毕业设计24PLC控制系统设计-锅炉输煤系统.pdf

毕业设计 论文 报告纸 共83页第1页 西安建筑科技大学 毕业设计 论文 任务书 课题名称 PLC 控制系统设计 锅炉输煤系统 学院 信 控 学 院 专业 自 动 化 姓名 王宇 学号 201051108 教师 签字 二 五年 三 月 二十八日 毕业设计 论文 报告纸 共83页第2页 一 毕业设计 论文 的目的与要求 毕业设计是自动化专业教学计划中重要的实践性教学环节 它是实现教学 科研和社会实践的重要结合 是培养学生综合运 用本学科的基本理论 专业知识和基本技能 提高分析 解决实 际问题的能力 完成基本工程训练和初步培养从事科学研究能力 的重要环节 要求毕业设计的学生 能积极主动地接受设计任务 并能独 立自主地完成设计工作 通过毕业设计 应能使学生受到综合运 用所学知识和技术并解决实际问题的训练 使学生的创造性和实 际动手能力得以充分发挥 从而具备系统分析 设计 开发与研 究的能力 二 毕业设计 论文 的主要内容 含主要技术参数 1 了解 PLC的工作原理及发展状况 2 了解西门子公司SIMATIC S7 200 系列 PLC的硬件结构 3 掌握并应用SIMATIC S7 编辑软件进行程序设计 熟练掌 握 S7 200 系列可编程控制器的指令系统 4 熟练掌握工业通用组态软件 组态王 的组态原则及操作 毕业设计 论文 报告纸 共83页第3页 画面的绘制 5 以锅炉输煤系统为背景 西门子S7 200 CPU226作为控制 器 用 组态王 软件绘制操作界面 实现上下位机的监控 三 毕业设计 论文 题目应完成的工作 1 按实际的I O 点数进行地址分配 并画出硬件线路图 2 根据输煤系统的具体要求编写相应梯形图程序 并通过实 验装置加以实现 3 用组态王软件设计操作界面 实现上下位机通信 要求对 现场各设备能进行手动及自动控制 并能通过实验装置进行现场 模拟 四 毕业设计 论文 进程的安排 序 号 设计 论文 各阶段任务日期备注 1 安排设计内容 拟定设计题目1周 2 查找相关书籍和资料2 4周 3 明确设计任务 选择设计方案5周 4 PLC程序设计与调试6 8周 5 上位机操作界面设计与系统调试9 13周 毕业设计 论文 报告纸 共83页第4页 6 撰写毕业论文14 15周 7 毕业设计答辩16周 五 应收集的资料及主要参考文献 收集的资料及文献应涉及以下几个方面 1 S7 200 系列 PLC 工作原理及程序设计 2 锅炉输煤系统皮带控制方法 3 工业组态软件 组态王 的使用 六 任务执行日期 自 2005 年 3 月 28 日起 至 2005 年 6 月 25 日止 七 审核批准意见 指导教师 签字 教研室主任 签字 主管院长 主任 签字 毕业设计 论文 报告纸 共83页第5页 PLC控制系统设计 锅炉输煤系统 专业 自 动 化 班级 0101 本 科 生 王宇 指导教师 何波 毕业设计 论文 报告纸 共83页第6页 PLC控制系统设计 锅炉输煤系统 摘要 本文介绍的是用PLC来对锅炉输煤系统进行控制 锅炉输煤系统 是指从卸煤 开始 一直到将合格的煤块送到煤仓的整个工艺过程 它包括以下几个主要环节 卸煤生产线 煤场 输煤系统 破碎与筛分 配煤系统以及一些辅助生产环节 本 设计中主要研究的是其中的输煤系统部分 即煤块从给煤机传输到原煤仓的过程 采用了顺序控制的方法 首先 介绍了PLC的一些基本常识问题 在具体的设计中 先讲述了PLC设计的一些基本方法及步骤 详细介绍了西门子公司的型号为S7 200 的 PLC的一些基本知识 之后重点讲述了PLC程序设计中的启动 停止 位置选择 及输出报警等问题 也讲了I O点分配的一些事项并对本设计中的对象进行了地址 分配 在上位机的设计中 我用了工业组态软件 组态王来进行操作界面制作 并使之与PLC进行通讯 使之达到远程控制的功能 中间又重点讲述了制作操作界 面的步骤及方法 关键词 输煤系统 PLC I O 组态王 毕业设计 论文 报告纸 共83页第7页 Design of PLC Control System The System of Transport Coal in Boiler Abstract This paper design for the boiler which is beaten the coal measures together with PLC The transportation system of coal in boiler is that beginning with unload coal from car and until to warehouse The system includes several chief segments coal does unload manufacture part coal warehouse transportation system of coal fragmentation coal sift through and other supplementary system The transportation system of coal is the chief part of this design In other words is that a course from the machine of supply coal to the warehouse of coal We chose the method of sequential control in the system First the paper tells us some fundamental general knowledge problems of PLC and the fundamental means and step in this design The type detailed to introduce some fundamental in formations of the PLC of S7 200 of the siemens corporation Then we can know some problem about PLC programming s start stop and output alarm and also say that I O touches some matters distributing has been underway the address assignment allocation to the target in native design In ordinate engine design I use the industry configuration and software configuration monarch comes to manipulate interface manufacturing and cause it carry on the news dispatch against PLC causing it attain the remote control meritorious service capacity move and means manufacturing the operation interface are stress give an account of once more to the middle Keywords the system of transport coal in boiler PLC I O Kingviews 毕业设计 论文 报告纸 共83页第8页 目录 1 绪论 10 1 1 锅炉系统概述 10 1 2 锅炉输煤系统 10 2 可编程控制器 PLC 11 2 1 可编程控制器 PLC 简介 11 2 1 1 PLC 的历史 11 2 1 2 PLC 的基本概念 11 2 1 3 PLC 的基本机构 12 2 1 4 PLC 的扫描工作方式 12 2 1 5 PLC 的 I O 模块 14 2 1 6 PLC 的功能及特点 14 2 1 7 PLC 的分类 15 2 1 8 PLC 的通信联网 16 2 2 PLC 控制系统设计步骤及内容 17 2 2 1 分析评估及控制任务 17 2 2 2 PLC 的选择 19 2 2 3 I O 地址分配 21 2 2 4 系统设计 21 2 2 5 系统调试 22 2 3 SIMATIC S7 200 23 毕业设计 论文 报告纸 共83页第9页 2 3 1 SIMATIC S7 200概述 23 2 3 2 SIMATIC S7 200的 CPU 型号 23 3 PLC 输煤控制系统设计 25 3 1 输煤系统简介 25 3 1 1 系统组成 25 3 1 2 系统目标 27 3 1 3 控制对象及控制方案 27 3 1 4 系统设计的关键问题及解决方案 28 3 1 5 系统的 I O 分配 29 3 2 系统设计 33 3 2 1 系统启动部分设计 33 3 2 2 系统停止部分设计 36 3 2 3 系统位置选择及输出报警设计 37 4 操作界面设计 39 4 1 工业组态软件 组态王 39 4 1 1 组态王简介 39 4 1 2 关于组态王变量的问题 39 4 1 3 组态王的动画连接 42 4 1 4 本设计中组态王的界面设计 45 论文总结 46 致谢 47 参考文献 48 附录设计程序 49 毕业设计 论文 报告纸 共83页第10页 1 绪论 1 1 锅炉系统概述 锅炉是化工 炼油 发电等工业生产过程中必不可少的重要的动力设 备 它所产生的高压蒸汽 既可作为风机 压缩机 大型泵类的驱动的动 力源 又可作为蒸馏 化学反应 干燥和蒸发等过程的热源 随着工业生 产规模的不断扩大 生产设备的不断革新 作为动力和热源的锅炉 亦向 着大容量 高效率发展 为了确保安全 稳定生产 锅炉设备的控制系统 就显得更加重要 输煤系统是整个系统的第一关 燃料是工厂安全经济生产 全面完成 任务的物质基础 没有了燃料 一切将无从谈起 燃料费用占成本的75 左右 这就奠定了输煤系统是工厂经营管理的重要组成部分 也是安全生 产管理的主要环节 随着能源供需矛盾的发展变化 输煤系统的地位显得 更加重要 1 2 锅炉输煤系统 所谓锅炉输煤系统 是指从卸煤开始 一直到将合格的煤块送到原煤 仓的整个工艺过程 它包括以下几个主要环节 卸煤生产线 煤场 输煤 系统 破碎与筛分 配煤系统以及一些辅助生产环节 本设计中主要研究 的是其中的输煤系统部分 即煤块从给煤机传输到原煤仓的过程 毕业设计 论文 报告纸 共83页第11页 2 可编程控制器 PLC 2 1 可编程控制器 PLC 简介 2 1 1PLC的历史 1968 年美国 GM 通用汽车 公司提出取代继电器控制装置的要求 第 二年美国数字公司研制出了第一代可编程序控制器 满足了GM公司装配 线的要求 随着集成电路技术和计算机技术的发展 现在已有第五代PLC 产品了 在以改变几何形状和机械性能为特征的制造工业和以物理变化和化 学变化将原料转化成产品为特征的过程工业中 除了以连续量为主的反馈 控制外 特别在制造工业中存在了大量的开关量为主的开环的顺序控制 它按照逻辑条件进行顺序动作及时序动作 另外还有与顺序 时序无关的 按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制 以及大量的开关量 脉冲量 计 时 计数器 模拟量的越限报警等状态量为主的 离散量的数据采集监视 由于这些控制和监视的要求 所以 PLC发展成了取代继电器线路和进行顺 序控制为主的产品 在 80 年代至 90 年代中期 是PLC发展最快的时期 年增长率一直 保持为30 40 由于PLC 机联系处理模拟能力和网络方面功能的进步 挤占了一部分DCS的市场 过程控制 并逐渐垄断了污水处理等行业 但是 由于工业 PC IPC 的出现 特别是近年来现场总线技术的发展 IPC 和 FCS 也挤占了一部分PLC市场 所以近年来PLC增长速度 总的说是渐缓 目 前全世界有200 多厂家生产300 多品种 PLC产品 主要应用在汽车 粮食 加工 化学 制药 金属 矿山 纸浆 造纸等 2 1 2 PLC的基本概念 可编程逻辑控制器 PLC Programmable Logic Controller 是 为工业控制应用而设计制造的 早期的可编程控制器主要用来代替继电器 实现逻辑控制 但随着技术的发展 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 Programmable Controller 但是为了避免与个人计算机 Personal 毕业设计 论文 报告纸 共83页第12页 Computer 的简称混淆 所以将可编程控制器仍简称为PLC 2 1 3 PLC的基本机构 PLC实质是一种专用于工业控制的计算机 其硬件结构基本上与微型 计算机相同 主要包括CPU 存储器 I 0映像区和电源 中央处理单元 CPU 中央处理单元 CPU 是 PLC的控制中枢 它按照 PLC系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据 检 查电源 存储器 I O 以及警戒定时器的状态 并能诊断用户程序中的语 法错误 当 PLC投入运行时 首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的 状态和数据 并分别存入I O 映像区 然后从用户程序存储器中逐条读取 用户程序 经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入 I O 映像区或数据寄存器内 等所有的用户程序执行完毕之后 最后将 I O 映像区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置 如此 循环运行 直到停止运行 存储器包括存放系统软件的存储器 系统程序存储器和存放应用 软件的存储器 用户程序存储器 PLC常 用 的 存 储 器 类 型 有RAM Random Assess Memory EPROM Erasable Programmable Read Only Memory 和EEPROM Electrical Erasable Programmable Read Only Memory 2 1 4 PLC的扫描工作方式 PLC的 CPU采用顺序逻辑扫描用户程序的运行方式 即如果一个输出 线圈或逻辑线圈被接通或断开 该线圈的所有触点 包括其常开或常闭触 点 不会立即动作 必须等扫描到该触点时才会动作 扫描技术 当PLC投入运行后 其工作过程一般分为三个阶段 即 输入采样 用户程序执行和输出刷新三个阶段 完成上述三个阶段称作一 个扫描周期 在整个运行期间 PLC的 CPU以一定的扫描速度重复执行上 述三个阶段 毕业设计 论文 报告纸 共83页第13页 图 2 1 PLC的扫描工作方式 电源 ON 内部处理 输入处理 输入传输 远程I O 通信服务 CPU 的运行方式 执行用户程序 输出处理 执行自诊断 PLC 运行正常 存放自诊断错误结果 致命错误 CPU 强制为STOP 更新时钟 特殊寄存器 N Y Y N STOP RUN 毕业设计 论文 报告纸 共83页第14页 2 1 5 PLC的 I O 模块 PLC与电气回路的接口 是通过输入输出部分 I O 完成的 I O 模 块集成了 PLC的 I O 电路 其输入暂存器反映输入信号状态 输出点反映 输出锁存器状态 输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统 输出 模块相反 I O 分为开关量输入 DI 开关量输出 DO 模拟量输入 AI 模拟量输出 AO 等模块 2 1 6 PLC的功能及特点 A PLC 的功能 a 逻辑控制 b 定时控制 c 计数控制 d 步进 顺序 控制 e PID控制 f 数据控制 数据处理能力 g 通信和联网 h 其它 PLC还有许多特殊功能模块 适用于各种特殊控制的要求 如 定位控制模块 CRT模块 B PLC 的特点 a 高可靠性 1 所有的I O接口电路均采用光电隔离 使工业现场的外电路与 PLC内部电路之间电气上隔离 2 各输入端均采用R C滤波器 其滤波时间常数一般为10 20ms 3 各模块均采用屏蔽措施 以防止辐射干扰 4 采用性能优良的开关电源 5 对采用的器件进行严格的筛选 6 良好的自诊断功能 一旦电源或其他软 硬件发生异常情况 CPU 立即采用有效措施 以防止故障扩大 毕业设计 论文 报告纸 共83页第15页 7 大型 PLC还可以采用由双CPU构成冗余系统或有三CPU构成表决 系统 使可靠性更进一步提高 b 丰富的 I O 接口模块 1 PLC针对不同的工业现场信号 如 交流或直流 开关量或模拟 量 电压或电流 脉冲或电位 强电或弱电等 2 有相应的I O模块与工业现场的器件或设备 如 按钮 行程开 关 接近开关 传感器及变送器 电磁线圈 控制阀 3 直接连接 另外为了提高操作性能 它还有多种人 机对话的接 口模块 为了组成工业局部网络 它还有多种通讯联网的接口模块 等等 c 采用模块化结构 为了适应各种工业控制需要 除了单元式的小型PLC 以外 绝大多数 PLC均采用模块化结构 PLC的各个部件 包括CPU 电源 I O 等均采用 模块化设计 由机架及电缆将各模块连接起来 系统的规模和功能可根据 用户的需要自行组合 d 编程简单易学 PLC的编程大多采用类似于继电器控制线路的梯形图形式 对使用者 来说 不需要具备计算机的专门知识 因此很容易被一般工程技术人员所 理解和掌握 e 安装简单 维修方便 PLC不需要专门的机房 可以在各种工业环境下直接运行 使用时 只需将现场的各种设备与PLC相应的 I O 端相连接 即可投入运行 各种 模块上均有运行和故障指示装置 便于用户了解运行情况和查找故障 由 于采用模块化结构 因此一旦某模块发生故障 用户可以通过更换模块的 方法 使系统迅速恢复运行 2 1 7 PLC的分类 A 小型 PLC 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 毕业设计 论文 报告纸 共83页第16页 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 B 中型 PLC 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 C 大型 PLC 一般 I O 点数在 1024 点以上的称为大型PLC 大型 PLC的软 硬件功 能极强 具有极强的自诊断功能 通讯联网功能强 有各种通讯联网的模 块 可以构成三级通讯网 实现工厂生产管理自动化 大型PLC还可以采 用三 CPU构成表决式系统 使机器的可靠性更高 2 1 8 PLC的通信联网 依靠先进的工业网络技术可以迅速有效地收集 传送生产和管理数 据 因此 网络在自动化系统集成工程中的重要性越来越显著 甚至有人 提出 网络就是控制器 的观点说法 PLC具有通信联网的功能 它使PLC 与 PLC 之间 PLC与上位计算机以及其他智能设备之间能够交换信息 形 成一个统一的整体 实现分散集中控制 多数PLC具有 RS 232 接口 还 有一些内置有支持各自通信协议的接口 PLC的通信 还未实现互操作性 IEC 规定了多种现场总线标准 PLC各厂家均有采用 对于一个自动化工 程 特别是中大规模控制系统 来讲 选择网络非常重要的 首先 网络必 须是开放的 以方便不同设备的集成及未来系统规模的扩展 其次 针对 不同网络层次的传输性能要求 选择网络的形式 这必须在较深入地了解 该网络标准的协议 机制的前提下进行 再次 综合考虑系统成本 设备 兼容性 现场环境适用性等具体问题 确定不同层次所使用的网络标准 由于各PLC 厂家产品在指令系统上的差异及编程方法上用户要求不 毕业设计 论文 报告纸 共83页第17页 同 近年来 IEC 制订了基于Windows 的编程语言标准IEC61131 3 1993年 IEC 颁布可编程序控制器的国际标准IEC1131 它规定了指令表 IL 梯 形图 LD 顺序功能图 SFC 功能块图 FBD 结构化文本 ST 五种编程 语言 这包括了文本化编程 IL ST 和图形编程 LD FBD 两个方面 而 SFC则在两类编程语言中均可使用 2 2 PLC 控制系统设计步骤及内容 设计一个较大的PLC控制系统时 要全面考虑许多因素 不管所设计 的控制系统的大小 一般都要按图2 2 所示的设计步骤进行系统设计 2 2 1分析评估及控制任务 随着 PLC功能的不断提高和完善 PLC几乎可以完成工业控制领域的 所有任务 但PLC还是有它最适合的应用场合 所以在接到一个控制任务 后 要分析被控对象的控制过程和要求 看看用什么控制装备 PLC 单 片机 DCS或 IPC 来完成该任务最合适 比如仪器及仪表装置 家电的 控制就要用单片机来做 大型的过程控制系统大部分要用DCS来完成 而 PLC最适合的控制对象是 工业环境较差 而对安全性 可靠性要求较高 系统工艺复杂 输入 输出以开关量为主的工业控制系统或装置 其实 现在的可编程控制器不仅处理开关量 而且对模拟量的处理能力也很强 所以在很多情况下 也可以取代工业控制机 IPC 作为主控制器 来完 成复杂的工业自动控制任务 控制对象及控制装置 选定为 PLC 确定后 还要进一步确定PLC的控制范围 一般来说 能够反映生产过程的运行情 况 能用传感器进行直接测量的参数 控制逻辑复杂的部分都由PLC完成 另外 如紧急停车等环节 对主要控制对象还要加上手动控制功能 这就 要在设计电气系统原理图与编程时统一考虑 毕业设计 论文 报告纸 共83页第18页 图 2 2 PLC控制系统设计步骤 分析评估控任务制 PLC 机选型 I O 设备选择 I O 地址分配 程序设计电气系统安装 检查修改程序 调试程序 设计 硬 件 系 统 接 线 图 和 控 满足要 检查硬件接线 联机调试 编制技术文件 现场安装调试 交付使用 满足要 N N N Y Y 毕业设计 论文 报告纸 共83页第19页 2 2 2 PLC的选择 当某一个控制任务决定由PLC来完成后 选择PLC就成为最重要的事 情 一方面是选择多大容量的PLC 另一方面是选择什么公司的PLC及外 设 对一个问题 首先要对控制任务进行详细的分析 把所有的I O 点都 找出来 包括开关量I O 以及这些I O 点的性质 I O