1、內蒙古科技大學本科生畢業設計說明書（畢業論文）題 目：高爐布袋除塵的MCGS-PLC控制系統PLC程序控制姓 名：盧 彪學 號：2003053219專 業：測控技術與儀器班 級：測控03級2班指導教師：燕芳 講師高爐布袋除塵的MCGS-PLC控制系統PLC程序控制摘 要隨著科學技術的迅速發展，人民生活水平的不斷提高，對環境保護的要求也日益嚴格。高爐煉鐵所產生的高爐煤氣，經煤氣系統回收，清洗，除塵，降壓后送至高爐熱風爐和各用戶使用。從高爐爐頂排出的荒煤氣不僅含有大量灰塵，而且溫度較高，所以，必須對荒煤氣進行除塵降溫。目前，電除塵器和布袋除塵器的效率較高，能確保達到排放標準。電除塵器的應用很廣，而

2、布袋除塵器目前國內應用較少，但因其性能優越而日益受到重視，具有廣闊的應用前景。布袋除塵系統中脈沖電磁的動作由一塊集成電路板進行控制。該集成電路板安裝在除塵箱旁邊的電柜里，所處的環境比較惡劣，溫度高，灰塵多。因此，在生產過程中該電路時常會出現故障，影響除塵系統的正常運作。本設計利用 PLC程序中含有脈沖信號輸出的功能指令，設計一個 PLC程序來實現按一定差壓控制或按一定時間間隔依次輸出脈沖信號的功能，來替代原系統中的集成電路板，其它外部裝置不變 ，就可以使整個布袋除塵系統正常工作。采用SIMATIC S7-300 系列模板，高爐擴展模板之間用光纜連結，實現PLC自動控制調節。關鍵詞: 高爐 PL

3、C 布袋除塵 S7-300Blast furnace hop-pocket dust separating MCGS-PLC control system-PLC program controlAbstractAlong with the rapid scientific and technological development, The people's living standard continues to improve, Of the environmental requirements are increasingly strict. blast furnace aris

4、ing from the blast furnace gas, gas recovery systems, cleaning, dust sent to the relief after the hot blast stove and the users. Emitted from the furnace top gas shortage not only contains large amounts of dust and high temperatures, so have to dust for raw gas cooling. Currently, ESP and bag filter

5、 more efficient, ensures meet emission standards. ESP's application is very broad, bag filter applications currently less, but because of superior performance and growing in importance have broad application prospects. baghouse electromagnetic pulse system moves from one IC to control plate. The

6、 integrated circuit boards installed in the dust bins next to the filing cabinet - and in the context of the environment was quite poor, high temperatures, more dust. Therefore, in the production process of the circuit often failures, dedusting system affect the normal operation. The design PLC prog

7、ram contains pulse signal output function directive Design of a PLC program to achieve a certain differential pressure control or by a certain time interval followed pulse output signals, to replace the former system of integrated circuits boards, other external devices unchanged, it can make the wh

8、ole system baghouse normal work. Using SIMATIC S7-300 series template, template blast furnace expansion between fiber optic cable link PLC Control Regulation .Keywords : blast furnace PLC baghouse S7-300目 錄摘 要IAbstractII目 錄IV第一章 引言1第二章 煉鐵原理介紹22.1 煉鐵生產任務22.2 高爐煉鐵原理22.3 高爐技術經濟指標介紹3第三章煉鐵工藝介紹43.1 原料系統43

9、.2 送風系統53.3 煤粉噴吹系統53.4 煤氣系統63.5 除塵系統6第四章 高爐布袋除塵系統74.1 布袋除塵器的選擇74.2 布袋除塵器的原理工藝及特點74.2.1 除塵原理7工藝流程84.3 布袋除塵技術特點104.4 布袋除塵器的前景11第五章 布袋除塵的PLC控制系統135.1 可編程控制器135.1.1 PLC控制系統設計的要點135.1.2 PLC工作原理155.1.3 PLC的特點175.1.4 PLC控制系統的可靠性185.1.5 可編程控制器（PLC）的應用195.1.6 SIMATIC S7300 PLC205.1.7 S7300的組成部件205.1.8 I/O地址的

10、確定215.1.9 CPU 3152DP225.1.10 PS 3072A225.1.11 STEP 7軟件介紹225.2 PLC在布袋除塵系統中的應用235.2.1 STEP 7編 程235.2.2 STEP 7設計流程245.2.3 硬件組態255.2.4 STEP 7中的塊265.2.5 各系統塊的功能265.2.6 PLC軟件編程285.2.7 結構化編程29總結30參考文獻31致 謝32附錄A：1#箱體反吹33附錄B：2#箱體反吹41附錄C：3#箱體反吹49附錄D：4#箱體反吹57附錄E：5#箱體反吹65附錄F：盲板閥控制72附錄G: 定時卸灰控制81附錄H：蝶閥控制105附錄I：在

11、線反吹時間設定108附錄J：在線反吹差壓設定109附錄K：符號表117第一章 引言高爐生產的任務是把鐵礦石冶煉成合格的生鐵。要求以最小的投入，獲得最大的產出，即做到優質、高產、低耗、長壽，有良好的經劑效益。煉鐵廠的基本任務就是滿足供應煉鋼廠所需的優質鐵水和市場所需之鐵造生鐵，為軋鋼廠、焦化廠等提供穩定和數量充足的高爐煤氣。煉鐵工序是鋼鐵聯合生產企業中重要的生產環節。其生產水平的高低和生產的穩定程度，直接制約著鋼廠、原料系統及各煤氣用戶的生產。煉鐵工序在鋼鐵聯合企業生產中有著舉足輕重的作用。高爐生產是借助高爐本體和其輔助系統來完成的，是一個相當龐大而復雜的系統。它所使用的設備種類繁多，工作條件惡

12、劣，不僅要求承受巨大的載荷，而且還伴隨著高溫、高壓和多塵等不利因素，設備零件極容易磨損和侵蝕。為了確保安全高爐生產和順利進行，對煉鐵設備提出了較高的要求。近年來由于高爐大型化，稍有不慎造成的損失就很大，因此其穩定工作就愈加顯得重要。大中型高爐爐頂裝料設備每天把大量的原燃料裝入高爐冶煉成生鐵，而且還要嚴格符合高爐布料和爐頂密封等工藝要求。高爐的大規模連續生產，一定要有較高的自動化系統的保證，所以設計了高爐布袋除塵的控制系統。該系統主要完成高爐的除塵，以確保高爐的生產安全和順利進行。第二章 煉鐵原理介紹2.1 煉鐵生產任務煉鐵生產是將鐵礦石，焦炭和熔劑自爐頂裝入高爐，由風口鼓入熱風、噴入煤粉。焦炭

13、與煤粉在風口前燃燒發出熱量并產生還原性氣體。在爐料逐漸下降和熾熱的煤氣迅速上升過程中，鐵礦石受熱熔融，其所含鐵氧化物被還原成鐵水，脈石與加入和熔劑生成爐渣。鐵水自鐵口排出爐外。渣水自鐵口、渣口流出。在鋼鐵聯合企業中，煉鐵廠的基本任務就是供應煉鋼廠所需的優質鐵水和市場所需之鑄造生鐵，為軋鋼廠、焦化廠和燒結廠等用戶提供穩定和數量充足的高爐煤氣。2.2 高爐煉鐵原理1高爐煉鐵過程基本上就是鐵氧化還原過程自然界中的鐵是以各種氧化物形態存在的，一般形式有赤鐵礦、磁鐵礦等。高爐煉鐵過程實際上就是利用還原劑CO、H2和固態碳與礦石中的金屬氧化物發生反應后奪取氧，從而將鐵還原出來的過程。2主要化學反應還原劑的

14、生成和供熱為獲得高溫并生成還原劑CO，用焦炭作燃料，在熱空氣中生成CO2，同時放出大量的熱。呈高溫狀態的焦炭繼續和CO2反應，生成還原劑CO。 C+O2 點燃 CO2 (2.1)CO2+C2CO-Q (2.2)鐵的生成生成的CO和鐵礦石反應，將從鐵礦石中還原出來。 Fe2O3+3CO2Fe+3CO2 (2.3) 造渣： 為除去鐵礦石中的脈石SiO2，同時也為降低鐵礦石的熔點，用石灰石做助熔劑，在高溫下先分解生成CaO和CO2，CaO和脈石SiO2發生反應。 CaCO3CaO+CO2 （2.4） CaO + SiO2 CaSiO3 （2.5）以上就是高爐中發生的主要化學反應，產生的高爐煤氣的主要

15、成分是：CO、CO2、N2等，經過處理除去灰塵后的高爐煤氣作氣體燃料。2.3 高爐技術經濟指標介紹（1） 利用系數：每立方米高爐有效容積一晝夜生產的制鋼生產噸數。（2） 焦比：每煉一噸生鐵所需的焦炭量。K=每日燃燒的焦炭量/日生產鐵量，噸/噸，或公斤/噸（3） 煤比：每煉一噸生鐵所需的煤粉量。 M=日燃燒煤粉量/日生產鐵量（4）冶煉強度：每晝夜工作時間內，在一立方米高爐有效容積內燃燒的焦炭量。I=每日燃燒的焦炭量×1440/（有效容積×（1440-休風時間×分），噸/（立方米×日）（5）生鐵合格率：合格生鐵占高爐總自變量的百分數叫生產合格率，它是評價高爐

16、產品質量好壞的指標。生鐵合格率=（合格生鐵量/生鐵總產量）×100%第三章 煉鐵工藝介紹高爐本體在煉鐵生產中占的地位無疑是最重要的，但除了高爐本體還需要其它的輔助系統：原料系統、送風系統、煤氣系統、渣鐵處理系統、通風除塵系統等。本設計后文將對高爐除塵作詳細說明，原料系統、送風系統、煤粉噴吹系統、煤氣系統、渣鐵處理系統等主要輔助系統的簡單介紹見下文。煉鐵工藝示意圖如圖3.1：煤粉噴吹系統送風系統煤氣系統渣鐵處理系統通風除塵系統原料系統用 戶高爐本體圖3.1 煉鐵工藝示意圖3.1 原料系統原料系統的基本任務是按高爐生產工藝要求的鐵礦石配比、原燃料數量及質量將各種原燃料穩定地供給高爐，并保

17、持一定的儲備量。原燃料的運輸主要是用皮帶或者上料料車。為提高燃料質量減少原燃料粉末入爐，在棧橋燒結皮帶卸料小車上及燒結礦槽下裝有振蕩篩，篩下碎料粉末返回燒結廠。焦炭槽下裝有振蕩篩或輥篩，篩下物中的中塊焦（20-40毫米）可以回收入礦，焦粉返回焦炭庫。原料系統工藝示意圖如圖3.2鐵礦山采 礦選 礦燒 結燒結礦球團礦焦碳焦化煤炭石灰石，白云石，螢石輔助礦山高爐圖3.2 原料系統示意圖3.2 送風系統由高爐鼓風機站過來的冷風，經煉鐵廠送風系統加熱成1000以上的熱風送入高爐，煉鐵廠送風系統主要設備有熱風爐、冷熱風管道及各閥門等。熱風爐主要由燃燒室、蓄熱室、燃燒器及各閥門構成。熱風爐工作制度分燃燒期與

18、送風期，二者交替進行。在燃燒期，高爐煤氣與助燃空氣通過混合在燃燒室內進行燃燒，所發生的熱量由煙氣、攜帶被蓄熱室內砌筑成格子形的耐火磚所吸收。轉入送風期后，鼓風機送來冷風，經冷風閥進入熱風爐，吸收蓄熱室所貯存的熱量，溫度升高，經熱風閥，熱風管道送入風爐。為進一步強化高爐冶煉，提高爐缸溫度，促進高爐煤粉噴吹量的增加，應設置富氧鼓入裝置。高爐富氧鼓入裝置中氧氣自冷風管道放風閥后加入冷風管道。3.3 煤粉噴吹系統煤粉噴吹系統能擴大高爐燃料品種，減少焦爐的建設數目，降低基建投資，用價格較低的煤粉代替了價格昂貴的冶金焦，從而降低了生產成本，改善了高爐爐內煤氣流分布，有利于高爐生產強化，所以現代高爐都配備了

19、煤粉噴吹系統。煤粉噴吹的燃料主要是煤粉，其次為焦粉等。煤粉又包括了無煙煤粉和有煙煤粉。我國絕大部分高爐以噴吹煤粉為主，并提倡噴吹煙煤。煤粉噴吹系統主要包括煤粉制造裝備、輸煤裝置和噴吹裝置。3.4 煤氣系統高爐煤氣含有20%以上的一氧化碳，少量的氫和甲烷發熱值一般為33454182KJ/m3，可做為煉焦、熱風爐以及其它各種冶金爐的燃料，在鋼鐵冶金聯合企業的燃料平衡中占25%-30%的比例，其地位是極其重要的。其次要回收高爐爐塵，爐塵是隨高速上升的煤氣帶離高爐的細顆粒爐料。一般含鐵30%-50%，含碳10%-20%，經煤氣除塵器回收后可用作燒結礦原料。再次是高爐煤氣透平發電,它的目的就是大力利用高

20、爐煤氣物理能-壓力能和熱能，進行能源回收。由于高爐透平發電在運行過程中不需要燃料，不改變高爐煤氣的品質，也不影響原有煤氣用戶的正常使用，卻回收了相當可觀的能量，同時又凈化了煤氣 ，改善了爐頂壓力控制系統，是典型的節能裝置。因此得到了大力的研制和推廣利用。3.5 除塵系統現在采用的除塵方式有電除塵和布袋除塵兩種。主要用于高爐槽下，富礦槽及爐前通風的除塵。電除塵器是利用電暈放電，使含塵氣體中的粉塵帶電而通過靜電作用進行分離的一種除塵設備。通常正極接地叫集塵極（塵積電極），負極成為放電極（電暈電極）。靜電除塵器的工作原理是：氣體在高壓（電壓可達數萬伏）靜電場的兩極間通過時，電暈放電的作用使氣體電離，

21、帶負離子部分的氣體聚集在灰塵上，使灰塵帶負電被正極（集塵極）所吸收，沉積在正極上的灰塵達到一定厚度后，斷電失去電荷，用振動（干式除塵）或水沖（濕式電除塵）的辦法使灰塵流下排除。布袋除塵是利用濾袋除塵的裝置。含塵氣體通過濾袋，其中的塵粒附著在織孔和袋壁上，并逐漸形成灰膜，氣體通過布袋和灰膜時得到凈化。灰膜隨著過濾的進行不斷增厚，阻力增加，達到一定數量時，必須進行反吹，才能抖落大部分灰膜，并使阻力降低，恢復正常的過濾。反吹是利用空氣進行的，一個除塵系統要設置多個（420個）箱體，以保證除塵的連續性和滿足工藝上的要求，分箱體輪流進行。反吹后的灰塵落到箱體下部的灰斗中，經卸、輸灰裝置排出外運。 第四章

22、 高爐布袋除塵系統 布袋除塵器的選擇 注意濾料的耐溫、耐酸、耐堿等要求，目前鍋爐配套用布袋除塵器的可選濾料有萊登、進口玻纖復膜等。 最好選用脈沖反吹，可選用較大的氣布比，減少濾料數量，縮小除塵器體積。 按壓縮空氣的壓力，布袋除塵器分為高壓脈沖式(0508 MPa)、中壓脈沖式(0204 MPa)和低壓脈沖式(006010 MPa)。3種形式造成除塵器結構有很大差別，但除塵效果都很好 ，應根據具體情況來確定。 布袋除塵器的旁通煙道、PLC控制裝置和灰斗自動加熱裝置等都是必要的。除塵器前是否裝設噴水或冷空氣降溫措施，要具體分析。 布袋除塵器分離下來的細灰如何排出和儲運也需處理好 ，否則會引起二次污

23、染。 布袋除塵器和靜電除塵器的比較（如表4.1所示）4.2 布袋除塵器的原理工藝及特點 4.2.1 除塵原理在引風機的作用下，含塵煙氣從鍋爐尾部排出，經煙道進入層疊式進風總管，經導流裝置進入過濾室，較粗重的塵粒在自重和導流板的撞擊下，沉降到灰斗內，而較細輕的塵粒被吸附在濾袋的外表面上，逐漸形成一層濾床，阻止細小的塵粒進入袋內。隨著附在布袋外表面上的灰塵增多，達到設定的壓差時或設定時間時，脈沖反吹系統自動啟動，令壓縮空氣從袋內向外吹，使灰塵脫落，掉入灰斗中，經螺旋輸送機送入攪拌加濕機或散裝機再裝車運出。經過濾后清潔的煙氣進入上部潔凈室內，匯集入排煙總管，經煙囪排入大氣。表4.1 布袋除塵器和靜電

24、除塵器的比較 布袋除塵器靜電除塵器除塵效率一般99.5%以上，最高達99.9%。出口含塵質量濃度10-50mg/一般99.0%99.5%，達到更高的效率難，投資大量增加煙氣溫度較敏感，不能超溫僅對效率有影響壓力損失煤種適應性無特殊要求對某些煤種不適應煙氣流量變化對效率影響不大對效率影響較大煙氣含塵濃度對效率無影響對效率有叫大的影響粉塵粒徑影響很小對效率影響較大粉塵比電阻對效率無影響對效率影響很大粉塵化學成分要選擇相應的濾料，但不影響效率對效率影響很大對鍋爐運行影響布袋損壞，可離線更換，不影響鍋爐運行如部件損壞，需停爐檢修維護工作技術含量低，維修簡單方便，僅換袋工作量較大技術要求高，維修復雜，工

25、作量較小壽命布袋2a以上要更換，其他部件壽命長壽命長耗電量較小較大初投資較小較大運行費用較大較小總費用較低較高工藝流程 （1）布袋反吹流程 圖4.1 高爐布袋除塵工藝流程圖當荒、凈煤氣總管之間的壓差大于6kPa (可設定 ，以下相同)時，依次對18個布袋除塵箱體進行反吹，并能跳過處于檢修狀態的箱體。反吹程序如下 ：首先關閉1號布袋除塵箱體的進口和出口氣動蝶閥后 ，對1號布袋除塵箱體進行反吹。反吹時先打開該布袋除塵箱體的1號氮氣脈沖電磁閥，經過 05秒后關閉該電磁閥，再經8秒后打開2號脈沖電磁閥，依次類推完成該布袋除塵箱體其它脈沖電磁閥的操作(每個布袋除塵箱體有10個脈沖電磁閥)。當最后1個脈沖

26、電磁閥完成操作后 ，1號布袋除塵箱體反吹結束 ，然后打開該布袋除塵箱體進口和出口氣動蝶閥，再關閉2號布袋除塵箱體的進口和出口氣動蝶閥，以后的操作同前 ，依次類推完成18個布袋除塵箱體的反吹。 （2）卸灰聯鎖 卸輸灰工藝流程圖當高位灰倉的氣動卸灰球閥打開時，對應的中間灰倉的氣動卸灰球閥和該中間灰倉的倉壁振動器必須處于關閉狀態 ；若中間灰倉的氣動卸灰球閥打開時，對應的高位灰倉的氣動卸灰球閥和該高位灰倉的倉壁振動器必須處于關閉狀態。啟動1號螺旋輸送機15秒 (可設定 ，以下相同)后 ，才能開打19號中間灰倉的氣動卸灰球閥。啟動2號螺旋輸送機15秒后，才能打開1018號中間灰倉的氣動卸灰球閥。關閉 1

27、9號中間灰倉的氣動卸灰球閥15秒后 ，才能停止1號螺旋輸送機 。關閉 1018號中間灰倉的氣動卸灰球閥15秒后 ，才能停止2號螺旋輸送機 。 （3）煤氣溫度控制與報警 當高爐爐頂煤氣溫度超過 310 (可設定 ，以下相同)時 ，在控制室報警。當煤氣降溫裝置進口煤氣溫度高于 280時，在控制室報警 ，并打開每個煤氣降溫裝置的進出口電動蝶閥和給水電動調節閥，然后關閉其旁通電動蝶閥。若煤氣降溫裝置出口煤氣溫度超過 280或布袋進口總管煤氣溫度超過245 ，在控制室報警 ，并逐漸開啟降溫裝置進口水管上的電動調節閥 (煤氣降溫裝置進出口電動蝶閥處于關閉狀態下不得打開對應 的降溫裝置進口水管上的電動調節

28、閥)，當煤氣溫度下降時逐漸關閉降溫裝置進口水管上的電動調節閥，當煤氣溫度低于設定值時完全關閉煤氣降溫裝置進口水管上的電動調節閥。在計算機上可以顯示降溫裝置水管電動調節閥運行過程中的開度。煤氣降溫裝置進口煤氣溫度低于280時，在控制室報警，并打開煤氣降溫裝置旁通電動蝶閥 ，然后關閉每個煤氣降溫裝置的進出口電動蝶閥和降溫給水電動調節閥。（4）煤氣檢漏設施 布袋除塵系統設有含塵自動檢測裝置 ，該設備由檢測探頭 、信號處理裝置及信號傳輸三部分組成，安裝在凈煤氣總管及每個布袋箱體凈煤氣出口處。其工作原理是 “電荷感應”，灰塵顆粒流經探頭時，顆粒的電荷在探頭中被感應出來進而轉化為信號顯示。當被檢測煤氣粉塵

29、的濃度達到所要求的上限時，儀表即刻報警，提醒運行人員進行合理操作 ，保證設備安全可靠運行。該檢測設備與設在各布袋箱體凈煤氣出口管上的人工取樣管配合使用 ，可在一定程度上提高工作效率。但現階段 ，高爐煤氣布袋除塵系統上使用的檢漏設施均為定性檢測 ，無法檢測到布袋除塵箱體凈煤氣出口濃度，而且系統 的可靠性也存在很多的問題。主要表現在虛警率過高，檢漏設施與切換閥門沒有聯鎖關系，自動化程度不高。4.3 布袋除塵技術特點 (1)采用先進的煙氣導流技術，使進入各過濾室的煙氣均勻分布，這是確保除塵器具有高效率的重要措施。導流技術共包括 3部分：層疊式進風導流技術、灰斗導流板技術和煙道彎管導流板技術。 (2)

30、采用灰斗自動電加熱器 ，以保證灰斗內的灰塵不結露，減少腐蝕和避免灰塵搭橋而堵塞。在灰斗溫度低于設定值時電加熱器自動開啟 ，高于設煙氣流量變化對效率影響不大對效率影響較大定值時 自動關閉。 (3)采用內置式旁通煙道 ，當煙氣溫度過低和過高時，旁通煙道便自動打開 ，同時關閉除塵器各室進口閥，使煙氣通過旁通煙道排入煙囪，以避免在煙氣溫度高時布袋被燒壞或煙氣溫度低時因結露被酸性腐蝕 。 (4)采用大容量噴吹組合技術，實現高效清灰。 (5)采用 PLC程控技術 ，對脈沖閥、離線閥、卸灰裝置 、旁通閥、灰斗電加熱器等設備進行控制。 (6)濾袋選用 500 gm 以上的濾料制作 ，濾袋內支撐用的袋籠采用碳鋼

31、加鍍鋅處理，在 自動焊接生產線上生產，確保焊接強度并光滑無毛刺 ，以免損壞濾袋。 (7)采用高效脈沖反吹清灰，氣源為壓縮空氣， 脈沖閥的動作是根據濾袋內外的壓力差 (或設定的時間)在 PLC的控制下按設定的順序 自動啟停 。 4.4 布袋除塵器的前景美國圣勃雷電廠于 1973年首先將4臺鍋爐(總容量為 176 MW)的4臺電除塵器改為布袋除塵器，隨后布袋除塵器在電站鍋爐和工業鍋爐上的應用日益廣泛。由于許多國家自20世紀70年代以來大幅度提高煙塵的排放標準，而且對硫氧化物的排放也越來越嚴格，迫使用戶燃用低硫煤 ，導致煤灰的電阻率提高，靜電除塵效率降低 ，不得不用布袋除塵器替代 ，從而使布袋除塵器

32、更加迅速地發展。在歐美、日本 、澳大利亞，鍋爐用布袋除塵器已有大量應用，技術已臻成熟，尤其是澳大利亞最為積極 ，因為普遍燃用低硫煤，電站鍋爐幾乎全部采用布袋除塵。容量也越來越大，目前使用布袋除塵器的最大機組達 850 MW。使用范圍也在不斷擴展，如垃圾焚燒爐使用布袋除塵器幾乎已成唯一選擇。在我國，2O世紀電力系統曾進行過應用試驗，在山東南定熱電廠等5個電廠使用了布袋除塵器，由于當時的材料和技術水平 ，沒有成功。失敗的主要原因是濾袋的壽命太短。目前制造技術已得到提高 ，今后需在以下 3方面發展布袋除塵器技術 ：(1)進一步改進濾料質量，增加適用于不同類型鍋爐的濾料品種，延長濾料的使用壽命。(2)

33、實現國產化 、大型化。目前已投運的國產布袋除塵器多數用于 3575 th鍋爐，少量為 130220 th鍋爐 ，采用進口技術和設備有用于 670 th鍋爐的。如何盡快提高國產化率，應用到更大容量鍋爐(如 300 MW，600 MW 發電機組)上 ，具有重大的現實意義。 (3)進一步提高自動化水平，采用有效保證濾袋安全的措施 ，提高附屬設備的質量。第五章 布袋除塵的PLC控制系統 可編程控制器可編程控制器（Programmable Controller）縮寫為PC，為了和個人計算機相區別，把可編程控制器縮寫為PLC。5.1.1 PLC控制系統設計的要點一、輸入回路的設計1、電源回路 PLC供電電

34、源一般為 AC85240V（也有DC24V），適應電源范圍較寬，但為了抗干擾，應加裝電源凈化元件（如電源濾波器、1：1隔離變壓器等）。2、 PLC上DC24V電源的使用各公司 PLC產品上一般都有DC24V電源，但該電源容量小，為幾十毫安至幾百毫安，用其帶負載時要注意容量，同時作好防短路措施（因為該電源的過載或短路都將影響PLC的運行）。 3、外部DC24V電源 若輸入回路有 DC24V供電的接近開關、光電開關等，而PLC上DC24V電源容量不夠時，要從外部提供DC24V電源；但該電源的“-”端不要與 PLC的 DC24V的“-”端以及“COM”端相連，否則會影響PLC的運行。 4、輸入的靈敏

35、度各廠家對PLC的輸人端電壓和電流都有規定，如日本三菱公司F7n系列PLC的輸入值為：DC24V、7mA，啟動電流為mA，關斷電流小于mA，因此，當輸入回路串有二極管或電阻（不能完全啟動），或者有并聯電阻或有漏電流時（不能完全切斷），就會有誤動作，靈敏度下降，對此應采取措施。另一方面，當輸入器件的輸入電流大于PLC的最大輸入電流時，也會引起誤動作，應采用弱電流的輸入器件，并且選用輸人為共漏型輸入的 PLC，Bp輸入元件的公共點電位相對為負，電流是流出 PLC的輸入端。 二、 輸出回路的設計 1、各種輸出方式之間的比較 1）繼電器輸出： 優點是不同公共點之間可帶不同的交、直流負載，且電壓也可不同

36、，帶負載電流可達2A；但繼電器輸出方式不適用于高頻動作的負載，這是由繼電器的壽命決定的。其壽命隨帶負載電流的增加而減少，一般在幾十萬次至Jl百萬次之間，有的公司產品可達1000萬次以上，響應時間為10ms。 2）晶閘管輸出： 帶負載能力為A，只能帶交流負載，可適應高頻動作，響應時間為1ms。 3）晶體管輸出： 最大優點是適應于高頻動作，響應時間短，一般為ms左右，但它只能帶 DC 530V的負載，最大輸出負載電流為05A，但每4點不得大于A。 當你的系統輸出頻率為每分鐘6次以下時，應首選繼電器輸出，因其電路設計簡單，抗干擾和帶負載能力強。當頻率為10次min以下時，既可采用繼電器輸出方式；也可

37、采用PLC輸出驅動達林頓三極管（510A），再驅動負載，可大大減小。 2、抗干擾與外部互鎖當 PLC輸出帶感性負載，負載斷電時會對PLC的輸出造成浪涌電流的沖擊，為此，對直流感性負載應在其旁邊并接續流二極管，對交流感性負載應并接浪涌吸收電路，可有效保護PLC。當兩個物理量的輸出在PLC內部已進行軟件互鎖后，在PLC的外部也應進行互鎖，以加強系統的可行性。 3、PLC外部驅動電路對于 PLC輸出不能直接帶動負載的情況下，必須在外部采用驅動電路：可以用三極管驅動，也可以用固態繼電器或晶閘管電路驅動，同時應采用保護電路和浪涌吸收電路，且每路有顯示二極管（LED）指示。印制板應做成插拔式，易于維修。

38、三、擴展模塊的選用 對于小的系統，如80點以內的系統一般不需要擴展；當系統較大時，就要擴展。不同公司的產品，對系統總點數及擴展模塊的數量都有限制，當擴展仍不能滿足要求時，可采用網絡結構；同時，有些廠家產品的個別指令不支持擴展模塊，因此，在進行軟件編制時要注意。各公司的擴展模塊種類很多，如單輸入模塊、單輸出模塊、輸入輸出模塊、溫度模塊、高速輸入模塊等。 PLC的這種模塊化設計為用戶的產品開發提供了方便。 四、PLC的網絡設計 當用PLC進行網絡設計時，其難度比PLC單機控制大得多。首先你應選用自己較熟悉的機型，對其基本指令和功能指令有較深入的了解，并且指令的執行速度和用戶程序存儲容量也應仔細了解

39、。否則，不能適應你的實時要求，造成系統崩潰。另外，對通信接口、通信協議、數據傳送速度等也要考慮。 最后，還要向 PLC的商家尋求網絡設計和軟件技術支持及詳細的技術資料，至于選用幾層工作站，依你的系統大小而定。五、軟件編制 在編制軟件前，應首先熟悉所選用的 PLC產品的軟件說明書，待熟練后再編程。若用圖形編程器或軟件包編程，則可直接編程，若用手持編程器編程，應先畫出梯形圖，然后編程，這樣可少出錯，速度也快。編程結束后先空調程序，待各個動作正常后，再在設備上調試。5.1.2 PLC工作原理1、掃描技術 當PLC投入運行后，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序執行和輸出刷新三個階段。完成

40、上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復執行上述三個階段。 圖5.1 CPU的掃描周期（1）輸入采樣階段 在輸入采樣階段， PLC以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態和數據，并將它們存入I/O映象區中相應的單元內。輸入采樣結束后，轉入用戶程序執行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入狀態和數據發生變化，I/O映象區中的相應單元的狀態和數據也不會改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。  （2）用戶程序執行階段  在用戶程序執行階段， PLC總是按由上而下的順序依次地

41、掃描用戶程序(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序對由觸點構成的控制線路進行邏輯運算，然后根據邏輯運算的結果，刷新該邏輯線圈在系統RAM存儲區中對應位的狀態；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區中對應位的狀態；或者確定是否要執行該梯形圖所規定的特殊功能指令。即，在用戶程序執行過程中，只有輸入點在I/O映象區內的狀態和數據不會發生變化，而其他輸出點和軟設備在I/O映象區或系統RAM存儲區內的狀態和數據都有可能發生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執行結果會對排在下面的凡是用到這些線圈或數據的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，

42、其被刷新的邏輯線圈的狀態或數據只能到下一個掃描周期才能對排在其上面的程序起作用。 （3）輸出刷新階段 當掃描用戶程序結束后， PLC就進入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映象區內對應的狀態和數據刷新所有的輸出鎖存電路，再經輸出電路驅動相應的外設。這時才是PLC的真正輸出。一般來說， PLC的掃描周期包括自診斷、通訊等，如下圖所示，即一個掃描周期等于自診斷、通訊、輸入采樣、用戶程序執行、輸出刷新等所有時間的總和。     上電故障RUN自診斷通訊輸入采樣用戶程序執行輸出刷新圖5.2 PLC的掃描周期2、PLC的I/O響應時間 為了增強 PLC的抗干

43、擾能力，提高其可靠性，PLC的每個開關量輸入端都采用光電隔離等技術。 為了能實現繼電器控制線路的硬邏輯并行控制， PLC采用了不同于一般微型計算機的運行方式（掃描技術）。 以上兩個主要原因，使得 PLC的I/O響應比一般微型計算機構成的工業控制系統慢的多，其響應時間至少等于一個掃描周期，一般均大于一個掃描周期甚至更長。 所謂 I/O響應時間指從PLC的某一輸入信號變化開始到系統有關輸出端信號的改變所需的時間。其最短的I/O響應時間與最長的I/O響應時間如圖所示： (a)、 最短 I/O響應時間(b)、 最長 I/O響應時間圖5.3、 I/O響應時間以上是一般的 PLC的工作原理，但在現代出現的

44、比較先進的PLC中，輸入映像刷新循環、程序執行循環和輸出映像刷新循環已經各自獨立的工作，提高了PLC的執行效率。在實際的工控應用之中，編程人員應當知道以上的工作原理，才能編寫出質量好、效率高的工藝程序。5.1.3 PLC的特點1）編程方法簡單易學。2）功能強，性能價格比高。3) 配套齊全，用戶使用方便，適應性強。4）可靠性高，抗干擾能力強。5）系統的設計、安裝、調試工作量少。6）工作量小，維修方便。7）體積小，能耗低。5.1.4 PLC控制系統的可靠性用PLC實現對系統的控制是非常可靠的，這是因為PLC在硬件與軟件兩個方面都采取了很多措施，確保它能可靠工作。（1） 硬件方面：PLC的輸入、輸出

45、電路與內部CPU是電隔離的，其信息靠光耦器件或電磁器件傳遞。而且，CPU板還有抗電磁干擾的屏蔽措施，故可確保PLC程序的運行不受外界的電與磁干擾，能正常工作。PLC使用的元器件多為無觸點的，而且為高度集成的，數量并不太多，也為其可靠工作提供了物質基礎。在機械結構設計與制造工藝上，為使PLC能安全可靠地工作，也采取了很多措施，可確保PLC耐振動、耐沖擊，使用環境溫度可高達50oC多，有的PLC可高達8090oC.有的PLC的模塊可熱備，一個主機工作，另一個主機也運轉，但不參與控制，僅作備份，一旦工作主機出現故障，熱備的可自動接替其工作。（2） 軟件方面PLC的工作方式為掃描加中斷，這既可保證它能

46、有序的工作，避免繼電控制系統常出現的“冒險競爭”，其控制結果總是確定的；而且又能應急處理急于處理的控制，保證了PLC對應急情況的即使響應，是能可靠的工作。PLC還有很多防止及監測故障的指令，已產生各重要模塊工作正常與否的提示信號。可通過編制相應的用戶程序，對PLC的工作狀況，以及PLC所控制的系統進行監控，以確保其可靠工作。PLC每次上電后，還都要運行自檢程序及對系統進行初始化。這是系統程序配置的，用戶可不干預。出現故障時有相應的出錯信號提示。正是PLC在軟、硬件諸方面有強有力的可靠性措施，才確保了PLC具有可靠工作的特點。它的平均無故障時間可達幾萬小時以上；出了故障平均修復時間也很短，幾小時

47、以至于幾分鐘即可。5 可編程控制器（PLC）的應用隨著PLC功能的不斷完善，性能價格比的不斷提高，PLC應用面也越來越廣。目前，PLC在國內外已廣泛應用于鋼鐵、采礦、水泥、石油、化工、電子、機械制造、汽車、船舶、裝卸、造紙、紡織、環保、娛樂等各行各業。PLC的應用范圍通常可分為如下五種類型：（1） 順序控制這是今日PLC最廣泛應用的領域，它取代了傳統的繼電器順序控制。PLC應用于單機控制、多機群控制、生產自動線控制，例如，注塑機、印刷機械、訂書機械、切紙機械、組合機床、磨床、裝配生產線、包裝生產線、電鍍流水線及電梯控制等等。（2） 運動控制PLC制造商目前已提供了拖動步進電機或伺服電機的單軸或

48、多軸位置控制模塊。在多數情況下，PLC把描述目標位置的數據送給模塊，模塊移動一軸或數軸到目標位置，當每個軸移動時，位置控制模塊保持適當的速度和加速度，確保運動平滑。運動的編程可用PLC的編程語言完成，通過編程器輸入。操作員用手動方式把軸移動到某個目標位置，模塊就得知了位置和運動參數，之后可用編輯程序來改變速度和加速度等運動參數，使運動平滑。（3）過程控制PLC能控制大量的物理參數，例如，溫度、壓力、速度和流量等。PID模塊的提供使PLC具有閉環控制能力，即一個具有PID控制能力的PLC可用于過程控制。當控制過程中某個變量出現偏差時，PID控制算法會計算出正確的輸出，把變量保持在設定值上。PID

49、算法一旦適應了工藝，就不管工藝混亂而保持設定值。（4）數據處理現代的PLC具有整數四則運算、矩陣運算、函數運算、字邏輯運算、求反、循環、移位、浮點數等運算功能，和數據傳送、轉換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數據的采集、分析和處理。這些數據可以與存儲在存儲器中的參考值比較，也可以用通信功能傳送到別的智能裝置，或者將他們打印制表。（5）通信和聯網為了適應國外近幾年來興起的工廠自動化（FA）系統、柔性制造系統（FMS）及集散系統等發展的需要，首先，必須發展PLC之間、PLC和上級計算機之間的通信功能。作為實時控制系統，不僅PLC數據通信速率要求高，而且要考慮出現停電、故障時的對策等。日本富士電

50、機公司開發的MICREXF系列就是一例，其中處理器多達16臺，輸入/輸出點數達3200個之多。PLC之間、PLC和上級計算機之間都采用光纖通信，多級傳遞。I/O模塊按功能各自放置在生產現場分散控制，然后采用網絡聯結構成集中管理信息的分布式網絡系統。 SIMATIC S7300 PLC目前生產PLC的著名廠家有德國西門子公司（SIEMENS），美國ROCKWELL公司所屬的A-B(ALLEN&BRADLY)公司，法國施奈德公司(SCHNEIDER ELECTRIC)，日本的三菱電機(MITSUBISHI ELECTRIC)和歐姆龍（OMRON）等。SIEMENS的PLC以其極高的性能和價

51、格比，在我國占有很大的市場份額。SIEMENS的PLC產品有SIMATIC S7，M7和C7等幾大系列。SIMATIC S7300系列PLC已經得到的國內國外標準認證有：DIN認證，UL認證，CSA認證，FM1級1區：A、B、C、D組，溫度組T4，船級認證等。SIMATIC S7300 是一種通用型模塊化小型PLC系統，能滿足中等性能要求的應用。其模塊化結構設計使得各種單獨的模塊之間可進行廣泛組合以用于擴展。能適合自動化工程中的各種應用場合，尤其是在生產制造工程中的應用。模塊化、無風扇結構、易于實現分布式的配置以及易于掌握等特點，使得S7300在工業領域中實施各種控制任務時，成為一種既經濟又切

52、合實際的解決方案。 S7300的組成部件S7300時模塊式的PLC，它有以下幾部分組成：1)中央處理單元（CPU）各種CPU有不同的性能，例如有的CPU集成有PROFIBUSDP等通信接口。CPU前面板上有狀態故障指示燈、模式開關、24V電源端子、電池盒與存儲器模塊盒（有的CPU沒有）。2) 載電源模塊（PS）負載電源模塊用于將AC220V電源轉換為DC24V電源，供CPU和I/O模塊使用。額定輸出電流有2A、5A和10A 3種，過載時模塊上的LED閃爍。3) 信號模塊（SM）信號模塊時數字量輸入輸出模塊和模擬量模塊的總稱，他們是不同的過程信號電壓或PLC電流與內部的信號電平匹配。信號模塊主要

53、有數字量輸入模塊SN321和數字量輸出模塊SM322，模擬量輸入模塊SM331和模擬量輸出模塊SM332。模擬量輸入模塊可以輸入熱電阻、熱電偶、DC420mA和010V等多種不同類型和不同量程的模擬信號。每個模塊上有一個背板總線連接器，現場的過程信號連接到前連接器的端子上。4）功能模塊（FM）功能模塊主要用于對實時性和存儲容量要求高的控制任務，例如計數器模塊、快速/慢速給驅動位置控制模塊、電子凸輪控制器模塊、步進電動機定位模塊、伺服電動機定位模塊、定位和連續路徑控制模塊、閉環控制模塊、工業標識系統的接口模塊、稱重模塊、位置輸入模塊、超聲波位置解碼器等。5）通信處理器（CP）通信處理器用于PLC

54、之間、PLC與計算機和其他智能設備之間的通信，可以將PLC接入PROFUBUSDP、ASI和工業以太網，或用于實現點對點通信等。通信處理器可以減輕CPU處理通信的負擔，并減少用戶對通信的編程工作。 6） 接口模塊（IM）接口模塊用于多機架配置時連接主機架（CR）和擴展機架（ER）。S7300通過分布式的主機架和3個擴展機架，最多可以配置32個信號模塊、功能模塊和通信處理器等。7）導軌用來固定和安裝S7300上述的各種模塊。 I/O地址的確定S7300的開關量地址由標識符、地址的字節部分和位部分組成，一個字節由07這8位組成。地址標識符I表示輸入，Q表示輸出，M表示存儲器位。例如I是一個數字輸入

55、量的地址，小數點前面的3是地址的字節部分，小數點后的2表示這個輸入點是3號字節中的第2位。開關量除了按位尋址外，還可以按字節、字和雙字尋址。 CPU 3152DPS7300的CPU模塊（簡稱CPU）集成了過程控制功能，用于執行用戶程序。每個CPU都有一個編程用的RS485接口，有的還帶有集成的現場總線PROFIBUSDP接口或PTP（點對點）串行通信接口，S7300不需要附加任何硬件、軟件和編程，就可以建立一個MPI(多點接口)網絡，如果有PROFIBUSDP接口，可以建立一個DP網絡。CPU 3152DP具有大中規模的程序容量，對二進制和浮點數有較高的處理性能，有兩個PROFIBUSDP主站/從站接口，可以用于建立分布式I/O結構和大規模的I/O配置。CPU 3152DP可以作路由器，有點對點通信功能。5.1.10 PS 3072A有多種電源模塊可以為S7300 PLC供電。在本設計中，采用PS 3072A電源模塊。訂貨號：6ES7 3051BA800AA0特性：PS 307電源模塊（2A）具有以下顯著特點·輸出電流2A·輸出電壓24VDC;防短路和開路保護·連接單相交流系統（輸入電壓120/230VAC,50/60HZ）·可靠的隔離特性，符合EN 60 950·可用作負載