基于推焦车PLC程序设计毕业论文.doc

摘摘 要要 随着科技的不断进步和发展 现代化的管理方式越来越广泛地应用于各 个领域 而在冶金炼焦行业中 由于其工艺过程的特性加上几十年来生产管 理的习惯方式 使其在自动化控制管理方面 无论是生产设备还是控制方式 均落后于其他行业 因此根据我国的实际情况 研究焦化推焦车的 PLC 控 制系统十分必要 本论文是以西门子 S7 200 PLC 可编程控制器为基础 利用 STEP7 Micro 软件实现 PLC 程序的编译调试 从而实现了焦化推焦车的 PLC 控制 论文重 点详解了焦化推焦车运行的流程以及各段流程的 PLC 控制过程 并且设计了 使用西门子 PLC S7 200 控制焦化推焦车的程序 该程序实现了 焦化推焦 车走行的前行 后退和速度变化的控制 炉门的移门 提门和举门运动的顺 序控制 焦化推焦车推焦的前行 后行和速度变化的控制 本程序将 PLC 控制与变频调速应用于焦化推焦车控制系统中 保证推焦 车的安全稳定运行 保证推焦工作人员的安全 提高生产运行安全可靠性 降低操作管理人员的劳动强度 减少生产人员提高劳动价值 实现设备控制 的现代化发挥了积极作用 关关键键词词 焦化推焦车 PLC 控制 程序设计 Abstract Along with the science and technology progress and development modern management mode are widely applied in various fields but the coking industry in metallurgy due to the characteristics of process and production management always make its way in the habit of automation management production equipment or control mode in decades so its are behinds other industries Therefore according to the actual conditions of our country it is very necessary for the research of coking pushing car of PLC control system This paper based on Siemens S7 200 PLC programmable controller and using the Micro software STEP7 PLC program compiles and debugging to realizes the control of coking pushing car by PLC The key point of this papers is the coking pushing car running process and the process of each process and design of PLC control and devise the control of coking pushing car program buy Siemens S7 200 PLC This program have many functions First coking pushing car go back and do the speed control Second the sequence control of door movement The last coking pushing car pushing go back and do the speed control This program will be controlled by PLC and inverter application in coking pushing vehicle control system ensure pushing cars for the safe and stable operation ensure the safety of workers at pushing improve the production safety of operation reliability and operation management reduce the labor intensity of production personnel to improve labor value realize play a positive role in the modern equipment control Keywords coking pushing car the control of PLC program design 目目 录录 1 1 绪论绪论 1 1 1 1 选题的背景与意义 1 1 2 推焦车行业的发展趋势 1 1 3 本论文的主要内容 2 2 2 可编程序控制器及其编辑语言可编程序控制器及其编辑语言 2 2 2 1 可编程序控制器 2 2 2 可编程序控制器的编程语言 5 3 3 基于基于 PLCPLC 焦化推焦车的控制系统焦化推焦车的控制系统 7 7 3 1 系统简介 7 3 2 控制系统的流程 9 3 3 系统的配置 15 结结 论论 2828 致致 谢谢 2929 参考文献参考文献 3030 基于推焦车 plc 控制系统的设计 1 1 绪论绪论 1 11 1 选题的背景与意义选题的背景与意义 炼焦行业是一个特殊的行业 由于现场环境恶劣 连续作业 劳动密集型强 事故 的突发性大等因素 使炼焦装备技术的自动化显得尤为重要 过去我国焦化工业所采用 的粗放型生产控制模式己经无法满足当前的生产需要 而且生产中隐藏着许多不安全因 素 如果焦车定位精度不够高 不仅影响生产的效率 在推焦的过程中也容易造成红焦 落地的重大事故 所以采用精确可靠的节约型生产模式是我国焦化工业的发展方向 也 是摆在科研工作者面前的一个重要课题 推焦车 拦焦车采用PLC控制 液压传动 并且增加了头尾焦处理 余煤回送 炉门 炉框清扫等 该系统的结构主要包括两部分 定位与连锁系统和通讯系统 其数字定位 系统是通过数据网络并行交互来控制焦炉机车变频器 从而控制机车以一定的速度运行 无线通信采用频率范围为420 470MHz的高频无线通讯 虽然国外的一些设备具有精度高 性能安全可靠 稳定性强等优点 但是像日本 德国等国家的定位系统要么技术保密 要么技术过于复杂 我们都无法直接借鉴 鉴于 此 设计开发出新的炉号识别和自动停车定位系统来满足我国的生产需要 是我们的一 项重要工作 1 21 2 推焦车行业的发展趋势推焦车行业的发展趋势 目前国内四大焦车的装备水平有了很大的改进 大型焦炉四大焦车的机械自动化和 电气自动化已相当完善 实现四大车炉号识别和精确定位的技术手段也基本成熟 但是 由于工业现场的特殊环境和机械设备的制约 炉号识别存在的主要问题是某些方法的可 靠性有待进一步提高 在实现该技术的同时还应该尽量降低设计成本 而停车精确定位 的自动化控制并不十分理想 主要体现在对正精度不高 仍需机车司机手动进行位置的 多次调整 人工的参与大大降低了自动控制的效率 并且国内设备的改造投资高 运行 成本高 总体水平低 从而导致系统的稳定性差 近几年随着无线数据传输技术 计算机技术 控制技术 安全保障技术的不断发展 焦车生产的无人化已经被越来越多的研究学者所关注 焦车今后的重要发展趋势 不仅 要求车辆具有精确和快速的定位设备 还需要满足其他要求 譬如焦车本身要具有安全 可靠的自动控制技术 高度安全的四车连锁 稳定可靠的无线传输保障 人身和设备的 保障措施 自动安全的信息管理系统作为支撑 有些国家在熄焦车上已经实现了无人驾 驶技术 1 31 3 本论文的主要内容本论文的主要内容 本课题是基于解决焦化企业生产过程中出现的实际问题也是一个亟待改进的课题 焦化推焦车的PLC程序控制系统 本课题需要结合中国的实际国情 转换思路 实现了 PLC对焦化推焦车的空子 本文主要从以下几个方面来进行研究 第一 推焦车运行是四大焦车运行控制中最重要的一个环节 它是精确定位系统的 基础 也是推焦 拦焦的必要前提 本为采用的是互锁 实现电机的安全正常运行 第二 推焦电机的转速是通过变频器SM440实现的 它使电机的速度调节更快速和节 能 同时也保证了电机的安全运行 第三 推焦炉门的控制是通过液压泵来控制其运动 电磁阀控制控制液压油的运动 方向 行程开关保证炉门运动可靠性 使得门的运行更加安全可靠 2 2 可编程序控制器及其可编程序控制器及其编辑语言编辑语言 2 12 1 可编程序控制器可编程序控制器 可编程控制器 Programmable Controller 是计算机家族中的一员 是为工业控制 应用而设计制造的 早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器 Programmable Logic Controller 简称 PLC 它主要用来代替继电器实现逻辑控制 随着技术的发展 这种 装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围 因此 今天这种装置称作可编程控制器 简称 PC 但是为了避免与个人计算机 Personal Computer 的简称混淆 所以将可编程 控制器简称 PLC 2 1 1 PLC 的定义 PLC 问世以来 尽管时间不长 但发展迅速 为了使其生产和发展标准化 美国电气 制造商协会 NEMA National Electrical Manufactory Association 经过四年的调查工 作 于 1984 年首先将其正式命名为 PC Programmable Controller 并给 PC 作了如下 定义 PC 是一个数字式的电子装置 它使用了可编程序的记忆体储存指令 用来执行诸 如逻辑 顺序 计时 计数与演算等功能 并通过数字或类似的输入 输出模块 以控制 各种机械或工作程序 一部数字电子计算机若是从事执行 PC 之功能着 亦被视为 PC 但 不包括鼓式或类似的机械式顺序控制器 以后国际电工委员会 IEC 又先后颁布了 PLC 标准的草案第一稿 第二稿 并在 1987 年 2 月通过了对它的定义 可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统 专为在工业环境应用而设计的 它采用一类可编程的存储器 用于其内部存储程序 执行逻辑运算 顺序控制 定时 计 数与算术操作等面向用户的指令 并通过数字或模拟式输入 输出控制各种类型的机械或 生产过程 可编程控制器及其有关外部设备 都按易于与工业控制系统联成一个整体 易 于扩充其功能的原则设计 2 1 2 PLC 的分类 小型 PLC 的 I O 点数一般在 128 点以下 其特点是体积小 结构紧凑 整个硬件融 为一体 除了开关量 I O 以外 还可以连接模拟量 I O 以及其他各种特殊功能模块 它 能执行包括逻辑运算 计时 计数 算术运算 数据处理和传送 通讯联网以及各种应 用指令 中型 PLC 采用模块化结构 其 I O 点数一般在 256 1024 点之间 I O 的处理方式除 了采用一般 PLC 通用的扫描处理方式外 还能采用直接处理方式 即在扫描用户程序的 过程中 直接读输入 刷新输出 它能联接各种特殊功能模块 通讯联网功能更强 指 令系统更丰富 内存容量更大 扫描速度更快 2 1 3 PLC 的优点 可编程控制器PLC对用户来说 是一种无触点设备 改变程序即可改变生产工艺 目 前 可编程控制器已成为工厂自动化的强有力工具 得到了广泛的推广应用 可编程控 制器是面向用户的专用工业控制计算机 具有许多明显的特点 例如 第一 可靠性高 抗干扰能力强 第二 配套齐全 功能完善 适用性强 第三 易学易用 第四 系统 的设计 建造工作量小 维护方便 容易改造 第五 体积小 重量轻 能耗低 以超小型PLC为列 新近出产品的品种底部尺寸小于100mm 重量小于150g 功耗仅 数瓦 由于体积小 很容易装入机械内部 是实现机电一体化的理想控制设备 2 1 5 PLC 的基本结构 可编程序控制七是以微处理器为核心的用作数字控制的专用计算机 因此无论何种 形式的可编程序控制器 气息统构成 工作方式均有相似之处 PLC 主要由中央处理单元 存储器 输入输出电路 电源和一些其它电路构成 图 2 1 为可编程序控制器的结构示意图 图图 2 12 1 为可编程序控制器为可编程序控制器 2 1 6 PLC 的工作方式 可编程序控制器是在系统程序的控制下按扫描的方式工作 即顺序循环工作方式 每一循环为一个扫描周期 每一个扫描周期包括自诊断 输入处理 程序处理 输出处 理和通信等 5 个阶段 如图 2 2 所示 图图 2 2 2PLC2PLC 的扫描工作程序的扫描工作程序 PLC 在加电后和每一个扫描周期之初都要执行自诊断程序 自诊断程序包括系统软件 和应用程序的检验 存储器和 CPU 的测试 总线检测等 如出现异常 PLC 将作出相应的 处理并停止运行 在一个周期结束之前 PLC 进入与编程器及上位机或下位机的通讯阶段 在与编程器 通讯过程中 编程器把编程和修改的参数发给 PLC 把要显示的状态 数据 错误码等发 送给编程器进行相应显示 若有与上位机或下位机的通讯请求的话 PLC 将接收上位机发 送来的指令并进入相应的操作 并将 PLC 和现场输入输出接点状态 各种数据参数发送 给上位机或下位机 2 22 2 可编程序控制器的编程语言可编程序控制器的编程语言 2 2 1 PLC 编程语言特点 PLC 的编程语言与一般计算机语言相比 具有明显的特点 它既不同于高级语言 也 不同与一般的汇编语言 它既要满足易于编写 又要满足易于调试的要求 目前 还没 有一种对各厂家产品都能兼容的编程语言 如西门子公司的产品有它自己的编程语言 三菱公司的产品也有它自己的语言 但不管什么型号的 PLC 其编程语言都具有以下特点 第 1 图形式指令结构 程序由图形方式表达 指令由不同的图形符号组成 易于 理解和记忆 第二 明确的变量常数 图形符相当于操作码 规定了运算功能 操作数由用户填 人 第三 简化的程序结构 PLC 的程序结构通常很简单 典型的为块式结构 不同块 完成不同的功能 使程序的调试者对整个程序的控制功能和控制顺序有清晰的概念 第四 简化应用软件生成过程 使用汇编语言和高级语言编写程序 要完成编辑 编译和连接三个过程 而使用编程语言 只需要编辑一个过程 其余由系统软件自动完 成 整个编辑过程都在人机对话下进行的 不要求用户有高深的软件设计能力 第五 强化调试手段 无论是汇编程序 还是高级语言程序调试 都是令编辑人员 头疼的事 而 PLC 的程序调试提供了完备的条件 使用编程器 利用 PLC 和编程器上的 按键 显示和内部编辑 调试 监控等 并在软件支持下 诊断和调试操作都很简单 总之 PLC 的编程语言是面向用户的 对使用者不要求具备高深的知识 不需要长时 间的专门训练 2 2 2 梯形图语言 PLC 的编程语言有梯形图语言 助记符语言 流程图语言和布尔代数语言等 其中前 两种语言用得较多 流程图语言也在许多场合被采用 在此介绍梯形图语言和助记符语 言的编程及其特点 梯形图语言是一种图形编程语言 是由继电器 接触器控制电路演变过来的 梯形图 中锁绘的图形符号和继电器 接触器电路图中的符号十分相似 例如图 1 5 a 所示的继 电器控制电路 用 PLC 完成其功能的梯形图如 1 5 b 图 图图 1 51 5 继电器控制电路图和梯形图继电器控制电路图和梯形图 与继电器 接触器电路比较 梯形图程序有以下特征 第一 梯形图虽然沿用了继电器 接触器电路的一些名称 如输入继电器 输出继电 器 辅助继电器等 但这些继电器不是真实的物理继电器 而是用户程序存储器中数据 存储单元 是 软继电器 通过存储单元的状态变化 1 或 0 来表示相应继电 器的 通 或 断 第二 梯形图中的触点仍然使用继电器 接触器电路的动合触点和动断触点 这些触 点的通断状态 由相应的继电器线圈是否得电或断电决定 即由相应的存储单元的状态 决定 第三 在梯形图中 左侧的垂线为逻辑母线 每个支路从母线开始 经过触点到线 圈或其他输出元件结束 第四 梯形图中各触点的数量是没有限制的 因为它们是对元件映像寄存器中各个 基本单元状态 按照程序逻辑关系 依次读取出来 进行逻辑运算的 第五 梯形图中程序的执行顺序是逐行逐句顺序执行的 与继电器 接触器控制电路 的并行工作方式不同 2 2 3 助记符语言 助记符语言是 PLC 的命令语句表达式 用梯形图变成虽然直观 简便 但要求 PLC 配置较大的显示器方可输入图形符号 这在有些小机型上长难以满足 故需借助助记符 语言 应该指出的是 不同型号的 PLC 其助记符语言也不同 但其基本原理是相近的 编写时 一般先根据要求编制梯形图 然后再根据梯形图转换成助记符语言 PLC 中最基本的运算是逻辑运算 最常用的指令是逻辑运算指令 如与 或 非等 这些指令再加上 输入 输出 结束 等指令 就构成了 PLC 的基本指令 2 2 4 逻辑功能图 逻辑功能图是一种类似于数字逻辑电路的编程语言 它用了逻辑功能符号组成的功 能块图来表达控制图来表达控制逻辑 改编程语言用类似与门 或门和非门的方框来表 示输入信号与输出信号以及其他位元件的逻辑运算关系 2 2 5 顺序功能图 顺序功能图是一种采用顺序功能符号和功能图块来表达控制过程的程序 它用来编 程顺序控制类程序 它包含步 任务 转换 3 个要素 顺序功能编程法可将一个复杂的 控制过程分解为相互联系的工作单元 对这些工作单元的功能分别处理后就可以实现对 整体系统的控制 2 2 6 高级语言 为了增强 PLC 的数学运算 数据处理 图表显示 报表网络通信等功能 方便用户 的使用 许多大中型 PLC 配备了 PASCAL BASIC C 等高级编程语言 与梯形图相比 高 级语言有两个很大的优点 一是能实现复杂的控制 二是可以向计算机一样进行结构化 编程 3 3 基于基于 PLCPLC 焦化推焦车的控制系统焦化推焦车的控制系统 3 13 1 系统简介系统简介 3 1 1 系统的组成 焦化推焦车 PLC 控制系统由计算机 可编程控制器 PLC 行程开关 变频器 MM440 液 压泵 液压阀 PLC 扩展模块 制动电机和风机等组成 系统通过操作台 行程开关上的开合 实现 PLC 的信号输入 通过 PLC 的信号输出实现对变频器的控制和液压阀的控制 通过变频器 的输出信号控制电机运行 整个系统在各个部分的紧密结合下实现对推焦电机的安全有效控制 3 1 2 控制方式 设计上从安全 可靠 方便简洁原则出发系统控制分 2 个层次 操作台控制 在工作人员的控制操作台上 有控制焦化推焦车所有运行状态的按钮 和各个运行状态提示灯 操作台控制为工作人员提供了简单 快捷 安全的操作平台 使推焦车的控制更方便 安全的运行 配电柜中心控制 在配电柜里 也有焦化推焦车运行状态的提示灯和控制按钮 配 电柜控制为工作人员的检修 维护 调试提供了方便快捷的操作平台 使推焦车的检修 维护更加方便 3 1 3 PLC 系统的特点 PLC 控制系统采用优秀的上位机软件作为操作和监控的人机界面 利用开放的工业以 太网或 PROFIBUS 现场总线实现现场信息采集和系统通信 采用控制站来实现过程控制 以灵活多样的分布式 I O 接收现场传感检测信号 PLC 系统具有以下特点 一是高度的可靠性和稳定性 二是高速度 大容量的控制站 三是集中的 从上到下的组态方式 四是集中的 友好的人机界面 五是开放的结构 可以同管理级进行通信 六是同现场总线技术融为一体 3 1 4 PLC 在焦炉车辆上的应用 3 1 4 1 PLC系统联锁动作的控制 PLC在焦炉车辆联锁控制中是保障机车安全操作的必要条件 通过PLC联锁 大大降 低了工人的劳动强度 其主要联锁工艺如下 摘门联锁 允许推焦车摘门 推焦车摘门机构对准计划推焦炭化室的中心位置 在规 定允许范围内 当前时间离计划时问在规定允许范围内 允许拦焦车摘门 拦焦车摘门机 构对准计划推焦炭化室的中心位置 在规定允许范围内 当前时间离计划时间在规定允许 范围内 推焦联锁 一级允推 推焦车 拦焦车 熄焦车对准计划推焦炭化室的中心位置 在 规定允许范围内 拦焦车导焦栅到位 闭锁 熄焦车卸焦门关闭 当前时间离计划时间在 规定允许范围内 二级允推 一级允推 拦焦车确认 熄焦车确认 平煤联锁 允许平煤 推焦车对准平煤中心位置 在规定允许范围内 装煤车允许平 煤 小炉门打开 装煤联锁 允许开盖 装煤车对准计划推焦炭化室 已推完焦 的中心位 置 在规定允许范围内 机 焦侧炭化室炉门关闭 允许装煤 装煤车对准计划推焦炭化 室 已推完焦 的中心位置 在规定允许范围内 已开盖 机 焦侧炭化室炉门关闭 允许 取煤 装煤车对准任一取煤口的中心位置 在规定允许范围内 3 1 4 2 PLC系统对焦炉车辆动作的控制 推焦车 拦焦车 推焦动作和平煤动作在接焦操作完毕后 根据实际设定的工艺流 程和串序方式 或计划炉号 由PLC控制机车自动行走到下一计划炉号 并一次定位在规 定允许范围内的位置 装煤车 装煤操作完毕后 装煤车自动行走并定位到电子秤位置 规定允许范围 此 时向网关PLC发送称重信号 称皮重完毕后 装煤车自动行走并定位到取煤位置 规定允 许范围 取煤完毕后 装煤车自动行走并定位到电子秤位置 规定允许范围 此时向网 关PLC发送称重信号 称毛重完毕后 根据实际设定的工艺流程和串序方式 或计划炉号 机车自动行走到下一计划炉号 并一次定位在规定允许范围内的位置 熄焦车 位置判断是否熄焦 行程开关 定位熄焦 定位接焦 接焦完毕后 熄焦 车自动行走并定位到熄焦位置 规定允许范围 熄焦完毕后 熄焦车自动行走并定位到 计划卸焦位置 规定允许范围 卸焦完毕 3 1 5 控制功能 第一 推焦车走行启动 推焦车的走行启动是利用 PLC 控制 MM440 变频器 实现推焦车走行的前后运动和走 形速度的控制 第二 推焦车走行停止 推焦车走形停止方式包括 正常停止 故障停止 紧急停止 第三 推焦车走行控制系统和焦炉门的控制系统 推焦车推焦系统的联锁 推焦车走行控制系统和焦炉门的控制系统 推焦车推焦系统 只能有一个系统处于 运行状态 并且每一个系统都有其各自的走行和停止 如果要控制三个系统的有序运行 就必须要对各个系统的行程开关进行逻辑编程 以保证推焦车能够正常有序的运行 当推焦车走到焦炉门前时自动停止 停止之后炉门的运动才可以进行 只有焦炉门 的举门运动结束后推焦系统才可以运行 如果推焦车没有运行到位 则焦炉门的一切操 作都将无效 如果焦炉门的举门没有结束对推焦车推焦的的一切操作都将无效 焦炉门 的运动也要按照严格的顺序运行 即先移门再提门最后举门 如果移门前行没有结束则 举门和提门都无效 如果提门上行没有结束则举门无效 如果举门上行没有结束则举门 下行无效 如果举门下行没有结束则提门无效 如果提门下行没有结束则移门无效 由 于三个系统的正常运行时推焦安全运行的保证 以上的过程是推焦 PLC 控制程序编辑的 基本依据 3 23 2 控制系统的流程控制系统的流程 焦化推焦车运行的一般流程为 焦化推焦车走行 焦炉门的控制 焦化推焦车进行 推焦 该控制系统的工作主要分为三块 焦化推焦车走行 焦炉门的控制和焦化推焦车 推焦 控制系统的流程图如下 N N N Y Y Y N N N Y Y 图图 3 13 1 焦化推焦车控制系统流程图焦化推焦车控制系统流程图 3 2 1 推焦车走行流程 推焦车的走行 即通过 PLC 控制推焦车上的走行电机的正反转和停止的过程 当对推焦车走行电机通电后 为了保证推焦车走行的安全 推焦车的走行电机并没 有立即运动 此时推焦车走行的预警装置启动 当推焦车的启动按钮闭合时 推焦车开 始向前运行 当推焦车运行到炉门时或者推焦车走行停止按钮闭合时 推焦车停止运动 在推焦车走行的过程中 为了保证走行的安全必须对推焦车走行 停止 反转三个开关 进行互锁控制 在控制过程中要保证正转和反转的按钮不能同时工作 当电机处于正转 时 只有停止开关有效 此时如果要求电机反转 则要先使推焦车走行停止开关通电 然后等三秒才能改变推焦车走行的方向 推焦车走行中如果遇到了故障则要求推焦车立即停止 此时使与推焦车走行的电机 相连接的电路断路器要立即断开 以保证推焦车走行的安全 此电路断路器是连接走行 电机与主电路连接的开关 焦化推焦车走行流程图如下 通 电 走行预告 车走行 车 停 止 提 门 结 束 举 门 推 焦 移 门 移门是否 到位 推焦是否完成 提门是否到位 车是否走行 车是否到位 举门是否到位 图图 3 23 2 焦化推焦车走行流程图焦化推焦车走行流程图 3 2 2 焦炉门控制流程 炉门的正确控制是焦化推焦车安全运行必不可缺的一部分 炉门的控制是以移门前 后的行程开关 提门上下的行程开关 举门上下的行程开关和操作台上的控制按钮的开 关信息作为 PLC 的输入 以 PLC 的输出信息控制液压阀的电磁阀 使液压阀正确有序的 开关 已达到对门运行的控制 图图 3 33 3 推焦车走行与推焦车走行与 MM440MM440 接线图接线图 当推焦车运行到炉门前并且停止后 焦炉门的所有开关才能有效 如果焦炉门的举 门没有结束对推焦车推焦的的一切操作都将无效 焦炉门的运动也要按照严格的顺序运 行 即先移门再提门最后举门 如果移门前行没有结束则举门和提门都无效 如果提门 上行没有结束则举门无效 如果举门上行没有结束则举门下行无效 如果举门下行没有 结束则提门无效 如果提门下行没有结束则移门无效 在这个过程中焦化炉门的控制需要许多行程开关 这些行程开关能否正确准时的打 开 闭合 决定了焦化炉门的控制是否能够安全及时的完成 炉门运动流程图如下 Y N N Y Y N 图图 3 33 3 炉门运动流程图炉门运动流程图 3 2 3 焦化推焦车推焦流程 焦化推焦车的推焦 即通过 PLC 控制推焦车上的推焦电机的正反转和停止的过程 通 电 举 门 移 门 提 门 炉门运动停止 举门是否到位 提门是否到位 移门是否到位 图图 3 43 4 焦化推焦车推焦焦化推焦车推焦 当推焦的启动按钮闭合时 推焦车开始向前运行 当推焦车运行到炉门时或者推焦 车走行停止按钮闭合时 推焦车停止运动 在推焦车走行的过程中 为了保证走行的安 全必须对推焦车走行 停止 反转三个开关进行互锁控制 在控制过程中要保证正转和 反转的按钮不能同时工作 当电机处于正转时 只有停止开关有效 此时如果要求电机 反转 则要先使推焦车走行停止开关通电 然后等三秒才能改变推焦车走行的方向 推焦车走行中如果遇到了故障则要求推焦车立即停止 此时使与推焦车走行的电机 相连接的电路断路器要立即断开 以保证推焦车走行的安全 此电路断路器是连接走行 电机与主电路连接的开关 焦化推焦车推焦流程图如下 图图 3 53 5 焦化推焦车推焦流程图焦化推焦车推焦流程图 3 33 3 系统的配置系统的配置 3 3 1 系统的硬件配置 根据上述控制要求及控制流程图 可考虑 PLC 系统的硬件设计 硬件设计的主要内 容是分析系统所需的输入输出信息 确定 PLC 输入输出的类型 数量和 PLC 的配置 PLC 输入输出接线图如下 图图 3 63 6 PLCPLC 硬件接线图硬件接线图 1 1 图图 3 83 8 PLCPLC 硬件接线图硬件接线图 2 2 I O 接点定义 表表 3 13 1 PLCPLC I OI O 接点定义接点定义 输入点 输出点 I1 0 过热保护 M1 Q0 0 走行启 停 I1 1 过热保护 M2 Q0 1 走行正反 I1 2 过热保护 M3 Q0 2 走形速度控制端口 1 I1 3 过热保护 M4 Q0 3 走行速度控制端口 2 I1 4 过热保护 M4 Q0 4 走行复位 11 5 走形开始 Q0 5 推焦启停 11 6 走形停止 Q0 6 推焦正反 11 7 推焦开始 Q0 7 推焦速度控制端口 1 I2 0 推焦停止 Q1 0 推焦速度控制端口 2 I2 1 走形前行 Q1 1 推焦复位 I2 2 走形后行 Q1 2 走行 I2 3 推焦前行 Q1 3 推焦 I2 4 走行故障 Q1 4 走行运动 I2 5 走行过热 Q1 5 推焦运动 12 6 推焦后行 Q1 6 走行故障 I2 7 推焦故障 Q1 7 推焦故障 I3 0 推焦过热 Q2 0 走形过热 I3 1 移门前行 Q2 1 推焦过热 I3 2 移门后行 Q2 2 移门前行 I3 3 提门上行 Q2 3 移门复位 I4 0 提门下行 Q3 0 提门上行 I4 1 举门上行 Q3 1 提门复位 I4 2 举门下行Q3 2 举门上行 I4 3 移门前限Q3 3 举门复位 I5 0 移门后限 I5 1 提门上限 I5 2 提门下限 I5 3 举门上限 I6 0 举门下限 I6 1 炉门复位 3 3 2 系统的软件结构 根据控制要求 除上述 I O 接点外 系统还需使用 PLC 的一些内部辅助继电器和定 时器 程序中用作状态的辅助继电器为 表表 3 2PLC3 2PLC 辅助继电器定义辅助继电器定义 M2 0 走行电机互锁 M2 3 走形电机定时 M2 1 走形电机反转使能 M2 2 走形电机正转使能 M1 0 走形电机反转状态 M1 1 走行电机正转状态 M3 0 推焦电机互锁 M3 3 推焦电机定时 M4 1 推焦电机反转使能 M4 2 推焦电机正转使能 M5 0 推焦电机反转状态 M5 1 推焦电机正转状态 M6 0 炉门运动互锁 程序中使用的定时器简单清晰明了 就不赘述 根据上述对系统输入输出开关信息的分析 采用西门子 S7 200 系列 PLC 系统的梯形图程序见附 录 3 3 3 梯形图主要部分说明 图图 3 93 9 焦化推焦车走行梯形图焦化推焦车走行梯形图 这部分例程序用于控制可双向运转的焦化推焦车走形电动机 当与输入点 I2 2 相连的开关闭合时 电动机逆时针方向旋转 当与输入点 I2 1 相 连的开关闭合时 电动机顺时针方向旋转 但这要有一个前提 即与输入点 I1 5 相连的 电动机电路断路器和输入点 I1 6 相连的停机开关都没有动作 只有按下停机开关 并等 待 5 秒钟后 才可以改变电动机的旋转方向 这样做是为了电动机有足够的时间刹车停 转 然后再反向起动 如果与 I2 1 和 I2 2 相连的点动开关同时按下 电动机停转 并 且不起动 在程序起始部分 程序检查是否必须激活互锁电路 互锁电路防止电动机误起动 或者按错方向起动 只有当所有开关都没有动作 或者等待时间溢出时 互锁才清除即 M2 0 被置成逻辑 0 如果电动机断路器 输入点 I1 5 没有动作 停机点动开关 输入 点 I1 6 也没有动作 这两个触点都是常闭触点 并且状态位 M1 1 没有被设置成走形 电机正转标志 则使能位 M2 1 被置为逻辑 1 走行电动机才有可能逆时针旋转 代表走 形电机反转的状态位是 M1 0 用类似方法可得到走行电机正向旋转的起动条件 当正转 和反转开关动作 并且互锁位和状态位都没有被设置成相反的旋转方向 电动机起动 即相关的输出位和状态位被置位 状态位的作用是使输出能够自保 电动机逆时针方向 旋转起动器由辅助继电器 M1 0 控制 电动机顺时针方向旋转起动器由输出点 Q0 1 控制 当电动机被停机时 ED 的下降沿将辅助存储位 M2 3 置为 1 进入停机模式 当 M2 3 被 置位时 限制起动机再次起动的定时器开始计时 该定时器的预置时间是 5 秒 经过 5 秒钟后 内部存储器位 M2 3 被复位 由于焦化推焦车的电机是由变频器 MM440 控制 所以 PLC 的输出端子接在变频器 MM440 上 因为 MM440 控制电机的正反转在同一个端口上 需要设定与 Q0 1 相连的端口 故要反转的输出结果由辅助继电器 M1 0 的常闭开关连接到 Q0 1 设定当 Q0 1 的端口为 0 时反转 为 1 时正转 图图 3 103 10 焦化推焦车走行调速梯形图焦化推焦车走行调速梯形图 这部分程序是用来实现走形电机速度的控制 在图中 I0 1 为走行一档速度开关 I0 2 为走行二档速度开关 I0 3 为走三档速度 开关 当走行一档开关闭合时 Q0 3 输出为 1 此时电机必需处于走行即 Q0 0 必需为 1 二档和三档调速的开关如果有一个处于闭合状态则一档调速无效 当走行二档开关闭合 时 Q0 2 输出为 1 此时电机必需处于走行即 Q0 0 必需为 1 一档档和三档调速的开关如 果有一个处于闭合状态则二档调速无效 当走行三档开关闭合时 Q0 2 和 Q0 3 的输出都 为 0 同样此时走行电机必需处于走行状态即 Q0 0 必需为 1 一档和三档调速的开关都 要处于闭合状态否则三档调速无效 将输出的状态由 PLC 输出到变频器 MM440 的 7 号和 8 号端口 再通过 MM440 的编程 实现对电机速度的调节 图图 3 113 11 炉门控制梯形图炉门控制梯形图 这部分程序时用来实现焦炉炉门的有序控制 在这里我以移门运动为例来解释梯形图 当与输入点 I3 1 相连的移门前行开关开关 闭合并且炉门的互锁辅助开关 M6 0 为 0 时 与输出线圈相连的液压阀工作 移门前行开 始 当液压阀控制油泵使炉门正在向前运动时 如果闭合提门或举门开关则会使辅助继 电器 M6 0 得电 形成互锁 则门的运动停止 当炉门运动到移门前限走行开关时 移门 前行运动停止 此时只有提门上行开关有效 如果其他的开关有输入则会形成互锁 当 形成互锁后 只有启动门运动复位开关才够再次运动 图图 3 123 12 焦化推焦车推焦推焦梯形图焦化推焦车推焦推焦梯形图 这部分例程序用于控制可双向运转的焦化推焦车推焦电动机 当与输入点 I2 6 相连的开关闭合时 电动机逆时针方向旋转 当与输入点 I2 3 相 连的开关闭合时 电动机顺时针方向旋转 但这要有一个前提 即与输入点 I1 7 相连的 电动机电路断路器和输入点 I2 0 相连的停机开关都没有动作 只有按下停机开关 并等 待 5 秒钟后 才可以改变电动机的旋转方向 这样做是为了电动机有足够的时间刹车停 转 然后再反向起动 如果与 I2 6 和 I2 3 相连的点动开关同时按下 电动机停转 并 且不起动 在程序起始部分 程序检查是否必须激活互锁电路 互锁电路防止电动机误起动 或者按错方向起动 只有当所有开关都没有动作 或者等待时间溢出时 互锁才清除即 M3 0 被置成逻辑 0 如果电动机断路器 输入点 I1 7 没有动作 停机点动开关 输入 点 I2 0 也没有动作 这两个触点都是常闭触点 并且状态位 M4 1 没有被设置成走形 电机正转标志 则使能位 M5 1 被置为逻辑 1 走行电动机才有可能逆时针旋转 代表走 形电机反转的状态位是 M4 0 用类似方法可得到走行电机正向旋转的起动条件 当正转 和反转开关动作 并且互锁位和状态位都没有被设置成相反的旋转方向 电动机起动 即相关的输出位和状态位被置位 状态位的作用是使输出能够自保 电动机逆时针方向 旋转起动器由辅助继电器 M4 0 控制 电动机顺时针方向旋转起动器由输出点 Q0 6 控制 当电动机被停机时 ED 的下降沿将辅助存储位 M3 3 置为 1 进入停机模式 当 M3 3 被 置位时 限制起动机再次起动的定时器开始计时 该定时器的预置时间是 5 秒 经过 5 秒钟后 内部存储器位 M3 3 被复位 由于焦化推焦车的电机是由变频器 MM440 控制 所以 PLC 的输出端子接在变频器 MM440 上 因为 MM440 控制电机的正反转在同一个端口上 需要设定与 Q0 6 相连的端口 故要反转的输出结果由辅助继电器 M4 0 的常闭开关连接到 Q0 6 设定当 Q0 6 的端口为 0 时反转 为 1 时正转 图图 3 133 13 焦化推焦车推焦速度控制焦化推焦车推焦速度控制 这部分程序是用来实现推焦电机速度的控制 在图中 I0 5 为走行一档速度开关 I0 6 为走行二档速度开关 I0 7 为走三档速度 开关 当走行一档开关闭合时 Q1 0 输出为 1 此时电机必需处于走行即 Q0 0 必需为 1 二档和三档调速的开关如果有一个处于闭合状态则一档调速无效 当走行二档开关闭合 时 Q0 7 输出为 1 此时电机必需处于走行即 Q0 0 必需为 1 一档档和三档调速的开关如 果有一个处于闭合状态则二档调速无效 当走行三档开关闭合时 Q1 0 和 Q0 7 的输出都 为 0 同样此时走行电机必需处于走行状态即 Q0 0 必需为 1 一档和三档调速的开关都 要处于闭合状态否则三档调速无效 将输出的状态由 PLC 输出到变频器 MM440 的 7 号和 8 号端口 再通过 MM440 的编程实现对电机速度的调节 结结 论论 针对整个控制系统的设计要达到稳定 可靠 安全 操作人性化的要求 本设计从 控制主体选用西门子 S7 200 系列 PLC 完成焦化推焦车的走行 推焦过程进行和炉门的 开关进行控制 为了保证走行 推焦过程中电机正反运动的安全运行和炉门运动的有序 控制 使用了互锁的设计思路 避免了由于工作人员的错误操作导致的事故 焦炉三大车操作 如果没有连锁控制 在夜间和冬季很容易造成红焦落地拦焦车掉 道 炉体损坏等人身设备事故 后果非常严重 甚至造成焦炉停产 因此焦炉三大车操 作迫切需要三车连锁控制系统 以杜绝三大车生产的误 操作 从而避免焦炉三大车无连 锁造成的人身 设备伤亡事故 但由于焦炉生产工艺的特性及各种经济因素 使焦炉三 大车连锁控制难以大面积推广 经过我国广大焦化自动化工作者的不断努力 目前 三 大车连锁控制技术日益成熟 可供选择的方案也较多 在我国大型焦化厂采用的定位技 术 及无线通讯技术 实现焦炉间各种移动设备的通讯 从而实现焦炉三大车连锁及焦 炉生产操作管理 但由于投资昂贵 在我国中小焦化厂难以推广 致致 谢谢 结束本文之际 本人谨向梁庆祥老师致以崇高的敬意和由衷的感谢 老师渊博的知 识 平易近人的风格和一丝不苟的工作作风时刻影响着我 梁教授在我的整个毕业设计 期间 对我各个阶段的工作都作出详细的安排 提出了大量的宝贵意见 指导我一步一 步的完成毕业设计 论文初稿完成后 多次审验 提出了很多有建设性的修改意见 真 心感谢我们尊敬的庞教授 感谢我们专业的一些同学 在我们学习 plc 软件期间 互相讨论研究 使我对 plc 基本编程方法有了理解更加深刻 使用更加熟练 最后再一次诚挚地感谢所有给予我指导和帮助的老师和同学 感谢在百忙之中抽出 时间进行论文评审的各位老师 谢谢 参考文献参考文献 1 郝维来 可编程控制原理与应用 M 哈尔滨 哈尔滨工业大学 2008 2 王芹 藤今朝可编程控制技术及应用 西门子 S7 200 系列 M 天津 天津大学出版社 2008 3 高钦和 应用技术与设计实例 M 北京 人民邮电出版社 2006 4 Siemens S7 200 可编程控制器手册 M 5 李小宁 例说西门之 PLCS7 200 J 北京 人民邮电出版 2008 6 马秀坤 史运涛 马学军 S7 200PLC 与数字调速系统的原理及应用 M 北京 国防工业大学 2008 7 孟晓芳 李策 王珏 西门子系列变频及其工程应用 M 北京 机械工业出版社 2008 8 杨德星 王颖 孟秀芝 AutoCAD 2008 电气设计完全自学手册 M 北京 机械工业出版社 2008 9 曹爱文 AutoCAD 2008 中文版自学手册 电气设计篇 M 北京 人民邮电出版社 2008 10 任振辉 马永鹏 刘军 电气控制与 PLC 原理及应用 M 北京 中国水利水电出版社 2008 11 金沙 郑凤翼编 轻松看懂 PLC 控制系统梯形图 N 北京 中国电力出版社 2009 袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇 螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄