【正文】 控制器）問世之前，工業(yè)控制領(lǐng)域中以繼電器控制占主導(dǎo)地位。但是隨著 PLC 的出現(xiàn)，繼電器控制系統(tǒng)的缺點(diǎn)（體積大、耗電多、可靠性差、壽命短、運(yùn)行速度慢、適應(yīng)性差）就充分顯示了出來?？删幊绦蚩刂破鳎?Programmable Controller,英文速寫為 PC、 后又稱為 PLC）是以微處理器為 第 2 頁 基礎(chǔ)，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù) 、 半導(dǎo)體集成技術(shù) 、 自動(dòng)控制技術(shù) 、 數(shù)字技術(shù)和通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展起來的一種通用工業(yè)自動(dòng)化控制裝置。它面向控制過程 、 面向用戶 、 適應(yīng)工業(yè)環(huán)境 、 操作方便 、 可靠性高，成為現(xiàn)代工業(yè)控制的三大支柱（ PLC、機(jī)器人和 CAD/CAM）之一。 PLC 控制技術(shù)代表著當(dāng)前程序控制的先進(jìn)水平， PLC裝置已成為自動(dòng)化系統(tǒng)的基本裝置。近年來，在工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域中， PLC更是得到了廣泛的應(yīng)用，充分展示了高穩(wěn)定性，極強(qiáng)的適應(yīng)性。 本次設(shè)計(jì)圍繞組態(tài)軟件技術(shù)和可編程控制器技術(shù)，以組態(tài)王和西門子S7200系列可編程控制器為例，實(shí)現(xiàn) PLC 在鍋爐輔助系統(tǒng)中控制。 第 3 頁 1 設(shè)計(jì) 系統(tǒng)概述 本次設(shè)計(jì)以鍋爐輔助系統(tǒng) PLC（包括氣力除灰控制系統(tǒng)和除渣控制系統(tǒng)）為背景，西門子 S7200CPU226 作為控制器， 用工業(yè)組態(tài)軟件組態(tài)王 軟件進(jìn)行上位機(jī)監(jiān)控。下面簡要介紹一下設(shè)計(jì)要求： 一般來說，鍋爐設(shè)備的組成主要包括兩部分：一部分是鍋爐本體，由鍋筒、爐排減速機(jī)、燃燒室、對流管束、過熱器、省煤器和空氣預(yù)熱器等組成；另一部分是鍋爐的輔助和附屬設(shè)備，主要由通風(fēng)裝置、給水和蒸汽供應(yīng)裝置、運(yùn)煤和除渣裝置、除塵裝置和鍋爐安全附件等組成。任何一種設(shè)備出現(xiàn)問題，都會(huì)影響鍋爐的 “ 出力 ” 和整體效果。 應(yīng)根據(jù)具體情況選擇合適的除塵、除渣裝置。 鍋爐除灰系統(tǒng)概述 鍋爐煤粉燃燒后將產(chǎn)生大量的煤灰 ,煤灰若由煙鹵排出 ,勢必對大氣造成污染 .為了保護(hù)大氣環(huán)境 ,早期的電廠一般都采用水除灰的辦法 ,這不僅浪費(fèi) ,污染水資源 ,而且增加了回收煤灰的難度 ,故推出氣力除灰技術(shù) ,即將煤灰吸收到灰斗中 ,再在氣壓的作用下輸送到灰?guī)?,從而實(shí)現(xiàn)煤灰回收利用。 鍋爐除塵器經(jīng)歷過從干式旋風(fēng)除塵 多管旋風(fēng)除塵 麻石水膜除塵 靜電除塵的過程。目前，隨著國家對環(huán)境保護(hù)的重視程度和環(huán)境保護(hù)要求的日益提高，以及濾袋的國產(chǎn)化和使用壽命的延長，鍋爐尾部除塵又有回到布袋除塵的趨勢。 目前最常用的除灰方法是氣力除灰 ,氣力 除灰 是清潔生產(chǎn)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，它是以密封式輸送管道代替?zhèn)鹘y(tǒng)的 機(jī)械輸送物料的一種工藝過程，具有如下特點(diǎn)： 布置靈活、輸送距離長 節(jié)能高效 集中輸送和回收利用 在特殊粉體輸送中更具優(yōu)勢 為無泄漏輸送、無二次污染 第 4 頁 氣力除灰 在火力發(fā)電廠、化工廠、水泥廠、制藥廠、糧食加工廠等的一些原材料、粉粒料在輸送生產(chǎn)工程中產(chǎn)生的環(huán)境污染越來越得到廣泛的重視。氣力 除灰 技術(shù)于是 也 得到了逐步的推廣。 氣力除灰系統(tǒng)工作原理 每臺(tái)鍋爐的氣力除灰系統(tǒng)各有除灰管線 3 條，一條為復(fù)合斜多管飛灰發(fā)送裝置，另兩條為空預(yù)器飛灰發(fā)送裝置。 (1)復(fù)合斜多管飛灰發(fā)送裝置： 復(fù)合斜多管飛灰發(fā)送裝 置設(shè)有一個(gè)主灰斗和兩個(gè)副灰斗，每個(gè)灰斗均設(shè)有料位檢測裝置，只要有任意一個(gè)料位計(jì)指示料位高，則進(jìn)行一次氣力除灰過程。除了料位信號(hào)外，還設(shè)有時(shí)間信號(hào)，當(dāng)時(shí)間信號(hào)到時(shí)也自動(dòng)進(jìn)行一次氣力除灰過程。 (2)空預(yù)器飛灰發(fā)送裝置： 每臺(tái)鍋爐空氣預(yù)熱器設(shè)有兩個(gè)灰斗，即兩套飛灰發(fā)送裝置。兩套裝置公用一條輸灰管，任意一臺(tái)發(fā)送器料位高信號(hào)到，則兩臺(tái)發(fā)送器同時(shí)發(fā)送。同時(shí)，每套發(fā)送裝置還設(shè)有時(shí)間信號(hào)，當(dāng)發(fā)送時(shí)間到時(shí)，系統(tǒng)將自動(dòng)進(jìn)行一次發(fā)送過程。 下圖為只有一條管線的除灰裝置示意圖。 圖 除灰裝置示意圖 第 5 頁 (3)飛灰發(fā)送過程： 復(fù)合斜多管飛灰發(fā)送過程與空預(yù)器飛灰發(fā)送過程相同，現(xiàn)以復(fù)合斜多管飛灰發(fā)送過程為例， 作如下說明 ： ① 當(dāng)任意料位高信號(hào)或時(shí)間信號(hào)到時(shí)，該系統(tǒng)將進(jìn)行飛灰發(fā)送過程。 ② 首先對總的輸送氣源壓力和儀用氣源壓力進(jìn)行判斷，如果 在 5 秒鐘內(nèi)檢測到 兩個(gè)壓力中有任意一個(gè)為低信號(hào)，則停止發(fā)送過程，并進(jìn)行報(bào)警。 ③ 壓力信號(hào)滿足時(shí)，同時(shí)關(guān)閉三個(gè)灰斗的進(jìn)料閥，然后給密封圈加壓（密封閥得電）。 ④ 對密封壓力信號(hào)進(jìn)行檢測，如果密封壓力信號(hào)在 5 秒種之內(nèi)仍然為低信號(hào)時(shí)，則發(fā)送過程停止，并進(jìn) 行密封壓力低報(bào)警。 ⑤ 密封壓力信號(hào)滿足后，打開出料閥，并對出料閥開到位信號(hào)進(jìn)行檢測。如果在 5 秒鐘之內(nèi)到位信號(hào)沒有到，則停止發(fā)送過程，并進(jìn)行出料閥未到位報(bào)警。 ⑥ 出料閥開到位信號(hào)檢測到以后，應(yīng)依次打開進(jìn)氣閥和補(bǔ)氣閥， 進(jìn)行除灰過程。在吹灰過程 40 秒完成之后將對該系統(tǒng)管線壓力進(jìn)行檢測， 如果在 5秒鐘之內(nèi)檢測到的管線壓力仍然為高信號(hào)，則表明灰并沒有被吹掉或有堵灰情況發(fā)生，此時(shí)應(yīng)停止除灰過程，并進(jìn)行報(bào)警。 ⑦ 當(dāng)灰被吹掉之后，表明除灰的目的已經(jīng)達(dá)到，之后應(yīng)該依次關(guān)掉進(jìn)氣閥 、補(bǔ)氣閥 以及密封閥，最后打開三個(gè)灰斗的進(jìn)料閥，除灰 過程結(jié)束。 ⑧ 若系統(tǒng)運(yùn)行過程中發(fā)生故障報(bào)警，則所有打開的閥門立刻關(guān)閉，待故障排除后按動(dòng)復(fù)位按鈕即可消除報(bào)警信號(hào)，系統(tǒng)才可以再次啟動(dòng)。 以下為此次除灰系統(tǒng)流程圖： 第 6 頁 開 始是 否 滿 足 除 灰 條 件 ?Y E SN O密 封 圈 加 壓氣 源 壓 力 到 否 ?N ON ON ON OY E SY E SY E SY E S密 封 壓 力 到 否 ?打 開 出 料 閥關(guān) 閉 進(jìn) 料 閥出 料 閥 開 到 位 否 ?打 開 進(jìn) 氣 閥延 時(shí) 3 秒 打 開 補(bǔ) 氣 閥氣 力 除 灰 4 0 秒管 道 壓 力 低 ?關(guān) 閉 進(jìn) 氣 閥關(guān) 閉 補(bǔ) 氣 閥關(guān) 閉 出 料 閥密 封 圈 泄 壓打 開 進(jìn) 料 閥停 止 除 灰 過 程 并 報(bào) 警 圖 除灰系統(tǒng)流程圖 第 7 頁 除渣系統(tǒng)概述： 除渣控制系統(tǒng)的任務(wù)是在鍋爐運(yùn)行過程中排出的渣后能及時(shí)、高效、清潔地將灰渣從鍋爐底部的灰渣輸送到灰渣庫。 鍋爐的排渣系統(tǒng)由底渣冷卻、底渣輸送、渣倉及配套卸渣設(shè)備組成。冷渣系統(tǒng)的主要設(shè)備有高溫排渣閥和冷渣器等組成，底渣輸送系統(tǒng)的主要設(shè) 備有埋刮板除渣機(jī)（或皮帶輸送機(jī)）、斗式提升機(jī)等組成，渣倉及配套卸渣設(shè)備主要有脈沖布袋除塵器、干渣散裝機(jī)、雙軸攪拌加濕機(jī)、真空壓力釋放閥等組成。 此次設(shè)計(jì)由于時(shí)間和條件的限制只完成其之一部分的控制，主要是灰渣輸送過程，其除渣系統(tǒng)示意圖如下： 圖 除渣系統(tǒng)示意圖 使系統(tǒng)處于自動(dòng)狀態(tài)，然后按動(dòng)“系統(tǒng)選擇”按鈕對 A、 B 系統(tǒng)進(jìn)行選擇，按動(dòng)系統(tǒng)啟動(dòng)按鈕，系統(tǒng)開始啟動(dòng)，啟動(dòng)順序如下： 按照 A、 B 系統(tǒng)的選擇，從 M6 埋刮板輸送機(jī)開始，間隔 8 秒鐘按下列順序進(jìn)行啟動(dòng)： M6→ M5→ M4→ G1。若啟動(dòng)過程無故障，當(dāng) G1 電 動(dòng)給料機(jī)正常運(yùn)行 5秒鐘后，“系統(tǒng)運(yùn)行”燈亮，表明系統(tǒng)啟動(dòng)過程已經(jīng)結(jié)束，進(jìn)入正常工作狀態(tài)。正常工作時(shí)運(yùn)行的設(shè)備顯示為紅色。 在啟動(dòng)過程中如果某設(shè)備有故障發(fā)生 ,選擇 A系統(tǒng)為例，則按啟動(dòng)順序，除 第 8 頁 進(jìn)行報(bào)警外，其 對 應(yīng)的 B 系統(tǒng)的設(shè)備將自動(dòng)啟動(dòng)，而在其之后的設(shè)備仍按照原來的 A系統(tǒng)進(jìn)行啟動(dòng)。例如 M6A 啟動(dòng)時(shí)發(fā)生故障，則 M6B 將自動(dòng)啟動(dòng)。 要求電動(dòng)給料機(jī) G1A 只有在 M4A 運(yùn)行時(shí)才運(yùn)行， G1B 只有在 M4B 運(yùn)行時(shí)才運(yùn)行。三通分料器 S1（ S2），只有在 M5B（ M6B）運(yùn)行時(shí)才打向 B 側(cè)，其余時(shí)刻均打向 A側(cè)。只有在 M6A 運(yùn)行且 S2 已 A 側(cè)到位，或 M6B 運(yùn)行且 S2 已 B側(cè)到位時(shí)才能啟動(dòng) 5埋刮板；同理，只有在 M5A 運(yùn)行且 S1已 A側(cè)到位，或者 M5B 運(yùn)行且S1已 B側(cè)到位時(shí)才能啟動(dòng) 4埋刮板。 系統(tǒng)正常啟動(dòng)后，“系統(tǒng)運(yùn)行”燈將亮。如果在系統(tǒng)運(yùn)行過程中某設(shè)備由于故障而停止時(shí)，則其備用系統(tǒng)將自動(dòng)啟動(dòng)，即可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切換；正常運(yùn)行時(shí)若按動(dòng)“系統(tǒng)停止”按鈕，系統(tǒng)將按與啟動(dòng)順序相反的順序停止；當(dāng) AB 兩系統(tǒng)都發(fā)生故障時(shí)，或者 G1A 與 M4B、 G1B 與 M4A 都發(fā)生事故，此時(shí)系統(tǒng)不能正常運(yùn)行，系統(tǒng)總報(bào)警燈將成紅色閃爍狀態(tài)，同時(shí)系統(tǒng)將自動(dòng)停止，其停止規(guī)則為：當(dāng)任意設(shè)備 AB兩側(cè)都發(fā)生事故 ，則在其之前正常工作的 設(shè)備將立刻停止， 而在其之后正常工作的 設(shè)備將 按照與啟動(dòng)順序相反的順序 延時(shí) 5 秒 自動(dòng)停止； 系統(tǒng)中還設(shè)有“復(fù)位”按鈕，當(dāng)有故障發(fā)生時(shí)（相應(yīng)的設(shè)備呈 紅色 閃爍狀態(tài)），應(yīng)對其進(jìn)行記錄，待故障被排除后，按動(dòng)“復(fù)位”按鈕，即可消除故障狀態(tài)。 系統(tǒng)才可以再次啟動(dòng)。 同時(shí)系統(tǒng)中還設(shè)有急停按鈕， 如果 系統(tǒng)運(yùn)行過程中發(fā)生人為事故或是需要所有設(shè)備立刻停止時(shí)，按動(dòng)此按鈕即可讓所有設(shè)備立刻停止。 以下為除渣系統(tǒng)的部分流程圖： 第 9 頁 開 始啟 動(dòng) M 6 A 啟 動(dòng) M 6 BM 6 B 是 否 故 障M 6 B 事 故 報(bào) 警系 統(tǒng) 故 障 停 止M 6 A 是 否 故 障M 6 A 事 故 報(bào) 警M 6 A 是 否 故 障M 6 B 是 否 故 障進(jìn) 入 下 一 步系 統(tǒng) A / B 選 擇選 擇 A 系 統(tǒng) 選 擇 B 系 統(tǒng)N O Y E SY E SN O N OY E SY E SN O圖 部分除渣系 統(tǒng)流程圖 以上為此次設(shè)計(jì)的控制 要求， 從系統(tǒng)的可行性和難易程度以及經(jīng)濟(jì)方面考慮，我采用德國西門子公司出品的小型可編程控制器 S7— 200 來編程控制，同時(shí)使用北京亞控公司產(chǎn)品組態(tài)王 來實(shí)現(xiàn)上位機(jī)監(jiān)控！ 其中可編程控制器S7— 200 將在第二章中作詳細(xì)介紹，組態(tài)王 將在第三章中作詳細(xì)介紹。 第 10 頁 2 S7— 200 可編程控制器 介紹 可編程控制器（ PLC）簡介 PLC 的由來及定義 在 20 世紀(jì) 60 年代，汽車生產(chǎn)流水線的自動(dòng)控制系統(tǒng)基本上都是由繼電器控制裝置構(gòu)成的。當(dāng)時(shí)汽車的每一次改型都直接導(dǎo)致繼電 器控制裝置的重新設(shè)計(jì)和安裝。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，汽車型號(hào)更新的周期越來越短，這樣，繼電器控制裝置就經(jīng)常的需要重新設(shè)計(jì)和安裝，十分費(fèi)時(shí)，費(fèi)工，費(fèi)料，甚至阻礙了更新周期的縮短。為了改變這一狀況，美國通用汽車公司在 1968 年公開招標(biāo)，要求用新的控制裝置來取代繼電器控制裝置，并提出十項(xiàng)招標(biāo)指標(biāo)： (1)編程方便，可隨時(shí)修改程序。 (2)維修方便，采用模塊化結(jié)構(gòu)。 (3)可靠性高于繼電器控制裝置。 (4)體積小于繼電器控制裝置。 (5)數(shù)據(jù)可直接輸入管理計(jì)算機(jī)。 (6)成本可于繼電器控制裝置競爭。 (7)輸入可以是交流 115v。 (8)輸出為交流 115v,2A 以上，能直接驅(qū)動(dòng)電磁閥，接觸器等。 (9)在擴(kuò)展時(shí)，原系統(tǒng)只要很小的變更。 (10)用戶程序存儲(chǔ)器容量至少能擴(kuò)展到 4k。 1969 年，美國數(shù)字設(shè)備公司（ DEC） 研制出第一臺(tái) PLC，在美國通用汽車自動(dòng)裝配線上試用，并取得了滿意的效果，可編程控制器至此誕生。 PLC 問世以來，盡管時(shí)間不長，但是它的發(fā)展十分迅速。為了使這一新型工業(yè)控制裝置的生產(chǎn)和發(fā)展標(biāo)準(zhǔn)化，美國電氣制造商協(xié)會(huì) (NEMA)經(jīng)過四年的調(diào)查