热电厂燃煤输送带控制系统毕业论文.doc

毕业设计论文热电厂燃煤输送带控制系统毕业论文目 录摘 要 IAbstractII第1章 带式输送机11.1煤矿带式输送机的现状及发展11.2带式输送机的结构41.3带式输送机运行中的问题与维护61.3.1输送带跑偏故障61.3.2输送带的断裂问题81.3.3驱动滚筒打滑现象的处理81.4带式输送机的选型布置9第2章 可编程序控制器（PLC）的概况112.1 PLC的概念及发展112.2可编程序控制器的结构及工作原理132.3 PLC的应用领域152.4可编程序控制器与计算机之间的通信16第3章 系统的总体设计18第4章 硬件设计214.1 可编程序控制器的选型214.1.1可编程序控制器物理结构及控制方式的选择214.1.2 CPU的能力224.1.3 I/O点数的确定224.1.4响应速度234.1.5存储器容量的选择234.1.6可编程序控制器的指令系统244.1.7机型选择的其他考虑254.2电动机的选型254.3按钮及保护装置的选型264.3.1刀开关264.3.2按钮264.3.3接近开关264.3.4热继电器274.3.5熔断器274.4电机主电路图的设计28第5章 软件设计305.1控制系统的公共程序335.2卸煤部分自动程序335.3上煤部分自动程序35第6章 控制面板的设计38第7章 PLC控制系统抗干扰措施417.1硬件抗干扰措施417.1.1抑制电源系统引入的干扰417.1.2抑制接地系统引入的干扰427.1.3抑制输入输出电路引入的干扰427.1.4抑制外部配线干扰的措施42 7.2软件抗干扰措施43第8章 PLC系统的程序调试45结束语49致谢50参考文献51附录52毕业设计论文第一章 带式输送机带式输送机广泛应用于建材企业，以矿山开采，原料粉磨、煅烧直到成品包装、堆运，几乎都离不开它。它是一种输送量大，运输费用低，适用范围广的输送设备。可以实现各生产环节的连续性和工业自动化，大大提高劳动生产率，减轻工人劳动强度。带式输送机具有工作平稳可靠，操作维护方便，物料适应范围广，输送距离长，运转费用低的特点，已成为现代散状物料连续运输的主要设备。而且运输的允许坡度比汽车和火车要大，可缩短输送线路，节省设备投资。目前，国内外已出现了长距离、大输送量的带式输送机。国外输送线长已达100,单机长达37,带速达7 4 ,运量达7500 ,国内输送机也正在向着长距离、高带速、大运量、大倾角、大功率的方向发展。热能发电厂燃煤输送带控制系统是热工厂中较为庞大的一个公用系统，其任务是卸煤、配煤、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。散料是包括粉末、粉状及块状的固体物料。就物料的品种来说，有矿石、煤炭、焦炭、粮食、塑料、化肥、砾石、砂子、玻璃、水泥、石灰等。就其颗粒大小来分，有粉状、粒状、块状、有规则的与无规则的、均匀的与不均匀的之分，就其物理性质而分有干的、湿的、粘性的、脆性的、有毒的与无毒的、有腐蚀性的与无腐蚀性的、有爆炸危险的、有粉尘污染的等。所有这些差异构成了散状固体物料处理的广泛性和复杂性。散料运搬系统的设计包括物料的输送，加工处理和贮存过程。运输散状固体物料设备的种类甚多，有机械的，气力的以及交通运输工具等。使用比较广泛的运输设备有带式输送机，斗式提升机，螺旋输送机，震动输送机，管道输送机，刮板输送机，棍道输送机，气力输送装置以及其他特殊运输设备。煤也是散料中的一种，此毕业设计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 煤矿带式输送机的现状及发展1、煤矿用带式输送机的现状和研究目标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。2、 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:(1)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;(2)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30 4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/,带速为7 4/的一条大型带式输送机已应用于德国露天煤矿。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。如英国生产的1200/(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/以上,它的机尾与新型转载机(美国久益公司生产的500)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。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送机大巷与斜井固定式强离带式输送机2000*30003.5*42500*30001200*200030004*5!最高达83000*40001500*3000最大为6000运距/(m)带速/(m/s)输送量/(t/h)驱动总功率/(kw)3、 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、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。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1000*20002*3.5800*1800250*7501000*40002.5*41000*2000750*1500运距/(m)带速/(m/s)输送量/(t/h)驱动总功率/(kw)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。4、 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30004000/,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10001500,输送带抗拉强度达到6000/(钢绳芯)和2100/(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。 1.2 带式输送机的结构 带式输送机是一种连续运输设备,生产率高。它可运输矿石、煤、粉末状的物料和包装好的物品。噪音小、结构简单。它不仅应用在国民经济中的许多部门,而且在井下巷道、露天矿及选矿厂也获得广泛应用。胶带输送机无论在运输量方面,还是在经济指标方面,都是一种先进的运输设备。带式输送机由传动动力装置、头架、传动滚筒、尾架、改向滚筒、中间架、托辊支架、上托辊、下托辊、张紧装置、清扫装置，进料溜子、出料溜子、输送带等部件组成，其中输送带是带式输送机用来承载和牵引物料运动的重要部件，可分为橡胶带，塑料带，钢绳芯带。目前使用得比较多的是橡胶带，橡胶带又可分为普通型和耐热型两种。普通型橡胶带适用于环境温度为:C700;，耐热型橡胶带适用于C1500的场合。其主要结构如图1.1所示。1、输送带:输送带在带式输送机中,既是承载构件又是牵引构件,它不仅要有承载能力,还要有足够的强度。输送带由芯体和覆盖层构成,芯体承受拉力,覆盖层保护芯体不受损伤和腐蚀。芯体的材料有织物和钢丝绳两类。织物芯体有多层帆布粘合及整体编织的两种。织物芯体的材质有棉、维纶和尼龙。2、辊和支架:托辊和支架的作用是支承胶带和胶带上所承载的物料,使胶带保持在一定垂度下平图 1.1 皮带机结构示意图1 拉紧装置2 装载装置3 改向滚筒4 上托辊5 输送带 6 下托辊7 机架8 清扫装置9 驱动装置稳地运行。托辊沿输送机全长分布,数量很多,它的工作情况好坏直接影响输送机运行。托辊的制造质量主要表现为旋转阻力和使用寿命。托辊由中心轴、轴承和套筒三部分组成。重载侧胶带在三托辊槽形托辊上运行。外面的两个托辊设置成20或30槽角。合理选择槽角可使胶带上的物料横断面积增大。运输量也随之增大。托辊的间距,应保证胶带在托辊间的下垂度尽可能地小。胶带在托辊间的下垂度,一般不超过托辊间距的1%。下托辊间距可取2.53,或取上托辊标准间距的2倍。支架可用钢板冲压而成,重型的要用槽钢制成,两侧支脚要有足够的刚度。3、传动装置:传动装置是将电动机的转矩传给胶带,使胶带连续运动的装置。它由电动机、传动滚筒、联轴器、减速器等组成。随着输送机运输能力的提高,运输距离的加长,电动机的功率在不断增加,多电动机传动也在逐渐增多。采用多电动机传动,可以减少传动装置的高度和宽度。传动滚筒是传递动力的主要部件,它有单滚筒和双滚筒之分。单滚筒传动具有传动系统简单、部件少的优点。但在井下,为了结构紧凑,增大包角,以适应井下的不利条件。常采用双滚筒传动。传动滚筒用钢板焊接或用钢铸成。其表面有光面、包胶和铸胶等三种。在功率不大,环境温度的情况下,采用光面滚筒;在功率大,环境潮湿的情况下,则采用胶面滚筒,以防止胶带在滚筒上打滑。4、拉紧装置:拉紧装置的作用是:保证胶带具有足够的张力,使滚筒和胶带产生必要的摩擦力,限制胶带在各支架间的垂度,使输送机正常工作。常用的拉紧装置有机械拉紧式和重锤拉紧式两种。5、清扫装置:胶带输送机运转时,清扫胶带、滚筒和托辊上的脏物非常重要,因为脏物会引起胶带跑偏和运转部件严重磨损。通常在卸载滚筒的后面,设置刮板清扫胶带的脏污面,另一种方法是在卸载滚筒的底部装设回转刷进行清扫。1.3 带式输送机运行中的问题与维护带式输送机以其运行阻力小、耗电量低、运行平稳、运行中对物料的破碎性小、对地形适应能力强及连续运行容易实现自动化控制等特点,在采矿、冶金、港口、铁路等工矿企业得到了广泛的应用。但是带式输送机运行过程中也经常出现输送带跑偏、断裂、驱动滚筒打滑等问题,不仅影响输送机的正常运行,降低生产效率,缩短使用寿命,严重时还会造成安全事故。1.3.1 输送带跑偏故障输送机在运行过程中,由于输送带受力不均,使输送带向受力小的一方移动,引起跑偏。输送带在任何位置都可能发生跑偏,造成其边缘早期破损、撒料和托辊、滚筒、机架、设备等损坏,降低了输送机的使用寿命，而且会出现输送带撕裂等突发性事故，使输送带早期失效，造成经济损失。实践经验总结出一些带式输送机跑偏和调整的规律：（1）“跑紧不跑松”：带式输送机运行过程中，如果前、后滚筒不平行，造成输送带两侧的松紧程度不一致，则输送带向紧的一边偏移；（2）“跑高不跑低”：支承托辊不在与输送带运行方向平行的同一个水平位置上，而是一头高，一头低，则输送带向高的一端偏移；（3）“跑后不跑前”：托辊不在与输送带运行方向垂直的截面上，而是一端前，一端后，则输送带向后的一端偏移。根据输送带跑偏的具体情况，我们掌握了一些比较可行的调整方法，主要有如下一些方法。1、调偏托辊法：一般适用于带式输送机跑偏范围不太大，用槽型调偏托辊自动调整，利用输送带“跑后不跑前”规律调整，当输送带跑偏时，碰到槽型调偏托辊上的小挡辊，因挡辊与输送带边缘的摩擦作用而沿皮带运行方向向前移动，另一侧向后移动，此时输送带朝后转的挡辊侧移动，直到回到正常位置。2、立辊调偏法：如果输送带运行时总向一边跑偏，可在输送带跑偏侧将托辊竖直安装。一方面由于立辊的作用力使输送带强行复位，另一方面由于立辊与输送带的摩擦作用，降低了输送带跑偏侧的线速度，相对地增加了输送带另一侧的线速度直至输送带复位。3、重力调偏法：如输送带重负荷运行跑偏，可将输送带跑偏侧的滚筒和托辊支架适当加高，使输送带上的物料自重产生一个防止输送带跑偏的分力，直到输送带回到正常位置。4、垫高调偏法：如果输送带空转总向某一侧跑偏，利用“跑高不跑低”规律调整，可将相对跑偏的另一侧的托辊支架适当垫高，前后垫高的数值以第一个垫起的托辊为准，缓慢减少垫高，输送带的跑偏就会自然消失。5、托辊清洁法：如输送带运行在某一固定点上而且固定不变，就要求检查该点的托辊是否停转，粘泥使滚筒直径变大或异径、托辊脱落等故障，根据具体情况采取相应的措施。6、调整装置法：如果输送带左右跑偏，无固定方向，说明输送带松驰，应调整拉紧装置、绷紧输送带，跑偏现象自然消失。7、窄输送带调偏法：如果输送带运行在机头或机尾处跑偏，应先调整头、尾滚筒的平行度误差后，在机头或机尾跑偏的另一侧，用2000*200的窄输送带夹入滚筒并与之一起旋转，根据圆周运动学公式可知，滚筒处输送带线速度为V=wR，公式中w为滚筒旋转角速度，R为滚筒半径，因此跑偏的输送带不仅线速度小于另一侧，而且跑偏侧的输送带松于另一侧，输送带就会向较紧的一侧偏移，直到达到正常位置，然后取出窄输送带，带式输送机运转正常。8、滚筒调偏法：如果输送带运转在滚筒处跑偏，说明滚筒转动有水平窜动，有粘料使滚筒外径变大或异径，或存在安装误差，应根据情况校正前后滚筒的水平度和平行度，跑偏就会消失。9、阻力消除法：如果输送带跑偏不太严重，应把输送带跑偏侧的托辊清扫干净，并在托辊轴承上滴几滴机械油，减少托辊转动的摩擦阻力，使托辊转动的角速度加快，即可消除跑偏。10、料流校正法：如果输送带空载不跑偏，重负荷运转跑偏，说明物料在输送带上分布不均匀，进料溜子不正，应校正进料溜子或安装导料板，改变落料位置，以达到调整料流方向，使输送带两边的物料分布均匀一致。11、接头校正法：如果输送带运行总是向一边跑偏、最大跑偏恰在接头处，而且跑偏位置不定。说明输送带接头不正，应重新校正接头或胶接新接头。12、支架校正法：如输送带运行时向同一侧跑偏、并在同一位置较严重、说明托辊支架或机架扭曲不正，应校正支架或机架的水平度和垂直度，更换扭曲严重的支架或机架。13、输送带修补法：如果输送带边缘严重磨损，使输送带两边拉力不一致，输送带跑偏位置不固定，应根据实际情况及时修补或更新。14、托辊调偏法：如输送带空载总向一边跑偏，可在输送带跑偏侧中心位置将一组托辊支架与机架联接的四个固定螺栓卸掉三个，留下一个当轴，当输送带向人所站立的一侧跑偏时，可将支架沿输送带运行方向向前移动适当角度再固定。反之，当输送带朝另一侧跑偏时，可将支架送输送带运行方向移动适当角度再固定，输送带跑偏现象就会自然消失。15、拉紧装置法：如果输送带空载或重载运行时，都向同一侧跑偏，说明输送带两侧松紧程度不一致，根据“跑紧不跑松”的规律调整前后滚筒处的丝杆或配重等拉紧装置，输送带将会复位正常运转。1.3.2 输送带的断裂问题当输送带受到尖物划伤、接口处强度不够或被掀开、输送机被卡住、过负荷运行,都会出现输送带断裂，主要有如下一些情况：1、输送带本身存在的问题选型设计时计算错误或选型错误,使所选输送带不能满足正常运行时的工作张力;输送带质量未达到设计要求,许用荷载低于选型的数值;输送带太松。解决办法是在设计和使用时,保证输送带的强度和可靠性,并留有一定的富裕量;防止超载或受到大的冲击;保证带的下垂度,防止卡壳。2、钢丝绳输送带纵向割裂钢绳芯输送带在运行中,如被尖刃物卡住后继续运行,输送带将被纵向割裂(目前钢绳芯输送带,芯体两钢绳之间的强度较弱)。解决办法是,在装料点装设纵向割裂保护装置。3、输送带接头质量输送带接头质量不好也容易造成断带,如机械法连接,操作时输送带的切口与带中心线不垂直,使接件歪斜,造成沿宽度方向受力不匀,运行时拉豁输送带;硫化法连接时,阶梯接头搭接的方向不正确,在运行时清扫刮板或犁式卸料器刮碰接头茬口,将接口掀开;接头所用材料性能不能满足要求等。解决这类断裂有效的方法是采用正确的接头方式,选用质量好的材料,保证输送带接头的质量,并经常检查输送带接头部位,发现有异常情况及时修补或更换输送带。1.3.3 驱动滚筒打滑现象的处理驱动滚筒打滑在输送机运转过程中,由于滚筒摩擦牵引力降低、超载或带子被卡死,经常出现驱动滚筒打滑的现象,滚筒打滑如持续得不到纠正,不仅会降低运输能力,影响生产,还可能因摩擦生热造成输送带着火,引发重大安全事故。即使采用阻燃带,驱动滚筒持续打滑也要冒烟污染空气。对输送带与滚筒在相遇点上需要的张力超过该点处最大张力,滚筒上的摩擦力不够造成的打滑。解决方法是采用增大分离点张力、增大摩擦系数、增加围包角来达到增加摩擦力。1、增大摩擦系数摩擦系数对所能传递的牵引力有很大影响,有效控制影响摩擦系数的因素,对于防止打滑有明显效果。决定摩擦系数的因素主要有输送带与滚筒接触面的材料、表面状态以及工作条件,对于功率大的带式输送机,还要考虑比压、输送带覆盖胶和滚筒包覆层的硬度、滑动速度、接触面温度等。2、增加围包角()对单滚筒驱动,围包角只能取2000-2300,双滚筒驱动可达4500-4800,增加围包角的方式主要有五种。3、增大分离点张力输送机在运行过程中会产生由于输送带太松,张力不够而引起打滑。解决办法是选择合适的拉紧装置,加大输送带的拉紧力,以增加输送带在驱动滚筒分离点的张力。另外给料机与输送机的合理匹配、改善输送机的工作环境、设置滚筒打滑保护装置,均可有效防止输送机滚筒出现打滑现象。在输送机运行中,克服了跑偏、断裂和打滑这几种情况,就能更充分地发挥输送机的优越性,这不但有利于安全生产,而且能够取得较大的经济效益。 1.4 带式输送机的选型布置带式输送机的选型布置有多种形式，这和工程设计的要求、场地范围及布局有关。但必须以经济、可靠、简单、安全，并采用新技术为原则。几种典型的布置形式有：水平输送机。在尾端或中间受物，在头部卸料；梭式输送机。在任一水平点上受料，在头部或尾部卸料；水平输送机。带有移动卸料装置，可在中间任意位置上卸料；水平输送机。带有移动卸料装置，可在中间任意位置上卸料，并带有倾斜的加料端，允许卸料装置设置在离受料漏斗最近的地方；水平输送机。用固定卸料装置卸料，或在输送带上头部卸料；倾斜输送机。在低端受料，倾斜向上，在头部卸料；倾斜输送机。在高端受料，倾斜向下，在尾部卸料；倾斜水平输送机。在倾斜部分受料，在水平终端卸料；水平倾斜输送机。在水平部分受料，在倾斜终端卸料。一般来说，带式输送机的基本配置可分为三类：（1）送距离比较短的带式输送机这种输送机在工业装置及运输操作中最为常用，在工厂或某一操作中可采用这种输送机将大量的物料由一处移到另一处。布置时要选择比较短的线路，运程为直线，可水平或倾斜的布置。输送带的张力要在标准棉织品芯层的许用限度以内。一般对这种输送机来说，输送带的张力是不重要的，输送带的启动张力可以忽略。（2）输送距离比较长的带式输送机这种输送机的含意是输送带的张力处于临界状态。其布置可以是水平和向上倾斜运动两段组成，用过滤曲线段联接。也可以布置成水平和向下倾斜运动的形式。为克服输送带过分伸长，需要选用有较高张力的输送带芯层或特殊纤维芯层的输送带。不仅要求输送带有较高的强度，同时也要求有较低的伸长率。好的设计需控制输送带启动运行是逐渐加速，以保持作用力及输送带的伸长均在允许的限度之内。（3）多台输送距离长的带式输送机串接系统多台输送距离长的带式输送机串接组合的输送系统可用以完成下列任务：将矿石的产品跨越地区转运至加工工厂；将由地下或露天开采的煤或矿石运到地面；超长距离的输送，可结合自然的地形地貌向上倾斜、向下倾斜及水平区段的组合布置。露天矿山的剥离开采或建筑施工现场矿石的转运。本设计中输送系统采用的布置就是多台输送距离长的带式输送机串接系统。 第2章 可编程序控制器（PLC）的概况2.1 PLC的概念及发展可编程控制器（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。可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计，它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作指令，并通过数字式，模拟式的输入输出，控制各种类型的机械或生产过程。随着电气设备日新月异的发展，尤其是电子计算机的迅速发展，工业生产自动化控制系统中所用设备也发生了深刻的变化，可编程序控制器（PLC）就是这种变革中的产物。PLC是在20世纪60年代后期和70 年代初期问世的，开始主要用于汽车制造业，当时汽车生产流水线的自动控制系统基本上都是由继电器控制装置构成的，汽车的每一次改型都直接导致生产流水线中的继电器控制装置的重新设计和安装。随着生产的发展，汽车型号更新的周期越来越短，这样继电器控制装置就需要经常地重新设计与安装，十分费时、费工、费料。为了改变这种状况，美国通用汽车公司率先于1968年公开招标，要求研制新的控制装置取代原继电器控制装置。研制新的控制装置来取代继电器控制装置这一想法得到了美国数字设备公司的积极响应，1969年，美国数字设备公司（DEC）研制出第一台PLC，在美国通用汽车自动装配线上试用，获得了成功。这种新型的工业控制装置以其简单易懂，操作方便，可靠性高，通用灵活，体积小，使用寿命长等一系列优点，很快地在美国其他工业领域推广应用。到1971年，已经成功地应用于食品，饮料，冶金，造纸等工业。这一新型工业控制装置的出现，也受到了世界其他国家的高度重视。1971日本从美国引进了这项新技术，很快研制出了日本第一台PLC。1973年，西欧国家也研制出它们的第一台PLC。我国从1974年开始研制，于1977年开始工业应用。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，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。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，并一直沿用至今。其特点是：（1）功能简单，主要是逻辑运算、定时、计数；（2）机种单一，没有形成系列；（3）与继电器控制相比，可靠性有一定提高；（4）CPU由中、小规模集成电路组成，存储器为磁心存储器。典型产品有：美国MODICON公司的084；DEC公司PDP-14,PDP-14/L；ALLEN-BRA-DLEY公司的PDQ-H；日本富士电机公司的USC-4000；立石电机公司的SCY-022；兆辰电机公司的HOSC-20；横河电机公司的YODICS。2、 中期的PLC（70年代中期80年代中，后期）在70年代，开始采用微处理器作为PLC的中央处理单元(CPU)，使PLC得功能大大增强。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得应用范围得以扩大其特点是：（1）功能增强，增加了数字运算、传送、比较等功能，能完成模拟量的控制；（2）初步形成系列；（3）可靠性进一步提高，开始具备自诊断功能；（4）存储器采用EPROM。典型产品有：美国MODICON公司的184，284，384；GE公司的LOGISTROT；德国SIEMENS公司的SYMATIC S3和S4系列；日本富士电机公司的SC系列。3、 近期的PLC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，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。其特点是：（1）微处理器及EPROM、EAROM、CMOSROM等LSI电路用在PLC中，而且向微处理器发展，使PLC的功能和处理速度大大增强；（2）具有通信功能和远程I/O能力；（3）增加了多种特殊功能，如浮点数运算、平方、三角函数、相关数、查表、列表、脉宽调制变换等；（4）自诊断功能及容错技术发展迅速。典型产品有：美国GOULD公司的M84，484，584，684，884；德国SIEMENS公司的SYMATIC S5系列；美国TI公司的PM550，TI510，520，530；日本三菱公司的MELPLAC-50，550；日本富士电机公司的MICREEX。近来，可编程序控制器的发展更为迅速，更新换代周期大约为三年左右，其结构不断改进，功能日益增强，性能价格比越来越高。展望未来，可编程序控制器在规模和功能上将向两大方向发展。一方面大型可编程序控制器不断向高速，大容量和高功能方向发展。另一方面发展简易经济的超小型可编程序控制器，以适应单机控制，小型自动化的需要，另外不断增强其对过程控制的功能（模拟量控制能力）；研制采用工业标准总线，使同一工业控制系统中能连接不同的控制设备，分别执行不同的任务；增强可编程序控制器的联网功能，便于分散控制与集中控制的实现；大力研发智能I/O模块，增强可编程序控制器的功能。从PLC的发展趋势看，PLC控制技术将成为今后工业自动化的主要手段，在未来的工业生产中，PLC技术、机器人技术、CAD/CAM和数控技术将成为实现工业生产自动化的四大支柱技术。 2.2 可编程序控制器的结构及工作原理可编程序控制器(ProgrammableController)简称PC,是近代在集成电路、计算机技术基础上发展起来的一种新型工业自动控制装置,它是按照用户控制要求编写的程序来工作的。和继电接触器控制相比较,继电接触器控制是将各自独立的器件及触点以固定接线方式来实现控制要求,而PC将控制要求以程序的形式(软件编程)存储在其内部。送入存储器中的程序内容就相当于继电接触器控制的各种线圈、触点和接线,这种存储程序的控制,当需要改变控制要求时,只要改变程序,而不用改变接线。因而增加了控制的灵活性和通用性。1、可编程序控制器的基本结构可编程序控制器一般由中央处理器、存储器、输入输出组件、编程器及电源五部分组成。存储器是可编程序控制器的重要组成部分,有了它可编程序控制器才能有记忆功能,才能预先把待解决问题的一步步操作,用命令的形式即一条条指令保存起来。实现一定功能的若干条指令组成一个程序,根据程序作用的不同,可编程序控制器的存储器分为系统程序存储器和用户程序存储器两种。系统程序存储器主要存储系统管理和监控程序,并能对用户程序作编译处理。其永久保留在可编程序控制器中,不因关机、停电或其他部分出现故障等而改变其内容。用户程序存储器用来存储由编程器或磁带输入的用户控制程序。用户控制程序是根据生产过程和工艺要求编制的,可以通过编程器修改或增删。中央处理器简称CPU,是PC的大脑。其主要的用途是处理和运行用户程序,针对外部输入信号作出正确的逻辑判断,并将结果输给有关部门,以控制生产机械按既定程序工作。另外CPU还对其内部工作进行自动检测,并协调PC各部分工作,如有差错,它立即停止运行。输入、输出部分是PC与被控设备连接起来的部件。用户设备需要输入PC的各种控制信号,如位置开关、按钮、传感器等,通过输入部件将这些信号转换成中央处理器能接受和处理的数字信号。输出部件将中央处理器送出的弱电信号转换成现场所需要的强电信号并输出,以驱动电磁阀、接触器等被控设备的执行元件。编程器是开发、维护PC自动控制系统不可缺少的外部设备。PC需要用编程器输入、检查、修改、调试用户程序,也用以监视PC的工作情况。2、 可编程序控制器的工作原理可编程序控制器对用户程序的执行过程采用循环扫描的工作方式。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,然后顺序向各输出点发出相应的控制信号。为了提高运行的稳定性和可靠性,并及时接收外来的控制命令,PC(在每次扫描期间,还进行故障自诊断和处理与编程器的通讯,其工作主要分以下五个阶段。（1）自诊断阶段。PC在每次扫描用户程序以前,都先执行故障自诊断程序,一般包括输入输出、存储器、CPU等部分的故障判断。一旦发现异常,PC立即起动关机程序,保留现场的工作状态,把所有的输出点置成“OFF&”状态后停机,并发出报警信号和显示出错误信号。若自诊断正常,则继续向下扫描。（2）与编程器等通讯阶段。自诊断后,如果没有发现故障,PC即检查是否有编程器等的通讯请求,若有则进行相应处理。（3）读入现场信号阶段。完成和外界通讯后,PC即开始扫描各输入点,读入各点的状态和数据,并把这些数据按顺序写入到存储器的状态表中,供执行用户程序时使用。因此该阶段也称输入采样阶段。（4）执行用户程序阶段。一般是从用户程序存储器的最低地址所存放的第一条程序指令开始执行。在无中断和跳转控制的前提下,按存储器地址递增的方向依次执行(扫描)用户程序。直到用户程序结束或用户程序的末地址为止。在这种工作方式下工作,每扫描一次,所有的用户程序都被执行一次。（5）输出控制信号阶段。PC在执行用户程序的同时,更新输出缓冲区的内容。程序执行完毕,CPU即发出信号,把缓冲区的内容按规定的次序,通过输出模块把内部逻辑信号变换成与执行机构相适应的电信号输出,驱动生产现场的执行机构完成控制任务。依次完成上述五步操作,称为一个扫描周期,之后PC又从自诊断开始进行下一次扫描。就这样不断反复循环,完成生产的连续控制,直到收到停止操作命令、停电、出现故障等才停止工作。由于PC,采用了反复扫描的工作方式,使之与工业现场的机器需要反复执行一系列操作的工作方式相似。因此PC的程序可以与机器的动作一一对应,直观明了,易于编写和修改,所以成为现代工业电气自动化的领先技术。2.3 PLC的应用领域随着科学技术的不断进步，PLC在自动控制技术中的应用越来越广泛，主要有：（1）开关逻辑控制开关逻辑控制是PLC的基本控制功能，可用它来代替传统的继电器控制装置，如机床的电气控制、电动机的控制等；也可以取代顺序控制和程序控制，如高炉上料系统、电梯控制、输送货物控制、自动化生产线作业流程控制等。（2）闭环过程控制早期的PLC只具有简单的逻辑控制功能，现代的PLC功能日益强大，大型PLC都具有模拟量控制单元，具有用于过程控制的各种专用模块或子程序（如PID控制模块等）。A-B公司的1771-CFM可组态流量计模块，可用于电力管理、自动化、食品饮料和石油与天然气中各种流量的测试和控制。此外，还有1771-QH力矩控制模块、1771-TCM温度控制模块等。GE公司的PROLOOP过程控制器，可执行PID控制、比例控制和级联控制，且有单回路、多回路和自动调试的三种方式。（3）机械加工的数字控制 PLC和机械加工中的数字控制（NC）及计算机数控（CNC）组成一体，实现数值控制如著名的日本FANUC公司推出的SYSTEM10、11、12系列，已将CNC功能与PLC融为一体，专家预言，CNC系统将变成以PLC为主体的控制与管理系统。（4） 机器人控制随着工厂自动化网络的形成，工业机器人应用领域越来越广，机器人的控制同样可用PLC来实现，如美国JEEP公司焊接自动生产线上使用的29个机器人，每台都用一个PLC控制。（5） 构成多级分布式控制系统随着计算机技术和网络通信技术的发展，国外正在兴起工厂自动化（FA）网络系统，许多著名的PLC制造商都建立了自己的多级分布式控制系统，并开始逐步向制造自动化通信协议MAP靠拢。多级分布式控制系统一般分为四级：第一级为实时控制，主要是顺序控制；第二级为协调控制，用于协调各种机械的配合问题；第三极为PLC的装入、管理数据的采集与之调度；第四极为数据处理，由上位计算机处理各种数据。2.4 可编程序控制器与计算机之间的通信确定了PLC的型号，还要考虑到PLC为计算机通信的问题。由于设计者的水平和设计要求等其他的原因，在此设计中并为牵涉PLC为计算机通信，只在此稍作叙述。在工程自动化中，计算机的通信功能作为各级之间接口是十分必要的。可编程序控制器与计算机联网构成的综合系统，可使可编程序控制器与计算机互补功能的不足。对于控制，可编程序控制器对现场，对设备都极为方便，对打印图表，图形显示，中文输出就逊色一些，而这些功能正是计算机的特长。可编程序控制器与计算机联网时，计算机通常仅用于编程，修改参数，系统管理方面，而不直接参与控制过程，而可编程序控制器在第一线脱机运行，即使计算机发生故障，也不会影响生产过程的正常运行。可编程序控制器与计算机之间的通信一般是通过RS485口和RS232C口进行的，信息交换的方式为字符串方式，运用RS485和RS232C通信，容易配置一个与计算机进行通信的系统。将所有软元件的数据和状态由可编程序控制器送入计算机，由计算机采集这些数据，进行分析及运行状态监测，用计算机改变可编程控制器设备的初始值和设定值，从而实现计算机对可编程控制器的直接控制，一旦确定了可编程控制器的控制指令格式就能很方便地与计算机联机，可以这样说，凡具有RS232口并能输入输出字符串地计算机都可以用于通信。为了适应联网，几乎所有地PLC都开发了与计算机通信的接口，例如S7200系列PLC上都配备有专用于RS485通信的标准插座。可编程控制器与计算机通信的形式有多种多样，如(1)PC/PPI网络，利用西门子公司的PC/PPI电缆，将S7200系列PLC与装有STEP 7 Micro/WIN软件的计算机连接起来，可方便地组成PC/PPI网络。（2）多主机网络。（3）令牌网络。它是多主机网络的一种特殊情况。（4）DP网络。在S7200系列PLC中，只有CPU215支持DP协议，且只能作从机使用，到目前的S7300、S7400系列的PLC，其联网、通信功能已经相当强大。第三章 系统总体设计在确定控制系统的总体设计方案之前，要先进行生产实际和生产设备的调查研究，现有系统信息、设备原始资料是进行系统设计的先提条件。热能发电厂燃煤输送带控制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。本次设计的思路就是热能发电厂燃煤输送带控制系统的PLC自动控制。输煤系统有两条输煤线，包括料斗、给煤机、0#、1#7#等12条皮带机，在电厂中有着极为重要的地位，一旦不能正常工作，发电就会受到影响。为了保证生产运行的可靠件，输煤系统采用自动（联锁）、手动（单机）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。在我的设计方案中其设计要求是：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。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;(5)对各台设备的运转状态实时自动检测,并将信息传输给PLC与总控机;(6)各台设备的运转情况及故障报警等信息都可以在总控室屏幕上显示。整套输煤系统的控制由一台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，由一个控制室控制。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单机和联机控制、手动和自动方式供选择，都具有联机起动、联机停止、急停、故障停止和报警功能。当运行方式为联机时，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；上煤部分给煤机停止给煤，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。上煤部分有两种工作方式。AD的工作方式为：给煤机4#A5#A6#A7#A0#锅炉；BD的工作方式为：给煤机4#B5#B6#B7#B0#锅炉。在生产实践中设计成两种工作方式就是为了有多种输煤途径供选择，不耽误为机组保质、保量提供燃煤的目的，当一种发生故障，还有另一种输煤方式