锅炉吹灰系统PLC控制的设计
的，而可编程控制器的CPU所处理的信号只能是标准电平，正是通过输入输出单元实现了这些信号电平的转换。I/O单元实际上是可编程控制器与被控对象间传递输入输出信号的接口部件。I/O单元有良好的电隔离和滤波作用。接到可编程控制器输入接口的输入器件是各种开关、按钮、传感器等。PLC的各种输出控制器件往往是电磁阀、接触器、继电器，而继电器有交流型和直流型、高电压型和低电压型、电压型和电流型之分。
① 输入接口
各种PLC的输入电路大都相同，通常有三种类型。一种是直流（12-24）V输入，另一种是交流（100-120）V、（200-240）V输入，第三种是交直流（12-24）V输入。外界输入器件可以是无源触点或者有源传感器的集电极开路的晶体管。这些外部器件是通过PLC输入端子与PLC相连的。
PLX输入电路中有光耦合器隔离，并设有RC滤波器，用以消除输入触点的抖动和外部噪声干扰。图3—2是一个直流输入端内部接线图。
图3—2 直流输入端内部接线图
② 输出接口电路
PLC的输出有三种形式：继电器输出、晶体管输出晶、闸管输出。图3—3给出了PLC的输出电路图。其中继电器输出型最常用，晶体管输出型是通过光耦和使晶体管截止或饱和以控制外部负载电路，第三种是双向晶闸管输出型，采用光触发型双向晶闸管。三种输出形式以继电器型响应最慢。
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输出电路的负载电源由外部提供。负载电流一般不超过2A。
通常，PLC的制造厂商为用户提供多种用途的I/O单元。从数据类型上看有开关量和模拟量；从电压等级上看有直流和交流；从速度上看有低速和高速，从点数上看有多种类型；从距离上看可分为本地I/O和远程I/O。
图3—3 PLC的输出电路
4． 电源单元
PLC的供电电源是一般市电，也有用直流24V供电的。PLC对电源稳定度要求不高，一般允许电源电压额定值在+10%~-15%的范围内波动。PLC内有一个稳压电源用于对PLC的CPU单元和I/O单元供电。小型PLC电源往往和CPU单元合为一体，中大型PLC都有专门电源单元。有些PLC电源部分还有24V DC输出，用于对外部传感器供电，但电流往往是毫安级[12]。 3.3.2. 软件组成
PLC控制系统的软件主要是由系统软件、应用软件、编程语言软件及编程支持工具软件几个部分组成的。
1.PLC系统软件与工作过程
PLC系统软件是PLC工作所必须的软件。在系统软件的支持下，PLC对用户程序进行逐步的解释，并加以执行，直到返回到程序的起始又开始新一轮的扫描。PLC的这种工作方式就是循环扫描。值得注意的是在继电器的一个线圈被接通或断开时
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其他所有触点都会立即动作，但是PLC中，由于采用循环扫描的工作方式，所以只有扫描到线圈时，触电才会动作，没有扫描到就不会动作。并且PLC扫描一次用户程序的时间即是扫描周期与用户程序的长短和扫描速度有关，一般为1到几十毫秒。
在没有进行扫描之前，PLC首先应保证自身的完好性，接通电源之后，为消除各元件状态的随机性，进行清零或者复位处理，检查I/O单元连接是否正确，再执行一段程序。使它涉及到各种指令和内部元件，如果执行的时间不超过规定的时间范围，则证明自身的完好性，否则系统自动关闭，上述操作完成后，将时间监视定时器复位，才容许扫描用户程序[2]。
2.应用软件
PLC控制系统的应用软件是指为了完成PLC实际控制任务而编制的各种软件。随着PLC的应用领域范围不断扩大，应用水平的提高，PLC应用软件也大大的丰富起来了。PLC应用软件与一般计算机信息处理软件相比，有很大的不同，PLC应用软件有以下几个特点：
（1） 应用软件必须和生产工艺紧密相连。生产工艺不同则要求有不同的应用
软件相配，所以程序人员必须深入现场，严格遵守生产工艺的具体要求进行相应的程序设计。
（2） 应用软件与硬件紧密相关，设计程序时必须根据硬件系统、接口的实际
情况进行相应的程序设计。
（3） PLC的应用软件设计需要计算机、自动控制技术甚至网络通讯技术等多
种知识。特别是PLC网络的出现，PLC控制系统不再是一个独立的装置，在控制系统中可能包括不同的PLC或计算机、外围设备等。因此在软件设计时，实现和处理某种控制时都离不开计算机、自动控制和通讯技术。因此应用程序中不仅有PLC程序，还有计算机程序和通讯网络程序等。 3. 编程语言及编程支持工具软件
PLC有多种编程语言：梯形图语言、助记符语言、逻辑功能图语言、和某些高级语言如（Basic C语言）等。但是使用最广泛的是梯形图语言和助记符语言。如今各生产厂家在研制自己的PLC编程工具软件（如西门子的SETP7,OMRON的CPT等）和监控软件。我们可以根据自己的需要利用这些软件来提高我们的编程效率。
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3.4 PLC控制系统的发展趋势
一、小型化、高性能、底成本、简单实用
近年来，小型PLC的应用十分广泛，超小型PLC的需求日益增多。据统计美国机床行业超小型PLC几乎占据了市场的1/4，国外许多的PLC厂家在积极的研制开发各种超小型微型的PLC。例如德国的西门子公司的S7-200即可以单机运行也可以实现连网实现复杂的控制。它的最小配置是8个数字量输入和6个数字量输出，还可以根据实际情况扩展模块，最多可达128输入和120输出，此外它还可以进行模拟量控制，是一种性能价格比较好的微型PLC。
二、大型化、网络化、多功能化
多层次分布式控制系统与集中型相比，具有更高的安全性和可靠性。系统设计、组态也更为灵活方便，地域分布也广，是当前控制系统发展的主要潮流。为了适应这种发展，实现工厂自动化，世界上各PLC厂家不断的研制开发功能更强的PLC网络系统。这种PLC网络一般是多级的，网络的最底层是现场执行级，中间是协调级，网络的最上层是组织管理级。
现场执行级可以由多个PLC或远程I/O工作站组成，中间一级由PLC或计算机组成。最高一级一般由高性能的计算机组成。他们之间采用工业以太网，MAP网和工业现场总线相连构成一个多级分布式PLC。随着自动控制系统技术的发展，这种多级分布式PLC控制系统功能不再是单一的，除了控制功能外，还可以实现在线优化、统计管理等功能，成为一种测、控、管一体化的多功能综合系统。
三、PLC控制系统将与智能控制系统更进一步地相互渗透和结合
目前，PLC与计算机已经成功的结合并广泛的使用，PLC不在是一个孤立的装置，它已经成为控制系统中一个重要的组成部分和环节。随着集成电路和计算机技术的发展，今后的PLC将更加注重和其他智能控制系统的结合。许多PLC开发商已经注意到PLC的兼容性，不仅是PLC与PLC之间的兼容，而切注意到PLC与计算机的兼容。使之可以充分的发挥计算机现有的软件资源。例如西门子的S7-300采用SIMATIC S7的模块，它的软件编程以可以在Windows 操作平台上进行，今后PLC将采用速度更快、功能更强的CPU容量更大的存储器，并将充分的利用计算机资源。PLC将与工业控制计算机、集散控制系统、嵌入式计算机控制系统等将进一步渗透与结合，这将更进一步拓宽PLC的应用领域和空间。
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第四章 PLC控制方案的设计
4.1方案选择
本设计是以燃气脉冲吹灰器为研究设计对象，燃气脉冲吹灰器是一种自动化程度要求较高的电器设备,广泛应用与电场锅炉，工业锅炉，垃圾焚烧炉，循环硫化炉等设备，是锅炉吹灰的首选技术。随着计算机技术和可编程控制技术的的发展， PLC工业自动控制领域中应用愈来愈广,它在控制性能、灵活性及廉价的成本等方面所表现出来的优势,是其它工控产品难以比拟的。对于输入输出点不是很多，运行次数频繁，周期长，并且又需要经常改变系统参数的吹灰器来说，用PLC控制技术对燃气脉冲吹灰器的控制完全可以胜任控制需要。
本系统主要表现在程序的顺序控制，手/自动切换以及连锁报警。各层的工作状态由对应的灯钮显示。每一个电动球阀代表一层控制单元，共九层控制单元。
4.2 工作流程
1.吹扫控制：
在设备启动时，手动打开各层电动球阀吹入空气，同时打开点火罐、层分配器底部排污孔，排放积水，达到吹扫作用。吹扫时间由现场工业锅炉设备和安装情况而定。当达到吹扫目的后，必须关闭排污孔。 2. 手动转入自动控制：
吹扫完成后，转入自动控制，控制系统将自动检测目前电动球阀的状态，并将所有的球阀关闭，当指示灯的关灯全亮后，系统开始进行逐层的吹灰控制，（在吹灰操作中，每次只能有一层进行吹灰，其他各层必须保证电动球阀为关闭状态） 3. 吹灰控制程序：
本层电动球阀打开，吹入空气，达到吹扫目的后，吹入乙炔气体，（乙炔气体输入量通过设定进气时间来控制电磁阀的吸合来确定）。空气和乙炔达到一定的比例并充分混合后，PLC通过控制点火器使点火杆打火，引燃气体，达到吹灰效果。 下一层的切换：程序通过点火次数记次吹灰次数，当达到吹灰次数切换到下一层。当达到吹灰次数后，上一层电动球阀逐渐关闭；下一层电动球阀逐渐开启，当完全开启后，进入上述吹灰控制程序，如此循环控制，达到吹灰控制的目的。 4. 急停控制：
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