PLC控制系统设计－锅炉输煤系统.doc

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 PLC控制系统设计锅炉输煤系统 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Design of PLC Control SystemThe System of Transport Coal in BoilerAbstractThis 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目录1 绪论101.1 锅炉系统概述101.2 锅炉输煤系统102 可编程控制器(PLC)112.1 可编程控制器(PLC)简介112.1.1 PLC的历史112.1.2 PLC的基本概念112.1.3 PLC的基本机构122.1.4 PLC的扫描工作方式122.1.5 PLC的I/O模块142.1.6 PLC的功能及特点142.1.7 PLC的分类152.1.8 PLC的通信联网162.2 PLC控制系统设计步骤及内容172.2.1分析评估及控制任务172.2.2 PLC的选择192.2.3 I/O地址分配212.2.4 系统设计212.2.5 系统调试222.3 SIMATIC S7-200232.3.1 SIMATIC S7-200概述232.3.2 SIMATIC S7-200的CPU型号233 PLC输煤控制系统设计253.1 输煤系统简介253.1.1 系统组成253.1.2 系统目标273.1.3 控制对象及控制方案273.1.4 系统设计的关键问题及解决方案283.1.5 系统的I/O分配293.2 系统设计333.2.1 系统启动部分设计333.2.2 系统停止部分设计363.2.3 系统位置选择及输出报警设计374 操作界面设计394.1 工业组态软件组态王394.1.1 组态王简介394.1.2 关于组态王变量的问题394.1.3 组态王的动画连接424.1.4 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491 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。2 可编程控制器(PLC)2.1 可编程控制器(PLC)简介2.1.1 PLC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3040%。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 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。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NYYNSTOPRUN图 2.1 PLC的扫描工作方式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1020ms。 (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。(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，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2561024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。分析评估控任务制任务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制柜满足要求?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求?NNNYY 图2.2 PLC控制系统设计步骤 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点的性质主要指它们是直流信号还是交流信号，它们的电源电压，以及输出是用继电器还是晶体管或是可控硅型。控制系统输出点的类型非常关键，如果它们之中既有交流220V的接触器、电磁阀，又有直流24V的指示灯，则最后选用的PLC的输出点数有可能大于实际点数。因为PLC的输出点一般是几个一组共用一个公共端，这一组输出只能有一种电源的种类和等级。所以一旦它们是交流220V的负载使用，则直流24V的负载只能使用其他组的输出端了。这样有可能造成输出电数的浪费，增加成本。所以要尽可能选择相同等和种类的负载，比如使用交流220V的指示灯等。一般情况下继电器输出的PLC使用最多，但对于要求高速输出的情况，如运动控制时的高速输出的情况，如运动控制时的高速脉冲输出，就要使用无触点的晶体管输出的PLC了。知道这些以后，就可以定下选用多少点和I/O是什么类型的PLC了。PLC主机选定后，如果控制系统需要，则相应的配套模块也就选定了。如模拟量单元、显示设定单元、位置控制单元或热电偶单元等。A PLC的机型选择 a 合理的结构型式整体式PLC一般用于系统工艺过程较为固定的小型控制系统中；而模块式PLC一般用于较复杂系统和环境差（维修量大）的场合。b 安装方式的选择集中式不需要设置驱动远程I/O硬件，系统反应快、成本低。大型系统因为它们的装置分布范围广，经常采用远程I/O式。多台联网的分布式适用于多台设备分别独立控制，又要相互联系的场合。c 相当的功能要求d 响应速度的要求PLC的扫描工作方式引起的延迟可达23个扫描周期。然而对于某些个别场合，选用具有高速度I/O处理功能指令的PLC和中断输入模块的PLC等。e系统可靠性的要求对于一般PLC的可靠性均能满足，对可靠性要求很高的系统，应考虑是否采用冗余控制系统或热备用系统。f 机型统一B PLC的容量选择a I/O点数应该合理选用PLC的I/O点的数量，在满足控制要求的前提下力争适用的I/O点最少，但必须留有一定的备用量（10%15%）。b用户存储容量C I/O模块的选择a 开关量输入模块的选择(1)输入信号的类型及电压等级的选择常用的开关量输入模块的信号类型有三种：直流输入、交流输入和交流/直流输入。(2)输入接线方式选择按输入电路接线方式的不同，开关量输入模块可分为汇点式输入和分组式输入两种。b 开关量输出模块的选择(1)输出方式的选择开关量输出模块有三中输出方式：继电器输出、晶体管输出和晶闸管输出。(2)输出接线方式的选择PLC的输出接线方式不同，一般有分组式输出和分隔式输出两种。 (3)输出电流的选择D 电源模块及其它外设的选择a 电源模块的选择b 编程器的选择2.2.3 I/O地址分配输入/输出信号在PLC接线端子上的地址分配是进行PLC控制系统设计的基础。对软件设计来说，I/O地址分配以后才可以进行编程；对控制柜及PLC外围接线来说，只有I/O地址确定以后，才可以绘制电气接线图、装配图，让装配人员根据线路图和安装图安装控制柜。分配输出点地址时，要注意上面所说的负载类型的问题。在进行I/O地址分配时最好把I/O点的名称、代码和地址以表格的形式列写出来。2.2.4 系统设计系统设计包括硬件系统设计和软件系统设计。硬件系统设计主要包括PLC及外围线路图的设计、电气线路的设计和抗干扰措施的设计等。软件系统设计主要指编制PLC控制程序选定PLC及其扩展模块（如需要的话）和分配完I/O地址后，硬件设计的主要内容是电气控制系统原理土的设计，电气控制元器件的选择和控制柜的设计。电气控制系统原理图包括主电路和控制电路。控制电路中包括PLC的I/O接线和自动部分、手动部分的详细连接等，有时还要在电气原理图中标上器件代号或另外配上安装图、端子接线图等，以方便控制柜的安装。电气元器件的选择主要是根据控制要求选择按钮、开关、传感器、保护电器、接触器、指示灯和电磁阀等。控制系统软件设计的难易程度因控制任务而异，也因人而异。对经验丰富的工程技术人员来说，在长时间的专业工作中，受到过各种各样的磨练，积累了许多经验，除了一般的编程方法外，更有自己的编程技巧和方法。但不管怎么说，平时多注意积累和总结是很重要的。 在程序设计时，除I/O地址列表外，有时还要把在程序中用到的中间继电器（M）、定时器（T）、计数器（C）和存储单元（V）以及它们的作用或功能列写出来，以便编写程序和阅读程序。 在编程语言的选择上，用梯形图编程还是用语句表编程或使用功能图编程，这主要取决于以下几点：A 有些PLC使用梯形图编程不是很方便（例如书写不方便），则可用语句表编程，但梯形图总比语句表直观。B 经验丰富的人员可用语句表直接编程，就像使用汇编语言一样。C 如果是清晰的单顺序、选择顺序或并发顺序的控制任务，则最好是用功能图来设计程序。软件设计和硬件安装可同时进行，这样做可以缩短工期。2.2.5 系统调试系统调试分模拟调试和联机调试。硬件部分的模拟调试可在断开主电路的情况下，主要试一试手动控制部分是否正确。软件部分的模拟调试可借助于模拟开关和PLC输出端的指示灯进行。需要模拟量信号I/O时，可用电位器和万用表配合进行。调试时，可利用上述外围设备模拟各种现场开关和传感器状态，然后观察PLC的输出逻辑是否正确。如果有错误则修改后反复调试。现在PLC的主流产品都可在PC上编程，并可在电脑上直接进行模拟调试。 联机调试时，可把编制好的程序下载到现场的PLC中。有时PLC也许只有这一台，这时就要把PLC安装到控制柜的相应的位置上。调试是一定要将主电路断电，只对控制电路进行联调即可。通过现场联调的信号的接入常常还会发现软硬件中的问题，有时厂家还要对某些控制功能进行改进，这种情况下，都要进行反复测试系统后，才能最后交付使用。2.3 SIMATIC S7-200 根据第二节的方法，我在这次设计中选用的是SIMATIC（西门子）S7-200系列的PLC。2.3.1 SIMATIC S7-200概述SIMATIC S7-200系列PLC适用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化。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。因此S7-200系列具有极高的性能/价格比。S7-200系列出色表现在以下几个方面： A 极高的可靠性；B 极丰富的指令集；C 易于掌握；D 便捷的操作；E 丰富的内置集成功能；F 实时特性；G 强劲的通讯能力；H 丰富的扩展模块；-S7-200系列在集散自动化系统中充分发挥其强大功能。使用范围可覆盖从替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制。应用领域极为广泛，覆盖所有与自动检测，自动化控制有关的工业及民用领域，包括各种机床、机械、电力设施、民用设施、环境保护设备等等。如：冲压机床，磨床，印刷机械，橡胶化工机械，中央空调，电梯控制，运动系统。2.3.2 SIMATIC S7-200的CPU型号本设计中选用的是SIMATIC S7-200 CPU226。具有6个高速计数器（30KHz），可编程并具有复位输入，2个独立的输入端可同时作加、减计数，可连接两个相位差为90的A/B相增量编码器。SIMATIC S7-200 CPU226集成了24输入/16输出共40个数字量I/O 点。可连接7个扩展模块，最大扩展至248路数字量I/O 点或35路模拟量I/O 点。13K字节程序和数据存储空间。6个独立的30kHz高速计数器，2路独立的20kHz高速脉冲输出，具有PID控制器。2个RS485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力。I/O端子排可很容易地整体拆卸。用于较高要求的控制系统，具有更多的输入/输出点，更强的模块扩展能力，更快的运行速度和功能更强的内部集成特殊功能。可完全适应于一些复杂的中小型控制系统。3 PLC输煤控制系统设计3.1 输煤系统简介3.1.1 系统组成在本设计中，输煤系统主要由输煤皮带，犁式卸料器，三通分料器，破碎机，给煤机及料仓组成。如图3.1所示。图3.1具体的如下表：表 3.1 输煤系统组成名称数量编号输煤皮带8条S1犁式卸料器6个S2三通分料器6个S3破碎机2台S4给煤机2台S5系统分为A、B两路，在示意图中分别以a和b表示，正常工作时一路运行，另一路备用。 在本系统中，给煤机用S5来编号，一共有两台，分别编为S5a和S5b，它们分别为A系统和B系统供煤。破碎机用S4来编号，也是两台，分别编为S4a和S4b，它们分别用来对A系统和B系统上的大块燃料煤进行破碎，使之能在使用时燃烧的更充分。三通分料器一共有6个，分别编为S31a,S31b,S32a,S32b,S33a,S33b,A系统的三通全都默认打向A侧，B系统的三通全部默认打向B侧。犁式卸料器也是6个，在第一级皮带上没有，其余每一级皮带上都有一个卸料器，默认状态全是抬起，分别编为S24a,S24b,S23a,S23b,S22a,S22b。输煤皮带一共有四级8条，分为A和B两套系统，可互为备用。8条皮带分别编为S11a,S11b,S12a,S12b,S13a,S13b,S14a,S14b。每组皮带互为备用，但运行时只能有一条在工作，只有要工作的那条有故障时，另一条才能工作。否则，当有两条同时工作时，就会发出报警信号。3.1.2 系统目标 在锅炉输煤控制系统中，系统要求在远离输煤廊的主厂房控制室里，对两条输煤线的24台设备进行控制，并实时监测各设备的运行状态。我做的主要工作就是用PLC来实现输煤系统的各项功能，并用组态王软件在上位机上实现远程控制。3.1.3 控制对象及控制方案输煤系统有两条输煤线，包括给煤机、输煤皮带、犁式卸料器、破碎机、三通分料器等共24台设备，在工厂中有着极为重要的地位，一旦不能正常工作，锅炉就会受到影响。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，设备状态监测及事故报警及纪录功能则由上位机的计算机完成。 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：A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； B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15s。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；C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延时联锁停车;D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；E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）做出实时记录。控制方案如下：A按实际的I/O点数进行地址分配。B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。C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。3.1.4 系统设计的关键问题及解决方案A 关键问题：(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。B 解决思路：熟悉梯形图的编程原理以及各指令的功能 了解皮带输煤系统的工艺流程，理清系统启动与停止的框架结构 熟练掌握工业组态软件“组态王”的组态原则及操作画面的绘制 实现上下位机的通讯问题最终实现系统的运行。3.1.5 系统的I/O分配具体的I/O分配如下表:表 3.2 系统输入点系统启动I0.0DI系统停止I0.1DI选择A/B系统I0.2DI复位I0.3DI1#破碎机运行I0.4DI2#破碎机运行I0.5DI1#给煤机运行I0.6DI2#给煤机运行I0.7DI皮带4A运行I1.0DI皮带4B运行I1.1DI皮带3A运行I1.2DI皮带3B运行I1.3DI皮带2A运行I1.4DI皮带2B运行I1.5DI皮带1A运行I1.6DI皮带1B运行I1.7DI卸料器4A下放到位I2.0DI卸料器4A抬起到位I2.1DI卸料器4B下放到位I2.2DI卸料器4B抬起到位I2.3DI卸料器3A下放到位I2.4DI卸料器3A抬起到位I2.5DI卸料器3B下放到位I2.6DI卸料器3B抬起到位I2.7DI卸料器2A下放到位I3.0DI卸料器2A抬起到位I3.1DI卸料器2B下放到位I3.2DI卸料器2B抬起到位I3.3DI三通3A左通到位I3.4DI三通3A右通到位I3.5DI三通3B左通到位I3.6DI三通3B右通到位I3.7DI三通2A左通到位I4.0DI三通2A右通到位I4.1DI三通2B左通到位I4.2DI三通2B右通到位I4.3DI三通1A左通到位I4.4DI三通1A右通到位I4.5DI三通1B左通到位I4.6DI三通1B右通到位I4.7DI表 3.3 系统输出点皮带4A启停Q0.0DO皮带4B启停Q0.1DO皮带3A启停Q0.2DO皮带3B启停Q0.3DO 皮带2A启停Q0.4DO皮带2B启停Q0.5DO皮带1A启停Q0.6DO皮带1B启停Q0.7DO 三通3A到A侧Q1.0DO三通3A到B侧Q1.1DO三通3B到A侧Q1.2DO三通3B到B侧Q1.3DO三通2A到A侧Q1.4DO三通2A到B侧Q1.5DO三通2B到A侧Q1.6DO三通2B到B侧Q1.7DO三通1A到A侧Q2.0DO三通1A到B侧Q2.1DO三通1B到A侧Q2.2DO三通1B到B侧Q2.3DO卸料器4A downQ2.4DO卸料器4A upQ2.5DO卸料器4B downQ2.6DO卸料器4B upQ2.7DO卸料器3A downQ3.0DO卸料器3A upQ3.1DO卸料器3B downQ3.2DO卸料器3B upQ3.3DO卸料器2A downQ3.4DO卸料器2A upQ3.5DO卸料器2B downQ3.6DO卸料器2B upQ3.7DO1#破碎机启停Q4.0DO2#破碎机启停Q4.1DO1#给煤机启停Q4.2DO2#给煤机启停Q4.3DO开工响铃Q4.4DO故障报警Q4.5DO3.2 系统设计系统软件设计主要分为三个部分，启动部分，停止部分，位置选择分，及输出报警部分。3.2.1 系统启动部分设计 在启动前，应首先进行A、B系统的选择。A、B系统选择在设计中可以用两种方法选择，一个是用手动直接选择，另一个是用上位机进行远程选择。（1） 手动选择系统启动前应进行A、B系统的选择，将开关拨至左侧为A系统，右侧为B系统。值得注意的是：该开关的选择对系统的启动过程尤为重要，建议在启动过程中不要随意改变开关的位置，同时，如果将开关拨至中间位置时，系统将不能正常启动。 （2）上位机选择 在由组态王设计的界面中点击系统选择按钮POSITION SLECT，就可以通过PLC直接来控制。系统默认为A系统，当点击按钮时是选择B系统。将系统选择开关拨至A或B，按动系统启动按钮，系统开始启动。启动过程如下:(1)开工响铃:用于提示现场各部位操作人员，系统将要启动，响铃时间15秒。(2)按照A、B系统的选择，从4#皮带开始，间隔5秒钟按下列顺序进行启动(启动顺序):4#皮带3#皮带破碎机2#皮带1#皮带给煤机这里采用的是逆序启动方式，原因是为了使输煤皮带上没有多余的煤滞留，否则的话，如果顺序启动，当某一条皮带发生故障时，就会在发生故障前的几级皮带上堆积大量煤块，这样对设备是不好的。所以在启动时采用逆序启动的工作方式。现以4皮带的启动过程举例来说明，先看图3.2。图 3.2 4皮带启动程序在这个启动程序图中，各点的含义参看表3.2，表3.3。M0.2是4皮带的启动信号，当上一级梯形图使M0.2置1后，4皮带开始启动，I1.0是4A皮带的运行信号，I1.1是4B皮带的运行信号，当其中之一置位后，计时器开始计时，当计时器计时5秒后，把M0.2复位，并把下一级的控制信号M0.3置位，使启动继续。其余的皮带和破碎机等设备的启动程序与这个基本一样。详细的见附录1。若启动过程无故障，通过各设备指示灯的显示，可以看出系统的工作“路径”。若启动过程中有故障，分以下几种情况:(以选择A系统为例)(1)按启动顺序，从4#皮带到1#皮带，在启动时若某段皮带发生故障，除响铃报警外，其相对应的B系统皮带将自动启动，而在其之后的设备仍按照原来的A系统进行启动。(2) 当启动给煤机时，若发生故障，则启动过程无法继续，此时必须按动系统停止按钮，停止启动，待故障排除后重新启动。(4)系统其它设备(三通分料器和犁式卸料器)的工作状态也将影响到系统的启动过程，例如该放下的犁式卸料器没有下放到位，三通分料器本应打向A侧，但却没有到位，如果有类似的情况发生时，系统正常的启动过程将无法继续。这些情况如下所示： 在启动3#皮带时若为S13a运行，则犁式卸料器S23a必须下放到位；同时，如果在此之前4#皮带为S14a运行，则S33a必须为A侧到位，若4#皮带为S14b运行，则S33a必须为B侧到位。同理，在启动3#皮带时若为S13b运行，则犁式卸料器S23b必须下放到位；而在此之前4#皮带为S14a运行，则S33b必须为A侧到位，若4#皮带为S14b运行，则S33b必须为B侧到位。如果以上条件均不满足，则在此之后的破碎机S4将不能启动。 在启动2#皮带时若为S12a运行，并且在此之前破碎机为S4a运行，则犁式卸料器S22a必须下放到位；若在此之前破碎机为S4b运行，则犁式卸料器S22a必须抬起到位。同理，在启动2#皮带时若为S12b运行，并且此前破碎机为S4a运行，则犁式卸料器S22b必须抬起到位；若在此之前破碎机为S4b运行，则犁式卸料器S62b必须下放到位。如果以上条件均不满足，则在此之后的1#皮带将不能启动。 在启动1#皮带时若为S11a运行，并且在此之前2#皮带为S12a运行，则三通分料器S31a必须为A侧到位；若2#皮带为S12b运行，则三通S31a必须为B侧到位。同理，在启动1#皮带时若为S11b运行，并且在此之前1#皮带为S12a运行，则S31b必须为A侧到位；若此前1#皮带为S11b运行，则S31b必须为B侧到位。如果以上条件均不满足，则在此之后的给煤机将不能启动。3.2.2 系统停止部分设计系统停止部分和启动部分的基本设计思路是一样的，最大的区别是停止采用的是顺序停止的工作方式。其原因也和逆序启动时一样，当发生错误时避免皮带上堆积煤块。按动系统停止按钮，系统开始停止，停止顺序如下:给煤机1#皮带2#皮带破碎机3#皮带4#皮带。由于各皮带长度不一，所以停止过程中的间隔时间也不一样，皮带越长，其相应的停止时间越长现以1皮带的停止程序为例来说明具体的设计思路。程序见图3.3。图 3.3在这个小程序中，M1.2是1号皮带的停止信号，当从上一级程序得到命令，使M1.2得电后，经过延时器的调节，1皮带在经过5秒钟后停止，之后使它的停止信号M1.2复位，并对下一级的停止信号M1.3置位。使之继续执行停止命令。其余的皮带及破碎机、给煤机的停止程序的设计思路与1皮带的相似。3.2.3 系统位置选择及输出报警设计系统的位置选择是非常重要的，它们基本上是因为系统出现了一些错误才进行选择的。在启动那一节，我们已经把皮带的选择问题大致说了一下了，本节主要讨论的是三通分料器和犁式卸料器的选择原则及应注意的问题。（1）三通分料器:系统通电后所有的三通分料器均按照其默认状态动作，即A系统的三通分料器打向A侧，B系统的三通分料器则打向B侧。系统启动和运行时，A系统的三通，只有位于其前的设备(按启动顺序)发生故障并切换到B系统，并且其后的设备仍为A系统时，才打向B侧，否则状态不变；而B系统的三通，只有位于其前的皮带发生故障并切换到A系统，并且其后的皮带仍为B系统时，才打向A侧，否则状态不变。系统停止运行后，所有的三通均恢复至通电后的状态，即恢复到其默认状（2）犁式卸料机:系统通电后，所有的犁式卸料机自动抬起(默认状态)。系统工作后，所有的犁式卸料机只有满足下放条件时才下放，否则均处于抬起状态。各犁式卸料机下放条件如下所示: S24a: S12a皮带运行且S4a破碎机工作。S24b: S12b皮带运行且S4b破碎机工作。S23a: S13a皮带运行。S23b: S13b皮带运行。S22a: S14a皮带运行每隔20分钟抬起放下。 S22b: S214b皮带运行每隔20分钟抬起放下。输出报警是我们作设计最关心的部分，因为设计做的完善不完善从这一部分就可以直接看出来。下面用图3.4来说一下输出报警的设计