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1、电除尘器振打控制器的设计摘要 目前大气污染是一个备受关注的焦点，造成这种污染的主要源头是燃煤电厂。随着政府对气体污染物排放标准的日益严格，大多数企业建立了除尘效率较高的电除尘器振打控制系统，从而有效地减少了废气中粉尘的排放量，从而保护了环境。在电除尘器振打控制系统的设计中，如何控制振打锤的振打以及如何应用人机界面来方便地控制振打的运行是设计的关键之一。本设计重点介绍了电除尘器振打控制器的设计理论即：如何通过PLC对电除尘器振打部分的控制，怎样实现对振打锤分行分列的控制和振打最佳时间的掌握等，以及采用人机界面设计成的控制画面及功能说明。并介绍了电除尘器的发展、组成及原理，电除尘器阴阳极振打系统，
2、 PLC的特点及发展，PLC的组成及原理，PLC和扩展模块的选择与分析，执行元件选择及特点等。关键字：电除尘器；振打；PLC；人机界面ESP rapping controllerAbstract At present, air pollution is a focus of concern, causing a major source of this pollution is coal-fired power plant. Gaseous pollutants with the Government of the increasingly stringent emission standar
3、ds, the majority of enterprise to establish a high collection efficiency ESP vibration control system, which effectively reduces emissions of dust emissions, thereby protecting the environment. Rapping in the electrostatic precipitator control system design, how to control the vibration of the vibra
4、tion hammer and how to facilitate the application of human-machine interface to control the operation of vibration is one of the keys to the design. The design focuses on the electrostatic precipitator of the vibration controller design theory that is: how PLC ESP rapping on some of the control, how
5、 to achieve the sub-branch vibration hammer out the best vibration control and timing , as well as the use of human-computer interface designed to control, and the functionality of the screen. And describes the development of the electrostatic precipitator, composition and principles of ESP Rapping
6、polar system of yin and yang, PLC characteristics and development, PLC and the principle of the composition, PLC and expand the selection and analysis module, the implementation of component selection and characteristics and so on.Keywords: ESP；vibration；PLC；HMI目录1绪 论11.1 选题背景及目的11.2可编程序控制器(PLC)11.3
7、课题控制方法研究22电除尘器概述32.1电除尘器的系统组成32.2 电除尘器基本原理42.2.1 阴极系统52.2.2 阳极系统72.2.3 电除尘器的基本理论72.3 电除尘器的维护82.4 清灰振打系统92.4.1 电磁振打器的工作机理92.4.2 电磁振打器的控制103 电除尘器阴阳极振打系统113.1 振打力（通电时间）123.2 振打周期133.3 振打持续时间134 电除尘器振打控制系统144.1 PLC及其扩展模块分析选择144.1.1 PLC概述144.1.2 PLC的选择与分析174.1.3扩展模块的选择与分析184.2主控界面184.2.1主控界面概述184.2.2 Mt5
8、00触摸屏的优点194.3 执行元件195触摸屏控制画面216振打控制理论25结 论27致 谢28参考文献29附录30 1绪 论1.1 选题背景及目的电除尘器广泛应用于电力、冶金、建材等部门。在灰尘通过电除尘器时，被电离的粉尘吸附在极板、极线上，需要周期性地将粉尘振打下来，以提高除尘效率。随着各国环保产业的发展和各种新技术的推广应用，电除尘器的研制应用在日新月异地提高和完善着。国外某新型电除尘器，以其优异的性能迅速推广应用。但其振打方式与传统的切向振打方式有所不同，采用的是顶部电磁振打方式，对每个极板、极线的振打都可达到十分精确的程度，每个阳极板的前后两侧均可单独控制，对每个电场的各阳极板可按
9、正向或反向顺序振打，能有效地防止二次扬尘。除尘器维护方便，本体可长期运行，只需定期检查维护除尘器壳体外的电磁振打器即可。粉尘严重危害着人类的健康,可吸入颗粒物是导致人类肺病的主要原因，细颗粒物甚至可以进人人体的血液系统,直接导致心血管疾病。随着环境问题日益严重，我国政府相继颁布了一系列保护环境的法律法规，采取了许多保护环境的措施，并将三废排放指标作为企业生存与否的前提条件。如：我国的粉尘排放标准日趋严格，新修订的火电厂大气污染物排放标准(GB132232003)将燃煤电厂粉尘排放质量浓度降低到50mg/m3(标准状态下，下同)，大大低于原标准中的200mg/m3。在这种形势下，全国各大企业也都
10、在积极进行技术改造，建造电除尘器系统以进一步降低粉尘等污染物的排放。在电除尘设备发展的历程中，其理论基础是逐步发展起来的,还不能说完善，仍处于经验工程学阶段,而在定量上的数值只能做参考，因此有的学者说:电除尘是一门技术还不如说是一门艺术。我国燃煤电厂烟尘净化设备90%左右采用电除尘器，国家允许的烟气排放标准为50mg/m3, 有的地区规定为25-30mg/m3, 因此对电除尘器的设计、制造和运行管理以及设备性能都提出了更高的要求。本设计介绍了电除尘器控制系统的设计，利用PLC设计振打控制器，利用主控界面进行参数的设置及控制振打系统的运行及在线监控。1.2可编程序控制器(PLC)可编程控制器(P
11、LC)是一种新型的通用控制装置，他将传统的继电器控制技术、计算机控制技术和通信技术融为一体，专为工业控制而设计，具有功能强、通用灵活、可靠性强、环境适应性好、编程简单、使用方便、体积小、重量轻、功耗低等一系列优点。近年来，随着可编程控制器的日渐成熟，越来越多设备的控制都采用PLC控制器来代替传统的继电器控制，并取得了很好的经济效益。随着工业现代化的发展，工业对设备的要求越来越高，建设本质安全性工业已成为工业生产建设的核心。工业设备不断更新，不断进步，可靠性、易操作性、可监视性、易维护性等已是最基本的要求了。用继电器搭成的控制电路具有可靠性较差、不易维护、不易监视，已不能适应当前的要求。现在迫切
12、需要可靠性高、易维护、易操作、可监视并且价格不高这样的控制器来代替继电器搭成的电路。随着电子技术、软件技术、控制技术飞速发展，可编程控制器(PLC)发展迅猛，性能很高，价格较为合理，与继电器搭的控制电路比具有非常大的优势。许多工业设备己选用了PLC来代替比较重要的设备控制。传统的保护主要采用分离仪表，其可靠性差、集程度低、费用高，不能有效的满足工业设备投入的经济性和安全性的要求。德国西门子公司作为工业控制领域业界内具有广泛影响力的一家世界级知名公司，依托其雄厚的技术力量及生产制造设备，在市场上先后投入了其STEP5, STEP7,PCS7等系列工控产品，并在用户群中赢得了良好的声誉。采用西门子
13、STEP7的PLC产品应用在燃烧炉控制系统中，可以取得良好的控制效果及性价比。1.3课题控制方法研究本设计在前人研究设计的基础上，使用理论知识与实际控制过程相结合的研究设计方法，采用PLC设计振打控制器 , 通过控制主电路中晶闸管的触发导通、关断及导通时间长短，从而控制振打锤的振打及振打力大小，通过对上位机人机界面MT500的设计来控制程序的运行,从而控制振打锤控制参数的设置,振打锤振打的控制,实现在线监控,短路和开路报警的显示及复位,通过对振打周期,振打次数和振打力参数的设置来控制晶闸管的触发导通及关断,导通时间的长短,从而达到对振打锤振打的控制，进而达到振打清灰的目的。2电除尘器概述2.1
14、 电除尘器的系统组成 电除尘器通常由供电系统、电极收尘系统、壳体结构系统、台架结构系统、卸灰输灰系统及其它附属设施组成，如图2.1所示。1-供电系统；2-电极收尘系统；3-壳体结构系统； 4-台架结构系统；5-卸灰输灰系图2.1电除尘器系统示意图 电除尘器供电系统，主要包括升压变压器、高压整流器等，其主要功能是向电除尘器电晕极施加高压电，提供粉尘荷电和为收集粉尘所需的电能。 电除尘器电极收尘系统，主要包括阳极(收尘电极)装置和阴极(电晕电极)装置。阳极装置主要由阳极板、阳极振打传动、阳极振打轴、阳极振打锤等组成;阴极装置是电除尘器中对气体产生电晕放电的电极，它由电晕线及框架、悬吊装置和绝缘支撑
15、等组成。 电除尘器壳体，包括上部壳体和积灰斗，构架了除尘器工艺流程的密闭空间;为了防止烟气中水分冷凝，有些电除尘器在壳体外部设置保温层，有的还设有专门的加热装置;为防止窜气，在壳体内还设有阻流板：壳体侧面根据需要设置检修入孔。 电除尘器的台架是整个除尘器的支撑结构，其结构功能是将除尘器及其承受的荷载传递到基础。 电除尘器卸灰与输灰系统，其功能是把除尘器灰斗内的积灰卸出并运至贮灰仓或其它地方。 电除尘器的其它附属设施，包括维持除尘器正常运转的各种设施，如:检修吊车、维修操作平台等。 在电除尘器中，与除尘器结构安全有关的主要系统包括卸灰与输灰系统、壳体结构系统及台架结构系统。2.2 电除尘器基本原
16、理 电除尘器的种类和结构形式很多，但都基于相同的工作原理。图2.2是管式电除尘器工作原理示意图。接地的金属管叫收尘极(或集尘极)和置于圆管中心，靠重锤张紧的放电极(或称电晕极)构成的管极式电除尘器。工作时含尘气体从除尘器下部进入，向上通过一个足以使气体电离的静电场，产生大量的正负离子和电子并使粉尘荷电，荷电粉尘在电场力的作用下向集尘极运动并在收尘极上沉积，从而达到粉尘和气体分离的目的。当收尘极上的粉尘达到一定厚度时，通过机械振打方式将其清除掉使粉尘落入灰斗中排出。静电除尘的工作过程包括电晕放电、气体电离、粒子荷电、粒子的沉积、振打清灰等过程。 图2.2 管极式电除尘器工作原理示意图众所周知,电
17、除尘器本体的核心部分是阳极和阴极两大系统。阳极也称为集尘极和收尘极,主要是捕集荷负电荷的粉尘，起收尘作用。阴极亦称为电晕极或放电极,主要起电晕放电作用,使粉尘荷电。阴极振打清灰不只是起电晕放电和与阳极建立高电场的作用，也起收尘作用或称第二收尘极，用来捕集荷正电荷的粉尘。2.2.1 阴极系统 阴极示意图见图2.3图2.3 电晕极示意图（1）金属丝放出的电子迅速向正极移动，与气体分子撞击使之离子化；（2）气体分子离子化的过程又产生大量电子雪崩过程；（3）远离金属丝，电场强度降低，气体离子化过程结束，电子被气体分子捕获；（4）气体离子化区域电晕区；（5）自由电子和气体负离子是粒子荷电的电荷来源。电晕
18、区范围逐渐扩大致使极间空气全部电离电场击穿；相应的电压击穿电压，在相同电压下通常负电晕电极产生较高的电晕电流，且击穿电压也高得多，工业气体净化倾向于采用稳定性强，操作电压和电流高的负电晕极；空气调节系统采用正电晕极，好处在于其产生臭氧和氮氧化物的量低。 两电极构成非均匀的电场，也就是曲线半径小的金属线或带芒刺状极线与平板或曲率半径很大的管筒构成的非均匀电场才能产生电晕放电。而两个曲径半径较大的或相同的电极或两块平板所构成的是均匀电场，不会产生电晕，只会击穿，因此起不了收尘的作用。各种电极线示意图见图2.4。a.圆形线 b.星形线 c.锯齿线 d.芒刺线图2.4 电极线示意图2.2.2 阳极系统
19、 阳极又称集尘极，是电除尘器的另一个核心部件，起收尘作用。集尘极结构对粉尘的二次扬起，及除尘器金属消耗量（约占总耗量的4050%）有很大影响。性能良好的集尘极应满足下述基本要求：（1）振打时粉尘的二次扬起少；（2）单位集尘面积消耗金属量低；（3）极板高度较大时，应有一定的刚性，不易变形；（4）振打时易于清灰，造价低。2.2.3 电除尘器的基本理论 实现电除尘器的方法，分离，捕集气体中悬浮尘粒主要包括过程：1、 施加高电压产生强电场，使气体电离产生电晕放电。2、 悬浮尘粒荷电。3、 荷电尘粒在电场力的作用下向电极运动。4、 荷电尘粒在电场中被捕集。5、 电极清灰。2.3电除尘器的维护电除尘器是利
20、用电力将气体中的粉尘粒子分离出来。这种除尘设备，具有除尘效率高，耐温性能好，处理烟气量大，操作自动化程度高等优点，在水泥厂得到广泛应用。下面从操作、维护方面谈谈影响电除尘收尘效率的几个因素。2.3.1 二次扬尘对除尘效率的影响振打引起的二次扬尘 实践证明，合理的周期振打可以提高除尘效率，在许多情况下，间隙振打比连续振打可减少二次扬尘，其效果在烟囱中可以明显的看到。增加收尘极容量可以减少振打时的二次扬尘，但是随着容尘量增加，已沉降的粉尘会自动脱落，造成二次粉尘。对于高比电阻粉尘，由于电阻高而不易放出电荷，使粉尘层表面负电荷增加，排斥后来的带负电的粉尘，另一方面，随着粉尘层的加厚，还可形成反电晕，
21、降低除尘效率。 由于电除尘器各电场积灰程度不同，因而各电场振打周期也有区别。采用交叉振打方式，防止同时振打造成二次扬尘，一般情况下，相邻两电场阳极不同时振打，同一电场阴阳极不同时振打。振打时间各电场相同，具体调整多少，要根据振打锤的振打强度，振打方式，灰尘的粒度、黏度来考虑。目的是使电场极板、极线干净，便于收尘。卸灰阀漏风引起的二次扬尘 卸灰阀漏风可造成灰尘温度下降，影响放料，还可使卸灰阀磨损严重；另一方面可能造成二次扬尘。防止卸灰阀系统漏风的办法就是利用粒位计控制卸灰，防止灰尘卸完造成漏风。2.3.2 烟气温度对除尘效率的影响 烟气温度除对电除尘结构有影响外，主要对粉尘比电阻和除尘效率有影响
22、，粉尘比电阻随温度升高而增加，降低烟气温度，可以降低粉尘比电阻，提高击穿电压和除尘效率。另外，若烟气温度低于露点可是电场内部电场结露，造成爬电，更严重的是造成极板、极线腐蚀严重，降低设备的寿命。所以综合考虑，一般情况下，烟气温度控制在露点温度以上左右。2.3.3 控制系统对电除尘效率的影响 电除尘的电控装置的性能对电除尘器的除尘效率有重要影响，在其他条件不变的情况下，电除尘的除尘效率取决于除尘的驱进速度，而驱进速度是随着电场强度的提高而增大的，要获得高的除尘效率，就是要提高电场强度，也就是要使施加在电除尘器上的电压尽可能高。因此，为保证供电电压保持在较高水平工作，就要求电控装置在除尘器条件发生
23、变化时，能适应其变化，自动调节输出电压、电流，使电除尘器快速跟踪方式下运行。要使电场电压达到最高，这对工人调节电压是不容易做到的，所以选择电控装置时，要选择自动高压控制装置，以防止手动调节不及时造成电场电压低而影响电除尘器的除尘效率。2.3.4 电极清灰 及时地清除电极上粉尘，是保证电除尘器正常工作的重要条件之一，也是影响除尘效率的重要因素，例如：极板灰尘沉积毫米厚时的有效驱动速度为毫米厚时的。电晕极上积的粉尘量少，但对放电影响较大，如粉尘末及时清掉，在电晕极限结疤，除尘效率下降，结疤到一定程度时，会使除尘器完全停止工作。所以对电除尘器极板、极线的清灰非常必要。2.3.5 漏风的防止 除尘器外
24、壳必须严密，尽量减少漏风，如果漏风量增加，除了造成风极负荷增加外，同时也会因电场风速的提高而降低除尘效率，此外，在处理高温烟气时，冷空气的加入可使局部烟气温度降至漏点温度以上，会导致除尘器构件腐蚀，漏风比较严重的地方一般在外壳进出口的连接处，振打机构的穿墙处，石英套管以及检查入孔卸灰阀等。灰斗与卸灰阀漏风可能导致二次扬尘。对于机头电除尘由于在高负压状态下工作，除尘器的密封性更应特别重视。2.4 清灰振打系统2.4.1电磁振打器的工作机理电磁振打器安装在除尘器的顶部。其结构主要由钢壳、一个内置集成DC线圈和一个重约9kg的振打锤组成。当需要其工作时，通过线圈在一个电周期产生的电磁力提升振打锤，断
25、电后靠其自身重量下落振打电极，从而清除了电除尘器上的收尘极、放电极、气流分布板上的积灰。2.4.2 电磁振打器的控制振打装置采用固态继电器作为供电回路，整个供电回路采用矩阵式连接，以减少固态继电器及控制输出线的数量，因而降低了成本，并减少了现场安装的工作量。电磁振打器的振打频率、强度是通过PIC控制的，放电极和收尘极可以分别控制，振打强度可分为弱振打和强振打，振打时间可控制在150300ms之间，并具有运行状态的显示、参数的设定及修改等功能。3 电除尘器阴阳极振打系统电除尘器阴阳极的振打系统包括：传动机构和振打装置两部分。 由于电除尘器内电晕极与积尘极之间存在高压直流电，使其内部产生不均匀的电
26、场，在电晕极附近产生较强的电场强度，使在极线与极板间通过的气体碰撞电离，形成正负的电荷，在电场力作用下向极板靠近，到达极板后中和而积尘。当粉尘到一定的厚度时，它会影响电除尘的效率，特别是对电晕极的影响尤为明显，所以电除尘器对两者都有相应的振打装置来定期的除尘。 试验表明，收尘电场中每块极板在垂直的方向上的积灰是不均匀的，这种不均匀性在进口端尤为明显，它具有上薄下厚的特点，极板积灰上下厚度差会在后面的电场中逐渐的减小这主要是因为后电场收集的粉尘是细粉尘，自然沉降作用比前面的粗粉尘小得多。当粉尘积累到一定的厚度，振打产生的加速度才能将其打落下来。越薄的粉尘需要越大的振打力。由此可见，对积灰上薄下厚
27、的极板来说，合理的加速度并非越均匀越好，应该是上大下小。振打或者抖动顺控,振打或者抖动顺控动作是除尘过滤装置的基本控制动作。振打锤周期性敲打阳极、阴极的极板板线。使吸附在其上的粉尘清除到灰斗中加以回收利用，为了取得较好的振打效果，对振打控制系统的要求如下: （1）同一电场中阳极阴极振打不能同时进行。 （2）同一时间内,前后电场的阳极（或阴极）振打不能同时工作。 因此，采用顶级振打方式，振打力应由上往下传递正好符合极板上积灰的规律的振打力的要求，这样可用较小的振打力获得最佳的清灰效果。电除尘器顶部电磁振打的特点:故障率小，便于排除，加速度分布从上到下，但是所获得加速度比较小，电气故障相对较多，顶
28、部电磁振打方式应用时间比较晚，其主要优点为振打方式灵活，简化了复杂的机械传递系统。顶部电磁振打即在电除尘器的阴阳极及气流分布装置上均采用电磁锤振打器振打清灰，振打器主要由振打锤、线圈及外壳组成。工作原理为：线圈通电后，在线圈周围使产生磁场，在电磁力作用下，振打锤被提升，断电后磁场消失，振打锤在重力作用下，自由下落冲击振打杆，振打杆将振打力传送到除尘器内部的收尘极、放电极或气流分布装置上，实现清灰的目的，其振打加速度分布基本为从上到下逐渐减小。振打装置设置在电除尘器的顶部隔离与烟气之外，烟尘中没有运动部件使用振打控制器实现对每个振锤的振打强度，振打频率和振打顺序在一定范围内的合理控制。关于阳极振
29、打方向问题，国外有学者通过对7500MMX770MMX1.5MM极板的振打实验表明：在法向振打时传递给粉尘层的振打加速度要比切向加速度大。切向仅有7%能量转化为加速度，而法向振打加速度要超过710倍。但在实际应用中切向的优点仍大于法向。切向振打可以通过改变锤重与转速来调节振打强度与周期，而每次振打粉尘飞损也少。影响振打的几个因素:（1）振打力（通电时间）（2）振打周期（3）振打持续时间 3.1振打力（通电时间） 清除电极上的沉积的粉尘必须有足够的振打力。尽管电晕极上集尘少，返流也轻微，但通过电晕极粉尘层上电流密度要比通过沉尘极板粉尘层的电流密度大，其比值等于沉尘极表面与电晕极表面之比，因此在电
30、力影响下粉尘附着在电晕极上要比沉尘极上的牢固的多。如果电晕极的振打力不足，沉积粉尘会影响电晕放电，就会严重阻碍电除尘器的收尘效果。国外一些学者研究了维持一定的振打频率所需的振打力的大小，如海希尼认为：电极表面的清灰主要是因为垂直于极板的加速度峰值的大小；斯普劳尔认为：清灰的决定因素是传递到极板表面的加速度，所需的振打加速度也会因粉尘的不同而异，并取决于振打方向是切向还是法向。振打清灰性能不仅与加速度有关，还取决于振打频率和振打位移。从沉尘极的振打加速度力学来看，振锤从给定的高度落下，强力冲击极板下面撞击杆一端的砧铁撞击杆便产生纵向弹性波脉冲，在多次急剧反射后衰减到零。也就说由锤头的升程，质量决
31、定的。 另外要考虑的是高比粉尘的清除，这是因为极板震动与粉尘震动之间存在共振的原因。对于高比粉尘，虽受静电的束缚，但因产生周期震荡，所以应施加的加速度不同。综上所述:为使沉尘板上获得振打响应的特性必须考虑：（1） 选择适当的落锤高度和锤重；（2） 设法在减小冲击应力损失情况下传递效率，又不过分应力集中，以此设计砧铁撞击杆以及极板相互间的机械连接；（3） 沉尘极板断面形状应能传递数千赫兹的振动频率；（4） 每块沉尘极板的宽度应以450500MM为宜；（5） 振打后沉尘板不应沿撞击杆方向摆动或平行移动。3.2 振打周期振打周期对于振打来说是至关重要的一个因素，周期过短积尘达不到足够的厚度易产生重返
32、的气流；周期过长集灰层又过厚，两者均会影响收尘的效果，这中间存在一个最佳振打周期的问题，如何确定最佳的振打周期国内尚无统一的标准，全凭经验。常规的办法是根据板形式，粉尘性质，及其浓度，实际运行条件等通过实验最后确定。我国引进德国公司的电除尘技术，该公司规定的振打周期为：电晕极和气流分布为连续的振打，周期为可调的20.5337.64min/次，即每排的振打周期振打锤转，停时间之和，每电场的振打周期等于该电场的沉尘极排数乘以每排极板的振打周期。关于振打得理论通过以上的叙述得出几点实践理论：（1）振打锤振打比凸轮拉杆式振打效果好；（2）切向振打比法向振打好；（3）同样的锤淬火的比不淬火的好；极板上各
33、点的振打加速度值与振打锤震击砧铁前的初始量大致成正比关系。3.3 振打持续时间电除尘器的内部的沉尘板都是由高品质的，耐磨擦，不易变形的良好的钢板材料构成的，但由于电除尘器振打的频率有时较高，因此长时间的振打也会使沉尘板发生变形，一旦钢板发生变形，将会大大的影响收尘的效率，如果振打的时间过短，导致振打的频率过高，有损钢板的寿命；如果设定的时间较长，积灰过厚，起不到良好的除尘效果。实践得出几点结论：（1） 振打得时间应设定为10ms 100ms；（2） 各个极板间的振打间隔时间应设定在3s左右；（3） 定期检查变形的极板，及时地更换维修。4 电除尘器振打控制系统电除尘器振打控制系统控制流程：人机界
34、面 主控器执行元件 电磁振打锤图4.1 控制流程设计简图4.1 PLC及其扩展模块分析选择 PLC是整个振打控制系统的核心，它要完成对系统中所有输入信号的采集、所有输出单元的控制，以完成诸如：振打力、振打周期、振打次数的控制。4.1.1 PLC概述1可编程控制器的组成和工作原理1）可编程控制器的硬件组成 可编程控制器的硬件由微处理器、存储器、I/O接口电路、电源、扩展接口、外设接口及编程器等组成。图4.2为可编程控制器的硬件简化框图。图4.2 可编程控制器的硬件简化框图（1） 微处理器（CPU）CPU是PLC的核心组成部分，在PLC系统中它通过地址总线、数据总线和控制总线与存储器、I/O接口等
35、连接，在整个系统中起到类似于人体神经中枢的作用，来协调控制整个系统。（2） 存储器可编程控制器的存储器按用途一般可以分成系统程序存储器和用户存储器。前者用来固化PLC厂家在研制系统时编写的各种系统工作程序。后者是用来存放从编程器或个人计算机输入的用户程序和数据，因而又包括用户程序存储器和数据存储器两种。（3） I/O接口电路（又称I/O单元、I/O模块） 输入输出电路是将外部输入信号变换成CPU所能接受的信号，将CPU的输出信号变换成需要的控制信号去驱动控制对象，从而保证整个系统的正常工作。（4） 电源PLC根据型号的不同，有的采用交流供电，有的采用直流供电。交流一般为单相220V，直流一般为
36、24V。PLC对电源的稳定度要求不高，通常允许电源额定电压在+10% -15%范围波动，电源要求为AC85 264V。（5） 编程器 编程器是有键盘、显示器、工作方式选择开关及外存插口等部件组成的PLC的重要外设，是人机对话的窗口。它的作用是用来编写、输入、编辑用户程序，也可以在线监视可编程控制器运行时各种元器件的工作状态，查找故障，显示出错信息。 2）可编程控制器的工作原理（1） 扫描工作方式可编程控制器工作时，它的CPU每一瞬间只能做一件事，即一个CPU每一时刻只能执行一个操作而不能同时执行多个操作。CPU按分时操作方式来顺序处理各项任务。PLC对许多需要处理的任务依次按规定顺序进行访问和
37、处理的方式称为扫描工作方式。（2） 循环扫描周期 可编程控制器中的CPU的扫描过程也就是PLC的工作过程，型号不同的可编程控制器的扫描过程也有所差异，典型的扫描工作过程如图4.3所示。图4.3 循环扫描示意图 由图可知，可编程控制器有两种基本的工作状态：RUN状态（运行状态）和STOP状态（停止状态）。当处于停止状态时候，只重复进行内部处理和通信服务等工作。处于运行状态是，从内部处理、通信服务、自诊断到输入处理、用户程序执行、输出处理，一直反复不断地重复执行，直至可编程控制器停机或转换到STOP状态。在无异常情况下，PLC开始扫描执行用户程序。此扫描过程分为三个阶段。如图4.4所示。输入处理阶
38、段又叫输入采样阶段。在这个阶段，可编程控制器首先扫描所有输入端子，并将各输入端子的通断状态（“0/1”）顺序存入内存中各自对应的输入映像寄存器。此时输入映像寄存器被刷新，随后关闭输入通道，转入程序执行阶段。在以后的几个阶段中，无论外部输入信号如何变化，输入映像寄存器的内容也不会发生变化，直到在下一个循环的输入处理阶段输入信号变化了的状态才会被读入。 在程序执行阶段，可编程控制器按从上到下、从左到右的顺序扫描执行梯形图程序。CPU从第一条指令开始，逐条顺序地执行存储器中按步序号从小到大排列的由若干条指令组成的用户程序（在无跳转指令的情况下）。在程序执行过程中，根据用户程序的需要从输入映像寄存器及
39、其他的元件映像寄存器中将元件的“0/1”状态读出来，并按程序的要求进行逻辑运算，运算结果写入对应的元件影响寄存器中。用户程序执行完毕，即转入输出处理阶段。在输出处理阶段，CPU一次性集中将元件映像寄存器中输出映像寄存器的“0/1”状态转存到输出锁存器中。信号经输出模块隔离和功率放大后送到输出端子。集中采样、集中输出的循环扫描工作方式使可编程控制器的绝大部分时间与外界封闭，且由于它的串行工作避免了继电接触控制中的触点竞争和时序失配问题，这是可编程控制器具有可靠性高、抗干扰能力强的显著特点的主要原因之一。图4.4 可编程控制器扫描工作过程4.1.2 PLC的选择与分析本设计使用的PLC为西门子公司
40、的产品，用到了数字量输入、输出单元，采用S7系列的CPU226，CPU226模块有24输入/16输出的共40个数字量I/O点，程序和数据存储容量达13KB，并能最多扩展7个外部功能模块，最大扩展至248路数字量I/O点或35路模拟量I/O；内置时钟，6个独立的30KHz高速计数器，2路独立的20KHz高速脉冲输出，具有PID控制器；2个RS-485通信/编程口，具有PPI通信协议，MPI通信协议和自由方式通信能力；其I/O端子排可很容易地整体拆卸，适用于控制要求较高，点数多的小型或中型控制系统。本设计中用到了2点输入，17点输出，而CPU只提供16个数字量输出，因此需要扩展模块。4.1.3 扩
41、展模块的选择与分析扩展模块主要有数字量扩展I/O模块，模拟量扩展I/O模块，通信模块，特殊功能扩展模块。本设计中，由于用到了17点数字量输出，所以需要扩展一个数字量输出模块，按要求需选择输出扩展模块EM222 8点24VDC输出。4.2主控界面4.2.1主控界面概述 主控界面选用的是WEINTEK公司的人机界面MT500触摸屏。 触摸屏是一种与电脑交互的最简单，最直接的方法。虽然它才诞生于1970年，是一项由EloTouchSystems公司首先推广到市场的新技术，但它却是人们最基本的交互方式，使用简单、方便，用户可以迅速掌握使用方法。 触摸屏的功能在广阔的商业领域内被成功地开发和应用着，航空
42、公司用触摸屏来模拟飞机的运行状态训练它们的飞行员。房地产商人用触摸屏让购房者能够用手指点击得到房子的真彩效果图方便挑选。贺卡公司使用触摸屏让客户能创造属于自己的个性化贺卡。饭店餐饮业使用它们简化操作达到点击式销售目的。医学院更使用它来培训自己的学生，让学生能够应付紧急情况。 虽然触摸屏技术已应用于工业上，但触摸屏最基本的功能始终未变。触摸屏使得一个没有经过任何培训的人可以立即使用电脑。用户可以选择点击定义明确的菜单，因此触摸屏技术实际上消除了用户操作上的迷茫。触摸屏技术消除了累赘和令人望而却步的键盘和鼠标。触摸屏非常坚固，可以承受很多恶劣的环境，而通常这种环境很容易损坏键盘和鼠标。 触摸屏技术
43、提供的是达到所有数字化媒体的最快捷的路径，它不需要烦琐的文本说明。触摸屏不需要在桌面和其他任何地方添加其他输入设备，因为输入设备已经被整合到显示器中。4.2.2 Mt500触摸屏的优点(1)在触摸屏上能够方便地完成振打器的参数设定，例如：成组锤数设定；成组振打器振打高度的设定；振打器连打次数的设定；振打器振打间隔时间的设定；大循环时间间隔的设定；振打开路报警；振打短路报警；报警显示、控制；振打电流报警的上限、下限设定等。同样，也能完成上述参数的监视。(2)操作简单、方便，用户可轻松掌握其使用方法，能满足各类用户对各种复杂应用环境的要求。(3)故障的智能显示。本机和相应故障信号可直接送入PLC，
44、通过触摸屏液晶显示屏操作人员可及时了解故障信息，从而快速、准确的排除故障。4.3 执行元件电磁振打器执行元件应满足以下条件：（1） 稳定，抗干扰的脉动输出；（2） 快速的响应速度（完全配合PLC输出）；（3） 可靠的开关闸门电路，避免执行元件常见的关闭不严或支开不关现象；（4） 漏电流尽可能小以防串抗的产生。 本设计中执行机构采用的是电磁振打锤，其振打器见图4.5，并使用独资且在国内制造的电磁振打器，其由无缝钢套管铜制线圈，线圈绝缘套管，减振弹簧振打棒等主要部件构成。当线圈通电时振打棒在磁场的作用下被提升，达到一定高度时，线圈断电，磁场消失，振打棒在重力的作用下自由下落，撞击振打杆。 电磁振打
45、锤见下图:图4.5电磁振打锤示意图5触摸屏控制画面触摸屏使用简单、方便、实用，操作人员不需专门培训就可以快速熟练使用，下面简单介绍本系统使用的控制画面操作及功能：（1）起始画面（如下图所示）：点击箭头窗口即可进入“主画面”。（2）主画面（如下图所示):在此画面中有“输灰设置及参数设定”、“电场阴、阳控制及参数”、“震打锤故障报警显示”、“卸灰阀控制及参数设定”按钮，分别点击可进入相应画面，如点击“输灰设置及参数设定”即进入“输灰设置及参数设定”控制画面，如下图所示：（3） 输灰设置及参数设定（如下图所示）：在此画面中有七个参数设定，分别设定1、2、3输灰启停时间、卸灰启停时间、加湿机启停时间，
46、如点击数字“0”即进入如下图所示画面。（4）输灰启停时间设定（如下图所示）：在画面中可设定1、2、3输灰启停时间、卸灰启停时间、加湿机启停时间等参数。点击0处就会弹出数字键盘，从而可输入设定值，设定完后点击返回参数设定返回(3)参数设定画面，按此操作可设定其它参数的设定。（5）电场阳极控制及参数（如下图所示）：在主画面中点击控制及显示可进入如上图所示画面，在此画面中，按向上三角形按钮为增加时间间隔，按向下三角形按钮为减小时间间隔，在参数设定过程中，按增减按钮选定需要设定的时间间隔和振打力度，还具有实时振打显示、报警等功能点击“返回”即可回主画面。（6）电场阴极控制与显示（如下图所示）：在此画面中可进行的操作同（5）。（7）卸灰阀控制及参数设定（如下图所示）：此画面中可设定自动卸灰时间。（8）振打锤故障报警显示（如下图所示）：在此控制画面中显示会故障的信息，在此可进行故障复位、返回单检控制、返回运行控制等操作。6振打控制理论通过上面对电除尘器振打控制系统的论述，下面所要解决的问题是：（1）实现PLC对振打锤振打的控制 由于振打锤的升降是由其内部电磁线圈产生的电磁吸力来控制的，所以控制电磁线圈的通断电也就控制了振打锤的升降，当通电时锤头升起，断电时锤头靠自身重力自由下落，从而
