基于PLC的锅炉定期排污控制系统设计.docx
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1、基于PLC的锅炉定期排污控制系统设计摘 要锅炉进行定期排污对电厂的效益有着很大的影响,但是又由于定期排污的次数比较多,所以要通过智能化的管理对锅炉进行排污。通过使用PLC可以很简单的实现这一操作。该系统中通过对PLC进行编程将需要控制的电机及阀门编入到程序中,来实现阀门的顺序开启和关闭从而完成对锅炉的排污,所编程序在对运行时发生故障也作出了相应的处理。该系统中使用STEP7软件来设计锅炉排污控制的梯形图。通过在锅炉中投入液位器来对锅炉的液位进行时时监测,以保证锅炉在进行排污时不会发生事故。关键词:锅炉;PLC;排污AbstractThe efficiency of the boiler has
2、 a great influence on the power plant. However, due to the number of regular sewage is more, so the management of the boiler by intelligent sewage. This operation can be achieved by using PLC.The system through for PLC programming will be necessary to control the motor and valve incorporated into th
3、e program, to achieve the sequence valve opening and closing to complete the boiler blowdown, the programmed in the run-time failure has also made the corresponding processing.The system uses STEP7 software to design the ladder diagram of boiler sewage control. By using the liquid level in the boile
4、r to the boiler liquid level monitoring, in order to ensure that the boiler does not occur when the sewage discharge.Key words: boiler;PLC; sewage目录第一章引言41.1 锅炉定期排污的背景及意义41.2 锅炉的发展史及原理4第二章基本原理72.1 锅炉定期排污顺序控制系统简介72.1.1工艺流程82.1.2控制要求122.2 PLC的硬件及软件的发展132.2.1 PLC的基本组成与各部分的作用132.2.2 PLC的发展方向18第三章 控制系统的硬
5、件设计193.1西门子可编程控制器203.1.1可编程控制器的优点203.1.2PLC应用的领域223.2 PLC的选型及模块配置243.2.1 PLC的选型243.2.2 S7-200 PLC 的特点和功能243.3相关器件型号的选取27第四章锅炉控制系统设计294.1 CAD作图工具的使用294.2 STEP 7简介294.3 PLC总的结构功能29第五章 总 结35参考文献36致谢37第一章 引言1.1 锅炉定期排污的背景及意义由于机组容量的逐渐增加,需要观测和检查的测点也越来越多,大型火电机组的见粗点达到了几千个甚至更多,同时还有数百个操作项目。如果让工作人员对其进行管理,会大大的消耗
6、工人的体力,而且还会因为大量的脑力劳动而引起心里紧张,从而引发不必要的损失。当锅炉排污中运用顺序控制后,管理人员只需控制几个甚至一个按钮即可完成所有的操作,这样就可以用最少的步骤来完成对某个设备的全部控制,也包括控制它的启动和停止。它的这一特点使得使得它在生产领域有了很大程度的发展。顺序控制系统现在已经安装在了125/135M的机组上为它带来了很大的便利,顺序控制系统已经成为该行业不可或缺的一部分,它的存在似的机组能够更加安全且经济的运行。尤为突出的是它在125/135M的机组上应用的最多。为了使锅炉的定期排污有更好的效果,就是用了顺序控制系统来进行。在各大电厂中使用的锅炉都必须进行定期的排污
7、这样才能保证锅炉总是在高效的运行来达到最大的利用价值。1.2 锅炉的发展史及原理锅炉的发展:位于18世纪初期的英国已经开始使用的蒸汽机中,当时瓦特生产的第一台蒸汽机也被包含在内,在当时人们给蒸汽机使用的压力是和大气压力相同的。当时间到达了18世纪后期时人们所使用的蒸汽机的压力就已经超过了大气压力。十九世纪时,当时经常使用的蒸汽机的压力已经到达了0.8兆帕左右。为了适应这一变化,由最初的圆筒式蒸汽锅炉改成了圆筒形立式锅炉才满足了对压力的需求,人们当时使用砖来堆砌锅炉的炉体然后在其下方进行加热。 就这样锅炉的体积变得越来越大,由于体积的增加受热面积也随之增加了很多,所以人们就在锅壳中安装火筒,知识
8、只需要在火筒的一端烧火,火筒的另一端就会放出烟气,这种使用砖砌通道对锅炉进行加热的锅炉,就称为火筒锅炉。最初只装设了一个火筒,被叫做单火筒锅炉或康尼许锅炉,到后来的两个火筒,被称为双火筒锅炉或兰开夏锅炉。自从19世纪30年代左右掌握了品质好的钢管有关的生产和胀管技术过后就发明了火管锅炉。其中的一些火管通过嵌入到锅壳中来增加锅炉受热的面积,原理是火在管子中的流动使得锅炉不断的被加热。当锅壳外面装有很多的火管时,就被称为卧式外燃回火管锅炉。优点是对金属的需求量较小但其却需要很多很大的砌体来将其围住。水管锅炉出现在19世纪50年代。由于他的受热面变成了水管从而替换了使用火管和火筒进行加热的锅炉。具有
9、这样的优势后锅炉锅炉所需的压力以及受热面积不会再受锅炉直径的约束,这一举措大大的提升了蒸汽机的效率和蒸汽压力的供给。人们就讲这种圆筒形的锅炉命名为了锅筒,或者称其为汽包。早期时候的使用水管的锅炉只是通过直水管,这样就严重限制了锅炉的压力和容量。汽轮机的产生出现在1950年左右,这种机器所需要的锅炉容量和压力都比较高。只是单纯使用直水管的锅炉是不能支撑他的需要的。由于制造工艺方面和水管方面的不断发展进步,使用弯水管的锅炉渐渐的与世人见面了。在开始的时候人们只是专注于使用多锅炉式。但是慢慢的熟练的应用了水冷壁和过热器,同时也对存在于锅炉内部的气、水分离做出了很大的改变,使用的锅炉越来越少这样不但剩
10、下了很多的金属,同时还增加了锅炉的容量和效率。之前使用的各种锅炉如火管锅炉、水管锅炉和火筒锅炉都是可循环自然利用的,由于水气在管道中上升下降时受热的不同情况,在这个过程中所引发的密度之间的差距而产生了自然流动。在自然锅炉不断向前进步的期间,直流锅炉在二十世纪三十年代的时候开始使用,辅助循环锅炉在四十年代投入使用。强制循环锅炉也叫做强制循环锅炉,该锅炉的发展是基于自然循环锅炉的产生。为了加强受热面内的水循环人们将循环泵安装在了下降管的系统中。直流锅炉在进行加水时是直接通过水泵送入锅炉内部的省煤气中这种锅炉内部是没有炉同的,那些被送往汽轮机的蒸汽是通过水冷壁和过热器的加热后送来的,在进行传送时所遇
11、到的阻力全部都是由供水的水泵来克服的。以上的两种锅炉在第二次世界大战之后都得到了很好的发展机会,在那个时代对锅炉的要求也变的越来越高,让这两种锅炉发展是为了可以通过体积小的管道作受热面,这样的话就可以按照人们的意愿随意的安置受热面。与此同时自动控制的河水处理技术的不断进步给了他发展的方向。当时接近超临界压力的时候,人们可以用来使用的只有一种锅炉那就是直流锅炉,七十年代时实用的容量最大的锅炉能够承受28兆帕的压力同时配有1301兆瓦的发电机组。后来又出现了复合式循环锅炉,该锅炉是通过循环辅助锅炉和直流锅炉组合而成的。锅炉的不断进步发展使得它对燃料的和燃料设备的要求也越来越高。人们为了克服这一难关
12、就生产了各种各样锅炉来适应不同燃料的燃烧特点,这样就提高了锅炉生产的效率。除此之外,早期时人们为了对锅炉进行排污于是就采用固定炉排来减少锅炉中的废弃物,当时使用煤和木柴进行加热的锅炉产生的炉渣都是人工直接清除的。等到直水管风靡一时的时候人们才开始用机械式炉排对锅炉进行排污,借此机会新生的链条炉得到了迅速的发展。位于炉排下的送风也从不分段成长为了分段风。之前实用的锅炉的锅神是位于比较低矮的位置,这就使得这种锅炉不能够完全的利用燃烧所放出的热能。经过人们的不断探索研究后发现了这一缺陷,人们就将炉身升高,还发明了炉拱和二次风,这样就大大增加了燃料燃烧的利用率。发电机组的不断扩张,使得当其功率大于六兆
13、瓦时之前的那些锅炉由于体积太大、结构复杂不能够很好的进行安置于是人们就开始在室内使用锅炉这种锅炉被称为室燃炉,这类锅炉所使用的燃料主要以燃油和煤粉为主。煤粉即将煤磨成粉末后通过鼓风机喷入到锅炉的燃烧炉中,这类物质的燃烧将其产生的热量完全的利用,这一举措是的发电设备的容量不会再受锅炉燃烧的约束。就这样二战之后的电站内的锅炉基本都以室内燃炉为主。当时用于燃烧煤粉的管道使用的是U型火焰。这种结构的煤粉炉使得煤粉在管道内先下降当经过U型弯道后再上升。在后来又出现了能够形成L型火焰的锅炉在它的前墙位置放置着旋流式燃烧器。锅炉容量的不断扩大,人们为了在其周围放置更多的旋流式燃烧器于是就在锅炉的两侧及其前后
14、布置燃烧器。二十世纪三十年代期间出现了一种能够在四角安置燃烧器的直流燃烧器。石油由于爆发的第二次世界大战而变得很便宜,这就加快了燃油锅炉的快速发展,同时使得其在自动化方面有了很大程度的上升。在七十年代的石油价格回升后,煤炭资源又开始被人们所青睐。此时电站锅炉的容量也有了大大的增大,需要的不仅有燃烧设备能完全燃烧,燃烧稳定,锅炉能够稳定的运行,同时还需要降低烟雾中生成的废弃物,为了解决这一问题人们于是就在燃煤的电站锅炉中使用分段燃烧和在低温下燃烧的技术,这样就可以增加空气与煤粉接触的时间从而使得煤粉能够完全燃烧释放出更多的热量,或者通过散开燃烧器来降低炉温,这种方法不仅可以有效的一直一些有害物质
15、的生成,还能减少结渣。沸腾燃烧的方法很实用它是属于一种低温燃烧技术,为了将存在于煤中的硫脱离可以通过在沸腾床上添加石灰石,这样就可以有效的减少硫化物的生成。锅炉的原理:锅炉是一种利用燃料燃烧或者来自其他地方的热能来将水加热至沸腾产生蒸汽的设备。锅炉的组成分为锅和炉两大部分,锅是一种用来将物品在火上加热的一种设备,炉的意思就是用来燃烧燃烧物的地方。使用锅炉时产生的蒸汽或者热水可以被人们直接利用,也可以通过蒸汽所产生的上升的动力进行发电,即将蒸汽中的机械能转化成电能用在更多的地方,这既是蒸汽发电原理。用来为人们的生后提供热水的锅炉被称为热水锅炉,主要是用在生活当中,工业生产中也会有少量应用。用来产
16、生蒸汽的锅炉被称作蒸汽锅炉,同时也被人们称为蒸汽发生器,即常说的锅炉,它是产生蒸汽的主要装置,大多被用于工厂、船坞、机动车和发电企业。第一章 基本原理2.1 锅炉定期排污顺序控制系统简介锅炉定期排污的原因:1、锅炉进行定期的排污主要是为了将水的品质维持在正常的范围内,这样就要使溶于水的那些杂质含量在国家制定的标准下,只要不断的排除水蒸发后残留的盐碱量和沉积在炉底的泥污及不融的物质,这个过程就是锅炉排污。2、排污方式:进行排污的方式只有两种即连续排污和定期排污。连续排污要求的是在锅炉水面附近的含盐碱量较多的位置进行连续不断的排这种排污方法也被叫做表面排污,从而控制炉水中的盐碱量,含硫酸量及一些悬
17、浮于水面的不溶物,进行连续排污的锅炉的管道要求安置在汽包水位下80100mm的位置,定期排污的目标物主要是沉积在炉底的水渣及一些污泥等的沉积物,因此进行排污时所使用的管道要安置在锅炉的底部。进行定期排污时只需要很少的时间就可以完成这就要求操作人员要选在汽包水位偏高、负载较低或者是在低运行状态时进行。进行定期排污的锅炉一般为较小的锅炉。定期排污说明:定期排污使用的排污阀一般安装在联箱的底部,那里由于阴暗潮湿运作环境不是很好,每当需要进行排污时又需要按顺序全部的进行一次排污,若果要求工作人员逐个进行操作的话不仅耗费的时间会很长、劳动强度也很大,因此大部分的锅炉都会采用程序控制方案,在进行定期排污时
18、需要保证汽沿包的水位始终处于正常状态。同时也要注意在进行排污时若是遇到锅炉水位下降或者排污阀出现故障,这时需要马上关闭程序停止排污并保证所有的阀门处于关闭状态。一般在锅炉底部安置8根排污管没跟排污管上设置一个阀门。在排污系统进行时往往是一根一根的进行,排完1根管子之后才可以排下1跟管子,用这样的形式来构建成一整套的锅炉排污控制系统。进行程控指令的机构最好安置在主控制台上或者辅助控制台上,同时为了更好的观测程序运行的效果,最好在控制台上装好能够显示运行状况的信号灯,例如彩色灯,数字牌,用于中断的信号最好装设有报警器。2.1.1工艺流程锅炉排污的工艺流程:首先需要通过流程图表示一下锅炉定期排污的基
19、本流程。现在给大家介绍一下流程图:使用规定的图形及符号来表示算法的图,称作流程图或框图。流程图是能够进行表示信息、观点及部件的一种典型的图形。在企业当中,流程图主要是为了说明某个过程。这个过程不仅可以讲解生产线上的工作过程,而且也可以用来表示一些必要的管理过程。举个例子,一张流程图可以用来介绍某个零件或物品的制作过程,甚至用来表示上级组织决定方案的方式之一。在进行这些工作时每个阶段都需要使用图形进行表示并通过箭头将图形进行连接,箭头的方向即表示了每个阶段的下一步走向。接下来是要去往何处,有上一步的结果决定,其中最常用的做法是通过用“是”或“否”的逻辑分支来决定。它还可以用来显示并掌握某一封闭系
20、统的运行状态。身为检测的工具,它能很好的帮助管理者作出决定,让管理者在头脑中有一个很好的整体结构,鲜明的显示出问题可能出现的地方,从而制定出多种可供选择的行动方案。流程图有的时候也会被称作输入-输出图。这样的图能够直观地描述出一个工作过程的具体步骤。流程图对与准确了解事情进行的情况,以及决定应该如何改进过程极有帮助。这一方法如果用在整个企业上,那么就能直观地跟踪并图解企业的运作方式。流程图通过使用一些标准的符号来代表某些步骤的动作,如策划是用菱形框来表示,具体的活动用方框表示。但是更重要的是,必须能够清楚地描述出整个工作过程的顺序。流程图也是可以用于设计改进工作过程,具体的做法是先计划好事情要
21、去怎样做,然后再将其与实际情况进行比较。流程图所具有的优缺点:.优点:形象并且直观,各个步骤的操作一目了然,不会产生其他不同的意见,又便于大家的理解,同时在算法出现错误时也容易发现,并可以直接转化为程序。缺点:所需要的页码会比较多造成篇幅较多,而且由于在画流程图时是允许使用流程线的,但是流程线过于灵活,不受约束的原因,作图者可以任意的将流程图的线路转向,这样就很容易造成程序修改和阅读上的困难,从而无形中增加了结构化程序设计的难度。制作流程图的软件有很多种,例如Visio、EDraw、Axure以及Word都可以用来制作流程图,下图就是我通过Word来画出的锅炉排污的部分流程图:由于该系统设计时
22、出现的阀门较多所以只做出了3个阀门的动作过程,其余阀门的动作过程基本是一致的。锅炉定期排污的工艺流程如下:按下程控启动按钮打开#0总的排污门开#1排污门进行排污关#1排污门打开#2排污门打开#16排污门排污关#16排污门关#0总的排污门排污结束。在进行排污时会对锅炉的水位造成影响,所以必须保证汽包的水位高于正常运行值时,才能够进行定期排污。如下图所示是#0、#1及#2的程序流程图启动程控中断否?开#0总排污门#2门跳步?开#2排污门否否否是是否是是是否否否否否7s内开到位?7s内开到位?排污(15s)#1门跳步?结束7s内关到位?关#0总排污门7s内关到位?关#2排污门7s内关到位?关#1排污
23、门排污(15s)7s内开到位?开#1排污门 选各门的关门信号2.1.2控制要求锅炉的定期排污被称为间断排污和底部排污。原因在于锅炉的定期排污是需要在锅炉的底部进行,大多数是在锅炉的泥包和联箱等处底部、间断的进行排污而被称为间断排污。进行排污的原因,在于清除锅炉运行后产生的废物例如污泥、不溶物和腐蚀产物等。允许排污门打开的时间按规定要求不能超过30秒。如果排污时间很长,虽然达到了排污的目的,但是排污的同时还排掉了很多水,损失了很多的热能,甚至在严重时还会造成锅炉水循环的破坏。而且若发生水冷壁上升管里面的水倒流,是很危险的现象。当条件较好具有很好的水处理设备时,平常情况下每天只需进行一次排污。在对
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