西门子6ES7241-1AA22-0XA0库存优势

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4.1阴、阳极振打的控制

电除尘器的阴、阳极振打都是由电机通过传动轴将动力传给阴、阳极振打机构，使阴极线、阳极板上的积灰振落到灰斗中。plc系统通过控制器中的时间继电器控制阴、阳极振打电机按照一定的时间规律相互配合运行，并根据振打电机对应的接触器和热继电器的返回信号对电机状态进行监控和保护。阴、阳极振打的一般控制规律为：一电场的阴、阳极振打周期较短，以后的各个电场振打周期逐渐加长，具体时间需根据电除尘器刚投产时的测试情况及工艺参数进行确定；以24小时为总振打周期，夜间运行周期要比白天运行[3]；阴、阳极振打相互配合运行，但振打周期各自独立计算，阳极振打要比阴极运行时间长、强度大；振打反馈信号只起状态监视和保护作用，不加入周期运行控制当中；为节约能源，振打运行反馈信号与高压整流供电设备有联锁，当大量振打运行时，高压整流供电设备低电压运行或停止，以实现降压振打，此方式可节约大量能源。

4.2绝缘子保温梁电加热器的控制

plc系统通过绝缘子保温梁内温度检测设备检测到的温度返回信号对电加热器进行控制，以防止保温梁内温度低于露点温度，阴极绝缘子表面结露，使绝缘子表面产生爬电或沿面放电，以致电除尘器工作电压无法升上去，除尘器无法正常工作。本系统电加热器共有两路电源，可实现高、低两种功率加热，当保温梁内温度接近露点温度时，plc控制电加热器两路全部加热，尽快提高保温梁温度；当温度在露点温度以上未到设定温度时，单路加热器加热保持温度缓慢上升；当温度**设定温度值时，停止加热。plc系统还可根据接触器和热继电器返回信号对电加热器状态进行监控和保护。

 到目前为止，电除尘器已经是电力、冶金、建材、化工等众多行业除尘设备的可以选择。电除尘器的结构、性能和控制方式等也日臻完善，plc控制在电除尘系统各部分的控制中都有不同程度的应用，作用**。

1 引言

自1907年*一台电除尘器成功地用于工业生产以来，电除尘器以其除尘效、阻力损失少、处理烟气量大、能处理高温烟气和腐蚀性烟气、日常运行费用低等众多优点，使用领域不断扩大。到目前为止，电除尘器已经是电力、冶金、建材、化工等众多行业除尘设备的可以选择。电除尘器的结构、性能和控制方式等也日臻完善，plc控制在电除尘系统各部分的控制中都有不同程度的应用，作用**。

2 电除尘系统工艺流程及基本原理

电除尘器是在两个曲率半径相差较大的金属收尘较（阳极）和电晕较（阴极）上通过高压直流电，并维持一个足以使含尘气体（指一般的含尘烟气，不含腐蚀性和剧毒）电离的静电场（见图1）。含尘气体在静电场中电离后所生成的电子、阴离子和阳离子吸附在通过电场的粉尘上，而使粉尘获得电荷自身带电。荷电粉尘在电场力的作用下向电极性相反的电极（收尘较和电晕较）运行而沉积在电极上，从而达到粉尘和气体分离的目的。当沉积在电极上的粉尘达到一定厚度时，借助于收尘较、电晕较振打机构使粉尘落入下部的灰斗中，再经过卸灰输灰系统将粉尘排出，而净化后的气体从电除尘器出口处排入大气中。

以济钢炼铁厂400m2烧结机机头电除尘系统为例，整套400m2烧结机机头电除尘自动控制系统由2台ablogix50001756-l55plc和2台上位机组成，其中1台ablogix5000plc设置了1台远程i/o站，2台上位机分别用于操作员站和工程师站 在锅炉总系统中两套系统为上下级关联设备，因此可将两套系统合二为一。在整合之后有利于实现设备的联动和兼容性。以下以乐山科尔碱业有限公司的锅炉炉后除渣系统改造为例进行实例分析

二）可编程控制器选型

锅炉每重新点一次火的花费在8000-20000元人民币之间。为**锅炉安全、顺利运行因此对可编程控制器的稳定性格外严格，所以在可编程控制器的选型上优先考虑**。

国外**品牌有德国西门子Siemens、罗克韦尔（AB）三菱（mitsubishi）光洋（Koyo） 欧姆龙（OMRON） （modicon）LS产电 GE Fanuc松下电工（nais）等。其中具有代表性型的是国外：西门子 三菱（mitsubishi）

在该项目中优先选用西门子品牌。西门子PLC包含了S7200系列、S7 300系列、S7 400系列，根据对该项目的功能分析综合考虑得出选用S7 200系列中的S7 224CPU性价比较高。

S7 224CPU性能简介：主要性能：集成14输入/10输出共24个数字量I/O点，2输入/1输出共3个模拟量I/O点，可连接7个扩展模块，较大扩展至168路数字量I/O点或38路模拟量I/O点；

其他性能：20K字节程序和数据存储空间，6个独立的高速计数器（100KHz），2个100KHz的高速脉冲输出，2个RS485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力；

特点：本机还新增多种功能，如内置模拟量I/O，位控特性，自整定PID功能，线性斜坡脉冲指令，诊断LED，数据记录及配方功能等。是具有模拟量I/O和强大控制能力的新型CPU。

三）扩展模块选型

1数字量和模拟量扩展模块将根据设备需要的点数来确定。

2与上位机的通信将选用EM277网络模块。

四）CPU的通信

1与触摸屏的通信方式采用RS485串口通信

2与上位机的通信通过M277网络模块以工业以太网通信。也可通过EM277接入光纤收发器内再通过光纤与上位机通信。

五总结

一）技术总结

1通过采用PLC控制的方式解决了两套系统兼容性和连锁效果不理想的情况大大**了锅炉的安全运行。

2PLC与变频器采用了RS485串口通信使得变频器在采用PID控制是有了更好的通信方式，实现了变频器的自动调节功能。

3PLC通过工业以太网与上位机通信也大大的提高了系统的可靠性和稳定性。此外在操作方式上也采用触摸屏操作，减少了开关连接线避免了因开关和线路上引起的操作问题，并且美化了控制柜让操作更为直观。

二）经济总结

该项目未改造前，此岗位由6个操作工进行三班工作制。根据乐山科尔碱业有限公司提供的数据显示，在该给上的员工工作为1480元/月/人。由此可得在该岗位上每年的总耗资为1480×6×12=106560元。

PLC供应商报价下：表2

由此可见，在采用PLC后一年内可收回成本。对于使用单位而言不仅提高了锅炉运行的安全性，而且降低了运营成本，节约了人力资源。由此可见PLC在锅炉的炉后冷却和除渣系统的应用是有效、可行的。围绕着锅炉主体，为主体服务的辅助设备还很多且都是由多个设备厂商提供。根据此案例的分析结论可知，在锅炉辅机上应用PLC来改善各辅助系统是有效、可行的

一、WWT微机调速器的数学模型

1.1控制规律的选择

水轮机调节设备是通过调节导水机构的开度来调节水轮机的流量及其流态的，这种调节需很大的推力，所以调速器的执行机构采用一级放大或二级放大的油压装置，从而利用其推力推动接力器来实现。

从自动控制原理的角度上讲，控制水轮机流量存在着水轮惯性，对调节系统的动态稳定和响应特性带来不利影响，水轮调速系统是一个复杂的、多变的、非线性的控制系统。

1.2 WWT型PLC微机调速器的控制过程

水轮机调速器由测量元件、放大校正元件、给定元件、执行机构、反馈元件等组成，发电机组作为构成闭环控制系统。它的控制过程是测量元件把机组转速n(频率)或其他被调参数测量出来，与给定信号和反馈信号综合后，经放大校正元件去控制水轮机组，同时反馈元件又把导叶开度变化的信号返回给加法器。

1.3 PID调节的控制算法

上面说到水轮调节系统是一个复杂的控制系统，因此选择合适的控制规律是一个号的控制系统的关键因素之一。在设计WWT型微机调速器时我们选择了PID调节规律，它的结构简单，并且提高控制系统的稳定性和可靠性。

PID控制规律在实际中是由PLC的 软件程序来实现的，PID的输入为测量的频差，其运算结果YPID为对应的导叶开度Y的数字量，YPID送入交流伺服电机驱动器，以控制电机的运转位置，电机的转动位置通过电液转换器对应导叶接力器的开到对应的开度Y。

为实现有差调节，调差的反馈信号可取自位置环控制式PID运算结果，并与 功率给定信号的数字调节量相减，然后经Bp后与频差信号综合，改综号送入PID调节通道。

用PLC程序来实现则必须进行PID调节计算，而采样周期t式离散计算过程中较为重要的量。WWT型微机调速器是以种借助程序实现调节和控制功能的数字电子装置，它是以巡回扫描的或定时处理的原理工作的。PLC完整的执行一次可编程器系统、用户程序所占用的 时间为采样周期。

二、WWT微机调速器的数学控制方案的设计

2.1 WWT型PLC微机调速器系统原理

由交流伺服电机(位置环)及滚珠螺旋自动复中装置构成电液转换器，由定位环控制PLC微机调节器的定位模块，根据PID调节器输出YPID与主接力器反馈(通道3-1)yf的差值，向交流伺服电机驱动器送出与此差值成比例的有方向的定位信号N，交流伺服电机同轴的旋转编码器将实际转角(位移)y1以脉冲数的形式Nf送回驱动器，从而形成了以Ty1(交流伺服机构反应时间常数)为特征参数的小闭环。在调速器稳定状态(静态)，y1使主配压阀处于中间平衡位置。

在调速器电气部分的控制核心的PLC系统包括CPU模块，数字量输入模块，数字量输出模块，模拟量输入模块，定位模块、触摸屏等。PLC系统采集现场数据，进行PID运算及状态控制，输出控制信号。

PLC调节器现场信息，对信息进行分析、运算得出控制信号，再以一定的方式实现对执行机构的控制。PLC调节器的主要功能如下：

(1)现场数据采集功能

以足够的精度及满足要求的采样时间采集现场模拟量信号，如：机组频率值、电网频率值、导叶开度反馈、桨叶角度反馈、实际功率反馈、机组水头信号等，为保控制精度及调速器的速动性，模拟量采集的精度及采样周期必须达到一定要求，我们研制的PLC调节器频率信号测量精度为<0.002Hz，其它模拟量的测量精度为12位，足以满足国标中转速死区<0.02%的要求;采样周期为80µs，足以满足国标中不动时间<0.2s的要求;

以足够的刷新时间及可靠性采集现场开关量信号，如：开机令、停机令、油开关信号、调相信号、控制室操作指令、现地操作指令等。由于PLC是专为工业现场控制而设计的CPU，在开关量采集方面较其方便、可靠，具有光电隔离，自动防抖功能，刷新时间约为30 μs。

(2)自动调节与控制功能

频率调节与频率跟踪：在频率调节模式下运行时，实现机组频率的调整。在空载工况下，可实现对电网频率的跟踪和相位的控制，能实现快速并网;

开度调节与水位控制：在开度调节模式下运行时，可实现按水位控制机组出力，即根据上游水位控制机组出力并保持在某恒定值下运行;

功率调节与功率模式：在功率调节模式下运行时，将接入机组输出功率反馈信号，机组将根据负荷给定值调整出力;

三、 PLC微机调速器控制设备的选型

3.1可编程控制器

3.1.1 PLC主模块FX2N-64MT(32点输入，32点输出)

FX2N-64MT是由电源、CPU、存储器和数字量输入/输出器件组成的单元型可编程控制器;由交流220V电源供电，模块还提供内装DC24V电源作为输入传感器的辅助电源。它带有通讯模块FX2N-485-BD，传送规格为RS485/RS422，能与上位机通讯。

3.1.2模拟量输入模块FX2N-4AD

FX2N-4AD是由四通道的模拟量输入模块，用于导叶开度、浆叶开度、水头位置和功率四个模拟量的输入。此次毕业设计PLC调速器用到导叶开度和水头位置两个模拟量输入通道。且本次设计采用电压输入，输入范围为-10V～+10V(输入电阻为200VKΩ)。数字输出为带符号的12位二进制,范围为-2048～+2047,+2047以上固定为+2047,-2048以下固定为-2048。分辨率为5mV(即10Vx1/2000)。综合精度±1%(相对于较大值)。转换速度15mSx(1-2)通道。隔离方式采用光电隔离和采用DC/DC转换器使输入和PLC电源间隔离(各输入端子间不隔离)。模拟量用DC24V±10%，55mA，输入输出占有点数程序上为8点(计输入或输出点均可)由PLC供电的消耗功率为5V30mA。

3.1.3定位模块FX2N-1PG

本次设计采用FX2N-1PG为脉冲输出模块，用作对交流伺服电机的控制，通过FX2N的FROM/TO指令设定定位目标，运转速度和各种参数。

本次设计FX2N-1PG电源由稳压电源提供DC5V，电源正端接止VIN端子;电源负端接止COM0端子，此端子亦为脉冲输出公共端。此设计FX2N-1PG的FP端子为正转脉冲输出端，RP端子为反转脉冲输出端，其脉冲信号输出止电机驱动器，从而控制电机工作。

3.2触摸式图形显示操作终端

设计采用日本三菱电机公司触摸式图形显示操作终端F970GOT—SWD—C更加简捷、准确、方便地实现对PLC微机调速器监视和操作，进一步提高PLC微机调速器人机交互界面水平。

F970GOT—SWD—C真彩触摸屏安装在电气部分操作面板上，其含有预置的系统画面。其操作画面可自由切换，除显示英文、汉字外，还能显示直线、圆、四边形等简单图形。

F970GOT—SWD—C真彩触摸屏有三个通讯端口，本次设计采用其两个RS422和RS232C。RS232C与上位计算机连接选用FX-232CAB-1型电缆，它的两端均为D形9孔插座;RS422与可编程控制器连接其选用FX-50DU-CABO型电缆，它的一头为D形9针插头(与图形显示操作终端连接)，一头为MINI-DIN型8针插头(与FX2N基本单元编程连接器连接)。

3.3交流伺服电机及驱动器

本次设计调速器交流伺服电机采用日本松下MINAS A系列的MSMD082P1 750W全数字交流伺服电机。其驱动器采用型号为MCDDT3520的C型单相/三相200V的驱动器。

本次设计驱动器与交流伺服电机采用串行通讯。交流伺服电机轴上旋转编码器的转角反馈信号由两根信号线送至驱动器。其主回路控制回路交流伺服电机的1、2、3和4号端子分别接至驱动器的U、V、W和外壳接地端。这样，驱动器将从FX2N-1PG输入的正/反转脉冲信号经内部模块处理为控制信号通过U、V、W三相来控制电机正/反转到*位置。驱动器内部采用四倍频技术，其脉冲当量为360°/10000=0.36°。

四、 PLC微机调速器的运行状态和调节模式

4.1 PLC微机调速器的运行状态

1、调速器的运行状态如下:

(1) 停机等待 (2) 开机 (3) 空载 (4) 负载 (5) 甩负荷 (6) 调相

(1)PLC微机调速器处于非负载状态(包括：空载、甩负荷、停机过程、开机过程等)下，均工作与频率调节模式(FM)。

(2)PLC微机调速器*一次进入负载状态(例如，机组油开关投入，并入电网运行)时，调速器强制切换至功率调节模式(PM)一次。

4.2 PLC微机调速器的调节模式

1、节模式可工作于“模式自动”和“模式手动”(从面板上的开关选择)两种方式。在“模式自动”方式下，调节模式主要由调速器的工作状态及模式约束条件来决定;在“模式手动”方式下，对于负载工作状态，可操作面板上的“回车”键，使其在3种模式间循环切换，它们也必须受调节模式约束条件的控制。

2、调节模式约束条件为：

(1)、功率调节模式(PM)的功率偏差约束条件。当PLC微机调速器的功率给定值PC与机组实际功率PG之差的**值大于某一事先给定的功率偏差△P0(一般取为额定功率的5%)时，即认为“功率**差”。当连续**差次数大于事先给定值(取800次，若采样周期τ=0.02S，即持续时间为16S)时，调速器就认为出现机组传感器故障，并自动切换至开度调节模式(YM)运行。

(2)、功率调节模式(PM)或开度调节模式(YM)的频率偏差约束条件。当PLC微机调速器的机组频率fg**差(一般取fg≤49.5HZ及fg≥50.5HZ)时，频率**差计数Cf加1。当连续**差次数大于给定值时，调速器将自动切换到频率调节模式(FM)运行。

3、编制程序中，按各种模式下的参数跟踪程序，以保PLC微机调速器在3种调节模式之间切换时，实现平滑无扰动的转换过程。

五、 调试和在线实验

WWT型微机调速器设计完成并接好电气柜后，在通电前要进行对开度表、平衡表、电气接线的检查和绝缘实验、交直流回路检查、柜内电源检查。

通电后，要对开关电源的输出电压、交直流切换板等进行测量;然后在触摸屏对内部参数、运行参数进行设置。还要对字调理板上对反馈信号进行调节。

接着进行模拟实验，包括模拟开机、模拟并网、模拟甩负荷、模拟停机、模拟频率信号消失、模拟导叶反馈断线、导叶手/自动切换、导叶电手动开机实验、电源切换实验。

六、结束语

微机控制的水轮调速器已普遍用于水力发电站，其可靠性和调节品质已经达到了电厂实现无人值班、少人职守的要求。为以后的自动发电控制打下了基础。