锅炉车间输煤机组控制系统设计(1).doc

摘 要 设计说明了锅炉自动输煤系统的基本构成及特点 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 分别阐述其优缺点并且根据控制要求 本设计采 用 PLC 控制 实现自动化控制 用 PLC输煤程控系统 不仅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 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 关键词 锅炉自动输煤系统 PLC 自动化 目 录 第 1 章 选题背景与课设要求 1 1 1 选题背景 1 1 2 设计内容及要求 2 第 2 章 方案论证 4 2 1 PLC 控制系统设计的原则和方法 4 2 2 方案的确定 4 第 3 章 PLC 控制系统设计 4 3 1 硬件系统设计 4 3 1 1 控制系统主电路图设计 4 3 1 2 电器元件的选择 5 3 2 软件系统设计 7 3 2 1 I O 地址分配表 8 3 2 2 PLC 控制电路接线图 9 3 2 3 系统工作流程图 9 3 2 4 梯形图 11 第 4 章 系统调试 18 第 5 章 设计心得 19 参考文献 19 1 第 1 章 选题背景与课设要求 1 1 选题背景 煤是我们生产生活中的重要原料 输煤系统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 但整个输煤过程往往采用远程控制 这就对自动控制的设计提出了很高的要求 因此 在输煤系统中我们选择 PLC 控制系统 使整个控制过程具有正常运行 事故处理 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 设备数量多 2 系统分部广 3 系统故障点多 4 工艺流程复杂 之前用的继电器控制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 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 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 我们选 择用 PLC 来控制输煤机组这个课题 1 2 设计内容及要求 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 输煤机组的拖动系统由 6 台三相异步电动机 M1 M6 和一台磁选料器 YA 组成 SA1 为手动 自动转换开关 SB1 和 SB2 为自动开车 停车按钮 SB3 为事故紧急停车按钮 SB4 SB9 为 6 个控制按钮 HA 为开车 停车时讯响器 提示物煤机准备起动请注意安全 HL1 HL6 为 Ml M6 电动机运行指示 HL7 为手动运行指示 HL8 为紧急停车指示 2 HL9 为系统运行正常指示 HL10 为系统故障指示 输煤机组控制要求如下 1 手动开车 停车功能 SA1 手柄指向左 45 时 接点 SA1 1 接通 通过 SB4 SB9 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 SA1 手柄指向右 45 时 接点 SA1 2 接通 输煤机组自动运 行 1 正常开车 按下自动开车按钮 SB1 音响提示 5s 后 电动机 M6 M1 逆序启动起 动运行 并点亮指示灯 HL6 HL1 10s 后 点亮 HL9 系统正常运行指示灯 输煤机组正 常运行 2 正常停车 按下自动开车按钮 SB2 音响提示 5s 后 电动机 M1 M6 顺序停车 并熄灭 HL1 HL6 指示灯 同时 熄灭 HL9 系统正常运行指示灯 并熄 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 M1 M6 和磁选料器 YA 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 HL10 点亮 HA 电铃断续报警 20s HL10 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 SB3 时 输煤机组立即全线停车 HA 警报声持续 10s 停止 紧急停车指示 灯 HL8 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 M1 M6 和磁选料器 YA 按照程序 全部正常起动运行后 HL9 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 HL10 点亮 输煤机组停车 相关设备参数如下 1 M1 M6 及磁选料器 YA 2 指示灯 HL 0 25W DC24V 3 电铃 HA 8W AC220V 输煤机组控制信号说明 输煤机组是一种为锅炉供煤的设备 它的稳定可靠工作直接关系到整个锅炉的正常运 行 所以要进行输入输出信号进行详细说明 详细情况见下表 输入输出 文字符 号 说明文字符 号 说明 SA1 1输煤机组手动控制开关KM1给料器和磁选料器接触器 3 SA1 2输煤机组自动控制开关KM21 送煤机接触器 SB1输煤机组自动开车按钮KM3破碎机接触器 SB2输煤机组自动停车按钮KM4提升机接触器 SB3输煤机组紧急停车按钮KM52 送煤机接触器 SB4给料器和磁选料器手动按钮KM6回收机接触器 SB51 送煤机按钮HL7手动运行指示灯 SB6破碎机手动按钮HL8紧急停车指示灯 SB7提升机手动按钮HL9系统正常运行指示 SB82 送煤机手动按钮HL10系统故障指示灯 SB9回收机手动按钮HA报警电铃 KMM1 M6 YA 运行正常信号HL1 HL6输煤机组单机运行指示 FRM1 M6 过载保护信号 表 1 1 输煤机组控制信号说明 第 2 章 方案论证 2 1 PLC 控制系统设计的原则和方法 对于电气控制设备 任何 PLC 控制系统的设计都是在控制方式和电动机技术数据确 定以后进的是设备控制要求和工艺流程的具体化 PLC 控制系统设计应该遵循以下原则 1 应最大限度地满足生产机械的工艺要求 并能根据需要方便地进行修改 2 容易掌握 便于操作 3 整个 PLC 控制系统及控制电路安全可靠 简单 具有较高的性能价格比 4 合理地选择 PLC 机型及电器元件 2 2 方案的确定 由于该系统控制输入点数较多 有 2 个输入开关分别控制手动控制 9 个输入按钮分 别为 SB1 和 SB2 为自动开车 停车按钮 SB3 为事故紧急停车按钮 SB4 SB9 分为 6 个 电动机控制按钮 输出点数也较多 如果采用继电 接触器控制方式 控制电路将会很复 杂 而且可靠性难保证 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 第 3 章 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 4 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 由于破碎 机 M3 功率为 13KW 和 2 送煤机 M5 功率为 75KW 都比 7 5KW 大 所以采用星 三角降 压启动 其余负载均采用直接启动方式 主电路图见图 3 1 图 3 1 锅炉车间输煤机组系统主电路图 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 4 QF 为电源总开关 既可完成主电路的短路保护 又起到分断三相交流电源的作用 使用较为方便 3 1 2 电器元件的选择 1 输入 输出接口 I O 数量 输入端口 14 个 输出端口 10 个 SIMATICS7 200 系列 PLC 硬件配置灵活 既可以用一个单独的 S7 200 CPU 构成一个简单的数字量 控制系统 也可通过扩展电缆进行数字量 I O 模块 模拟量 I O 模块或智能接口模块的 扩展 构成较复杂的中等规模控制系统 2 因为负载有直流供电有交流供电 所以采用输出形式为继电器 3 对于 CPU224 模块 本机输入地址为 I0 0 I0 7 和 I1 1 I1 5 输出地址为 Q0 0 Q0 7 5 和 Q1 0 Q1 1 因为基本单元自带的 I O 接口不能满足控制系统要求 因此需要数字量 I O 扩展单元 与基本的单元相连 并使基本单元的寻址功能对模块上的 I O 接口进行控制 S7 200 系列 PLC 目前可以提供的有 3 种类型的数字量输入 输出模块 即 EM221 EM222 EM223 查阅数字量输入 输出模块各类型型号特点 首先采用一个 EM222 的 8 继电器输出 扩展模块 EM222 的 I O 地址范围是 Q2 0 Q2 7 不能满足控制要 求 又因为 CPU224 能够扩展 7 个模块 因为控制要求输出有 21 个 另需一个 EM223 的 DI4 DO4 DC 24V 继电器 扩展模块 EM223 的 I O 地址范围是 Q3 0 Q3 3 满足系统 控制要求 本机与扩展连接形式见图 3 2 模块连接图 图 3 2 模块连接图 3 2 软件系统设计 3 2 1 I O 地址分配表 对软件设计来说 分配 I O 点地址以后才可以进行编程 才可以绘制电气接线图 装 配图 根据接线图和安装图安装控制柜 由上硬件系统的选择可知控制系统由一个 CPU224 及两个扩展模块 EM222 EM223 各模块各分配地址如下 CPU224 基本单元的 I O 地址如下 I0 0 I0 1 IO 2 I0 3 I0 4 I0 5 I0 6 I0 7 I1 1 I1 2 I1 3 I1 4 I1 5 I1 6 I1 7 Q0 0 Q0 1 Q0 2 Q0 3 Q0 4 Q0 5 Q0 6 Q0 7 Q1 0 Q1 1 第一个扩展模块 EM222 的 I O 地址 Q2 0 Q2 1 Q2 2 Q2 3 Q2 4 Q2 5 Q2 6 Q2 7 第二个扩展模块 EM223 的 I O 地址 Q3 0 Q3 1 Q3 2 PLC 输入输出接口地址分配表见 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 1 2输煤机组自动控制开关SA1 2I0 2 3输煤机组自动开车按钮SB1I1 1 6 4输煤机组自动停车按钮SB2I1 2 5输煤机组紧急停车按钮SB3I1 3 6给料器磁选料器手动按钮SB4I1 4 71 送煤机手动按钮SB5I1 5 8破碎机手动按钮SB6I1 6 9提升机手动按钮SB7I1 7 102 送煤机手动按钮SB8I2 0 11回收机手动按钮SB9I2 1 12M1 M6 YA 过载保护信号FRI0 0 表 3 5 输入接口地址分配表 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 1 21 送煤机接触器KM2Q0 2 3破碎机接触器KM3Q0 3 4提升机接触器KM4Q0 4 52 送煤机接触器KM5Q0 5 6回收机接触器KM6Q0 6 7紧急停车指示灯HL8Q1 7 8系统正常运行指示灯HL9Q2 1 9系统故障运行指示灯HL10Q2 2 10报警电铃HAQ2 0 11输煤机组单机运行指示HL1Q1 1 12输煤机组单机运行指示HL2Q1 2 13输煤机组单机运行指示HL3Q1 3 14输煤机组单机运行指示HL4Q1 4 15 输煤机组单机运行指示HL5Q1 5 16输煤机组单机运行指示HL6Q1 6 表 3 6 PLC 输出接口地址分配表 3 2 2 PLC 控制电路接线图 7 绘制 PLC 控制电路接线图 如图 2 2 图 3 3 I O 接线图 3 2 3 系统工作流程图 8 9 图 3 4 系统工作流程图 3 2 4 梯形图 输煤机组的控制过程分为 2 个 分别是自动运行方式和手动控制方式 在自动控制 模式下 要求各负载从 M6 到 M1 经过同样间隔时间逆序自动启动 然后从 M1 到 M6 顺 序自动经过同样间隔时间停止 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 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 10 11 12 13 14 15 16 第 4 章 系统调试 1 硬件调试 硬件调试是利用开发系统 基本测试仪器 万用表 示波器等 检 查用户系统硬件中存在的故障 静态调试 第一步 用万用表测试 先用万用表复核可能有疑问的连接点 再检测各种电源线 与地线之间是否有短路现象 第二步 加电检测 检测所有的插座或是器件的电源端是否符合要求的值 第三步 是联机检查 因为只有用可编程控制器开发系统才能完成对用户系统的调 试 动态调试 首先我们进行了自动的调试 按下 SB1 自动部分开始运行 5 秒后 第一个灯亮 10 秒后第二个灯亮 直到最后一个灯亮 当灯全部亮时 正常运行指示灯 HL9 亮 如果 17 又一个或几个灯不亮 那么系统故障指示灯就会亮 按下手动停止按钮 SB2 5 秒后 第 一个灯熄灭 10 秒后第二个灯熄灭 按此直到最后一个灯熄灭 2 软件调试 通过对用户程序的汇编 执行来发现程序中存在的语法错误加以排除 纠正的过程 查看程序是否有逻辑的错误 如果出现故障 应返回编程环境 检查梯形 图的错误并修改程序再进行调试 第 5 章 设计总结 这次的课程设计 让我感受深刻 首先让我对 PLC