西门子模块6ES7223-1HF22-0XA8产品型号

西门子模块6ES7223-1HF22-0XA8产品型号

引言

现在小型供热供暖设备一般分为烧煤、燃油和电加热等几种。我们使用嵌入式PLC，为武汉鑫天节能科技设备厂做了一个电加热控制系统，该系统已经在湖南长沙某个房里投入使用。本文以此项目为例，介绍嵌入式PLC在小型供热供暖设备中的应用。

2设备控制主要技术要求和参数

本控制系统在的控制对象包括三个30KW的电加热单元和一个搅拌电机。系统对三个加热区和电机的开启顺序和时间有严格的要求。其工艺是：开启时三个加热区在搅拌电机运行一分钟后依次投入（三者之间有一定的时间间隔保证对电网扰动较少），停机时则依次停三个加热区的电源，当搅拌电机继续运行一分钟后停机，再停总电源；另外在控制过程中对系统的温度控制是通过温控仪实现二位式控制（把温控仪上、下限传到PLC输入点）。水温控制精度目前取决于温控仪（现在可以通过混合PLC做到）。

3控制系统配置

3.1控制器的选择

根据以上要求，从成本、性能和用户工艺保密考虑，选有开关量的嵌入式PLC（EASY—M1208R）即可很好地满足其工艺要求。

3.2输入输出口定义

1、  启动：X01

2、  停止： X02

3、温度上限： X03

4、温度下限： X04

5、流量开关A： X11

6、流量开关B： X12

7、流量开关C： X13

8、总电源：  Y1

9、搅拌电机：Y2

10、加热区A输出：  Y3

11、加热区B输出：  Y4 

12、加热区C输出：  Y5

说明：流量开关是用来判别各区管道中是否有水，避免加热器干烧

3.3 软件实现说明

工程软件是在三菱的PLC编程环境下结合工艺要求，用步进阶梯指令编程

4系统特点

   4.1 该控制系统具有通用性强，开发廉;既满足用户的需要又简单适用，避免了常规继电器系统的繁杂和维护的麻烦，在不大量增加成本的前提下大幅简化系统结构。

   4.2网络功能

   4.2.1 科威公司EASY系列嵌入式PLC选用CANbus作为现场组网总线，凡按该标准开发的CAN网络从站设备均可连入EASY为主站的CAN网络,从而拥有CAN网络带给的增值服务,如利用平台节点进行梯形图编程,将产品信息送到人机界面等。

   4.2.2混合型PLC的另一通信网络是RS485网络,其物理接口是串口1,在串口1上,运行模式下加载了三菱FX2N计算机链接格式1协议的子集,即只对数据寄存器D进行读写操作,但嵌入式PLC既可为该协议的主站,也可作为该协议的从站.RS485网络通信速度规定为9600 BPS,但主从站的设置,通信报文数及报文长度的设定,报文发送频率控制等网络通信控制,由梯形图完成。

5、结束语

       为了满足不同用户的需求，PLC本身预留有RS232和CAN的总线接口，可以为将来的系统升级和网络互连提供便利条件；另外，如果选用科威公司带模拟量的混合型PLC+字符屏，可以实现将温度信号直接输入PLC，让PLC直接实现温度控制，而字符屏则做为人机交互界面，可以实现不同系统中不同参数的设置，如控制温度、加热区之间的间隔时间、搅拌电机的运行时间、甚至于系统的智能运行如控制加热区在电峰和平价运行时间的比例。所以，系统的相关开发和运用还有很广阔的空间。

1 引言：

垃圾焚烧的控制是一个典型的过程控制,目前用于过程控制的主要有简单的单回路仪表控制、工控机(IPC)、可编程控制器(PLC)以及DCS。

本文采用科威EC系列PLC作为系统控制,以软件设计为主,详细论述黄石医疗垃圾焚烧站焚烧炉系统的顺序控制及燃烧过程控制的实现过程。

2 基本要求：

1) 所有自动控制系统均设手动、自动切换、转换开关，即既可自动也可手动两种模式。

2) 所有按钮带指示灯，开机、停机颜色区分。

3) 凡涉及自动控制设定值应随机可调整。

4) 除喂料自动控制，就地设置和单控制系统外，其余控制和显示集中在焚烧炉+5m 操作台控制室内的电控柜内。

3 系统方案

3.1系统结构

1．科威EC-20M20R、EC-24M24R、EC-08M08R-04H04B PLC，加上FEX-4AD扩展实现手动、自动切换、转换开关以及全自动焚烧控制过程。

2．计算机通过RS232与主站PLC的RS0口连接，平板电脑用过485与PLC的RS1口连接，所有手动操作、参数设定、开关状态均通过平板电脑实现。
3.2、系统简介

(一)、 医废垃圾提升至+12m 操作平台

1、拟采用工业电梯或电动葫芦提升机

2、电器控制为单控制系统，方式为：手动、限位、升降（正反转）

3、由电梯厂提供单电控柜

(二)、 投料部分（采用PLC 控制单元方式）

采用翻箱机装箱扣牢后启动远程按钮 PLC 自动控制，一级推板机和二级推进破袋机工作

1、装箱扣牢后启动远程按钮PLC 工作

2、一级推板机退出（暂设）10 秒后

3、翻箱机翻箱10 秒后，控制自动返回

4、一级推板机推进关闭8 秒后

5、推进破袋机退出8 秒后

6、二级推进机破袋机推进8 秒关闭

1—6 为一个工作程序

控制要求：

⑴ 初始状态：翻箱机不动，一级密封推板、二级推进破袋机全部处于关闭状态；

⑵ 当翻箱机翻箱时，一级密封推板打开，二级推进破袋机处于关闭；

⑶ 箱内物料倒完后，一级密封推板板关闭，推进破袋机退出，打开落料后即时推进关闭；

上述⑵～⑶为1 个工作程序，时间45～60 秒如此反复，主要考虑以时间控制并可调整。

(三)、布料机（人工控制）不进入PLC

采用手动、开停机、正反转方式根据焚烧炉焚烧状况，人工调整调速仪，改变布料机转速。

配套： 3KW（调速电机） 1 台

(四)、 二燃室助燃部分控制（采用 PLC 控制单元方式）

由测温热电偶→仪表输出→PLC 自动控制油管电动阀和喷油燃烧器启动工作和关机。

配套：全自动常鼓风燃油燃烧4 台，热电偶及带信号输出温度显示仪2 套）

○1 该机自身可与炉膛温度传输到温度显示仪设定的上限值时温度与下限值温度连接，实现温度上限值，则自动停止喷油燃烧；温度下限值时，则自动启动燃烧器点火喷油燃烧。

○2 过渡油箱进油管装设油位控制器及常闭式二位二通电磁阀，当油位到下限值需进油时，自动通电阀开进油，到油位上，断电阀关闭。

(五)、一燃室装（0～1300℃ L=1200mm）测温热电偶1 套（仅显示炉膛温度）

不进入 PLC

(六)、焚烧炉卸渣及出渣刮板机(手动联锁控制方式) 不进入PLC

1、焚烧炉卸渣配套： 4KW 调速电机

2、刮板机配套： 2.2KW 电机

3、控制说明：

A、出渣刮板机与焚烧炉卸渣传动，联锁控制。即须先开刮板机后才能启动卸渣传动，卸渣传动停后，才能停刮板机。

B、刮板机因故障停时，焚烧炉卸渣自动立即停。

4、操作时应由炉工根据一燃室的渣层高度及炉床通风实际情况，确定是否需要卸渣或松动渣层，而启动和停止卸渣和出渣。

(七)、 一次风机（采用手动控制方式） 不进入 PLC

1、风机型号：9-19No 右0° 功率： 11KW 电机

2、风机进口装：电动蝶阀，蝶阀配电液推杆，推力：100kg，行程：150mm

3、风机设开停按钮，启动后连续运转，根据焚烧炉一燃室燃烧热解状况仅调节电动蝶阀阀板开度，调节供风量。

4、蝶阀开度使用按钮正反转、点动调节。

5、与尾排风机故障停机联锁：即当尾排风机出现故障停机时一次风机同时停机。

(八)、 二次风机（PLC 控制单元方式）

二次风机采用在线监测的 CO 指标，由监测仪表输出→PLC 自动控制二次风机的电液蝶阀调整阀门的大小。

风机型号：9-19№4. 右 90 度；功率： 7.5kw

风机进口装电动蝶阀，配套电液推杆，推力100kg，行程150mm。

风机自身设置开、停按钮，PLC 控制主要是调节蝶阀阀门开度，控制进口风量；

控制调节依据：根据在线监测的CO 值反馈给PLC 自控系统，当CO＞70mg/m3 时 (应可调)，阀门开度加大，增加风量；当CO＜60mg/m3 时(应可调)，阀门开度减小，减少风量。与尾排风机故障联锁，即尾排风机故障停机时，二次风机同时停。

(九)、焚烧炉出口（即螺旋热气交换器进口）不进入 PLC

装0～1300℃ L=600mm 测温热电偶及温度显示仪1 套（仅显示温度）。

(十)、螺旋热气交换器  不进入 PLC

自身无动力检测控制设施

(十一)、冷烟气加热器（仅显示烟气温度） 不进入 PLC

高温烟气进口处装（0～1300℃ L=600mm）测温热电偶及温度显示仪 1 套

加热烟气出口处装（0～200℃ L=300mm）测温热电偶及温度显示仪 1 套

(十二)、热水交换器 不进入 PLC

自身无动力监测控制设施

仅人工调节进水闸阀，控制进水量

管道上配： 管道泵一台，电机 2.2KW

当水压低，供水不足时，人工启动管道泵开或停。

(十三)、Ⅰ级急冷洗气塔（PLC 自动控制单元方式）

采用出口测温（＜200℃）热电偶仪表输出→PLC 自动控制水管电动阀工作调整水量

配套设备：

⑴ 耐酸碱离心泵，功率： 5.5kw，流量15立方/小时，扬程30M；1台。

⑵ 两层螺旋喷咀管网，进水管上装设电动阀门1 台；

⑶ 0～800℃ L=1200mm 热电耦、带输出信号温度显示仪各1 套；

控制要求：

以一级急冷洗气塔出口烟气温度≤200℃为界线；当出口烟气温度≥190℃时，由测温仪表反馈给PLC 系统自控器指令阀门开大，增加水降温，反之则阀门关小。

(十四)、ⅠⅡ级急冷及洗涤脱酸塔座（仅显示烟气温度）不进入PLC

装设 0～600℃ L=1200mm 测温热电偶及温度显示仪1 套

(十五)、Ⅱ级洗涤脱酸塔（PLC 自动控制单元方式）

采用在线监测指标仪表输出→PLC 自动控制碱液水管电动阀工作调整碱液量

配套设备：

⑴ 配用2 台耐酸泵，管网连通；

⑵ 两层螺旋喷咀管网，进水管上装设电动阀门1 台；

⑶ 0～800℃ L=1200mm 热电耦、带输出信号温度显示仪各1 套；

控制要求：

⑴ 主要依据在线监测反馈的SO2 数据；以SO2 值250mg/m3（并可调整设定）为上限值；

⑵ 当在线检测仪监测SO2 过上限值时，信号反馈给PLC 系统自控器指令阀门开大，增加洗涤碱液流量，此值时阀门关小，减小碱液流量；

⑶ 同时要兼顾考虑洗涤塔烟气出口温度，以50℃（可调整设定）为上限，上限值时，自控器指令阀门开大，此值时则关小。出口处配备0～200℃ L=300mm 热电偶及温度显示仪。

(十六)、冷凝脱水塔（人工控制调整闸阀）人工启动水泵1 台，不进入PLC

综合Ⅰ级急冷洗气塔水泵管网，自身无动力监测设施

仅人工分别调节进水闸阀，控制冷水流量。

(十七)、冷凝脱水、干燥吸附塔座（仅显示烟气温度）不进入PLC

装设 0～200℃ L=1200mm 测温热电偶及温度显示仪1 套

(十八)、干燥吸附塔（仅显示出口温度）不进入PLC,无动力设备

1、内部装填各种吸附材料，根据情况定期人工交换

2、出口处装0～200℃ L=300mm 测温热电偶及温度显示仪1 套

(十九)、活性碳喷吹装置（手动控制启动和停止）不进入PLC

配套设备：

1、摆线针轮减速电机550W 1 台

2、手动闸阀 1 只

采用人工启动开停按钮，控制小螺旋喂入活性碳粉，压缩空气喷送入干燥吸附塔内，用气量由人工手动调节。

(二十)、除尘器进口冷风蝶阀（PLC 自动控制单元）

采用测温热电偶仪表输出→PLC 自动控制冷风阀的电动蝶阀开和。

配套设备：

1、气缸1 台，4V310 电磁阀1 只

2、0～200℃ L=300mm 热电偶及带输出信号温度控制仪1 套

3、以除尘器进口烟气温度为依据，设定温度的上、下限值（一般情况下，上限值95℃，下限值75℃）为准。（应可调整）当进除尘器烟气温度 95℃上限值时，PLC 指令冷风蝶阀打开冷风掺进降温，并进行高温报警，95℃上限值时，则关闭冷风蝶阀，停止高温报警。

4、当进除尘器烟气温度75℃下限值时，发出低温报警信号及声响。

(二十一)、袋式除尘器（PLC 自动控制单元）

气箱脉冲袋式除尘器为离线清灰方式，采用定时制式PLC 自动控制各室提升阀开闭及电磁阀脉冲宽度分室轮番清灰，脉冲宽度、清灰间隔、清灰周期应可调。作为系统而言，减少布袋粘尘，减少滤袋阻力，主要是防止温度过低结露糊袋和高温烧毁滤袋及防腐层。

另：除尘器自身需要配备

⑴电磁脉冲阀5 台

⑵气缸5 台

⑶电磁阀5 台

出灰螺旋手动控制开、停。不进入PLC，功率1.5KW

采用设定时间，按5 室轮换工作（见PLC 程序编程）

(二十二)、尾排风机（PLC 自动控制）

配备：

⑴ 尾排风机：型号9-26№5.6A 左0°；功率： 30kw；数量：1 台

⑵ 电动蝶阀 1 台，配套执行机构： 电液推杆，功率370W/380V；

控制要求：

⑴ 风机自身设开停按钮及故障停机报警，PLC 控制主要是系统均呈负压状态运

行，依据焚烧炉进料口处装设的正、负压电接点压力表（负压值可调）进行调节蝶阀开度，增大或减少抽风量；

⑵ 当出现正压或负压不足时，PLC 指令蝶阀开大；

⑶ 当负压过大时，PLC 指令蝶阀关小；

⑷ 当蝶阀开至大进料口仍出现正压，则发出报警信号；

⑸ 尾排风机与一次、二次风机紧急排放阀实行压故障停机连锁并发出声光报警，即当尾排风机蝶阀开至大，进料口仍呈正压状态时，则紧急排放阀自动打开，一、二次风机同时停机并报警。

⑹ 当尾排风机出现故障时，一二次风机立即停机。

(二十三)、防爆紧急排放阀（PLC 自动控制单元）

配套：

⑴ 紧急排放烟囱管上装设气动蝶阀配SC50*150 气缸，4V310 型220V 电磁阀1 套；

⑵ 电接点压力表1 只；

控制要求：

⑴ 当电接点压力表显示炉膛达到设定压力值时，通过电讯号使电磁阀动作，使气缸带动蝶阀打开，紧急排出烟气，并予以声光报警；

⑵ 当炉膛压力恢复到设定值以下，电磁阀复位使气缸将阀门关闭，停止报警。

⑶ 与尾排风机联锁，尾排风机故障紧急停机时，蝶阀风速打开排烟。正常停机时，蝶阀乃为关闭。

采用焚烧炉测压，仪表输出→PLC 自动控制电动蝶阀打开和关闭。

(二十四)、碱液池（2 座轮换使用）（人工控制）

设液位控制仪每池1套，共2 套

1、配耐酸泵，5.5KW 电机1 台，从污水池抽水分别进2 座碱液池，手动连同液位控制仪一并转换，液位池液位到上限值时自动停，耐酸泵配碱转换，到下限值时自动启动耐酸泵。

2、人工配碱

3、配碱液搅拌机，2.2KW 2 台，每池1 台，碱液池水中加入碱粉或碱块后，人工启动搅拌机开、停机。

(二十五)、在线监测设备（带各种检查数量信号输出接口）

外购配套，单控制系统。

3.3、系统特点

整个系统采用PLC控制，通过CAN总线组网，方便用户操作，同时配合上位机监控，了解整个系统的运行状况。PLC控制器具有强的抗干扰能力和良好的系统稳定性,并且具有体积小,编程简单,容易为操作人员所接受的特点

PLC控制和DCS控制系统不是一个逻辑层次上的概念,从名称上就能看出:PLC是以功能命名,DCS是以体系结构命名。从原理上看PLC就可以组成DCS。当然两者性能差异还是存在的,要具体看产品和需要。从应用角度来说,简单地以PLC,DCS来区分,往往会走人误区。

dcs控制系统与PLC控制区别:DCS是一种“分散式控制系统”,而PLC(可编程控制器)只是一种控制“装置”,两者是“系统”与“装置”的区别。系统可以实现任何装置的功能与协调,PLC装置只实现本单元所具备的功能。

DCS网络是整个系统的神经,DCS系统通常采用的标准协议TCP/IP。它是双冗余的高速通讯网络,系统的拓展性与开放性好.而PLC因为基本上都为单个小系统工作,在与别的PLC或上位机进行通讯时,所采用的网络形式基本都是单网结构,网络协议也经常与标准不符。在网络上PLC没有很好的保护措施。

DCS整体考虑方案,操作员站都具备工程师站功能,站与站之间在运行方案程序下装后是一种紧密联合的关系,任何站、任何功能、任何被控装置间都是相互连锁控制,协调控制;而单用PLC互相连接构成的系统,其站与站(PLC与PLC)之间的联系则是一种松散连接方式,做不出协调控制的功能。

DCS在整个设计上就留有大量的可扩展性接口,外接系统或扩展系统都十分方便,PLC所搭接的整个系统完成后,想随意的增加或减少操作员站都是很难实现的。

为保证DCS控制的设备的,DCS采用了双冗余的控制单元,当重要控制单元出现故障时,都会有相关的冗余单元实时无扰的切换为工作单元,保证整个系统的。PLC所搭接的系统则需要配置双PLC实现冗余。

对各种工艺控制方案新是DCS的一项基本的功能,当某个方案发生变化后,工程师只需要在工程师站长将改过的方案编译后,执行下装命令就可以了,下装过程是由系统白动完成的,不影响原控制方案运行。系统各种控制软件与算法可以将工艺对象的控制精度提高。

而对于PLC构成的系统来说,工作量其庞大,需要确定所要编辑新的是哪个PLC,然后要用与之对应的编译器进行程序编译,后再用的机器(读写器)一对一的将程序传送给这个PLC,在系统调试期间,大量增加调试时间和调试成本,而且不利于日后的维护。

在控制精度上相差甚远。这就决定了为什么在大中型控制项目中(500点以上),基本不采用全部由PLC所连接而成的系统的原因DCS系统所有I/O模块都带有CPU,可以实现对采集及输出信号品质判断与标量变换,故障带电拔,随机换。而PLC模块只是简单电气转换元,没有智能芯片,故障后相应单元全部瘫痪。