喷雾干燥塔控制系统设计PLC总课程设计报告Word文档格式.docx
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干燥系统的主要设备有鼓风机、干燥塔、除尘器、排风机。
在干燥系统中，鼓风机将空气送入换热器中加热，热空气进入干燥塔干燥所需物质，接着干燥塔出口的热空气进入除尘器进行除尘，最终通过排风机排入大气。
系统启动的时候运行鼓风机和排风机，因为提前开不影响系统的安全性，同使在点火的初期还有保护加热器的作用。
同样在停止系统的时候最后停风机，同样使保护作用。
在干燥系统中，涉及到空气温度和干燥塔负压控制。
温度的控制包括热空气进口温度、烟气出口温度、干燥塔出口温度，其中热空气进口温度是调节燃油量（即燃油调节阀的开度）的主要依据。
干燥塔的负压是改变排风机转速（主要通过变频器实现）的主要依据，干燥塔的出口温度是给料多少的主要依据，当排烟温度超过一定温度的时候声光报警，等待运行人员确认。
2.5投料系统
投料系统的主要设备有料浆灌、溢流阀、电磁阀、料浆泵、喷雾装置。
投料系统在点火成功后，温度满足一定数值的时候，启动料浆泵，经过雾化，喷入干燥塔，物料经干燥后从下面的排出合格产品。
同时，根据控制目标自动增/减料枪，保证干燥效果。
投料系统的主要控制信号为料浆出口压力，根据干燥负压和温度控制料浆出口压力在一定围，以确保料浆的雾化效果。
2.6除尘系统
除尘器属于喷雾干燥塔的外围设备，除尘器外壁布置了三只气锤，部设置八个除尘布袋实现对出塔空气的过滤除尘。
除尘系统为达到除尘效果要求气锤按固定的时间间隔对塔外壁进行振打，同时8只布袋按固定的时间间隔进行反吹。
除尘器布置在干燥塔旁，在负压控制中可以考虑到除尘器的反吹会造成干燥塔塔负压的明显波动。
此时应该禁止负压检测信号的信号输出，在反吹过后回复正常以后，再解除信号的输出指令。
三、控制系统的硬件设计
3.1喷雾干燥塔控制功能描述
良好的控制系统的主要指标是安全和经济，本次课程设计控制对象喷雾干燥塔的控制目标是在安全的前提下确保对象的工艺参数稳定，并以安全作为优化目标。
针对该喷雾干燥塔所提出的控制要求主要有以下方面的考虑：
顺序启动功能、安全停机功能、自动点火功能、熄火保护功能、系统安全保护功能、状态监测和自动报警功能、自动投入油枪和撤除油枪功能、自动温控功能、设备离线强制启停功能、指示灯测试功能、模拟量控制功能等。
喷雾干燥塔控制系统需要实现的主要功能如下：
（1）、自动顺序启动功能
系统可实现顺序启动。
程序能够实现排风机，鼓风机，助燃风机，供油泵，增压泵的顺序启动。
（2）、安全停机功能
可以自动按供油泵，电磁阀，助燃风机的顺序停止系统。
停机过程中提供自动吹扫和系统自动复位功能。
（3）、自动点火功能
实现系统安全点火。
点火条件成立时有灯指示，此时按下“点火”按钮并保持2秒钟以上，可自动实现安全点火；
不具备点火条件时，没有灯指示，操作“点火”按钮，系统不予响应。
（4）、熄火自动保护功能
点火过程和正常运行中因出现熄火信号，系统能自动保护设备安全，并恢复到点火准备状态。
（5）、系统安全保护功能
系统出口超温保护。
出口温度超过规定的故障限值5秒，打开“紧急排放阀”；
出口温度超过故障限值1分钟，执行“自动停机”以保证系统安全。
（6）、状态检测和自动警报功能
系统进口温度，出口温度，排烟温度，塔塔负压，料浆压力异常时提供光字牌提示和声音报警，并具有报警保持，等待确认功能
（7）、自动投入喷枪和撤除喷枪功能。
在“自动模式”下，当投料温度升高时增加燃烧量，温度升高到一定值，自动增加一根喷枪；
当投料温度降低时减少燃烧量，温度降低到一定值时自动减少一根喷枪。
（8）、指示灯测试功能
在任何情况下，系统都可以检测指示灯是否能够正常使用，按下“灯测试”按钮，所有指示灯点亮，取消“灯测试”按钮，所有指示灯回复原状态。
（9）、点火之后系统进入手动控制，当满足一定条件后系统自动切换到自动控制。
3.2控制网络拓扑图
系统网络拓扑图
3.3控制系统的I/O清单
（1）、离散量输入
离散量输入
变量
说明
拓扑地址
QD
启动
%I0.1.0
TZ
停止
%I0.1.1
JJTZ
紧急停止
%I0.1.2
ENSURE
报警确认
%I0.1.3
DJC
指示灯测试
%I0.1.4
SZDQH
手/自动切换
%I0.1.5
DHZL
点火指令
%I0.1.6
XHWZ
小火位置
%I0.1.7
DHWZ
大火位置
%I0.1.8
LJYLD
料浆压力低
%I0.1.9
YYZC
油压正常
%I0.1.10
LJYLG
料浆压力高
%I0.1.11
FYZC
风压正常
%I0.1.12
HYZT
火焰状态
%I0.1.13
（2）、模拟量输入
模拟量输入
PFWD
排风温度
%IW0.3.0
TNFY
塔负压
%IW0.3.1
JKWD
进口温度
%IW0.3.2
CKWD
出口温度
%IW0.3.3
（3）、开关量输出
离散量输出
ALARM
声音报警
%Q0.2.0
CSJXZ
吹扫进行中
%Q0.2.1
DHXKL
点火许可指示灯
%Q0.2.2
XTZBWBD
系统准备完毕灯
%Q0.2.3
PFWDYCL
排风温度异常灯
%Q0.2.4
TNFYYCL
塔负压异常灯
%Q0.2.5
JKWDYCL
进口温度异常灯
%Q0.2.6
CKWDYCL
出口温度异常灯
%Q0.2.7
XHBJL
熄火报警灯
%Q0.2.8
TYLGYB
投燃料供油泵
%Q0.2.9
TRLZYB
投燃料增压泵
%Q0.2.10
TRLDCF
投燃料电磁阀
%Q0.2.11
TZRFJ
投助燃风机
%Q0.2.12
TRLTJF
投燃料调节阀
%Q0.2.13
PFJ
排风机
%Q0.2.14
GFJ
鼓风机
%Q0.2.15
DHBYQ
投点火变压器
%Q0.2.16
QCA
投气锤A
%Q0.2.17
QCB
投气锤B
%Q0.2.18
QCC
投气锤C
%Q0.2.19
ZBD1234
投正吹布袋1234
%Q0.2.20
FBD1234
投反吹布袋1234
%Q0.2.21
ZBD5678
投正吹布袋5678
%Q0.2.22
FBD5678
投反吹布袋5678
%Q0.2.23
JJPFF
投紧急排放阀
%Q0.2.24
TLJB
投料浆泵
%Q0.2.25
TPQA
投喷枪A
%Q0.2.26
TPQB
投喷枪B
%Q0.2.27
TPQC
投喷枪C
%Q0.2.28
3.4PLC的选型报告
在PLC系统设计时，首先应确定控制方案，下一步工作就是PLC工程设计选型。
工艺流程的特点和应用要设计选型的主要依据。
PLC及有关设备应是集成的、标准的，按照易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则选型所选用PLC应是在相关工业领域有投运业绩、成熟可靠的系统，PLC的系统硬件、软件配置及功能应与装置规模和控制要求相适应。
熟悉可编程序控制器、功能表图及有关的编程语言有利于缩短编程时间，因此，工程设计选型和估算时，应详细分析工艺过程的特点、控制要求，明确控制任务和围确定所需的操作和动作，然后根据控制要求，估算输入输出点数、所需存储器容量、确定PLC的功能、外部设备特性等，最后选择有较高性能价格比的PLC和设计相应的控制系统。
1．输入输出（I/O）点数的估算
I/O点数估算时应考虑适当的余量，通常根据统计的输入输出点数，再增加10%～20%的可扩展余量后，作为输入输出点数估算数据。
通过分析本控制系统包含13个开关量输入端口，28个开关量输出端口，4个模拟量输入端口。
所以本控制系统选择16个开关量输入端口，32个开关量输出端口，4个模拟量输入端口的PLC。
2.存储器容量的估算
存储器容量是可编程序控制器本身能提供的硬件存储单元大小，程序容量是存储器中用户应用项目使用的存储单元的大小，因此程序容量小于存储器容量。
设计阶段，由于用户应用程序还未编制，因此，程序容量在设计阶段是未知的，需在程序调试之后才知道。
为了设计选型时能对程序容量有一定估算，通常采用存储器容量的估算来替代。
存储器存容量的估算没有固定的公式，许多文献资料中给出了不同公式，大体上都是按数字量I/O点数的10～15倍，加上模拟I/O点数的100倍，以此数为存的总字数（16位为一个字），另外再按此数的25%考虑余量。
3.控制功能的选择
该选择包括运算功能、控制功能、通信功能、编程功能、诊断功能和处理速度等特性的选择。
（1）运算功能
此控制系统PLC的运算功能包括逻辑运算、计时、计数功能、比较等运算功能，同时还有模拟量的运算和处理功能。
（2）控制功能
本控制系统的控制功能主要为PLC顺序逻辑控制和模拟量的控制。
（3）通信功能
本控制系统的PLC应支持多种现场总线和标准通信协议（如TCP/IP），需要时应能与工厂管理网（TCP/IP）相连接。
通信协议应符合ISO/IEEE通信标准，应是开放的通信网络。
PLC系统的通信接口应包括串行和并行通信接口（RS2232C/422A/423/485）、RIO通信口、工业以太网、常用DCS接口等；
大中型PLC通信总线（含接口设备和电缆）应1：
1冗余配置，通信总线应符合国际标准，通信距离应满足装置实际要求。
本控制系统的PLC通信接口选择以太网。
（4）编程功能
PLC的编程有离线编程和在线编程两种，设计时应根据应用要求合理选用。
离线编程方式：
PLC和编程器公用一个CPU，编程器在编程模式时，CPU只为编程器提供服务，不对现场设备进行控制。
完成编程后，编程器切换到运行模式，CPU对现场设备进行控制，不能进行编程。
离线编程方式可降低系统成本，但使用和调试不方便。
在线编程方式：
CPU和编程器有各自的CPU，主机CPU负责现场控制，并在一个扫描周期与编程器进行数据交换，编程器把在线编制的程序或数据发送到主机，下一扫描周期，主机就根据新收到的程序运行。
这种方式成本较高，但系统调试和操作方便，本控制系统的PLC常采用此编程功能。
同时应具有五种标准化编程语言：
顺序功能图（SFC）、梯形图（LD）、功能模块图（FBD）三种图形化语言和语句表（IL）、结构文本（ST）两种文本语言。
（5）诊断功能
PLC的诊断功能包括硬件和软件的诊断。
硬件诊断通过硬件的逻辑判断确定硬件的故障位置，软件诊断分诊断和外诊断。
通过软件对PLC部的性能和功能进行诊断是诊断，通过软件对PLC的CPU与外部输入输出等部件信息交换功能进行诊断是外诊断。
PLC的诊断功能的强弱，直接影响对操作和维护人员技术能力的要求，并影响平均维修时间。
（6）处理速度
PLC采用扫描方式工作。
从实时性要求来看，处理速度应越快越好，如果信号持续时间小于扫描时间，则PLC将扫描不到该信号，造成信号数据的丢失。
处理速度与用户程序的长度、CPU处理速度、软件质量等有关。
目前，PLC接点的响应快、速度高，每条二进制指令执行时间约0.2～0.4Ls，因此能适应控制要求高、相应要求快的应用需要。
扫描周期（处理器扫描周期）应满足：
小型PLC的扫描时间不大于0.5ms/K；
大中型PLC的扫描时间不大于0.2ms/K。
4.机型的选择
（1）PLC的类型
PLC按结构分为整体型和组合型两类，按应用环境分为现场安装和控制室安装两类；
按CPU字长分为1位、4位、8位、16位、32位、64位等。
从应用角度出发，通常可按控制功能或输入输出点数选型。
整体型PLC的I/O点数固定，因此用户选择的余地较小，用于小型控制系统；
组合型PLC提供多种I/O卡件或插卡，因此用户可较合理地选择和配置控制系统的I/O点数，功能扩展方便灵活，一般用于大中型控制系统。
本控制系统的PLC机型选择组合型。
（2）输入输出模块的选择
输入输出模块的选择应考虑与应用要求的统一。
对输入模块，应考虑信号电平、信号传输距离、信号隔离、信号供电方式等应用要求。
对输出模块，应考虑选用的输出模块类型，通常继电器输出模块具有价格低、使用电压围广、寿命短、响应时间较长等特点；
可控硅输出模块适用于开关频繁，电感性低功率因数负荷场合，但价格较贵，过载能力较差。
输出模块还有直流输出、交流输出和模拟量输出等，与应用要求应一致。
可根据应用要求，合理选用智能型输入输出模块，以便提高控制水平和降低应用成本。
同时考虑是否需要扩展机架或远程I/O机架等。
（3）电源的选择
PLC的供电电源，除了引进设备时同时引进PLC应根据产品说明书要求设计和选用外，一般PLC的供电电源应设计选用220VAC电源，与国电网电压一致。
重要的应用场合，应采用不间断电源或稳压电源供电。
（4）存储器的选择
由于计算机集成芯片技术的发展，存储器的价格已下降，因此，为保证应用项目的正常投运，一般要求PLC的存储器容量，按256个I/O点至少选8K存储器选择。
需要复杂控制功能时，应选择容量更大，档次更高的存储器。
（5）冗余功能的选择
a．控制单元的冗余b．I/O接口单元的冗余
（6）经济性的考虑
选择PLC时，应考虑性能价格比。
考虑经济性时，应同时考虑应用的可扩展性、可操作性、投入产出比等因素，进行比较和兼顾，最终选出较满意的产品。
输入输出点数对价格有直接影响。
每增加一块输入输出卡件就需增加一定的费用。
当点数增加到某一数值后，相应的存储器容量、机架、母板等也要相应增加，因此，点数的增加对CPU选用、存储器容量、控制功能围等选择都有影响，同时，在估算和选用时应充分考虑，使整个控制系统有较合理的性能价格比。
综合以上条件，我们选择M340PLC。
配置清单如图4-1所示
序号
名称
型号规格
单位
数量
模块说明
1
机架
BMXXBP0600
块
6槽机架，电源不占槽位
2
电源模块
BMXCPS3500
高功率电源模块，36W,100-240VAC输入
3
CPU模块
BMXP342020
BMXP34高性能CPU，置USB口，Modbus，EthernetTCP/IP
4
开关量输入模块
BMXDDI1602
离散量DC输入模块，16点输入24VDC，漏型，IEC3类，20点端子块
5
开关量输出模块
BMXDDO3202K
离散量DC输出模块，32点输出24VDC，晶体管，0.1A源型，通道间诊断和保护，1×
FCN41点端子块
6
模拟量输入模块
BMXAMI0410
隔离模拟量输入模块，高功能快速输入，4通道，多量程（电压/电流），高速，高精度：
16位，通道间隔离
7
模拟量输出模块
BMXAMO0210
隔离模拟量输出模块，2通道，多量程（电压/电流），高速，高精度：
图4-1M340配置清单
3.5PLC的I/O端子接线图
四、控制系统的软件设计
4.1软件说明书
1、软件名称：
基于施耐德M340的喷雾干燥塔自动控制系统
2、软件用途：
本软件主要致力于实现喷雾干燥塔工艺流程的自动控制，使系统能够使用最少的人力资源更加方便、快捷、精确地完成规定的任务，减少工作强度，降低误操作率，提高工作效率，降低异常情况造成设备和人身安全的危害。
3、软件功能特性描述：
（9）、自动负压调整
系统正常运行中下，可以调节鼓风机的控制电压，来控制干燥塔负压。
在点火与系统异常时屏蔽手动信号，系统按顺序启停各设备，在点火后，可以切换到手动控制，以便于人工调节系统。
（10）、自动手动切换
点火之后系统进入手动控制，当满足一定条件后系统自动切到自动控制。
4、软件操作说明：
前期准备：
按照接线端子图及I/O清单正确连线，接通电源，对PLC机架通电，并将软件上传到PLC中。
正常启动操作步骤如下：
a.按下“灯测试”按钮：
报警指示灯及工作指示灯全亮。
b.灯测试正常后，长按“开始”按钮2s后，自动启动排风机、鼓风机后对系统进行连续吹扫5分钟，若在吹到过程中某个开启的排、鼓风机停止，则重新吹扫。
吹扫过程中，吹扫进行中指示灯亮，吹扫结束后，指示灯灭。
c.吹扫成功后在燃料供油泵不漏油的情况下，依次自动开启助燃风机、供油泵、燃料电磁阀、燃料调节阀、点火变压器。
以上均正常投入时，点火许可，同时点火许可灯亮。
d.长按点火指令两秒，若十秒后火焰正常，则点火成功，在无急停指令和停止指令的情况下，系统准备完毕，系统准备完毕指示灯亮，等待投料，同时自动转为手动。
e/系统准备完毕后，当投料温度未达到最低值时，为手动状态，可以通过手动头料浆泵、喷枪。
f.当投料温度达到最低温度设定值时，自动由手动转到自动状态，先投入料浆泵。
延时5s，自动投喷枪A，不满足时则停止，转为手动。
g.当投料温度达到中温度设定值时，自动投喷枪B。
否则自动停止喷枪B。
h.当投料温度达到高温度设定值时，自动投喷枪C。
否则自动停止喷枪C。
i.正常干燥过程中，若相关参数异常时，则会进行相应的报警警示。
j.当排风温度异常时，会出现声音报警，同时排风温度异常灯闪烁报警，按下报警确认后，闪光变为平光。
故障解除后，报警灯熄灭。
k.当塔负压异常时，会出现声音报警，同时塔负压异常灯闪烁报警，按下报警确认后，闪光变为平光。
l.当进口温度异常时，会出现声音报警，同时进口温度异常灯闪烁报警，按下报警确认后，闪光变为平光。
m.当出口温度异常时，会出现声音报警，同时出口温度异常灯闪烁报警，按下报警确认后，闪光变为平光。
n.点火成功系统准备完毕后，在系统未达到相关要求时，设备启动为自动状态，可以手动投入气锤和布袋。
o.当小火位置时，自动由手动转为自动，投入正吹布袋1234，延时55s，反吹布袋1234，延时5s。
若无急停指令，停止指令或火焰状态异常，则循环进行。
若有则延时一分钟，按顺序停止布袋和气锤。
p.当大火位置时，自动由手动转为自动，投入正吹布袋12345678，延时55s，反吹布袋12345678，延时5s。
q.手动投入气锤后，则气锤变为自动状态，每20s自动击打5s。
r.按下“急停按钮”或火焰熄灭时，依次停止供油泵、燃料电磁阀、助燃风机、增压泵、调节阀、点火变压器，吹扫后恢复到点火准备状态。
若有停止指令，鼓风机、排风机也依次停止。
延时一段时间后停止喷枪、布袋。
5、调节与异常情况操作规如下：
（进口温度信号、烟气温度信号、负压信号、排风温度信号都转换为电压信号）
进口温度：
正常围为1~4V，进口温度进口温度>
4V或<
1V（由正常值跌落），对应报警指示灯闪，蜂鸣器报警，按下“确认”按钮后，对应报
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