基于PLC水泥工艺煤磨段自动控制系统设计论文.doc

基于 PLC 的水泥工艺煤磨段自动控制系统设计 毕业设计说明书 煤粉制备在工业生产中有重要作用 被广泛应用于冶金 矿山 电力 水 泥等行业 传统煤粉制备控制系统 具有控制点少 靠人工测量 手动操作等 特点 随着生产规模的不断扩大和产量的提高 控制系统的处理量不断增大 以往人工现场控制手段己很难满足生产的要求 同时由于人工检测误差大 控 制设备落后 安全性低 给整个系统的生产操作和管理带来了很大的困难 根据我国的水泥生产发展现状 本文以水泥工艺煤粉制备系统为研究对象 分析并设计了基于 PLC 的水泥工艺煤磨段自动控制系统 本文介绍了我国的水泥煤粉制备自动化现状和水泥工艺煤磨段的设备构成 及工作原理 分析了煤磨段中需要控制和监视的对象 以球磨机负荷为控制对 象 重点从上位系统和下位系统介绍了控制系统的设计过程 下位系统的设计 通过对煤磨段的工作原理分析 确定系统的 I O 点数 进行 PLC 的选型与硬件 配置 绘制程序流程图 并完成程序的编写 上位系统的设计通过 WinCC 进行 变量的建立 人机监控画面的设计 并且详细介绍上位系统和下位系统的通讯 和连接 论文最后对系统进行调试和运行 分析系统可实现的功能 并总结系统设 计过程中的主要工作内容 关键词 煤磨段 PLC 自动控制 WinCC 监控 第 1 页 Design of Cement Process Coal Mill Period Automatic Control System Based on PLC Design Description Coal preparation in industrial production has an important role is widely used in metallurgy mining the electric power the cement industry etc Traditional pulverized coal preparation control system have less control points by artificial measurement manual operation characteristics such as the production scale to expand and increase yield the control system of the productivity increase and the control methods have artificially before it is difficult to meet the requirements of production and because the artificial error detection control equipment backward safety is low to the whole system of production operations and management brought great difficulties According to China s cement production development present situation this paper in cement process coal preparation system as the research object the analysis and design of process based on PLC cement grinding coal for automatic control system This paper introduces the preparation of pulverized coal in China cement status and cement process automation coal mill equipment for components and working principle and the analysis of the coal mill paragraph need to control and monitoring of the object by the ball mill load is the object of control Focus from upper system and a system introduced the design of the control system of process The design of the system through the position of coal mill segment of the working principle analysis confirmed the system I O points the selection of the PLC hardware configuration draw the program flow chart and completed the writing of the program The upper the design of the system through the establishment of the variable WinCC man machine monitoring menu design Detailed introduces the upper system and a system of communication and links 第 2 页 Final paper on the system commissioning and operation this paper analyzes the system can realize the function and summarizes the system in the process of design work Key Words cement craft coal rubs PLC automatic control WinCC monitor 目录 1 绪论 1 1 1 项目背景 意义 1 1 2 煤粉制备控制系统的现状 1 1 3 论文设计内容 2 2 PLC 和 HMI 基础及应用 4 2 1 可编程控制器基础 4 2 1 1 PLC 简介 4 2 1 2 西门子 S7 300 PLC 4 2 2 3 PLC 在水泥自动化的应用 6 2 3 人机界面基础 7 2 3 1 WinCC 概述 7 2 3 2 WinCC 的组态及应用 8 3 控制系统总体设计 9 3 1 煤磨段的工艺流程 10 3 2 煤磨段系统的控制要求 11 3 3 煤磨段中球磨机负荷的控制要求 12 3 4 煤磨段自动控制系统的总体设计 12 3 5 控制系统各部分功能 13 4 现场 PLC 控制站设计 15 4 1 系统中 I O 点数的选取 15 第 2 页 4 2 S7 300 PLC 的选型与硬件配置 22 4 2 1 STEP7 简单介绍 22 4 2 2 PLC 型号的选择 25 4 3 PLC 控制器的设计 30 4 3 1 基于 PLC 的闭环控制系统 PID 算法 30 4 3 2 PID 控制及参数整定 30 4 4 主程序的编写 31 4 4 1 地址分配 31 4 4 2 程序流程图设计 31 4 4 3 程序的仿真 31 5 上位 WINCC 监控站设计 39 5 1 人机界面 HMI 设计 39 5 2 变量设置 43 6 系统调试及分析 49 6 1 上下位的连接与调试 49 6 2 控制回路的运行 61 6 3 运行结果分析 64 7 总结 66 7 1 论文的主要工作 66 7 2 进一步的研究工作 66 致谢 67 参考文献 68 第 3 页 附录 69 第 1 页 1 绪论 1 1 项目背景 意义 水泥是建筑工程中最为重要的建筑材料之一 水泥的问世对工程建设起到 了巨大的推动作用 引起了工程设计 施工技术 新材料开发等领域的巨大变 革 水泥不仅大量用于工业与民用建筑中 而且广泛用于交通 水利 海港 矿山等工程 几乎任何种类 规模的工程都离不开水泥 1 近年来 在新建或改建的新型干法窑水泥生产线中 自动化新技术 新装 备得到了广泛应用 对保证产品的质量 降低消耗 提高劳动生产率起到了重 要作用 但全国现有的 8000 多家水泥企业 大中型企业不足 400 家 立窑水 泥产量占 81 优质回转窑水泥产量不足 19 大部分水泥企业 特别是小 立窑厂生产设备落后 自动化控制水平低 能源消耗高 2 随着水泥工艺的技术进步 自动化的重要性日益凸现 而自动化技术与装 备的不断发展 为水泥生产新工艺的推广应用和完善创造了条件 因此 自动 化与工艺技术是相辅相成的 它为提高产品的产质量 设备运转率和劳动生产 率 降低能耗 劳动强度 实现科学管理等提供保障 使企业综合技术经济指 标达到最佳 因此 水泥作为现阶段建筑工程中的主要建筑材料 其自动化水 平的发展和进步具有重要意义 1 2 煤粉制备控制系统的现状 我国水泥工业自动化的发展大致经过了这样几个阶段 上世纪 70 年代以前 以人工作业为主 只有简单的生产过程控制 如常规的一次仪表 二次仪表以 及各种继电器 保护装置等 上世纪 80 年代初 水泥工业自动化水平有所提 高 我国引进了新型干法水泥生产线以及自行开发设计的 ZOO0t d 新型干法预 分解水泥生产线 其生产过程采用集中控制方式 从而大大提高了水泥生产线 的自动化水平 80 年代中期 我国水泥工业自动化又有了更大的发展 开始引 进并应用集散型控制系统 DCS 90 年代中后期 DCS 系统的控制范围从水泥 生产线的主工艺流程扩展到整个水泥生产线上的有车间 同时 系统采集的信 息量也大大增加 生产与经营管理信息系统开始得以应用 进入 21 世纪 我 国水泥工业的自动化水平进一步提高 生产全过程的控制和信息采集系统更加 优化 我国自主设计的自动化控制系统不断完善 相当一部分生产线已具备国 际先进水平 3 第 2 页 目前我国水泥工业自动化技术水平可以分为 4 种情况 1 对于一些大型 水泥生产企业 如 2000t d 以上新型干法水泥生产线 已经普遍采用先进的集 散控制系统 DCS 包括对设备的监控报警 堆场管理 磨机配料 窑的模糊 逻辑控制等各项功能 2 规模为 700 1000t d 的回转窑生产线中 一批有实 力的企业采用了 DCS 或 PLC 控制系统 对工艺参数和设备运行实行全方位的测 控 技术装备和自动化水平较先进 管理水平较高 3 是绝大多数的中小水 泥企业虽然计算机的应用已经很普遍 但仍处于采用模拟仪表对过程参数进行 测控的阶段 如 采用钙铁分析仪对出磨生料进行配料控制 采用磨机负荷控制 系统 熟料锻烧采用立窑偏火控制装置等 4 还有相当数量的小立窑厂设备 陈旧 工艺落后 人员素质低 文化程度低 自动化技术极少或根本没有采用 4 1 3 论文设计内容 可编程控制器 PLC 是集计算机技术 自动控制技术和通信技术为一体的 新型自动控制装置 其性能优越 已被广泛应用于工业控制的各个领域 并已 成为工业自动化的三大支柱 PLC 工业机器人 CAD CAM 之一 PLC 的应用已 成为一个世界潮流 我国工业自动化进程中 PLC 技术将得到更全面的推广和 应用 本论文以德国西门子公司的S7 300 PLC为控制器 使用温度 压力 电流 等传感器将检测到的实际值转化为电压 电流信号 经过模拟量输入模块转换 成数字量信号 在WinCC监控中显示 并将采集到的球磨机电流信号送到PLC中 进行PID运算 再将PID控制器输出量转化为圆盘喂料机输入量 通过圆盘喂料 机变频器调节电机转速变化实现对球磨机负荷的控制 同时利用SIMATTC的组 态软件 WinCC 设计一个人机界面 HMI 通过MPI与可编程控制器通信 对 控制系统进行全面监控 从而使用户操作更方便 总体上包括的技术路线 系 统总体设计 PLC选型与硬件配置 PLC软件编程 WinCC组态画面 系统通讯 参数整定等 全论文分七章 各章的主要内容说明如下 第一章 对水泥生产中制粉系统应用的背景及国内水泥自动化的发展状况 进行了解阐述 指出了本文的研究意义 第二章 针对控制系统设计所需要的PLC和WinCC 进行简单的介绍 第三章 通过查找相关资料了解水泥工艺 煤磨段 的构成及工作原理 了解系统的控制要求 并对主要控制部分进行研究 完成控制系统总体设计 第 3 页 第四章 从PLC现场控制站设计角度 根据该自动控制系统控制要求与实现 的功能 完成对PLC的选型 PLC的硬件配置以及PLC控制器的设计和参数的整 定 完成控制系统下位设计 主要包括编程软件STEP7的介绍以及程序设计 第五章 控制系统上位设计 包括组态监控画面 变量建立和动态连接 第六章 实现系统的上下位通讯 并进行调试 对调试结果进行分析并得 出结论 第七章 总结全文 第 4 页 2 PLC 和 HMI 基础及应用 2 1 可编程控制器基础 2 1 1 PLC 简介 可编程控制器 programmable logic controller PLC 是在继电器控制和 计算机控制的基础上开发出来的 并逐渐发展成以微处理器为核心 把自动化 技术 计算机技术通信技术融为一体的新型工业自控制装置 它具有可靠性高 环境适应性好 编程简单 使用方便以及体积小 质量轻 功耗低等优点 PLC 的应用范围通常可分成以下几种类型 开关量的逻辑控制 模拟量控制 运动控制 过程控制 数据处理和通信网络 5 开关量的逻辑控制是 PLC 最基础最广泛的应用领域 可用它取代传统的继 电器控制 实现逻辑控制 顺序控制 既可用于单台设备的控制 又可用于多 机群控制及自动化传统水线 如电梯控制 高炉上料 磨床电镀流水线等 5 PLC 的基本结构如图 2 1 所示 输 入 接 口 中央处理单元 CPU 输 出 接 口 电源 存储单元 图 2 1 PLC 基本结构图 2 1 2 西门子 S7 300 PLC 德国西门子公司是世界上较早研制和生产 PLC 的主要厂家之一 其产品具 第 5 页 有各种尺寸以适应各种不同的应用场合 它包括从简单小型控制器到具有过程 计算机功能的大型控制器 可以配置各种输入 输出模块 编程器 过程通信 和显示器件等 西门子 S7 系列 PLC 体积小 速度快 标准化 具有网络通信 能力 功能较强 可靠性高 6 S7 300 PLC 功能强 速度快 扩展灵活 它具有紧凑的 无槽位限制的 模块化结构 其系统构成如图 3 2 所示 它的主要组成部分有导轨 RACK 电源模块 PS 中央处理单元 CPU 模块 接口模块 IM 信号模块 SM 功能模块 FM 等 通过 MPI 网的接口直接与编程器 PG 操作员面板 OP 和其 它 S7PLC 相连 S7 300 是模块化小型 PLC 系统 各种单独的模块之间可进行广泛组合构成 不同要求的系统 与 S7 200 PLC 比较 它采用模块化结构 具备高速 0 6 0 1 s 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 SIMATIC 人机界面 HMI 从 S7 300 中取得数据 S7 300 按用户指定 的刷新速度传送这些数据 S7 300 操作系统自动地处理数据的传送 CPU 的智 能化的诊断系统连续监控系统的功能是否正常 记录错误和特殊系统事件 超 时 模块更换等 多级口令保护可以使用户高度 有效地保护其技术机密 防止未经允许的复制和修改 S7 300 PLC 设有操作方式选择开关 操作方式选 择开关像钥匙一样可以拔出 当钥匙拔出时 就不能改变操作方式 这样就可 防止非法删除或改写用户程序 具备强大的通信功能 S7 300 PLC 可通过编程 软件 STEP7 的用户界面提供通信组态功能 这使得组态非常容易 简单 S7 300 PLC 具有多种不同的通信接口 并通过多种通信处理器来连接 AS I 总线接 口和工业以太网总线系统 串行通信处理器用来连接点到点的通信系统 多点 接口 MPI 集成在 CPU 中 用于同时连接编程器 PC 人机界面系统及其他 SIMATIC S7 M7 C7 等自动化控制系统 7 S7 300 能满足中等性能要求的应用 是 S7 系列 PLC 中应用最广的产品 它已成功地用于范围广泛的自动化领域 S7 300 的重点在于为生产制造过程 中的系统解决方案提供了一个通用的自动化平台 如图 2 2 所示 S7 300 PLC 系统构成 2 2 3 PLC 在水泥自动化的应用 在水泥生产企业中 由过程控制系统来完成生产工艺参数的检测 显示 记录 调节 控制 报警等功能 它对提高水泥生产线的作业率 改善产品质 第 6 页 量及缩短新产品 新工艺的开发周期起着极其重要的作用 其特点是可对生产 过程进行实时控制 由于控制过程复杂 工艺滞后 监控参数多且数据变化快 数据处理及贮存量大 根据过程控制系统的特点及不同生产工艺过程控制要求 应用不同的控制系统才可以既安全可靠又经济高效地完成生产任务 随着可编程序控制器 PLC 本身的技术进步 突出发挥了微机技术为基础 的周有能力 加强了其函数 数据处理 图象显示 联网通讯能力 具备更强 有力的软件功能和合理方便的用户界面等诸多方面的更新并趋于成熟 已在过 程控制中占有及其重要的一席之地 PLC 与传统的集散型控制系统 DCS 之间的 界限已不太明显 从其设计思想的初衷 继电器逻辑控制概念上有了非常大 的飞跃 已跨越初衷 由单纯的一类工业控制装置向综合性控制系统渗透和发 展 由只能构成小规模系统朝着构成完善的中大规模系统发展 打破了在过程 控制系统中 DCS 独领天下的格局 现代水泥生产属于典型的连续生产过程 具 有大量的顺控 联锁 电机驱动 物料处理等控制要求 而 PLC 正是基于这种 控制目的开发出来的 而新一代的 PLC 在计算能力 响应速度 联网能力 灵 活及可维护性等方面与 DCS 相比毫不逊色 显示出 PLC 作为过程控制系统在现 代水泥工业中广泛的应用前景 PLC 系统主要特点是 工作可靠 运行速度快 积木式结构 组合灵活 良好的兼容性 程序编制及生成简单 丰富 网络功能强 PLC 系统能很好地 完成工业实时顺序控制 条件控制 计数控制 步进控制等功能 能够完成模 数 A D 数 模 D A 转换 数据处理 通信联网 实时监控等功能 8 第 7 页 图 2 2 S7 300 PLC 系统构成框图 2 3 人机界面基础 2 3 1 WinCC 概述 监控组态软件不仅有监控和数据采集 SCDA 功能 而且有组态 开发和开 放功能 监控组态软件是伴随着计算机技术 DCS 和 PLC 等工业控制技术的突 飞猛进而发展起来的 随着个人计算机 PC 的普及和开放系统的推广 基于 PC 的监控组态软件在工业控制领域不断发展壮大 监控组态软件广泛运用于工业 农业 楼宇和办公等领域的自动化系统 随着计算机硬件和软件技术的发展 自动化产品呈现出小型化 网络化 PC 化 开放式和低成本的发展趋势 并逐渐形成了各种标准的硬件 软件和网 络结构系统 监控组态软件已经成为其中的桥梁和纽带 是自动化系统集成中 不可缺少的关键组成部分 西门子公司的 WinCC 是 Windows Control Center 视窗控制中心 的简称 它集成了 SCADA 组态 脚本 Script 语言和 OPC 等先进技术 为用户提供了 Windows 操作系统 Windows2000 或 XP 环境下使用各种通用软件的功能 WinCC 继承了西门子公司的全集成自动化 TIA 产品的技术先进和无缝集成的特点 Error Error ReferenceReference sourcesource notnot found found 第 8 页 WinCC 运行于个人计算机环境 可以与多种自动化设备及控制软件集成 具有丰富的设置项目 可视窗口和菜单选项 使用方式灵活 功能齐全 用户 在其友好的界面下进行组态 编程和数据管理 可形成所需的操作画面 监视 画面 控制画面 报警画面 实时趋势曲线 历史趋势曲线和打印报表等 它 为操作者提供了图文并茂 形象直观的操作环境 不仅缩短了软件设计周期 而且提高了工作效率 WinCC 的另一个特点在于其整体开放性 它可以方便地 与各种软件和用户程序组合在一起 建立友好的人机界面 满足实际需要 用 户也可将 WinCC 作为系统扩展的基础 通过开放式接口 开发其自身需要的应 用系统 WinCC 因其具有独特的设计思想而具有广阔的应用前景 借助于模块化的 设计 能以灵活的方式对其加以扩展 它不仅能用于单用户系统 而且能构成 多用户系统 甚至包括多个服务器和客户机在内的分布式系统 WinCC 集生产 过程和自动化于一体 实现了相互间的集成 9 采用 WinCC 的西门子的计算机系统 硬件结构合理 可靠 在编程软件方 面也有特色 是现时采用比较多的工厂自动化的过程控制系统 2 3 2 WinCC 的组态及应用 组态软件工程的一般组建过程主要有 工程项目系统分析 设计用户操作 菜单 制作动态监控画面 编写控制流程程序 完善菜单按钮功能 编写程序 调试工程 连接设备驱动程序和工程完工综合测试等 WinCC 采用了当今流行的面向对象的技术 很类似流行的 Visual Basic 的 语言 对象的属性可以进行设定或编程以实现对该对象的动画及事件的触发 内嵌的 MSC 减少了开发者的学习时间 并增加了灵活性 在上位机软件设计中 利用 WinCC 强大的组态功能能设计出友好的用户监 控画面 实现在线帮助 用户权限管理 报警记录及查询 系统运行数据记录 及查询 报表生成及打印等功能 此外 为了方便维护与参数设置 设计了参 数设定 参数保存与恢复 参数校正 I O 状态表等功能 可以查看 PLC 的输 入输出状态 在线设定延时 上下限及其他控制参数 在线进行信号补偿等 7 第 9 页 3 控制系统总体设计 水泥生产过程中 煤粉的制备具有现场工艺复杂 设备类型多样 I O 点 数多等特点 为保证生产的可靠连续性 要求煤粉制备过程能够安全 连续的 提供煤粉 其制备系统所研磨的煤粉不但要满足燃烧工艺的要求 还要进行防 燃 防爆和回收 同时要求系统可靠性高 稳定性好以及完善的故障诊断功能 合理的选择控制系统的总体架构并设计性价比高的设计方案具有十分重要的意 义 本章首先简要介绍了煤粉制备系统的生成工艺流程 然后结合系统的控制 要求 最终确定系统的总体设计 水泥生产工艺中 煤粉制备的框图如图 3 1 所示 3 1 煤磨段的工艺流程 根据原煤的物理化学性能以及烧成系统对煤粉燃料的要求 煤粉制备选用 球磨机作为主机设备 并配有选粉机 煤粉收尘器及相匹配的输送的控制设备 具体结合工艺流程图介绍如下 来自煤库的原煤经斗式提升机直接送入磨头原煤仓 仓下设有棒阀 圆盘 喂料机 通过调节圆盘喂料机的电机转速可控制入磨喂煤量 原煤经电动翻板 第 10 页 阀进入磨内进行烘干粉磨 用于烘干原煤水分的热源是热风机 控制系统主机设备为球磨机 出磨煤粉由废气带入动态选粉机 分离了的 粗粉经锥形锁风阀掺入螺旋输送机 通过电动翻板阀回磨进行再粉磨 废气由 煤磨引入煤粉收尘器进行净化 净化后的废气排入大气 其含尘浓度符合国家 排放标准要求 由煤粉收尘器收集下来的煤粉经双向螺旋输送机进入煤粉仓 当煤粉在煤粉仓收尘器内发生事故燃烧时 通过双向螺旋输送机向外排放 窑头喂煤采用煤粉计量称 本称集喂煤 计量 调节 输送于一体 操作 非常方便 本称的输送气源来自2台罗茨风机 整个煤粉制备过程的工艺流程图如下图3 2所示 第 11 页 斗式提升机 原煤仓 圆盘喂料机 电动翻板阀 动态选粉机 阀定量给料 机 熟料 干式球磨机 煤粉收尘器 回转下料器 螺旋输送机 煤粉仓 冷风机 热风机 螺旋输送机 螺旋收尘器 煤粉仓收尘 器 转子称 斜槽罗茨风机 煤磨电机 热风阀 风粉煤灰 机 冷风阀 风粉煤灰 机 离心风机大气 风粉 煤灰 机 离心风机 原煤堆 图 3 1 煤粉制备框图 第 12 页 离心风机 大气 热风机 提升机 球磨 冷风阀 冷风机 热风阀 煤磨电机 原煤仓 双向螺旋输送器 动态选粉机 煤粉仓收尘器 大气 煤粉仓 煤粉计量称 罗茨风机 煤粉收尘器 螺旋输送器 圆盘喂料机 离心风机 电动翻板阀 图3 2 煤磨段工艺图 3 2 煤磨段系统的控制要求 对于水泥工艺煤磨段 基于 S7 300 PLC 和 WinCC V6 0 组态软件 完成给 煤机转速控制磨机负荷自动控制系统的开发 1 在煤粉制备启动时 设计启动装置 2 斗式提机的启停控制 3 原煤仓原煤料位的实时检测 显示与报警 4 圆盘喂料机的启停控制 在工频范围内的变频调速 调整给煤量 5 电动翻板阀启停控制 6 煤磨入口 出口 定子 3 处温度的读取显示 报警 7 煤磨入口 出口 2 处压力的读取显示 报警 8 热风阀的开关控制 9 热风机和冷风机的启停控制 10 煤粉收尘器的压力 温度实时显示 报警 以及启停控制 11 螺旋输送机的启停控制 第 13 页 12 煤粉仓料位 重量的实时检测 显示与报警 13 煤粉仓温度的显示 报警 14 转子秤输送值的实时显示 报警 以及单机下的启停控制 15 罗茨风机手动就地选择与远程人机界面的选择 并能实现启动与停止控 制 电流显示 报警 16 中控室可集中监控主要生产工艺流程 可实现整个系统的工艺流程图 操作图 实时曲线图 历史曲线图的显示与打印等功能 在现场控制室也设置 与中控室同样功能的监控系统 操作由现场控制室执行 中控室负责监控 17 所有设备的故障信号在中控有显示 3 3 煤磨段中球磨机负荷的控制要求 根据经验 磨内负荷小时 磨煤机电流小 负荷增加时 磨煤机电流随之 增加 如果启动一台空磨 然后缓慢向磨中加煤 则电流将稳定增加直至最大 如加煤过量 则电流会再次下降 中间有一个电流峰值 至于加煤过程中为什 么电流会下降 主要是因为重力中心将向磨的中心转移 最终会看到磨的电功 率消耗是依据磨的加煤量 因此认为 利用磨电流代替存煤量参与球磨机负荷 控制 使其处于最佳载煤量运行 将大大提高制粉系统的经济性 根据球磨机控制原理 煤磨电机电流经传感器检测变送到PLC 与设定值 比较 大于则送至PID中进行运算 运算完成后输出 调节给煤机转速进行给 煤量调节 使球磨机负荷处于正常工作状态 3 4 煤磨段自动控制系统的总体设计 根据工艺流程 结合控制要求 针对煤粉制备设备类型多样 点数多且分 布极为分散等特点 提出了现场 PLC 控制站 上位 WinCC 组态监控架构的总 体设计方案 结合系统的总体设计方案 用 PLC 进行下位控制站设计 WinCC 进行上位 监控设计 在 PLC 现场控制站设计部分 根据控制系统控制要求 确定系统控 制点和控制量 合理地进行 PLC 硬件配置 设计 PLC 控制程序 在上位 WinCC 监控设计部分 建立相应的变量 绘制监控画面并组态 并设置通讯方式 控制系统架构如图 3 3 所示 3 5 控制系统各部分功能 1 下位 PLC 控制站 第 14 页 该煤磨工艺的自动化监控系统共设 1 个 PLC 控制站 PLC 站的主要作用是 采集现场的信号并控制设备的运行 现场的信号包括料位 温度 压力 并包 括设备的运行状态 当控制系统运行模式选择开关选择到 自动模式 时 操 作人员不能使用现场的启停按钮来控制设备的运行 这时 PLC 会根据程序自 动或者根据上位监控系统给出的信号控制设备的运行 当控制系统运行模式选 择开关选择到 手动模式 时 操作人员可以使用现场的启停按钮来控制设备 的运行 计 算 机 P L C 电流传感器 喂料机变频器 球磨电机 喂料机电机 上位监控 站 现场控制站 图 3 3 控制系统架构图 2 上位 WINCC 监控站 该系统的上位监控系统仅一个操作站 用户既能完成系统组态 调试及控 制参数的在线修改和设置等 又能完成对整个煤粉制备的数据采集 监控等功 能 煤磨工艺的各个设备的工艺参数以及各个设备的运行状态通过 PLC 采集并 在上位机监控画面上显示 操作人员可以查看工艺各个设备的运行情况 同时 可以对报表存档打印 显示实时报警和历史报警等 方便操作人员进行工艺分 析和查找故障 当现场控制柜的模式选择开关选到 手动 时 在上位机监控 画面中可以选择设备为 手动 运行状态 然后手动控制设备的运行 第 15 页 4 现场 PLC 控制站设计 本控制系统中 现场 PLC 控制站设计方案如图 4 1 所示 其中第三章已将 控制系统的控制要求和功能实现目标作了介绍 本章主要完成余下的设计内容 设计任务解决方案 创建一个项目 硬件组态 创建程序 下载程序到 PLC 调试 第 1 步 第 2 步 第 3 步 第 4 步 第 5 步 选取控制量与控制点 明确系统控制要求 绘制程序流程图 图 4 1 现场 PLC 控制站设计流程图 4 1 系统中 I O 点数的选取 要对一个实际的生产运行系统进行监控 需要在了解生产工艺的基础上 根据控制系统的要求 对系统进行深入分析后选取要进行监控的点 对系统进 行控制 具体来说是对系统中的某些点进行控制或系统中的某些设备运行状况 进行监控 确保系统的正常运行 最终达到了对系统进行控制的目的 水泥生产煤磨段主要的控制对象是球磨机的负荷 球磨机的负荷可以通过 煤磨电机电流间接测量 通过对煤磨电机电流的控制 利用圆盘喂料机变频器 调节量圆盘喂料机电机转速进而改变原入磨量 语句不通 实现对球磨机负 荷的控制 所以 煤磨电机电流与圆盘喂料机转速均是模拟量输入点 这两个 点也是要进行控制的量 在该系统中 根据系统控制要求 系统的主要运行参 数有电流 温度 压力 转速等 所以我们要对相应设备的这些参数进行实时 第 16 页 监控 确保系统的正常运行 譬如电流 如果设备电机出现过载现象 长期超 出所规定的电流上限值 会使设备寿命减短甚至损坏 如果电流过小 则导致 设备难以经济运行 影响生产效率 在对这些点进行监控后 如果有异常 操 作员会立即采取相应的措施 改为 针对监控的数据 操作人员根据实际需 求采取相应的措施 以便即使避免故障产生 影响正常生产 除此之外 系统中各个设备的启停顺序也是根据实际工艺进行控制并监控 由于设备运行与否会影响整个制粉系统的正常生产 因此设备的启停是否满足 实际生产要求是很关键的 譬如系统中给料部分必须是在球磨部分运行后才允 许启动的 当然 对设备的运行或故障状态也要进行监控 这样以便于现场检 修或者故障处理 看看修改后的句子怎样 根据以上分析和第三章中详述的系统控制要求 可以确定系统中的 I O 点 如图所示 这样 在对系统进行控制时 就得到了具体的变量 在设计时所针对的就 是这些变量 而不是笼统的系统 同时 根据点的个数 可以进行 S7 300 的 硬件选型 表 4 1 I 点统计 HMODEI 20 1BOOL 手动模式开关 LCF ON OFFI 20 2BOOL 罗茨风机 1 开关 LF2 ON OFFI 20 3BOOL 离心风机 2 开关 SLS ON OFFI 20 4BOOL 双螺旋输送机开关 LF1 ON OFFI 20 5BOOL 离心风机 1 开关 LS ON OFFI 20 6BOOL 螺旋输送机开关 DTXF ON OFFI 20 7BOOL 动态选粉机开关 MMDJ ON OFFI 21 0BOOL 煤磨电机开关 LFF ON OFFI 21 1BOOL 冷风阀开关 RFF ON OFFI 21 2BOOL 热风阀开关 LFJ ON OFFI 21 3BOOL 冷风机开关 RFJ ON OFFI 21 4BOOL 热风机开关 DDFBF ON OFFI 21 5BOOL 电动翻板阀开关 YP ON OFFI 21 6BOOL 圆盘喂料机开关 BF ON OFFI 21 7BOOL 棒阀开关 DS ON OFFI 22 0BOOL 斗式提升机开关 第 17 页 LCF2 ON OFFI 22 1BOOL 罗茨风机 2 开关 LCF1RUN BUGI 22 2BOOL 罗茨风机 1 运行故障 LCF1START BUGI 22 3BOOL 罗茨风机 1 启动故障 LCF1STOP BUGI 22 4BOOL 罗茨风机 1 停机故障 LCF2STARTBUGI 22 5BOOL 罗茨风机 2 启动故障 LCF2STOPBUGI 22 6BOOL 罗茨风机 2 停机故障 LCF2RUNBUGI 22 7BOOL 罗茨风机 2 运行故障 LF2STARTBUGI 24 0BOOL 离心风机 2 启动故障 LF2STOPBUGI 24 1BOOL 离心风机 2 停机故障 LF2RUNBUGI 24 2BOOL 离心风机 2 运行故障 SLSSTARTBUGI 24 3BOOL 双螺旋输送机启动故障 SLSSTOPBUGI 24 4BOOL 双螺旋输送机停机故障 SLSRUNBUGI 24 5BOOL 双螺旋输送机运行故障 LF1STARTBUGI 24 6BOOL 离心风机 1 启动故障 LF1STOPBUGI 24 7BOOL 离心风机 1 停机故障 LF1RUNBUGI 25 0BOOL 离心风机 1 运行故障 LSSTARTBUGI 25 1BOOL 螺旋输送机启动故障 LSSTOPBUGI 25 2BOOL 螺旋输送机停机故障 LSRUNBUGI 25 3BOOL 螺旋输送机运行故障 DTXFSTARTBUGI 25 4BOOL 动态选粉机启动故障 DTXFSTOPBUGI 25 5BOOL 动态选粉机停机故障 DTXFRUNBUGI 25 6BOOL 动态选粉机运行故障 MDSTARTBUGI 25 7BOOL 煤磨电机启动故障 MDSTOPBUGI 28 0BOOL 煤磨电机停机故障 MDRUNBUGI 28 1BOOL 煤磨电机运行故障 LFFOPENBUGI 28 2BOOL 冷风阀打开故障 LFFCLOSEBUGI 28 3BOOL 冷风阀关闭故障 LFFRUNBUGI 28 4BOOL 冷风阀运行故障 RFFOPENBUGI 28 5BOOL 热风阀打开故障 RFFCLOSEBUGI 28 6BOOL 热风阀关闭故障 RFFRUNBUGI 28 7BOOL 热风阀运行故障 第 18 页 LFJSTARTBUGI 29 0BOOL 冷风机启动故障 LFJSTOPBUGI 29 1BOOL 冷风机停机故障 LFJRUNBUGI 29 2BOOL 冷风机运行故障 RFJSTARTBUGI 29 3BOOL 热风机启动故障 RFJSTOPBUGI 29 4BOOL 热风机停机故障 RFJRUNBUGI 29 5BOOL 热风机运行故障 DDFBFOPENBUGI 29 6BOOL 电动翻板阀打开故障 DDFBFCLOSEBUGI 29 7BOOL 电动翻板阀关闭故障 DDFBFRUNBUGI 52 0BOOL 电动翻板阀运行故障 YPSTARTBUGI 52 1BOOL 圆盘喂料机启动故障 YPSTOPBUGI 52 2BOOL 圆盘喂料机停机故障 YPRUNBUGI 52 3BOOL 圆盘喂料机运行故障 BFOPENBUGI 52 4BOOL 棒阀打开故障 BFCLOSEBUGI 52 5BOOL 棒阀关闭故障 BFRUNBUGI 52 6BOOL 棒阀运行故障 DSSTARTBUGI 52 7BOOL 斗式提升机启动故障 DSSTOPBUGI 53 0BOOL 斗式提升机停机故障 DSRUNBUGI 53 1BOOL 斗式提升机运行故障 表 4 2 模拟量检测点 DSDLPIW 256INT 斗式提升机电流 QMJQZHOU1QIANWDPIW 260INT 球磨机轴 1 前温度 LCF2DLPIW 262INT 罗茨风机 2 电流 LF1DLPIW 264INT 离心风机 1 电机电流 LF2DLPIW 266INT 离心风机 2 电机电流 LSDLPIW 268INT 螺旋输送机电流 MDDLPIW 270INT 煤磨电机电流 MDGLPIW 272INT 煤磨电机功率 MFCCKWDPIW 274INT 煤粉仓出口温度 MFCLWPIW 276INT 煤粉仓料位 MFCRKWDPIW 278INT 煤粉仓入口温度 第 19 页 MFJLCPIW 280INT 煤粉计量称称重计量 MSC1WD1PIW 282INT 煤粉收尘器温度 1 MSC1WD2PIW 284INT 煤粉收尘器温度 2 MSC1WD3PIW 286INT 煤粉收尘器温度 3 MSC1YL1PIW 288INT 煤粉收尘器压力 1 MSC1YL2PIW 290INT 煤粉收尘器压力 2 MSC1YL3PIW 292INT 煤粉收尘器压力 3 MSC2WD1PIW 294INT 煤粉仓收尘器温度 1 MSC2WD2PIW 296INT 煤粉仓收尘器温度 2 MSC2WD3PIW 298INT 煤粉仓收尘器温度 3 MSC2YL1PIW 300INT 煤粉仓收尘器压力 1 MSC2YL2PIW 302INT 煤粉仓收尘器压力 2 MSC2YL3PIW 304INT 煤粉仓收尘器压力 3 QMCKWDPIW 306INT 球磨机出口温度 QMCKYLPIW 308INT 球磨机出口压力 QMRKWDPIW 310INT 球磨机入口温度 QMRKYLPIW 312INT 球磨机入口压力 SLSDLPIW 314INT 双螺旋输送机电流 XFDLPIW 316INT 动态选粉机电流 XFZSPIW 318INT 动态选粉机转速 YMCLWPIW 320INT 原煤仓料位 YPDLPIW 322INT 圆盘喂料机电流 YPZSPIW 324INT 圆盘喂料机转速 LCF1DLPIW 326INT 罗茨风机 1 电流 QMJQZHOU1HOUWDPIW 328INT 球磨机轴 1 后温度 QMJZHOU2QIANWDPIW 330INT 球磨机轴 2 前温度 QMJZHOU2HOUWDPIW 332INT 球磨机轴 2 后温度 YPFC106ZSPQW 384INT 圆盘喂料机转速调节输入 表 4 3 系统设备故障与运行状态监测点 AMODEINGM 0 1BOOL 自动运行 第 20 页 BUGALARMM 0 0BOOL HMODEINGM 0 2BOOL 手动运行 LCF1RUNM 0 3BOOL 罗茨风机 1 运行 LCF1I ALARMM 0 4BOOL 罗茨风机 1 报警 LCF2RUNM 0 5BOOL 罗茨风机 2 运行 LCF2ALARMM 0 6BOOL 罗茨风机 2 报警 LF2RUNM 0 7BOOL 离心风机 2 运行 LF2ALARMM 1 0BOOL 离心风机 2 报警 SLSRUNM 1 1BOOL 双螺旋输送机运行 SLSALARMM 1 2BOOL 双螺旋输送机报警 LF1RUNM 1 3BOOL 离心风机 1 运行 LF1ALARMM 1 4BOOL 离心风机 1 报警 LSRUNM 1 5BOOL 螺旋输送机运行 LSALARMM 1 6BOOL 螺旋输送机报警 DTXFJRUNM 1 7BOOL 动态选粉机运行 DTXFJALARMM 2 0BOOL 动态选粉机报警 MMDJRUNM 2 1BOOL 煤磨电机运行 MMDJALARMM 2 2BOOL 煤磨电机报警 LFFRUNM 2 3BOOL 冷风阀打开 RFFRUNM 2 4BOOL 热风阀打开 LFJRUNM 2 5BOOL 冷风机运行 RFJRUNM 2 6BOOL 热风机运行 DDFBFRUNM 2 7BOOL 电动翻板阀打开 YPRUNM 3 0BOOL 圆盘喂料机运行 YPALARMM 3 1BOOL 圆盘喂料机报警 BFRUNM 3 2BOOL 棒阀打开 DSRUNM 3 3BOOL 斗式提升机运行 DSALARMM 3 4BOOL 斗式提升机报警 MDSTEM 3 5BOOL 设定得电线圈 JXM 3 6BOOL 极性 START PM 3 7BOOL 开启比例作用 第 21 页 LSBUGALARMM 5 0BOOL 螺旋输送机故障报警 DTXFBUGALARMM 5 1BOOL 动态选粉机故障报警 MDBUGALARMM 5 2BOOL 煤磨电机故障报警 LFFBUGALARMM 5 3BOOL 冷风阀故障报警 RFFBUGALARMM 5 4BOOL 热风阀故障报警 LFJBUGALARMM 5 5BOOL 冷风机故障报警 RFJBUGALARMM 5 6BOOL 热风机故障报警 DDFBFBUGALARMM 5 7BOOL 电动翻板阀故障报警 YPBUGALARMM 6 0BOOL 圆盘喂料机故障报警 BFBUGALARMM 6 1BOOL 棒阀故障报警 DSBUGALARMM 6 2BOOL 斗式提升机故障报警 LCF1BUGALARMM 6 3BOOL 罗茨风机 1 故障报警 LCF2BUGALARMM 6 4BOOL 罗茨风机 2 故障报警 LF2BUGALARMM 6 5BOOL 离心风机 2 故障报警 SLSBUGALARMM 6 6BOOL 双螺旋输送机故障报警 LF1BUGQLARMM 6 7BOOL 离心风机 1 故障报警 START IM 7 0BOOL 开启积分作用 START DM 7 1BOOL 开启微分作用 表 4 4 检测信号转换值地址分配 HUAMIAN ISTEMD 16REAL 画面电流设定 MDDCSETMD 20REAL 煤磨电机电流设定 LCF1DLSHOWMD 100REAL 罗茨风机 1 电流显示 LCF2DLSHOWMD 104REAL 罗茨风机 2 电流显示 LF2DLSHOWMD 108REAL 离心风机 2 电机电流显示 SLSDLSHOWMD 112REAL 双螺旋输送机电流显示 LF1DLSHOWMD 116REAL 离心风机 1 电机电流显示 LSDLSHOWMD 120REAL 螺旋输送机电流显示 XFDLSHOWMD 124REAL 动态选粉机电流显示 XFZSSHOWMD 128REAL 动态选粉机转速显示 MDDLSHOWMD 132REAL 煤磨电机电流显示 第 22 页 MDDYSHOWMD 136REAL 煤磨电机功率显示 YPDLSHOWMD 140REAL 圆盘喂料机电流显示 YPZSSHOWMD 144REAL 圆盘喂料机转速显示 DSDLSHOWMD 148REAL 斗式提升机电流显示 YMCLWSHOWMD