控制领域。例如,在火力发电厂燃料煤过程会产生大量煤尘，没有粉尘回收, 不但污染环境 ,而且会导致资源的浪费。本文就工业布袋除尘器设计的要求,选择 PLC 作为核心控制器,根据压差信号、定时、手动信号实现布袋除尘器的工艺。同时上位机和PLC通信是通过工控机来实现的 ,从而能

8、够对整个控制系统进行相应的配置和监控。布袋除尘器国内外发展前景袋式除尘器开始出现时是在 18世纪 80年代,起初布袋除尘器只是使用一些挂袋用来清灰 所以设备的工作效率一般都很低。随着应用技术慢慢变得成熟和逐渐稳定，在 1881 年的时 候德国工厂率先开发的机械振动、清灰布袋式除尘技术开始逐渐商用化市场化,特别是在1957 年的时候脉冲袋式除尘的技术研究和开发出来 ,这可以称得算是袋式除尘技术迈出迅猛 的一大步 ,它包含所有设备的性能 ,而且并没有移动部件 ,内部滤袋也可以延长使用寿命。 1970 年代后 , 美、澳欧洲大规模的生产布袋除尘器 , 在此期间布袋除尘器技术的也得以快速发展， 美,澳

9、洲和欧洲开发的大型袋式除尘器开始广泛应用于燃煤发电站、干法水泥回转窑炉等工厂 进行除尘。中国从 20 世纪 50 年代初 ,从苏联引进的具有机械振动和反吹袋式除尘技术机器。 截至到 目前，布袋除尘器在我国也有着广泛的应用。中国在七零年代开始出现的大量袋式除尘器的 大多数生产企业到目前已成为我国生产袋式除尘器的骨干企业。进入八零年代后,袋除尘技术的进一步发展 ,我国生产的袋式除尘器 , 许多年来在采矿、建材、食品、制药、冶金、化工等 行业依旧在成功地应用着。 国家很多地区广泛应用袋式除尘器 ,比如说天津开发区 5 号热源厂、 张家港保税区热电厂、焦作电厂；许多以前使用静电除尘器的电厂转换为使用袋

10、式除尘器,如呼和浩特热电厂、赤峰市热力有限公司热电厂。根据中国环保产业协会袋式除尘委员会相关 预测,从中国环境保护 “十一五”规划中大大增加了需求 ,布袋除尘器预计将成为市场的领导者 , 而也可能是全球趋势。普通的袋式过滤器滤袋使用寿命短、高阻导致低效率和高生产成本问 题十分突出随着国内产业结构调整步伐的加快和大气粉尘排放标准的提高、高技术大型企业逐步扩大, 必将促进大型袋式除尘器的应用和推广 ,尤其是脉冲式除尘器和低压长袋收尘器大规模的 趋势很明显 ,性能已经达到了国际先进水平。如河北西安环保设备厂设计和制造的大型气箱脉 冲袋除尘器在北京水泥厂、鲁奇改善内蒙古大袋除尘器、泰国发电厂投入使用,

11、其排放检验记录等明显低于国家排放标准 ,达到国际先进水平。在 20 世纪 90 年代初 ,分室控制技术已经发 展起来，它是由 PLC 控制电磁阀和脉冲阀开关 ,在聚四氟乙烯涂层技术的支持下 ,逆流喷吹滤 袋的一种控制方式。由于技术不断成熟发展，气箱脉冲技术逐渐取得了很大的发展应用，基 本取代了静电除尘器。 在 2000 年都江堰拉法基水泥厂全部采用袋式除尘器 , 近年来由于干燥 脱硫技术的广泛使用 ,越来越多的袋式过滤器投入使用。特别是近年来 ,滤料材质不断改进 ,延 长其使用寿命，极大扩宽了布袋除尘器的适用范围。第二章布袋除尘系统工艺分析2.1布袋除尘器工作原理布袋除尘方式就是由运用过滤的原

12、理将固体颗粒从空气分离的过程，这次设计的布袋除尘设备就是运用过滤技术对气体和固体分离的装置。过滤技术目前主要有纤维过滤和膜滤波，三种过滤分离机制是不一样的，但都可以实现气固分离的目标。布袋除尘袋是膜过滤、纤维和 粒颗粒过滤的多重方式综合。布袋除尘设备除尘机制是当粉尘经过纤维时进行拦截、筛滤、 碰惯性撞、扩散效应、重力效应和静电效应而被阻挡 ，得以捕捉到这些固体颗粒。图2.1是简 单的袋式除尘设备原理结构：图2.1布袋除尘器设备原理图Fig. 2.1 Bag dust collector equipme nt prin ciple diagram如果粉尘颗粒大于布袋孔径的就会被阻留和筛出来，小于

13、滤布穿孔孔径的尘埃颗粒（直径10 1叩），沿着弯曲的的路径和气体进行织物毛孔运动，由于粉尘的惯性 ，碰撞在纤维上面然后粘附在滤布表面；直径小于1 （jm微粒，由于灰尘本身的传播和静电效应，在通过滤布的 毛孔时候,尘埃粒子碰撞滤布纤维而附于滤布上面。 在过滤过程中 ,滤布表面渐渐会由于内部粉 尘堆积 ,积聚一层层布满尘埃颗粒的尘埃层 ,可以极大提高过滤效果 ,几乎所有的气体粉尘都会 被过滤下来。粉尘初层形成以后就变为袋式除尘设备的重要过滤层，极大地提高过滤效率。 其实滤布只扮演了一个骨架尘埃层和支持在其形成粉尘层的作用。灰尘沉积在过滤材料上后 可在机械振动、反吹回流的作用下从过滤材料的表面脱落

14、,掉入灰斗里。过滤原理带有粉尘的气体从进风口进入，通过灰斗后，由于惯性作用，气体中尘埃颗粒较大的一 部分被分离出来，直接进入料斗。粉尘气体通过灰斗后进入中箱体过滤区域，气体经过滤袋 后直接出来， 粉尘就被捕获在过滤器袋的外表面。 气体被净化后通过滤袋进到顶层的上箱体， 从出风口排出了。清灰原理当过滤过程已经持续一段时间后，滤袋上的粉尘层逐渐增厚，除尘设备的压差上升，当 设备压差上升到某个设定值，启动除尘设备开始依次清灰。首先第一分室气缸阀关闭，阻止 过滤气流再通过，然后在打开脉冲电磁阀的时候，在很短的时间内上箱体压缩的空气将会快 速膨胀， 使得过滤袋膨胀起来产生形变并且会引起一定的振动， 粉尘

15、起初积聚在滤袋表面上， 然后又在逆向的气流冲刷不断作用下就会被吹下落入下箱体的料斗里面。清灰开始时，脉冲 电磁阀处于打开的状态，汽缸阀则是被关闭的状态，当清灰结束后脉冲电磁阀关闭，汽缸阀 又打开，使得各分室依次又处于过滤状态。布袋除尘器基本组成布袋除尘器由箱体、布袋、清灰和卸灰装置等组成。含灰尘的气体进入布袋除尘器的时 候，一开始会碰到的是进出风口里面的一块挡板，然后气流改变方位流到灰斗中，在同一时 间气流速度会慢慢减小，颗粒体积偏大、密度又比较大的粉尘这时就会在重力的作用下掉入 灰斗里，这样的话就能起到预先除灰尘的作用；而携带相对比较细小的粉尘气体就会在通过 布袋的时候，大部分粉尘会粘附在滤

16、袋的外表面上，从而使气体得到一定的净化；这次净化 后的气体在通过布袋以后聚集在上箱体的出风口， 然后就会被风机排出去。 但仅仅经过这些 过程的布袋的除尘效率并不是特别高，由于筛选过滤、碰撞和扩散等一些效应，在布袋使用 一段时间以后， 滤袋表面就会积聚起一层薄薄的粉尘初层， 随着除尘时间积累初尘变厚， 除尘时积累的初层起到了提高布袋除尘的效率的作用， 实际上会成为布袋的主要灰尘过滤层。 但需要考虑的一个问题是当布袋上聚集的粉尘越来越多， 粉尘对气流的阻力就变得越来越大， 还会对除尘效率有一定的影响。 所以，当粉尘阻力提高到一定程度的时候，就应该清灰就是 将滤袋外表面上的粉尘清理掉，在本次设计中采

17、用脉冲喷吹的方式清理掉这些附着在滤袋的 粉尘。当清灰结束以后，粉尘大部分会聚集在下箱体的灰斗里面，然后让卸灰装置进行卸灰 工艺的处理。假如清灰工作没有及时开启，就会较大的增大布袋除尘器运行的阻力，更严重 的时候还会毁坏布袋；但清灰工作太多运转的时候将会破坏粉尘积累下来的初层，就会在一 定程度上降低除尘的效率，所以，布袋除尘器系统在设计清灰控制部分工作时间时，除了要 考虑定时开启清灰工作以外，还需要防止清灰工作运转太过度，如果工艺控制得当，能起到 延长布袋使用时间的作用，还可以增加控制方式的灵活性和节约能源。布袋除尘器硬件基本 组成如下：本体清灰部分：14个过滤室(双排2 X7个)，每室21个脉

18、冲阀(DC24V , 20W)，共294 个脉冲阀，每室配有2个气缸电磁阀(DC24V , 20W)，共28个汽缸电磁阀，还有进、出口压 差变送器 1 台( 420mA) 同时还配有进口温度传感器 (PT100 ， 420mA) 。输灰部分：每个灰斗都设置了 1个空气炮(DC24V , 20W)、1个卸料电机 1.1KW(AC380V)，共有14个灰斗(双排2 X7个);2台(双排)切出刮板电机7.5KW(AC380V),1台(2台除尘共用)集合刮板电机5.5KW(AC380V) , 1台(2台除尘共用)斗提电机4KW(AC380V)，集合刮板机出料口处1个空气炮(DC24V , 20W)，斗

19、提机出料口处也有1 个空气炮(DC24V , 20W)。灰仓部分(2台除尘共用)：配有高料位计1个(AC220V，开关量)、灰仓1个空气炮(DC24V，20 W)、1 个卸料电机 1.5KW(AC380V) ，1 台加湿机电机 18.5kW (AC380V )。该布袋除尘器控制系统是以西门子 300 PLC为核心的,首先让PLC从现场和除尘器的控 制面板或控制箱获得信号，接着通过程序对执行器件进行输出信号。上位机可以从PLC得到除 尘状态信息，而且也可通过改变程序调节一些除尘参数，比如清灰时间和定时信号到来时间当然程序流程图是非常重要的,等，通过PLC控制布袋除尘器系统使一切变得井然有序起来,

20、它确保了布袋除尘器在每一环节的实际工作情况图2.2控制系统示意图Fig. 2.2 The control system schematic diagram布袋除尘器工艺分析布袋除尘设备的除尘原理就是当粉尘碰到纤维的时候会由于惯性碰撞、 拦截、扩散作用、 重力作用、静电作用、筛选过滤作用而被阻留下来，从而使大部分粉尘得以收集与捕获。清 灰模式可以大致分为定压差清灰模式与定时清灰模式两种。简单说来，定时清灰模式就是按 人为设定的某个固定时间周期自动在除尘室内循环地进行清灰的一种工作方式；定压差清灰 也是自动清灰的一种模式 ,但两者不同的地方在于定压差清灰原理是由于进入到除尘器的浓 度和烟气流量发生

21、变化时单位时间内积聚在滤袋外侧的粉尘量也会随之相应发生变化，使得 布袋除尘器进口和出口的压力差也会发生变化，当此压力差达到某个人为设定值时，各室脉 冲阀依次开始喷吹，喷吹要求是：先关闭第一室汽缸阀，然后 1#除尘室 1号到21 号脉冲阀 依次开启对布袋进行喷吹， 将积聚在布袋上的过多灰尘吹落入灰斗中， 14 个除尘室的所有脉 冲阀依次循环一遍以后完成布袋一次清灰周期工作。当灰斗料位处于很高位置时，灰斗将会 进入输灰工作过程，此时布袋将恢复过滤模式重新开始过滤。当灰斗进行输灰工作时，灰斗 中的灰尘将由 14 个卸灰阀、切出刮板机、集合刮板机以及斗提机排出。按输灰启动按钮开 始各卸灰阀开始卸灰，但

22、在卸灰阀开启前先开启斗提机，然后开启集合刮板机，接着开启切 出刮板机。卸灰阀依次开启后，按停止按钮首先停止卸灰阀，再依次停止切出卸灰阀、集合 卸灰阀、斗提机。清灰流程图布袋除尘器工作内容分为三大部分：清灰、输灰、卸灰，首先清灰分为三种模式：定压 差、定时还有手动模式，以下是清灰工艺流程图如图 2.3 所示：定时信号、定压差和手动信号#1室汽缸阀关闭J 5秒制室1号脉冲阀喑吹|”了 秒#1室1号脉冲阀关闭I 1D秒#1室2号际冲阀喷畋#1室21号脉冲阀关闭J 15秒#1室汽缸阀打开，#2室汽缸阀关诵和4汽缸冏打开图2.3清灰流程图Fig. 2.3 Soot clea ning flow diag

23、ram本体清灰控制要求（要设置手动/停止/自动选择开关）:首先按下电源开关，电源指示灯就变亮了，按下启动按钮后第l个室的汽缸阀（2个要同时动作）关闭5秒后该室的第1个脉冲阀 喷吹0.3秒（设为可调）然后停止10秒（设为可调），该室的第2个脉冲阀喷吹0.3秒（设为可调） 停止10秒（设可调），依次进行直到该室的第21个脉冲阀喷吹结束后再过15秒（设可调），第 一个室的汽缸阀要打开使该室又可以进入过滤状态。接着下一室的汽缸阀关闭工作原理和一 室一样进行下一室工作，以此类推到第 14个室工作完后停止30分钟（设为可调）后进入下一周期循环清灰工作。如果在停止这段时间进出口压差差值超过某个人为设定值时，

24、开始喷吹清灰，压差模式优先被选择。同时要实现现场手动控制除尘顶部脉冲阀与汽缸箱。控制方式：自动控制（压差与定时混合控制）以及手动控制。232输灰流程图输灰流程如图2.4所示：启动I斗握机运转I隼舍刮板机运转!切出刮板机运转1第1排第1个换斗卸换阀打开2min第1排第1个换斗卸换阀关闭I 2min第1排第2个换斗卸换阀打开 !第2排第7个卸换阀关闭图2.3输灰流程图Fig. 2.3 Ash-c onveying flow diagram输灰部分控制要求如下 （要设手动和自动选择开关 ）：当按下起动按钮后斗提机首先开始 运转， 5 秒后集合刮板机运转、 5 秒后切出刮板机运转， 5 秒后第一排第一

25、个灰斗的卸料器开 启 2 分钟后 （设为可调 ）停止，第一排第二个灰斗的卸料器开启 2 分后（设可调 ）停止，依次卸灰 到第一排第 7 个灰斗的卸料器开启 2 分钟（设可调 ）停止后，再轮到第二排第一个灰斗的卸料 器开启 2 分（设可调）然后停止，就这样循环工作到第二排第 7 个灰斗灰斗的卸料器开启 2 分 钟后 （设为可调 ）停止,输灰的时候第一排第二排循环交替工作。当按下停止按钮后应先停下卸 灰阀 2 分钟后切出刮板机断电不工作、 2 分钟后集合刮板机断电、 2 分钟后斗提机断电。输 灰时卸灰阀、集合刮板机和切出刮板机、斗提机应形成连锁控制，振动电机现场点动控制。灰仓控制要求灰仓部分：灰仓

26、到高位时会自动报警，然后让输灰系统自动停止；灰仓部分的空气炮现 场要实现点动操作；灰仓卸灰流程是：首先开启加湿机主电机 5 秒后然后开启卸灰阀，停止 时和输灰一致要先停下卸灰阀，加湿机的主电机继续运行 2 分钟。2.4 布袋除尘器技术可行性分析布袋除尘器是非常先进、 水平比较高的袋式除尘设备 ,它具有集分室喷吹 ,注入脉冲袋式除 尘器的良好特性 , 在克服分室喷吹清灰动能不够、喷吹脉冲的清灰与过滤同步进行的缺陷， 大大拓宽了了袋式除尘设备的应用范围。当在正常操作布袋除尘器时 ,寿命最短的为 24 个月 , 布袋除尘器实际寿命则完全根据用户的维护经验和管理水平而定。除尘器的出口排放浓度总是小于

27、20 毫克 / Nm3 。这个指标在工业应用领域处于世界领先水平 ,对维持中国的环境水平 有非常积极的作用。由于清灰效果好 ,清灰周期很长 ,低强度除灰使滤袋的使用寿命可大大延 长。因此 ,袋式除尘器的维护成本 ,如更换滤袋及配件框架可以大幅度降低成本。确保除尘器的使用除尘效率合格是测量袋式除尘器工作可靠性的一种重要指标。布袋除 尘器可以保持运行在较高的除尘效率 ,但随着使用时间的增长 ,大量的除尘器除尘效率还是会 逐步下降。 尤其在后期 ,布袋的使用寿命损伤更为严重 ,除尘效果不能满足环境要求。 导致布袋 磨损的主要原因如下 :烟气分布 在有些过滤区域风速过高 ,导致灰尘剧烈冲击布袋 ,造成

28、损坏。布袋与布袋间的距离过小 距离过小造成布袋之间的碰撞磨损或是笼骨弯曲、 布袋底部 和笼骨间隙过小等原因造成的笼骨和布袋的碰撞磨损。喷雾炬喷嘴与包口的垂直偏转 喷雾炬喷嘴和一袋嘴垂直偏离大使喷雾火炬设计直接 冲刷和磨损袋部分。4 布袋太频繁的清洗或喷油压力过高加速穿布。设计中必须采取有针对性的措施来减少袋破损 ,延长包包的使用寿命 ,确保过滤器的使用 周期的可靠性运行。有两种主要措施减少磨损布袋 :(1) 合理布置布袋， 均衡气流 在设计除尘器的时候还要考虑到某些区域气流速度将会过 高，可采用工程设计上导向装置流动气体或者分流器气体分流装置等措施,解决这些区域高气流流速的问题 ,进风口处挡灰

29、纸板是用来解决粉尘与布袋发生直接接触和烟尘碰撞滤袋以至 于受到磨损的问题。(2)在装配的过程中需控制喷嘴和布袋口对正关系在运行的开始 ,需要维持较低的清灰压力和清灰周期 ,长期慢慢使得滤袋上面保持一定厚度的尘初始层。2.5 布袋除尘器 PLC 控制系统可行性分析布袋除尘器控制系统基本上都以 PLC 作为核心来实现整个除尘器工艺要求，在工程的应 用中，控制系统误动现象经常发生有很大一部分是因为电磁干扰的存在，误动会直接影响布 袋除尘器的正常运行。所以，想要保证布袋除尘器得以安全良好运行的一个关键点就是提高 控制系统抗干扰的能力。通过分析很容易发现外界的干扰大部分是通过电源和信号线引入 PLC 系

30、统，而 PLC 电源是由电网供电的，当空间电磁对电网产生一定干扰后会在线路上产生 感应电压和电流，而且如开关操作浪涌、交直流转换部分装置引起的谐波、大型电力设备突 然的启动停止、电网短路的暂态冲击等电网内部的变化都容易通过输电线传到 PLC 电源上然 后进行干扰。对于与 PLC 控制系统直接相连接的很多种信号传输线，除了传输进来不同种有效的信号以外，随之也会有一些外部干扰信号传入到 PLC控制系统中。这种干扰主要有2种方式干扰： 一种方式是通过一些用到的信号仪表或者通过连接的变送器的共用供电电源引入的电网干 扰；另一种是在空间分布的电磁辐射对信号线也产生了的一些干扰，也就是在信号线上产生 的从

31、外界串入感应干扰。为了解决 PLC 系统这些干扰问题我们可以采用以下途径：选择使用 隔离性能相对好的电源；在有干扰的地方，将信号隔离器加在输入端和输出端中间通道上； 信号电缆和动力电缆确保选型正确、走线合理，当然系统接地要确保正确、完善。第三章布袋除尘器硬件设计3.1布袋除尘器的分类袋式除尘器有很多种类，有很多的分类方式，如果按清灰方式分为机械振动式、振动反 吹式、分室反吹式、脉冲喷吹式和喷嘴反吹式。按含尘气体进风的方式分为上进风式与下进 风式。按所用滤袋的外形分为异形袋、圆袋式以及扁袋式。按布袋的滤袋滤尘方向分为内滤 式与外滤式。按布袋除尘器通风方式分为吸出式与压力式。布袋的滤料有使用纤维，

32、也有用棉纤维、合成纤维、毛纤维还有玻璃纤维等等若干种纤维，不一样的纤维编织成的滤料就会呈现不一样的工作性能。我们经常用的滤料有901和208 涤轮绒布，使用温度一般不能比120 C高，有的玻璃纤维滤袋经过硅硐树脂处理了，使用温 度不超过250 C就可以，对于棉毛纤维编织成的滤袋它们一般适用于没有腐蚀性而且含尘气 体温度在80-90 C以下要求除尘器。3.2 布袋除尘器控制模式设计清灰控制控制方式分为三种：手动控制 （调试或者检测时用 ）、自动模式定压差 / 定时控制；设置自 动手动和停止选择开关， 选到自动控制这一档的时候， 若压差信号到时则启动自动循环清灰。 若定时信号到时也启动自动循环清灰

33、；当选到手动清灰的时候，每室均设置一个手动按钮来 控制该室的汽缸阀和脉冲电磁阀先后动作。 将脉冲间隔设为 160s 连续可调； 脉冲宽度设为 0.20.5s 连续可调；定时清灰周期设为 099 分钟连续可调节；压差清灰设定范围： 03000pa连续可调节；温度设定范围设在0300 C连续可调节；当除尘器到达设定的高压 差值时，当选择自动模式时启动1#除尘室脉冲阀开始喷吹清灰，依次是2#、3#、4# 14# 除尘室，每除尘室的 21 个脉冲阀依次进行工作；至 14#除尘室最后一组脉冲阀清灰工作结 束止为一清灰周期；当压差信号或定时信号到达（定压差方式优先） ，按同样的方式自动进行 清灰。手动控制

34、可以自由选择启动某除尘室进行清灰，该室汽缸阀关闭停止过滤开始清灰， 1-21 号脉冲电磁阀依次进行反吹清灰。输灰控制 输灰部分设置手动和自动选择开关，当自动输灰按钮按下时斗提机、集合刮板机、切出 刮板机先依次开始启动，然后第一排第一个灰斗的卸料器开启 2min 停止，一直到第二排第 七个灰斗的卸料器停止为一个输灰周期，循环又开启第一排第一个灰斗卸料器。按停止按钮 后应先停卸灰阀2分钟后切出刮板机关闭2分钟后集合刮板机关闭2分钟后斗提机关闭； 当采用手动模式时分别设置了斗提机、切出刮板机、集合刮板机、 1-14 个卸料器手动按钮， 可以随时手动控制。灰仓控制灰仓设有一高料位，灰仓到达高位时候蜂鸣

35、器会相应自动报警，并立即停下输灰系统的 输灰卸灰工作。当灰仓过一定时间不处理则自动停止除尘系统。为了解决卸灰扬尘问题，灰 仓部分有一台交流加湿机，减少灰尘满天飞的困扰。压力与温度检测系统中需要对进口温度、 出口温度，进出口差压、 以及各个室内滤袋检漏压力的检测 （此 次设计未涉及滤袋内压力输入程序控制） 。进出口压差信号经过压差变送器送给 PLC 控制系 统中，进行模拟量转数字量的变换从而得以输入该压差信号，然后再通过组态软件实现实时 监测布袋除尘器系统。同理进出口温度经过温度传感器与变送器结合方式将模拟信号，比如 不对称信号 4-20mA ，单极性信号 0-5v 直接输入到 PLC 扩展模块

36、中， PLC 通过模拟量输入 模块读取信号，程序中可以设立 4mA 与 20mA 分别对应的温度值，从而可以计算出传感器 显示的温度（此次程序设计还没有实现） 。3.3 清灰脉冲电磁阀控制电路在本次设计中，我们用西门子 300 系列 PLC 控制清灰输灰过程 ,各室的汽缸阀从常开到 通电闭合工作完成后，对应的脉冲电磁阀得电依次开始清灰工作，然后瞬间强大的喷吹气流 对滤袋进行冲刷。当清灰工作结束后，汽缸阀就会失电重新打开，布袋除尘器则又恢复正常 的过滤工作。该布袋除尘器有 14 个分室，每室 21 个脉冲阀，若每只脉冲电磁阀均单独用一路输出点 控制,单清灰过程就需要输出点数 300 多路。小型

37、PLC 因为本身 I/O 点数比较少，不容易完 成自动控制，而采用大型 PLC 进行控制系统的整体设计 ,则会使整个系统的控制线路变得非常 复杂,造价相应也变得十分昂贵。所以此次选择了西门子 300 系列的 PLC 来集中控制。布袋除尘器控制系统的硬件采用西门子 S7-300PLC ，CPU 模块使用 CPU315-2DP 、配 套 32 点数字量输入模块、 32 点数字量输出模块 SM322 、数字量输入输出模块 SM323 以及 4 通道 16 位模拟量输入模块等。根据布袋除尘器脉冲阀工作特点，将 294 个脉冲阀分为 14 个除尘室，每室 21 个脉冲阀。我们采用 14 行、 21 列脉

38、冲阀矩阵电路就可以实现对 294 只 脉冲电磁阀的统一控制。 如图 3.1 所示， K1-K14 是中间继电器的常开触点， 而这些中间继电 器线圈由西门子 300 系列的数字量输出点驱动； K15-K35 也是中间继电器的常开触点， 也是 由数字量输出点驱动它们的线圈。其电路工作原理是：当开始 1#清灰室时， K1 触点是脉冲 电磁阀矩阵电路行输入。当它闭合后， 1# 除尘室对应的 21 个触点 K15-K35 依次闭合，即驱 动 1#21 个脉冲电磁阀依次喷吹清灰，清灰频率可调，默认先设为每个脉冲电磁阀喷吹 0.3 秒，停 10 秒。 1#清灰室结束后 K1 断开则 1#清灰室 1-21 脉

39、冲阀都断电，然后 2# 清灰室开 始清灰， K2 触点闭合此时 K15-K35 再次轮流闭合、断开，使得 2# 清灰室控制的 1-21 个脉 冲阀轮流带电、断电。2#清灰室结束后K2断开则2#清灰室1-21脉冲阀都断电。以此循环 14 个分室 294 个脉冲阀已经都工作一遍后进入到另一次循环清灰周期。 以上电路仅需 14 行 输出、 21 列输出共 35 个输出点就实现对清灰室 294 个脉冲电磁阀的控制，从而大大减少对 PLC 输出点数的使用。w图3.1矩阵脉冲阀控制电路Fig.3.1 The matrix of pulse valve con trol circuit该电路在每个脉冲阀并联

40、了一个续流二极管1N4002这是由于当线圈断电时可能产生高压对输出点产生一定的破坏，严重时可能损坏设备，当并联二极管后就可以避免这个问题。 同时在每只脉冲电磁阀线圈中串入二极管 1N4002，利用二极管的单向导电性确保每只脉冲 电磁阀只能正向导通，而避免了当电磁阀产生反向电压时电流通过并联的二极管反向误导通， 总的来看上面的电路非常有效的防止误导通的问题。但是在这样设计的时候使用了很多二极管，电路也相对复杂，安装配线相应的比较复杂，于是将串联在每个脉冲电磁阀上的二极管 改为串联在 K1-K14 之上，将 294 个二极管减到 14 个，大大减少了二极管使用数量第四章 西门子 PLC 硬件分析P

41、LC 的功能特点PLC 的功能PLC 功能慢慢变得愈近年来随着网络通信和计算机技术、自动化技术的快速良性发展， 来愈多同时越来越强大。它不仅限于达到单机控制这个要求，还能采用多机群控制机制；不 只能实现逻辑控制的要求，还能实现运动控制、过程控制、数据处理等要求，它的主要功能 陈列如下：1、开关量逻辑控制2、模拟量控制3、闭环过程控制4、定时、定位、计数控制5、顺序（步进）控制6、网络通信7、数据处理PLC 的特点通用性强、功能齐全、灵活性好PLC 具有面向工业控制的显著优点，它一开始应用起来时就是专门为适应工业的运行环 境而设计的。通过选择相应的控制模块来适应和满足各种不同的工业控制系统要求。

42、同时， 由于 PLC 采用存储逻辑控制方式，可编程逻辑控制器的控制逻辑就是以程序方式放在内存中， PLC 的硬件并不需要随着生产工艺改变或生产设备更新而改变，只需改变程序，改变控制逻 辑，这样一来省去很多不必要的花费。 而且 PLC 相对电气线路中继电器触点控制连线少很多， 体积也比较小，加之 PLC 中每只软继电器的触点数在理论上可以实现无限制，因此，可编程 控制器的灵活性与扩展性是非常出色的。抗干扰能力强、可靠性能高为了保证 PLC 在严格和有着多重要求的工业环境下进行可靠持续的控制工作，在设计中 已经强化了可编程逻辑控制器的抗干扰能力，使它可以抵抗如电噪声、振动、电磁干扰、电 源波动等的

43、一些干扰。可编程逻辑控制器能承受电网电压的变化及谐波的影响，可直接由交 流市电获得供电，然后直接从电控箱取电源。即使可编程控制器在电源突然断电的情况下， 仍可以继续保持正常工作一段时间。 PLC 在设计、生产的过程中首先会对元器件严格筛选， 然后还在硬件方面和软件方面采用屏蔽、滤波、光电隔离以及故障判断、自动恢复等措施， 有一些可编程控制器还使用了冗余的技术，使 PLC 的可靠性得到进一步的提高。编程简单、使用方便PLC 在基本控制要求程序编写方面一般都用梯形图语言进行编程， 这种梯形图形式简单、 直观性强而且与继电器控制电路图是严格相同的，非常容易学习掌握。而且当使用梯形图编 程是它的出错率

44、比汇编语言低得多， 基于这些特点 PLC 梯形图编程已经被广大电气人员接受。 当然在梯形图、流程图、语句表之间可以进行有条件的相互转换，使用起来也是极其方便的。分模块式结构、安装简易、调试简单方便PLC的各个组成部件，包括电源、CPU、I/O和IM扩展模块等均采用模块化的结构设计， 通过机架和背板总线将各模块连接起来，由于配置方式非常灵活，使得在扩展和维护方面十 分容易实现。另外，PLC的连接接线也非常简单方便，只需要将 PLC模块上的输入端子和输 出这些信号的设备相连 （如按钮以及开关），然后将可编程控制器的输出端子与被控制的执行 元件（比如微型电机和接触器）相连就可以。而且调试工作大部分是

45、在室内调试完成的，比 较易操作。我们可以用模拟开关模拟或者用 step7 里安装仿真器软件仿真输入信号，然后它 的输入状态以及输出结果状态能够通过观察 PLC上对应的发光二极管显示，从而可以根据输 出结果状态进行调试、修改程序，仿真器可以使得调试过程变得简单有序。PLC 工作原理给 PLC 上电以后，它的工作过程通常可以分为三个重要的阶段，包括输入采样阶段、用 户程序执行阶段、输出刷新阶段三个阶段。当每完成前面的三个阶段称它为一个扫描周期。 在整个运行期间，可编程逻辑控制器的 CPU 就会以一定的扫描速度不断的重复执行前面的三 个阶段。输入采样阶段一开始在输入采样阶段的时候，可编程逻辑控制器会

46、以扫描的方式进行依次有序地读入 所有输入状态和数据，然后将这些状态和数据全部存到输入输出映象区里面的对应单元中。 如果输入采样阶段结束以后，就自动进行用户程序执行阶段以及输出刷新的两个阶段。在上 面提到的两个过程中，就算输入状态和数据产生变化，输入输出映象区中的对应的单元的状 态和数据并不会产生变化。因此，若果输入的是一种脉冲信号，那么对该脉冲信号的宽度要 求就是长度一定要大于一个扫描周期，因为如果脉冲信号小于一个扫描周期，输入信号不能 被读入。用户程序执行阶段当进行用户程序执行这一阶段， PLC 系统会从上而下的按照顺序对用户程序进行扫描， 而且在可编程控制器逐条扫描用户程序梯形图的时候，一

47、般都是先对位于梯形图左边的由各 触点构成的控制线路进行扫描，然后对由触点构成的控制线路严格按照先左边后右边和先上 面后下面的顺序进行相应的逻辑运算，当逻辑运算的结果一出来以后，系统就会自动刷新系 统静态存储区里面相应的逻辑线圈对应位的状态；或者刷新输入输出映象区里面该输出线圈 相应位的状态；或者进行确定该梯形图所规定的某些特殊功能指令是不是要开始执行。在了 解这些过程以后可明白在用户程序执行过程里面，仅仅只有输入点在输入和输出映象区里面的数据与状态并不会发生改变，但对于软设备以及输出点在输入输出映象区或者系统静态存储区里面的数据和状态都有可能发生相应的变化。而且凡是用到排在上面的梯形图线圈或数

48、据排在下面的的梯形图，上面的梯形图的程序执行结果会对它们起到控制作用；反之，顺序排在下面的梯形图，在被刷新动作以后的逻辑线圈的状态与数据只有在到了下一个扫描周期 以后才会对上面的梯形图起到控制作用。输出刷新阶段 在结束了扫描用户程序以后，可编程逻辑控制器接下来就会进行输出状态与数据刷新阶 段。在这个阶段 CPU 会按照输入和输出映象区里面对应的各个状态和数据依次顺序刷新所有 的输出锁存电路状态，然后通过一些输出电路相应驱动所连接的外接设备以及若干负载。这 时才算是完成 PLC 的真正输出。对于程序编写来说，同样的很多条梯形图排列顺序不近相同的话，其执行的结果也是不 同的。另外，如果不能忽略扫描

49、周期对整个运行时间的影响，采用扫描用户程序的运行结果 和采用继电器控制装置的硬逻辑并行运行的结果还是有点不相同。当然如果可以忽略，那么 二者之间区别就几乎没有了。总的来说，可编程逻辑控制器的扫描周期包含自动诊断时间和通讯时间等等，也就是说 一个扫描周期时间等于自动诊断时间、通讯时间加上输入采样阶段时间、用户程序执行阶段 时间、输出刷新时间等所有时间的总和时间。西门子 S7-300 PLC4.3.1 S7-300 的系统结构S7-300 PLC 是中小型的模拟式可编程逻辑控制器，它的电源、 CPU 和其他模块都是相 对独立的，一般会在西门子S7-300的标准轨道上用U形总线把电源（PS模块）、C

50、PU模块与其他模块紧密固定，每个模块都会相应配着一个总线连接器，总线连接器应该插在各模块 的背后。电源模块总是安装在机架的最左边，硬件组态时放在槽 2， CPU 模块是挨近电源模 块的，电源模块放在槽 1.CPU 的右边是可以选择的 IM 接口模块，如果没有使用扩展支架只 用主架导轨就可以不选择IM接口模块。S7编程软件在组态主架导轨硬件的时候，电源模块，CPU 模块和 IM 模块要按次序分别放在导轨的 1 号槽、 2 号槽以及 3 号槽里。一条导轨上面 总共有11个槽：1号槽到11号槽，其中 4号槽到11号槽可以自由放置除了电源模块、 IM 模块、 CPU 模块以外的其他信号模块，比如说：数

51、字量输入模块 DI 和数字量输出模块 DO 、 模拟量输入模块AI、模拟量输出模块A0、功能模块FM以及通信的模块模块CP等。4.3.2 西门子 S7-300 模块分类1.CPU 模块CPU 模块确实是可编程控制器控制系统的核心组成部分，负责系统的中央任务处理，还 有存储以及执行程序的任务，可以实现通信的功能，为 U 形的总线电源幅值提高 5 伏， CPU 有可以操作 4 种既定模式： STOP 表示停机模式， STARTUP 表示启动模式， RUN 表示运行 状态以及 HOLD 表示保持状态。在所有的模式里面，都能够通过 MPI 接口和其他设备进行 相应的通信连接，S7-300 PLC的CP

52、U模块大体上可以分为下面的几类：（1）6 种紧凑型 CPU 带有集成的功能和 I/O：CPU 312C、 313C、 313C-PtP 、313C-2DP 、 314C-PtP 和 314C-2DP 。（2）革新的标准型 CPU CPU 312 、 314 和 315-2DP 。（3）5种标准的 CPU CPU 313、 314、 315、 315-2DP 和 316-2DP 。（4）户外型 CPU CPU 312 IFM 、 314 IFM 、 314 户外型和 315-2DP 。 5、大容量高 端型 CPU ：317-2DP 和 CPU 318-2DP（5 ）主从接口安全型 当要应用到有需

53、要编写中到大量大规模的程序以及有要求通过 PROFIBUS-DP 接口来进行分布式配置设备时可以使用 CPU 315F-2DP CPU 模块。在本次 设计中我们采用 CPU315-2DP 模块。2.S7-300 PLC 输入输出模块S7-300 PLC 的信号模块包含数字输出模块，数字输入模块，数字输入输出模块，模拟 量输入输出模块等等（1）S7-300 数字量输入 DI 模块 数字量输入模块对数字输入信号进行光电隔离和滤波以后，接着送到缓冲区域等待 CPU 采样的进行，采样完成以后进入输入映像区。 SM321 数字量输入模块 DI 的技术特性型号如 下：DI16XDC24VDI32XDC24

54、VDI8XAC120/230VDI16XAC120Vtl6点辅人幫块M16XDC24V直密32点输人怨DB2XDC24V交it 8点输入麒DBXAC120/230V交JU点馱黜DU6XAC120V1632&16駝輪入电压DC24DC24AC120AC120输人电压逋围/V13-3013-3079-13279-132雜入电压Q也围/V-3 +5-3+50-20卜加輪入电踰鮒4Z34463隔髙（与髀总线）方式辉合器輝合器ma駄电it 1倩号/mA77,566-5/11量大允许静态电SS/mA1.51.512輕输人延迟仏144.8L2-4.&2525背德线最大渭耗电JS/mA25251629功率觥/

55、聊3.544.14.9表4.1数字量输入模块SM321的技术资料表Fig.4.1 SM321 digital qua ntity in put module tech nical data直流32点数字量输入模板的端子接线图和框图如图 4.2所示，在本次设计中由于输入点 数比较多，在清灰的过程中对各除尘室汽缸阀和脉冲电磁阀的控制采用直流 32点数字量输 入模块和直流32点数字量输出模块。Ea:-l*l閒血也迥啊x-la甘郴总纯擅口TUI4-nlrr023Y24Y25Y2b?.Y28Y42T対冏沖岀阿上阳uy36y?7-t图4.2直流32点数字量输入模块端子的连线图Fig.4.2 De 32 d

56、igital variable in put termi nalwiri ng diagram of thetemplate（2）S7-300 数字量输出DO模块数字量输出模板DO的作用是将S7-300里面的电平信号转变成为实际工作所需要的外 界电平信号，然后就可以直接驱动微型电动机或者电磁阀线圈或者接触器线圈、指示灯等一 些负载，数字量输出模块 SM322的主要技术特性如图4.3所示，根据负载回路使用电源的 要求，数字量输出模板有：直流输出模板，它是通过晶体管输出的，交流输出模板，它是由 晶闸管输出的，交流直流两用输出模板采用继电器输出方式。SM322数字量输出模块的技术特性以及型号如下所示

57、：DO8XDC24V/0.5A（8 点晶体管型输出）DO32XDC24V/0.5A（32 点晶体管型输出）点晶体管型输出）点晶闸管型输出）点晶闸管型输出）点继电器型输出）点继电器型输出）DO16XDC24V/0.5A(16DO32XAC230V/1A(32DO16XAC230V/0.5A(16DO16XAC230V/2A(16DO8XAC230V/2A(8技术特性8点晶体管L0BMX24V/0.5A16点晶棒管DO16XJX24V/0.5A32点ift棒管1XU2XDC24V/0.5A二点晶IW管IX16XAC230v/0,5A32点闸管DCG2Xa16.7、20以及100msC 测量范围十分

58、宽广 电流还有电压传感器、电阻式温度计、热电偶或者热电阻都能够 作为传感器和模拟量输入模块连接在一起。D 配备有中断诊断还有极限值诊断。S7-300 PLC模拟量输入模块 AI有很多的规格种类：2AI*12位、8AI*12位、8AI*16 位、8AI*TC、8AI*RTC，输入的模拟信号可以分为电流型、电压型、热电偶型、热电阻型。 输入信号范围：电压：土 5V、15V、10V;电流：020mA、 20mA、420Ma,热电偶TC、热电阻R、4 X12位AI模块的端子接线图以及框图如图 4.5所示：0CotT4+也CJBCnmp-/MkNAM CH4 hl 町MCH5CH6ci 17CH? Mi

59、 CH?图4.5模拟量输入模板的端子接线图Fig.4.5 An alog in put termi nal wiri ng diagram template此次布袋除尘器用到的双线的变送器与AI 8 X12位模拟量输入模块的连接方式如图 4.6所示：Fig.4.6 Analogin put templateand 2 line transmitterconn ecti ondiagram（4）模拟量输出（AO ）模板SM332模拟量输出（AO）模板SM332其主要功能有：分辨率从12位到15位。模拟量输出 通道的各个通道的最大转换时间大概是 0.81.5ms之间，每个通道建立时间只需要0.10

60、.5 毫秒，激活所有的AO通道所用的转换时间加上建立各个通道所用时间的总和就是模板的循 环时间就是；模块输出的电压范围和电流范围是可改变的，各个通道可以使用参数化软件来 分别设置相互不同的调节范围，模拟量输出模块具有自我诊断的功能，当诊断出来某些信息 时能够把这些诊断信息输到CPU里面，同时它还有中断的功能，如果发生运行或某些错误状 态的时候，就会自动把极限中断值以及诊断信息送到CPU里面。3.仿真模块SM 374SM374是仿真模块，16点输入、16点输出、8点输入、8点输出的数字量模块它都能 够进行仿真，但是需要注意的是 S7组态工具的模块目录里面并没有仿真模块，也就是说仿 真模块的工作方