内蒙古科技大学
本科生毕业设计说明书（毕业论文）
题 目：基于PLC的煤粉电除尘器
控制系统设计
学生姓名：孙文明 学 号：0967112310 专 业：测控技术与仪器 班 级：测控09-3班 指导教师：闫俊红 讲师
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基于PLC的煤粉电除尘器控制系统设计
摘 要
随着人类社会的进步与发展，工业化和现代化快速的发展下，在大气污染中粉尘污染所占的比例也在逐渐增加，粉尘污染不仅严重危害到人类和动物的呼吸系统，并且还会造成贵重材料的流失。治理大气污染最有效的手段之一是电除尘器除尘，改善电除尘器的除尘效果并实现稳定控制是重要的研究方向。
本设计以煤粉电除尘器为研究对象， 以PLC 自动控制技术与组态王软件相结合设计煤粉电除尘器控制系统。首先利用 PLC 来完成除尘现场数据的采集和处理，制定了 PLC 总控制系统方案，外部接线图以及总控制梯形图，设计了详细的 PLC 电除尘控制系统。通过 PLC完成对振打过程的控制、风机的控制、各电场的时序控制、消防报警的控制、卸灰装置的控制以及对PID浓度的控制。上位机利用组态王软件来开发煤粉电除尘器的监控界面，实现了对煤粉电除尘器控制系统的实时监控，具有安全登录，实时数据采集，现场监控，历史数据存储等功能，达到了对电除尘器监控的目的。大大提高了电除尘器控制系统的功能性和可操作性。
关键词：电除尘器；PLC；组态王
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The Design of Control System for ESP Based on PLC
Abstract
With the development of human society, and the accelerating of industrialization and modernization’s process, dust pollution is not only seriously harm to human health, but also make the result of the loss of a large number of precious materials. How to effectively control the implementation of electrostatic precipitator has become an important research project.
This thesis make coal ESP as the model, PLC automatic control technology and Kingview configuration software used as a combination of electrostatic precipitator control system designs, In the paper the PLC control system is designed , the use of PLC to complete field data collection and processing, The PLC antrel system can realize the function such as the control of the vibration process, timing of the electric field, the fire alarm, discharging device and PID of the concentration through PLC to determine the detailed ESP PLC control system. The PC configuration with Kingview monitoring interface software development, and the use of Kingview to monitore coal dust electrostatic precipitator the situation real-time, with a secure login, real-time data acquisition, site monitoring, historical data storage and other functions, and achieved the purpose of monitoring for electrostatic precipitator. what greatly improved the electrostatic precipitator control system’s functionality and operability.
Key words ：Electrostatic Precipitator；PLC ；Kingview
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目 录
摘 要 ......................................................................................................................................... I Abstract ...................................................................................................................................... II 目 录 ...................................................................................................................................... III 第一章 概 述 ............................................................................................................................ 1
1.1 研究背景及意义 ......................................................................................................... 1 1.2 电除尘器的发展及现状 ............................................................................................. 2 第二章 电除尘器的基本理论 .................................................................................................. 4
2.1 电除尘器的基本工作原理 ......................................................................................... 4
2.1.1 气体电离 .......................................................................................................... 4 2.1.2 粉尘荷电 .......................................................................................................... 5 2.1.3 粉尘捕集和沉积 .............................................................................................. 5 2.1.4 振打清灰 .......................................................................................................... 5 2.2 电除尘器的分类 ......................................................................................................... 5 2.3 电除尘器的结构 ......................................................................................................... 6
2.3.1 电晕电极 .......................................................................................................... 6 2.3.2 收尘极 .............................................................................................................. 6 2.3.3 放电极 .............................................................................................................. 6 2.3.4 高压供电设备 .................................................................................................. 7 2.3.5 气流分布板 ...................................................................................................... 7 2.3.6 烟箱与气流分布装置 ...................................................................................... 7 2.3.7 灰斗和卸输灰系统 .......................................................................................... 7 2.3.8 壳体 .................................................................................................................. 8
第三章 可编程控制器概论 ...................................................................................................... 9
3.1 PLC简介 ...................................................................................................................... 9 3.2 PLC的应用 .................................................................................................................. 9 3.3 西门S7-200 ............................................................................................................... 10
3.3.1 S7-200系列的发展概述及构成 ..................................................................... 10 3.3.2 S7-200系列PLC的工作原理及工作过程 ................................................... 11 3.3.3 PLC对输入/输出的处理原理 ........................................................................ 13
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3.3.4 I/O点数扩展的编址 ....................................................................................... 13 3.3.5 S7-200系列PLC编程元件 ........................................................................... 14
第四章 基于PLC的煤粉电除尘器控制系统 ....................................................................... 17
4.1 总控制系统方案 ....................................................................................................... 17 4.2 风机控制 ................................................................................................................... 20 4.3 振打过程控制 ........................................................................................................... 21
4.3.1 对除尘振打的工艺要求 ................................................................................ 21 4.3.2 各电厂时序控制 ............................................................................................ 22 4.4 消防报警控制 ........................................................................................................... 23 4.5 卸灰装置控制 ........................................................................................................... 23 4.6 浓度PID调控 ........................................................................................................... 23 4.7 网络通信研究 ........................................................................................................... 24 第五章 组态监控系统设计 .................................................................................................... 26
5.1 组态王软件 ............................................................................................................... 26 5.2 监控系统主体设计 ................................................................................................... 27
5.2.1 登陆窗口 ........................................................................................................ 29 5.2.2 主控窗口 ........................................................................................................ 30 5.2.3 实时数据记录及查询窗口 ............................................................................ 31 5.2.4 历史数据记录窗口 ........................................................................................ 33 5.2.5 报警窗口 ........................................................................................................ 34
总 结 .................................................................................................................................... 36 参考文献 .................................................................................................................................. 37 附录A：组态王命令语言 ...................................................................................................... 39 附录B：PLC运行程序 .......................................................................................................... 41 致 谢 .................................................................................................................................... 54
IV
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第一章 概 述
1.1 研究背景及意义
我国的能源禀赋特点是缺油、少气、煤炭资源相对丰富且煤炭价格相对低廉。能源构成主要以煤炭为主，煤炭资源的开发利用带动了我国经济的快速发展，极大地促进了我国经济的快速发展，如今我国已成为世界上仅次于美国第二大经济国家，然而，正当我们享受着经济快速发展所带来的欢乐的同时，我也同样面对着煤炭资源消耗量迅猛增加的难题。煤炭作为一种不清洁的能源，在很多地方，我们有时很难控制它对环境造成的危害。比如采煤、煤矿加工以及装卸等过程中，特别是在火电厂燃煤的过程中以及近年来迅速发展的煤化工行业中，不仅会产生大量的烟气和煤尘，而且是火电厂也会排放到大气中大量的颗粒物[1]。在这些粉尘颗粒中，有很多重金属、金属氧化物以及有毒物质。这些对人体健康有着极大的危害的污染物严重地影响着人们生活和生产的顺利进行，因此，必须对含煤废气和燃烧烟气进行净化。除尘目前来说非常重要，2012年2月，国务院同意发布新修订的《环境质量标准》增加了PM2.5监测指标。2012年9月9日，北京市环保局监测中心表示，新版空气质量发布平台2012年1月1日上线。2012年10月6日，北京35个PM2.5监测站点试运行数据全部上线发布。可见国家对粉尘污染的重视[3]。
除尘器的分类有很多种，依照不同的除尘机理，除尘器可以分为静电除尘器、过滤除尘器、湿式除尘器和旋风除尘器。在这些除尘机理中，静电除尘技术被广泛的应用于研究、冶金、电力、电子、建材和化工等领域的净化烟气过程中。经典除尘技术之所以如此应用广泛，是因为它除尘效率高、气体处理量大、耗能低、适用范围广及操作维护方便，在我国环保事业中起着重要的作用。随着计算机技术与自动控制技术的迅猛发展，静电除尘的实际工业项目中引入了电除尘器的相关控制系统，在提高电自动化控制水平、除尘效率及除尘器设备的运行管理水平等方面发挥了极其重要的作用[2]。同时，随着工业自动化控制水平的发展和提高，电除尘器的管理与控制系统将进一步发展并完善。
PLC即可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC），它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储程序、执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等面向用户的指令、和输入/输出控制各种类型的机械或生产过程中，通过数字或模拟。
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引用在PLC控制静电除尘系统，可以大大提高除尘效率，在我们的大煤炭加工厂和火电厂推广使用，不仅可以提高电除尘的经济性，而且节省大量的能源，提高企业经济效益。因此， PLC控制的静电除尘器有很好的研究和学习意义。而采用PLC控制也有一些缺点，在PLC的不足属于现场控制层，人机交互性比较差的，管理层不能及时了解现场情况；同时，利用PLC控制无法追踪历史数据收集过程[9]。如果控制系统PLC和组态软件技术结合煤粉电除尘器的发展，PLC控制系统完成数据的采集与处理领域的应用，对主机的开发设计采用监控组态软件的接口，将大大提高煤粉电除尘器控制系统的功能和操作性。
1.2 电除尘器的发展及现状
在中国，静电除尘技术的研究和发展的综合系统开始于上世纪60年代。1980之前，我们在国际电除尘器领域处于仍然非常落后的位置。中国的国民经济可持续发展的国民经济的持续快速增长改革开放环境的保护变得越来越重要。在市场经济的利益驱动下，国内许多大、中型环保产业研究和发展的投资继续增加，静电除尘技术静电除尘器上的应用得到了长足的发展。国家将更加高效静电除尘器技术列入国家―七五‖项目。通过合理的对引进技术的消化，吸收和从上世纪90年代的借鉴，我国电除尘技术基本上赶上了国际先进水平[4]。
在二十一世纪，中国的大力促进科技进步，加强环境科学研究，积极发展环保产业的经济发展作为环保产业的重要政策得到重视。污染控制要求也在增加，粉尘排放的要求明显提高。大气污染物排放标准》（GB13223 - 2003火电厂2004-01-01开始实施新规定的发电厂）排放大气污染物的控制在50mg／m³（标准条件下同）以下的粉尘排放浓度旧标准gb13223-91要求小于150mg／m³。电除尘器作为控制大气污染的主要设备，并解决环境保护和经济发展和进一步应用技术发展之间的矛盾。目前，电除尘器已广泛应用在火电、钢铁、有色冶金、化工、建材、机械、电子等行业。在中国作为世界大国的电除尘器，在国际舞台上不仅在数量上而且在技术水平，已进入国际先进行列。静电除尘技术从设备到计算机控制和绝缘零件，高、低电压供电的振动装置，电极板线已全部实现了国产化，部分产品出口到30多个国家和地区[5]。
1980以前，中国电除尘器的规模绝大多数都在100平方米以下，而其行业占有色冶金工业、钢铁工业、建材工业、电力工业、化工、轻工等行业。随着中国经济尤其是电力建设、水泥建材行业的快速发展，在上世纪90年代中期电除尘器行业达到了空前水
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平，并且电力行业、水泥行业改变为钢铁工业、有色冶金工业。电除尘器在燃煤发电量占全国总数的75%，648多平方米的设备已经成功运行在1000MW火电厂[14]。
本设计针对火电厂、高炉生产所产生的烟气附带这大量的煤粉进行处理，在当代的环境污染下工业生产除尘是必要的，因此设计了煤粉电除尘器控制系统，本系统首先制定PLC总控制系统方案、外部接线图以及总控制梯形图，通过PLC振动的过程的控制，对风机控制、各电场的时序控制，消防通报PLC控制，PLC卸灰装置的控制，PLC浓度PID等六大部分的研究，确定详细的PLC静电除尘控制系统。应用软件组态王，实现静电除尘控制系统的监视，且具有安全登陆，实时数据收集，现场的监视，历史数据保存等功能，完成监视目的的达成[3]。
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第二章 电除尘器的基本理论
2.1 电除尘器的基本工作原理
电除尘器的基本工作原理：在物理学中，互异正负电荷相互吸引，可以利用这个原理除去烟气中的尘粒，这样排入空气中的烟气中的含尘量可以大大降低。具体让烟气中的固体烟尘颗粒通过特定方法带上相应的的电荷，同时收集灰尘颗粒的集尘板上也通过特定方法带上相异电荷，再让带电烟尘经过集尘板，由于异性电荷相吸引的原理，烟气中固体颗粒便可定向收集，从而清除烟气中的灰尘会被分离而清除。虽然实际应用中电除尘器的结构和种类可能各不相同，但除尘过程却是基本相同的。同时，在生产过程中，可收集电除尘器的烟灰，从而提高电除尘器的实际利用效率，再通过特殊的工艺制作成其他产品使用，不仅提高了电除尘器利用率，也获得了更好的经济效率[12]。对于电除尘器的整体工作原理以及除尘器各个控制系统如图1.1所示。
I1iI2iU1iU2i除尘器风机控制阀门控制电晕线电晕极集尘极振打控制温度控制卸灰控制控制器图1.1电除尘器系统图
2.1.1 气体电离
在集尘极与放电极之间加上直流高压电，在电晕极附近形成一个足以使流经电场的气体产生电离的强电场，同时产生电晕放电，导致电晕区内空气被电离，从而产生大量带电粒子如正、负离子等。
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2.1.2 粉尘荷电
粉尘荷电是电除尘器在除尘中的基本过程。在放电极附近设有电晕区，正离子容易被电晕极表面负离子吸引失去电荷，剩下的部分自由电子和负离子由于电场力以及重力等相关力的作用下向着集尘极方向移动，于是，在放电极和集尘极之间存在着大量负离子和自由电子[6]。所以含尘气体通过这一空间时，粉尘与负离子和自由电子会发生碰撞，粉尘的内部电荷会在负离子和自由电子接近粉尘颗粒时重新分布，于是这两者之间便产生吸引力，粉尘颗粒表面上就会附着自由电子和负离子使其带电，产生了粉尘荷电。 2.1.3 粉尘捕集和沉积
烟尘在电场的作用下带电后，带电烟尘通过引导进入多层阴极板的电除尘器通道，在荷电粉尘自身重力和电场力作用下、介质阻力与惯性力作用下，荷电粉尘就会往集尘极运动。一段时间之后，荷电粉尘到达集尘极表面，同时也会释放出所带电荷，在集尘极表面沉集，慢慢地形成一层粉尘薄层[9]。 2.1.4 振打清灰
在电场力作用下，电除尘器经过一段时间的除尘后，集尘极和电晕极上收集到的粉尘颗粒在一段时间的积累之后，就有一定厚度的粉尘层形成，如果清除的不及时，除尘器的除尘效率便会受到影响，还可能引起二次扬尘。因此，为了定时对电场集的灰阴阳板进行敲打、震落集灰板上的灰尘，除尘器中通常设有电场振打装置，达到自动振打清灰的目的。
2.2 电除尘器的分类
根据处理气体的化学成分、操作工艺要求、温度、烟气含尘浓度等条件的不同，电除尘器的设计类型也不相同。按照应用条件的不同，电除尘器有相应的分类方式[8]。
湿式电除尘器与干式电除尘器是按照集尘极上清灰形式的不同而区分的，湿式电除尘器的除尘方式是应用适当的方法在收尘极上行成一层水膜或者水喷雾，借用水流的作用使收集的粉尘流进灰斗。干式电除尘器是在干燥的烟气中除尘，收尘极上收集的灰尘借助动力振打清灰；管式电除尘器与板式电除尘器是按照集尘极形状不同划分的，管式电除尘器是集尘板形状为立体管道形，烟气之下而上通过除尘管道来除尘的。板式电除
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尘器是由很多平行板组成，在每两个平板之间安装电晕极进行除尘；立式电除尘器与卧式电除尘器是按照气体的流动方式而不同划分的，立式电除尘器应用在除尘量小，安装空间狭小，除尘效率高。卧式电除尘器应用含尘气体平流入多电场，占地面积较大，除尘效率低；双区电除尘器与单区电除尘器则是按照粉尘荷电方式的不同及分离区域布置区分的，双区电除尘器电晕极系统和收尘极系统是分开安装的，完成烟尘荷电和粉尘捕集不在同一区域，单区电除尘器电晕极系统和收尘极系统一起安装的，完成烟尘荷电和粉尘捕集在同一区域[19]。
一般情况下，较大规模的工业上应用上，电除尘常常使用线板型电除尘器、干式电除尘器或单区卧式电除尘器，按照宽间距和窄间距的极间距分类使用，也按高温和常温的气体温度分配使用，大部分电除尘器都是使用电晕线负级电晕放电。
2.3 电除尘器的结构
电除尘器结构主要包括两大部分组成，两部分为：一是高压直流供电的机组与低压控制系统；二是电除尘器本体。主要包括为电晕电极、放电极、收尘极、气流分布板、高压供电设备、灰斗、烟箱、壳体、支座和振打清灰系统以及辅助系统等[3]。 2.3.1 电晕电极
电除尘器的电晕电极有很多种类，目前，最常用的电晕极有星形线、直径3mm的圆形线、芒刺线和锯齿线等[14]。管框绷线式和重锤悬吊式是电晕线的常用固定方式。电晕线的要求是起晕电压低、电晕电流大、能保证准确的极间距、机械强度较高以及便于清除灰尘等。 2.3.2 收尘极
在实际的电除尘器除尘应用中，有很多型式的收尘极，通常为分为管式和板式，板式收尘极可分为箱式收尘电极、平板行板收尘电极与型板式收尘电极三类。电除尘器除尘效率由收尘极的造价、结构及金属用量影响，所以对它的要求很高。 2.3.3 放电极
放电极是电除尘器中重要的组成部分，也称为阴极或电晕极。它能与收尘极构成
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电场、产生电晕，从而形成电晕电流。放电极主要由电极线、支撑套管以及框架吊杆、放电极线框架、放电极电晕线振打装置等装置构成[8]。 2.3.4 高压供电装置
捕集所需电晕电流、高压电场和提供粒子荷电是高压供电装置的主要任务。一般情况下，电晕放电的电流是100~2000mA，高压供电装置的高压峰值输出电压是70~1000kV。 2.3.5 气流分布板
电除尘器除尘效率的好坏受到通过除尘器除尘系统的气流分布影响，为了保证气流分布均匀、减少涡流，可设置一个变径管道放在进出口处，同时进口变径管内还需要放置一个气流分布板[15]。百叶窗式、槽行钢式、多孔板分布格子以及栏杆型等是最常见的气流分布板。其中多孔板被广泛广泛。 2.3.6 烟箱与气流分布装置
电除尘器的烟箱由进气烟箱和出气烟箱两部分构成。电除尘器的场地和工艺等条决定了进气烟箱的结构。多数情况下，所采用的进气烟箱有水平进烟气、下部进烟气、上部进烟气、斜向进烟气以及侧部进烟气以等。下部进烟气和水平进烟气是其中最常用的是两种。出气烟箱的结构与进气烟箱基本相同，但是出气烟箱的内部没有气体分流装置。进气烟箱内设置有气流均布装置，这个装置的主要用途是将高速流、小断面的烟气在经过气流分布装置后，变成低速流、大断面的烟气，这样进入电场中的烟气分布就能符合电除尘器要求[16]。气流分布装置的结构根据进气烟箱进气方式的不同分为很多种。其中多孔板式、格栅板式、锯齿式和X 形孔板常用在于水平式进烟气烟箱中，垂直折板式与垂直偏转板式通常使用在上下进烟气的烟箱中。 2.3.7 灰斗和卸输灰系统
电除尘器中，用来存储收集下来的粉尘的灰斗，灰斗也是电除尘器的重要部分之一。船形灰斗和锥台形灰斗是目前常用的灰斗，锥台形灰斗被广泛采用。近年来随着半干法和干法烟气脱硫脱氮的快速发展，船形灰斗是得以出现应用，不过，在目前常规电除尘
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器中应用比较少。卸输灰系统在电器除尘中的作用是把灰斗内存储的粉尘运输到指定地点。卸输灰系统的组成包括插板箱、螺旋气化输送机、星形卸灰器等结构[9]。 2.3.8 壳体
壳体位于电除尘器中进出口烟箱之间，并且和出口烟箱一起与整个除尘系统相连接。壳体内部设置了放电极、收尘极和振打清灰等核心部套装置与外界相隔绝，从而形成一个完全封闭的壳体除尘空间。同时，壳体也是一个承载部套，它内部的放电极、收尘极以及振打清灰装置都位于壳体的顶梁上，壳体底梁上焊上灰斗。除此之外，一些附加载荷还要需要壳体承担，比如，放电极和收尘极上的积灰，自然环境下的附加载荷高位布置的电源。所以，壳体能把电除尘器上的载荷传递到钢支架上或水泥基础上。足够的强度和稳定性是电除尘器壳体的基本要求，并且壳体的需要密封，不能有较大的漏风，否则，电除尘器的安全与稳定运行将难以保障。
电除尘器的壳体包括墙板和框架两个部分。在有无立柱的框架中墙板作用有所区别，有立柱的框架里，承担工作负压引起的荷载和密闭是墙板的主要作用，此种墙板被称为梁柱构件；在无立柱框架中，和密闭和受力构件是墙板的主要作用，此种墙板称为板壳构件。框架是电除尘器的主要受力构件，由底梁、顶梁、支撑和立柱构成[19]。一般来说，如果是有立柱的框架，所有的荷载常常经过立柱传递；但是在有立柱的板壳构件中，板壳传递是载荷则主要通过方式。
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第三章 可编程控制器概论
随着微处理器、数字通信和计算机技术的飞速发展，自动控制系统的控制方式也随之增加，目前，最常用的控制方式有EDA控制、PLC控制、继电器控制、单片机控制、传统的嵌入式控制和PC控制。PLC控制的优点有：功能强大、应用面广、抗干扰能力强、可靠性高、价格低廉、编程安装使用简单、使用寿命长等。此外，PLC控制方式中的监控程序能够完成对设备故障的检查，以及用户程序的输入、修改和执行等一系列功能。它的编程语言是梯形图与计算机的汇编语言相比具有简单、易学、直观等优点，因此本设计中采用PLC控制系统控制煤粉电除尘器控制系统[17]。
3.1 PLC简介
可编程序逻辑控制器（PLC，Programmable Logic Controller），是一种固态电子装置，主要利用输入/输出装置的回授信号及储存程序，控制机械或程序的操作。在工厂自动化系统中，PLC因为具备价格便宜、系统稳定及环境适应性佳的特点，一直为自动化业界所采用。
上世纪80年代至90年代中期，是PLC快速发展的时期，年使用率的增长一直保持在35%左右。在这期间，PLC在处理数字运算功能、模拟量功能、网络功能和人机接口功能都得到大幅度提高。PLC逐步进入了过程控制领域，并在一些应用上替代了DCS系统。由于PLC具有较多优势特点，其使用方便、可靠性高、通用性强、适应面广、抗干扰能力强、编程简单等特点[18]。PLC将在在工业生产自动化控制领域将是无法替代的。
3.2 PLC的应用
可编程逻辑控制器的应用，随着PLC功能的不断完善，它的应用范围也越来越广泛。PLC的应用范围为以下几种领域：
（1）顺序控制
它取代了传统的继电器顺序控制，可用于单机控制，多机群控制，生产线控制等。 （2）运动控制
现已经可提供拖动步进电动机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。位置控制模
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块比CNC装置体积小，价格低，速度快，操作更方便。
（3）过程控制
它能控制大量的物理参数，如温度，压力，速度等，PID模块使PLC具有闭环控制功能，即具有PID控制调节能力可用于过程控制。
（4）数据处理
在机械加工中，出现了把支持顺序控制的PLC和计算机数值控制（CNC）设备紧密结合的趋向。
（5）通信和联网
可实现PLC之间，PLC和上级计算机之间的通信功能，多采用光纤通信，多级传递。
3.3 西门S7-200
3.3.1 S7-200系列的发展概述及构成
S7-200PLC是德国西门子公司生产的一种超小型PLC，它以紧凑的结构、良好的扩展性、强大的指令功能、低廉的价格，已经成为当代各种小型控制工程的理想控制器。S7-200PLC包含了一个单独的S7-200CPU和各种可选择的扩展模块，可以十分方便的组成不同规模的控制器。其控制规模可以从几点到几百点，具有多种功能规模块和人机界面可工选择，很容易组成PLC网络。同时具有功能齐全的编程和工业控制组态软件，使得在采用S7-22X系列PLC来完成控制系统的设计是更加简单，足多种多样的自动控制的需要。
S7-200PLC的突出特点表现在：极高的可靠性，非常丰富的指令集，很高的可操作性，丰富的内置集成功能，实时性高，强劲的通讯能力，丰富的模块扩展功能。
S7-200硬件系统的配置方式采用了整体式加积木式，在主机上包含一定数量的I/O端口，并且还可以扩展相应的功能模块[21]。一个完整的PLC控制系统如图3.1所示。
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可编程控制器按钮选择开关限位开关输入模块CPU模块输出模块接触器电磁阀指示灯电源电源编程器
3.1 控制系统示意图
1. 基本单元
基本单元又称为CPU模块，有的也称之为本机或主机。它包括CPU、基本输入输出点、存储器和电源，是PLC的主要组成部分。它实际就是一个比较完整的控制系统，可以单独完成某些的控制任务。
2. 扩展单元
当主机的I/O数量不能满足系统的要求时，用户就可以根据需要扩展相应的I/O模块。PLC所能连接的扩展模块的数量和实际上所能使用到的I/O点数都是由多种因素来共同决定的。
3. 特殊功能模块
当用户需要控制完成一些特殊功能任务时，可与S7-200主机联通，用以完成某些特殊任务而特制的一种控制装置。
4. 相关设备
是为了充分和有效的利用S7-200开发系统的硬件与软件资源库而共同开发出来的多种设备，有人机交换的操作界面、编程软件设备和网络通讯设备等。
5. 工业软件
工业软件是为了管理和应用这些设备而开发且与之相配套的程序，它主要由标准工具、工程赶紧、运行软件和人机接口等几大类构成。 3.3.2 S7-200系列PLC的工作原理及工作过程
PLC有两种基本的工作状态，即运行（RUN）状态与停止（STOP）状态。在运行状态，PLC通过反映控制要求的用户程序来实现控制功能。为了使PLC的输出能及时
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地响应随时可能变化的输入信号，用户和谐不是只执行一次，机时是反复不断地重复执行，直至PLC停机或切换到STOP工作状态。
当可编程控制器运行后，首先要进行初始化操作，它包括对工作区内存的初始化、将输入/输出断电器清零、复位所有的定时器，检查I/O单元是否连接完好等，如有异常状况则发出报警信号。当初始化完成后，可编程控制器就会进入周期扫描过程。其工作过程如图3.2所示。
小型PLC的工作过程有两个显著特点：一个是周期性顺序扫描，一个是集中批量处理。周期性顺序扫描是PLC特有的工作方式，可编程控制器在运行过程中，都处在不断循环的顺序式扫描过程当中，由于PLC的I/O点娄较多，采用集中批量处理的方案，可适当简化操作过程，提高系统的可靠性，便于控制。因此PLC的另一个主要特点就是对执行用户程序、输入采样、输出刷新实施集中批量处理[20]。这也是为了提高系统的可靠性。
电源ON内部处理输入处理（输入传送、远程I/O）通信服务（外设、CPU、总线服务）更新时钟、特殊寄存器STOPCPU运行方式执行程序输出处理执行自诊断PLC正常N存放自诊断错误结果Y致命错误YCPU强制为STOPN
图3.2 PLC工作过程
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3.3.3 PLC对输入/输出的处理原理
通过对可编程控制器的用户指令执行过程的分析，可以总结出PLC对输入/输出的处理规则如图3.2所示：
输入端子输出采样输入映像寄存器读程序执行读写输出映像寄存器输出刷新输出锁存器输出输出端子 图3.3 PLC对输入/输出的处理原理
1. 输入映像寄存器里面的存储数据，是由输入采样阶段扫得到的输入信号的状态一起写进去的，在本次扫描过程中，它不会随着外部输入信号的变化而发生变化。
2. 输出映像寄存器的存储状态，在用户程序中输出指令的运行结果中决定。 3. 锁存器中的数据则是在输出阶段刷新，由输出映像寄存器集中写入。 4. 输出端子的输出状态，是由输出锁存器中的数据确定的。
5. 执行用户程序时的输入、输出状态，是由输入映像寄存器、输出映像寄存器中读取的[26]。
3.3.4 I/O点数扩展的编址
CPU22X系列的每种主机所提供的本机I/O点的I/O地址是固定的，进行了扩展时，可以在CPU右边连接多个扩展模块，每个扩展模块的组态地址编号取决于各模块的类型和该模块在I/O链中所处的位置，编址方法是指同样类型的输入/输出点模块在链中按与主机的位置而递增，其他类型模块的有无以及所处的位置不影响本类型模块的编号。S7-200系统模块扩展面对输入、输出的组态一般规则为：同类型的输入/输出点模块按照一定顺序进行编址。对于模拟量，输入/输出以2个字递增方式来分配空间。对于所用数字量，输入/输出映像寄存器的单位长度为8位。此模块高位真实位数如果未满8位，未用位也不能分配给后续的I/O链模块。
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3.3.5 S7-200系列PLC编程元件 1. 软元件的功能
在编程过程中，用户使用的每一个输入/输出单元、定时器和计数器、内部存储单元等都称为软元件。各个元件都有固定的地址，有其不同的功能，软元件的个数决定了PLC的数据处理能力和规模。每一种可编程控制器的软元件功能是有限的。
软元件实际上是可编程控制器内部的具有特定功能的器件，它们是由寄存器、存储器单元和电子电路等组成的。例如，输入继电器是由输入法电路和输入法存储映像寄存器构成；输出继电器是由输出电路和输出映像寄存器构成；定时器和计数器也都是由特定功能的寄存器构成。为了把这种继电器与传统电气控制电路中的继电器区别开来，有时也称之为软继电器，这些软继电器的最大特点是触点可以无限次使用。
编程时，用户只需要雇软元件的地址即可。每一软元件都有一个地址与之对应，软元件的地址编排采用区域号加区域内编号的方式，即PLC内部根据软元件的功能不同。分成了许多区域，如输入/输出继电器区、定时器区、计数器区、特殊标志继电器区等，分别用I、Q、T、C、SM等表示[18]。 2. 各元件介绍
(1) 输入继电器（I）
每个输入继电器都有一个PLC的输入与之对应，它用于接收外部的开关量信号。外部的开关量信号闭合时，对应的输入继电器的线圈立即得电，在程序中其常闭触点断开，常开触点闭合。这些触点可以在编程时任意使用，使用次数不受限制。
(2) 输出继电器（Q）
每个输出继电器都有一个PLC上的输出疯子对应。当通过程序使得输出继电器线圈得电时，PLC上的输出端开关闭合，它可以作为控制外部负载的开关信号。同时在程序中其常开触点闭合，常闭触点断开。这类触点在编程时可以任意使用，使用次数不会受到任何限制。
(3) 通用辅助继电器（M）
通用辅助继电器如同继电控制接触系统中的中间继电器，在PLC中没有输入输出端与之对应，因此通用辅助继电器的线圈不直接受输入信号的控制，其触点不能驱动外部负载。
(4) 特殊标志继电器（SM）
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有些辅助继电器用来存储系统的有关的控制参数、状态变量和信息或具有特殊功能，我们称之为特殊标志继电器。用户可通过特殊标志来提取被控对象与PLC之间的信息。例如可以直接读取程序运行过程中的运算结果和设备状态的信息，利用这此信息用程序实现一定的控制动作，用户也可通过直接设置某些特殊标志继电器位来使设备实现某种功能。
(5) 变量存储器（V）
变量存储器用来存储变量。它可以存放程序执行过程中控制逻辑操作的中间结果，也可以使用变量存储器来保存与工序或任务相关的其他数据。
(6) 局部变量存储器（L）
局部就是存储器用来存放局部变量。局部变量与变量存储器所存储的全局变量十分相似，主要区别是全局服务是全局有效的，而局部服务是局部有效的，全局有效是指同一个变量可以被任何和谐（包括主程序、子程序和中断程序）访问：而局部有效是指变量只和特定的程序相关联。
(7) 顺序控制继电器（S）
顺序控制继电器用在顺序控制和步进控制中，它是特殊的继电器。 (8) 定时器（T）
定时器是PLC中重要的编程元件，是累计时间增量的内部器件。自动控制的大部分领域都需要定时器进行延时控制，灵活地使用定时器可以编制出动作要求复杂的控制程序。
(9) 计数器（C）
计数器用来累计输入脉冲的次数。它是应用非常广泛的编程元件，经常用来对产器进行计数或进行特定功能的编程。使用时要提前输入它的设定值（计数个数）当输入触发条件满足时，计数器开始累计它的输入端脉冲电位上升沿（正跳变）的次数。当计数器计数达到预定的设定值时，其常开触点闭合，常闭触点断开。
(10) 模拟量输入映像寄存器（AI）、模拟量输出映像寄存器(AQ)
模拟量输入电路用以实现模拟量/数字量(A/D)之间的转换，而模拟量输出电路用以实现数字量/模拟量(D/A)之间的转换，PLC处理的是其中的数字量。
(11) 计数器（HC）
高速计数器的工作原理与普通计数器基本相同，它用来累计比主机扫描速度更快的高速脉冲。高速计数器的当前值为双字长（32位）的整数，且为只读值。
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(12)累加器（AC）
S7-200 PLC提供4个32位累加器，分别为AC0、AC1、AC2、AC3，累加器（AC）是用来暂存数据的寄存器，它可以用来存放数据如运算数据、中间数据和结果数据，也可用来向子程序传递参数，或从子程序返回参数。使用时只表示出累加器的地址编号。数据长度可以是字节、字和双字[22]。
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第四章 基于PLC的煤粉电除尘器控制系统
在工业生产控制领域中PLC具有很大的实用性和更多的优点,因此它得到了广泛的应用，本设计选择PLC作为电除尘器自动控制的控制器，通过PLC过程自动化控制来实现电除尘器除尘控制，根据电除尘器的除尘工艺设计要求,本设计从电除尘器本体中的振打系统的控制,风机的控制对进出口浓度的控制, 输卸灰系统控制,灰斗加热系统、卸灰系统的控制,消防报警的控制等方面对其进行介绍，进而实现煤粉电除尘器控制系统。
4.1 总控制系统方案
PLC 控制系统是以PC机为基础的多任务操作平台，通过上位机组态控制画面对电除尘器的高压整流供电设备和低压整流设备总体控制。本设计重点研究低压控制方面，通过上下位机远程通信，实现电除尘器本体中的进出口浓度、风机起停、灰斗温度、振打及卸灰等控制，PLC可以通过监控画面自动显示，记录生产设备的运行状态与运行参数，因此以PLC 为中心制定了控制煤粉电除尘器系统，其框图如图 4.1 所示。
PLC综合控制系统工频电源输入低压回路高压回路除尘器本体低压自控装置 图4.1控制电除尘器系统框图
低压自控装置和高压供电装置为煤粉电除尘器的两部分主要供电装置。低压自控装置其主要功能是用来作为电除尘控制设备的配套供电作用，包括电除尘器本体的风机运行的供电、阀门电机的供电、灰斗卸灰、除尘振打装置的供电以及安全报警等连锁控制装置的供电。作为除尘工艺的要求在电除尘器中设置了数据检测装置，为温度传感器、浓度传感器以及压力传感器，其数据检测装置是用来检测电除尘器本体的烟气箱内的温度，灰斗内部压力、烟气进出口的浓度。通过电晕放电实现粉尘荷电，通过收尘极极板实现煤尘收集、通过灰斗压力检测实现自动卸灰等功能是电除尘器本体的主要功能[19]。其工作顺序功能图如图4.2所示。电除尘器的高压供电装置包括变压和升压器、高压整
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流器、主题控制器以及控制系统数据检测装置等。为了实现稳定的电晕放电，通高压硅整流控制把电除尘器中低压控制回路的低压制电路低压供电转换成40kv以上的高压电是高压供电装置的主要功能。
开始主机启动N是否吸合Y主动吸合第一电场振打第二电场振打第三电场振打第四电场振打是否报警YN是否卸灰YN启动报警和消防处理卸灰N主机停止Y停止
图4.2顺序功能图
根据顺序功能图制定了本设计的总制梯形图，如图4.3。
图4.3总控制梯形图
其中I0.6为自动开关、I0.7为手动开关、I1.0为远程开关。手动控制梯形图如图4.4所示。
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Always_On始终接通为NO、I1.3为振打开始按钮、I1.4为振打结束按钮。
表4.1 I/0分配表
输 入 信 号 启动按钮 停止按钮 高温开关 高压开关 自动开关 手动开关 远程开关 风机开始 风机停止 振打开始 振打停止 报警开始 报警停止 卸灰开始 卸灰停止 输 出 信 主机吸合 电机接主机电源 电机星形接通 电机三角形接通 电机电动执行器 19
I0.0 I0.1 I0.2 I0.3 I0.6 I0.7 I1.0 I1.1 I1.2 I1.3 I1.4 I1.5 I1.6 I1.7 I2.0 Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.4 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）
号 振打 报警 测温 断电装置 喷水 卸灰 Q0.5 Q2.0 Q2.1 Q2.2 Q2.3 Q2.4
4.2 风机控制
在静电除器尘过程中，为了避免火电厂生产时和运煤车倒煤时扬起煤尘造成环境污染以及能源的浪费，在工业中通过风机的运行对含煤尘的烟气进行回收。较多使用的为高压离心风机，驱使风机运行的动力设施为电动机，此外也用电动机来控制风机风阀位置上的手或自动动执行器一些部件。通过手动或继电器控制是，动力设备风机的传统控制方法，但是这种控制方法存在灵活性和可靠性较差的问题，尤其是在启动一瞬间电流很大容易引起严重事故，为了解决这个问题，必须采取在启动风机时减少启动其他负荷，实现较的小电流启动，所以本设计应用Y—△启动电机来降低启动电流[22]。
降压启动是为了降低电机启动电流，减少电机启动时对供电电源、机械设备的冲击。启动时间间隔通常为8-15s，用时间继电器延时完成。异步电动机Y—△启动的继电器控制电路图和主回路如图 4.5所示。如图可知，当接触器KM1、KM2主触头闭合，KM3主触头段开时，电动机三相定子绕组作Y连接；当接触器KM1、KM3住触头闭合，KM2主触头断开时，电动机三相定子绕组作△连接。所设计的控制线路能先使KM1和KM2得电闭合，经过一定时间延时，使KM2失电断开，而后使KM3得电闭合。因此电动机就能实现降压启动后自动转换到正常工作运转。
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图4.5 Y—△启动电路图
4.3 振打过程控制
电极振打控制是电除尘器除尘过滤装置的基本控制。电除尘器除尘设备供电分高压和低压两部分，低压供电部分主要控制电除尘器集尘板和电晕极的振打。电除尘器控制系统的低压控制线路包括阳极振打也就是集尘极电机部分、阴极振打电机也就是电晕极部分，报警器输出部分与进出口浓度、除尘温度显示风机和阀门电机控制等。由于电晕线吸附煤粉尘较少，因此本设计对阳极振打作为主要除尘方式，通过控制电机带动振打锤周期性的振打阳极集尘板，使吸附在集尘板的粉尘得以清除，通过人工回收，进而实现除尘效率[24]。
4.3.1 对除尘振打的工艺要求
（1）煤粉电除尘器根据其运行情况不同，因此应采用的工作时序和振打周期应该与之生产工艺相协调。在相同时间点内，为防止已经吸附在集尘机的煤尘因同一电场的振打锤的同时振打而二次扬起粉尘，因此绝对不允许同一电场的电极同时振打，且相邻电场中的两套振打锤也不能同时振打。
（2）为了避免不必要的意外发生，因此要集中监测进行、管理并报警显示电除尘器工作情况。如图 4.6所示，该图为烟气经过三电场除尘设备后经过YM1、YM2两个
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阀门的电机的烟气流经图。经过风机工作煤粉尘被吸收进入高压电场，净化后的气体经由由裤衩烟道排入大气。为了大大提高除尘效率，作为阳极主要除尘的集尘板，因此设计两个阳极振打锤。图中 M1、M2、M4、M5、M7、M8 是六个阳极振打电动机，其余M3、M6、M9 是三个阴极振打电动机。对于裤衩烟道的设计是为了防止临近净化气体出口的振打锤振打时扬起灰尘被带出除尘器而达不到除尘目的，因此当M7电机振打时YM1阀门关闭，YM2阀门开启；当M8振打时候，YM1阀门开启，YM2阀门关闭。
YM1煤尘M1\\2M4\\5M7\\8煤尘M3煤尘M6M9YM2 图4.6三电场除尘装置示意图
4.3.2 各电场时序控制
由于阴极是电晕线，电晕线集尘所占的比例少之又少，阳极是集尘板，大部分灰尘都汇集在集尘板上，所以设计中在振打时重点考虑阳极振打。为了使除尘效果提高，因此设计了各电场的时序控制。
第一电场振打程序设计：M1、 M2、M3为第一电场三个振打电机，电机 M1 的第一次启动振打，程序启动信号到达后开始工作，振1min后停止9min，另一侧阳极由电机M2振打停止9min后振打1min，首次循环结束。为保证同电场的电机不能一起工作，因此阴阳极的振打时序是相反的，所以第二次以及以后的循环工作均由定时器信号触发。
第二电场振打程序设计：M4、M5、M6为第二电场振打电机，类似于第一电场，电机 M4 的第一次振打是由定时器信号触发后开始工作，停止19min 后振打1min，阳极的另一侧由电机M5振打1min停止19min，首次循环结束。第二次以及以后的循环还是由定时器信号触发。
第三电场振打程序设计：M7、M8、M9和第一、第二电场相似，第一次振打，电机M7由定时器信号触发开始工作，振打1min 后停止29min，电机M8停止29min振1min，第一次循环结束，以后的循环同样也是由定时器信号触发[3]。
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为了工作中防止M7、M8振打的时候时，下落的煤尘被风机吸走。因此设计了M7电机振打时，阀门YM1是关闭的，M7停止振打后定时器触发延时4min后打开阀门YM1；同样M8振打的时候阀门YM2关闭，M8电机停止振打后定时器触发延时4min后打开阀门YM2。
4.4 消防报警控制
在电除尘器除尘工作过程中，当灰斗卸灰装置出现故障时，电晕极产生的火花放电会使灰斗中不能卸灰而积累的煤尘会引起燃烧。为了使这种情况不发生，从程序主电源启动直到整个除尘过程的结束，必须都应该采用压力和温度传感器进行操作监视和实时消防报警处理。当过压力过大值或温度过高时，程序将自动开启报警系统，经过测检测温度，如果压力和温度仍不在正常范围内，立即启动断电保护，消防系统将对整个工作现场进行降温处理，且之后进行人工操作检查[25]。
4.5 卸灰装置控制
在本设计中我们同样对位于集尘极下方的灰斗进行 PLC 控制，随着振打过程的进行，当灰斗集尘到一定量时，卸灰装置收到主程序启动信号时，灰斗将自行进行卸灰处理，当主机断电时卸灰动作自动结束并恢复到初始位置，主机再次给信号使，卸灰装置将依次循环实现自动卸灰功能。
4.6 浓度PID调控
本控制系统为了保证工业控制中的除尘效率，采用浓度的闭环反馈控制，来降低电场中的低压控制装置的用电值，而达到节省能源过度消耗。实际应用过程中将PID控制与PLC 控制相结合，进而使闭环控制系统变得非常实用。
比例-积分-微分控制（Proportional Integral De-rivative）是PID控制器的全称，其功能不需要精确控制系统模型、适应性和灵活性较强、程序设计比较简单、容易实现其功能等特点。所以本设计采用闭环控制方式来实现控制进出口浓度变化的模拟量。其闭环模型如图 4.7 所示。
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SPnenPvnPID控制器MnD/AM(t)执行机构Pv(t)被控对象C(t)A/D敏感元件
图4.7基于PLC的闭环控制系统模型
图中的虚线部分为PLC内部， spn、pvn、en、Mn 分别为出口浓度模拟量 sp(t)、pv(t)、e(t)、M(t)在第n次采样出口浓度的数字量。其中spn是给定值，pvn 是 A/D 转换后的反馈信号量，误差为en = spn－pvn。可控硅控制电路为执行机构，电压的大小是被控对象，浓度传感器为敏感元件[20]。
作为PLC的PID控制器设计是以连续的 PID 控制规律为基础模型，将其转化为数字量，列出离散的PID方程，根据给出离散方程式对控制程序设计。PID控制器输入/输出如式（4.1）所示：
1de(t)M(t)KCe(t)e(t)dtTDM0 式(4.1) 0T1dt式中控制器输出：M(t)，输出初始值：Mo，误差信号：e(t)=sp(t)-pv(t)，比例系数：Kc， 微分时间常数：Td，积分时间常数：Ti。假设Ts为采样周期，系统开始运行时t=0，应用矩形积分来估算精确积分，用差分估算精确微分，将式（4.1）离散化，则第n次数据采样时控制器的输出为式（4.2）所示：
MnKCenK1ejKD(enen1)M0 式(4.2)
j1n式中en-1作为第 n-1 次采样时的误差值， 积分系数：Ki=KpTs/Ti， 微分系数：Kd=KpTd/Ts。
为了保证试验的准确度，对出口浓度通过浓度传感器进行检测，并将传感器输出通过AD转换后送给 PLC 作为浓度反馈信号。应用 PLC 的PID指令，使反馈信号与给定浓度进行PID运算后得到控制数据，通过DA 转换成模拟量，再通过控制器控制电压或电流的大小，从而对浓度进行控制。
4.7 网络通信研究
PLC的通信是指PLC与计算机、PLC与PLC、PLC与远程I/O之间的数据交换，计算机内进行的任何操作和系统间数据交换，它所执行的都是二进制码。在不同系统或
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计算机之间的信息交换都是采用并行和串行两种通信方式。
本设计通过ProfiBus-DP网络通信，将电除尘器各个工作现场采集的数据传给组态监控中心，监控系统对所接收的现场数据进行分析和处理后，根据电除尘除尘的控制工艺要求，不断向PLC下达改变控制参数的命令，如果发现设备运行不正常时，迅速手动切断电源，组织相应的工作人员进行抢修和维护，同时由于该控制系统的存在，试验间的技术人员也可以通过音频系统与工作人员进行交流，进而保障抢修工作的顺利进行
[27]
。
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第五章 组态监控系统设计
组态王的结构包括了工程浏览器、工程管理器、运行三大部分。工程浏览器：工程浏览器是工程开发的工具，用于创建外部设备、相关变量、监控画面，以及进行系统运行配置的设定等。工程管理器：工程管理器用于已有工程地管理和创建新的工程，对已有工程进行添加、备份、恢复以及数据词典的导入和导出等功能。运行系统：只有工程运行后，才可以从外部设备中采集通讯数据，并按工程浏览器的设计来显示动态监控画面，实现人于调节器的交互操作。
组态王作为一个开放型的通用工控软件，支持与国内外常见的 PLC、智能仪表、智能模块、数据采集板卡变频器等通过常规通讯接口进行数据通讯。
组态王软件与外设进行通讯一般来说是通过调用*.dll 动态库实现，不同的外接设备或不同的协议对应的动态库也不同[10]。工程开发人员不需要关心动态库代码及设备选用的通讯协议，使用组态王自身提供的设备定义向导，便可以定义工程中使用的输入、输出设备，并通过对变量的定义实现组态与外设的关联，使用起来既简单又方便。
组态王操作简单、可靠性高，经过在钢铁行业电力系统、及环境检测等各个领域的长期应用，证实了他性能非常稳定。因此，本论文所设计的煤粉电除尘器控制系统上位机监控部分采用组态王软件来实现。
5.1 组态王软件
组态王软件系统包括了运行环境和组态环境两部分。其中运行环境是按照用户需要在组态王中建立组态工程，根据用户想要的方式进行编程和个种处理以便在组态中实现设计的目标；组态环境则可以看作是一套工具，用户可以利用这套工具构造和设计自己的应用系统，运行过程中，各个数据会被把存到数据库之中。运行环境组和态环境密不可分又相互独立，关系如图 5.1 所示。
组态环境：组态生成应用系统运行环境解释执行组态结果组态结果数据库
图5.1组态环境、组态结果和运行环境关系图
组态王要真正的构成一个应用系统必须将其运行与数据库连系起来才能实现，否则他的
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运行不会有有任何的实际的意义。当组态王运行结束之后，组态结果数据库依然能够离开组态环境独立在计算机上运行[13]。组态王的结构如图 5.2 所示。
设备连接动画构建流程控制报警组态设备报表数据库组态软件核心数据库设备输出显示动画现场控制报警信号打印报表
图5.2组态王软件结构图
5.2 监控系统主体设计
本设计中是以PLC 作为下位机、私人计算机作为上位机，上下位机共同构成煤粉电除尘器监控系统。以工控软件组态王作为上位机来实现监控除尘过程中风机风速、电压电流信号、进出口浓度等被控变量的实时数据以及曲线。用于对除尘过程中各项参数进行实际控制的下位机我们选择了西门子S7-200，他还可以将进出口浓度、风机风速、传感器采集到的模拟量等模拟信号转换成数字信号，这些数字信号在PLC还有组态王之间通过PPI通讯协议经RS485通信接口进行通信即数据的交互。除尘的整个过程中对被控制对象的实时控制以及实时监控都是通过组态软件对来实现的。在本认得设计论文中，根据煤粉电除尘器的实际工艺要求，按着管理方便、操作方便的原则，设计出来了这个煤粉电除尘器监控系统[11]。图 5.3 显示的就是该监控系统的软件框图：
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煤粉电除尘监控系统用户登录窗口监控界面窗口除尘环节控制窗口运行实时曲线窗口历史曲线窗口报表数据查询窗口报警显示窗口
图5.3 煤粉电除尘器监控系统软件框图
该系统的功能是能够对煤粉电除尘系统进行除尘过程主回路的实时监控以及实时管理。煤粉电除尘器监控系统可以根据从工作现场检测到的现场信号或操作人员发出的控制命令来执行相应的操作，工作现场往往还设有除尘现场的自动控制开关设备，可以对现场除尘过程中电流、电压等参数进行实时的监是控制。其次，本设计的控系统具有实时和历史曲线显示、实时数据报表等数据采集、传递与处理功能，组态王监控系统也可以将除尘过程中采集到的各个监控参数进行存盘，而且可以保存成EXCEL格式，操作员可以利用该项功能调用除尘器的除尘历史数据。最后，当除尘器设备发生故障时，煤粉电除尘器的监控系统还能进行故障报警功能，可以让操作人员很快地知道故障所在进而进行及时处理[23]。煤粉电除尘器监控系统还可以可以进行数据曲线、动画显示、或图像等多种形式的图形显示，使操作员更加方便快捷形象的了解到现场的的一切状况还有各类信息情况，因此具有很强的可操作性和可视性。煤粉电除尘器监控系统的操作流程如图 5.4 所示。
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登录系统输入用户名和密码参数选择进入管理窗口，选择监控系统运行方式，监控系统的运行查看系统运行参数，查看系统运行曲线，查看数据报表，查看报警情况输入控制参数，得出对相应除尘效果曲线，对除尘效果进行评价根据除尘效果，提出改进系统运行参数除尘监控效果分析窗口除尘报告
图5.4组态系统操作流程图
煤粉电除尘器监控系统由监控界面与控制窗口、用户登录窗口、设备运行历史数据曲线窗口、实时数据曲线窗口、实时与历史报表窗口、报表查询窗口、数据实时保存和报警显示窗口等部分构成，每一部分都相互独立有相互联系，可以彼此调用，又不相互影响，即使要能完成相同的工作也会有不同的特性。对各个窗口的功能设置进行详细介绍如下所列。 5.2.1 登陆窗口
应用在煤粉电除尘器组态监控系统中，设计系统中应该设置录窗口，并设置登录权限用户以防止其他人员或非操作人员进行非专业操作从而引发电除尘器设备故障而造成地损失，由此看来用户登录窗口的设置是完全有必要的。设置登陆界面后，操作人员必须先输入本人登录密码，只有在用户名与密码都完全匹配的时候才能进入煤粉电除尘器监控系统，进入监控系统后根据操作员设计的优先级才能命令执行各项不同的操作且不能进行越权操作[11]。其登录窗口如图 5.5 所示。
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图5.5 系统登录窗口
5.2.2 主控窗口
根据系统的工作流程，利用组态王设计了监控界面如图 5.6所示。用户从登录界面登陆进入系统后，系统便进入了煤粉电除尘器监控系统的主控窗口，在控制系统的运行过程中，除尘设备的外观还有现状等都可以在主画面中形象生动的表现出来，这样就实现主控界面的动画效果，操作人员通过此画面就可以对除尘过程进行的实时监事以及控制。煤粉电除尘器监控系统的控制窗口中除尘环节控制窗口时其重要组成部分，在此设定初始值画面也在该主控窗口中设定这是为了方便监控主界面的初始值的设定，其初始值主要包括进出口浓度、温度、灰斗物位、直流输出电流、交流输入电压、直流输出电流和交流输入电流数据等，通过数据显示框可以连续的、实时的显示除尘现场采集的个类不同的参数的当前值以及趋势。
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图5.6系统主控窗口
为了让主监控画面清晰明了而且可以进行画面切换，我们在各个监控界面上设置了菜单按钮，通过菜单上的按钮可以进行不同界面之间的切换，对系统的各个部分进行监控，如切换到达设备运行是的历史趋势曲线窗口、实时曲线窗口、实时与历史报表窗口、报警显示窗口、时报表查询窗口等监控界面上，并且在各个界面设定返回按钮，可实施系统在任何界面都能通过按键返回主监控界面。 5.2.3 实时数据记录及查询窗口
根据除尘现场采集到的灰斗物位、电压信号、除尘器温进出口烟气浓度度等参数，组态王软件经过对其进行数据处理，除尘过程中灰斗物位、进出口浓度、电压、除尘温度等参数的实时变化情况会在实时曲线窗口以不同颜色的曲线实时显示，这样操作人员就可以及时的了解工作现场中除尘设备的变化趋势及运行情况，并可以格局曲线位置对数据进行对比，以便做出正确的控制决策，从而更好的提高除尘效果[19]。图 5.7 所示的便是监控设备运行的实时曲线窗口。
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图5.7 实时曲线窗口
与实时曲线不同实时数据报表反映的是在生产过程中运行状态、过程数据等，并对数据记录的一种重要的工具，是在监控运行时必不可少的环节，它既能对系统的实时生产情况进行标示又能长期的保存生产过程中的各县参数的数据，以便操作人员进行分析、统计，使管理人员能够掌握生产过程的长期生产情况。实时报表窗口如图5.8。
图5.8 实时报表窗口
组态王提供内嵌式报表系统对报表进行组态。组态王为用户提供了丰富的报表函
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数，实现数据转换、各种运算、报表打印、统计分析等。既可以制作历史数据报表又可以制作实时数据报表。此外，工程人员还可以制作各种报表模板，以免重复工作。
通过实时数据报表查询可以在任意时间存储设产寻数据，实时数据报表查询功能的实现是通过组态王内部提供的报表查询函数完成的，在保存报表时一般会以当前时间作为文件名将数据保存到操作人员之前已经设定好的路径下，对于已经保存好的数据报表，在组态运行时还可以设置查询功能，按时间调出保存好的报表，并将其显示在报表窗口中实现查询功能。实时报表查询窗口如图5.9。
图5.9 实时报表查询窗口
5.2.4 历史数据记录窗口
为了清晰地显示某些参数在一段时间的变化情况组态王提供了历史数据趋势记录窗口。在此窗口中和实时数据曲线类似也用不同的颜色表示不同的历史数据的变化趋势，是工作人更加清晰方便的对控制现场的控制趋势做出判断，以便对控制系统做正确的决策以及方案[23]。历史数据报表和实时数据报表一样，但其保存在历史库中我们可以利用组态王按照指定时间间隔调用指定时间段内各变量的历史数据，其窗口如图5.10、图5.11所示。
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图5.10 历史趋势曲线窗口
图5.11 历史报表窗口
5.2.5 报警窗口
系统带有报警功能，如果程序运行时测到设备运行中的某个或者某些参数出现异常情况，系统就可以检测到该异常情况，并及时向工作人员发出警报，如生意报警，或指示灯报警等。声光报警的时候，管理人员还可以通过报警事件窗口查看某一时间段内的报警信息，在报警信息浏览窗口中报警信息将会以报表的形式显示出来[27]。
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例如在系统运行程中，如果进出口浓度或电压等参数的当前值超过标准值时，监测系统就会产生报警，并将报警类型显示在报警显示窗口。如图5.12。
图5.12 实时报警窗口
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总 结
实践是检验真理的唯一标准，四年来在学校的组织下，不断的参加各种生产实践，慢慢将理论联系于实际、渗透于实际。直到今天，作为大学校园里最后一次真正意义上的实践活动，面对毕业设计，我们内心充满的是无限的激动与感慨。学校领导、老师更是给予了高度的重视，希望每一位毕业生都能将大学四年的理论知识应用于这次真正意义上的实战中，将最精彩、最灿烂的一幕留给自己，也留给我们亲爱的母校。
在本次设计中，对PLC控制煤粉电除尘器控制系统进行整体性的设计，对电除尘器过程工艺流程进行了系统的分析。而且对系统中各个硬件的应用和工作原理进行了研究分析，能够充分的把各个硬件应用到本系统当中。在本设计过程中还对西门子S7-200做了深入研究，通过S7-200对电除尘器进行控制，可以较好的实现系统应有的功能。从而使电除尘器得以应用，达到预期的效果。
在长达十八周的毕业设计中，使我们对专业课的理论知识有了更深刻的认识和理解，经过这一阶段的学习与应用，我能够较熟练的将变频器技术、可编程逻辑控制器等相关知识很好的应用于实际当中，我想这必然有利于今后的工作与学习，这为我们将来的工作打下了坚实而有力的基础。
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附录A：组态王命令语言
LogOn();
ShowPicture(\"反应车间\"); Exit( 0 );
ShowPicture(\"历史趋势曲线\"); ShowPicture(\"实时曲线\"); ShowPicture(\"实时报表\"); ShowPicture(\"历史报表\"); ShowPicture(\"实时报表查询\"); ShowPicture(\"报警\");
ShowPicture(\"煤粉电除尘器控制系统\");
\\\\本站点\\移动=\\\\本站点\\移动+1; if(\\\\本站点\\移动>10) \\\\本站点\\移动=0;
\\\\本站点\\进口浓度=\\\\本站点\\进口浓度+5; if(\\\\本站点\\进口浓度>100) \\\\本站点\\进口浓度=10; if(\\\\本站点\\出口浓度<100)
\\\\本站点\\出口浓度=\\\\本站点\\出口浓度+2; else
\\\\本站点\\出口浓度=\\\\本站点\\出口浓度; if(\\\\本站点\\电压<100)
\\\\本站点\\电压=\\\\本站点\\电压+1; else
\\\\本站点\\电压=\\\\本站点\\电压; if(\\\\本站点\\压力<100)
\\\\本站点\\压力=\\\\本站点\\压力+3; else
\\\\本站点\\压力=\\\\本站点\\压力; if(\\\\本站点\\物位<80)
\\\\本站点\\物位=\\\\本站点\\物位+2; else
\\\\本站点\\物位=\\\\本站点\\物位;
string file;
file=InfoAppDir()+\"baobiao\\*.rtl\"; listClear(\"Ctrl0\");
ListLoadFileName( \"Ctrl0\
string ReportName;
ReportName=InfoAppDir()+\"baobiao\\\"+报表查询变量; ReportLoad(\"Report3\
string filename;
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filename=InfoAppDir()+\"baobiao\\\";
filename=filename+\\\\本站点\\$日期+StrFromInt( \\\\本站点\\$时,10 )+\"时\"+StrFromInt( \\\\本站点\\$分,10 )+\"分\"+StrFromInt( \\\\本站点\\$秒,10 )+\"秒.rtl\"; ReportSaveAs(\"baobiao\
ReportPrintSetup(\"Report1\");
ReportPrint2(\"Report1\");
ReportSetHistData2(1,1);
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附录B：PLC运行程序
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致 谢
经过几个月的忙碌和学习，本次毕业论文设计已经接近尾声。通过本次设计的完成使我的知识面有了很大的扩展，把理论知识与实践结合到了一起，对今后的工作也将有一定的帮助。
在论文写作的过程中，得到了闫老师的亲切关怀和耐心的指导。她严肃的教学态度、严谨的治学精神、精益求精的工作作风深深地感染和激励着我。从课题的选择到设计的最终完成，闫老师都始终给予我细心的指导和不懈的支持。除了敬佩闫俊红老师的专业水平外，她的治学严谨和科学研究的精神也是我永远学习的榜样，并将积极影响我今后的学习和工作。在此谨向闫老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。
论文即将完成，看着自己辛苦几个月的成果心情十分的激动，从开始进入课题到论文的顺利完成，有许多可敬的老师、同学、朋友给了我极大的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意！谢谢你们！
最后还要感谢我的母校—内蒙古科技大学！感谢她四年来对我的栽养和教导。
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