锅炉吹灰系统PLC控制的设计
摘 要
本文对基于PLC控制的燃气脉冲吹灰器进行了介绍。针对工业锅炉的积灰原因以及积灰后对锅炉的影响,人们提出了锅炉吹灰的概念。本文列举了几种常用的工业锅炉吹灰设备，重点阐述燃气脉冲吹灰设备，并提出针对工业自动化的需求，引入目前工业控制市场上流行的西门子公司的S7-200系列可编程控制器进行编程和调试。S7-200系列可编程控制器具有抗干扰能力强，可靠性高，体积小巧，编程简单灵活等特点，而且具有很强的可扩展性和通信能力，S7-200的特点在燃气脉冲吹灰器控制系统中得到了充分体现。
本文使用S7-200系列PLC的相关软件STEP 7–Micro/WIN进行编程和调试，使PLC通过接触器控制电动球阀和电磁阀以及点火器工作。电动球阀用来选择吹灰层面，电磁阀用来控制气体流量，点火器用来点燃可燃混合气体。在实际工作运行中，基于PLC控制的燃气脉冲吹灰器在工业锅炉吹灰技术中效果显著。
关键词：吹灰器、可编程控制器、S7-200系列，STEP 7–Micro/WIN、
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锅炉吹灰系统PLC控制的设计
Abstract
This text has introduced Blowing-Ash-Equipment which is controlled with PLC technology to control the pulse in blowing the ash .When it has been researched the reason of the accumulating-ash and its bad aspect to the industrialized boiler, people have put forward to the concept in boiler-blowing. This paper has enumerated some kinds of general industrial boiler blowing-ash equipments and elaborated the
Blowing-Ash- Equipment. With the demand according to industrial automation，we have selected the S7-200 PLC series which is very popular in the industrial control market at the present time to do programming and debugging. S7-200 PLC series have the stronger ability of anti-jamming、higher reliability 、smaller in size and easy in programming and so on . It has very strong expansibility and communication ability, the characteristic of S7-200 has made a sufficient effect in Blowing-Ash-Equipment This text uses related software STEP7-Micro/WIN of S7-200 series PLC to carry out programming and debugging , it makes PLC control electric ball valve and electromagnetism valve as well as igniter work through contactor. Electric ball valve is used to select the blowing layer surface, electromagnetism valve is used to control gas rate of flow, igniter is used to light mixed burnable gas. In actual working operation based on PLC control burning gas pulse Blowing-Ash-Equipment to blow the ash in industrial boiler has get the effect notable.
Key words：Blowing-Ash-Equipment、Programmable Logic Controller、 S7-200 series、STEP 7–Micro/WIN
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锅炉吹灰系统PLC控制的设计
目 录
第一章 绪 论 .................................................... 1 第二章 燃气脉冲吹灰器 .............................................. 2 2.1 燃气脉冲吹灰器的原理： .......................................... 2 2.2 燃气脉冲吹灰系统构成 ............................................ 3 2.3 燃气脉冲吹灰器的布置方案 ........................................ 5 2.3.1 吹灰器布置位置及能量选择 .................................... 5 2.3.2 燃气脉冲吹灰器安装时锅炉的开口尺寸 .......................... 6 2.3.3 系统组成 .................................................... 7 第三章 可编程控制器 ................................................ 9 3.1可编程控制器概述 ................................................ 9 3.2 PLC的特点和应用领域 ........................................... 10 3.3 PLC控制系统的组成 ............................................. 12 3.3.1 硬件组成 .................................................. 12 3.3.2. 软件组成 .................................................. 14 3.4 PLC控制系统的发展趋势 ......................................... 16 第四章 PLC控制方案的设计 ........................................... 17 4.1 方案选择 ....................................................... 17 4.2 工作流程 ....................................................... 17 4.3 PLC选型和资源配置 ............................................. 18 4.3 自动控制系统PLC程序设计 ....................................... 21 第五章 结 论 ................................................... 33 参 考 文 献 ........................................................ 34 致 谢 ........................................................... 35 附录 ............................................................... 36 声 明 ............................................................ 37
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锅炉吹灰系统PLC控制的设计
第一章 绪 论
工业锅炉是工厂的动力源设备，它在工厂中发挥着重要的作用，已经显现出越来越重要的地位,但由于积灰原因,工业锅炉平均运行热效率为60-70%,运行效率与鉴定效率相差10-20%,这就使燃料的消耗白白增加了15-25%。吹灰设备的引入，使工业锅炉的吹灰得到了有效的提高，目前市场上有各种不同的吹灰技术，如声波吹灰技术，蒸汽吹灰技术，钢珠除灰技术以及燃气脉冲吹灰技术等，但除灰效果最好，评价最高的要数燃气脉冲技术了，对燃气脉冲吹灰器的自动化控制是非常需要的。随着计算机技术的发展，对基于PLC控制的吹灰器控制也成为一种流行趋势。
在工业自动化领域，可编程控制器是大多数自动化系统的基础设备。可编程控制器是一种利用计算机原理为顺序控制专门设计的、通用的、使用方便的装置。它采用了专用设计的硬件，而使用性能都是通过控制程序来确定的。PLC目前的技术发展水平已大大超过其出现时的技术水平， PLC适合低成本自动化项目和作为大型DCS系统的I/O站，工控机在中规模小范围自动化工程中有很好的性能价格比。PLC在各领域的自动化中扮演了不可缺少的角色。目前，可编程控制器的主流厂商有A-B、Siemens和Modicon等。本系统选用西门子公司的S7-200可编程控制器对系统进行顺序控制。文中介绍了燃气脉冲吹灰器的构成、吹灰原理及在工业锅炉吹灰中的作用。在了解了燃气脉冲吹灰器的工艺流程后，重点对其进行程序的编程和调试，并通过编程软件STEP 7–Micro/WIN将程序下载到PLC，实现手/自动控制切换，自动顺序循环吹灰控制，以及报警等功能。
燃气脉冲吹灰器的自动控制可以给生产带来极大的方便，可以提高工作效率，减少人员的浪费。燃气脉冲吹灰器引入PLC控制系统，使锅炉吹灰实现了自动控制，锅炉吹灰效果显著，锅炉的热效率利用率有效提高。
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锅炉吹灰系统PLC控制的设计
第二章 燃气脉冲吹灰器
2.1 燃气脉冲吹灰器的原理：
锅炉在运行过程中，换热表面上产生的积灰将减弱工质与烟气间的热交换，增加烟气阻力，降低锅炉热效率，增加燃料消耗，影响锅炉的正常运行。在工业锅炉中，积灰有时还会引起尾部换热器产生腐蚀，造成锅炉运行危险。现在正在运行的大中型锅炉基本上安装了不同类型的吹灰装置，例如，蒸汽吹灰、水力吹灰、钢珠吹灰、声波或超声波吹灰等。但这些吹灰设备普遍存在不同的问题。燃气脉冲吹灰器相对上述吹灰装置具有很高能量，足以产生破碎积灰层的激波，而具有良好的吹灰效果，并且它的运行成本低，操作简单，安全可靠。
燃气脉冲吹灰器是通过燃气脉冲性气体爆燃生成冲击波。燃料（乙炔、天燃气或丙烷等高反应性能气体燃料）在一个特殊的装置中被高能点火器点燃，产生剧烈的爆燃使火焰烽后的燃烧气体瞬间升至高压，并在火焰烽面前形成压缩波；在经过火焰导管时，压缩波不断加强，形成一道稳定的激波；这道激波进入激波发生器后，一方面作为点火激波点燃罐内的可燃气体，另一方面激波在特殊结构的激波发生罐内被调制而加强，最终调制好的激波从喷口喷射到锅炉的换热设备上，使受热面上的积灰受激波的作用而破碎、剥落。通过控制激波的能量，迫使受热面的积灰在足够强度的激波作用下脱落以适应锅炉受热面上的不同类型的积灰[14]。
激波会在积灰与基底的物理界面发生反射，并能通过折射而导入积灰内部，激波剧烈的压力纵波对积灰产生一种先压后拉的作用，使积灰破裂，导入积灰中的折射激波还会在灰体内产生横波，和入射波和反射波相互作用，使积灰与基底之间的结合面产生剪力，使积灰脱离基地。
图2-1 激波吹灰器的原理示意图
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