1、 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 的二段式煤气发 生 器控制系统设计 学生姓名：王雪利 学 号： 0967112230 专 业：测控技术与仪器 班 级：测控 09-2 指导教师： 杨立清 副教授 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） I 基于 PLC 的二段式煤气发生器控制系统设计 摘 要 我国是一个产煤大国，煤炭的储量已被探测为 10000 亿吨以上， 而 我国是一个天然气及石油能源缺乏的国家，随着经济的发展，将来我国能源的利用必须以煤为主。以煤制气 是 我国能源政策的大方向，这也符合 我国以煤代油 的战略方针。 目前，工业生产大多用混合煤气发生炉
2、来生产煤气 ， 由于二段式煤气发生炉低污染、高产率、高热值等优点，已成为工业用煤气生产的首选。二段式煤气发生器采用自动控制原理，并在此基础上增加手动控制，使其在必要时能够相互切换。 本设计主要对二段式煤气发生器制气工艺控制系统的设计，包括加煤系统、除灰系统、汽包水位控制系统、蒸汽压力控制系统、煤气出口温度控制系统和 煤气管道压力 控制系统。 本设计采用 STEP7-200 来编写二段 煤气发生器的控制程序。 该软件的标准版支持STL（语句表）、 LAD（梯形图）及 FBD（功能块 图） 3 种基本编程语言，并且在STEP 7-200 中可以相互转换。 PLC 程序设计方便灵活，抗干扰能力强，可
3、靠性高，运行稳定可靠，所以目前二 段式煤气发生 器控制系统广泛采用可编程控制器 PLC 来实现。 本设计完成了对工艺主要参数的基本 PLC 控制，并设计了组态王监控界面，完成了对整个控制系统的模拟仿真。 关键词 ： 二段式煤气发生器 ； S7-200； 自动控制系统 ；组态王；梯形 图 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） II Control system design of two stage gas generator based on PLC Abstract Our country is a coal power, coal reserves have been detected
4、 for more than 1 trillion tons, but our country is a country lack of natural gas and oil energy, with the development of economy, our country energy use in the future must be given priority to with coal. In coal gasification is the general direction of Chinas energy policy, this also conforms to our
5、 country to the strategy of the coal and oil. At present, most industrial production using mixed gas generator to produce gas, because of the two sections of gas occurrence boiler with low pollution, high yield rate, high calorific value, etc, has become the first selection of industrial gas product
6、ion. 2-phase gas generator adopts automatic control principle, and based on this add manual control, so that it is able to switch each other when necessary. This design is mainly for 2-phase gasifier gasification process control system design, including coal feeding system, ash removal system, steam
7、 drum water level control system, steam pressure control system, the gas outlet temperature control system and the production load control system. This design USES STEP7-200 to write the two sections of gas generator control program. A standard version of the software to support the STL (statements)
8、, the LAD (ladder diagram) and FBD (function block diagram) three basic programming language, and can be mutual conversion in STEP 7-200. PLC programming flexibility, strong anti-interference ability, high reliability, stable and reliable running, so the 2-phase gas generator control system widely u
9、sed programmable controller PLC. 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） III This design completed the process of main parameters of the basic PLC control, and design the kingview to monitor interface, complete the simulation of the whole control system. Keywords： Two section gas generator； S7-200； Automatic control s
10、ystem； Kingview ；Ladder diagram 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） IV 目录 摘 要 .I Abstract . II 目录 . IV 第一章 绪论 . 1 1.1 设计背景及意义 . 1 1.2 过程控制技术概况 . 1 1.3 PLC 技术概况 . 2 1.4 组态王仿真技术 . 3 第二章 二段式煤气发生器工艺 . 5 2.1 主要设备简介 . 5 2.1.1 二段式煤气发生炉 . 5 2.1.2 电捕焦油器 . 7 2.1.3 旋风除尘器 . 7 2.1.4 急冷塔、间冷器 . 8 2.1.5 脱硫设备 . 8 2.2 二段式煤气发生器工作原理
11、. 8 第三章 自动控制系统硬件设计 . 10 3.1 二段式煤气发生炉控制系统介绍 . 11 3.1.1 加煤系统 . 11 3.1.2 除灰系统 . 11 3.1.3 汽包水位控制系统 . 11 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） V 3.1.4 蒸汽管道压力控制系统 . 12 3.1.5 煤气出口温度控制系统 . 13 3.1.6 煤气管道压力控制系统 . 13 3.2 PID 调节 . 14 3.2.1 PID 参数 . 14 3.2.2 PID 参数设置 . 15 3.3 二段 式煤气发生器控制系统硬件选型 . 16 3.3.1 检测仪表 . 16 3.3.2 执行器 . 20
12、 3.3.3 PLC 选型 . 21 第四章 二段式煤气发生器软件设计 . 23 4.1 软件 STEP7 概述 . 23 4.2 PLC 的 I/O 地址分配 . 23 4.3 系统程序流程图 . 25 4.4 软件编程 . 31 第五章 二段式煤气发生器监控系统设计 . 34 5.1 监控系统界面设计 . 34 5.1.1 监控主界面 . 34 5.1.2 实时趋势曲线 . 35 5.1.3 历史趋势曲线 . 36 5.1.4 报警窗口 . 37 5.1.5 用户登录界面 . 37 5.2 变量设置 . 38 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） VI 5.3 动画链接 . 39 5.
13、4 画面属性 . 39 5.5 组态王运行 . 39 总结 . 42 参考文献 . 43 附录 A 二段式煤气发生器 PLC 程序 . 44 附录 B 二段式煤气发生器控制系统设计图 . 53 附录 C 组态王程序 . 54 致谢 . 58 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 1 第一章 绪论 1.1 设计背景 及意义 由于全世界石油价格不 断上涨，轧钢企业、金属镁企业、建材企业、玻璃企 业等用石油作燃料的重工业成本越来越高，它们大多改用煤气发生炉制 煤气。 目前， 我国混合型煤气炉 主要有单段式和 二 段式，而 二 段式煤气炉，其气化和综合效率均比单段式煤气炉高，操作弹性大，劳动强度低
14、， 对原料煤适应范围广，气化效率和热效率高，机动性大，所产煤气热值高，且能回收轻质焦油，环境污染小等优点。而且煤气站因全部采用闭路循环，没有 环境污染，节水显著，长期运行费用低廉而被广泛采用。 二段式煤气发生炉是工业生产取代单段炉，以煤代油，降低生产成本，节约能源的理想设备。 两段炉 的工艺过程决定它应该采用自动控制的原理，要求控制方法合理，控制手段简单方便实用，自动化程度高，运行稳定。在自动控制的基础上增加了手动控制使之在必要时能够相互切换。 随着微电子技术的快速发展， PLC 的制造成本不断降低，其功能增强很大，所以PLC 在逻辑控制方面得到了广泛的应用。而且由于 PLC 程序设计方便灵活
15、，抗干扰能力强，可靠性高，运行稳定可靠， PLC 可取代 传统继电器系统和顺序控制器，实现单、多机控制。 本设计就是基于 PLC 的二段式煤气发生器的控制系统设计，控制系统应用了 PLC开关逻辑控制 。本文涉及到 PLC 技术 ， 过程 控制技术， PLC 编程软件以及组态王的仿真等知识，通过这一设计，将专业知识与实际应用结合起来，为以后工作打好基础。 1.2 过程控制技术概况 过程控制是生产过程自动化的简称，是自动化技术的重要分支，它泛指冶金、石内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 2 油、化工、电力、轻工、建材及核能等工业生产中连续地或按一定周期程序进行的生产过程自动控制。过程控制主要
16、是指连续型工业过程自动化控制，它通过采用自动化仪表和计算机等自动化技术工具，对生产过程中的温度、压力、流量、物位及成分等工艺参数进行自动控制，以确保工业过程安全、优质、高效地进行生产。 过程控制是提高社会生产力的有力工具之一，它在确保生产正常运行 ,提高产品质量 ， 降低能耗 ，降低生产成本 ， 改善劳动条件 ， 减轻劳动强度等方面具有巨大的作用。 1948 年，自动控制技术开始形成一套完整的、以传递函数为基础的、在频域对单输入 -单输出控制系统进行分析和设计的理论，这就是今天仍在广泛使用的经典控制理论， 其突出成果就是 PID 控制规律。 PID 控制规律原理简单且易于实现，对无时延的简单控
17、制系统非常有效。 过程控制技术作为自动控制理论在工业过程控制领域中的应用分支，与控制理论一样更新发展着。从某种意义上说，过程控制是从工业生 产实际出发而开创的自动控制方法与技术，而对于每个发展阶段的出现，都是生产实际问题、控制理论研究和控制系统三者共同作用的结果，也是技术与需求这一矛盾对立统一体、相互作用的结果，是社会生产力发展的必然。 1.3 PLC 技术概况 PLC 英文全称 Programmable Logic Controller，中文全称为可编程逻辑控制器，定义是：一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。 从 20 世纪 30年代开始，机械加工企业为了提高生产效率，对
18、不同零件分别组成了自动生产线。随着产品的更新换代，生产线加工对象也 随之改变，这就需要改变控制程序，是生产线按照新的工艺过程运行，而继电接触器控制是采用固定接线的，而且继电器数量很多，有些触点工作效率较低，频繁作用寿命较短从而造成系统故障， 是生产线运行稳定性降低。为了解决这个问题， 20 世纪 60 年代，人们利用电子技术研制出矩阵式顺序内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 3 控制器和晶体管逻辑控制系统来取代继电接触器控制系统。由于这些控制装置本身存在某些不足，没有获得广泛的应用。 1968 年，美国通用汽车为适应车型号的不断更新，提出把计算机的灵活性和继电接触器系统的简单易懂、操作方
19、便等优点结合起来，做成一种适合工业环境的 通用控制装置，并把编程和程序输入简单化是人很快掌握其使用技术的设想。 根据这一设想，美国数字设备公司于 1969 年书安县研制出第一台可编程控制器，在通用汽车公司的自动装配线上试用成功。 PLC 采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入 /输出控制各种类型的机械或生产过程。其工作原理是采取循环扫描工作方式。在 PLC 中，用户程序按照先后顺序存放，如： CPU 从第一条指令开始执行程序，直至遇到结束符后又返回第一条，如此周而复始不断循环。 这种工作方式是在系统软件控
20、制下，顺次扫描各输入点的状态，按用户程序进行运算处理，然后顺序向输出点发出相应的控制信号，整个过程可分为五个阶段：自诊断，与编程器等的通讯，输入采样，用户程序执行，输出刷新。 随着计算机技术和微电子技术的迅猛发展， PLC 从有触点 可编程的顺序控制发展成当今的可靠性高、编程简单、通用性好、功能强大、体积小功耗低、设计施工周期短的功能强大的 PLC。现在已经广泛应用在开关量的逻辑控制、模拟量控制、机械运动控制、通信联网及集散控制、数据处理等领域。如机床电气控制，电机控制，电梯运行控制，冶金 系统的高炉上料，汽车装配线，啤酒灌装生产线等。 1.4 组态王仿真技术 组态王 监控系统软件是新型的工业自动控制系统正以标准的工业计算机软、硬件平台构成的集成系统取代传统的封闭式系统，它具有适应性强、开放性好、易于扩展、经济、开发周期短等优点。通常可以把这样的系统划分为控制层、监控层、管理
