PLC输煤程控系统的应用.doc

20 PLC在输煤程控系统中的应用 第一章 可编程控制器（PLC）1.1 PLC的概念可编程控制器简称PLC是以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制技术和通讯技术发展而来的一种新型工业控制装置。它具有结构简单、编程方便、可靠性高等优点，已广泛用于工业过程和位置的自动控制中。1.2 PLC的功能（1）数据采集与输出。（2）控制功能：包括顺序控制、逻辑控制、定时、计数等。（3）数据处理功能：包括基本数学运算、比较、对字节的运算、PID运算、滤波等。 （4）输入/输出接口调理功能。具有A/D、D/A转换功能，通过I/O模块完成对模拟量的控制和调节，具有温度、运动等测量接口。（5） 通信、联网功能。现代PLC大多数都采用了通信、网络技术，有RS232或RS485接口，可进行远程I/O控制，多台 PLC可彼此间联网、通信，外部器件与一台或多台可编程控制器的信号处理单元之间，实现程序和数据交换，如程序转移、数文文件转移、监视和诊断图1.1PLC结构图1.3 PLC的特点（1）可靠性高，抗干扰能力强高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。（2）配套齐全，功能完善，适用性强PLC发展到今天，已经形成了各种规模的系列化产品，可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。（3）系统的设计，工作量小，维护方便，容易改造PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短。1.4 PLC的应用领域目前， PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类:（1） 开关量的逻辑控制：这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统继电器电路、实现逻辑控制、顺序控制。（2）模拟量控制：在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。（3）运动控制：PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制（4）过程控制:过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。（5）数据处理：现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。1.5 PLC的选型 经过对系统控制量的研究，根据系统的控制要求，统计出其需的信号输入点，信号输出控制点。同时又对各种PLC性能指标、适用性、认知程度等进行比较，最后选择了三菱公司的PLC，它是一种叠装结构型的PLC，指令丰富，功能强大，可靠性高，适应性好，结构紧凑，便于扩展，性价比较高。 第二章 输煤控制系统的简介2.1 输煤控制系统的概念 输煤控制系统是决定输煤系统成败的关键，该系统不仅有强大的工程应用背景，而且有极大的市场潜力。输煤控制系统是煤炭企业的重要组成部分，其作用就是将煤从煤场输送到煤仓。由于煤场离煤仓距离较远，所以组成输煤系统的环节较多。输煤系统由卸煤、上煤、配煤等环节所组成，设备分散且与控制室相距较远，又由于整个输煤过程中，不可避免的煤粉飞扬，使得整个系统环境非常恶劣，这些都决定了必须提高输煤系统的自动化水平。输煤系统国内普遍采用皮带运输的方式，该方式结构简单、运输的长短便于调整、负荷便于分担、便于添加中间环节。2.2输煤系统监控方式 输煤控制系统的控制方式有计算机控制方式、操作台控制方式和就地控制方式。三种控制方式可以通过选择开关选择。2.3 输煤系统监控特（1） 计算机控制方式就是操作人员通过计算机键盘选择和启动输煤系统，将指令传送到PLC系统， PLC系统按照梯形图程序启动有关设备，并将相关信息传送给计算机。（2） 操作台控制方式就是操作人员通过操作台上的开关和按钮进行选择和控制，同时相关信息通过模拟屏进行显示。（3）就地控制方式是通过位于电机旁的控制箱进行现场控制。对输煤控制系统的要求主要是根据生产工艺注意输煤顺序之间的连锁和输煤系统各电机启动和停止的顺序，遇有紧急情况时能紧急停车。2.4 系统的功能分析（1）顺序控制功能顺序控制功能是用工业控制机通过软功能键对运煤系统实现顺序控制、单机联锁起停及在调试过程中无联锁的单机起停控制。同时也对原煤斗的自动顺序配煤及单个配煤设备的起停控制(抬、落)。运煤系统保留就地控制方式，即设备在就地控制箱进行操作，该方式只在程控系统故障和调试操作时使用。（2） 理、各种监视报警功能、语音功能监视报瞥功能主要包括运煤系统的数据采集和处运行方式下的设备运行工况，并能通过CRT和功能键盘为运行、检修人员提供各种信息和报警(3) 煤量统计通过上位机与皮带秤实现通讯，既统计出本班的煤量，又可以累计总上煤量。(4)实现程序联锁输煤系统启动时按逆煤流方向，先从该流程最后设备(皮带及相关设备)开始依次启动。直到第一条皮带及相关设备启动后，才开始供煤。停运时按顺煤流方向，先停供煤设备，然后从第一台至最后一台设备依次停止，每台设备之间按预定的延时时间发停机命令，即要求前面设备的余煤清除示再停止其运行，其中碎煤机、缓冲滚筒均需另延时停机。故障时，故障点及其上游设备瞬时停机，故障点下游设备保持原工作状态不变，待故障解除后，可从故障点上游重新启动设备，也可在故障未解除时，从故障点下游开始延时停设备。联锁应阻止任何设备超出顺序的启动(试验除外)，并且是通过速度开关来确认皮带机运转状况。当皮带机的速度达到一定值时，启动下一级设备。速度开关装设在皮带机回程皮带上。程控系统应根据运煤系统不同运行方式分组对应启动皮带及运煤设备。(5)自动加仓上煤功能根据锅炉对不同煤种的加仓要求，加仓前由运煤控制室的值班人员在CRT上调出加仓画面，同时通过键盘输入给定加仓指令，实现自动加仓配煤。加仓开始，先顺序给超低煤位仓配煤并报警，配一定数量的煤，消除煤仓超低煤位状态。依次给出现低煤位的仓顺序配煤，消除煤仓的所有低煤位信号。所有低煤位信号消失后，再进行顺序配煤，当仓满后转到下一个煤仓进行顺序配煤，直到所有煤仓满。顺序配煤过程中，如果又出现超低煤位、低煤位仓，则停止煤仓顺序加仓程序，优先为超低煤位、低煤位仓配煤，配一定数量后，再转入顺序加仓程序。当全部煤仓出现满煤位信号后，程序自动停机并把皮带上余煤均匀分配给各煤仓。在配煤过程中能自动跳过满仓、高煤位仓、超高煤位仓及检修仓。配煤的尾仓设定、检修仓设定可通过上位机进行设定，加仓时尾仓及其后方煤仓均不允许配煤。自动配煤考虑有单路配煤和两路配煤两种方式，在双路配煤时，先配甲路，配完后先停煤源1-2分钟，待皮带上余煤走空，自动切换三通挡板，再给乙路配煤。煤仓配煤也可在煤仓层就地由人工通过就地控制箱上的操作设备进行控制。2.5系统的组成 每一个流程选择分画面都设置了一个全选甲带键和一个全选乙带键，一旦按下全选甲带键，这个流程内的所有甲带就都变成深蓝颜色，表示被选中。另外每一条皮带自身也有一个选择键，利用此键可以把有故障的皮带退出流程，选择另一侧的皮带来替代它，这样就可以做到甲、乙侧设备交叉使用。在设备选择完成后，按下确认键后就可以知道所选的通路是否正确，如果正确，则可以继续下一步操作，否则需要重新进行选择。当此流程使用完毕后，使用清流程键把这个流程清除，以免在另外的流程中使用相同设备时出现错误。参见“1号煤厂至煤仓间流程”选择图 图2.1 1号煤厂至煤仓间流程 若所选流程为有效流程，则由语音提示下一步的“预启”操作。此操作发出后，三通挡板打到所选通路，滚轴筛（如果在流程内）、碎煤机（如果在流程内）运行。如在30秒预启过程中挡板正常启动到位，则发出“允许启动”语音提示，此时可以进行“程启”操作。选择“程启”后沿线设备从末端皮带机按所选流程逆煤流方向延时启动各设备直到煤源。当上煤结束时，立即进行“程停”操作。在多流程同时运行时要先选择煤源再进行“程停”操作，程停操作根据所选流程从煤设备开始顺煤流方向逐台按预定的延迟时间顺序停止各设备直到最末一台设备。延迟时间是为保证每台运行设备上的煤走完后该设备才停机。2.5.1 电动三通挡板的控制为了使上煤系统更加灵活，设置了电动三通挡板，并且要求其参与系统联锁，且能就地、程控操作。在自动工作状态下，当按下预启动键时，三通挡板根据选定的在其前后两条皮带的位置，自动完成通甲路或通乙路的动作，为了避免由于误操作而引起上煤中断，在已经运行的流程中对所有三通挡板操作无效（闭锁操作）。 通甲路 通乙路 检修甲路通到位乙路通到位电动机事故允许远控强制强制推杆过力矩设备检修甲路通超时乙路通超时 一号电动三通挡板控制状态 图2.2 一号电动三通挡板控制状态图2.5.2 除铁器系统有盘式除铁器和带式除铁器，自动时，在预启动时启动，但在启动皮带时不判断除尘器是否运行。联锁手动时与所在带式输送机联动，在启动皮带前先输出启动除铁器信号，但不论除铁器启动与否，都继续向下启动皮带机。除铁器自身故障不连跳主设备。2.5.3 振动器 它的功能是在出现堵煤的情况自动振打，或每隔20分钟自动振打10秒，也可切换到手动方式，由操作人员手动随时启停。2.5.4 皮带秤 皮带秤输出的脉冲累加点用于计算累计上煤量。2.5.5叶轮给煤机 叶轮给煤机利用行走和拨动功能把在火车、汽车卸煤沟中的煤炭运送到皮带上。自动工作状态下，给煤机启动和停止取决于在它后面的皮带的动作，而给煤机的前进和后退，则需要操作人员根据现场的实际情况进行手动操作。 1号叶轮给煤机控制状态 系统连锁投入系统连锁切除 叶轮启动 叶轮停止 行车停止 行车后退给煤系统连锁给煤机允许程控行车前进叶轮启动超时行车前进超时行车后退超时检修报警 2.3 1号叶轮给煤机控制状态图2.5.6 斗轮机两个斗轮机分别在两个煤厂，负责煤厂煤炭的堆取工作。在机组使用煤炭量较少时，利用斗轮机的堆料功能，配合5#甲、7#甲皮带正转，把卸煤沟的煤炭存储在煤厂中；当锅炉使用大量煤炭时，利用斗轮机的取料功能，配合5#甲、7#甲皮带反转，把存储在煤厂中的煤炭运往原煤仓。2.5.7 滚轴筛 滚轴筛位于8#皮带和9#皮带之间，其作用是把煤炭进行筛分，筛下物直接落到9#皮带运往原煤仓，筛上物通过11#皮带和碎煤机进行破碎后返回煤厂。当滚轴筛出现故障时，煤炭直接从8#皮带落在9#皮带上运往原煤仓，可保证原料的供应不会因为滚轴筛的故障而出现差错。第三章 PLC在输煤系统中的应用 是否有停车信号 开始 初始化设备是否出现故障原煤仓是否处于低煤位末煤仓是否处于高煤位设备故障报警煤仓煤位报警 启动预告延时是否完成 启动模块 系统运行原煤仓是否处于低煤位末煤仓是否处于高煤位 自动停车模块YYYNYNNNY 图 3.1输煤系统流程图3.1输煤系统控制要求 输煤系统有两条输煤线，包括给煤机、皮带机、振动筛、破碎机等设备，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性，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事故纪录功能则由上级工业控制计算机完成。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：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；各设备启动和停止过程中，要合理设置时间间隔（延时）。启动延时统一设定为12s。停车延时按设备的不同要求而设定，分为10s、20s、30s、40s、60s几种，以保证停车时破碎机为空载状态，各输煤皮带上无剩余煤；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车，其前方（指供料方向）设备也立即停车。其后方的设备按一定顺序及延时联锁停车；各输煤皮带设有双向跑偏开关，跑偏15度时发出告警信号，跑偏30度时告警并自动停车；可在线选择启动备用设备。在特殊情况下可由两条输煤线的有关设备组成交叉供煤方式，可显示各机电设备运行状况，并对输煤过程有关情况（报警、自动停机等）做出实时纪录。3.2输煤系统关系A/D DI/O工控计算机其他系统PLC输入（开关）输煤控制PLC输出（接触器） 被控对象（输煤设备） 图3.2系统关系简图 输煤控制PLC则根据控制开关的输入信号，执行对应程序块，控制电机实现对应的功能：向上级工业控制计算机发送工作组态信息，接收上级工业控制计算机发送的事故停车信号，实现事故停车处理功能并启动报警设备。二者配合共同实现输煤系统的监测和控制功能。 上级工业控制计算机同时实现对电厂其他系统的监控，由工业控制计算机、输煤系统PLC和其他系统的现场设备（PLC、监控仪表）共同构成分布式系统（DCS）3.3系统的运行模式 根据输煤过程的要求，本系统设计了两种运行模式。在一般情况下，采用并行模式，可根据需要单独选用或同时运行输煤一线和输煤二线。交叉模式是由输煤一线和输煤二线的有关设备组成的，仅在特殊情况下选用。3.3.1并行模式并行一线：联锁开车顺序：10皮带机8皮带机6皮带机2破碎机2振动筛4皮带机2皮带机2（3）给煤机4给煤机。联锁停车顺序：与开车顺序相反，延时时间按上述要求设定。2、3给煤机某中一台备用。并行二线联锁开车顺序：9皮带机7皮带机5皮带机1破碎机1振动筛3皮带机1皮带机1给煤机。联锁停车顺序：与开车顺序相反，延时时间按上述要求设定。3.3.2 交叉模式交叉线, 联锁开车顺序：9皮带机7皮带机6皮带机2破碎机2振动筛4皮带机2皮带机2（3）给煤机。 联锁停车顺序：与开车顺序相反，延时时间按上述要求设定。2、3给煤机其中一台备用。3.4 控制策略 输煤系统控制就是通过对输煤设备的监控，完成将煤场的煤输送到或煤筒的任务。系统的控制要求遵循如下原则：3.4.1上煤原则1）流程预启：进行流程选择，并启动相应流程上的预启动设备，做好启动准备；2）流程启动：接收到流程启动允许信号后，系统主设备按逆煤流方向延时顺序启动；3）流程停止：停止指令下达后，系统主设备按顺煤流方向延时顺序停止；4）故障联锁停机：当所选流程上的系统主设备发生故障时，立即联锁跳停设备故障点上游（逆煤流方向）的主设备；5）重故障信号：急停、拉绳、重跑偏、重堵塞、打滑等指令或信号将直接导致系统联锁跳停。3.4.2配煤原则1）顺序配煤：先设定一个尾仓，从第一个原煤仓开始进行配煤，煤斗以相同的时间（或依据煤仓料位）依次配煤，直到尾仓和尾仓前所有煤斗发出高煤位信号为止。顺序配煤时，如有煤仓出现低煤位信号，则停止顺序配煤，优先给低煤位配煤；2）优先配煤：当有煤仓出现低煤位信号时，正常进行配煤的煤斗停止配煤并记忆。先补低煤位仓直至低煤位消失，再按记忆煤斗的正常顺序把煤仓逐个加到高煤位。当多个仓同时出现低煤位时，对这些仓按从前向后的顺序进行轮换的配煤，直至低煤位消失；3）余煤配煤：当停机信号发出后，皮带上余煤均匀配给每个仓，直至原煤仓皮带机停止运行.3.5 PLC输煤系统中的程序设计电动三通挡板 除尘器 除铁器 振动器 皮带秤叶轮给煤机 斗轮机 滚轴筛工作站工作站打印机打印机BCmPSPSBC屏蔽双绞线CD10I/O站RG/6主机站 图 3.3输煤系统控制图3.5.1 系统程序 针对输煤系统的控制要求以及具体控制方案的实现，设计程序流程如图所示。1）程序说明子模块0：初始化子程序。在PLC加电时根据各个开关的位置设立标志位。仅在第一个扫描周期执行。子模块1：并行一线联锁启停控制程序。根据启动标志位1实现并行一线的联锁启动、联锁停车，并判断事故停车信号以实现事故停车。子模块2：并行二级联锁启停控制程序。根据启动标志位2和实现并行二线的联锁启动、联锁停车，并判断事故停车信号以实现事故停车 子模块3：交叉线联锁启停控制程序，根据启动标志位3实现交叉线的联锁启动、联锁停车，并判断事故停车信号以实现事故停车。 PLC的输出信号控制电机的接触器，启动送高电平，停止送低电平。但是，1破碎机功率达90kW，2破碎机功率达110KW，需要降压启动，所以启动时PLC送一个正脉冲，停车时PLC送一个负脉冲。 名 称代码地址编号输入信号手动和自动电动机启动信号SA1X0输煤皮带15度跑偏信号SLLX1输煤皮带30度跑偏信号SLHX2变频器报警信号SUX3消铃按钮SB9X4急停按钮SA2X5试灯按钮SB10X6远程压力表模拟量电压值Up模拟量输入模块电流通道输出信号2#给煤机接触器及指示灯M0.1Y03#给煤机接触器及指示灯M0.2Y12#破碎机接触器及指示灯M0.3Y21#破碎机接触器及指示灯M0.4Y31#振动筛接触器及指示灯M1.0Y42#振动筛接触器及指示灯M1.1Y5生活消防供水转换电磁阀YV2Y10输煤皮带跑偏报警指示灯HL7Y11变频器故障报警指示灯HL8Y12火警报警指示灯HL9Y13报警电铃HAY14变频器频率复位控制KAY15控制变频器频率用电压信号Uf模拟量输入模块电流通道图3.4主程序流程图2）程序特点特殊标志位的使用：使用特殊标志位SM0.1，使得初始化子程序（子模块0）仅在第一个扫描周期执行，而在以后的扫描周期不再执行。这样，个别标志位在PLC加电后不受开关变化的影响。例如，并行模式和交叉模式对应标志位仅在关掉主控开关后才能改变。内部标志位的使用：在程序中，利用标志位来表示不同的现场情况和程序状态，增加了程序的可靠性和灵活性。程序模块化：程序由不同子模块构成，各子模块独立完成各自功能，互不干扰，因而程序结构清晰，便于修改。定时器的使用：程序中，利用不同的定时器来设定不同设备的延时时间，可以灵活地根据控制要求进行延时时间的设定3）部分程序梯形图及外部接线图 如图所示为部分联锁启停控制梯形图，T37用于控制设备的启动延时，T40T46用于控制相应设备的停车延时，接收到停车信号时，经过相应的延时，对应定时器置位从而实现联锁停车。Q0.3是1#破碎机的启动控制输出通道，启动1破碎机时送出一个宽度为2s的正脉冲。Q0.7、Q1.0分别是2给煤机、3给煤机的控制输出通道，M0.1、M0.2是内部标志位，用于保证2、3给煤机始终为一台工作，一台备用。 图3.5部分连锁起停控制梯形图指示灯2指示灯5指示灯4指示灯1指示灯3指示灯6急停试灯消停AC220VVX0X2X4X5X1X3X6Y0Y1Y2Y3Y4Y5COMCOMSA3SA4SA6SB10SA1SA5SA2启动报警 图3.6 PLC外部端子接线图3.5.2 软件配置1）上位机监控软件 本系统的上位监控软件选用的是Intellution公司的iFix3.5作为开发平台，利用该软件的变量存档编辑器和报表设计器，可以很方便地为运行用户过程数据生成用户档案并生成报表。利用ODBC功能，把所有设备的报警和人员的操作都记录下来，通过声音通知操作人员，以便使操作人员能够立即进行处理，并给日后事故原因的分析创造有利条件。2） PLC控制软件 PLC控制软件采用三菱公司的编程软件、RS-LINX通讯驱动软件和RSNetWorx组态软件作为编程调试软件的开发平台。既可以使用梯形图编程方式，又有IEC的编程方法，给了编程者更大的自由度。这种软件的优点是有强大的功能块系统，针对不同功能都有一种功能块儿与之相对应，编程简便、灵活。 第四章 结束语 该系统采用集散型结构，提供了系统的可靠性，且分散了系统风险，系统的安全可靠，并具有稳定性高，控制灵活性强等特点。随着组态软件和PLC技术的不断提高，输煤系统的自动化水平也在逐步提高。该系统将相对分散的各个设备进行集中控制，几乎涵盖了全部设备，这其中大部分设备可以自动顺序启/停，个别设备只能够上位机手动