毕业设计（论文）-火电厂输煤PLC控制系统的设计.pdf

- I - 火电厂输煤火电厂输煤火电厂输煤火电厂输煤 PLCPLCPLCPLC 控制系统的设计控制系统的设计控制系统的设计控制系统的设计 摘摘摘摘要要要要 火电厂自动化是火电厂非常重要的组成部份，是大型火电机组取得良好安 全经济效益的重要保证。其中，输煤系统是火电厂自动化中不容或缺的重要部 分，燃煤的合理输送保证了火电厂发电过程中能进行充分的能量转换，从而达 到最大限度节能的目的。 传统的发电厂输煤系统是一种基于继电接触器和人工手动方式的半自动化 系统。由于输煤系统现场环境十分恶劣，不仅极大损害了工人的身体健康，而 且由于输煤系统范围大，经常有皮带跑偏、皮带撕裂及落煤管堵塞等等麻 烦，大大降低了发电厂的生产效率。随着发电厂规模的扩大，对煤量的需求大 大提高，传统的输煤系统己无法满足发电厂的需要。 本文在充分考虑输煤系统的作用和运行可靠性基础上，设计了一条一路多 段的输煤系统，从结构上保证了输煤系统的运行可靠性。本文介绍了 PLC 程序 控制在火力发电厂输煤系统中的应用以及控制方式, 阐述了整个控制系统的结 构和功能, 并对其配置及组成部件作了系统的论述。 本文以面向对象的思想，采用结构化设计，在 PLC 中应用子程序的方式， 不仅便于实现多种运行方式，而且大大提高了程序的可维护性和可靠性。 关键词关键词输煤控制系统；系统建模；可编程序控制器(PLC) 哈尔滨理工大学学士学位论文 - II - PLCPLCPLCPLC inininin thermalthermalthermalthermal powerpowerpowerpower plantplantplantplant controlcontrolcontrolcontrol systemsystemsystemsystem designdesigndesigndesign AbstractAbstractAbstractAbstract The automation is not only an important part in thermal plant, but also a necessary guarantee for its economics effectiveness, and that coal transfer control system is also very significant for the automation of thermal plant. For a maximum economizing on energy, a reasonable method in coal transfer can ensure a complete energy conversion during process of generating electricity. The traditional coal transfer system of power plant is a half-automation system based on relay connect and manual work. As the environment of the coal transfer system is so execrable, it not only does harms to the workers health, but also has problems like belt slide, belt avulsion, and jam of the coal-falling pipe and so on for its large scope. This sharply decreases the productive efficiency of the power plant. Along with the development in scale, the coal requirement of power plants increases greatly and the trader ional coal transfer system cant meet the needs of these power plants any more. This paper proposed a coal transfer system after careful consideration on the function and run reliability. It involves one subway, which consist of multiple segments .This can ensure the systems reliability or configuration. The paper mainly deals with the application of Programmable Controller (PLC) design in thermal power plant coal conveying system and its controlling method, and describes the function and construction for the whole control system. Furthermore, this paper details the con of its hardware system modeling; PLC 哈尔滨理工大学学士学位论文 - III - 目目目目录录录录 摘要.I AbstractAbstractAbstractAbstractII 第 1 章绪论 1 1.1 概述 1 1.2 发电厂的生产过程介绍 1 1.3 国内外火力发电厂输煤控制系统的现状及发展趋势 2 1.4 课题的背景与意义 3 1.5 问题的提出 3 1.5.1 输煤系统的重要性及目前存在的主要问题 3 1.5.2 PLC 在输煤程控系统中的应用. 4 第 2 章输煤程控系统的简介 6 2.1 输煤系统的概述 6 2.2 输煤程控系统的特点及功能 7 2.2.1 输煤程控系统的特点 7 2.2.2 输煤程控系统的功能 7 2.3 输煤程控系统的控制要求 8 第 3 章PLC 简介. 9 3.1 PLC 现状及应用情况. 9 3.1.1 PLC 现状. 9 3.1.2 PLC 在输煤系统中的应用情况. 9 3.2 硬件 PLC. 10 3.2.1 PLC 的发展阶段. 10 3.2.2 可编程序控制器定义 10 3.2.3 基本组成.11 3.2.4 特点.11 3.2.5 原理 12 3.2.6 异同点 14 3.3 软件 PLC. 15 3.4 OMRON C200H PLC 的组成和特点. 16 3.4.1 C200H PLC 的基本组成. 16 3.4.2 特点 17 3.5 PLC 程控系统. 18 第 4 章输煤程控系统的设计 19 4.1 方案综述 19 哈尔滨理工大学学士学位论文 - IV - 4.1.1 系统工作原理 20 4.1.2 输煤系统控制及管理功能 21 4.2 输煤系统的组成及要求 22 4.2.1 输煤系统的组成 22 4.2.2 输煤程控的基本要求 22 4.2.3 输煤程控系统的主要信号 23 4.3 输煤系统控制方式 23 4.3.1 卸煤系统 23 4.3.2 给煤系统 23 4.3.3 上煤控制 23 4.3.4 配煤控制 24 4.4 输煤程控系统工艺要求实现的功能 26 4.4.1 启动预报 26 4.4.2 程序启动和停止 26 4.4.3 系统的可靠性 26 4.4.4 上位管理系统 27 4.5 PLC 控制硬件的选择 27 4.6 PLC 控制软件的设计 27 4.6.1 控制系统软件设计原则 28 4.6.2 梯形图的功能与实现 28 4.7 I/O 分配. 29 4.8 梯形图的设计 31 结论 32 致谢 33 参考文献 34 附录 A. 36 附录 B. 48 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 5 - 第第第第 1 1 1 1 章章章章绪论绪论绪论绪论 1.11.11.11.1 概述概述概述概述 自动化技术是当今世界上发展最快，生命力最旺盛的技术和最活跃的生产 力之一，世界上许多先进国家均投入大量资源，以求在激烈的竞争中占有一席 之地。要紧跟世界发展步伐，我国自动化管理也应敏锐地跟踪国内外自动化技 术及其在火电厂应用的进展，掌握火电厂先进的自动化技术。现今，火力发电 机组己沿着大容量、多元化的方向发展，火电生产系统日益走向复杂化、大型 化，火电生产中的过程控制、管理和决策任务越来越繁重，因此，自动化是火 电厂非常重要的组成部分，是大型火电机组取得良好安全经济效益的重要保 证。随着自动化技术的发展，其在电厂中的地位和作用与日俱增。 其中输煤程控又是自动化在火电厂的具体应用，现代的火电厂输煤大多数 都是采用 PLC 来进行控制的。皮带传输系统因其结构简单，使用方便，造价低 廉被广泛应用于工业、商业、农业、医药、军事等方面，在采矿运输、冶金送 料、车站及码头的货物运输更是广泛使用，同样，发电厂的输煤系统也采用皮 带传输。随着发电厂规模的逐渐扩大，煤耗量也逐渐提高，对发电厂输煤系统 的性能要求越来越高。 1.21.21.21.2 发电厂的生产过程介绍发电厂的生产过程介绍发电厂的生产过程介绍发电厂的生产过程介绍 发电厂是把各种动力能源的能量转变成电能的工厂。根据所利用的能源形 式可分为火力发电厂、水力发电厂、原子能发电厂、风力发电厂等。 火力发电厂简称火电厂，是利用煤、石油、天然气等燃料的化学能产生出 电能的工厂。按其功用可分为两类，即凝汽式电厂和热电厂。前者仅向用户提 供电能，而热电厂除供给用户电量外，还向热用户供应蒸气和热水，即所谓的 “热点联合生产” 。 火电厂的容量大小各异，具体形式也不尽相同，但就其生产过程来说却是 相似的。 大型火电厂为提高燃料效率都是燃烧煤粉。因此，煤斗中的原煤要先送至 磨煤机磨成粉煤。磨碎的粉煤由热空气携带经排粉风机送入锅炉的炉膛内燃 烧。煤粉燃烧后形成的热烟气沿锅炉的水平烟道和尾部烟道流动，放出热量， 最后进入除尘器，将燃烧后的煤灰分离出来。洁净的烟气在引风机的作用下通 过烟囱排入大气。助燃用的空气由送风机送入装设在尾部烟道上的空气预热器 内，利用热气加热空气。这样，一方面除使进入锅炉的空气温度提高，易于燃 煤的着火和燃烧外，另一方面也可以降低排烟温度，提高热能的利用率。从空 气预热器排出的热空气分为两股：一股去磨煤机干燥和输送煤粉，另一股直接 送入炉膛助燃。燃煤燃尽的灰渣落入炉膛下面的渣斗内，与从除尘器分离出的 细灰一起用水冲至灰浆泵房内，在由灰浆泵送至灰场。 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 6 - 在除氧器水箱内的水经过给水泵升压后通过高压加热器送至省煤器。在省 煤器内，水受到热烟气的加热，然后进入锅炉顶部的汽包内。在锅炉炉膛四周 密布着水管，称为水冷壁。水冷壁水管的上下两端均为通过联箱与汽包连通, 汽包内的水经由水冷壁不断循环，吸收着煤燃烧过程中放出的热量。部分水在 冷壁中被加热沸腾后汽化成水蒸汽，这些饱和蒸汽由汽包上部流出进入过热器 中。饱和蒸汽在过热器中继续吸热，成为过热蒸汽。过热蒸汽有很高的压力和 温度，因此有很大的热势能。具有热势能的过热蒸汽经管道引入汽轮机后，便 将热势能转变成动能。高速流动的蒸汽推动汽轮机转子转动，形成机械能。 汽轮机的转子与发电机的转子通过联轴器联在一起。当汽轮机转子转动时 便带动发电机转子转动。在发电机转子的另一端带着一直流发电机，叫励磁 机。励磁机发出的直流电送至发电机的转子线圈中，使转子成为电磁铁，周围 产生磁场。当发电机转子旋转时，磁场也是旋转的，发电机定子内的导线就会 切割磁力线产生感应电流。这样，发电机便把汽轮机的机械能转变成电能。电 能经变压器将电压升压后，由输电线送至电用户。 释放出热势能的蒸汽从汽轮机下部的排气口排出，称为乏汽。乏汽在凝热 器内被循环水泵送入凝汽器的冷却水冷却，重新凝结成水，此水称为凝结水。 凝结水由凝结水泵送入低压加热器并最终回到除氧气内，完成一个循环。在循 环过程中难免有汽水的泄漏，即汽水损失，因此要适量地向循环系统内补给一 些水，以保证循环的正常进行。高、底压加热器是为提高循环的热效率所采用 的装置，除氧气是为了除去水含的氧气以减少对设备及管道的腐蚀。 电厂能量转换为：燃料的化学能蒸汽的热势能机械能电能。在锅炉 中，燃料的化学能转变为蒸汽的热能；在汽轮机中，蒸汽的热能转变为转子的 机械能；在发电机中机械能转变为电能。炉、机、电是火电厂的主要设备，亦 称三大主机。与三大主机相辅工作的设备成为辅助设备或称辅机。主机与辅机 及其相连的管道、线路等称为系统。火电厂的主要系统有燃烧系统、汽水系 统、电气系统等。 除了上述主要系统外，火电厂还有其他一些辅助生产系统，如燃煤的输送 系统、水的化学系统、灰浆的排放系统等。这些系统与主系统协调工作，它们 相互配合完成电能的生产任务。大型火电厂得保证这些设备的正常运转，火电 厂装有大量的仪表，用来监视这些设备的运行状况，同时还设置有自动控制装 置，以便及时地对主辅设备进行调节。现代化的火电厂，已采用了先进的计算 机自动控制系统。这些控制系统可以对整个生产过程进行控制和自动调节，根 据不同的情况协调各设备的工作状况，使整个电厂的自动化水平达到了新的高 度。自动化控制装置及系统已成为火电厂中不可缺少的部分。 1.1.1.1.3 3 3 3 国内外火力发电厂输煤控制系统的现状及发展趋势国内外火力发电厂输煤控制系统的现状及发展趋势国内外火力发电厂输煤控制系统的现状及发展趋势国内外火力发电厂输煤控制系统的现状及发展趋势 目前，国外大型燃煤电厂中技术较先进的输煤控制系统多为基于可编程序 控制器(Programmable Logic Controller 即 PLC), 智能测量控制仪表，过程控制 微机和通用计算机等构成的集散控制系统。采用了目前国际上最先进的 3C(控 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 7 - 制 control，通信 communication，计算机 computer)技术，实现了模块化，网络 化，智能化，多媒体监控系统和输煤程控系统已经形成统一的有机整体，可以 在计算机上实现控制，监视，报警，切换等功能，因而比传统的控制系统更加 灵活，强大。国内上个世纪九十年代之前建设的火力发电厂除全套引进机组 外，输煤系统多为继电器强电集中就地控制方式，自动化程度较低，仅有个别 发电厂的输煤系统采用 PLC 进行程序控制，以取代传统的继电器强电集中控制 方式。九十年代末期，随着 PLC 技术的迅猛发展和广泛应用，其高度的工作可 靠性得到了广泛的认同，国内新建的火力发电厂输煤系统普遍采用了 PLC 进行 程序控制，但仍采用模拟屏加按扭式控制台操作方式。进入二十一世纪，输煤 系统的程控多采用 PLC 集散控制方式，所有操作均在上位机上进行，甩掉了模 拟屏和按扭式控制台，可实现按流程的联锁程控起停，也可实现解除联锁的手 动控制。伴随着这种发展，输煤程控技术也将朝着管理一体化、高度自动化、 高度智能化及信息化方向发展。输煤程控将不再仅仅是控制输煤系统的生产运 行，而是将更多地开发出设备故障检测及诊断功能，更多的设备信息管理功能 等等，并将与厂级 MIS 系统联网，实现更加远程的监控管理。 1.41.41.41.4 课题的背景与意义课题的背景与意义课题的背景与意义课题的背景与意义 传统的发电厂输煤系统是一种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。但对 发电厂而言，蒸汽工序的炉膛是不容许断煤的，于是，蒸汽机前通常有一个很 大的储煤仓。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，工人们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 统已无法满足发电厂的需要，因此需要对传统的发电厂输煤系统进行改造。 当今世界是一个信息技术高度发展的世界，信息贯穿社会的每个角落，现 代化的工厂，管理部门能够知道组织内部的各个职能部门的所有信息，当然也 包括车间运行情况及设备状况。厂级乃至各行业都应对现实生产中的各分子结 构的情况充分掌握，以便及时调整战略战术，把握工作的重点，推动部门或生 产车间的工作，因此建立全自动化的输煤系统，不仅可以让工人从恶劣的环境 中、繁重的劳动中解放出来，而且可以通过建立控制网网络将相距较远的各输 煤机架控制器相连，实现信息的相互传递，不仅保证了控制的时实性、可靠 性，同时便于厂级、车间级管理。 1.51.51.51.5 问题的提出问题的提出问题的提出问题的提出 1.5.11.5.11.5.11.5.1 输煤系统的重要性及目前存在的主要问题输煤系统的重要性及目前存在的主要问题输煤系统的重要性及目前存在的主要问题输煤系统的重要性及目前存在的主要问题 随着电力事业的发展与人们对用电量的需求不断增加，大容量、大机组火 力发电厂在我国己逐渐占据主导地位。燃料运输、堆卸等环节，是保证机组正 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 8 - 常运行发电的基本条件。过去电厂输煤系统的工作任务重、压力大、困难多， 已是制约电厂安全发电的一个突出问题。因此，重视输煤系统的工作，深化输 煤系统综合治理，是火力发电厂安全、文明、经济、科学管理的重要保证。 输煤系统的主要工作任务是:进场煤的接卸；燃料的储存；煤场整型压实； 燃料除铁；燃煤输送到锅炉原煤仓-配煤。主要设备包括：翻车机；推煤机； 碎煤机；采样机；除铁器；犁煤器；皮带秤；输煤皮带机等。其控制系统一般 采用输煤程序控制，负责输煤系统所有设备的运行和调度。 正如前面所说，大型火电厂燃料输煤系统设备种类繁多，分布较为分散， 一般都分布在几公里范围内，由于其实时性要求不高，而且不是 24 小时都需要 运行，所以其在电厂的被重视程度往往不如主机系统，导致其生产管理及设备 自动化水平相对滞后，而不得不使用较多的人力物力，有的电厂甚至出现燃料 运行人员超过主机运行人员的现象。 另外，通常输煤系统的设计方案，注重安装机容量耗用额定燃料量的计 算，它决定输煤系统的供、卸煤能力。但是理论上计算不能够满足发电要求的 燃料量，因为未把可能发生影响供、卸煤正常工作的因素考虑进去，往往造成 输煤系统投产运行后满足不了发电要求。在考虑输煤系统的设计中，往往缺乏 对大容量电厂输煤系统实际存在问题的了解，把输煤系统的标准压低，认为能 具备发电供煤的条件就行，从而忽视了工作中的实际问题，而一旦一个环节出 现问题后，就会直接影响到整个输煤系统的运行，以致影响发电厂的发电量。 因此，随着火力发电厂容量的不断增大，仍采用过去常规的继电控制方式己远 远不能满足生产发展的需要，新型控制方式的输煤系统才有利于火力发电厂的 经济运行。 1.5.21.5.21.5.21.5.2 PLCPLCPLCPLC 在输煤程控系统中的应用在输煤程控系统中的应用在输煤程控系统中的应用在输煤程控系统中的应用 火力发电厂的输煤程控系统，它和相应的发电机组配套承担着发电厂的燃 煤输送任务，是电厂内工作环境差，劳动强度大的一个系统。有效地提高输煤 系统的自动控制和管理水平是国内众多火电厂急待解决的问题。煤是火电厂发 电的重要燃料，燃煤合理充分的利用直接决定了电厂的发电量。因此，在发电 过程中，高效率的、稳定的、合理的运输，堆取，配煤成为电厂控制系统中十 分重要的部分。 由于输煤程控系统控制设备多，工艺流程复杂，系统设备分散，粉尘、潮 湿、振动、噪音、电磁干扰等比较严重，无论哪一个现场元件如传感器、防护 罩、通讯电缆等选择不当，都会直接影响整个系统的安全、稳定和可靠运行。 因此该系统必须与完善的工艺、合理可靠的控制对象、可靠准确的保护监视传 感设备以及严格的运行管理等密切配合起来，整个系统才能正常投运。 传统输煤系统具有以下特点: 1任务重。为了保证工业用煤，输煤系统必须始终处于完好的状态。日累 计运行时间达 8-10h 以上。 2运行环境差、劳动强度大。由于各种因素造成输煤系统的运行环境恶 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 9 - 劣、脏污，需要占用大量的辅助劳动力。 3一次起动设备多，安全联锁要求高。同时起动的设备高达 20-30 台以 上，在起动或停机过程中有严格的联锁要求。 目前，国内输煤程控系统控制器一般都以 PLC 为主，它有以下特点: 1.能够承受恶劣的工业环境，具有很强的抗干扰性。 2.结构模块化，系统配置简单。 3.可与工业现场信号直接输入输出连接，针对不同的现场信号有相应的 I/O 模块。 4.编程简单且具有在线编程功能。 5.可靠性强。 基于以上优点，输煤系统采用 PLC 程控能够方便地实现多种运行方式的选 择，使整个系统功能更为合理，更加完备，运行更可靠、更灵活，可维护性、 自检能力、安全保障能力及通信能力等也都得到了进一步的提高，有利于解决 过去输煤系统投运后易出现的现场问题，从而大大提高了输煤系统的自动化水 平。 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 10 - 第第第第 2 2 2 2 章章章章输煤程控系统的简介输煤程控系统的简介输煤程控系统的简介输煤程控系统的简介 2.12.12.12.1 输煤系统的概述输煤系统的概述输煤系统的概述输煤系统的概述 在我国火力发电厂中所采用的绝大部分燃烧工质是燃煤。由于煤产地与电 厂间地理位置或地域不同，就需通过汽车、火车、或轮船把煤运往火电厂煤 厂，通过卸煤系统、堆煤系统、上煤系统和配煤系统等组成的输煤程控系统输 送到指定的煤仓或煤筒。火电厂输煤控制系统的主要任务就是卸煤、堆煤、上 煤和配煤，以达到按时保质保量为机组(原煤仓)提供燃煤的目的。整个输煤控 制系统是火电厂十分重要的辅助系统，它是保证机组稳发满发的重要条件。基 于输煤控制系统在整个火电厂中的重要性，且煤场面积大；输煤系统中的设备 和设备种类比较多，各个设备的工况不同，设备之间有很强的联带关系；工作 环境恶劣，对设备的干扰比较强，对工作人员的健康有一定的危害，人工作业 通讯难以畅通。因此采用现代成熟技术 PLC 和现代总线网络通讯实现其控制功 能，分析现场情况和设备之间的关系，实现输煤系统的程序控制和设备长时间 的安全运行，电厂输煤系统自动化，能在很大程度上提高工作效益，保证电厂 长时间安全运行。 输煤系统是火力发电厂中较为庞大的一个公用系统。随着我国电力工业的 迅速发展，火电厂的装机容量和单机容量都日益增大，输煤系统的规模也大幅 度的上升。对其控制方式、运行水平的要求也越来越高。输煤程控系统主要是 以可编程控制器为主，实现输煤系统的自动化控制。与强电集中的控制相比， 在技术上具有控制功能强，编程简单，实现工艺联锁方便，可省去大量的硬接 线，维护方便，可在线修改等特点。 近几年来，国外 PLC 技术取得了飞跃，其容量成倍扩大、体积不断缩小、 功能不断增强，不但具有逻辑运算、计时、计数、顺控等功能，还具有 PID 控 制功能，可直接进行 A/D，D/A 转换，还可以开发管控一体化。使操作、使用 和项目开发变得简单、方便。与此同时，PLC 技术在电厂输煤设备中亦得到了 广泛的应用，除翻车机、斗轮机、胶带机系统等大型工矿设备，实现了 PLC 控 制外，环式给煤机、入厂煤采样机等中型设备亦实现了 PLC 控制，另外 PLC 还 被应用于实物校验装置、入炉煤采样机等小型设备上。同时 PLC 能实现远程通 讯，联网及上位机监控等，这可为全厂实现计算机控制和管理创造条件。 在国内输煤系统普遍采用皮带运输的方式，该方式结构简单、运输的长短 便于调整、负荷便于分担、便于添加中间环节。本文所设计的输煤系统是一种 单路上煤、配煤皮带运输系统，主要包括螺旋给煤机、叶轮给煤机、卸料机、 堆取料机等，另外还装上了传感器及保护装置。 随着电子技术、计算机技术、控制技术、信息网络技术的迅速发展，大型 火电厂的燃料输煤系统正向着生产过程控制高度自动化、工艺设备及测控设备 高度智能化、生产管理高度自动化等方向发展，现代的大型火电厂的燃料输煤 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 11 - 系统实现了设备程控化、现场联网化和可视化，而与 MIS 系统联网，更提高电 厂自动化水平。 2.22.22.22.2 输煤程控系统的特点及功能输煤程控系统的特点及功能输煤程控系统的特点及功能输煤程控系统的特点及功能 2.2.12.2.12.2.12.2.1 输煤程控系统的特点输煤程控系统的特点输煤程控系统的特点输煤程控系统的特点 输煤系统的特点： 1.整个系统控制很分散，覆盖距离远，现场环境恶劣，粉尘、潮湿、振 动、噪音、电磁干扰等都比较严重，且受控设备大多数都是强电设备，干扰严 重。 2.采用集散型结构，开放性好、易于扩展、性能稳定可靠。 3.上位机采用双机热背形式，可靠性好。 4.双缆通信，网络安全性高。 5.计算机监控管理功能强大、实时采集、及时显示运行工作及有关数据， 画面形象逼真，动感强。 6.故障响应准确及时，可自动显示或打印故障时间、性能和地点，并进行 声光报警。 7.设备启动或故障时，可自动切换工业电视系统，使控制室内的监视器显 示相关区域的图像。 8.系统具有联锁保护功能。 9.程控配煤中，低煤位优先、顺序配煤和余煤配煤三种方式相结合。 10.可实现分炉计量和堆煤记量功能。 11.为确保安全运行，系统对被测设备设置各种检测和保护功能。 12.可根据需要，实现输煤程控系统与 MIS 或 DCS 的联网。 2.2.22.2.22.2.22.2.2 输煤程控系统的功能输煤程控系统的功能输煤程控系统的功能输煤程控系统的功能 输煤程控的主要功能有： 1.上煤控制功能 上煤控制功能分程控自动、程控手动和就地手动三种方式。程控自动方式 的所有操作通过程控室上位机软操作实现，程控手动方式包括程控联锁手动， 程控解锁手动两种。 o b“yz- 2.程控启停操作及手动单控操作 设备在启动前，对要启动的给、输、配煤设备进行选择来决定全系统的启 动程序。再根据选定的程序运行方式，按所发出的启动指令进行启动，在启动 前，可通过监视程序流程或模拟屏显示确定程序正确与否，如有误可及时更 改。需要停止设备运行时，将控制开关打在停机的位置。运行的设备经过一定 的延时之后，按顺煤流方向逐一停止。 b0Rcj= 3.程序配煤和手动单独操作 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 12 - 配煤控制功能分为程控自动配煤、远方手动配煤和就地手动配煤三种方 式，配煤系统具有完善的分路计量功能。通过预先编制的配煤程序，使所有的 犁煤器按程序要求抬犁或落犁，依次给需要上煤的煤仓进行配煤。当遇到机组 锅炉检修、输煤设备检修、个别仓停运时，程序控制按照设置的“跳仓”功能 自动跳仓，犁煤器将自动抬起、自动停止配煤。n _B 4.设备状态监视 对皮带的运行状态进行监视，对原煤仓煤位、犁煤器的状态进行监视，对 设备的历史过程进行记载。 # dxS QmG 5.故障音响报警。 设备在运行中发生皮带跑偏、落煤管堵煤、煤仓煤位低、皮带撕裂、电动 机故障跳闸、现场故障停机时，程控 CRT 发出故障报警信号，模拟系统图上对 应的设备发出故障闪光，同时电笛发出故障音响信号。 6.煤仓煤位测量显示 7.管理监测和记录功能 输煤系统具有计算机管理功能，能自动采集运行工况及有关数据，实现实 时流量编制、修改及状态显示，打印各种报表和记录，并能在 CRT 上查询和调 用有关数据。 8.事故追忆功能 所有重要报警信号、连锁保护信号、设备故障跳闸信号等均随时按发生顺 序进行记录和存储，并能够随意调用和打印。 9.上煤、配煤方式选择功能 系统逻辑中应根据工艺系统的特点，预先设置多种上煤、配煤方式。运行 人员可以根据输煤系统设备状况选择不同的上煤、配煤方式。 2.32.32.32.3 输煤程控系统的控制要求输煤程控系统的控制要求输煤程控系统的控制要求输煤程控系统的控制要求 输煤系统通常采用控制室集中控制方式，控制室内正常运行方式以程序自 动控制为主，带联锁或解除联锁手动控制为辅（事故或紧急情况下运行方式） ， 运行人员在控制室内通过 CRT、键盘、鼠标等可以实现对全部主要输煤设备的 监视和控制。 输煤程控控制包括上煤系统、配煤系统、系统监测管理、事故报警、事故 自诊断、煤量统计、报表打印及上位管理机的管理等。 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 13 - 第第第第 3 3 3 3 章章章章PLCPLCPLCPLC 简介简介简介简介 3.13.13.13.1 PLCPLCPLCPLC 现状及应用情况现状及应用情况现状及应用情况现状及应用情况 3.1.13.1.13.1.13.1.1 PLCPLCPLCPLC 现状现状现状现状 长期以来，PLC 始终处于工业自动化控制领域的主战场，为各种各样的自 动化控制设备提供了非常可靠的控制应用。其主要原因，在于它能够为自动化 控制应用提供安全可靠和比较完善的解决方案，适合于当前工业企业对自动化 的需要。另一方面，PLC 还必须依靠其他新技术来面对市场份额逐渐缩小所带 来的冲击，尤其是工业 PC 所带来的冲击。PLC 需要解决的问题依然是新技术 的采用、系统开放性和价格。 PLC 技术发展的最终趋势仍然是人们所争论的焦点之一。大多数人认为， PLC 将会继续失去市场份额。在自动控制领域中，目前国内外有为数众多的生 产 PLC 的厂家。大型 PLC 市场主要由欧美产品占领，如德国西门子公司，美国 艾伦布拉德利公司、GE 公司、莫迪康公司、法国的 TE 公司等。而中小型 PLC 市场主要由日本的产品占领，如三菱、东芝、富士等。 由于我国的计算机生产还比较落后，所以 PLC 生产也不尽人意。目前大部 分国内厂家走吸引的道路，其产品接近或兼容于国外著名公司的同类产品。就 总体而言，目前国内应用主要采用进口产品。 3.1.23.1.23.1.23.1.2 PLCPLCPLCPLC 在输煤系统中的应用情况在输煤系统中的应用情况在输煤系统中的应用情况在输煤系统中的应用情况 目前，在我国火力发电厂的输煤系统中，特别是进入 80 年代后期所建的大 型火力发电厂中，输煤系统都不同程度地设计、选用了微机程序控制方式，近 年来，由于 PLC 性能价格比的不断提高，以及我国输煤自动化的电力工作者在 微机程序控制方面的艰辛努力，已经积累大量的实际应用经验，微机程序控制 这一技术己经进入了成熟的应用阶段。所以，近年来的输煤大型设备(如斗轮堆 取料机、翻车机等)及整个输煤系统的控制，都把 PLC 作为控制系统的首选设 备。 微机程序控制在我国火力发电厂中的运行实践证明，输煤系统微机程序控 制的成败，涉及到输煤系统的各个方面，并不是什么样的输煤系统都能满意地 去实现自动化的。如在一个机械设备、电气设备及外围信号设备不健康的系统 中，在还没有消除设备缺陷之前，即使勉强地去实现程序控制，亦必以失败告 终。因此审视一个输煤系统能否实现程序控制，一般需要具备这样一些基本条 件: 1.输煤系统中各机械设备、电气设备及外围信号设备，都能保证良好的运 转状态。 2.机械设备要有良好的可控性。 3.要求输煤系统尽可能的简单、明了、清晰。 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 14 - 4.有良好的检修、运行管理体制，领导层重视程控系统的投用。 3.23.23.23.2 硬件硬件硬件硬件 PLCPLCPLCPLC 3.2.13.2.13.2.13.2.1 PLCPLCPLCPLC 的发展阶段的发展阶段的发展阶段的发展阶段 虽然 PLC 问世时间不长，但是随着微处理器的出现，大规模，超大规模集 成电路技术的迅速发展和数据通讯技术的不断进步，PLC 也迅速发展，其发展 过程大致可分三个阶段： 1.早期的 PLC（60 年代末-70 年代中期） 早期的 PLC 一般称为可编程逻辑控制器。这时的 PLC 多少有点继电器控制 装置的替代物的含义，其主要功能只是执行原先由继电器完成的顺序控制、定 时等。它在硬件上以准计算机的形式出现，在 I/O 接口电路上作了改进以适应 工业控制现场的要求。装置中的器件主要采用分立元件和中小规模集成电路， 存储器采用磁芯存储器。另外还采取了一些措施，以提高其抗干扰的能力。 在软件编程上，采用广大电气工程技术人员所熟悉的继电器控制线路的方 式-梯形图。因此，早期的 PLC 的性能要优于继电器控制装置，其优点包括 简单易懂，便于安装，体积小，能耗低，有故障指示，能重复使用等。其中 PLC 特有的编程语言-梯形图一直沿用至今。 2.中期的 PLC（70 年代中期-80 年代中、后期） 在 70 年代，微处理器的出现使 PLC 发生了巨大的变化。美国，日本，德 国等一些厂家先后开始采用微处理器作为 PLC 的中央处理单元(CPU)。这样， 使 PLC 的功能大大增强。 在软件方面，除了保持其原有的逻辑运算、计时、计数等功能以外，还增 加了算术运算、数据处理和传送、通讯、自诊断等功能。 在硬件方面，除了保持其原有的开关模块以外，还增加了模拟量模块、远 程 I/O 模块、各种特殊功能模块。并扩大了存储器的容量，使各种逻辑线圈的 数量增加，还提供了一定数量的数据寄存器，使 PLC 的应用范围得以扩大。 3.近期的 PLC（80 年代中、后期至今） 进入 80 年代中、后期，由于超大规模集成电路技术的迅速发展，微处理器 的市场价格大幅度下跌，使得各种类型的 PLC 所采用的微处理器的档次普遍提 高。而且为了进一步提高 PLC 的处理速度，各制造厂商还纷纷研制开发了专用 逻辑处理芯片，这样使得 PLC 软、硬件功能发生了巨大变化。 3.2.23.2.23.2.23.2.2 可编程序控制器定义可编程序控制器定义可编程序控制器定义可编程序控制器定义 可编程序控制器（Programmable Controller）又简称为 PC 或 PLC，日本电 器控制学会曾对可编程序控制器作了一个定义“可编程序控制器是将逻辑运 算、顺序控制、时序、计数以及算术运算等控制程序，用一串指令形式存放到 存储器中，然后根据存储的控制内容，经过模拟、数字等输入输出部件，对生 产设备与生产过程进行控制的装置。 ” 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 15 - 3.2.33.2.33.2.33.2.3 基本组成基本组成基本组成基本组成 虽然各种 PLC 产品的形式和功能特点各不相同，但他们在结构和组成上基 本是相同的，一般由 CPU、存储器、输入/输出系统及其他可选部件四大部分组 成，如图 3-1 所示。PLC 在运行过程中，一般由 CPU、存储器和输入/输出系 统三个部分即可完成预定的各种控制任务，因此可将这三个部分称为 PLC 的基 本组成部分。其可选部件包括编程器、外存储器、模拟 I/O 盘、通信接口、扩 展接口以及测试设备等，主要用于系统的编程组态、程序存储、通信联网、系 统扩展和系统的测试与维护等，是 PLC 的辅助组成部分，在 PLC 正常运行期间 这些部件并不起作用，它们主要用于系统的开发、安装、调试和维护。 图 31PLC 的一般组成 3.2.43.2.43.2.43.2.4 特点特点特点特点 PLC 的特点： 1. 运行稳定，可靠性高。由于可靠性是用户选用的首位依据，因此，每个 PLC 生产商都将可靠性作为第一指标而加以研制，以单片机为核心，在硬件和 软件上做了大量的抗干扰措施，使 PLC 的平均无故障时间达到 30 万小时以 上，使用寿命长。 2.控制功能强。PLC 具有逻辑判断、计数、定时、步进、跳转、移位、记 忆、四则运算和数据传送等功能，可以实现顺序控制、逻辑控制、位置控制和 过程控制等等。 3.编程简单，使用方便。PLC 采用与继电器电路相似的梯形图编程，比较 直观，易懂易编，深受电气技术人员和电工的欢迎，容易推广使用。 4.适用于恶劣的工业环境，抗干扰能力强。工业生产一般对控制设备的可 CPU 输入/输出系统 现场输入/输出信号 其他可选部件 系统总线 系统程序用户程序 存储器存储器 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 16 - 靠性提出很高的要求，应具有很强的抗干扰能力，能在恶劣的环境中可靠地工 作，平均故障间隔时间(MTBF)高，故障修复时间短。任何电子设备产生的故障 通常有两种：偶发性和永久性。 5.具有较高的性能/价格比。 3.2.53.2.53.2.53.2.5 原理原理原理原理 PLC 的主要逻辑部件：PLC 的制造厂家对微处理机进行了软硬件的开发， 为用户提供了许多适用于电气控制的逻辑部件。例如继电器逻辑、定时器、计 数器、移位寄存器、数据寄存器、触发器等。PLC 中所说的继电器是一个逻辑 概念，有时称“软继电器”。与通常的物理继电器相比，其体积小、功耗低、 无触点、速度快、寿命长、有无数多个常开常闭接点供程序使用，在使用中不 必考虑接点的容量。同时也提供了描述这些逻辑部件的符号和语言。 图 32PLC 循环扫描工作原理 PLC 的基本工作原理：PLC 虽具有微机的许多特点，但它的工作方式却与 微机有很大不同。微机一般采用等待命令的工作方式。PLC 则采用循环扫描工 作方式，采用循环扫描工作方式是 PLC 区别于微机的最大特点。PLC 与继电接 触器的重要区别之一也是工作方式不同：继电接触器是按“并行”方式工作 的。而 PLC 是按“串行”方式工作的。这是因为一般计算机是按照程序计数器 形成的程序号顺序执行，并且采用查询方式结构，专门查看某一变量条件的满 足情况，并根据此满足情况而决定下一步的操作。但是被控对象控制条件的满 足时间与程序顺序执行的不协调，且查看的已不是某一变量的条件，而是多个 变量的条件。因此在 PLC 中采用对整个程序循环执行的工作方式，CPU 从首地 址开始按次序逐个扫描所有存储器地址，执行全部用户程序。 CPU 执行的结果最终是将结果寄存器的内容送到 I/O 状态表中。I/O 状态表 是 PLC 在 RAM 区中开辟一个区，专门用来存储输入信号与输出信号的状态。 逻辑解算时的输入信号是从 I/O 状态表中得到的，解算后的结果立刻送入 I/O 状 CPU 定时器 计数器 内部继电器 元件映像区 输入输出电路 扫描 程序存储器 地址 200 201 202 203 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 17 - 态表中的相应位，等待 I/O 刷新以实现 PLC 控制。这样 CPU 从第一条指令开始 执行程序，直到遇到结束符后，又返第一条执行第二次、第三次、一直到停 机。程序的每一条指令执行时间足够快，整个程序并不长，使得每执行一次程 序所占用的时间足够短，这个时间短到足以保证变量条件不变。 要使程序巡回扫描一次的时间短，首先与每条指令的执行时间长短有关， 其次与程序中所用指令类型和包含指令条数的多少有关。前者主要和机器的主 频，即时钟的快慢有关，机器选择确定后，它也随之而定。后者则和被控系统 的复杂程度，以及程序编制者的水平有关。程序有长有短，而且在各个扫描周 期中也随着条件的不同而影响着程序长短的变化。因此，这部分占用的扫描时 间不仅对不同的系统其长短不同，而且对同一系统的不同时间也占用不同的扫 描时间。执行程序随变量状态的不同而不同，即一部分程序段可能不执行。为 了保证生产系统的正常运行，必须做到最长的扫描周期小于系统电器改变状态 的时间。实际上扫描周期的不固定给机器实现某些控制会带来一些困难。 可编程序控制器扫描工作方式：计算机用于控制、运行程序时常采用扫描 工作方式和中断工作方式。PLC 主要采用扫描工作方式，顺序扫描工作方式简 单直观，简化了程序设计，并为 PLC 可靠运行提供有利的保证。在有的场合也 插入中断方式，允许中断正在扫描运行的程序。这种工作方式是在系统软件控 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。整个工作过程可分为以下阶段：每次扫描用户程序之 前，都先执行故障自诊断程序。自诊断内容为 I/O 部分、存储器、CPU 等，发 现异常状况，则停机显示错误。若自诊断正常，继续向下扫描。PLC 检查是否 有与编程器、计算机等的通信请求，若有则进行相应处理。如接收由编程器送 来的程序、命令和各种数据，则要把要显示的状态、数据、出错信息等发送给 编程器进行显示。如果有计算机等的通信请求，也在这段时间完成数据的接受 和发送任务。 PLC 扫描工作的第一步是采样阶段，PLC 的中央处理器通过输入接口将所 有输入端子的信号状态读出并存入内存中对应的输入映像寄存器，然后进入下 一步，此时输入映像寄存器与外界保持隔离，无论信号如何变化，输入映像寄 存器中的内容都保持不变，直到下一次的扫描周期的输入采样，才重新改写输 入端的内容。第二步是扫描用户程序，根据本周期输入映像寄存器中的状态和 上周期输出映像寄存器的状态，中央处理器 CPU 将指令逐条调出并执行，以对 输入和原输出状态进行处理。对用户程序逐条读取，经过命令解释后，按指令 规定的任务，产生相应的控制信号，去启闭有关的控制门路。分时分渠道地去 执行数据的存取、传送、组合、比较和变换等动作，完成用户程序中规定的逻 辑或算术运算等任务，将运算结果逐一填入输出映像寄存器。第三步输出刷 新，当所有的指令执行完毕后，将刷新输出映像寄存器的状态，并转存到输出 锁存寄存器，通过一定的方式，送到 PLC 的输出端子。这样就集中把输出状态 寄存器的状态通过输出部件转换成被控设备所能接受的电压或电流信号，以驱 动被控设备，实现输出控制、制表、打印或数据通讯等等。PLC 周期性地循环 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 18 - 执行上述步骤，称为扫描周期。它反映 PLC 对输入信号的灵敏度或滞后程度。 扫描周期的大小对系统性能有一定影响，例如对 I/O 响应时间，定时器精度等 都有影响。当程序较长时，就应当计算扫描周期，看看是否符合要求。 PLC 采用对 I/O 操作、数据处理等的循环扫描工作方式。这种工作方式在 系统软件控制下，顺序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。 1自诊断是指在 PLC 扫描用户程序之前先执行故障子诊断程序，主要执 行 I/0 部分、存储器和 CPU 等，自诊断正常则继续向下扫描； 2与编程器或计算机通信是指 PLC 检查编程器或计算机等是否有通信的 请求，并接收发出来的程序、指令和各种数据，将相应的状态、数据和信息显 示出来； 图 3-3PLC 工作过程示意图 3CPU 对各输入端扫描并将输入端的状态送到输入状态寄存器，完成对现 场信息的输入采样过程;.CPU 逐条调出并执行用户程序的指令，按照指令对数据 进行运算，并将结果送至输出寄存器，实现 PLC 的程序控制过程。 4当所有指令执行完毕后，PLC 集中将输出状态寄存器中的状态通过输出 模块单元转换成控制设备的电压或电流信号，以驱动控制设备，实现对输出状 态的刷新。 3.