叶轮给煤机控制系统控制PLC的实现.doc

叶轮给煤机控制系统设计 目录1 引言1 1. 1 实际工程中应用.2 1. 2 PLC简介.2 1 . 3 基于PLC给煤系统简介.22 设计内容321叶轮给煤机控制系统控制功能322 PLC程序设计323 外围接线3 2. 4 点组态.33 工艺分析及控制要求431 叶轮给煤机工艺流程图432 叶轮给煤机控制原理433 叶轮给煤机控制系统的I/O点及地址分配54 叶轮给煤机控制系统硬件设计741 PLC硬件图74.1.1 主机模块74.1.2 实物图7 42 电气控制图84.3 PLC外围接线图95 PLC程序设计及工作程序分析1051 PLC程序设计1052叶轮给煤机工作过程分析13 6 结论14 7参考文献151 引言 本设计围绕火电厂叶轮给煤机控制，选用德国西门子公司的S7-200系列PLC,用紫金桥软件完成系统组态设计。给煤系统的安全运行直接关系着机组的正常运行，而叶轮给煤机又是给煤系统的关键。叶轮给煤机安装在输煤沟里，环境潮湿，粉尘浓度大。叶轮给煤机的电源装置是三相动力电源线以炭刷滑线式送至给煤机的操作箱，整机行车时接触不良会产生火花，使电源线路表面与炭刷烧损严重。系统经常发生故障，影响正常上煤。为改善工人劳动环境和确保给煤机的安全运行，将叶轮给煤机的操作回路改为远方集控，运行人员可在远方的集控室直接启、停给煤机，同时根据电视屏幕的监视调节给煤机的给煤量反馈信号，集控室人员可以准确知道给煤机在煤沟中所处的位置，实现闭环控制。本次设计中使用的西门子的S7-200系列PLC适用于各行各业、各种场合中的检查、监测及控制自动化。S7-200系列的强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。由于它具有紧凑的设计、良好的扩展性、低廉的价格、丰富的功能模块以及强大的指令系统，使得S7-200PLC可以近乎完美地满足小规模控制的要求。用PLC对叶轮给煤机系统进行控制, 实现了叶轮给煤机远方程序控制。提高了系统的自动化水平和可靠性，减少了日常的维护。保证了输煤系统以及整个机组的安全稳定运行,使经济效益得到显著提高.1.1 在实际工程中的应用 电厂煤系统包含卸煤、给煤、运煤和配煤4个环节。给煤机输煤系统是火力发电厂的生产过程中一个必不可少的环节，叶轮给煤机用于火电厂缝式煤沟，通过叶轮的旋转和车体的纵向移动，把原煤定量、均匀。连续地拨到输煤皮带上。 1.2 PLC简介 PLC是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境而设计。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型机械的生产过程；而有关的外围设备，都应按易于与工业系统连成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。1.3 基于PLC给煤系统简介 针对叶轮给煤机的工作环境和运行特点，以叶轮给煤机的动力电源线为通信介质，采用载波通信模块和PLC控制器相配合的方式，对叶轮给煤机实施远程监控，从而提高了就地设备控制的自动化水平，改善了操作人员的工作环境。2 设计内容21 叶轮给煤机控制系统控制功能根据现场的实际情况，由于叶轮给煤机的运行环境存在粉尘量大，煤场面积大，故障率高，维护工作量大，无法远方控制，运行环境恶劣等问题。针对叶轮给煤机的工作环境恶劣和运行故障率高的特点，对叶轮给煤机的具体控制应该包括以下几个方面：1) 叶轮给煤机的电机应该实现正反转双向控制的功能。2) 叶轮给煤机应该能够实现从起点到终点，再返回起始点的自动往返的功能。3) 叶轮给煤机控制系统设有启动，停止，故障暂停，故障排除继续运行等功能。22 PLC程序设计为完成以上要求的控制功能，PLC程序应具有6个数字输入点，三个数字输出点。其中数字输入点应包含：叶轮给煤机启动、停止按钮，前进、后退限位开关，给煤机故障停机开关，及给煤机故障解除回复运行开关。数字输出点应包含叶轮给煤机前进、后行信号以及叶轮给煤机叶轮转动输出。23 外围接线首先，为PLC连接24V直流稳压电源，然后按照设计的要求以及原理将适当的手、自动开关以及限位开关接入PLC对应的输入端，将PLC的输出接到对应电机控制回路。此外，还要设置好冗余连接。具体的连接请参见PLC外围接线图。2.4 点组态 使用户界面友好、画面美观实用、节约编程时间、可扩展性好3 工艺分析及控制要求31 叶轮给煤机工艺流程图1行走机构；2拨煤机构；3煤斗；4机架；5电控箱图3-1 QYG型桥式叶轮给煤机32 叶轮给煤机控制原理操作员发送的命令可由控制中心的主机通过通信卡传输到数据转发站,将数据信号变换成无线电信号发送给安装在叶轮给煤机上的终端机, 完成叶轮给煤机的开、关、调速和运行方向的控制, 完成煤仓挡板推杆电机或行走电机的启停控制。终端机将随时采集叶轮给煤机上的电源电压, 设备工作电流, 叶轮转速, 给煤机的位置等数据，以供操作人员监控现场设备的工作状态,终端机还将随时采集的数据和设备运行的限量进行比较, 在设备运行电流超过设备的一次运行的终端机可随时向主机告警, 在设备运行电流超过设备的二次运行限量, 或电机出现缺相运行时, 终端机可立即关断设备的供电电源, 并向主机告警.33 叶轮给煤机控制系统的I/O点及地址分配叶轮给煤机控制系统要求应有6个数字输入点，三个数字输出点。其中数字输入点应包含：叶轮给煤机启动、停止按钮，前进、后退限位开关，给煤机故障停机开关，给煤机故障解除回复运行开关。数字输出点应包含叶轮给煤机叶轮前行及后行信号，叶轮给煤机转动信号。具体的I/O点和地址分配如下表。表 3-1 叶轮给煤机控制系统I/O表为了较好地实现前面所要求的控制功能，现在给出比较理想的简单程序设计框图。该结构框图结构简单、清晰，在使用了较少的结构的前提下，实现了上文所要求的所有控制功能。具体采用以手动开关与限位开关相结合的控制模块来控制叶轮给煤机的启动、停止、前进以及后退以及故障暂停、恢复功能。该结构思路清晰，便于设计以及后期的修改维护及调试。具体的系统框图如下：图3-2 叶轮给煤机系统框图4 叶轮给煤机控制系统硬件设计41 PLC硬件图4.1.1 主机模块 CPU224XP是SIEMENS公司最新推出的适用机型，它虽然是小型PLC，但是其功能已经达到了大、中型PLC的水平，而价格却和小型PLC的相差无几。因此，它一经推出，就受到了广泛的关注。它集成14输入、10输出，此外还增加了2输入/1输出的模拟量单元和一个通信口，程序存储容量、数据存储容量都很大，最多可以有7个扩展模块，有内置时钟，有很强的模拟量和高速计数的处理能力，非常适合在有少量模拟量信号的系统中使用。它的主要特点是：较高的可靠性、丰富的指令集、丰富的内置集成功能、实时性强以及强大的通信能力。4.1.2 实物图图4-1 PLC实物图42 电气控制图图4-2 动力回路原理图4.3 PLC外围接线图图4-3 PLC外围接线图5 PLC程序设计及工作程序分析51 PLC程序设计 Network 1 启动 Network 2 前行记忆Network 3 后行记忆Network 4 手动停止Network 5 前行 Network 6 后行 Network 7 叶轮转动 Network 8 故障停机Network 9 故障恢复 Network 10 前行限位 Network 11 后行限位 Network 12 故障前行记忆Network 13 故障后行记忆Network 14 前行限位 Network 15 后行限位52叶轮给煤机工作过程分析52.1 梯形图网络分析网络1： 用于叶轮给煤机给煤的启动控制；网络2： 用于叶轮给煤机前行控制， 并禁止叶轮给煤机的电机向运行的反方向转动；网络3： 用于叶轮给煤机后行控制， 并禁止叶轮给煤机的电机向运行的反方向转动；网络4： 用于叶轮给煤机停机控制；网络7： 用于叶轮给煤机叶轮转动；网络8： 用于叶轮给煤机故障时紧急停机；网络9： 用于叶轮给煤机故障排除后恢复运行；网络10：前进方向限位开关信号输入；网络11：后退方向限位开关信号输入；网络12：前进时紧急停机记录运行方向；网络13：后退时紧急停机记录运行方向。52.2 具体工作过程分析1） 运行人员按下叶轮给煤机启动开关SF3时，给煤机叶轮先转动，然后叶轮给煤机前行控制其前行，此时若没有其他输入和输出的干扰，给煤机会一直前行，直到终点，由限位开关SF1输出控制其停止前行，转而触发叶轮给煤机电机反转，向回行驶。当回行到起点时，由限位开关SF2输出控制其停止向后行驶，而触发叶轮给煤机电机反转再次前行。如此反复运行。2） 当按下叶轮给煤机停止按钮SF4，叶轮给煤机停止运行，同时叶轮停止转动。3） 当叶轮给煤机在运行当中出于故障需要立即暂停并进行维修，这时可以按故障停机按钮，当故障停机被解除后按故障接触按钮，叶轮给煤机将继续按照故障发生前的运行方向继续运行。 6 结论在为期两周的时间内，应用PLC进行课程设计无疑是对PLC的理论知识和具体实际应用的更深层的理解，也知道了PLC在实际中的应用。在本次课程设计中，我们首先对所选的题目进行了详细的分析。在这之后查阅了相关的文献，在对本题目有了一定的了解之后。我们开始了对题目的具体设计工作，首先是根据I/O点对PLC进行选型。之后就是对程序的设计，还有就是外部的连线，将相应的手动开关，限位开关连接到PLC得相应输入、输出端。这样一来，就实现了对电动机的手、自动控制；电机的启动、停止；电机的正、反转控制，转速控制以及故障暂停、恢复功能。应用本设计对叶轮给煤机进行控制，具有控制结构清晰明了，安装以及日常的维护方便，信号的摄取安全可靠，处理速度快，系统的性价比低，再加上其强大的通信网络功能。该系统十分适合火电厂对给煤机的控制。PLC不仅控制功能更强，功耗、体积更小，成本更低，可靠性更高，编程和故障检测也更为灵活方便，而且在叶轮给煤机控制过程中可以实现远程I/O和通信，远程数据处理以及人机界面显示。由于它具有紧凑的设计、良好的扩展性、低廉的价格、丰富的功能模块以及强大的指令系统，使得S7-200PLC可以近乎完美地满足如火电厂叶轮给煤机控制这样的小规模控制的要求。在叶轮给煤机得到广泛应用的同时，特别是许多大型工厂、火电厂，实现给煤自动化控制显得尤为重要。以往的手动操作常会给运行人员带来很多麻烦。PLC已经广泛地应用于制造业自动化控制、流程工业自动化控制、电器自动化控制、运动控制、顺序控制以及其他各个生产领域。以其控制结构简单清晰，编程维护方便，性价比高等其他优点深受各个生产厂商的喜爱。在工业应用中有着十分重要的地位。用PLC实现火电厂叶轮给煤机控制与以往的运行人员手动操作实现控制相比，有很多的优点。本次课程设计，李老师给予了我十分多的帮助，为我解答了很多困扰我的问题。没有老师的帮助，我的课程设计不会这么顺利、这么早的完成，特在此表示感谢。7参考文献1 常瑞杰. PLC在桥式叶轮给煤机控制系统的应用. 山西. 山西省电力公司电力设备厂. 2001 （在基于PLC给煤系统简介中）2 孙国凯，李玉杰，王刚.