基于plc热电厂输煤控制系统设计.doc

摘 要 输煤系统是热电厂中较为庞大的一个公用系统，在现阶段大多数热电厂中， 整个输煤系统由多台输送距离较长的皮带输送机组成。 本文研究和设计了一种基于 PLC 技术的热电厂自动输煤系统。系统主要由卸 煤系统和上煤系统组成，其中卸煤系统由犁煤机利用料斗和皮带将煤由贮煤场输 送到配煤场；上煤系统再经由皮带机传送到锅炉。整个系统以三菱公司 PLC 作为 控制核心，在此基础上用 PLC 软件编写了程序梯形图，通过向系统中 14 台电机 发送控制指令实现对输煤系统的逆煤启动、顺煤停止、故障停止、紧急停止等功 能。在此基础上还设计了手动和自动两种控制方式，不仅实现了输煤系统自动化 运行，同时也提高了灵活性。实验结果表明，本次设计的输煤实现了基本要求， 能够提高热电厂输煤系统的运输效率。 关键词：可编程序控制器；自动输煤系统 ；皮带机；热电厂 Abstract Coal handling system in power plant is a large is a public system, at present most of the coal handling system in power plant, by a plurality of conveying and long distance belt conveyor. This paper researches and designs a kind of PLC based automatic handling system in thermal power plant . The system can improve the transport efficiency of coal handling system in thermal power plant. This system is mainly composed of unloading coal system and coal system, in which the coal unloading system of coal plough machine by using hopper and the coal conveying belt by the coal storage yard to coal field; On coal system and then transmitted through the belt conveyor to the boiler . The whole system is based on the Mitsubishi PLC as the control core, on the basis of the design of a motor control circuit, the fuse and the thermal relay, as in the coal handling system of motor protection device. PLC through to the system of 12 motors to send control commands to realize coal handling system of the coal in coal seam, inverse start stop, failure to stop, emergency stop function. On this basis also designed two types of manual and automatic control mode, not only to achieve the automatic operation of coal handling system, but also improves flexibility. The experimental results show that, the design of the coal handling to achieve the basic requirements, and improve the production efficiency. Key words: Programmable logic computer; Automatic coal handling system; Belt conveyor; Thermal power plant 目 录 第第 1 1 章章 绪论绪论 .1 1 1.1 基于 PLC 的输煤传送带控制系统的意义 .1 1.2 煤矿带式输送机的现状及发展 .2 1.3 煤矿用带式输送机的研究目标 .4 1.4 本论文的研究内容 .5 第第 2 2 章章 热电厂输煤控制系统方案设计热电厂输煤控制系统方案设计 .6 6 2.1 系统设计思路和设计要求 .6 2.2 系统的自动化控制功能 .7 2.3 系统工作原理 .7 2.4 系统的运行流程 .8 2.5 本章小结 .8 第第 3 3 章章 硬件分析与选型硬件分析与选型 .9 9 3.1 可编程序控制器 PLC 的选型 .9 3.2 电动机的选型 .13 3.3 开关的选型 .14 3.4 保护装置的选型 .15 3.5 本章小结 .16 第第 4 4 章章 软件设计软件设计 .1717 4.1 系统软件控制要求 .17 4.2 控制系统的 I/O 及地址分配 .18 4.3 卸煤部分软件设计 .19 4.4 上煤部分软件设计 .21 4.5 调试结果 .24 结论结论 .2626 参考文献参考文献 .2727 致谢致谢 .2828 附录附录 卸煤系统梯形图卸煤系统梯形图 .2929 毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）任务书 题目 基于 PLC 的热电厂输煤控制系统设计 专业 自动化 学号 姓名 主要内容、基本要求、主要参考资料等： 主要内容主要内容： 设计基于 PLC 的热电厂输煤控制系统，研究三菱公司 PLC 的控制系统设计 方法，给出合理的控制方案。用 PLC 软件编写梯形图控制程序，实现对输煤系统 的逆煤启动、顺煤停止、故障停止、紧急停止功能。通过仿真验证控制效果。 基本要求基本要求： 1.研究分析热电厂输煤的工作原理； 2.给出合理的热电厂输煤 PLC 控制系统的设计方案； 3.编制热电厂输煤 PLC 控制系统相应的控制软件； 4.设计手动和自动两种控制方法； 5.实现热电厂输煤的：逆煤启动、顺煤停止、故障停止、紧急停止功能。 主要参考资料主要参考资料： 1 陈伟光,王昱.吉林热电厂系统的程序自动配煤J.吉林电力.2001,05. 2 张新文.煤矿皮带电机的集中控制M.陕西煤炭技术出版社.2000. 3 路林吉,江龙康等.可编程序控制器原理及应用M.清华大学出版社,2002. 4 刘红芳.热电厂输煤计算机自动控制系统J.中国科技信息.2006,01. 5 Hu Qiyun,Yu Yan. Electric Control System Design and Application of Belt Conveyer Based on PLC J.Coal Mine Machinery.2009,03. 完成期限： 指导教师签名： 专业负责人签名： 年 月 日 东北石油大学本科生毕业设计（论文） 1 第1 章 绪 论 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。 热电厂输煤系统是热工厂中较为庞大的一个公用系统，其任务是卸煤、上煤 以达到按时、保质、保量的为机组提供燃煤的目的。输煤系统各个部分的设计以 及输煤系统的控制直接影响到热电厂的工作质量。 本课题所涉及的主要是煤的输送，在此我们用的是带式输送机，主要讨论皮 带输送机的运用。 1.1 基于 PLC 的输煤传送带控制系统的意义 传统的热电厂输煤控制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 PLC 技术的发展，早期的 PLC 控制系统已 显得陈旧，落后，主要体现在以下几个方面： (1)系统的控制方式落后 原来的煤仓控制系统仍未摆脱继电器控制系统的控制模式。PLC 仅作为复杂 的继电器组来使用，所有的操作均以开关或按钮的组合来进行配煤方式的选择及 手动方式下单个梨煤器的升降，以模拟显示屏来显示煤仓煤位情况及梨煤器的状 态，未能完全发挥出 PLC 系统强大的智能化，网络化功能，操作不方便易观，离 现代控制技术水平存在一定差距。 (2)控制信号未能完全接入控制系统 由于早期技术条件的限制，煤仓间的胶带电机电流，风机电流，胶带速度等 系统运行的重要数据未能完全参与自动监控。一般采用大量长距离电缆将电流表 直接接入主控室，主要由人工进行监视，这是目前煤仓控制系统的普遍缺点。首 先，电机电流，速度等信息未能进入 PLC 监控系统，使系统失去一个重要的保护 参数，不能准确反映配煤胶带及风机运行状况与负荷大小；其次，电流速度等模 拟信号以模拟电量形式进入控制室，不仅要花大量长线电缆，而且测量精度低， 东北石油大学本科生毕业设计（论文） 2 维护工作量大，第三，由于模拟电表较多，分布较大，人工监视易于出错，且无 历史记录，不便于事故分析。 (3)控制软件不完善 早期设计的控制软件均缺乏友好，便捷的人机交互图形界面。大多数煤仓控 制系统采用操作台手柄操作，系统缺乏灵活的设备运行参数再设置功能，当由于 设备逐渐老化或新设备更新等原因而出现过程参数发生变化时，一般只能由于操 作人员修改程序中预定的数据，操作极不方便，未能充分发挥现有 PLC 系统的数 据通讯能力。另外，煤仓间共有两条配煤胶带，两组梨煤器，原来的控制系统不 容许两条胶带同时运行。两组梨煤器的控制方式关联，缺乏灵活，方便的配煤方 式组合，难以完成特定的生产任务。 (4)系统不具有完备的屏蔽功能 一般的煤仓控制系统中各类现场开关盒传感器较多，相互关联性较强，但实 际上又不能保证每个传感器从不出故障，因而在控制上屏蔽的设计思想就显得尤 为重要，故系统在紧急情况下必须具备屏蔽某一故障传感器的能力。使其不参与 控制。特别是当某一煤仓需要检修时，必须屏蔽该煤仓，使其不参与自动配煤。 早期的 PLC 采用手柄开关式操作台，辅以镶嵌马赛克组装式显示屏，其实际是用 PLC 的输入输出点来实现的。如此灵活的屏蔽功能难以实现当系统出现紧急情况 时，不得不采取改变硬接点连线，甚至主操作人员修改程序的方法，来屏蔽某一 故障传感器。这不但在使用中不方便，而且易于造成程序被修改后，出现无法预 料的控制结果1。 1.2 煤矿带式输送机的现状及发展 带式输送机是煤矿最理想的高效连续运输设备,与其他运输设备(如机车类) 相比,不仅具有长距离、大运量、连续输送等优点,而且运行可靠,易于实现自动 化、集中化控制,特别是对高产高效矿井,带式输送机已成为煤炭高效开采机电一 体化技术与装备的关键设备。 1.2.1 国外矿用带式输送机技术的现状和发展趋势 国外带式输送机技术的发展主要表现在两方面:一方面带式输送机的功能多 元化、应用范围扩大化,如高倾角带式输送机、管状带式输送机、空间转弯带式 输送机等各种机型;另一方面带式输送机本身的技术与装备有了巨大的发展,尤其 是长距离、大运量、高带速等大型输送机已成为其发展的主要方向。目前,世界 上单机运距最长达 304带式输送机已在澳大利亚的铝钒土矿投入使用;运输量达 到 37500 吨每小时,带速为 74 米每秒的一条大型带式输送机已应用于德国露天煤 东北石油大学本科生毕业设计（论文） 3 矿。在煤矿井下,由于受环境条件的限制,通常使用的带式输送机的主要技术指标 如表 1-1 所示,其关键技术与装备有以下特点: (1)设备大型化,其主要技术参数与装备均向着大型化发展,以满足年产 300500 万吨以上高产高效集约化生产的需要; (2)用动态分析技术和机电一体化、计算机监控等高新技术,采用各种软起动 与自动张紧技术,对输送机进行动态监测与监控,大大降低了输送带的动张力,输 送机始终处于最佳运行状态,设备性能好,运输效率高; (3)多机驱动与中间驱动及其功率平衡、输送机变向运行等技术,使输送机单 机运行长度在理论上已不受限制,并确保了输送系统设备的通用性、互换性及其 单元驱动的可靠性; (4)新型、高可靠性关键元部件技术,如包含 CST 等在内的各种先进的大功率 驱 动装置与调速装置、高寿命高速托辊、自清式滚筒装置、高效贮带装置、 快速自移机尾等。如英国 FSW 生产的 FSW1200/(23)400(600)工作面顺槽带 式输送机就采用了液粘差速或变频调速装置,运输能力达 3000 吨每小时以上,它 的机尾与新型转载机(如美国久益公司生产的 S500E)配套,可随工作面推移而自 动快速自移,人工作业少,生产效率高2。 表 1-1 常用带式输送机技术指标 国外 300*500 万 t/a 高产高效矿井 主参数 顺槽可伸缩带式输 大巷与斜井固定式强离带式输送机 运距/(m) 2000*3000 3000 带速/(m/s) 3.5*4 4*5 最高达 8 输送量/(t/h) 2500*30003000*4000 驱动总功率/(kw) 1200*2000 1500*3000 最大为 6000 1.2.2 国内煤矿用带式输送机的现状及存在问题 80 年代末期以来,我国煤矿用带式输送机也有了很大的发展,对带式输送机的 关键技术研究和新产品开发都取得了可喜的成果。输送机产品系列不断增多,从 定型的 SDJ,SSJ,STJ,DT 等系列发展到多功能、适应特种用途的各种带式输送机系 列,如国家“七五” 、 “九五”攻关项目大倾角带式输送机成套设备、高产 高效工作面顺槽可伸缩带式输送机等填补了多项国内空白,开发了大倾角、长距 离输送原煤的新型带式输送机系列产品,并对带式输送机的关键技术及其主要元 部件进行了理论研究和产品开发,应用动态分析技术和中间驱动与智能化控制等 技术,研制成功了多种软起动和制动装置及以 PLC 为核心的可编程电控装置。随 着我国高产高效矿井的发展,煤矿井下带式输送机目前已达到表 1-2 所示的主要 特征指标。 东北石油大学本科生毕业设计（论文） 4 表 1-2 煤矿井下带式输送机主要指标 主参数可伸缩带式输送机大巷与斜井固定式强离带式输送机 运距/(m) 1000*20001000*4000 带速/(m/s) 2*3.52.5*4 输送量/(t/h) 800*18001000*2000 驱动总功率/(kw) 250*750750*1500 与国外相比,其机型一般都偏小,特别是带速通常均不超过 4/,对高带速 输送机及其动态设计与计算机监控等关键技术问题缺乏实践经验，由于带速普遍 较低,许多设计单位仍延用以往的静态设计法,用加大输送带安全系数的方法来提 高设计的可靠性,其结果不仅增大了设备成本,而且降低了设备运行的可靠性。此 外,我国输送机制造企业追求小而全模式,未能象国外一样形成大规模的元部件专 业生产厂或加工中心,致使元部件设计与制造水平得不到有效提高。如德国 DBT 公司专业研制的自移机尾,设备性能好,自动化程度高,安全可靠,在市场上占有率 很高,我国已引进了几十台,与高产高效工作面配套使用3。 1.3 煤矿用带式输送机的研究目标 (1)大型化、提高运输能力 为了适应高产高效集约化生产的需要,带式输送机的输送能力要加大。长距 离、高带速、大运量、大功率是今后发展的必然趋势。在今后的 10内输送量要 提高到 300040000 吨每小时,带速提高至 46/,输送长度对于可伸缩带式输 送机要加长至 3000,对于钢绳芯强力带式输送机须加长至 5000以上,单机驱 动功率要达到 10001500kw,输送带抗拉强度达到 6000N/(钢绳芯)和 2100N/(整芯)。 (2)提高元部件性能和可靠性 设备开机率的高低主要取决于元部件的性能和可靠性。我们除了进一步完善 和提高现有元部件的性能和可靠性,还要不断开发研究新的技术和元部件,如高性 能可控软起动技术、动态分析与监控技术、高效贮带装置、快速自移机尾、高速 托辊等,使带式输送机的性能得到进一步提高。 (3)扩大功能,一机多用化 带式输送机是一种理想的连续运输设备,并且有不能充分发挥其效能的可能, 浪费资源。如将带式输送机结构作适当修改,并采取一定的安全措施,就可拓展运 人、运料或双向运输等功能,做到一机多用,使其发挥最大的经济效益。 (4)开发专用机种 中国煤矿的地质条件差异很大,在运输系统的布置上经常会出现一些特殊要 求,如弯曲、大倾角(+25)直至垂直提升等。而这些场合常规的带式输送机是无 东北石油大学本科生毕业设计（论文） 5 法胜任的。为了满足煤矿的某些特殊要求,应开发特殊型带式输送机,如弯曲带式 输送机、大倾角或垂直提升输送机等4。 1.4 本论文的研究内容 本论文以热电厂的输煤程控系统改造为背景，详细分析和设计了一套 PLC 控 制主要是输煤系统的自动控制和手动控制部分。全文共分四章，各章主要内容如 下： 第一章扼要地介绍了热电厂输煤系统的意义，煤矿用带式输送机国内外的发 展及现状，以及研究目标； 第二章论证了系统方案，包括系统的设计思路和要求，原理的阐述，属于理 论分析部分； 第三章通过对各种元件的介绍和选型，对系统硬件进行了描述； 第四章介绍了系统软件流程，系统控制程序，对设计做了总结，归纳了存在 的问题。 东北石油大学本科生毕业设计（论文） 6 第 2 章 热电厂输煤控制系统方案设计 热电厂输煤系统大都使用皮带机输送，实际生产系统中设备多，任务繁重， 系统战线长，环境恶劣，噪声和粉尘污染严重，运行人员劳动强度强，现场工作 人员身体受到严重危害。因而为了减轻运行人员的劳动强度，减轻恶劣环境对现 场工作人员身体危害，提高工作效率和安全经济运行水平，加装卸煤上煤整体自 动化控制装置势在必行。 2.1 系统设计思路和设计要求 本文的设计思路就是热电厂输煤系统的PLC自动控制。 热电厂输煤系统分卸煤与上煤两大部分，料斗和 1#-3#皮带负责把煤由铁路 配煤场输送到煤仓。煤在配煤场经碾碎去渣和铁硝后，由犁煤机给煤经 4A#-7A# 到 0#或 4B#-7B#到 0#送进锅炉，共 12 条皮带。因为电厂一旦发电就不能任意停 止向外供电，这就意味着锅炉不能缺煤，为了保证锅炉有可靠地供煤，实际的输 煤系统采用两条路径运煤，当其中一条有问题时，另一条可接替工作，或者电机 的热条件，两条线路轮流运行工作，所以本设计在上煤系统中也设计成两种工作 方式就是为了有多种输煤途径供选择，可以保质、保量的照常提供燃煤。同时为 了保证生产运行的可靠件，输煤系统采用自动、手动两种控制方式，自动、手动 方式由开关进行切换。由于输煤廊环境恶劣，全部操作控制都在主厂房的主控制 室里进行，仪表盘上设有各个设备的启、停按钮，还有为 PLC 提供输入信号的控 制开关。输煤设备控制功能由 PLC 实现，设备状态监测和皮带跑偏监测以及故障 纪录功能则由上级工业控制计算机完成。有了大体设计思路后，将绘制控制系统 的设计步骤，如图 2-1 所示。 本文的设计要求是：起动设备时先起动最后一台皮带机或者设备，经过5S延 时后，再依次起动其他的皮带机；停机时先停止最前一台设备，待料运送完毕后 再依次停止其他设备；当某台设备发生故障时，该设备前面的设备立即停止，而 该设备以后的皮带机待料运送完后才停止5。 东北石油大学本科生毕业设计（论文） 7 图 2-1 控制系统设计步骤 2.2 系统的自动化控制功能 (1)系统启动前各台设备预警; (2)地面输煤生产线上各设备按逆煤流方向顺序延时起动,按顺煤流方向顺序 延时停车; (3)输煤线上任一设备因故障或其它原因停车时,来煤方向各设备立即停车, 顺煤方向顺序延时停车,以避免堆煤,减少皮带压煤； (4)在紧急情况下,任一设备都可通过现场急停按钮实现紧急停车。 2.3 系统工作原理 整套输煤系统由一台PLC控制，由0#7#等12条输送带完成输煤工作，整个 控制系统分为卸煤和上煤两个部分。1#、2#、3# 皮带输煤带完成卸煤工作， 0#、4#、5#、6#、7#等皮带输送带完成上煤工作。上煤工作分AD、BD两种方式 运行，卸煤部分与上煤部分都具有手动和自动方式供选择，都具有起动、停止、 急停、故障停止和报警功能。当运行方式为自动时，按下启动按钮，由预备铃响 对各岗位发出预告信号，卸煤部分首先启动3#皮带输送带，上煤部分首先启动0# 皮带输送带，然后都按着逆煤流方向逐一启动每台联锁电机，最后一台电机启动 完毕后，各台设备正常运行。正常停机时，按下停止按钮，卸煤部分料斗停止下 煤，经一定延时后，各输送带按顺煤流方向依次延时停机；上煤部分犁煤机停止 工艺过程分析 硬件设计 分析控制要求 软件设计 确定 I/O 设备 选择 PLC 分配 I/O 点数 绘制流程图 主电路的设计设计梯形图 调试 选择外部设备 东北石油大学本科生毕业设计（论文） 8 给煤，经一定延时后，各输送带也按順煤流方向依次延时停机。当需要紧急停止 时，按下急停按钮，系统的各个运行设备同时断电，使正在运行的皮带机或设备 同时停机。如果设备故障，该设备及其前面的设备立即停机，而该输送带以后的 皮带待料运完后停机。 2.4 系统的运行流程 当卸煤程序启动，1#皮带运行，延时后，2#、1#皮带机依次运行，如果系统 发生故障，则转入故障处理程序。运行完成，煤由煤场运送到了煤仓。 上煤部分有两种工作方式，AD 的工作方式为： 0#7#A6#A5#A4#A犁煤机锅炉；BD 的工作方式为： 0#7#A6#A5#A4#A犁煤机锅炉。 当上煤程序启动后，可任意控制转换成 AD/BD 运行模式，0#皮带机先运行， 延迟后，7#、6#、5#、4#依次运行，如果系统发生故障，则转入故障处理程序。 运行完成，煤由煤仓输送到煤场锅炉。系统运行流程如图 2-2 所示。 煤 厂 煤 仓 3#2#1#料斗 0#7#A6#A5#A4#A犁煤机 0#7#B6#B5#B4#B犁煤机 锅 炉 AD 方式 BD 方式 图 2-2 系统运行流程 2.5 本章小结 本章详细热电厂输煤控制系统的工作原理，由深入对系统的功能进行了阐述。 阐述了系统整体思路及要求，详细说明了系统的运行流程，对热电厂输煤控制系 统的方案进行了初步的阐述，为下一阶段具体设计仿真做好准备工作。 东北石油大学本科生毕业设计（论文） 9 第 3 章 硬件分析与选型 根据设计要求以及系统所需要实现的功能，硬件电路包括可编程序控制器, 电机，开关，熔断器，热继电器。可编程序控制器主要由 CPU 模块、输入模块、 输出模块和编程器组成。电机根据系统的要求选择 Y 系列三相异步电动机。开关 用到了刀开关，按钮，接近开关。熔断器是一种简单而有效的保护电器，热继电 器是用于电动机或其它电气设备、电气线路的过载保护的保护电器。其硬件系统 示意图如图 3-1 所示。 CPU 模块 输 出 模 块 输 入 模 块 编程器 可编程序控制器 热继电器 熔断器 电铃 电机 按 钮 选择开关 限位开关 电 源 图 3-1 硬件系统示意图 3.1 可编程序控制器 PLC 的选型 从以上PLC的出现到PLC的发展过程，以及其自身的特点和与继电器控制逻辑 的比较，都充分体现了PLC控制系统代替继电器控制的必然。 在实际中适用于工程应用的可编程序控制器种类繁多，其结构形式、性能、 I/O 点数、用户程序存储器容量、运算速度、指令系统、编程方法和价格等各有 不同，使用场合也各有侧重。 ，可编程序控制器 PLC 的选用在应用设计的开始即 可根据工艺提供的资料及控制要求等预先进行。因此，合理选择 PLC，对提高 PLC 控制系统的技术、经济指标起着重要作用。一般可以从以下几个方面来考虑： 东北石油大学本科生毕业设计（论文） 10 3.1.1 CPU 的性能 CPU的能力是可编程序控制器最重要的性能指标，也是机械选择时首要考虑 的问题。实际上I/O点数，响应速度和软件功能都属于CPU的能力，后面分点提出， 这里只说明除此之外的CPU能力。 可编程序控制器的CPU能力还应包括处理器的个数，根据处理器的个数和位 数就可粗略了解该可编程序控制器的基本特征；CPU的存储器的性能，存储器是 存放程序和数据的地方，从使用角度考虑存储器的性能主要是可供用户使用的存 储器能力。它应包括存储器的最大容量，可扩展性，存储器的种类。存储器的容 量选择在下一点将单独提出，存储器扩展性和种类多少则体现了系统构成的方便 和灵活；中间标志，计时器和计数器的能力，这一性能实际上也体现了软件功能。 中间标志的多少和类型对系统的使用性能具有一定关系，如果构成的系统庞大， 控制功能复杂，就需要较多的中间标志。对于计时器和计数器不但要知道它们的 多少，还要知道它们的计时和计数范围。其它的性能参数，包括电流消耗，工作 环境要求，寿命时间等。总之，CPU的能力是一种综合的性能指标，而且要根据 实际需要进行选择，以满足工作应用的要求6。 3.1.2 I/O 点数的确定 I/O点数是可编程序控制器的一个简单明了的性能参数，也是应用计算机赛最 直接的参数。在机型选择时必须注意一下问题：产品手册上给出的最大I/O点数的 确却含义，由于各公司的习惯不同，所给出的最大I/O点数含义并不完全一样，有 的给出的时I/O总点数，即包括输入也包括输出，也就是手册上给出的点数是输入 点数和输出点数之和，有的则分别给出最大输入点数和最大输出点数。要分清模 拟量I/O点数和数字量I/O点的关系。有的产品模拟量I/O点数要占数字量I/O点数， 有的产品则分别独立给出且互相并无影响。远程I/O的考虑，对于较大的控制系统， 控制对象较为分散，一般都要采用远程I/O，在选择机型时，要注意可编程序控制 器是否具有远程I/O的能力和能驱动远程I/O点数。智能I/O的考虑，在机型选择考 虑I/O点数的同时，还要考虑智能I/O的能力，具有智能I/O模板可方便的解决高速 计数，闭环控制等特殊的控制功能。I/O点数的余量，无论如何，在系统硬件设计 中要留有充分的I/O点数作为备用，这主要时基于二方面的考虑，一是系统设计的 更改，如果不留有充分的余量，一旦系统设备调整，控制功能增加，就要全部推 翻原有设计好的系统，造成不必要的损失；二是手册上给出的最大I/O点数都是在 理想情况下获得的参数，一旦满负荷运行，就要影响整个系统的响应速度和可靠 性，给系统带来不良的影响，为了保证所设计的控制系统的正常运行，在系统硬 件设计时，建议根据实际I/O点数留有2030的余量7。 东北石油大学本科生毕业设计（论文） 11 3.1.3 响应速度 对于数字量控制为主的工程应用项目，可编程序控制器的响应速度都可满足 实际需要，不必给以特殊的考虑。对于模拟量控制的系统，特别是具有较多闭环 控制的系统则必须考虑可编程序控制器的响应速度。 考虑响应速度主要是从二个方面考虑。一是可编程序控制器程序的语句处理 时间，另一个是可编程序控制器的扫描周期。一般手册上都给出语句处理时间， 而且是以处理1K的语句所需时间计算的。在实际应用中要注意逻辑处理指令和字 处理主令所需时间是不同的，有的产品中给出每条指令的处理时间。在PLC中给 出的扫描周期都是最大的扫描周期时间，而系统中实际运行的扫描周期则与系统 所连接设备的多少和应用软件的多少及复杂程序有关。在机型选择时还应该注意 最大的扫描周期是否可以重新设定，如果可以重新设定，适应性则更强。在有个 特殊响应速度要求的情况下，还要考虑系统中断处理和直接控制I/O功能，这些功 能可以随时处理，而不变扫描周期的限制，当然这些功能都是有一定的具体要求 的，有的也与系统硬件配置有关。整个系统的响应速度还与输入输出有关，因为 任何输入输出模板都有一定的时间滞后。总之，不同的控制对象对响应速度有不 同的要求，要根据实际需要选择可编程序控制器，控制对象信号变化速度快，则 要求响应速度快，控制对象信号变化速度慢，则要求响应的速度就不同8。 3.1.4 存储器容量的选择 在初步估算时，对于仅需开关量控制的系统，将I/O点数乘以8，就是所需的 存储器的字数，这一要求一般都能满足，在只有模拟量输入，没有模拟量输出的 系统中，一般要对模拟量信号作数据传送，数据滤波和比较运算等操作。估算时 可为每路模拟量准备100个存储器字，在既有模拟量输入又有模拟量输出的系统 中，一般要对模拟量作闭环控制，涉及的运算相当复杂，需要的用户存储器比只 有模拟量输入时要多一些，估算时可为每路模拟量准备200个存储器字，当模拟 量路数较少时，应将系统适当增大，反之则应将系统适当减小。由于本人编程水 平有限，在考虑存储器的容量时，多留了一些裕量。在自动测量，自动存储和对 系统补偿等正常场合，对存储器的要求是很大的，有时甚至要求可编程序控制器 有十几K字的甚至几十K字的存储容量。在选择可编程序控制器的型号是不应盲 目追求过高的性能指标，在I/O点数和存储器容量方面应留有一定的裕量9。 作为单机小规模控制使用的场合，由于工艺简单、程序固定，多数使用 EPROM 存储器或 EPROM+RAM 存储器。 对于大、中规模的可编程序控制器，往往用于工艺比较复杂且多变的场合， 程序改变较多，因此一般都使用 CMOS RAM 存储器，且有后备电池，以便关机时 存储信息。 东北石油大学本科生毕业设计（论文） 12 存储器的选择有两种方法：一种是根据编程实际使用的节点数计算，这种方 法可精确地计算出存储器实际使用容量，缺点是要编完程序之后才能计算；另一 种方法，也是我们常用的方法是估算法，用户可根据控制规模和应用目的，按下 面给出的公式进行估算。 代替继电器: (3-1) AIDODIKmM100510 模拟量控制: (3-2) AIDODIKmM100510 多路采样控制 : (3-3) 25 . 0 1100510采样点AIDODIKmM 需开关量控制: (3-4)8点数IOM 式中：DI数字(开关量)输入信号 DO数字(开关量)输出信号 AI模拟量输入信号 Km每个节点所占有存储器字节数 M存储器容量 3.1.5 可编程序控制器的指令系统 由于可编程序控制器应用的广泛性，各种机型所具备的指令系统也不完全相 同，现代的可编程序控制器的指令功能越来越强，内部元件的个数也越来越多。 任何一种可编程序控制器都可以满足开关量控制系统的要求，如果系统要求完成 模拟量与数字量的转换，PID闭环控制，运动控制等工作，可编程序控制器应有 算术运算，数据传送等功能，有时甚至要求有开方、对数运算和浮点数运算等功 能。在机型选择时，从指令系统方向应注意下述内容：指令系统的总语句数，这 一点反映了整个指令所包括的全部功能；指令系统的种类，主要应包括逻辑指令， 运算指令和控制指令，具体的要求则与实际要完成的控制功能有关；指令系统的 表达方式，指令系统的表达方式有多种；应用软件的程序结构图，程序结构有模 块化的程序结构，有子程序式的程序结构；软件开发手段。在考虑指令系统这一 性能时，还要考虑到软件的开发手段，一般的厂家对可编程序控制器都配有专用 的编程器，提供较强的软件开发手段，有的厂家在此基础上还开发了专用软件， 可利用通用的微型机作为软件开发手段，这样就更加方便了用户的需要10。 东北石油大学本科生毕业设计（论文） 13 3.1.6 机型选择的其他考虑 在考虑上述性能后，还要根据工程应用实际考虑其它一些因素，包括： 性能价格比，毫无疑问，高性能的机型必然需要较高的价格，在考虑满足需 要的性能后，还要根据工作的投资状况来确定机型；备品备件的统一考虑，无论 什么样的设备，投入生产以后都要具有一定数量的备品备件，在系统软件设计时， 对于一个工厂来说应尽量与原有设备统一机型们这样就可减少备品备件的种类和 资金积压，同时还有考虑备品备件的来源，所选机型要有可靠的订货来源；计数 支持，选定机型时还要考虑有可靠的计数支持，这些支持包括必要的技术培训， 设计指导，系统维修等内容。 总之，在选择系统机型时要依据前面所述的根据，按照可编程序控制器本身 的性能指标对号入座，选择合适的系统。 以此为依据，选用三菱公司的FX2N系列可编程序控制器。FX2N是FX系列中功 能最强、速度最高的微型可编程序控制器，完全符合此设计的要求。由以上的系 统设计分析可知：热电厂PLC输煤自控系统共有33个输入点，19个输出点，所以 根据它的输入输出点数选用FX2N-80MR型号的PLC。 3.2 电动机的选型 电机根据系统的要求选择Y系列三相异步电动机。电动机的定子饶阻为接 法，采用B级绝缘，采用全压启动。电动机的额定电压为380V，额定频率为 50HZ，额定功率分别为： M1：卸煤部分1#输送带电动机 Y200L-4(30KW) M2：卸煤部分2#输送带电动机 Y160M-4(11KW) M3：卸煤部分3#输送带电动机 Y200L-4(30KW) M4：上煤部分4#A输送带电动机 Y132S-4(5.5KW) M5：上煤部分5#A输送带电动机 Y225S-4(37KW) M6：上煤部分6#A输送带电动机 Y225M-4(45KW) M7：上煤部分7#A输送带电动机 Y160L-4(15KW) M8：上煤部分4#B输送带电动机 Y132S-4(5.5KW) M9：上煤部分5#B输送带电动机 Y225S-4(37KW) M10：上煤部分6#B输送带电动机 Y225M-4(45KW) M11：上煤部分7#B输送带电动机 Y160L-4(15KW) M12：上煤部分0#输送带电动机 Y160M-4(11KW) M13：上煤部分犁煤机电动机AD Y132S-2(7.5KW) M14：上煤部分犁煤机电动机BD Y132S-2(7.5KW) 东北石油大学本科生毕业设计（论文） 14 其电机型号的选择如表 3-1 所示。 表 3-1 电机型号参数对照表 3.3 开关的选型 3.3.1 刀开关 开关和小容量电机非频繁启动的操作开关。由操作手柄、刀片、触头座和底 板等组成。刀开关安装时，手柄要向上，不得倒装或平装。接线时，应将电源接 在上端，负载接在下端，作用在电弧上的电动力和热空气的上升方向一致，就能 使电弧迅速拉长而且熄灭， 这样拉闸后刀片与电源隔离，可防止意外事故的发 生。适用于各皮带机、破碎机、犁煤机、通风机的电源开关。根据系统的工作情 况选用 HR1-60 型胶刀开关。 3.3.2 按钮 按钮是一种结构简单、应用广泛的主令电器。在低压控制电路中，用于手动 发出控制信号。按钮是由按钮帽、复位弹簧、桥式触头和外壳组成，通常做成复 合式，即具有常闭触点和常开触点。按钮在系统中有启动停止复位清零 选择等作用。一般性的按钮可选用 LA18-22 型，其中-常开-常闭触头各两个；紧 急按钮可选用 LA18-22J 型；当按钮作为选择开关时可选用带指示灯的按钮，可 选用 LA19-11B/D。 电 机 型 号 额定功率 （KW） 额定电流 （A） 同步转速 （r/min ） 效率 （%） 功率 因数 堵转 电流 堵转 转矩 电机 台数 Y112M-248.2289085.50.87702.21 Y132S-25.511.1290085.50.887.02.02 Y132S-27.515290086.20.887.02.02 Y160M-21122.5150087.50.857.01.42 Y160M-21529.53000880.887.01.72 Y180M-23057.2300089.50.897.01.72 Y180M-23769.8300090.50.897.01.92 Y200M-24584.53000910.897.01.92 东北石油大学本科生毕业设计（论文） 15 3.3.3 接近开关 接近开关是一种传感器元件，可分为电感式、电容式两种。其电压等级有： 直流型 10V 到 60V 不等；交流型的由 24V 到 250V。其型号可根据实际情况合理选 用，而且输出电流最大为 200mA。交流型又有二线、三线、四线等几种。三线、 四线又有 NPN、PNP 两种。广泛使用的 PLC 输入模板，输入信号是以负极为参考 点，此时只能选用 PNP 型接近开关。在本设计中，选用 LXJ8(3SG)3234-ONR01， 允许输入电压范围 AC30250V，动作距离 8mm.，输出电流 20300mA，动作频率 15HZ。在系统的实际工作过程中，犁煤机是不受 PLC 的控制的，而且也不带电操 作，完全由现场工作人员现场操作，当需要用的时候才用，但是在整个设计的要 求中要有犁煤机的工作显示，于是在每台犁煤机上装有一个接近开关即交流接触 器和一个显示灯，以反映它的工作情况，当犁煤机工作其接近开关就会动作，显 示灯亮，为了工作的安全，对犁煤机的显示接 110V 的电压。 3.4 保护装置的选型 3.4.1 热继电器 热继电器的种类很多，应用最广泛的是基于双金属片的热继电器，其主要由 热元件、双金属片、触头三部分组成。双金属片是热继电器的感应元件，它由两 种不同线膨胀系数的金属机械辗压而成。 热继电器是利用电流的热效应原理工作的保护电器，在电路中作电动机的过 载保护。电动机在实际运行中，常遇到过载情况，过载时间长时，绕组温升超过 了允许值是将会加剧绕组绝缘老化，缩短电机的使用年限，严重时甚至会使电机 绕组烧坏。因此，凡电机长期运行时，都需要对其过载提供保护装置。 选用热继电器主要应考虑的因素有：额定电流或热元件的整定电流要求均应 大于被保护电路或设备的正常工作电流。作为电动机保护时，要考虑其型号、规 格和特性、正常启动时的启动时间和启动电流、负载的性质等。在接线时对星型 联结的电动机，应选择带断相保护的热继电器。所选用的热继电器的整定电流通 常与电动机的额定电流相等。在此系统中选用 JR16-20 型的热继电器11。 3.4.2 熔断器 熔断器是一种简单而有效的保护电器。在使用时，熔断器串接在所保护的电 路中，作为电路及用电设备的短路和严重过载保护，主要用做短路保护。熔断器 的容体与被保护的电路串联，当电路正常工作时，容体允许通过一定大小的电流 而不熔断。当电路发声短路或严重过载时，熔体中流过很大的故障电流，当电流 东北石油大学本科生毕业设计（论文） 16 产生的热