基于S71200和触摸屏的输煤控制系统设计

宜宾职业技术学院毕业论文（设计）基于 S7-1200 和触摸屏的输煤控制系统设计系 部 自动控制工程系 专 业 名 称 电气自动化技术 班 级 电气 11401 班_ 姓 名 吴 雄_ 学 号 201413840_ 指 导 教 师 张 强_ 2016 年 1 月 5 日摘要1摘 要现今的社会，科技发展迅速，在工业方面，计算机技术、半导体技术、控制技术、数字技术、通信网络技术等高新技术的发展息息相关，这些高新技术推动了 PLC 的发展。今天，我们的生活环境和工作环境有越来越多称之为可编程控制器的小电脑在为我们服务，可编程控制器在工业控制，尖端武器，通信设备，信息处理，家用电器等各测、控制领域的应用中独占鳌头。本四级传送带电路采用 PLC 为控制核心，具备顺序起动和顺序停止功能，当某条皮带机发生故障时，该皮带机及其前面的皮带机立即停止的自动控制等功能。利用本次设计，初步掌握 PLC 的基本控制功能，运用 PLC 实现了输煤系统的控制，完成了基本的工业控制要求。关键词：传送带，皮带机，可编程控制器。目录 t38ABSTRACT In todays society, the rapid development of technology, in the industry, computer technology, semiconductor technology, control technology, digital technology, communication network technology development, the new and high technology to promote the development of PLC. Today, our living environment and working environment, more and more as a programmable controller of small computer in our service, the programmable controller in the industrial control, sophisticated weapons, communications equipment, information processing, home appliances and other various measuring, control is used in the fields of exclusive top. The fourconveyor circuit using PLC as the control core, have the start sequence and sequence stop function, when a belt machine when a failure occurs, the belt machine and the front of the belt conveyor to immediately stop the automatic control function. Using this design, the preliminary master the basic PLC control function, to learn how to use PLC, control the basic industrial control. Keywords: conveyor , belt machine , programmable controller. 目录 t38引言41 引言目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，因此PLC在控制领域取得广泛应用。在现代工业控制中，PLC和组态都是非常重要的技术，掌握这项技术，对我们从事机电的人来说是非常必要的。传统的热电厂输煤控制系统是基于继电接触器和人工手动方式的半自动化系统，现场环境十分恶劣，工人们通过开动承前起后的皮带运输机及取煤机向锅炉前的储煤仓输煤，经常有皮带跑偏、皮带撕裂及落煤管堵塞等等故障。但对热电厂而言，蒸汽工序的炉膛是不容许断煤的。输煤系统工作时尽量将煤装满储煤仓，不仅可以保证输煤系统故障时，工人有足够的时间排除故障，也可以保证输煤设备有充分的时间检修。随着发电厂规模的迅速扩大，输煤系统的作用日益突出，而传统的输煤系统已经无法满足热电厂的需要，因此需要对传统的发电厂输煤系统进行改造。基于 S7-1200 和触摸屏的输煤控制系统主要就是针对火电厂、储煤厂以及诸多场合，由于火电厂输煤系统运行条件恶劣，各类干扰信号较多，集中控制系统与远程 I/O站的通讯采用光缆进行连接，抗干扰能力强。不仅大大降低了运行人员的工作强度,方便检修人员查找故障,缩短设备检修时间,提高工作效率,也降低了设备维护成本。附录二382 系统方案设计2.1 控制任务本设计以 S7-1200 和触摸屏为中心进行传送带输煤温度和承重监控系统，分别从硬件和软件两方面进行该监控系统的设计。并对其进行调试和运行使该系统达到预期目标，通过 PLC、触摸屏对输煤过程进行实时监控，当输送煤压力过重时自动停止。且输送煤的压力数值能够输出显示并报警。便于工作人员维护，缩短设备检修时间，同时也提高了工作效率，降低了维护成本。给煤机. 破碎机 煤料煤料 煤料压力报警皮带机 1 皮带机 2皮带机 3 煤料锅炉图 2.1 输煤系统示意图2.2 系统方案设计方案一：采用继电器控制。继电器控制系统控制功能主要是用硬件继电器来实现的.继电器串接在电路中根据主电路中的电压、电流、转速、时间及温度等变化而动作，以实现电力施动装置的自动控制及保护，系统复杂，在控制过程中，如果某个继电器损坏，都会影响整个系统的正常运行，查找和排除故障往往非常困难，虽然继电器本身价格不贵，但是控制柜的安装接线工作量大，因此整个系统控制柜价格非常高，灵活性差，响应速度慢。方案二：采用单片机控制。单片机作为一个超大规模的集成电路、机构上包括CPU、储存器、定时器和多种输入/输出接口电路。其低功耗、低电压和很强的控制功能，成为工控领域顶尖武器、日常生活中最广泛的计算机之一。但是，单片机是一个集成电路，不能直接将它与外部 I/O 接口相接。硬件设计、制作和程序设计的工作量附录二38都相当大。方案三：采用 PLC 与 HMI 人机界面来实现输煤系统控制。PLC 可编程控制器配备各种硬件装置供用户选择，用户不用自己设计和制作硬件装置，只需确定可编程序控制器硬件配置和设计外部接线图，同时采用梯形图语言编程，用软件取代继电器控制系统中的触点和热线圈，通过修改程序适应工艺条件变化，还可以通过触摸屏监控画面对输煤系统实时监控。通过对多种方案的比较，决定选择 PLC 可编程控制系统，相比与继电器控制系统，它接线简单，可靠性能高，系统不复杂，易于维护。和单片机相比，它编程简单，易于掌握，接线简单。工业控制计算机系统虽然先进，但价格昂贵，系统复杂。综上所述，本次设计采用 PLC 控制系统来完成更为合理。2.3 控制系统框图图 2.2 控制系统框图3 系统的硬件设计3.1 PLC 简介PLC 即可编程控制器 Programmable logic Controller 是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。在 1987 年国际电工委员会 International Electrical Committee颁布的 PLC 标准草案中对 PLC 做了如下定义：“PLC 是一种专门为在工业环境下应用而HMIPLC 电机 传感器 运煤装置附录二38设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。 可编程控制器实际上是一种工业控制计算机。它的硬件结构与一般微机控制系统相似，甚至与之无异。可编程序控制器主要由 CPU(中央处理单元)存储器(RAM 和 EPROM),输入/输出模块(简称为 I/O 模块)、编程器和电源五大部分组成。近年来发展极为迅速、应用面极广的工业控制装置。它按照成熟而有效的继电器控制概念和设计思想，利用不断发展的新技术、新电子器件，逐步形成了具有特色的各种系列产品。3.2 PLC 的发展1968 年，美国通用汽车公司首先提出可编程控制器的理念。在 1969 年，美国数字设备公司（DEC）终于研制出世界上第一台 PLC。这是由一种新的控制系统代替继电器的控制系统，它要求尽可能地缩短汽车流水线控制系统的时间，其核心采用编程方式代替继电器方式来实现生产线的控制。这种控制系统首先在美国通用汽车的生产线上使用，并获得了令人满意的效果。 PLC 在冶金和制造等其他工业部门相继得到了应用。1971 年，日本引进了这项技术，并开始生产自己的 PLC。1973 年，欧洲一些国家也研制出了自己的 PLC。1974 年，我国也开始仿照美国的 PLC 技术研制自己的 PLC，终于在 1977 年研制出第一台具有实用价值的 PLC。 大规模集成电路和超大规模集成电路的出现使得 PLC 在问世后的发展极为迅速。现在，PLC 不仅能实现继电器的逻辑控制功能，同时还具有数字量和模拟量的采集的控制、PID 调节、通信联网、故障自诊断及 DCS 生产监控等功能。毫无疑问，PLC 将在今后的工业生产中起到非常重要的作用。在 20 世纪 80 年代，美国的工业市场调查报告和 1989 年美国的一份分散控制系统(DCS)的调研报告中，都能看出 PLC 在工业控制中的重要作用。3.3 PLC 选型 方案一：采用 S7-200 附录二38（1）A/D、D/A 转换精度及转换速度高，一个模拟量模块带 3 路 A/D，1 路D/A，A/D、D/A 转换速度高为 125us，为保证系统的采样、控制精度及调节速度提供了基本的物理条件；（2）CPU 运算速度快，0.37us/位，指令丰富：具有浮点运算、指针运算、中断、通讯响应、PID 运算、PWM 脉冲输出等功能，存储容量大，充分适应现代控制技术，如最优控制、自适应控制、变结构控制等控制算法的要求；（3）输入/输出点多、响应快， 24 输入/16，每点可设置滤波参数，4 个 20KHz高速计数器，2 个高速输出口，适应实时控制的要求；（4）通讯组网能力强，配有 2 个 232/485 通讯口，可方便连接 232/485/422 等通讯接口，适应监控系统的要求；（5）可靠性高，将 CPU 模块，输入/输出 IO 模块，通讯模块高度集成一体，简化结构，使用方便。其缺点：连接点数少、I/O 地址自动分配不能改变、可扩展模块数少等等，还有就是再连接 Wincc 软件的时候需要通过 OPC 软件 PC access 来连接，这种连接比较麻烦需要很多设置，而且经过多个软件连接之后稳定性相对来说就低了很多。附录二38图 3.1 S7-200 实物图方案二：采用 S7-300与 S7-200 PLC 比较，S7-300 PLC 采用模块化结构，具备高速（0.60.1s）的指令运算速度；用浮点数运算比较有效地实现了更为复杂的算术运算；一个带标准用户接口的软件工具方便用户给所有模块进行参数赋值；方便的人机界面服务已经集成在S7-300 操作系统内，人机对话的编程要求大大减少。循环周期短、处理速度高。其主要特点有：1）指令集功能强