锅炉车间输煤机组控制PLC.doc

学 号： 2012133125电气控制技术课程设计 题 目锅炉车间输煤机组控制学 院计算机科学与信息工程学院专 业自动化班 级学生姓名指导教师职 称2015年6月20日摘要 该设计首先描述了锅炉自动输煤系统的基本构成及特点，然后通过对基于继电器锅炉输煤系统和基于PLC的锅炉输煤系统对比论证，根据控制要求，本设计采用PLC控制，实现自动化控制。在硬件方面，本文着重对PLC、继电器、电动机等选型进行了设计，同时给出了各高级单元的使用及设定情况；在软件方面，提供了原理图、接线图和梯形图。除此之外，也充分考虑了实际应用中的要求，设计时考虑到了成本、功耗、安全性、稳定性、等诸多问题，具有一定的合理性和可行性。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。PLC不仅能实现自动化控制，还具有快速响应，便于维修等诸多特点，比一般的继电器接触器控制系统优越了很多，而且单机运行时都有音响提示，因此安全性也较好，程序设计也不是十分复杂。关键词：锅炉自动输煤系统 PLC 自动化 目录1 设计内容及要求41.1输煤机组控制系统41.2输煤机组控制要求52 PLC控制系统简介及设计 6 2.1输煤系统简介62.2 PLC简介72.3 PLC控制系统设计的基本原则72.4 PLC机型选择83 PLC系统设计93.1硬件系统设计93.1.1控制系统主电路图设计103.1.2电器元件的选择103.1.3 PLC选型113.2软件系统设计113.2.1 I/O地址分配表113.2.2 PLC控制电路接线图123.3梯形图133.4语句表30参考文献341设计内容及要求1.1输煤机组控制系统 本课程设计任务主要是锅炉车间输煤机组系统的设计，有多个电动机带动，具体内容如下: 输煤机组控控制系统示意图如图1-1所示。图1-1 输煤机组示控制系统意图表1-1 输煤机组控制信号说明输 入输 出文字符号说 明文字符号说 明SF0-1输煤机组手动控制开关QA1给料器和磁选料器接触器SF0-2输煤机组自动控制开关QA21#送煤机接触器SF1输煤机组自动开车按钮QA3破碎机接触器SF2输煤机组自动停车按钮QA4提升机接触器SF3输煤机组紧急停车按钮QA52#送煤机接触器SF4给料器和磁选料器手动按钮QA6回收机接触器SF51#送煤机手动按钮MB1磁选料器SF6破碎机手动按钮PG7手动运行指示灯SF7提升机手动按钮PG8紧急停车指示灯SF82#送煤机手动按钮PG9系统正常运行指示灯SF9回收机手动按钮PG10系统故障指示灯PB报警电铃PG16输煤机组单机运行指示输煤机组的拖动系统由6台三相异步电动机MA1MA6和一台磁选料器MB1组成。SF0为手动/自动转换开关，SF1和SF2为自动开车/停车按钮，SF3为事故紧急停车按钮，SF4SF9为6个控制按钮，手动时单机操作使用。PB为开车/停车时讯响器，提示在输煤机组附近的工作人员物煤机准备起动请注意安全。PG1PG6为MAlMA6电动机运行指示，PG7为手动运行指示，PG8为紧急停车指示，PG9为系统运行正常指示，PG故障指示。1.2输煤机组控制要求(1)手动开车/停车功能 SF0手柄指向左45时，接点SF1-1接通，通过SF4SF9控制按钮，对输煤机组单台设备独立调试与维护使用，任何一台单机开车/停车时都有音响提示，保证检修和调试时人身和设备安全。(2)自动开车/停车功能 SF0手柄指向右45时，接点SF0-2接通，输煤机组自动运行。1)正常开车 按下自动开车按钮SF1，音响提示5s后，回收电动机MA6起动运行并点亮PG6指示灯；10s后，2#送煤电动机MA5电动机起动运行并点亮PG5指示灯；10s后，提升电动机MA4起动运行并点亮PG4指示灯；10s后，破碎电动机MA3起动运行并点亮PG3指示灯；10s后，1#送煤电动机MA2起动运行并点亮PG2指示灯；10s后，给料器电动机MA1和磁选料器MB1起动运行并点亮PG1指示灯；10s后，点亮PG9系统正常运行指示灯，输煤机组正常运行。2)正常停车 按下自动停止按钮SF2，音响提示5s后，给料器电动机MA1和磁选料器MB1停车并熄灭PG1指示灯，同时，熄灭PG9系统正常运行指示灯；10s后，1#送煤电动机MA2停车并熄灭PG2指示灯；10s后，破碎电动机MA3停车并熄灭PG3指示灯；10s后，提升电动机MA4停车并熄灭PG4指示灯；10s后，2#送煤电动机MA5电动机停车并熄灭PG5指示灯；10s后，回收电动机MA6停车并熄灭PG6指示灯；输煤机组全部正常停车。3)过载保护 输煤机组有三相异步电动机MA1MA6和磁选料器MB1的过载保护装置热继电器，如果电动机、磁选料器在输煤生产中，发生过载故障需立即全线停车并发出报警指示。系统故障指示灯PG10点亮，电铃PB断续报警20s，PG10一直点亮直到事故处理完毕，继续正常开车，恢复生产。4)紧急停车 输煤机组正常生产过程中，可能会突发各种事件，因此需要设置紧急停车按钮，实现紧急停车防止事故扩大。紧急停车与正常停车不同，当按下红色蘑菇形紧急停车按钮SF3时，输煤机组立即全线停车，PB警报声持续10s停止，紧急停车指示灯PG8连续闪亮直到事故处理完毕，回复正常生产。5)系统正常运行指示 输煤机组中，拖动电动机MA1MA6和磁选料器MB1按照程序全部正常起动运行后，PG9指示灯点亮。如果有一台电动机或选料器未能正常起动运行，则视为故障，系统故障指示灯PG10点亮，输煤机组停车。(3)相关参数1) MA1MA6及磁选料器MB1功率如图1-1中所示。2) 指示灯PG：0.25W，DC24V。3) 电铃PB：8W，AC220V。1.3设计任务1) 根据控制要求，进行电气控制系统硬件电路设计，包括主电路、控制电路及PLC硬件配置电路。2) 根据控制要求，编制输煤机组PLC控制程序，有条件可以利用模拟开关板调试程序，模拟运行。3) 编写设计说明书，内容包括： 设计过程和有关说明。 基于PLC的输煤机组电气控制系统电路图。 PLC控制程序（梯形图和指令表）。 电器元器件的选择和有关计算。 电气设备明细表。 参考资料、参考书及参考手册。 其他需要说明的问题，例如操作说明书、程序的调试过程、遇到的问题及解决方法、对课程设计的认识和建议等。 2 PLC控制系统简介及设计2.1输煤系统简介随着生产过程的控制规模不断增大，运行参数越来越高，生产设备及其相应的热力设备和系统更加复杂。输煤系统是热力系统的重要组成部分，是锅炉车间燃料供应的有力保证。输煤机组工作效率的提高是整个工艺过程的关键因素，而整个输煤过程往往采用远程控制，这就对自动控制系统的设计提出了更高的要求，传统方法不能得到满意的测控效果。因此，在输煤系统中往往选择比较有优势的PLC（可编程控制器）控制系统，使整个控制过程具有正常运行、事故处理、参数监测、故障报警、装置调控、危险保护等功能。输煤系统的主要特点有：1.系统设备多。设备种类多。给煤机、翻车机、斗轮堆取料机、皮带输送机、碎煤机、筛煤机、犁煤器、三通挡板、除尘器、取样机、煤味监测装置、皮带秤等。设备数量多。电厂输煤系统设备数量一般均为100多台。2.系统分部广。输煤系统设备布设分散、作业线长、运行方式灵活多变，分部一般在几公里的范围内，有的大型火电厂甚至更远。3.系统故障点多。皮带的拉断、跑偏、超载、撕裂；碎煤机的超温、超振；三通挡板及犁煤器等的卡死或不到位；皮带、筛煤机的堵煤现象等。4.工艺流程复杂。多种煤源设备取煤通过电动三通挡板的切换经皮带输送机（一般均为双路）传送到原煤仓。可以组成几十种甚至上百种工艺流程。5系统运行环境恶劣。输煤系统运行环境粉尘飞扬，水、灰、煤粉比比皆是，特别市夏日煤仓气温高达50。2.2PLC简介在PLC问世之前，工业控制领域中是继电器占主导地位。但继电器控制领域有着十分明显的缺点：体积大、耗电多、可靠性、寿命短、运行速度慢、适应性差、尤其当生产工艺发生变化时，就必须重新设计、重新安装，造成时间和资金的严重浪费。为了改变这一现状，PLC控制系统产生了。继1969年美国数字设备公司研制出世界第一台PLC，并在通用汽车公司自动装配线上试用，获得了成功，从而开创了工业控制新时期，从此，可编程控制器这一新的控制技术迅速发展起来了。在许多领域都有广泛的应用。PLC的优点是：可靠性高，耗电少，适应性强，运行速度快，寿命长等，为了进一步提高输煤机的功能和性能，避免传统控制的一些弊端，就提出了用PLC来控制输煤机组这个课题。2.3PLC控制系统设计的基本原则任何一种控制系统都是为了实现被控对象的工艺要求，以提高生产效率和产品质量。因此，在设计PLC控制系统时，应遵循以下基本原则：1.最大限度地满足被控对象的控制要求充分发挥PLC的功能，最大限度地满足被控对象的控制要求，是设计PLC控制系统的首要前提，这也是设计中最重要的一条原则。这就要求设计人员在设计前就要深入现场进行调查研究，收集控制现场的资料，收集相关先进的国内、国外资料。同时要注意和现场的工程管理人员、工程技术人员、现场操作人员紧密配合，拟定控制方案，共同解决设计中的重点问题和疑难问题。2.保证PLC控制系统安全可靠保证PLC控制系统能够长期安全、可靠、稳定运行，是设计控制系统的重要原则。这就要求设计者在系统设计、元器件选择、软件编程上要全面考虑，以确保控制系统安全可靠。例如：应该保证PLC程序不仅在正常条件下运行，而且在非正常情况下（如突然掉电再上电、按钮按错等），也能正常工作。3.力求简单、经济、使用及维修方便一个新的控制工程固然能提高产品的质量和数量，带来巨大的经济效益和社会效益，但新工程的投入、技术的培训、设备的维护也将导致运行资金的增加。因此，在满足控制要求的前提下，一方面要注意不断地扩大工程的效益，另一方面也要注意不断地降低工程的成本。这就要求设计者不仅应该使控制系统简单、经济，而且要使控制系统的使用和维护方便、成本低，不宜盲目追求自动化和高指标。4.适应发展的需要由于技术的不断发展，控制系统的要求也将会不断地提高，设计时要适当考虑到今后控制系统发展和完善的需要。这就要求在选择PLC、输入/输出模块、I/O点数和内存容量时，要适当留有裕量，以满足今后生产的发展和工艺的改进。2.4PLC机型选择随着PLC的推广普及，PLC产品的种类和型号越来越多，功能日趋完善。从美国，日本、德国等国家引进的PLC产品及国内厂商组装或自行开发的PLC产品已有几十个系列。上百种型号。其结构形式、性能、容量、指令系统，编程方法、价格等各有不同，适用的场合也各有侧重。因此，合理选择PLC产品，对于提高PLC控制系统的技术经济指标起着重要作用。一般来说，各个厂家生产的产品在可靠性上都是过关的，机型的选择主要是指在功能上如何满足自己需要，而不浪费机器容量。PLC的选择主要包括机型选择，容量选择，输入输出模块选择、电源模块选择等几个方面。1、可编程控制器控制系统I/O点数估算I/O点数是衡量可编程控制器规模大小的重要指标。根据被控对象的输入信号与输出信号的总点数，选择相应规模的可编程控制器并留有10%15%的I/O裕量。估算出被控对象上I/O点数后，就可选择点数相当的可编程控制器。如果是为了单机自动化或机电一体化产品，可选用小型机，如果控制系统较大，输入输出点数较多，被控制设备分散，就可选用大、中型可编程控制器。2、内存估计用户程序所需内存容量要受到下面几个因素的影响：内存利用率；开关量输入输出点数；模拟量输入输出点数。（1）内存利用率用户编的程序通过编程器键入主机内，最后是以机器语言的形式存放在内存中，同样的程序，不同厂家的产品，在把程序变成机器语言存放时所需要的内存数不同，我们把一个程序段中的接点数与存放该程序段所代表的机器语言所需的内存字数的比值称为内存利用率。高的利用率给用户带来好处。同样的程序可以减少内存量，从而降低内存投资。另外同样程序可缩短扫描周期时间，从而提高系统的响应。（2）开关量输入输出的点数可编程控制器开关量输入输出总点数是计算所需内存储器容量的重要根据。一般系统中，开关量输入和开关量输出的比为6：4。这方面的经验公式是根据开关量输入、开关量输出的总点数给出的。（3）模拟量输入输出总点数具有模拟量控制的系统就要用到数字传送和运算的功能指令，这些功能指令内存利用率较低，因此所占内存数要增加。在只有模拟量输入的系统中，一般要对模拟量进行读入、数字滤波、传送和比较运算。在模拟量输入输出同时存在的情况下，就要进行较复杂的运算，一般是闭环控制，内存要比只有模拟量输入的情况需要量大。在模拟量处理中。常常把模拟量读入、滤波及模拟量输出编成子程序使用，这使所占内存大大减少，特别是在模拟量路数比较多时。每一路模拟量所需的内存数会明显减少。下面给出一般情况下的经验公式：只有模拟量输入时：内存字数=模拟量点数*l00模拟量输入输出同时存在时：内存字数模拟量点数*200这些经验公式的算法是在10点模拟量左右，当点数小于10时，内存字数要适当加大，点数多时，可适当减小。综上所述，推荐下面的经验计算公式：总存储器字数（开关量输人点数+开关量输出点数）*l0+模拟量点数*150。然后按计算存储器字数的25%考虑裕量。3、响应时间对过程控制，扫描周期和响应时间必须认真考虑。可编程控制器顺序扫描的工作方式使它不能可靠地接收持续时间小于扫描周期的输入信号。例如某产品有效检测宽度为5cm，产品传送速度每分钟50m，为了确保不会漏检经过的产品，要求可编程控制器的扫描周期不能大于产品通过检测点的时间间隔60ms（T5cm50m60s）。系统响应时间是指输入信号产生时刻与由此而使输出信号状态发生变化时刻的时间间隔。系统响应时间输入滤波时间+输出滤波时间+扫描周期.4、输入输出模块的选择可编程控制器输入模块是检测并转换来自现场设备（按钮、限位开关；接近开关等）的高电平信号为机器内部电平信号，模块类型分直流5、12、24、48、60V几种；交流115V和220V两种。由现场设备与模块之间的远近程度选择电压3 PLC控制系统设计3.1硬件系统设计3.1.1控制系统主电路图设计按照设计要求，给料器M1、1#送煤机M2、破碎机M3、提升机M4、2#送煤机M5和回收电动机M6由6台三相异步电动机拖动。磁选料器YA由两相电源提供。负载M2-M6由接触器KM2-KM6控制，给料器M1和磁选料器YA共同由KM1控制。电源回收机2#送煤机提升机破碎机1#送煤机给料器及磁选料器图3-1 主电路图1) 主回路中交流接触器KM1、KM2、KM3、KM4、KM5、KM6分别控制三相异步电动机M1给料电动机，M2送煤电动机，M3破碎电动机，M4提升电动机，M5送煤电动机，M6回收电动机。2) 热继电器FR1、FR2、FR3、FR4、FR5、FR6的作用是对电动机M1、M2、M3、M4、M5、M6实现过载保护。3) 熔断器FU1、FU2、FU3、FU4、FU5、FU6分别实现各负载回路的短路保护.3.1.2电器元件的选择该控制系统由于控制输入点数较多，有2个输入开关分别控制手动控制，9个输入按钮分别为SF1和SF2为自动开车/停车按钮，SF3为事故紧急停车按钮，SF4SF9分为6个电动机控制按钮。 输出点数也较多，有6个输出接触器KM1、KM2、KM3、KM4、KM5、KM6分别控制三相异步电动机M1给料电动机，M2送煤电动机，M3破碎电动机，M4提升电动机，10个输出指示灯其中PG7手动运行指示灯、PG8为紧急停车指示灯、PG9为系统正常运行指示灯、PG10为统故障指示灯、PG1-6为输煤机组单机运行指示灯和1个输出PB电铃。继电-接触器系统虽然有较好的抗干扰能力，但使用了大量的机械触点，使得设备连线复杂，且触电在开闭是易受电弧的危害，寿命短，系统可靠性差；所以如果采用继电-接触器控制方式，控制电路将会很复杂，而且可靠性难以保证。而且按照本课题的控制要求，控制过程主要采用逻辑和顺序控制，而PLC恰能满足此控制要求。所以，用PLC进行控制，不仅能满足控制要求、控制方便简单，而且具有较高的可靠性。因此，本设计应采用PLC进行控制。 图3-2模块连接图3.1.3 PLC选型设计考虑设备数量及应用场合，选用OMRON公司CPM1A型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CPM1A-30CDR-A。I/O点为30点；电源类型为AC型，范围100V240V；输出方式为继电器输出型。性能如下：2048程序存储器；2048数据存储器；18点输入，12点输出；可扩展3个模块；对于大型控制工程，18点输入不能满足点数要求时，可以通过I/O 实现。3.2软件系统设计3.2.1 I/O地址分配表 输入接口地址：序号工作名称文字符号输入口 1输煤机组手动控制开关SA1-1I0.0 2输煤机组自动控制开关SA1-2I0.13输煤机组自动开车按钮SF1I0.24输煤机组自动停车按钮SF2I0.35输煤机组紧急停车按钮SF3I0.46给料器磁选料器手动按钮SF4I0.571#送煤机手动按钮SF5I0.68破碎机手动按钮SF6I0.79提升机手动按钮SF7I1.0102#送煤机手动按钮SF8I1.111回收机手动按钮SF9I1.212M1-M6，YA运行正常信号KMI1.313M1-M6,YA过载保护信号FRI1.4输出接口地址：序号工作名称文字符号输出口1给料器磁选料器接触器KM1Q0.021#送煤机接触器KM2Q0.13破碎机接触器KM3Q0.24提升机接触器KM4Q0.352#送煤机接触器KM5Q0.46回收机接触器KM6Q0.572#送煤机Y形启动接触器KM7Q0.682#送煤机三角形启动接触器KM8Q0.79破碎机Y形启动接触器KM9Q1.010破碎机三角形启动接触器KM10Q1.111手动运行指示灯PG7Q2.012紧急停车指示灯PG8Q2.113系统正常运行指示灯PG9Q2.214系统故障运行指示灯PG10Q2.315报警电铃PBQ2.416输煤机组单机运行指示PG1Q2.517输煤机组单机运行指示PG2Q2.618输煤机组单机运行指示PG3Q2.719输煤机组单机运行指示PG4Q3.020输煤机组单机运行指示PG5Q3.121输煤机组单机运行指示PG6Q3.23.2.2 PLC控制电路接线图 根据上述硬件选型及工艺要求，绘制PLC控制电路接线图，如图3-3。 3.3梯形图输煤机组的控制过程分为自动和手动控制方式。在自动控制模式下，要求各负载从M6到M1逆序自动启动，并能从M1到M6顺序自动停止。同时，该输煤机组还能在手动控制模式下进行点动，以便调试和维修。而且，该系统还能实现过载保护、紧急停车和故障提醒功能，并有相应的指示报警功能。所以，我们应该主要采用定时器指令和顺序控制指令对本控制系统进行程序设计。其梯形图如下： 3.4语句表34LD SM0.1S S0.0, 1R S0.1, 14Network 2 LSCR S0.0Network 3 LD I0.1A I0.2AN I0.4AN I1.4SCRT S0.1Network 4 SCRENetwork 5 LD SM0.1S M2.0, 1TON T37, 50Network 6 LD T37SCRT S0.2R M2.0, 1Network 7 SCRENetwork 8 LSCR S0.2Network 9 LD SM0.1LPSS Q0.5, 1S Q3.2, 1TON T38, 100A I1.4SCRT S2.0LPPA I0.4SCRT S2.2Network 10 LD T38SCRT S0.3Network 11 SCRENetwork 12 LD SM0.0LPSS Q0.4, 1TON T203, 100AN T203S Q0.6, 1LRDA T203S Q0.7, 1R Q0.6, 1LPPLPSS Q3.1, 1TON T39, 100A I1.4SCRT S2.0LPPA I0.4SCRT S2.0Network 13 LD T39SCRT S0.4Network 14 SCRENetwork 15 LSCR S0.4Network 16 LD SM0.0LPSS Q0.3, 1S Q3.0, 1TON T40, 100A I1.4SCRT S2.0LPPA I0.4SCRT S2.2Network 17 LD T40SCRT S0.5Network 18 SCRENetwork 19 LSCR S0.5Network 20 LD SM0.0LPSS Q0.2, 1TON T204, 100AN T204S Q1.0, 1LRDA T204S Q1.4, 1R Q1.0, 1LPPLPSS Q2.7, 1TON T41, 100A I1.4SCRT S2.0LPPA I0.4SCRT S2.2Network 21 LD T41SCRT S0.6Network 22 SCRENetwork 23 LSCR S0.6Network 24 LD SM0.0LPSS Q0.1, 1S Q2.6, 1TON T42, 100A I1.4SCRT S2.0LPPA I0.4SCRT S2.2Network 25 LD T42SCRT S0.7Network 26 SCRENetwork 27 LSCR S0.7Network 28 LD SM0.0LPSS Q0.0, 1S Q2.5, 1TON T43, 100A I1.4SCRT S2.0LPPA I0.4SCRT S2.2Network 29 LD T43SCRT S1.0Network 30 SCRENetwork 31 LSCR S1.0Network 32 LD SM0.0S Q2.2, 1A I0.3SCRT S1.1Network 33 SCRENetwork 34 LSCR S1.1Network 35 LD SM0.0S M2.1, 1TON T44, 50Network 36 LD T44SCRT S1.2R M2.1, 1Network 37 SCRENetwork 38 LSCR S1.2Network 39 LD SM1.0R Q0.0, 1R Q2.5, 1R Q2.2, 1TON T45, 100Network 40 LD T45SCRT S1.3Network 41 SCRENetwork 42 LSCR S1.3Network 43 LD SM0.0R Q0.1, 1R Q2.6, 1TON T46, 100Network 44 LD T45SCRT S1.4Network 45 SCRENetwork 46 LSCR S1.4Network 47 LD SM0.0R Q0.2, 1R Q1.1, 1R Q2.7, 1TOF T47, 100Network 48 LD T47SCRT S1.5Network 49 SCRENetwork 50 LSCR S1.5Network 51 LD SM0.0R Q0.3, 1R Q3.0, 1TON T48, 100Network 52 LD T48SCRT S1.6Network 53 SCRENetwork 54 LSCR S1.6Network 55 LD SM0.0R Q0.4, 1R Q0.7, 1R Q3.1, 1TON T49, 100Network 56 LD T49SCRT S1.7Network 57 SCRENetwork 58 LSCR S1.7Network 59 LD SM0.0R Q0.5, 1R Q3.2, 1SCRT S0.0Network 60 SCRENetwork 61 LSCR S2.0Network 62 LD I1.4SCRT S2.1Network 63 SCRENetwork 64 LSCR S2.1Network 65 LD SM0.0LPSAN T205= M2.2LRD= Q2.3LRDTON T205, 2