论文总字数：27476字

摘 要

火电技术在我国应用广泛，产出效益较高，2017年全国火力发电总量为46627亿千瓦时，占全国总发电量的71.73%，火电较去年增长5.1%。我国大多数火力发电站都采用储粉燃煤系统，为了确保燃煤系统正常运行，工业现场需要对储式燃煤锅炉煤粉仓粉位进行实时测量与监控。相比于传统人工手摇辘轮式测位法，新型粉位测量方法如放射性料位计、超声波料位计、电容式料位计等具有安全易操作、精确度高、响应快等显著优点。

当前不少电厂沿用重锤式料位计作为粉位测量工具，测量时电机带动重锤由仓顶向下运动，接触料面的瞬间引起牵引绳拉力的变化，电机换向带动重锤向上运动，通过测量牵引绳长度确定粉位高度。

本文研究的基于S7-1200的粉位测量装置利用重锤式料位计原理，综合考虑了当前市场需求、用户类型等因素，将粉位测量仪封装为可移动机柜式结构，采用西门子S7-1200 PLC为核心控制器，YC-7124单相电容启动异步电动机为收排线机皮带驱动电机，选用西门子Smart 700 IE触摸屏作为人机交互界面，并利用WinCC flexible软件对触摸屏进行组态。操作者使用触摸屏可以对粉位测量系统进行用户管理、模式选择等操作，粉位测量信息及其他系统状态信息可以在触摸屏上实时显示。

关键词：PLC，触摸屏，粉位测量，组态

Abstract

Thermal power technology is widely used in China and has high output efficiency. In 2017, thermal power generation in China was 4662.7 billion kWh, an increase of 5.1% over the previous year and accounted for 71.73% of the country's total electricity generation. Most coal-fired power stations in China use powder-pumped coal-fired systems. In order to ensure the normal operation of coal-fired systems, the industrial site needs to perform real-time measurement and monitoring of the pulverized coal bunker level of coal-fired storage boilers. Compared with the traditional manual hand-rolling wheel-type positioning method, the new powder level measurement methods such as radioactive level apparatus, ultrasonic level apparatus, and capacitive level apparatus have significant advantages such as safe and easy operation, high accuracy, and quick response. .

At present, many power plants use heavy-weight level apparatus as a powder level measurement tool. During measurement, the motor drives the weights to move downwards from the top of the bin. The moment of contact with the material surface causes changes in the pulling force of the traction rope. The motor commutation drives the hammer to move upwards. The height of the powder level is determined by measuring the length of the traction rope.

The powder level measuring device based on S7-1200 studied in this paper uses the principle of weight level gauge to comprehensively consider the current market demand, user type and other factors, and packages the powder level measuring instrument into a movable cabinet structure, adopting Siemens S7- The 1200 PLC is the core controller, and the YC-7124 single-phase capacitor-start asynchronous motor is the belt drive belt drive motor. Siemens Smart 700 IE touch screen is selected as the man-machine interface and the touch screen is configured using WinCC flexible software. The operator can use the touch screen to perform operations such as user management and mode selection on the powder level measurement system. The powder level measurement information and other system status information can be displayed on the touch screen in real time.

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2 研究现状分析 1

1.3 研究内容与目标 2

1.4 本文组织结构 2

第二章 系统总体方案分析 3

2.1 总体需求分析 3

2.2 粉位测量系统的结构组成 3

2.3 粉位测量系统的工作原理 4

2.4 硬件设备选型 5

2.4.1 PLC选择 5

2.4.2 触摸屏选择 7

2.4.3 失重判定装置 7

2.4.4 重锤与机械装置 8

2.4.5 收排线机装置 9

2.4.6 皮带驱动电机的选择 9

2.4.7 增量式编码器 10

2.4.8 行程开关、交接触器、继电器 11

2.5 软件开发环境 11

2.5.1 STEP 7 Basic编程软件 11

2.5.2 WinCC flexible软件 12

2.6 本章小结 12

第三章 粉位测量系统的总体设计 13

3.1 控制系统总体结构 13

3.2 控制电路设计 13

3.2.1 传感器位置安装 13

3.2.2 电机调速系统简单设计 14

3.2.3 PLC接口分配 15

3.3 功能模块设计 15

3.4 S7-1200 PLC程序及功能实现 16

3.4.1 初始化变量 16

3.4.2 点动控制模块 17

3.4.3 自动控制模块 19

3.4.4 高速计数器模块 22

3.4.5 数据处理模块 24

3.4.6 符号表与地址分配 26

3.4.7 PLC通信设置 26

3.5 Smart700IE触摸屏组态设计 27

3.5.1 欢迎画面 28

3.5.2 用户登录画面 28

3.5.3 访问者界面 29

3.5.4 工程师选择界面 30

3.5.5 点动模式画面与自动模式画面 31

3.5.6 变量表及地址表 33

3.5.7 触摸屏与编程设备通讯设置 34

3.6 本章小结 34

第四章 粉位测量系统程序调试及实现 35

4.1 触摸屏模拟运行 35

4.2 PLC结构化程序的调试 41

4.3 本章小结 43

第五章 总结与展望 44

5.1 工作总结 44

5.2 个人体会 44

致 谢 45

参考文献 46

绪论

研究背景及意义

在可持续发展的号召下，我们要追求经济又好又快发展，中国虽已大力开发清洁新能源发电，并且已经有核电机组投入运营，但火力发电仍然是我国年总发电量的主力输出，究其原因是我国煤炭资源丰富，火电技术相对成熟，开发投入大，建设周期短，环保方面火电的影响也大多已降低到可接受的范围等。

我国大多数火力发电站都采用储粉燃煤系统，在整个工艺流程设备中有一个能够暂时储放煤粉的粉仓。火电厂技术人员实时监视粉仓内物位高度, 获取仓内煤粉的存贮量信息, 及时通过控制手段向粉仓增补或排出煤粉使其在一定安全限制范围内,以保证后续工艺环节燃煤锅炉的正常供给。如果锅炉喷燃器没有煤粉流喷入炉膛，可能会产生炉膛火焰偏移，影响生产效率^[1]。如果煤粉流发生积累堵塞，可能会导致粉仓溢出、燃烧不充分不彻底等安全事故，威胁机组正常运行。此外，操作人员根据粉位信息还可以错峰启停制粉系统，节能减排，符合绿色高效生产原则。由此可见，火电厂中储式燃煤锅炉煤粉仓粉位的测量与监控对于确保燃煤锅炉正常运行、火电厂正常工作至关重要^[1]。

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