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1、摘要：本设计方案是一种自动上底料系统，主要用于解决当前热电厂所采用的人工上底料的方式带来的各种问题。设备投入运行之后，可以直接解决热电厂需要人工上底料的问题，减少了底料运输过程中物料所产生的飞尘，在提高工作效率的同时，对于保护周围环境和工人的身体健康都是十分有利的。本文在对需求进行分析的基础上，进行了输送设备的选型，结合可编程控制器与继电器技术实现了上料过程的全自动控制，并对可编程控制系统的原理进行了介绍和分析。关键词：热电厂 循环流化床锅炉 自动化 PLC 变频器目录1、引言21、自动化控制概述31.1、自动化控制的研究内容31.2、自动化控制的研究现状31.3、自动化控制的发展趋势42、自
2、动上底料系统的设计方案42.1、需求分析42.2、系统机械本体设计方案42.3、控制系统设计方案63、底料输送设备选型83.1、MS250埋式刮板上料机93.2、TH250斗式提升机103.3、LS250螺旋给料机114、系统硬件设计124.1、PLC 选型124.2、变频器选型134.3、I/O 分配134.4、外部接线图144.5、设备顺序启停程序设计154.5.1、顺序控制过程154.5.2、流程图设计164.5.3、梯形图设计17结论22致谢22参考文献23附 录241 引言循环流化床锅炉是燃煤型锅炉的一种，它具备其他老式的燃煤型锅炉所没有的优点。基于鼓泡床沸腾锅炉的原理，逐渐开发了循
3、环流化床锅炉。这种炉子在国外发展很快。单炉蒸发速率从65T / h提高到550T / h以上。目前我国有很多可以生产循环流化床锅炉的厂家，这些锅炉的蒸发量在35T/h至220T/h之间，其中已经投入运行的是高压中温锅炉，这种锅炉的单台蒸发量超过了75t/h。在每次点火之前，锅炉必须在炉内均匀地覆盖0至13毫米的底部材料。 底部材料主要是锅炉炉渣过滤后的筛材。自循环流化床锅炉开始投入运行以来，发电厂一直采用人工装载基料的方式进行手工包装，然后由人将袋装物料运输到高约3.5米的锅炉中。这种方式导致工作效率很低，在整个运输过程中，底料也会不可避免的产生飞尘污染环境，危害工人的身体健康1。为了解决上述
4、问题，本文设计了循环流化床锅炉自动给料系统，根据系统的技术需求，进行了设备的选型，并且有机的结合了可编程控制器和继电器技术，对系统实现了全自动化控制。本章主要介绍了自动上底料系统设计的研究背景和意义，在分析了目前所使用的国产75T / h循环流化床锅炉自动上底料系统的技术需求的基础上，提出了当前课题的研究内容。1自动化控制概述1.1自动化控制的研究内容自动化控制可以直接实现预期的目标，在整个工作过程中不需要人工操作或者只需要少数人参与进来。整个控制过程由机械设备或系统直接完成，从而可以实现生产或管理的目标。随着社会的进步和科技的发展，自动化已经得到了越来越广泛的应用，逐渐渗透在了生活的方方面面
5、。而这些自动化技术的逐步完善也很好的提高了劳动生产率，改善了工人的工作环境，减少了生产过程对于环境的污染。机械设备、系统和生产管理过程中，自动化控制直接根据人们的需求进行信息检测，自动化处理，分析，判断和运行控制，而不需要人工或者只需要几个人直接参与来实现目标。自动化技术广泛的应用于各个领域，主要包括工农商业，军事保护，医学研究，交通运输，生产生活的各个方面。自动化技术的发展在很大程度上扩大了人体各个器官的功能，并且逐步使人们摆脱沉重的体力劳动或者复杂的脑力劳动，改善了过去人们工作的恶劣环境2。自动化在生产生活中的应用改善了人们的思维方式，提高了人们认识世界改造世界的能力。因此可以说，自动化是
6、现代社会进步的重要标志，也是科技、国防、工业、国家发展的重要标准。从一个国家自动化程度的发展就可以看出国家的发展。1.2 自动化控制的研究现状自动化控制的发展是一个漫长的动态过程，他并非一直是静止不前的。过去人们所理解的自动化，只是通过机械的动作而不是人为的劳动来实现自动化目标或综合特定的自动化任务，而实质上这只是手工劳动，并不是代替人类劳动的想法。随着现代社会经济和科技的发展，计算机得到越来越广泛的应用，信息技术也得到了突飞猛跃的发展，现代的自动化技术已经不仅仅是可以代替简单的人类劳动。结合与计算机技术，现在的自动化已经可以实现使用机器，或者特定的计算机指令来代替或者协助人类脑力的劳动，从而
7、真正的实现自动化。1.3自动化控制的发展趋势自动化控制目前正朝着更先进、更稳定、更可靠的方向发展，同时自动化生产线所面对的工艺也具有更高强度，更具有设计性的特点。在机械制造业，自动化铸造、冲压、热处理、焊接、切割、装配都已经实现了自动化，并且可以实现综合的自动化生产线，包括钢坯制造、加工、装配、检验、包装等各种工艺。自动化生产线的发展可以提高劳动生产率、提高产品的质量、提高整个生产工艺过程的稳定性，同时也有助于改善生产环境，保护员工的身体健康和防止周围的环境污染。2 自动上底料系统的设计方案2.1 需求分析某煤矿火电厂共装备有两台循环流化床锅炉。在生产过程中，两台锅炉均采用刮板运输机运输。通过
8、分析，循环流化床自动装卸系统可以充分利用刮板输送机作为将底部物料放置到锅炉底部的设备。因此，只要底部材料可以从地面传送到刮板输送机，自动上底料系统就可以实现自动装载过程。要求设计一台锅炉自动上底料系统，主要的设备有刮板运输机，斗式提升机，螺旋给料机，料仓四部分5。所有的操作和控制都在主控室进行，每一个设备上都有启动和停止按钮，以及一个为PLC提供输入信号的开关。上底料系统的的控制方式采用自动连锁和手动独立两种方式。在煤炭开始或停止供应时，每台设备都遵循一定的顺序进行启动或者停止，同时在设备启动停止过程中设置合理的时间间隔。启动时间隔时间设置为十二秒，停止时的要求根据不同的设备确定，分为十秒，二
9、十秒，三十秒三种。这样就可以确定停车之后各种设备中没有剩余的煤炭。在实际运行过程中，当有一台设备发生故障的时候也要及时的报警并且停车，停车顺序从前往后，进给方向也就是前方的设备立即停止，后面的设备按照一定的延迟顺序连锁停车。停车之后可以选择启用备用设备，特殊情况下也可以选择两台设备交叉供电这个时候也要能显示每个设备的运行及装载情况，出现问题时及时报警并停车。2.2 系统机械本体设计方案通过现场测量，锅炉刮板运输机要安装在离地面高度7米的工作平台上。因此，自动化的上底料系统需要提升装置将底部材料输送到工作平台，然后通过相应的设备将底部材料从提升器位置输送。通过对现有运输设备的研究，考虑物料运输过
10、程中存在的粉尘污染，可使用斗式提升机将底部物料从地面提升至工作平台，然后将底部材料通过埋式刮板输送机运输。在整个运输过程中，底部物料在密闭空间输送，因此大大降低了运输过程中的扬尘污染。在地面上设计安装一个底料仓，然后将经过粉碎筛选后的底料通过叉车等存储在底料仓中。为了实现斗式提升机的自动装载，结合底部物料的特点，螺旋给料机可以用来将底部料仓出口排出的底部物料输送到斗式提升机。通过以上分析可以确定，火电厂所使用的循环流化床锅炉自动上底料系统主要有四部分组成，包括埋式刮板机、斗式提升机、螺旋给料机和料仓。最终的底料通过埋式刮板输送机分配到炉前刮板机上进行自动加料，每台设备都采用埋式或箱式密封，这样
11、可以很大的减少运输过程中对环境的污染，也可以保护工人的身体健康，提高周围的环境质量。设计方案如图2-1所示。1. 进料平台 2.料斗棚 3.斗式提升机 4.平台 5.防雨棚 6.爬梯 7.埋式刮板机 8.三角支架 9.手动顶丝闸门 10.下料漏槽 11.螺旋给料机图2-1 自动化上底料系统设备方案埋式刮板机:通过输送带用于在封闭的料斗中输送散装物料，输送带连接到牵引链上。输送机运输的物料中埋着牵引链和刮板,刮刀只占槽的横截面的一部分,材料占大多数的通道截面，可以水平,倾斜和垂直输送物料,在水平刮板输送中使用扁条的刮刀,松散材料可以随着刮板一起向前移动是由于，埋入材料中的链条和刮板的松散材料层之
12、间存在着切割力，而这个切割力又大于凹槽壁松散材料阻力6。此时的材料层高度和凹槽宽度的比值在一定范围内，因此材料也可以稳定地流动。斗式提升机:通常用于各种物料的垂直输送。斗提机可按牵引式分为带式、环型和板式。考虑到国内经济水平、技术能力水平，以及结合自身使用习惯，国内的用户大多使用环链和带斗式提升机。随着使用用户数量的增加，这两种斗提机的技术发展受到越来越高的重视。高品质合金钢高圆链用于牵引组件，链轮具有可更换轮辋总成结构，使用寿命长，易更换13。为了避免出现滑移或者脱落现象，提升机的下部安装有重力装置，这个装置能够保持一定的张力，使斗提机可以自动张紧。为了避免意外情况发生时对于斗提机的影响，料
13、斗设计的具有一定的耐受性，发生故障时可以有效地保护零部件。斗式升降机适用于输送粉状、粒状、小块状、体积密度小于1.5吨/立方米的粉类研磨材料，如煤、砾石、水泥、砂粒、颗粒、肥料等。TH型斗式提升机适用于各种材料的垂直传送,适合各种粉末、颗粒状和小块状材料,材料温度低于250C在同一时间。螺旋给料机:俗称“蛟龙”，是一种广泛应用于矿产、饲料、粮食、石油、建筑等行业的运输设备，适用于垂直、水平、倾斜输送各种颗粒状、粉末状、小批量的物料。运输的距离为两米至七十米不等，具体的尺寸可以根据要求进行定制。螺旋给料机的结构简单新颖，维修保养方便，密封性能好，各种操作指标也非常先进，因此非常适用于各种工艺设备
14、。外部还配有防尘罩装置，在工作的过程中也能有效的保护环境和工人的身体健康。2.3 控制系统设计方案随着现代社会经济和科学技术的发展，对工业自动化的要求也越来越高，传统的燃煤系统只能通过控制操作面板来实现目标，这种燃煤系统是手动的，并且基于继电器。继电器的数量非常多，种类频繁，设备也非常陈旧，导致整个系统的故障率非常高7。当有事故发生时不利于控制，严重影响了生产14。而使用锅炉自动上底料系统时，以可编程控制器为系统核心，可以保证煤炭及时有序的运输，也可以保证锅炉的正常运行，在出现故障时能够自动进行检测并处理。随着现代社会的发展和自动化技术的提高，工业锅炉的规模也在不断扩大，传动的送煤技术已经不能
15、适应现代发展的需求，因此，研究锅炉的自动上底料系统是一个非常严重，并且极具现实意义的问题。根据需要达到的系统自动化要求，以及埋式刮板机，斗式提升机，螺旋给料机的技术参数，工作过程中可以采用继电器控制系统或可编程控制器。继电器控制系统的优点是价格低廉，电路设计简单，同时继电器的缺点也十分明显，继电器设备容易受外界的影响，使用寿命短，并且继电器的控制系统非常不易于维护，主要应用于早期的设备。相比于继电器控制系统，可编程控制器具有更多的优点。可编程控制器的环境适应性强，具有更好的性能指标，可以适应恶劣的环境。可编程控制器以微处理器为系统核心，有机的结合了计算机技术，微电子技术，自动化技术等。另外，可编程控制器的使用寿命也很长，便于维护保养，可以适用于多种自动化控制，比传统的继电器技术具有更好的兼容性，也区别于一般的微电脑控制系统，因此，目前工业中应用的大多数是可编程控制器系统。除去以上介绍的优点外，可编程控制器在控制中还具有重要的作用，主要包括以下几方面：（1） 可编程控制器具有灵活的结构，不容易受环境的影响。只要在有电的情况下就可以进行可编程控制器的安装和设计。在安装完成之后可以随机的改变接口的数目。在这些因素的影响下，系统能够实现很高的工作效率，有效地防止了资源的浪费。（2） 在传输时可编程控制器的带宽是稳定的，具有很
