可编程控制器应用于电厂中的锅炉定期排污顺序控制系统(I)

前 言

随着多年科学技术的迅猛发展，可编程控制器以其可靠性极高，能经受恶劣环境的考验，使用极方便的巨大优越性，迅速占领工业领域，成为工业自动控制的首选产品。当前，我国广大工矿企业中与技术改造相配合，正在兴起广泛应用可编程控制器的热潮。

本设计就是将可编程控制器应用于电厂中的锅炉定期排污顺序控制系统，利用可编程控制器来实现锅炉定期排污的自动流程，大大改善了排污的劳动条件并提高了工作效率。本设计采用的是日本OMRON公司的CQMI可编程控制器，梯形图调试成功后，又利用Intouch组态软件作出监控画面，对整个系统接着计算机上监控与操作。充分体现了PLC把自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体的特点。

在李琪老师的悉心指导下，我们基本实现了锅炉定期排污的顺序控制。在此向李老师表示感谢。由于水平有限、时间有限，不足之处请批评指正。

FOREWORD

Within many years, with the faster develop of science and technology. Programmable logic controller captured rapidly the field of auto controller by the high reliability, advantage of convenient using and it can undergo experience all sorts of trials in the odious environment. Now,PLC became the first product of auto controller. The wide application of PLC in technique in designing will improve the technology coordinate.

The design adopted PLC to control regular drainage of boiler in the electric power plant. We used PLC realizing auto technological process of the system for improving work condition and work efficiency.

The design adopted the CQM1 PLC of OMRON Company. After adjusting success, We made out the besel with software of Intouch and controlled the system by the computer. It embodies full the character in the automation technology, computer technology and signal technology of PLC. With guiding teacher`s helping,weachieved the desired results.

Because the time is hurriedly, the questions that were left will be solved in the future. Here, we are grateful to our guiding teacher. Please criticize And correct in the insurfficient.

第一章 可编程控制器

可编程控制器（programmable logic controller,简称PC或PLC）,是近年来发展起来的一种用途广泛的工业自动化控制设备。1978年美国NEMA(电气制造商协会)下过定义：PLC是一种数字式电子设备，它是应用计算机技术，以继电器控制技术为基础而发展起来的一种新型控制装置。PLC将对自动控制领域的各行各业起着越来越大的作用。

1-1 PLC的发展过程与特点

1969年，DEC公司研制出世界上第一台可编程序逻辑控制器，当时称为PLC。随着微电子技术的发展，70年代出现了微处理器和微型计算机，并将其应用于PLC中，使计算机功能得到更好发挥。同时在编程技术方面，自从采用了梯形图编程语言后，由于编程技术通俗、易懂，更为广大技术人员所接受。在机械自动化方面获得广泛的应用。

目前国外生产的PLC在设计中已全面采用了微型电子计算机技术。此外，PLC技术的发展过程中，特别把控制器的可靠性和安全性放在首位。在供电电源临时中断时，不会打乱用户设备的运行方式，不丢失必要的运行数据，并在电源恢复之后能自动从中断工况开始恢复正常运转，从而防止因工况混乱而导致用户设备损坏或可能造成的生产事故。

从PLC的诞生及发展过程来看，有两点值得人们注意：其一是PLC继承了传统的继电器控制系统；其二是应用了微型计算机技术，近期PLC的中央处理器全部采用了微处理器。

由此我们不难看出其特点：

（1）可靠性高，抗干扰能力强。可靠性是用户的首要要求，由于PLC采用软件程序替代继电器的硬线连接逻辑没有磨损，可靠性大大提高，其平均无故障时间都大大超过IEC规定的10万小时。而且规模较大、要求较高的系统还可以采用多机冗余系统或表决系统，再进一步提靠系统的可靠性。同时采用多层次抗干扰措施，可在恶劣环境下工作。

（2）编程方便，易于使用。PLC的编程可采用与继电器电路极为相似的梯型图语言，直观易懂，深受现场电气技术人员的欢迎。近年来又发展了面向对象的顺序控制流程图语言（sequential Function Chart）,使编程更简单方便。

（3）控制功能极强。除基本的逻辑控制、定时、计数、算术运算等功能外，配合特殊功能模块还可以实现点位控制、PID运算、过程控制、数字控制等功能，为方便工厂管理又可以与上位机通信，通过远程模块可以控制远方设备。因此，PLC几乎是全能的工业控制计算机。

（4）体积小、重量轻、功耗底。由于PLC是将微电子技术应用于工业控制的新型产品，因而PLC的结构紧凑、坚固，体积小，重量轻，功耗底，很容易装入机械设备内部，是实现机电一体化的较理想的设备。

（5）扩展及与外部连接极为方便。

由于具有上述特点，故PLC的应用范围极其广泛。可以说只要有工厂，有控制要求，就会应用PLC.

1-2 PLC的组成和工作原理

可编程序控制器的型号很多，各种型号的差别也很大，目前几乎都采用模块化结构，下面以电厂应用较多的可编程控制器为例进行说明。

1．PLC的结构

PLC由主机和编程器两大部分组成（见图1-1），主机部分包括电源、存储器、I\\O模块，编程器部分包括CRT显示器、键盘、磁带机、打印机等。

输入模块是PLC与现场控制设备的输入通道，现场控制信号可以是按扭开关、行程开关以及其他一些传感器输入的开关量或模拟量（要通过A\\d转换进入机内）这些信号通过输入模块输入PLC。输入模块一般由光电藕合电路和微处理器接口电路组成。

输入模块是PLC与现场被控设备的输出通道，是向现场的执行部件输出相应的控制信号。现场的执行部件包括电磁阀、继电器、接触器、电热器、电动机等。输出模块一般由微处理器输出接口电路、功率放大电路和光电藕合电路等组成。

2．PLC的工作原理

PLC按系统程序所赋予的功能，接受并存储从编程器键入的用户程序和数据，用扫描方式接受各现场收入设备的状态和数值，存入状态表或数据寄存器诊断电源及PLC内部电路工作状态和编程中的语法错误。PLC进入运行状态后，从存储器逐条读取用户程序，通过解码后，按指令规定的任务产生相应的控制信号，

经逻辑运算或算术运算后，根据运算结果，更新有关标志位的状态、输出状态表或数据寄存器的内容，实现输出控制、显示、打印和通信等功能。

PLC的工作原理，就是在某系统软件的控制下，按照用户编写的梯形图网络的顺序号，从1号网络开始，逐一解读，直到最后一个网络为止。然后又从1号网络开始解读如此周而复始的工作。称为“扫描”。扫描时间由编制程序的总量和程序内容所决定，即拥护程序越多，则扫描时间越长。

解读程序逻辑的过程可分为三步执行：①读入输入信号，该信号的状态一直保持到下一个扫描周期，再读入新的信号为止。②解读用户逻辑根据输入状态、有关数据和线圈接点等解读用户程序。③写出并把解读程序逻辑的结果，送入输出存储缓冲区，再通过输出模块送给现场的有关设备。

主机的主要工作就是扫描，反复的进行解、读、写。

1-3 梯形图编程

一．梯形图编程

梯形图由一条位于左侧的竖直向下的线和一些向左的分支线组成。左侧的线称为母线（BUS BAR）；分支线称为指令行或梯级。沿着指令行，布置着指向右侧的其他指令的条件。这些条件的逻辑组合决定了右侧的指令何时、如何执行。

指令行可以分支开来，也可以合并回去。竖直线称为条件，没有斜线与它们相交的条件称为常开条件，对应于LOAD，AND或OR指令。有斜线与它们相交的条件称为常闭条件，对应于LOAD NOT，AND NOT或OR NOT指令。各个条件上面的数字表明指令的操作位。各个条件的相应位的状态决定了下面指令的执行条件。对应于条件的各个指令的操作方法在下面说明。在我们考虑这些之前，有些基本术语必须解释。

二．梯形图指令

梯形图指令是与梯形图上的条件相对应的指令。梯形图指令可以单独地或与下面将要介绍的逻辑块相结合构成执行条件，所有其它指令的执行的基础。 *LOAD或LOAD NOT

在梯形图起始任一逻辑块的第一个条件为LOAD或LOAD NOT指令。每

个指令需要一行助记符。 *AND和AND NOT

当与同一指令行上串联两个或更多条件时，第一个条件对应为LOAD或LOAD NOT指令；其余的条件对应为AND或AND NOT指令。 *OR或OR NOT指令

当与同一指令行上并联两个或更多条件时，第一个条件对应为LOAD或LOAD NOT指令；其余的条件对应为OR或OR NOT指令。 *组合AND和OR指令

当AND和OR指令组合更复杂的梯形图时，它们有时可以分别单独考虑，每个指令将执行条件与操作位状态进行逻辑运算。 *OUT PUT和OUTPUT NOT

输出组合执行条件结果的最简单的方法是直接用OUT PUT和OUTPUT NOT指令，这些指令按相应的执行条件控制指定操作位的状态。 *END指令

完成一个简单程序所需的最后一条指令我END指令。当CPU扫描程序时，它执行所有的指令，直到第一个END指令，然后返回到程序的起始处再次开始执行程序。虽然END指令可以放到程序任一点（当调试时有时会这样做），但是END指令后面的指令将不会执行，直到END指令移去。 *SET（置位）RESET（复位）

SET和RESET指令与OUTPUT和OUTPUT NOT指令很相似，除了它们只在ON执行条件下改变它们的操作位状态。当执行条件为OFF时，这两条指令都不影响其操作位的状态。

当执行条件变为ON时，SET将把操作位变为ON，但是不象OUTPUT指令，当执行条件变为OFF时，SET并不把操作位变为OFF。当执行条件变为ON时，RESET将把操作位变为OFF，但是不象OUTPUT NOT指令，当执行条件变为OFF时，RESET并不把操作位变为ON。 *定时器-----TIM

每个TC编号只能在一个定时器或计数器指令中作为定义符使用。如果TIMH（15）需要使用TC000~TC015，在TIM就不应使用TC000~TC015。

当它的执行条件为ON时，定时器被启动；当执行条件为OFF时，它被复位。一旦被启动，定时器从设定值以0.1秒为单位记数。

如果TIM执行条件保持为ON有足够的时间，直到时间值降到零。所使用的TC编号的完成标志将转为ON，并保持ON直到TIM复位。

1-4调试过程

在调试过程中PC一般出现以下几种错误： 1． 程序输入错误

这些错误在输入一程序时或在着手为PC运行作准备的时候发生。 2．编程错误

这些错误会在用程序检查并对程序进行检查时发生。 3．用户定义错误

用户可用来定义其自身错误或信息的指令有三条。这些操作指令会在发生特定条件（由用户定义）时执行。 4．

4.操作错误

这些错误在程序开始执行后发生。其又可分为： 1)非严重操作错误

PC操作和程序执行在发生一个或几个这种错误后仍连续进行。 2)严重错误

任一个这种错误发生时，PC操作和程序执行会停止进行，且PC的所有输出都会变为OFF。

注：除上述这个错误外，当PC是上述链接系统的组成部分时还可能发生通信错误.

第二章PLC的应用设计

顺控系统涉及到电场各个范围，包括输煤系统、锅炉燃烧系统、汽轮发电机系统和化学水处理系统等。本章主要以锅炉排污系统为例说明顺控系统。

2-1锅炉定期排污系统及其概况

我们知道随着气泡中的水不断蒸发，炉水的含盐量逐渐增高。当炉水含盐量超过临界值是，飞溅的炉水容易被蒸汽大量带走，这将会导致：（1）从而使输出蒸汽的热含减小、蒸汽品质下降。（2）对于装有过热器的锅炉，蒸汽带的水进入过热器，在蒸+干过程中其溶解的盐分就沉积在过热器的内壁上，恶化过热器的传热能力，提高过热器金属壁温，严重的会发生爆管事故。

所以必须保持炉水的浓度，而要保持其浓度最常用的方法就是定期排污。

汽包锅炉定期排污系统的阀门较多，特别是对容量大的锅炉，排污阀门更多。通常一台蒸发量为400|h的锅炉要装设17~19个排污阀门。排污阀门一般安装在锅底联箱附近，环境条件恶劣，粉尘大，温度高。定期排污阀门是需要经常操作的。在一般情况下没八小时左右就需要全部操作一遍。当锅炉水质较差时，特别是在锅炉启动过程中，锅炉定期排污系统的操作就会更加繁琐。可见人工操作定期排污系统时的劳动强度是相当大的。因此，不少电长都已使用顺序控制器进行锅炉定期排污系统的自动控制。大大改善了排污的劳动条件并提高了工作效率。 锅炉定期排污的管道系统如上图所示。

从图中管道系统可以看出，每段下联都有一个联箱排污门1-16。当联箱排污门开启后，下联箱中的水就可以通过环行母管和总排污门0排走。因此，在锅炉定期排污时应先将总排污门0开启，然后顺序开启每个联箱排污门1-16，一定时间后再重新关闭阀门。

通过从上分析可知：锅炉定期排污系统明显属于按动作先后顺序进行控制的系统，故因采用顺序控制设计方案。

2-2定期排污顺序控制

为了避免由于进行定期排污而影响汽包水位，必须在汽包水位高于正常运行值时才允许进行定期排污，而且要求在进行定期排污过程中，如果遇到汽包水位或排污门故障等情况，必须立即停止进行排污并将所有排污门关闭。锅炉定期排污的操作流程如图示。

从图中流程可以看出，①采用联动控制排污门是相当困难的。因为从操

作流程来看，没个联箱排污门的开启条件应为前一联箱门的关闭状态，而前一个联箱排污门的原始状态均为关闭状态。因此，当合通电源后，所有的排污门均将同时开启。这显然是不符合定期排污的操作规律的。此外，当任何一个排污门发生故障时，必须关闭所有已开启和正在开启的阀门，这一要求也是很难采用连锁条件来实现的。②应选用CUMI可编程序控制器。③目前，在锅炉定期排污系统中使用的最广泛的顺序控制器就是由电磁继电器组成的固定接线式顺序控制器，它已在电厂的生产实践中取得了实效。

由继电器组成的固定式定期排污控制器具有如下特点： 1．

使用步进式电路

定期排污系统的操作流程虽然简单，但使用基本逻辑式接线却较困难。这主要是由于阀门的动作条件较特殊。对于每一个排污门来说，它们的开启条件应该是总排污门后和某一个排污门全开后再全开。这一动作条件的较难获得，

因此使用了步进式电路。使用步进式电路时每个排污门的开启条件仅为满足该顺序步的转移条件；任何非相邻的顺序步之间不发生关系，使得带内陆可以简单，某些电路元件可以反复使用。

2．使用三个按钮控制

顺序控制器在接到启动按钮的指令后即能自动完成全部排污操作。在必要时 可以通过中断按钮停止顺序，顺序中断后必须按复位按钮，使顺序控制器恢复原始状态。 3．

显示工况的信号灯

顺序控制器的电路中，考虑了在就地和控制盘上的显示顺序控制器或每个阀门工作情况的工况用三个信号显示。绿色信号灯表示顺序控制器处于备用状态，红色信号灯表示顺序控制器正在正常工作，黄色信号灯表示顺序控制器处于中断状态。

4．可以进行有选择的排污

顺序控制器的电路中设置了每个阀门的选择开关。使用这些开关可以将不需要操作的阀门切除，因而可以实现对某个联箱选择性排污。 1．

故障处理功能

顺序控制器正常工作时，如果出现气泡水位过低或排污阀门故障等异常情

况，控制器都能自动中断顺序并发出报警。顺序中断时，还能将所有已开启或正在开启的阀门自动关闭。

2-3锅炉定期排污用顺序控制器电路

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