基于西门子S7-300 PLC的除雾器自动控制系统的设计电气工程专业.docx

基于 西门子S7-300 PLC 的除雾器自动控制系统的设计 摘 要 随着我国经济社会的快速发展、人民生活水平的不断提高，公众对环境质量的要求也在不断提高。随着我国“节能减排”工作的开展和深入，降低污染物排放总量、实现环境达标，成为了我国的一项长期任务。根据国家环保工作要求，生产企业必须加强生产工艺过程的除尘设施建设，因此，钢铁行业现有烧结设备要全部采用高效除尘器。 根据某钢铁公司烧结机除尘设备改造项目的要求，对烧结机机头脱硫塔排放的烟气进行深度治理，新设计一套除雾器，并为除雾器设计一套电气自动控制系统。由于除雾器内部被控设备分布分散，因此，电气控制系统同时具有就地控制和远程控制两种功能。就地控制是根据被控设备的分布，在被控设备附近设就地控制箱， 由按钮手动完成控制任务，控制电路的控制任务主要是由继电开关完成。远程控制是由电子控制装置实现对所有被控设备的集中控制。由于 PLC 作为工业环境下使用的专用电子控制装置，适用于各种现场信号检测、运行监控和自动化控制，因此采用西门子 S7-300PLC 作为控制系统的核心控制器。远程控制是由远程计算机的组态程序画面控制。 电气控制系统简单可靠，易于实现，以极小的成本实现了除雾器的自动控制。 图 24 幅；表 8 个；参 45 篇 关键词：除雾器；就地控制；远程控制；S7-300 PLC 分类号：TP242.3 - I - Abstract With the rapid development of economy and society, the continuous improvement of quality of life, People has proposed higher requirement of environmental quality. Along with the work of ‘energy conservation and emissions reduction’, reducing the pollutant emissions, being up to environmental standards have became a long-term task of our country. According to the national environmental protection requirements, manufacturing enterprises have to strengthen the construction of dust-removal facilities in production process, therefore, the sintering workshop in iron and steel company has to adopt more effective dust-removal devices. In the dust-removal devices renovation project in sintering workshop of an iron and steel company, a new device called wet scrubber is designed for exhausted gas control of desulfurization tower, and a set of electrical automatic control system for wet scrubber is proposed at the same time. The electrical control system had two functions of local control and remote control as to dispersion distribution of the controlled devices inside the wet scrubber. In the local control mode, the control task is completed by buttons on the control box which can control one or more devices nearby. In the remote control mode, the control task for all controlled devices is completed by an electronic control unit. This design took Siemens S7-300 PLC as the core controller in electrical control system, because PLC is a special electronic controller for industrial environment, and is suitable for all kinds of signal detection、operation monitoring and automatic control. This design completed the local control design and the remote control design respectively. The main circuit and control circuit of controlled devices using one control box are proposed in local control design, and explain of the control process is given. In remote control design, PLC analog input circuit, on-off input circuit and output circuit are proposed, and an input/output table is given. The control program of PLC ladder is proposed at the same time. It also explained the PLC control process. This system is simple, reliable, easy to implement, and with minimal cost to achieve the automatic control of wet scrubber. Figure 24; Table 8; Reference 45 Keywords: wet scrubber; local control; remote control; S7-300 PLC Chinese books catalog: TP242.3 - II - 目 次 引 言 1 第 1 章 绪论 3 1.1 研究意义 3 1.2 喷雾除尘控制方式 4 第 2 章 除雾器控制系统的设计 7 2.1 除雾器工艺分析 7 2.1.1 项目来源及要求 7 2.1.2 除雾器的功能 7 2.2 除雾器对电气控制的要求 8 2.2.1 除雾器的被控设备及电气控制要求 8 2.2.2 除雾器中仪器仪表控制要求 11 2.3 S7-300 PLC 模块选配 11 第 3 章 控制系统的硬件设计 13 3.1 控制系统总体方案 13 3.2 控制系统的电气控制原理 14 3.2.1 电动机电气控制原理 14 3.2.2 传感器与 PLC 的连接 23 现场传感器与 PLC 的接口电路如图 8 所示。 24 3.2.3 被控设备与 PLC 的连接 24 第 4 章 PLC 控制系统的程序设计 27 4.1 主要功能及流程 27 4.1.1 程序功能描述 27 4.1.2 程序流程 27 4.2 程序设计 35 4.2.1 电动机的启停控制程序 35 4.2.2 传感器测量信号的读入程序 40 4.2.3 现场模拟画面 41 结 论 43 - III - 参考文献 44 附录 47 致 谢 60 导师简介 61 作者简介 62 学位论文数据集 63 - IV - 引 言 钢铁生产是非常重要的工业领域，为国家的工业经济建设提供相应的基础物质 材料，但是与此同时，由于钢铁生产的客观实际情况，在生产再加工过程中，产生 了很多污染物质的排放，对周围环境以及大气质量产生不同程度上的严重影响。因 此，钢铁生产成为了现下对环境及大气造成污染的最明显的行业之一，而烧结厂又 是钢铁生产中影响最为严重的生产部门之一。比如，一台 75m2 的烧结机，每小时产生的废气可以达到 3.9 ×105 m3，散落的粉尘大约有 2t 之多。目前，我国的经济社会的发展非常迅速，百姓的生活水平也不断提高，因此，大家对生活环境的质量 要求相应的不断提高。特别是最近，我国实施的“节能减排”工作不断地积极开展 和持续深入，要求各个行业降低污染物排放的总量、实现国家环境达到国家规定的 标准成为了我国今后需要长期坚持执行的一项基本工作。对工业企业产生的废气进 行综合治理、使之达标排放、最大限度地降低排放总量，对提高环境空气质量十分 必要。在 2012 年，环境保护部发布了《钢铁烧结、球团工业大气污染物排放标准》 （GB28662-2012），从 2015 年 1 月 1 日起，所有烧结机头的颗粒物的排放标准限值为 50mg/m3，SO2 排放标准限值为 200 mg/m3，另外，环境保护部的“十二五 ” 规划提出，加强对钢铁排放的烟粉尘的控制，对钢铁、有色、火电、建材等一些重点行业实施重点防控措施，强化生产过程中的除尘基础设施建设，所有钢铁企业目前的烧结设备要都采用新型、高效的除尘设备，使烧结机头颗粒物排放量降低至规定的排放限值。 某钢铁公司 198 m2 烧结机，现有除尘设备为静电除尘器，湿法脱硫系统为石灰石膏法脱硫，处理烟气量为 1200000 m3/h，排烟温度 60 ℃左右。因原有设备从设计性能和使用实际情况均不能满足目前国家环保标准要求，因此尝试采用除雾器对原有除尘设备进行深度治理改造，同时，为保证除雾器的准确、安全运行，需配置相应的自动控制系统。 除雾器是一种新型的除尘装置，对烧结机烟气中的 SO2 也有一定的脱除效果。除雾器可有效地降低废气中的烟粉尘含量，提高除尘效果，降低 SO2 排放浓度。除雾器主要功能有：汽雾吸附除尘、高压水雾喷淋除尘、低压水喷淋除尘、板式折 流液面吸附除尘脱水、碱液中和、循环水溢流。 除雾器采用的技术原理有高压汽雾除尘、高压喷嘴的喷雾降尘，低压螺旋喷嘴 喷淋除尘，通过三种方式的处理，水雾粒子与尘粒的凝结效率比较高，水雾粒子通 过惯性碰撞、拦截捕尘、凝并和布朗扩散等综合作用来降尘，可以显著提高水雾单 颗粒对呼吸性粉尘的捕集效率。除尘效率达到 94%，并且工艺相对简单，投资少， - 1 - 运行费用也少，对现有设备设施改动少，容易施工。 钢铁企业废气除尘效果的好坏除了与除尘工艺有关外，控制除尘设备可靠高效运行的电气控制系统也很重要。目前，大部分除尘器的运行控制系统都是以 PLC 为控制装置，这是因为