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1 简介

生物质高温空气气化技术是燃料利用和能源供应领域内的一项，对提高资源利用率、缓解能源危机和改善环境质量具有重要意义。生物质高温空气气化系统主要由高温空气预热器、卵石床气化器、余热锅炉、气体湿式净化装置、汽轮机等动力供应装置及空气压缩机等辅助装置组成。高温低氧弥散燃烧为核心技术的高温空气发生器是生物质高温空气气化技术研究实验研究系统的关键部件之一，其主要功能是产生温度为800-1500℃的空气。四通阀的周期切换是高温空气发生器正常工作的关键，本文介绍采用可编程序控制器（HLC）实现四通阀周期切换的控制方案。

2 高温空气发生器的组成及工作原理

高温空气发生器是获得高温空气的关键设备，其关键技术在于采用了一对蜂窝陶瓷蓄热体，该蓄热体具有比表面积大、传热性能好、阻力小、能实现极限余热回收等特点，是一种紧凑的换热器。高温空气发生器主要由燃烧室、燃烧器、蓄热室、四通阀、鼓风机及排烟机组成，其中燃烧室、燃烧器、蓄热室各两个，呈左右对称布置。

高温空气发生器工作时，燃料在A侧燃烧室内燃烧，产生1300℃左右的高温烟气，高温烟气通过蓄热室时，与蜂窝陶瓷蓄热体进行热交换，蓄热体被加热，烟气则冷却到120℃左右经四通阀排气中；与此同时，常温空气经四通阀后进入B侧的蓄热室，吸收蓄热室内高温蓄热体中的热量，迅速升温到1000℃以上，加热后的高温空气分成两部分，其中大部分输入到卵石床气化器中作气化剂，另一部分用于A侧燃烧室燃气的燃烧。经过一段时间后进行切换，B侧燃烧，A侧产生高温空气，切换周期为15～30s。通过这种交替运行方式，实现极限余热回收和燃烧空气的高温预热。

3 控制方案

四通阀的周期切换是高温空气发生器正常工作的关键，四通阀的切换采用齿轮齿条摆动气缸驱动，由压缩空气推动气缸产生旋转力矩，使四通阀在 1-1，2-2位置之间进行切换，压缩空气则由电磁阀S1进行控制；A，B两侧烧嘴燃气和空气由电磁阀S2－S5进行控制。

3.1 控制要求

根据工艺要求，四通阀切换的同时，要求A，B两侧的烧嘴燃气和空气同步切换，当系统启动时，四通阀在1-1位置时，A侧燃烧，B侧产生高温空气；为了保证高温空气清洁，尽可以能减少空气中含烟量，燃气阀应先关闭，四通阀切换的同时另一侧点火燃烧；因此，设计燃料阀供气时间为28s，四通阀的切换时间为 30s。A侧烧嘴28s后关闭，2s后四通阀切换到2-2位置，B侧开始燃烧，A侧产生高温空气；B侧烧嘴28s后关闭，2s后四通阀切换到1-1位置，A侧开始燃烧，并重复上述过程。

3.2 PLC的选择

由于四通阀的切换控制是一个小型的逻辑控制系统，没有特殊的要求，因此选用一般小型PLC就可满足控制要求。

3.3 工作过程

当起动开关合上时，X400接点接通，Y430线圈得电，电磁阀S1打开，四通阀切换至1-1位置；Y431线圈得电，电磁阀S2，S4打开，高温空气发生器A侧点火燃烧。与此同时，Y431常开触点闭合，T552开始计时，28s后T552常闭触点打开，Y431线圈失电，电磁阀S2，S4关闭，A 侧停止燃烧。30s后，T551的常闭触点打开，T550常闭触点打开，线圈Y430失电，电磁阀S1关闭，四通阀切换至2-2位置；Y430常开触点闭合，Y432线圈接通，电磁阀S3，S5打开，B侧点火燃烧；同时Y432常开触点闭合，巧52开始计时，28s后T552常闭触点打开，Y432线圈失电，电磁阀S3，S5关闭，B侧停止燃烧。30s后完成一个循环过程，并周而复始地重复上述过程。

如果发生A、B两侧同时点火，这时Y433线团接通，产生报警，作紧急处理。

4 结论

该实验系统已进行了冷态实验，运行结果表明，四通阀和燃料阀的切换控制能按工艺要求进行，系统运行正常。随着研究工作的进一步深入，对高温空气发生器检测、控制的研究将更加深入和完善，并较终实现高温空气发生器的计算机控制。

自从**台PLC在GM公司汽车生产线上**应用成功以来，PLC凭借其方便性、可靠性以及低廉的价格得到了广泛的应用。但PLC毕竟是一个黑盒子，不能实时直观地观察控制过程，与DCS相比存在比较大的差距。计算机技术的发展和普及，为PLC又提供了新的技术手段，通过计算机可以实施监测PLC的控制过程和结果，让PLC如虎添翼。但是各PLC通讯介质和通讯协议各不相同，下面将简单介绍主要PLC的通讯介质和协议内容。
         美系厂家
         Rockwell AB
         Rockwell的PLC主要是包括PLC2、PLC3、PLC5、SLC500、ControlLogix等型号，PLC2和PLC3是早期型号，现在用的比较多的小型PLC是SLC500，中型的一般是ControlLogix，大型的用PLC5系列。
         DF1协议是Rockwell各PLC都支持的通讯协议，DF1协议可以通过232或422等串口介质进行，也可以通过DH、DH+、DH485、ControlNet等网络介质来传输。DF1协议的具体内容可以在AB的资料库中下载。
         AB的plc也提供了OPC和DDE，其集成的软件中RSLogix中就包含DDE和OPC SERVER，可以通过上述软件来进行数据通讯。
         AB的中高档的PLC还提供了高级语言编程功能，用户还可以通过编程实现自己的通讯协议。
         GE
         GE现在在国内用的比较多的主要是90-70和90-30系列plc，这两款PLC都支持SNP协议，SNP协议在其PLC手册中有协议的具体内容。
         现在GE的PLC也可以通过以太网链接，GE的以太网协议内容不对外公开，但GE提供了一个SDK开发包，可以基于该开发包通讯。
         欧洲系列
         西门子
         西门子系列PLC主要包括其早期的S5和现在的S7-200、S7-300、S7-400等各型号PLC，早期的S5PLC支持的是3964R协议，但是因为现在在国内应用较少，除较个别改造项目外，很少有与其进行数据通讯的。
         S7-200是西门子小型PLC，因为其低廉的价格在国内得到了大规模的应用，支持MPI、PPI和自由通讯口协议。
         西门子300的PLC支持MPI，还可以通过PROFIBUS和工业以太网总线系统和计算机进行通讯。如果要完成点对点通讯，可以使用CP340/341。
         S7400作为西门子的大型PLC，提供了相当完备的通讯功能。可以通过S7标准的MPI进行通讯，同时可以通过C-总线，PROFIBUS和工业以太网进行通讯。如果要使用点对点通讯，S7-400需要通过CP441通讯模块。
         西门子的通讯协议没有公开，包括紫金桥组态软件在内许多组态软件都支持MPI、PPI等通讯方式，PROFIBUS和工业以太网一般通过西门子的软件进行数据通讯。
        施耐德（）
        施耐德的PLC型号比较多，在国内应用也比较多。其通讯方式主要是支持MODBUS和MODBUS    PLUS两种通讯协议。
        MODBUS协议在工控行业得到了广泛的应用，已不仅仅是一个PLC的通讯协议，在智能仪表，变频器等许多智能设备都有相当广泛的应用。MODBUS经过进一步发展，现在又有了MODBUS TCP方式，通过以太网方式进行传输，通讯速度更快。
        MODBUS PLUS相对于MODBUS传送速度更快，距离更远，该通讯方式需要在计算机上安装MODCON提供的SA85卡并需安装该卡的驱动才可以进行通讯。
        除了上述两种方式之外，的PLC还支持如TCP/IP以太网，Unibbbway， FIPWAY，FIPIO，AS-I，Interbus-s等多种通讯方式。
        日系PLC
        欧姆龙
        欧姆龙系列PLC在中国推广的也比较多。在通讯方式上，OMRON现在主要采用两种通讯方式：
        Host bbbb协议是基于串口方式进行的通讯方式。当PLC进入MONITOR方式时，上位机可以和欧姆龙PLC通讯。在和欧姆龙通讯时要注意，两次通讯之间要留一定时间，如果通讯速度过快造成PLC通讯异常。
        Controlbbbb是欧姆龙PLC的一种快速通讯方式。Control bbbb通过板卡进行数据通讯，板卡之间有数据交换区，由板卡实现数据的交换从而完成数据采集功能。使用该方式通讯需配置欧姆龙的驱动。
         三菱

         三菱PLC的小型PLC在国内的应用非常广泛。三菱的PLC型号也比较多，主要包括FX系列，A系列和Q系列。三菱系列PLC通讯协议是比较多的，各系列都有自己的通讯协议。如FX系列中就包括通过编程口或232BD通讯，也可以通过485BD等方式通讯。其A系列和Q系列可以通过以太网通讯。当然，三菱的PLC还可以通过CC-bbbb协议通讯。

 随着自动化控制技术和微电子技术的迅猛发展，PLC作为*的工业控制器，具有体积小、可靠性高、易操作、灵活性强、抗干扰能力强等一系列优点，广泛用于自动化控制领域。用内部编程取代继电器逻辑控制电路中大量的中间继电器和时间继电器，简化了控制路线，提高了系统控制的可靠性，这是PLC较大的优点。借助于书序控制图和梯形图来编制用户控制程序，实现自动控制系统顺序控制，是PLC的主要功能之一。

1   控制信号系统 
    在车水马龙的都市,当交通干道不便于挖掘地下通道或架设天桥的时候,为了穿越马路行人的安全,需要在*的人行横道两端设置人行道口的的红绿灯。交通灯控制工艺：南北、东西向的十字路口，均设有红、黄、绿三只信号灯。六只灯依一定的时序循环往复工作。

 控制交通信号灯的 PLC可选用 FX2N-32MR，从时序图可以看出，该系统有一个输入装置和 6个输出装置。

交通信号灯的控制是一个典型的时序控制图，其梯形图设计关键是各灯（Y0~Y5）状态变化的“时间点”表示出来、时间的精确计算用定时器实现，本例将用T0~T9共 10 个定时器；灯的闪烁次数要用计数器实现，本例将用两个计数器，表是各定时器和计数器形成时间点的使用说明。
 
2   顺序控制的概率及方法 
    PLC 是电子技术、计算机技术与继电逻辑自动控制系统相结合的产物,它以顺序控制为主,回路调节为辅,能完成逻辑判断、定时、记忆和算术运算等功能。PLC结构紧凑、体积小、操作方便、抗干扰能力强、编程灵活简单、工作、能耗低等优点使其很快在工业自动化控制中占据主导地位，PLC外部接线简单方便,通过预先编制的程序来实现自动控制。
  
2.1  系统梯形图设计 
    开关 X0，选择开关按下以后程序开始循环启动，东西向绿1亮 25s，南北向红2 亮30s；T0 为绿 1 亮 25s 定时器，T0 设定值 K250，从 X0 接通起计时，计时时间到绿 1 断开，T1计时；T1、T2 为绿 1 闪动 3 次控制，T1、T2 形成振荡，T1 通时绿 1 亮，C0 计数；C0 为东西向黄1亮2s起点，T2为 C0计数信号，C0 接通时黄 1 点亮；T3为黄 1 亮 2s定时器，T3 设定值 K20，T3 设定值 K20,T3 接通时为红 1、绿 2 点亮，红 2 熄灭；T4 为红 1 亮 30s定时器，T4设定值K300，T4接通时红 1 熄灭，一循环周期结束。T5为绿 2亮 25s定时器，T5设定值 K250，从T3接通起计时，计时时间到绿2断开，T6计时；T6、T7为绿 2 闪动 3次控制，T6、T7 形成振荡，T6 通时绿 2 点亮，C1计数；C1 为南北向黄 2 亮 2s 起点，T7为 C1 计数信号，C0 接通时黄2 点亮；T8为黄 2 亮2s定时器，T8设定值 K20，T8接通时黄 2 熄灭，一循环周期结束。

2.2  顺序控制法 
    顺序控制是按照生产工艺预先规定的顺序，在各个输入信号的作用下，根据内部状态和时间的顺序，在生产过程中各个执行机构自动有秩序地进行操作。PLC 的设计者们继承了继电器顺序控制的思想，为顺序控制程序的设计提供了大量通用的和**的编程元件和指令，开发了供设计顺序控制程序用的顺序功能图语言,使之成为当前 PLC程序设计的主要方法。 顺序控制设计法又称步进控制设计法， 它是一种先进的设计方法， 很容易被初学者接受，有经验的工程师也会提高设计的效率，程序的调试、修改和阅读也很方便。 

 这两个图有以下特点： 
    1)将复杂的任务或过程分解成若干个工序（状态）。无论多么复杂的过程均能分化为小的工序，这非常有利于程序的结构化设计。 
    2)相对于某一具体的工序来说， 控制任务实现了简化， 给局部程序的编程带来了方便。  
    3)整体程序是局部程序的综合，只要弄清各工序成立的条件、工序转移的条件和转移的方向，就可进行这类图形的设计。 
    4)状态转移流程图可读性强、容易理解，能清晰地反映工艺控制全过程。 
    状态转移图是状态编程法的重要工具。状态编程的一般思想为：将一个复杂的控制过程分解为若干个工作状态，弄清各状态的工作内容（状态的功能、转移条件和转移方向），根据总的控制顺序要求，将各独立状态联系起来，形成状态转移图，进行绘制梯形图程序，写出语句表。

2.3  经验梯形图设计法 
    下面将经验设计法和顺序控制设计法进行适当比较,以便设计时选用。采用经验设计法设计梯形图时，不可能找出一种简单通用的设计方法。 
    顺序控制设计法将整个程序分成了控制程序和输出程序两个部分。 由于步是根据输出Y的状态划分的，所以M和Y 之间具有很简单的逻辑关系，输出程序的设计较为简单。而代
表步的辅助继电器或状态继电器的控制程序，不管多么复杂，其设计方法都是相同的，并且很容易掌握。 
3   结论 
    本文是一个比较典型的十字路通灯的梯形图设计，较为一种设计实践，主要是为PLC在交通控制系统中提出一种设计理论，为以后PLC在复杂的控制系统中提出一种可行的理论方案。在实际应用中，采用PLC控制城市交通信号灯，能根据不同路况要求，随时修改控制程序， 以改变各信号灯的工作时间和工作状况。与继电器或逻辑电路控制系统相比，PLC控制系统具有更高的可靠性、灵活性和经济实用性。 

传统的水塔／水箱供水的基础上，加入了PLC及液压变送器等器件．利用PLC和组态软件来实现水塔水位的控制．提供了一种实用的水塔水位控制方案。
       控制系统组成
       1．系统的工作原理
        水位闭环调节原理是：通过在水塔中的三个液压变送器，将水位值变换为4～20 mA电流信号进入PLC，把该信号和PLC中的设定值的程序进行比较，并执行较后程序，通过水泵的开关对水塔中的水位进行自动控制。当PLC出现故障时，还有一套手动控制来进行对水塔水位控制。手动控制采用交流接触器。

 当上水箱液位低于Y3时，M1、M2同时工作，F2打开。液位上升至Y2时，M2停止，F2关闭，M1继续工作。液位上升至Y1时，M1也停止。打开F1手阀使上水箱放水，液位下降。当液位又低于Y1时M1起动工作，如F1开度较大下水量大于上水量，使液位继续下降至Y2时，M2启动工作同时F2打开，使上水量大幅上升，保持液位。Y0为下水箱缺水报警开关，当下水箱液位低于Y0时意味着水泵进水口缺水，此时应自动切断电源并报警。
          2．PLC的选择
          由于该系统为中型PLC自动控制系统，要求PLC能够提供可编程逻辑分析和PID功能，故选用中达公司生产的台达DVP14ES00R可编程逻辑控制器。台达DVP14ES00R具有标准的输入、输出及通信单元，可用于较为恶劣的环境中。主要配件有*处理器CPU，电源单元PSE，I/O单元。包括数字输入板IDPG、数字输出板ODPG、附属单元。

  3．供水的控制方法
           从整个流程中可以看到两套控制方式：①由一台可编程序控制器来控制两台水泵的自动运行。②由交流接触器来控制两台水泵的手动运行。当换项开关KKl打到手动时，按下起动按钮SBl，1#泵起动运行向水塔注水，由于设置了顺序开启和逆序关闭，在1#泵没有开起的情况下，2#泵不能起动运行，而在两个水泵同时运行时，2#泵在没有停止的情况下，1#泵不能够停止。现在1#泵运行的时候，按下起动按钮SB2，2#泵起动运行向水塔注水。此时，控制台上的水位灯，由水塔中的液位变送器将水位变换为4~20mA电流信号输入到PLC中，经IDPG将其转换为数字信号。该信号与水位给定值进行比较，由PLC输出一个控制信号经ODPG转换控制信号点亮此时水塔水位所在的水位灯。当换项开关KK1打到自动时，系统将根据水塔中水位的情况，通过在水塔中的液位变送器送出的4～20mA电流信号由PLC接受并对其于给定值进行比较，执行事先编译好的程序。程序流程是：在水塔中无水时，1#、2#泵同时开起，对水塔进行注水；水位到达低水位时，控制台上的低水位灯点亮；水位到达中水位时，2#泵停止，1#泵继续运行，中水位灯点亮；水位到达高水位时，1#、2#泵都停止，高水位灯点亮。而当下水箱水位到达报警水位的时候，报警器开始报警，并切断1#、2#泵的运行。

 系统各种功能的实现
        1．水位显示及报警功能
        为了及时观测到水塔中的水位，特别在控制台上安装了4盏水位显示灯，并将它们与PLC连接，根据变送器给PLC的信号，由PLC输出信号开启这4盏水位灯来显示当前水塔水位的情况。其中一盏灯是报，在下水箱缺水的时候进行报警，提醒工作人员前来处理。
         2．手动/自动功能
          为了系统能正常运行，设置两套手动/自动运行方式。手动方式是利用继电器-接触器控制，可以在环境比较恶劣的条件下继续工作，自动方式是利用PLC来控制。
          3．组态软件功能
          在这里利用组态软件的数据的功能，对水塔的水位进行实时监控，通过实际的数字和图表反映出现在的水位状况。

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