PLC在除尘设备中的应用Word格式文档下载.docx
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vibratingmotor
1选题背景
1.1项目研究背景及意义
近几年来,各种工业在我国相继建立及发展,我国逐渐被工业化,这固然说明了我国近几十年来在工业建设方面取得了显著成绩,但是随之而产生的工业污染越来越严重,工业生产中的废气烟尘中的微小颗粒成为影响城市能见度以及空气质量的主要因素,而且还给人们的身体健康带来巨大威胁,例如,若长期生活在粉尘弥漫的环境中,导致过多的吸入铅,铜,锌,锰等毒性粉尘,引起全身中毒,而长期接触或吸入含镍的粉尘,则会引起皮肤癌,去年,在我国华北许多地区相继发生雾霾天气,并逐渐波及到华中沿海地区,如安徽,湖南,湖北,浙江,江苏等地发生了大范围雾霾,全国平均雾霾天数达到52年来之最,雾霾天气不仅给城市治安带来不便,而且还极大的困扰了市民的正常生活,因此作为环境污染的罪魁祸首,粉尘逐渐引起的全国人民的普遍关注和重视,世界各国也采取了一些列措施来缓解这种状况,其中之一就是颁布法令条律。
1.2国内外除尘技术发展概况
当今世界,比较普遍的除尘技术主要有机械除尘,湿式除尘,静电除尘,袋式除尘四种。
目前比较主流比较常用的除尘技术是静电除尘和布袋除尘技术。
这两项技术在国外普及的比较早,但由于早期技术落后,除尘器滤袋质量等各项指标远远达不到工业的要求,因此在实际应用中早期的袋式除尘器不能有效地吸收高温高湿度的工业废气,以致经常糊袋,烧袋,大大影响了除尘设备的除尘效率,然而静电除尘技术则受到高温高湿度尾气的影响较小,除尘效率较高,使得静电除尘技术在欧美等西方发达国家占有主导地位。
目前国内所采用的布袋除尘器大部分都是从国外进口来的,所以我国在布袋除尘方面的发展方向主要是国产化,大型化,自动化,研发出自己的高效的布袋除尘设备是很有必要的。
1.3静电除尘与布袋除尘的比较及选择
由于近几年国家对环保的要求越来越高,因此对除尘效率要求也就越来越高,这使得一般的除尘方法(例如:
液体除尘)不能满足要求而逐渐被淘汰出局,目前比较实用且常用的就主要是静电除尘与布袋除尘这两种方法,尽管这两种方法除尘效率都很高,但它们有以下优缺点:
(1)静电除尘
优点:
除尘效率高,可达99%,这也是其他除尘方法望尘莫及的。
实用的温度范围广,温度低至露点温度(即空气中的水蒸气变为露珠时候的温度叫露点温度)或高至金属的极限温度静电除尘都能胜任。
具有低阻的特点,待除尘的气体通过除尘设备除尘后压力损失较小,一般只有100~200pa。
处理烟气量大。
设备需要维护量小。
缺点:
其净化效率易受锅炉工况及负荷变化的影响,使得输出不稳定。
其除尘效率易受粉尘比电阻(例如煤质)的影响,一般对比电阻小于104~105Ω·
cm或大于1010~1011Ω·
cm的粉尘,若不采取一定措施,除尘效率将受到影响。
不具备离线检修功能,一旦设备出现故障,只能停炉检修,这使得除尘效率降低,也不经济。
(2)布袋除尘
除尘效率极高,可达99.99%以上。
附属设备少,投资省,技术要求没有静电除尘器那样高。
袋式除尘器性能稳定可靠,对负荷变化适应性好,运行管理简便,特别适宜捕集细微而干燥的粉尘,所收的干尘便于处理和回收利用。
由于一般布袋除尘器都采用分室结构,并在设计中留有裕量,当故障检修时,可以实现轮换检修而不影响除尘器的正常运行。
能捕集比电阻高,静电除尘难以回收的粉尘。
袋式除尘器适用于净化含有爆炸危险或带有火花的含尘气体.
在处理相对湿度较大的气体时,要注意做好保温措施(以免因结露而造成糊袋)。
对滤袋的材料性能(抗腐蚀性,耐高温性)要求较高,以免损坏滤袋。
压力损失较大,一般为1000~1500pa。
1.4PLC与其他工业控制的比较
1.4.1PLC与传统继电器控制系统的比较
采用继电器控制的系统,往往是针对一定的生产机械和特定的生产工艺而设计的,采用硬接线方式安装,只能实现一些既定逻辑控制功能(例如定时,计数等),而一旦生产机械或工艺发生变化时,就必须重新设计,重新接线,使用不灵活,造成资源浪费。
而采用PLC控制的系统,其各种控制是通过软件程序来实现,当生产机械或工艺发生变化时,只需要改变程序然后改变少量接线端子的接线方式,就可以适应新的生产工艺,灵活性大大提高。
从适应性,灵活性,便捷性以及设计、安装、维护等各方面的比较,PLC控制系统必将取代传统继电器控制系统。
1.4.2PLC与集散控制系统的比较
所谓集散控制系统又称为分散控制系统,它是通过多台计算机分别控制生产过程中多个控制回路,同时又可集中获取数据、集中管理和集中控制的自动控制系统。
它集控制技术,数据采集,过程控制模拟量仪表,过程监控装置于一身,功能比较完善,而PLC则是由继电器控制系统演变而来,主要以数字量的顺序控制为主,随着微电子技术,计算机技术,通信技术的不断发展,PLC新增的数值运算,闭环调节功能,使得运算速度更快,扩大了输入输出规模,并与小型计算机连成网络,实现彼此间通信。
无论怎样,这两种控制技术在不断发展的同时相辅相成,互为补充,因此很多工业控制既可采用PLC也可采用集散控制。
1.4.3PLC与工业控制计算机系统的比较
工业控制计算机,是用于实现工业生产过程控制和管理的计算机,它有以下特点:
总线标准化程度高,兼容性强,软件资源丰富。
但与此同时它要求工作人员有较强的计算机知识和编程能力,而采用PLC控制则降低了这方面的要求,在PLC编程时,可以采用指令表或梯形图形式,并且两者之间可以在相互转换,而且梯形图通俗易懂易于上手。
另一方面PLC采用密封结构,对外界具有更强的抗扰力,工作更稳定可靠。
2PLC的概述
2.1PLC的简述
PLC(ProgrammableLogicalController)即可编程逻辑控制器的简写,它是集逻辑运算,定时,计数等控制功能为一体的控制器件,在PLC问世之前,继电器,接触器控制在工业控制中占主导地位。
由于继电器和接触器控制系统采用固定接线的硬件实现逻辑控制,若生产任务或工艺发生变化,就必须重新设计,改变硬件结构,这样就会造成时间和资金的浪费,而PLC恰恰弥补了这个缺点,具有更强的可移植性,因此PLC在工业控制中逐渐占有自己的一席之地,随着微处理器技术的发展,20世纪70年代末至80年代初,可编程逻辑控制器(PLC)的处理数据的速度大大提高,增加了许多特殊功能,使得可编程逻辑控制器不仅可以进行逻辑控制,而且可以对模拟量进行有效控制。
20世纪80年代以来,随着大规模和超大规模集成电路技术的迅猛发展,以16位和32位微处理器为核心的可编程逻辑控制器也得到迅速发展,其功能越来越强大,这时的PLC具有高速计数,中断技术,PID调节,数据处理和数据通信等功能,从而使PLC的应用范围和应用领域不断扩大。
2.2PLC的组成及其工作原理
2.2.1PLC的结构图
图2.1PLC结构图
2.2.2PLC的工作原理
PLC采用循环扫描的工作方式,其扫描过程如图2.2所示
图2.2扫描过程
通过图2.2可以清晰地看出PLC的扫描过程分为内部处理、通讯操作、输入处理、程序执行、输出处理几个阶段。
全过程扫描一次所需要的时间成为PLC扫描周期。
在内部处理阶段,PLC检查CPU模块的硬件是否正常,复位监视定时器等。
在通信操作服务阶段,PLC与一些智能模块通信,影响编程器键入的命令,更新编程器的显示内容等,当PLC处于停止运行状态(STOP),只执行内部处理和通信操作服务等内容。
在PLC处于运行状态(RUN)时,从内部处理、通信操作、程序输入、程序执行、程序输出,一直循环扫描工作。
循环扫描工作是PLC的一大特点,因此也可以说PLC是串行工作的。
PLC在工作时,全部输入输出状态的改变需要一个扫描周期,所以扫描周期是PLC一个很重要的指标,小型PLC的扫描周期一般为十几毫秒到几十毫秒,PLC扫描时间长短取决于扫描速度以及用户程序的长短,影响I/O滞后的主要原因有输入滤波器的惯性,输出继电器触点的惯性,程序执行的时间,程序设计不当的附加影响。
对用户说,选择了一个PLC,合理的编制程序是缩短影响时间的关键所在。
3布袋除尘器硬件设计
3.1除尘设备的工艺流程
工作原理:
布袋除尘器是通过过滤材料对烟气中的灰尘微粒实施机械拦截进而实现除尘目的。
此时滤料表面慢慢聚集一层粉尘层,这粉尘层可以将微小的粉尘微粒拦截住,起到过滤粉尘的作用,再通过脉冲气体快速反吹布袋使其变形,从而抖落掉附着在滤袋上的粉尘。
图3.1布袋除尘器结构示意图
从上图可以清晰的看出布袋除尘器的结构大致可分为:
进气系统,滤灰系统,清灰系统,排气系统,气路系统,卸灰系统,保护系统等部分,该系统有一个进气口和一个出气口,3个滤室,每个滤室有若干个滤袋,一个进气电磁阀,一个出气电磁阀和若干脉冲电磁阀,这些电磁阀的线圈电压都是DC24V,在每个滤室烟气进入口和出气口之间设有一个压差传感器和温度计(这些传感器的标准值可以设定,压差值设在900pa,而温度设在180℃)当气体压差达到标准值以上时,相应的报警指示灯会亮,提醒工作人员排除故障。
除尘器还设有一个大灰斗,在灰斗上装有一个上限位监测器和一个下限位监测器,当灰斗中的灰尘达到上限位时,系统发出声光报警信号,提示需要及时清灰,当灰尘下降至下限位时停止报警。
含尘气体由除尘器的进气口进入滤室,然后通过烟气分配装置均匀进入滤袋,这一过程就是除尘,气体中的粉尘被滤袋阻挡在滤袋外侧,经过净化后获得的气体从出气口排出,随着除尘过程的不断进行,滤袋外表面的灰尘越积越多,当粉尘多达一定量时,喷吹电磁阀开启,气包中高压气体喷吹到滤袋中,从而将吸附在滤袋外表面的粉尘吹落到灰斗中,然后经过卸灰电机将灰尘输送至指定地点,由于气包中压缩气体喷吹而出,致使周围气压不均匀,形成空气波,使得滤袋在周围气体的冲击下不断抖动,从而更有效的起到清灰效果。
3.2除尘设备的硬件组成及参数
表3-1硬件参数
设备名称
设备数量
设备型号及参数
提升机
3台
PN:
7.5KWUN:
380VIN:
19.8A
卸灰电机
PN:
1.1KWUN:
2.9A
振打电机
0.09KWUN:
2.4A
接触器
9个
CJ20X-20/3(3个),CJ20J-10/3(6个)
PLC
1台
FX2N-48MR
计算机
M33AAG-G1654M1
3.3主接线图设计
图3.3主电路图
图3.3中有9台电动机,其中M1,M2,M3分别为1#滤室的提升机,卸灰电机,振打电机,M4,M5,M6分别为2#滤室的提升机,卸灰电机,振打电机,M7,M8,M9分别为3#滤室的提升机,卸灰电机,振打电机,这些电机的线圈KM1-KM9则由PLC控制,FR为热继电器,QF为断路器,当PLC的相应输出端有输出信号时,相应的线圈得电,触点接通,电机就开始工作,当电路负荷过大或发生短路时QF跳开起保护线路的作用。
3.4PLC的选型
本次设计中涉及到8个状态,即表示除尘器的8种不同的工作状态,每个状态分别有不同的硬件设备在PLC的控制下完成,此外,需设置一个启动/停止开关,一个模拟故障的设置开关,一个故障修复开关,而我们知道PLC的输入输出继电器端口都是八进制的,因此需要12个输入端口和24个输出端口既可,又因为本系统涉及到提升机,卸灰电机,振打电机,需要交流供电,而PLC的供电需要24V的直流电,因此必须选择继电器输出类型的PLC,FX2N系列的PLC种类较多(共17种,见附录的表3-3),而且恰好满足AC电源,DC输入的要求,所以初步定为FX2N系列,从可编程逻辑控制器原理及应用(第二版)表3-6中可以看出FX2N-48MR型PLC满足要求,其输入输出点数均为24位,且扩展模块可用点数48~120位,满足要求。
3.5PLC端口分配
表3-2PLC的I/O口分配
X0
启动/停止
Y6
1#物料输出指示灯
X1
1#故障/故障清除
Y7
1#除尘完毕指示灯
X2
2#故障/故障清除
Y10
2#物料输入指示灯
X3
3#故障/故障清除
Y11
2#除尘指示灯
X4
自动/手动切换
Y12
2#清灰指示灯
X5
手动输入物料
Y13
2#灰尘输出指示灯
X6
手动除尘
Y14
2#检漏指示灯
X7
手动清灰
Y15
2#故障报警指示灯
X10
手动检漏
Y16
2#物料输出指示灯
X11
手动输出灰尘
Y17
2#除尘完毕指示灯
X12
手动输出物料
Y20
3#物料输入指示灯
X13
手动复位
Y21
3#除尘指示灯
Y0
1#物料输入指示灯
Y22
3#清灰指示灯
Y1
1#除尘指示灯
Y23
3#灰尘输出指示灯
Y2
1#清灰指示灯
Y24
3#检漏指示灯
Y3
1#灰尘输出指示灯
Y25
3#故障报警指示灯
Y4
1#检漏指示灯
Y26
3#物料输出指示灯
Y5
1#故障报警指示灯
Y27
3#除尘完毕指示灯
3.6PLC的I/O接线图
图3.2PLC的I/O接口图
4除尘设备的软件设计
4.1PLC控制除尘设备的方案设计
振打
Y
N
图4.1PLC控制除尘设备工作流程图
工作原理简介:
(1)自动除尘模式:
首先按下开始开关X0,斗式提升机开始将待除尘的物料(气体)输送到除尘器除尘舱Y0(Y10,Y20,)亮,并且T0(T6,T12)开始计时(10S),当T0(T6,T12)计时结束时,除尘器抽风机开始工作对待除尘物料除尘Y1(Y11,Y21)指示灯亮,T1(T7,T13)开始计时(10S),此时Y0(Y10,Y20)熄灭,当T1(T7,T13)计时结束时,Y1(Y11,Y21)灯灭,此时除尘器工作分两部分,一部分是检测除尘后的洁净物料中大颗粒粉尘浓度,若浓度大于设定值则报警灯Y5(Y15,Y25)亮,提醒工作人员及时排除故障(修复破损滤袋),若小于设定标准,则Y6(Y16,Y26)指示灯亮,开始输出洁净物料,并且T5(T11,T17)开始计时(5S),另一部分则是除尘后的粉尘经过振打电机振打落入灰斗(振打另一目的是为了防止大颗粒粉尘堆积过多而阻塞灰斗),此时指示灯Y2(Y12,Y22)亮,且T2(T8,T14)开始计时,T2(T8,T14)计时结束后,Y2(Y12,Y22)灭,指示灯Y3(Y13,Y23)亮,表示此时正在将出去的灰尘经过抽气泵送到指定地点,且T3(T9,T15)开始计时,T3(T9,T15)计时3S后Y3(Y13,Y23)灭,至此整个除尘过程结束。
(2)该系统还可以实现手动操作,首先按下X0,再按下X4,系统即进入了手动除尘模式,依次按下X5,X6,X7,X10,X11,X12,X13即可依次实现物料输入→进入除尘器除尘→振打清灰→检漏→物料输出或报警→灰尘处理→结束的功能。
4.2PLC程序编写
本系统可以实现自动和手动两种除尘方式:
4.2.1自动除尘程序设计
由上面的系统工作流程图可以看出,这个系统主要包含七个方面:
物料输入→进入除尘器除尘→振打清灰→检漏→物料输出或报警→灰尘处理→结束。
这七个步骤有的是顺序进行,有的则是并列运行,相关的程序如下:
(1)物料输入
这个过程是除尘的第一步,当按下除尘器的启动开关,提升机开始工作向除尘器除尘室输送待除尘物料,此时输送物料的指示灯亮起,10秒后指示灯灭,表示物料输送完毕,为了实现这一过程,在编程时,设置了启动开关X0(供启动提升机用),定时器T0(T6,T12)为物料输送时间计时,设置成10秒,指示灯Y0(Y10,Y20)表示输送状态,亮起时,输送正在进行,灯灭表示输送完毕,具体梯形图如图4.2所示:
图4.2输入物料
(2)进入除尘器除尘
当物料输送到除尘器除尘舱后,下一步就是要对物料除尘了,指示灯Y0(Y10,Y20)灭的瞬间卸灰电机启动,相关指示灯亮,除尘10秒后,指示灯熄灭,除尘步骤结束,指示灯Y1(Y11,Y21)亮表示除尘正在进行,同时计时器T1(T7,T13)开始为除尘过程计时10秒,10秒后指示灯Y1(Y11,Y21)灭,除尘完毕,相关梯形图设计如图4.3所示:
图4.3除尘
(3)振打清灰
经过除尘后,就需要同时进行一下两部操作了:
a:
对卸下的灰尘的处理
b:
对除尘后的物料进行检测
除尘指示灯灭后,卸灰电机立即停止工作,转而振打电机投入运行,开始振打除尘器表面的粉尘,使其不至于堆积过多而堵塞灰斗,这个过程5秒,用指示灯Y2(Y12,Y22)的亮灭表示振打清灰的状态,Y2(Y12,Y22)亮时表示正在振打清灰,Y2(Y12,Y22)灭时振打清灰结束,定时器T2(T8,T14)为这个过程计时5秒,相关梯形图设计如图4.4所示:
图4.4振打清灰
(4)检漏
检漏这一过程其实是和上面的振打清灰同时进行的,是通过对除尘后的物料中大颗粒粉尘浓度的实时监测来判断除尘器是否出现破漏现象,若除尘器没有破漏,则正常进行下一步输出物料,否则发出报警信号,提醒工作人员及时发现并排除故障。
这个过程设定2秒钟,用定时器T4(T10,T16)计时,用指示灯Y4(Y14,Y24)的状态表示检
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