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PLC SO2 喷钙脱硫控制系统 循环流化床锅炉 基于PLC的循环流化床锅炉喷钙脱硫控制系统 ,机器视觉 ,烟草机械
附图
循环流化床锅炉是一种环保型锅炉，但随着环境治理要求的加深，其SO2排放量仍无法达标。石家庄东方热电股份有限公司热电三厂为保护环境，减少SO2对大气的污染，决定对#4(75t/h)、#5(135t/h)循环流化床锅炉建设炉内喷钙脱硫系统，采用三菱FX2N型PLC作为操作控制系统。
一 系统工艺流程
对于循环流化床锅炉进行脱硫处理，目前一种普遍采用的方法是将脱硫剂(石灰石粉：粒径0～2mm，比重约1.4t/m3)通过送粉管道从炉前二次风口送入锅炉炉膛中与煤一起燃烧，通过化学反应生成CaSO4，达到脱硫目的。系统工艺流程路线如下：
(1)石灰石粉→粉仓→粉仓插板阀→粉仓旋转给料阀→缓冲罐→缓冲罐插板阀→缓冲罐旋转给料阀→喷料泵→送粉管路→炉前检修隔断门→炉膛；
(2)空气→罗茨风机→电动蝶阀→喷射泵→送粉管路(另一路送气化风)→炉前检修隔断门→炉膛；
(3)气化风→空气加热器(有旁路阀)→气化风环管→气化板→粉仓→布袋除尘器。
该系统设计采用双路联调送粉方式，每台炉由两路送粉设备装置及管路将石灰石粉送入炉膛。送粉量由PLC根据每台炉SO2监测装置所提供的信号对该炉的旋转给料阀实行变频联动调节。
二 控制系统设计实施
整个控制系统由一台中控室内的监控计算机(操作员/工程师站)、一台现场控制站 FX2N型PLC-128MR、并配以4个FX2N-4A/D数据采集模块、一个FX2N-4D/A模拟数据输出模块和4台变频给粉装置组成。监控计算机主要负责实时监控烟气监测系统检测的SO2参数值和对系统进行操作和故障监测，现场控制站根据SO2含量对送粉量进行自动或手动操作，并与上位机采用RS-485进行实时通信。
现场控制站配置见附图。
1. FX2N-128MR现场控制站
FX2N-128MR现场控制站是整个控制系统的核心，其运算处理速度：基本指令0.08µs/指令，应用指令1.52～100µs/指令，输入输出总点数256点，大存储容量16k步，内置存储器容量8k步，顺控指令27条，步进梯形图指令2条，应用指令128种，298个。FX2N-4A/D数据采集模块：接受4～20mA电流信号转换成数字信号输送给PLC。FX2N-4D/A模拟数据输出模块：将PLC发出的控制量数值转化为4～20mA电流信号输入到变频器控制旋转给料阀。
2. 喷钙脱硫系统的启动和控制
喷钙脱硫系统可采用三种方式进行启动。
(1)方式一：自动启动
将各就地设备的控制箱切换至“远方”位置，在显示器屏上点击“全自动启动”按钮，系统将按下列顺序启动设备。
(a)启动罗茨风机延时12s，开始下一步，否则报警；
(b)自动打开风机后电动蝶阀开到预定位置时，开始下一步，否则12s后报警；
(c)此时空气母管压力下降至运行I值(调试确定)。启动缓冲罐下旋转给料阀缓慢升速至设定转速(调试确定)运行l 2s；
(d)启动缓冲罐上粉仓旋转给料阀，并接通缓冲罐料位控制回路；
(e)接通SO2监测控制系统回路，通过PLC控制缓冲罐下旋转给料阀转速，使SO2测量值达设定标准值(<1200mg／m3)，此时空气母管的压力要上升至运行II值；
(f)启动电加热器，并将温度调至设定值。
(2)方式二：远方操作启动
各就地设备控制箱的切换开关切至“远方”位置。设备启动顺序与方式与上述完全相同，只是由设备操作人员在主控室CRT前利用鼠标按程序提示框逐一进行启动操作。
(3)方式三：就地操作启动
各就地设备控制箱的切换开关切至“就地”位置，此时设备的启动顺序不受限制，由操作人员任意启动，但若不是特殊情况，不采用此工作方式，因为该方式启动设备也不会实现PLC联调，达不到系统的使用目的。
3. 喷钙脱硫控制系统的运行
(1)系统运行时显示的状态参数有：粉仓料位、罗茨风机运行状态、电动蝶阀状态、下旋转给料阀转速、上旋转给料阀运行状态(停止、运行交替显示)、缓冲罐料位、烟气SO2值、空气加热后温度、PLC运行状态指示、喷钙量。
(2)系统运行时可将各设备的运行状态及SO2值实现采集、存储、通信打印、图形显示等功能，各项功能可在CRT人机界面上利用菜单命令来实现。
(a)数据采集：通过画面中的按钮设定数据，通过PLC的A/D模块进行数据采集；
(b)结果显示：将通过PLC的A/D模块采集到的数据显示到画面中；
(c)状态显示：通过PLC与组态的通信将结果状态在画面中显示；
(d)故障报警：当出现故障时，报警画面自动弹出，查看出现故障的地方；
(e)数据存储：通过设定后，设定的数据将自动存储到系统中去；
(f)生成报表：可用工具栏中的按钮查看报表；
(g)图形显示：加上运行狗(watch-dog)之后，启动系统就可显示图形画画，从而从画面中监视整个系统；
(h)打印：选择需要打印的内容点击工具栏上的打印按钮就可打印；
(i)内部通信：通过SC09通信电缆完成PLC与电脑的组态通信。
(3)系统运行时的联锁保护逻辑关系
La当运行罗茨风机因故停运时，自动投入备用风机，否则3s后自动执行事故停机程序；
Lb当某套送粉装置的下旋转给料阀停运时，自动解列联调方式变为单调方式，并停止该套送粉装置；
Lc当送粉装置的下旋转给料阀转速超设定值，但SO2的值不能满足排放标准时，报警；
Ld当某套送粉装置的上旋给料阀停运时，直至下料位报警延时12s后停止下旋给料阀并自动解列联调方式变为单调方式；
Le当风机电动蝶阀误关时，3s内应启动设备用罗茨风机并打开备用罗茨风机后的电动蝶阀，并停止本风机运行，否则进入事故停机程序；
Lf空气电加热器的启动、停止，只需实现远方就地操作和温度显示以及故障停运报警即可，不必加入联锁；
Lg当空气分支管压力值超过高值(调试时定)报警并延时3s停下旋转给料阀，进入逻辑Lb程序；
Lh当空气分支管压力值低于低压值(调试时定)时，执行逻辑La程序；
Li当下旋转给料机转速升至第二设定转速(调试时确定)时报警。
4. 喷钙脱硫控制系统的停止
(1)正常停止
当锅炉机组按计划停机时要先将脱硫系统停止运行。若需#4、#5炉都停的话，后停的脱硫系统要将粉仓内的石灰粉用完，再停止运行，可采用微机自动停止和人工控制停止两种办法，其顺序是一致的。其步骤如下：
(a)停止某台炉两套送粉装置缓冲罐的上旋转给料阀运行，不再向缓冲罐送料；
(b)缓冲罐内料位降至低料位报警值后，让其依靠联锁自动动作停止下旋转给料阀的运行；
(c)关闭运行罗茨风机出口管路的电动蝶阀；
(d)切断运行罗茨风机与备用罗茨风机的联锁回路，将运行的罗茨风机停止运行；
(e)就地关闭该炉系统装置的手动插板，手动检修隔断门。
(2)事故停止
当系统设备在运行当中出现前面La、Le所提及的故障情况时，系统要转入事故停机程序，各台设备顺序停机之间需要延时，停机步骤如下：
(a)停止该炉两套送粉装置的下旋转给料阀运行。
(b)停止该炉两套送粉装置的上旋转给料阀运行。
(c)解列运行及备用风机间的联锁，停止运行的罗茨风机。
三 应用体会
东方热电三厂脱硫PLC控制系统自投运以来，性能可靠，运行平稳，经过2年多运行，从未出现过故障，基本不需要维护。FX2N型PLC小型化、高性能，适合此种环保控制系统的应用改造。随着对供热锅炉环保要求的不断tigao，该系统将拥有良好的开发前景。
PLC在十层电梯控制系统中的应用 ,机器视觉 ,烟草机械
自1889年美国奥梯斯升降机公司推出一部以电动机为动力的升降机以来，电梯在驱动方式上经历了卷筒式驱动、牵引式驱动等历程，逐渐形成了直流电机拖动和交流电机拖动两种不同的拖动方式。如今电梯已成为人们进出高层建筑bukehuoque的代步工具；作为载人工具，人们在运行的平滑性、高速性、准确性、高效性等一系列静、动态性能方面对它提出了更高的要求。由于早期的电梯继电器控制方式存在故障率较高、可靠性差、接线复杂、一旦接收完成不易更改等缺点，需要开发一种安全、高效的控制方式。可编程控制器（PLC）既保留了继电器控制系统的简单易懂、控制精度高、可靠性好、控制程序可随工艺改变、易于与计算机接口、维修方便等诸多高品质性能。PLC在电梯控制领域得到了广泛而深入的应用。
一、电梯控制系统组成
电梯控制系统可分为电力拖动系统和电气控制系统两个主要部分。电力拖动系统主要包括电梯垂直方向主拖动电路和轿箱开关电路。二者均采用易于控制的直流电动机作为拖动动力源。主拖动电路采用PWM调试方式，达到了无级调速的目的。而开关门电路上电机仅需一种速度进行运动。电气控制系统则由众多呼叫按钮、传感器、控制用继电器、指示灯、LED七段数码管和控制部分的核心器件（PLC）等组成。PLC集信号采集、信号输出及逻辑控制于一体，与电梯电力拖动系统一起实现了电梯控制的所有功能。
十层电梯控制系统由呼叫到响应形成一次工作循环，电梯工作过程又可细致分为自检、正常工作、强制工作等三种工作状态。电梯在三种工作状态之间来回切换，构成了完整的电梯工作过程。
（一）电梯的三个工作状态
1．电梯的自检状态
将程序下载到AB公司的MicroLogix1000型PLC后上电，PLC中的程序已开始运行，但因为电梯尚未读入任何数据，也就无法在收到请求信号后通过固化在PLC中的程序作出响应。为满足处于响应呼叫就绪状态这一条件，必须使电梯处于平层状态已知楼层且电梯门处于关闭状态。电梯自检过程的目标为：为先按下启动按钮，再按下恢复正常工作按钮，电梯电梯门处于关闭状态，电梯自动向上运行，经过两个平层点后停止。
2．电梯的正常工作状态
电梯完成一个呼叫响应的步骤如下：
（1）电梯在检测到门厅或轿箱的呼叫信号后将此楼层信号与轿箱所在楼层信号比较，通过选向模块进行运行选向。
（2）电梯通过拖动调速模块驱动直流电机拖动轿箱运动。轿箱运动速度要经过低速转变为中速再转变为高速，并以高速运行至减速点。
（3）当电梯检测到目标层楼层检测点产生的减速点信号时，电梯进入减速状态，由中速变为低速，并以低速运行至平层点停止。
（4）平层后，经过一定延时后开门，直至碰到开关到位行程开关；再经过一定延时后关门，直到碰到关门到位行程开关。电梯控制系统始终实时显示轿箱所在楼层。
3．电梯强制工作状态
当电梯的初始位置需要调整或电梯需要检修时，应设置一种状态使电梯处于该状态时不响应正常的呼叫，并能移动到导轨上、下行极限点间的任意位置。控制台上的消防/检修按钮按下后，使电梯立刻停止原来的运行，按下强迫上行（下行）按钮，电梯上行（下行）；一旦放开该按钮，电梯立刻停止，当处理完毕时可用恢复正常工作按钮来使电梯跳出强制工作状态。
（二）电梯控制系统原理框图
电梯控制系统原理框图如图1所示，主要由轿箱内指令电路、门厅呼叫电路、主拖动电机电路、开关门电路、档层显示电路、按钮记忆灯电路、楼层检测与平层检测传感器及PLC电路等组成的。
（三）电梯控制系统的硬件组成
电梯控制系统的硬件结构如图2所示。包括按钮编码输入电路、楼层传感器检测电路、发光二极管记忆灯电路、PWM控制直流电机无线调速电路、轿箱开关电路、楼层显示电路及一些其它辅助电路等。为减少PLC输入输出点数，采用编码的方式将31个呼叫及指层按钮编码五位二进制码输入PLC。
1．系统输入部分
系统输入部分分为两个部分，一是直接输入到PLC输入口的开关量信号部分，包括：控制台上的启动按钮、恢复正常工作按钮、消防/检修按钮、强迫上行（下行）按钮部分以及开关门行程到位开关。二是按钮编码输入信号部分。本系统为十层电梯系统，在轿箱内的选层按钮和门厅旁的向上、向下呼叫按钮共有28个之多，采用优先编码的方法将31个按钮信号编为五位二进制码。这里采用四片8位优先编码器4532和五个四二输入端或门4072组成32级优先编码器。
2．系统输出部分
系统的输出部分包括发光二极管记忆灯电路、PWM控制调速电路、轿箱开关门电路和七段数码管楼层显示电路等。
在PWM控制直流电机无线调速电路中，PWM产生电路接收来自PLC的八位二进制码，随着码值的改变，其输出的脉冲占空比也相应改变。轿箱开关门电路使用两个继电器、两个行程开关、直流电动机、功率反相器2003等构成控制电路。在七段数码管楼层显示电路中，七段数据管不经专用驱动芯片驱动而由PLC提供特定的二进制码直接输入。
二、系统的软件设计
（一）软件流程
软件流程图如图3和图4所示。
（二）模块化编程
本系统是集选式控制系统，控制比较复杂，适合采用模块化编程方法。要将各个输出信号的属性分类，模块与模块之间的衔接可以用中间寄存位来传递信息。如：门厅呼叫电路和轿箱内指层电路均要求读入按钮呼叫信号，并保持至呼叫被响应完成为止。将门厅呼叫按钮、箱内指层按钮、箱内开关门按钮、报警按钮等通过32级优先编码电路编码后输入PLC，在软件上就形成了读按钮编码电路模块。
系统软件大致分为八个模块：读按钮编码电路模块、楼层检测电路模块、控制七段数码管显示楼层电路模块、电梯选向电路模块和系统非正常工作状态及电机调速拖动电路模块、减速点信号产生电路模块、电梯轿箱开关门电路模块和按钮记忆灯显示电路模块。
楼层检测电路模块主要是读入楼层编码并将该记忆信号存入对应的中间寄存位，直到楼层改变为止。
控制七段数码管显示楼层电路模块主要控制两片七段数码管的显示。
电梯的选向模块主要是完成电梯在响应呼叫时作出的向上运行还是向下运行的判断。该模块有两个对系统来说特别重要的中间量输出，即上行中间寄存位和下行中间寄存位。
系统正正常工作状态及电机调速拖动电路模块将系统初始化过程、强制工作过程及电机调速拖动过程合并为一个模块。
减速点信号产生电路模块完成将减速点信号通知系统的任务。电梯在运行到目标楼层检测点时要进入减速状态，而电梯在运行过程中会碰到很多的楼层检测点，只有到目标楼层的检测点时才会发出减速通知，电梯在经过目标楼层检测点时接到这个信号就开始减速了。
电梯轿箱开关门电路模块和按钮记忆灯显示电路模块是为了便于控制组成的模块，分别控制轿箱的并关门和按钮接过之后需要记忆显示的发光二极管电路。
（三）系统调试
电梯系统为模拟实用旅客电梯系统的教学实验装置。它能实现实际旅客电梯系统的绝大部分功能，包括：门厅召唤功能、轿箱内选层功能、顺向截梯功能、智能呼叫保持功能、电梯自动开关门功能、电梯手动开关门功能、清除无效指令功能、智能初始化功能、消除/检修功能、楼层显示功能和电梯平滑变速功能。
本电梯控制系统已能满足基本的电梯运行要求，但仍有许多需要改进的地方：
1．增加与微机通信的接口，实现联网控制，多台电梯的综合控制由微机完成。
2．优化电梯的选向功能，使之能随客liuliang的变化而改变，达到高效运送乘客的目的。
3．增加出现紧急情况时的电梯处理办法。
4．需输入密码才能乘电梯到达特殊档层功能，且响应该楼层呼叫时不响应其它楼层呼叫。
5．设置电容感应装置，如关门时仍有乘客进出，则轿门未触及人体就能自动重新开门。