石灰窑除尘系统Word下载.docx

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ThearticlemainlyelaboratedthePLCfeasibilityofdesign,andthespecificimplementationplan.BecauseofelectriccontrolsystemPLCtherearelotsofadvantageswhichincludedesign,install,connectthelineandadjusttotryworkloadsmall,theperiodofresearchandmanufactureisshort,reliabilityishigh,theabilityofAnti-interferenceisverystrong,therateofbreakdownislow,thedemandofworkenvironmentislow,maintenanceconvenienceaseriesofadvantageetc.

Accordingtotherequirementsoftheproductionprocessoflimekiln,theelectricalcontrolofthewholeproductionlineisdesignedtorealizethemodernizationoftheproductionprocess..Thisdesignmainlyusesthedustremovalsystemofthefumeexhaustfan,dustspiralconveyor,dustbuckettypeliftingmachineofthreemotorcontrolsystemhardwarecircuitdesign,forthecoldairflowvalvecontrolPLCschematic.ThesoftwaredesignofthemotorcontrolsoftwareforthedustremovalsystemisalsoappliedtothehardwareandsoftwareofthePLCS7-200.

Keywords:

PLCdesign;

dustremovalsystem;

circuitdesign;

limekiln

目录

1、绪论1

1.1引言1

1.2石灰窑生产工艺流程2

1.3本课题研究的内容3

2、石灰窑除尘系统的硬件设计4

2.1烟气抽风机的电控回路硬件设计4

2.1.1软启动原理介绍4

2.1.2烟气抽风机的硬件设计4

2.2除尘螺旋输送机的电控回路硬件设计6

2.2.1螺旋输送机简介6

2.2.2除尘螺旋输送机的电控回路硬件设计8

2.3除尘斗式提升机的电控回路硬件设计9

2.3.1斗式提升机简介9

2.3.2除尘斗式提升机的电控回路硬件设计10

2.4冷风流量阀门PLC控制原理图11

3、基于PLC的软件设计13

3.1PLC的生产与发展13

3.2S7-200系列PLC的硬件系统及内部资源14

3.3S7-200可编程序控制器的编程软件16

3.4石灰窑除尘系统的软件设计16

4、结论21

5、谢词22

6、参考文献23

附录一英文文献24

PLCtechniquediscussionandfuturedevelopment24

附录二中文翻译32

可编程控制器技术讨论与未来发展32

1、绪论

1.1引言

石灰石是一种岩石，它的主要成分是碳酸钙

。

碳酸钙是一种不溶于水的白色固体。

石灰石除含碳酸钙以外，还含有少量镁、铁、锰的化合物，所以石灰石常呈青灰色、黑色和棕色。

石灰石是建筑上常用的石料。

粉碎后的石灰石与粘土按适当的比例混合，加强热就能制得水泥。

工业上把石灰石放入石灰窑内，经高温煅烧，便可制得生石灰（CaO）。

石灰石是用途极广的宝贵资源，石灰石是石灰岩作为矿物原料的商品名称。

石灰岩在人类文明史上，以其在自然界中分布广、易于获取的特点而被广泛应用。

作为重要的建筑材料有着悠久的开采历史，在现代工业中，石灰石是制造水泥、石灰、电石的主要原料，是冶金工业中不可缺少的熔剂灰岩，优质石灰石经超细粉磨后，被广泛应用于造纸、橡胶、油漆、涂料、医药、化妆品、饲料、密封、粘结、抛光等产品的制造中。

据不完全统计，水泥生产消耗的石灰石和建筑石料、石灰生产、冶金熔剂，超细碳酸钙消耗石灰石的总和之比为1∶3。

石灰岩是不可再生资源，随着科学技术的不断进步和纳米技术的发展，石灰石的应用领域还将进一步拓宽。

在石灰的烧制过程中，烟气冲天，黑烟滚滚。

石灰企业的污染烟气成份主要是微小的炭黑颗粒，其生成的原因是由于烧制过程中，煤不能充分燃烧而形成的。

石灰窑排出的烟气含尘量波动很大，通常出灰时比正常煅烧时高出几十倍。

另外，含尘浓度较大，一般介于1~10g/平方米，超过规定排放标准的数十倍。

再次烟尘的颗粒较大，大于10微米的通常占80%以上（称为“落尘”），小于10微米的占20%以下（称为“飘尘”）。

烟尘微粒对人体的危害很大大气中飘尘24小时平均浓度100mg/平方米时，可引起支气管等呼吸道疾病增加，24小时平均浓度150mg/平方米时，患病者、老弱者死亡率增加。

为了防止排出的烟气对大气的污染，就应设置石灰窑除尘系统。

利用除尘系统对烟气实施有效的过滤，解决石灰企业的污染问题。

1.2石灰窑生产工艺流程

这次我的毕业设计题目是《基于PLC的石灰窑除尘系统设计》，根据石灰窑除尘系统的控制要求，选择适合的PLC，并以此为核心，设计出符合控制要求的除尘系统。

石灰窑除尘系统的工艺流程图如图1-1所示：

图1-1石灰窑除尘系统工艺流程

石灰窑燃烧过程中产生的大量气体，夹杂微小的碳黑颗粒和石灰石分解及煤燃烧产生的部分微细杂质。

采用两级除尘方式即：

第一级初净化，干式除尘，采用旋风除尘器。

当打开烟气抽风机时，由竖窑顶端的烟气立刻被吸入旋风除尘器中，它的工作原理是，在离心力的作用下，其中较大的颗粒被抛向器壁而与气流分离，除去大颗粒烟尘，在这里有80%的粒径在30微米以上的烟尘颗粒被除去。

由于石灰窑排出的烟气温度较高，所以必须经过热交换器进行降温处理，那么较细的灰尘再进入热交换器中使烟气的温度初步降温，然后根据其温度大小，通过控制阀门的开度来控制外界冷风流量大小，使烟气温度控制在160度左右，从而才能进入布袋除尘器中进行第二级除尘除去微小尘粒，因为烟气的露点温度高达65度，并随原料含水量波动，为了防止布袋除尘器在运行中因结露粘结布袋而无法运行，布袋除尘器的运行温度应控制在80度以上，最好是在100度左右；

由于烟气的温度在160度左右，所以布袋的滤料应选用较耐高温的材料，防止被高温烟气烧坏。

经过布袋除尘器除去的尘粒最后落入除尘螺旋输送机中输送至除尘斗式提升机中，最后装入专门的容器中，进而达到除尘的目的最终气体经布袋过滤后排入大气中，达到净化目的。

这次的设计包括硬件和软件两部分，硬件设计包括烟气抽风机，除尘螺旋输送机和除尘斗式提升机三部分的电控回路，软件设计包括选择适和的PLC对以上三个电机完成控制软件的编程。

1.3本课题研究的内容

在这次毕业设计主要包括了第二章中除尘系统的烟气抽风机，除尘螺旋输送机，除尘斗式提升机三个电机的电控系统的硬件电路设计，冷风流量阀门控制PLC原理图，最后为第三章对整个除尘系统电机控制软件设计，以及关于S7-200的PLC的硬件系统和编程软件的简介。

通过这次对石灰窑除尘系统的软硬件设计，可以对石灰窑除尘系统有了一定的了解，也可以明白除尘系统的重要环保意义，也让自己所学的专业理论知识和实际有了初步的结合。

2、石灰窑除尘系统的硬件设计

2.1烟气抽风机的电控回路硬件设计

2.1.1软启动原理介绍

它主要由三相交流调压电路和控制电路构成，基本原理是利用晶闸管的导通角改变输出电压，达到通过调压方式来控制启动电流和启动转矩的目的的。

控制电路按预定的不同的启动方式，通过控制主电路的反馈电流，控制其输出电压，可以实现不同的启动特性。

最终软启动器输出全压，电动机进行全压运行。

由于软启动器为电子调压并对电流实时检测，因此还具有对电动机和软启动器本身的热保护，限制转矩和电流冲击，三相不平衡，缺相、断相等保护功能，并能实时的检测并显示电流、电压、功率因数等参数。

异步电动机在软启动的过程中，软启动器通过控制加到电动机上的电压来控制电动机的起动电流和转矩，起动转矩逐渐增加。

一般软启动器可以通过改变参数设定得到不同的启动特性，以满足不同负载特性要求。

2.1.2烟气抽风机的硬件设计

抽风机，是对作业环境通风的设备。

抽风机正常工作时，利用机械动能使风机运转，将厂房停滞不动的热气、异味、乌烟。

在最短的时间内迅速排出室外，同时把室外新鲜的空气和室内进行循环交换，从而达到通风降温改善车间环境的目的。

以下是烟气抽风机的电控回路的硬件设计，烟气抽风机是用来抽取石灰竖窑所排放的烟气，使其依次通过旋风除尘器，热交换器和布袋除尘器，从而达到除尘净化的目的，最后再把过滤的烟气排放到大气中。

给定的烟气抽风机的参数是132KW，242A，由于它的功率较大，不能直接起动，于是需要选用软起动器对其实行起动。

如图2-5所示。

图2-1烟气抽风机硬件电路图

这里选用的是长沙奥托自动化技术有限公司的软启动器QB42-132型号。

QB系列软启动器是一种以数字电路为控制核心，以可控硅为交流调压元件，用于三相异步电动机的起动装置。

可广泛用于电力、冶金、化工、水泥及各工矿企业中的水泵、风机等电力传动设备。

该产品通过对电流的检测，控制输出电压按一定线性加至全压，限制励磁起动电流，实现电机的软起动，它具有很强的抗干扰能力，能避免在工作中受高电压和强电子的扰动。

该起动装置从技术特性、可靠性及操作使用方面均优越于常规的自耦变压器降压起动和（星/三角）转换起动装置。

它克服了自耦降压起动设备接触器易烧坏，体积庞大，与负载相匹配及电动机转矩很难控制等缺点：

消除了因（星/三角）切换瞬间出现的高电流尘峰，避免了电动机在起动时的冲击电流对电网电压波动的影响。

是常规的自耦变压器降压起动和（星/三角）转换起动装置的理想替代产品。

是具有软起动和保护为一体的高科技产品。

它具有以下几个特点：

（1）数字控制触发，抗干扰性强。

（2）软起动过程中恒电流平滑加速，避免冲击电网。

（3）起动电流可根据负载情况调整，以最小电流产生转矩。

（4）减少机械应力，延长电动机及附属机械使用寿命。

（5）降低供电系统的设计容量。

（6）起动时间可调，在该时间范围内，电动机转速缓慢上升。

（7）具有缺相，三相不平衡，过载，过流等电机的全方位保护。

（8）性能/价格比高，使用操作简单。

（9）体积小，重量轻，安装调整方便。

（10）具有可控制硅过热和过电压保护。

（11）提供远程通讯接口。

主回路中，1/L1,2/L2,5/L3是输入端，连接三相电源；

2/T1,4/T2,6/T3是输出端子，连接三相电机;

PE是保护接地端子；

QB42-132软起动器对电源和电机的相序不作要求，可任意连接，仅与电机的转向有关。

在控制回路中，11（N/零线），12（L/相线）外接控制电源（AC220伏）；

13,14控制软启动器工作，接通时起动，断开时停止；

15,16,17为运行辅助触点，在起动结束后动作，用于控制旁路接触器，15,16位常闭，15,17位常开，触点容量为250V/2A；

18,19,20为故障辅助触点，在故障保护时动作。

18,19位常闭，18,20为常开，触点容量为250V/2A。

在起动时，闭合空气开关QF1，H1为电源指示灯灯亮，按下起动按钮SB2，继电器K1得电，K1常开触点闭合，并自保，13,14接通，控制软起动器开始工作，起动电机，H2起动运行的指示灯灯亮。

当烟气抽风机的电压上升到380V，15,17闭合，起动旁路，继电器K2得电，K2常开触点闭合，继电器KM得电，KM常闭触点断开，K1失电，KM常开触点闭合，13,14断开，软启动器起动结束，电机开始正常运行，H3运行指示灯灯亮。

H4位故障指示灯，当18,20常开触点闭合，即出现起动故障时，H4灯亮。

2.2除尘螺旋输送机的电控回路硬件设计

2.2.1螺旋输送机简介

螺旋输送机在化工中用途较广，螺旋输送机主要用于输送粉状、颗粒状和小块物料，如煤粉、纯碱、再生胶粉、氧化锌、碳酸钙及小块煤等，螺旋输送机不适合输送易变质、粘性大的和易结块的物料。

旋转的螺旋叶片将物料推移而进行螺旋输送机输送，使物料不与螺旋输送机叶片一起旋转的力是物料自身重量和螺旋输送机壳对物料的摩擦阻力。

螺旋输送机旋转轴上焊的螺旋叶片，叶片的面型根据输送物料的不同有实体面型、带式面型、叶片面型等型式。

螺旋输送机的螺旋轴在物料运行方向的终端有止推轴承以随物料给螺旋的轴向反力，在机长较长时，应加中间吊挂轴承。

埋刮板输送机主要由封闭的壳体（机槽）、刮板链条、驱动装置及张紧装置等部件组成。

埋刮板输送机水平输送时，物料受到刮板链条在运动方向的推力。

当埋刮板输送机料层间的内摩擦力大于物料与槽壁间的外摩擦力时，物料就随着刮板链条向前运动。

埋刮板输送机料流是稳定的。

埋刮板输送机垂直输送时，主要依赖物料所具有的起拱特性。

埋刮板输送机封闭于机槽内的物料所受到刮板链条在运动方向的推力，且受到下部不断给料而阻止上部物料下滑的阻力时，埋刮板输送机产生横向侧压力，从而增加物料的内摩擦力，当物料之间的内摩擦力大于物料和槽壁间的外摩擦力及物料自重时，埋刮板输送机物料就随刮板链条向上输送，形成连续料流。

由于埋刮板输送机刮板链条在运动中振动，有些物料的料拱会时而被破坏时而形成，因此埋刮板输送机使物料在输送过程中对于链条产生一种滞后现象，影响输送能力。

螺旋输送机使冶金、建材、化工、粮食及机械加工等部门广泛应用的一种连续输送设备。

从输送物料位移方向的角度划分，螺旋输送机分为水平式螺旋输送机和垂直式螺旋输送机两大类型，主要用于对各种粉状、颗粒状和小块状等松散物料的水平输送和垂直提升，该机不适宜输送易变质、粘性大、易结块或高温、怕压、有较大腐蚀性的特殊物料。

螺旋输送机结构简单，制作成本低，密封性强、操作安全方便等优点，中间可多点装、卸料。

广泛用于化工、建材、冶金、粮食等部门，在倾角β<

20°

的情况下，输送粘度不大、不易变质、不易结块的粉状、颗粒状和小块物料。

螺旋输送机的特点是：

结构简单、横截面尺寸小、密封性好、工作可靠、制作成本低，便于中间装料和卸料，输送方向可逆向也可同向相反两个方向输送。

过程中还可以对物料进行搅拌、混合、加热和冷却等作业。

通过装卸闸门可调节物料流量。

但不宜输送易变质的、粘性大的、易结块的及大块物料。

输送过程中物料易破碎，螺旋及料槽易磨损。

2.2.2除尘螺旋输送机的电控回路硬件设计

螺旋输送机是除尘设备关键的配套装置——排灰装置，以下是除尘螺旋输送机的电控回路硬件设计，除尘螺旋输送机是用来输送由布袋除尘器过滤出来的烟气颗粒，把其直接输送至斗式提升机。

给定的除尘螺旋输送机的参数为2.2KW，5.6A，可采用直接起动的方式，如图2-6所示。

图2-2除尘螺旋输送机硬件电路图

先闭合空气开关1Q01，再闭合空气开关1Q02,1S01为手动/自动按钮，按下1S01，继电器1K01得电，电机进入手动操作状态，按下起动按钮1S03，继电器1K02得电，1K02常开触点闭合，电机开始起动运行，并自保，L16手动正常运行指示灯亮。

1S02为电机停止按钮，按下1S02，继电器1K02失电，电机停止运行。

1K03为热继电器，若故障时热继电器失电，1K03常闭触点断开，继电器1K02失电，电机停止运行，1K03常开触点闭合，1K04得电，1K04常开触点闭合，L17为故障指示灯亮。

当电机处于自动状态时，PLC通过触点YK01来控制系统的自动运行。

2.3除尘斗式提升机的电控回路硬件设计

2.3.1斗式提升机简介

斗式提升机利用均匀固接于无端牵引构件上的一系列料斗，竖向提升物料的连续输送机械。

分为环链、板链和皮带三种。

斗式提升机具有输送量大，提升高度高，运行平稳可靠，寿命长显著优点，其主要性能及参数符合JB3926----85《垂直斗式提升机》（该标准等参照了国际标准和国外进标准），牵引圆环链符合MT----80《矿用高强度圆环链》，本提升机适用于输送粉状，颗粒及小块状的无磨琢性及磨琢性小的物料，如：

煤、水泥、石块、砂、粘土、矿石等，由于提升机的牵引机构是环形链条，因此允许输送温度较高的材料（物料温度不超过250°

C）。

一般输送高度最高可达40米。

TG型最高可达80米。

斗式提升机主要特点：

1、驱动功率小，采用流入式喂料、诱导式卸料、大容量的料斗密集型布置。

在物料提升时几乎无回料和挖料现象，因此无效功率少。

2、提升范围广，这类提升机对物料的种类、特性要求少，不但能提升一般粉状、小颗粒状物料，而且可提升磨琢性较大的物料，密封性好，环境污染少。

3、运行可靠性好，先进的设计原理和加工方法，保证了整机运行的可靠性，无故障时间超过2万小时。

提升高度高，提升机运行平稳，因此可达到较高的提升高度。

4、使用寿命长，提升机的喂料采取入式，无需用斗挖料，材料之间很少发生挤压和碰撞现象。

本机再设计时保证物料在喂料、卸料时少有撒落，减少了机械磨损。

斗式提升机的输送工作原理是：

料斗把物料从下面的储藏中舀起，随着输送带或链提升到顶部，绕过顶轮后向下翻转，斗式提升机将物料倾入接受槽内。

带传动的斗式提升机的传动带一般采用橡胶带，装在下或上面的传动滚筒和上下的改向滚筒上。

链传动的斗式提升机一般装有两条平行的传动链，上或下面有一对传动链轮，上或下面是一对改向链轮。

斗士提升机一般都装有机壳，以防止斗式提升机中粉尘飞扬。

2.3.2除尘斗式提升机的电控回路硬件设计

以下是除尘斗式提升机的电控回路的硬件设计，除尘斗式提升机是把除尘螺旋输送机传送过来的烟尘颗粒上送至盛灰容器中，完成除尘最后步骤。

给定的除尘斗式提升机参数为7.5KW，17.7A，可采用直接起动的方式，如图2-3所示：

图2-3除尘斗式提升机硬件电路图

闭合空气开关2Q01，闭合空气开关2Q02，2S01为手动/自动按钮，按下2S01，继电器2K01得电，电机进入手动操作状态，按下起动按钮2S03，继电器2K02得电，2K02常开触点闭合，电机开始起动运行，并自保，L16手动正常运行指示灯亮。

2S02为电机停止按钮，按下2S02，继电器2K02失电，电机停止运行。

2K03为热继电器，若故障时热继电器失电，2K03常闭触点断开，继电器2K02失电，电机停止运行，2K03常开触点闭合，2K04得电，2K04常开触点闭合，L17为故障指示灯亮。

当电机处于自动状态时，PLC通过触点YK02来控制系统。

2.4冷风流量阀门PLC控制原理图

图2-4冷风流量阀门PLC控制原理图

由于石灰窑排出的烟气温度较高，所以必须经过热交换器进行降温处理，那么较细的灰尘再进入热交换器中使烟气的温度初步降温，然后根据其温度大小，通过控制阀门的开度来控制外界冷风流量大小，使烟气温度控制在160度左右。

从而才能进入布袋除尘器中进行第二级除尘去微小尘粒，因为烟气的露点温度高达65度，并随原料含水量波动，为了防止布袋除尘器在运行中因结露粘结布袋而无法运行，布袋除尘器的运行温度应控制在80度以上，最好是在100度左右。

由于在除尘过程中对通风的温度限定比较高，否则影响整个除尘过程和机械寿命。

所以我们设置了冷风流量阀门，对整个除尘过程进行温度的调节与控制。

由于冷风流量阀门控制的是烟气的温度，使进入布袋除尘器的烟气温度在易定的范围内，手操器向伺服放大器传送温度的信号，并有伺服放大器对信号进行放大，接着把这一放大的信号送至电磁阀，电磁阀以此控制阀门开度大小，接着电磁阀门把阀门的动作信号反馈给手操器，若符合手操器要求范围则维持阀门度，若不符合，再由手操器做出调整信号，继续有伺服放大器传送至电磁阀进行调节，直至阀门开度符合要求。

这里选用的虹润牌智能手动操作器，它的主要特点是：

（1）可以接在各种调节器之后作备用仪表，一旦调节器失效，可由本控制器进行手动操作，并可取代伺服放大器直接驱动阀门

（2）自动跟随输入值控制输出（模拟量控制输出或开关量控制输出）。

可实现自动/手动无扰切换。

手动切换至自动时，采用逼近算法，并带切换限幅功能，以实现手动/自动的平稳切换。

（3）可随意改变仪表的输入信号类型，通过设定仪表内部参数，可将仪表从一种输入信号改为另一种输入信号，进一步提高了仪表的多用性与可靠性。

（4）可同时显示外给定信号及阀位反馈信号的测量值。

（5）可有二路模拟量输出（可任意设定），四路开关量控制输出（上，下限报警，继电器正/反转），可适用于各种测量控制场合。

（6）可带串行通讯输出，可与各种带串行输入/输出的设备进行双向通讯，配用坤瑞工控制组态平台软件，可方便地实现仪表与上位机进行联网监控管理。

3、基于PLC的软件设计

3.1PLC的生产与发展

在可编程控制器出现前，在工业电气控制领域中，继电器控制占主导地位，应用广泛。

但是电气控制系统存在体积大、可靠性低、查找和排除故障困难等缺点，特性是其接线复杂、不易更改对生产工艺变化的适应性差。

早期的可编程控制器仅有螺旋运算、定时、计算等顺序控制功能，只是用来取代传统的继电器控制，通常称为可编程逻辑控制器（ProgammableLogicController）.随着微电子技术和计算机技术的发展，20世纪70年代中期微处理器技术应用到PLC中，使用PLC不仅具有逻辑控制功能，还增加了算数运算、数据传送和数据处理等功能。

20世纪80年代以后，随着大规模、超大规模集成电路等微电子技术的迅速发展，16位和32位微处理器应用于PLC中，使PLC得到迅速发展。

PLC不仅控制功能增强，同时可靠性提高，功耗、体积减小，成本降低，编程和故障检测更加灵活方便，而且具有通信和联网、数据处理和图像显示等功能，使PLC真正成为具有逻辑控制、过程控制、运动控制、数据处理、联网通信等功能的名符其实的多功能控制器。

我国的PLC研制、生产和应用也发展很快，尤其在应用方面更为突出，在20世纪70年代末和80年代初，我国随国外成套设备、