PLC控制锅炉输煤系统设计.doc

榆林学院本科毕业设计（论文）1 摘 要本文基于北京和利时公司的HOLLiAS LM系列PLC，设计了某发电厂蒸发量为30t/ h的中型锅炉输煤控制电气系统。各机械之间均设计安全的联锁保护控制功能：系统中的输煤电机启停有严格控制顺序，彼此间有相应的联锁互动关系，当启动某台输煤设备时，从该设备下面流程的最终输煤设备开始向上逐级启动，最后才能使该台设备启动；当停止某台输煤设备或某台设备故障时，从该设备上面流程的源头给煤设备开始向下逐级停机，最后才能使该台设备停止。这样，就保证了上煤传输的正常运行在线控制煤流量，避免了皮带上煤的堆积，也保护了皮带。PLC控制系统硬件设计布局合理，工作可靠，操作、维护方便，工作良好。用 PLC输煤程控系统，不但实现了设备运行的自动化管理和监控，提高了系统的可靠性和安全性，而且改善了工作环境，提高了企业经济效益和工作效率。因此PLC电气控制系统具有一定的工程应用和推广价值。 关键词： PLC，控制系统，煤流量，输煤系统ABSTRACTThis paper takes HOLLiAS LM PLC as designed for a power output of boilers 30t/h medium-sized lost control of coal on the electrical system.The system can work reliably with property of easy operation and maintenance. The safety locks protection control function:In the system of losing the coal electrical engineering have the strict control in moving and stopping, each other has the homologous lock interaction relation, being start some set to lose the coal equipments, from that equipments below process of end lose the coal equipments start heading up pursue class start, then can make finally that set equipments start;When the stop some set loses the coal equipments or some set equipmentses to break down, from that equipments up the source head of the process starts get down for the coal equipments to pursue the class to park the car, then can make that set equipments stop finally.Thus, guaranteed the normal movement that last coal deliver, avoid the leather belt up the pile up of coal, also protected the leather belt. Lose the coal distance to control the system with the PLC, not only carried out the automation management that equipments circulate and supervision, raise the credibility and safeties of the system, but also improved the work environment, raise the business enterprise economic performance and work efficiencies. therefore the system bears certain practical applying significance and popularizing value .Keywords: PLC，control system，coal flow，coal handling system23目录摘要IABSTRACTII目录III1引言12输煤系统控制原理23输煤系统设备选择33.1输煤系统设备33.2PLC选型33.3输煤机的选择33.4破碎机的选择43.5皮带机的选择43.6熔断器、电缆截面的选择43.6.1熔断器的选择43.6.2电缆面积的选择53.7接触器选择63.8压力传感器的选择74输煤系统控制方案84.1系统结构84.2控制方式84.3事故处理84.4输煤系统控制要求94.5输煤工艺94.6输煤系统流程105控制设计115.1I/O点分配115.2PLC接线115.3设备主接线125.4继电器系统接线125.5应用程序145.6程序仿真175.7程序指令列表206总结22参考文献23致谢242 引言本设计以某发电厂蒸发量为30t/ h的中型锅炉输煤控制电气系统为例，并对输煤线上的七台设备(两台皮带机、一台破碎机、一台给煤机、一台堵煤振动器，一台除铁器、一台电磁铁门)进行控制，并实时监测设备的运行状态等情况。输煤系统设备多，工作环境恶劣，为保证系统运行的安全性和可靠性，选用高可靠性的继电器、接触器等组件，通过优化设计，大大减少了接点数，从而减少了故障点，使设备的可靠性、安全性和可扩展性都大大提高，实现了系统安全可靠的运行。本系统由程序控制、联锁手动、解锁手动三种控制方式。在现场设备状态正常的情况下，程序控制为系统的最佳控制方式，在此方式下，设备的空载运行时间最短，操作员的操作步序最少。联锁手动方式是对要启动的流程中设备按逆煤流方向一对一的启动，按顺煤流方向一对一停机，设备的保护动作处理均同自动控制方式。解锁手动是在设备间解除了联锁关系的情况下，一对一启动设备，此方式绝不可带负载运行，因设备已经不存在联跳功能。考虑到设备带负载停机等因素，流程启动时，只按逆煤流方向逐台启动，联锁手动方式下启动流程也须遵循此原则。流程按顺煤流方向逐台停机，在故障停机情况下，各设备均立即联跳，故障解除后，可将停掉的设备以自动控制再次启动。3 输煤系统控制原理由控制器运算并控制执行器件进行输煤动作，且由传感器件反馈信号，控制器、执行器、传感器构成控制回路。原理图如下：图2-1 输煤系统控制原理简图4 输煤系统设备选择4.1 输煤系统设备按照在整个输煤系统中的地位和作用，把输煤系统设备分为主设备、预启动设备、辅助设备和保护开关设备几类。主设备有PLC、2台皮带机、1台破碎机、1台给煤机、1台堵煤振动器，压力传感器为预启动设备，辅助设备是除铁器、电磁铁门，交流接触器和熔断器为保护开关设备。4.2 PLC选型本文考虑设备数量及应用场合，选择HOLLYSYS公司LM系列PLC。因为它具有可靠性高、体积小、扩展方便，使用灵活的特点。选其型号为HOLLIAS LM3106。I/O点为24点；电源类型为DC型，范围2127V；输出方式为继电器输出型。性能如下； 6KB掉电保持；14点输入，10点输出；可扩展4个模块；对于大型控制工程，14点输入不能满足点数要求时，可以通过I/O扩展模块进行输入点数的扩展。4.3 输煤机的选择选用GZG703自同步惯性振动给料机作为给煤设备，其参数如下表：表3-1 输煤机参数型号槽型尺寸宽长高（mm）生产率t/h最大给料粒度（mm）振动频率（min-1）双振幅（mm）振动器型号额定电压（V）额定电流（A）电源频率（Hz）功率（KW）整机重量（kg）水平-10度GZG703700102925012017020014504ZG41038021.535025.53894.4 破碎机的选择选用MBM系列中速磨煤机，其优点是该机具有体积小、重量轻 、占地少、电耗低、易损件寿命长等特点。选用参数如下表：表3-2 破碎机参数型号参数磨盘直径(mm)磨辊直径(mm)入料粒度(mm)磨盘转速(r/min)主电机功率(Kw)产量(t/h)总重量(不含电机)(t)MBM2921290021008026.85.51102104.5 皮带机的选择选用DJ系列大倾角挡边胶带输煤机，它是一种新型带式输煤机，即是在平型胶带输送带的两侧粘有波型挡边，中间部按需要加上横隔板，使物料在一个匣状的容器中进行输送，与普通的胶带输送相比，输送能力提高22.5倍，输送倾角最大可达75，最小45。DJ系列大倾角挡边带式输送机结构新颖，技术先进，大倾角输送，占地面积小，布置方便，是输送散料的理想设备。波形挡边高度从60至200mm共六种。本文选用参数如下表：表3-3 皮带机参数型号挡边高度（）倾角横隔板间距（）理想输送能力（m3/h）带宽（）带速（m/s）功率（Kw）DJ1402005520041314000.84.041854.6 熔断器、电缆截面的选择4.6.1 熔断器的选择熔断器分为RM10系列、RT0系列，RL1系列和RC1A系列。熔断器熔体的额定电流Ier的选择必需满足下列条件：（1）熔体在线路中或电动机正常工作时不应熔断需满足：Ier Ijs式中Ijs为正常运行时流经熔体的工作电流。对于单台电动机支线，Ijs就是电动机的额定电流（A）；对于干线，Ier = I30（A）（2）熔体在电动机启动时不应熔断。对于单台电动机支线，电动机的启动情况一般有两种，一是轻载启动，又称正常启动，其启动时间为610S，其平均启动时间为8S。另一种是重载启动，又称困难启动，其启动时间为1520S。对于轻载启动的电动机（其平均电动机启动时间为8S）来讲，若它在用的小容量（60A以下）RM10系列熔断器，只要满足Iqd 2.5Ier（Iqd为电动机启动电流），或Ier ，那么，熔体在电动机启动时间就不会熔断。因为熔体必需历时8S才能熔断，而此时电动机已经启动完毕。对于一般情况，上式可以改写成： Ier 式中为躲开电动机启动电流的计算系数，其值与电动机的启动情况（轻载或重载启动）、熔断器的型号特性及熔体的额定电流Ier值的大小因数有关。由于所选电厂中型锅炉蒸发量为30t/h，根据实际考察估算，所选设备技术参数表如下：表3-4 设备主要参数设备名称型号功率（Kw）IN（A）UN（V）皮带机DJ1404583.9380破碎机MBM29215.511.1 380给煤机GZG7035.511.1380堵煤振动器ZG41036.8 380解：根据上述条件，经查工业企业供电中表3-3，电力工程电气设备手册经计算所选相应熔断器如下表：表3-5 设备熔断器选择设备名称IN（A）尖峰电流（A）相应熔断器皮带机83.9587.3RT0 200/150破碎机11.177.7RL1 50/30给煤机11.177.7RL1 50/30堵煤振动器6.86.8RL1 50/204.6.2 电缆面积的选择按导线或电缆的选择内容包括两方面，一是确定其结构、型号使用环境和敷设方式等，二是选择导线和电缆截面。在实际中跟据具体要求，选择原则考虑因素包括：（1）发热问题；（2）电压损失问题；（3）架空线路机械强度；（4）经济条件。在本系统中，结合考虑锅炉房特定应用场合，选择电缆敷线方式。按发热条件选择电缆的截面积。在按发热条件选择导线或电缆的截面必需满足下列条件：（1）导线或电缆正常运行时，必须保证它不致因温度过高而烧毁，因此要满足： IY Ijs式中 IY导线或电缆的长期允许电流 Ijs通过线路的计算电流（2）导线或电缆的允许持续电流与熔断器熔体的额定电流或自动开关脱扣器的动作电流之间的配合关系。一般来说，对于支线，为了安全，必需考虑过载保护。此时导线或电缆的允许持续电流应大于熔体的额定电流，即要求2.5IY Ier经计算验证，结合电力工程电气设计手册所选单台设备对应电缆型号如下表：表3-6 电缆型号电机设备名称电机Ijs（A）熔断器型号电缆型号电缆IY（A）皮带机83.9RT0 200/150VLV29-132破碎机11.1RT0 50/30VLV29-30给煤机11.1RT0 50/30VLV29-30堵煤振动器6.8RT0 50/20VLV29-30 VLV29-是铝芯聚氯乙烯绝缘及护套电力电缆，：芯数;：面积mm24.7 接触器选择接触器选择三迪电气CJx2系列交流接触器。接触器适用于不间断工作制，断续周期工作制，各设备所选对应接触器如下表：表3-7 接触器选择电机设备名称电机IN(A)接触器型号接触器约定发热电流（A）皮带机83.9CJx2-95125破碎机11.1CJx2-1832给煤机11.1CJx2-1832堵煤振动器6.8CJx2-18324.8 压力传感器的选择压力传感器选用数字电接点压力传感器，其输出信号为开关信号。按实际要求设定好预定压力值后即可。其参数值如下表： 表3-8 压力传感器参数型号测量范围供电电源控制输出SC-DBY1000100KPa60MPaDC24V两路常开常闭转换触点5 输煤系统控制方案5.1 系统结构整个系统可以分为三层，包括生产管理层（输煤程控室）、现场控制层（PLC控制站）及就地控制层。输煤自控系统关系如图4-1所示。图4-1 输煤自控系统简图5.2 控制方式输煤程控系统控制方式为程序控制、联锁手动、解锁手动三种控制模式。正常情况下，所有设备的运行、停止等由PLC按预定的程序自动完成，PLC自动识别各设备所处状态。远程手动控制有联锁手动控制和解锁手动控制两种形式，多用于设备调试和检修阶段。就地手动控制具有最高的控制优先级。5.3 事故处理系统事故处理是系统稳定和安全运行的重要措施，发生事故要有报警信号，当发生跑偏、堵塞等要有保护开关的动作，做到及时处理或及时停机。5.4 输煤系统控制要求为了保证生产运行的可靠性，输煤系统采用自动（联锁）控制方式。输煤设备控制功能由PLC实现，由传感器件反馈信号做系统输煤运行信号。为了保证输煤系统的正常、可靠运行，该系统应满足以下要求：（1）供煤时，各设备的启动、停止必须遵循特定的顺序，即对各设备进行联锁控制；（2）各设备启动和停止过程中，要合理设置时间间隔（延时）。启动，停止延时统一设定为10s。启动延时是为保证无煤堆积以发生故障；停止延时是为保证停机时破碎机等为空载状态，各输煤皮带上无剩余煤；（3）运行过程中，某一台设备发生故障时，应立即发出报警并自动停止，其整个输煤（指供料方向）设备也立即停机。此外在现场也有控制系统装置运行的按钮；（4）可在线选择启动备用设备。在特殊情况下可开启另一套备用设备，由两条输煤线的有关设备组成交叉供煤方式。控制系统在现场及集中控制室均可控制。在故障停机情况下，各设备均立即联跳，故障解除后，可将停掉的设备以自动控制再次启动。紧急情况下，可操作集中控制室中控制面板上的急停掉电按钮，它将使现场所有运行中的受控设备立即停机。5.5 输煤工艺按照工艺段和功能一般输煤系统工艺流程如图4-2所示。由于控制对象使用环境的特殊性和运行的长期连续性根据供煤系统要求，流程启动时，只按逆煤流方向逐台启动。联锁启动顺序：1皮带机破碎机除铁器3皮带机给煤机电磁铁门堵煤振动器。当系统停车时，流程按顺煤流方向逐台停机，联锁停止顺序与启动顺序相反，延时时间按要求设定。另有一套上述设备备用。 图4-2 输煤系统工艺流程示意图1、压力传感器；2、给煤间；3、1皮带；4、转运间；5、破碎机；6、除铁器；7、3皮带；8、受煤坑；9、给煤机，电磁铁门，堵煤振动器；10、受煤斗5.6 输煤系统流程图4-3 输煤系统流程6 控制设计6.1 I/O点分配表5-1 I/O点分配输入点作用输出点作用对应设备名称0.0启动开关0.0KM0除铁器M00.1停止开关0.1KM1堵煤振动器M10.2急停开关0.2KM2给煤机M20.3压力传感器信号0.3KM3皮带机M30.4KM4破碎机M40.5KM5皮带机M50.6KM6电磁铁门M66.2 PLC接线图5-1 PLC接线图6.3 设备主接线图5-2 设备主接线图6.4 继电器系统接线如上图根据实际安全需要，启动，停止，急停掉电每一项均并联两个按钮，一个为集中控制室控制面板上的按钮，另一个为实际现场控制面板上的按钮。即表5-2 控制面板集中控制室面板现场控制面板启动按钮SB2启动按钮SB5停止按钮SB3停止按钮SB6急停掉电SB1急停掉电SB4此外，在集中控制室的控制面板上对系统运行情况是否异常均有相应显示，即系统中有设备运行异常时，系统立即自动停机，集中控制室控制面板上显示正常运行的绿灯L1迅速熄灭发出报警，提示工作人员该系统中设备发生异常属于故障停机。指示灯L1在正常运行时为常亮，它受PLC输出继电器控制，外部电源经变压整流后输出直流电压36V，变压器TC采用型号BK-100，整流器VC采用型号QL5A，100V。接线图如下：图5-3 集中控制室报警灯接线图KT1KT6，KT1KT5为通电延时继电器。图5-4 继电器系统接线图6.5 应用程序根据流程图设计的输煤系统梯形图：图5-5 输煤系统梯形图6.6 程序仿真 图5-6 程序仿真图6.7 程序指令列表q0:BOOL;q1:BOOL;t1:TON;et1:TIME;q2:BOOL;t2:TON;et2:TIME;q3:BOOL;t3:TON;et3:TIME;q4:BOOL;t4:TON;et4:TIME;q5:BOOL;t5:TON;et5:TIME;q6:BOOL;t6:TON;et6:TIME;q7:BOOL;t7:TON;et7:TIME;q8:BOOL;t8:TON;et8:TIME;q9:BOOL;t9:TON;et9:TIME;q10:BOOL;t10:TON;et10:TIME;q11:BOOL;t11:TON;et11:TIME;q12:BOOL;t12:TON;et12:TIME;q13:BOOL;t13:TON;et13:TIME;q14:BOOL;t14:TON;et14:TIME;j1:BOOL;j2:BOOL;j3:BOOL;j4:BOOL;j5:BOOL;j6:BOOL;j7:BOOL;7 总结本文完成了采用HOLLiAS LM系列PLC对某发电厂蒸发量为30t/ h的中型锅炉输煤控制电气系统的设计。同时完成了设备的配置，并对七台设备的启停进行了严格的顺序控制，各机械之间均设计了安全的联锁保护控制功能，彼此间有相应的联锁互动关系，并实时监测设备的运行状态等情况，基本上能够保证系统运行的安全性和可靠性。系统由程序控制为主要控制方式，实现了系统控制的自动化，同时为了避免系统发生紧急事故增设了现场和集中室手动控制，使系统运行更安全可靠。采用自动化程序控制不