热电厂输煤自动控制系统的设计

石家庄铁道大学四方学院毕业设计 热电厂输煤自动控制系统的设计 The Design of Coal Power Plant Control System 2013 届 电气工程 系 专 业 电气工程及其自动化 学 号 学生姓名 指导教师 完成日期 2013 年 5 月 27 日 毕业设计成绩单 学生姓名学号班级专业电气工程及其自动化 毕业设计题目热电厂输煤自动控制系统的设计 指导教师姓名 指导教师职称讲师 评 定 成 绩 指导教师 得分 评阅人得分 答辩小组 组长 得分 成绩 院长 主任 签字 年 月 日 毕业设计任务书 题 目热电厂输煤自动控制系统的设计 学生姓名学号班级专业电气工程及其自动化 承担指导任务单位电气工程系 导师 姓名 导师 职称 讲师 一 主要内容 热电厂输煤系统分卸煤与上煤两大部分 料斗和 1 3 皮带负责把煤由铁路从煤场输送到 配煤场 煤在配煤场经碾碎去渣和铁硝石 由给煤机给煤经 4 A 7 A 到 0 或者 4 B 7 B 到 0 送进锅炉 共 12 条皮带 配煤场靠近铁路 与发电房侧的电控室相距 1000M 方案要求用 一台 PLC 控制卸煤 给煤 PLC 与 PC 之间不通讯 二 基本要求 1 系统启动前各台设备预警 2 地面输煤生产线上各设备按逆煤流方向顺序延时起动 按顺煤流方向顺序延时停车 3 输煤线上任一设备因故障或其它原因停车时 来煤方向各设备立即停车 顺煤方向顺序 延时停车 以避免堆煤 减少皮带压煤 4 在紧急情况下 任一设备都可通过现场急停按钮实现紧急停车 5 对各台设备的运转状态实时自动检测 并将信息传输给 PLC 6 各台设备的运转情况及故障报警等信息都可以由显示灯显示出来 三 主要技术指标 或研究方法 1 设计应贯彻最新国家标准 2 根据控制选择 PLC 型号 分配 I O 端口 3 设计 I O 电路 选择电器元件 4 绘制电气控制系统图 梯形图 绘制用户程序短语表并模拟调试 5 编制元件清单 6 编写设计 使用说明书 四 应收集的资料及参考文献 1 小型可编程序控制器原理与实践 辽宁科技出版社 2 可编程控制器应用技术 机械工业出版社 3 建筑电气控制技术 窦晓霞 高等教育出版社 4 现代建筑电气控制技术应用 陈志新 机械工业出版社 五 进度计划 第 1 2 周 收集资料 作开题报告 第 3 4 周 分析 确定方案 第 5 7 周 系统软 硬件设计 第 8 周 中期检查 第 9 12 周 模拟调试 第 13 14 周 论文审核定稿 第 15 16 周 答辩 教研室主任签字时 间 年 月 日 毕业设计开题报告 题 目热电厂输煤的自动控制 学生姓名学号班级专业电气工程及其自动化 一 课题来源及研究的目的和意义 随着我国电力事业的飞速发展 火电厂单机容量及生产过程的控制模块不断增大 裕兴参数 越来越高 主辅机及其相应的热力设备和系统更加复杂 输煤系统是电力生产燃料供应的有利保 证 是电厂辅助系统的重要组成部分 因此在输煤系统中选择比较有优势的 PLC 控制系统 整个 控制过程具有正常运行及事故处理 各种参数的监测 报警信号的发出 装置的调节 控制及设 备危险时的保护功能 实践证明 PLC 系统可以有效的防止事故的扩大 保证设备和人身的安全 二 国内外在该方向的研究现状及分析 国外火力发电厂输煤系统大多数以采用 PLC 计算机控制方式来实行高效的自动化生产 以国 外某火力发电厂输煤系统为例 该输煤控制系统采用 PLC 控制系统 选用的是罗克韦尔公司系列 产品 PLC 主机为 2 台 双机双揽热备用 备用装置与工作主机进行在线跟踪 在工作主机故障 退出运行时 备用主机可以进行无惯性的切换 接替主机的工作 一保证控制系统的无扰动运行 操作员 程师站都配置 iFix3 5 软件 互为冗余 保证输煤控制系统的信息在网络上正确的传递 实现本地的监控的需要 这样从系统的角度来看 从下位 PLC 的 CPU 通讯模块 交换机 网线 到上位的监控计算机和监控原件 消除了单点故障 系统具有很高的可用性和可靠性 国内早起火力发电厂输煤系统大多数采用的是就地手动控制方式或集中控制方式 即是一种 基于继电接触器和技工手动方式的半自动化系统 一般在每条皮带附近均没有一个就地操作室 每个操作室内都需要人员进行监视和操作 并且通过电话 广播等形式实现系统的联动 这种设 计不仅需要占用大量的人力资源 大大降低了电厂的生产效率 同时 由于现场环境的十分恶劣 对员工的身体也早造成了很大的伤害 目前国内较新的火力发电厂中只属于辅机系统之一 从而导致对整个输煤系统往往缺少重视 缺乏统筹考虑及规划 多数仍就采用集中程序控制方式 却并没有采用最先进的微机分级控制方 式 最终使其无法体现出当今自动化系统的优秀特性 输煤系统是火力发电厂中较为庞大的一个辅助系统 随着我国电力工业的迅速发展 火电厂 的装机容量和单机容量的日益增大输煤系统的规模也大幅度的上升 对其控制方式 运行水平的 要求也越来越高 输煤程控系统主要是可编程控制器为主 实现输煤系统的自动化控制 与强电 集中的控制相比 在技术上具有控制功能强 编程简单 实现工艺联锁方便 可省去大量接线 维护方便 PLC 不仅能完成复杂的继电器控制逻辑 而且也可以实现模拟量的控制实现远程通讯 目前 PLC 在输煤系统的应用基本上限于设备级 各系统处于各自的 PLC 控制下互相间基本独立 输煤系统实现城程序控制盒工业电视系统监视对提高输煤系统的可靠性 减少岗位人员和他们的 劳动强度 加强输煤过程的运行管理和节能 实现状态检修具有非常重要的意义 三 主要研究内容 1 系统启动前各台设备预警 2 地面输煤生产线上各设备按逆煤流方向顺序延时起动 按顺煤流方向顺序延时停车 3 输煤线上任一设备因故障或其它原因停车时 来煤方向各设备立即停车 顺煤方向顺序延时 停车 以避免堆煤 减少皮带压煤 4 在紧急情况下 任一设备都可通过现场急停按钮实现紧急停车 5 对各台设备的运转状态实时自动检测 并将信息传输给 PLC 6 各台设备的运转情况及故障报警等信息都可以由显示灯显示出来 四 研究方案 本设计主要以传送带输煤为设计对象 采用 PLC 控制技术 保证输煤系统稳定可靠运行 PLC 控制系统主要包括电动机 料斗电磁阀 犁煤机 可编程控制器 本设计中有 12 台传送带电 机 2 台犁煤机 电动机选择 30kw 的功率 系统具有自动和手动操作功能和故障报警 根据上述 设计要求 进行系统总控制的方案设计 PLC 硬件设备的选型 I O 输入输出点数 系统的硬件连 接图 设计梯形图的程序并且程序进行调试和仿真 五 预期达到的目标 设计利用三菱的 PLC 控制皮带输送机输送过程中的各时间继电器和中间继电器 在上煤时 依次启动每台电动机 避免系统遭受过分冲击 稳定启动过程 在停止上煤时 使各皮带机反顺 序停 保证输煤的稳定运送 避免皮带机的积料等问题 从而使得继电器控制系统的硬件结构简 化 稳定性可靠性大为提高 指导教师签字时 间年 月 日 摘 要 传统的热电厂输煤控制系统是一种基于继电接触器的系统 由于输煤系统现场环境 十分恶劣 不仅极大损害了工人的身体健康 而且由于输煤系统范围大 经常有皮带 跑偏 皮带撕裂及落煤管堵塞等等麻烦 大大降低了发电厂的生产效率 随着发电厂 规模的扩大 对煤量的需求大大提高 传统的输煤系统己无法满足发电厂的需要 本设计以 PLC 控制技术为核心 以传送带输煤为设计对象 让传送带依次延时逆 煤启动 延时顺煤方向停止 自动进行上煤和卸煤功能 并且具有上煤和卸煤的预警 信号和故障时自动报警的能力 输煤系统的传送带是由电动机提供动力 利用 GX Developer 来进行仿真 可以直接观看各个传送带的运行状态 采用整个控制系统结构 简单 维修方便 经济适用 本文在充分考虑输煤系统的作用和运行可靠性基础上 设计了一条两路多段互为 备用的输煤系统 从结构上保证了输煤系统的运行可靠性 最终实现了由料斗和 1 3 皮带依次启动输送至配煤场 再由 4 7 皮带传送至锅炉 关键词 输煤控制系统 传送带 PLC Abstract Conventional thermal power plant coal handling system is based on relay contacts system because coal handling system environment is very bad scene not only greatly damaged the health of workers and because the coal handling system range often with belt deviation belt tear crack and coal chute blockage so cumbersome greatly reducing the productivity of plants As the plant grows the demand for coal has greatly improved the traditional coal handling system has been unable to meet the plant s needs The design of PLC control technology as the core coal conveyor design objects so in turn delay counter coal conveyor start stop delay direction along the coal coal and coal unloading on automatically it also has the unloading of coal and warning signal when the automatic alarm and fault capacity coal conveyor system is powered by an electric motor to simulate the use of GX Developer you can directly watch the running status of each belt Using the entire control system is simple easy maintenance affordable In this paper give full consideration to the role and operation of coal handling system reliability based on the design of a two way multi segment mutual backup coal handling system from the structure to ensure the coal handling system reliability Ultimately realized by the hopper and 1 3 converyor belt starts to turn coal field then by 4 7 and sent to the boiler belt Key words Coal transfer Conveyor PLC 目 录 第 1 章 绪论 1 1 1 课题研究的目的意义 1 1 2 国内外研究现状 1 1 3 论文研究内容 2 第 2 章 可编程序控制器的概况 3 2 1 PLC 的概念及发展 3 2 1 1 可编程序控制器的历史 3 2 1 2 可编程序控制器的物理结构 4 2 1 3 可编程序控制器的特点及应用 4 2 2 PLC 控制系统的设计步骤 5 第 3 章 系统的硬件设计 7 3 1 器件的选择 7 3 1 1 PLC 机型的选择 7 3 1 2 电动机的选型 8 3 1 3 其他元件的选型 9 3 2 I O 接线图 10 3 3 电机主电路图的设计 11 第 4 章 系统的软件设计 12 4 1 系统软件控制 12 4 2 卸煤控制部分 14 4 3 上煤部分的控制 20 第 5 章 仿真 26 第 6 章 结论与展望 28 6 1 结论 28 6 2 展望 28 参考文献 29 致谢 30 附录 31 附录 A 外文资料 31 附录 B 上煤步进流程 39 附录 C 梯形图 42 附录 D 指令表 47 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 1 第 1 章 绪 论 皮带传输系统因其结构简单 使用方便 造价低廉被广泛应用于工业 商业 农 业 医药 军事等方面 在采矿运输 冶金送料 车站及码头的货物运输更是广泛使 用 同样 发电厂的输煤系统也采用皮带传输 热电厂输煤系统是热工厂中较为庞大的一个公用系统 其任务是卸煤 配煤 上 煤以达到按时 保质 保量的为机组提供燃煤的目的 1 1 课题研究的目的意义 传统的热电厂输煤控制系统是一种基于继电接触器 现场环境十分恶劣 工人们 通过开动承前起后的皮带运输机及取煤机向锅炉前的储煤仓输煤 经常有皮带跑偏 皮带撕裂及落煤管堵塞等等故障 但对热电厂而言 蒸汽工序的炉膛是不容许断煤的 输煤系统工作时尽量将煤装满储煤仓 不仅可以保证输煤系统故障时 工人们有足够 的时间排除故障 也可以保证输煤设备有充分的时间检修 随着发电厂规模的迅速扩 大 输煤系统的作用日益突出 而传统的输煤系统已无法满足热电厂的需要 因此需 要对传统的发电厂输煤系统进行改造 传统输煤系统具有以下特点 1 任务重 为了保证工业用煤 输煤系统必须始终处于完好的状态 日累计运行 时间达 8 10h 以上 2 运行环境差 劳动强度大 由于各种因素造成输煤系统的运行环境恶劣 脏污 需要占用大量的辅助劳动力 3 一次起动设各多 安全联锁要求高 同时起动的设备高达 20 30 台以上 在起 动或停机过程中有严格的联锁要求 1 1 2 国内外研究现状 国外火力发电厂输煤系统大多数以采用 PLC 计算机控制方式来实行高效的自动化 生产 以国外某火力发电厂输煤系统为例 该输煤控制系统采用 PLC 控制系统 选用 的是罗克韦尔公司系列产品 PLC 主机为 2 台 双机双揽热备用 备用装置与工作主机 进行在线跟踪 在工作主机故障 退出运行时 备用主机可以进行无惯性的切换 接 替主机的工作 一保证控制系统的无扰动运行 操作员 程师站都配置 iFix3 5 软件 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 2 互为冗余 保证输煤控制系统的信息在网络上正确的传递 实现本地的监控的需要 这样从系统的角度来看 从下位 PLC 的 CPU 通讯模块 交换机 网线到上位的监控 计算机和监控原件 消除了单点故障 系统具有很高的可用性和可靠性 国内早起火力发电厂输煤系统大多数采用的是就地手动控制方式或集中控制方式 即是一种基于继电接触器和技工手动方式的半自动化系统 一般在每条皮带附近均没 有一个就地操作室 每个操作室内都需要人员进行监视和操作 并且通过电话 广播 等形式实现系统的联动 这种设计不仅需要占用大量的人力资源 大大降低了电厂的 生产效率 同时 由于现场环境的十分恶劣 对员工的身体也早造成了很大的伤害 目前国内较新的火力发电厂中只属于辅机系统之一 从而导致对整个输煤系统往 往缺少重视 缺乏统筹考虑及规划 多数仍就采用集中程序控制方式 却并没有采用 最先进的微机分级控制方式 最终使其无法体现出当今自动化系统的优秀特性 2 1 3 论文研究内容 本文主要是利用 PLC 控制传送带一次启动 系统启动前各台设备预警 在正常情 况下 地面输煤生产线上各设备按逆煤流方向顺序延时起动 按顺煤流方向顺序延时 停车 输煤线上任一设备因故障或其它原因停车时 来煤方向各设备立即停车 顺煤 方向顺序延时停车 以避免堆煤 减少皮带压煤 在紧急情况下 任一设备都可通过 现场急停按钮实现紧急停车 对各台设备的运转状态实时自动检测 并将信息传输给 PLC 各台设备的运转情况及故障报警等信息都可以由显示灯显示出来 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 3 第 2 章 可编程序控制器的概况 2 1 PLC 的概念及发展 现代社会要求制造业对市场需求作出迅速的反应 生产出小批量 多品种 多规 格 低成本和高质量的产品 为了满足这一要求 生产设备和自动生产线的控制系统 必须具有极高的可靠性和灵活性 可编程序控制器正是顺应这一要求出现的 它是以 微处理器为基础的新型工业控制装置 已经成为当代工业自动化的主要支柱之一 可编程序控制器 Programmable Controller 本来应简称 PC 为了与个人计算机 Personal Computer 的简称 PC 相区别 现在一般将可编程序控制器简称为 PLC Programmable Logic Controller 2 1 1 可编程序控制器的历史 可编程序控制器的产生和发展与继电器控制系统又很大的关系 继电器已有上百 年的历史 它是一种用弱电信号控制强电信号的电磁开关 在复杂的继电器控制系统 中 故障的查找和排除是非常困难的 可能会花费大量时间 严重地影响生产 3 1968 年 美国最大的汽车制造厂家 通用汽车公司 GM 提出了研制可编程序 控制器的基本设想 即 1 编程简单 可在现场修改程序 2 维护方便 采用插件式结构 3 可靠性高于继电器控制柜 4 体积小于继电器控制柜 5 成本可与继电器控制柜竞争 6 可将数据直接送入计算机 7 可直接使用 115V 交流输入电压 8 输出采用 115V 交流电压 能直接驱动电磁阀 交流接触器等负载 9 通用性强 扩展方便 10 能存储程序 存储器容量可扩展到 4KB 1969 年 美国数字设备公司 DEC 研制出了世界上第一台可编程序控制器 70 年代初期出现了微处理器 它的体积小 功能强 价格便宜 很快被用于可编 程序控制器 使它的功能增强 工作速度加快 体积减小 可靠性提高 成本下降 可编程序控制器不仅能实现对开关量的逻辑控制 还具有数学运算 数据处理 运动 控制 模拟量 PID 控制 通信联网等功能 在发达的工业化国家 可编程序控制器已 经广泛地应用在所有的工业部门 其应用已扩展到楼宇自动化 家庭自动化 商业 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 4 公用事业 测试设备和农业等领域 2 1 2 可编程序控制器的物理结构 根据硬件结构的不同 可以将可编程序控制器分为整体式 模块式和叠装式 1 整体式可编程序控制器 整体式又叫单元式或箱体式 CPU 模块 I O 模块和电源装在一个箱状机壳内 机 构非常紧凑 它的体积小 价格低 小型可编程序控制器一般采用整体式机构 2 模块式可编程序控制器 大 中型可编程序控制器和部分小型可编程序控制器采用模块式机构 模块式可 编程序控制器用搭积木的方式组成系统 它由框架和模块组成 模块插在模块插座上 后者在框架中的总线连接板上 可编程序控制器厂家备有不同槽数的框架供用户选用 如果一个框架容纳不下所选用的模块 可以增设一个或数个扩展框架 各框架之间用 I O 扩展电缆相连 有的可编程序控制器没有框架 各种模块安装在基板上 3 叠装式可编程序控制器 三菱公司的 FX 系列可编程序控制器吸取了整体式和模块式可编程序控制器的优点 它的基本单元 扩展单元和扩展模块的高度和深度相同 但是宽度不同 它们不用基 板 仅用扁平电缆连接 紧密拼装后组成一个整齐的长方体 输入 输出点数的配置 也相当灵活 有人将这种结构称为叠装式 4 2 1 3 可编程序控制器的特点及应用 1 PLC 的特点 PLC 可靠性高 抗干扰能力强 通用性高 使用方便 程序设计简单 易学 系 统设计周期短 安装简便 调试方便 维护工作量小 2 PLC 的应用 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 开关量的逻辑控制 这是 PLC 最基本 最广泛的应用领域 它取代传统的继电器电路 实现逻辑控制 顺序控制 既可用于单台设备的控制 也可用于多机群控及自动化流水线 如注塑机 印刷机 订书机械 组合机床 磨床 包装生产线 电镀流水线等 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 为了使可编程控制器处理模拟量 必须实现模拟量 Analog 和数字 量 Digital 之间的 A D 转换及 D A 转换 PLC 厂家都生产配套的 A D 和 D A 转换模 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 5 块 使可编程控制器用于模拟量控制 运动控制 PLC 可以用于圆周运动或直线运动的控制 从控制机构配置来说 早期直接用于 开关量 I O 模块连接位置传感器和执行机构 现在一般使用专用的运动控制模块 如 可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块 世界上各主要 PLC 厂家的产 品几乎都有运动控制功能 广泛用于各种机械 机床 机器人 电梯等场合 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 大中型 PLC 都有 PID 模块 目前许多小型 PLC 也具有此功能 模块 PID 处理一般是运行专用的 PID 子程序 过程控制在冶金 化工 热处理 锅 炉控制等场合有非常广泛的应用 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 这些数据可 以与存储在存储器中的参考值比较 完成一定的控制操作 也可以利用通信功能传送 到别的智能装置 或将它们打印制表 通信及联网 PLC 通信含 PLC 间的通信及 PLC 与其它智能设备间的通信 新近生产的 PLC 都 具有通信接口 通信非常方便 5 2 2 PLC 控制系统的设计步骤 PLC 控制系统设计包括硬件设计和软件设计 所谓硬件设计 是指 PLC 外部设备 的设计 而软件设计即 PLC 应用程序的设计 整个系统的设计分以下 5 步进行 1 熟悉被控对象 深入了解被控系统是设计控制系统的基础 设计人员必须深入现场 认真调查研 究 收集资料 并于相关技术人员和操作人员一起分析讨论 相互配合 共同解决设 计中出现的问题 这一阶段必须对被控对象所有功能全面的了解 对对象的各种动作 及动作时序 动作条件 必要的互锁与保护 电气系统与机械 液压 气动及各仪表 等系统间的关系 PLC 与其他设备的关系 PLC 之间是否通信联网 系统的工作方式 及人机界面 需要显示的物理量及显示方式等 2 硬件选择 系统 I O 设备的选择 输入设备包括按纽 位置开关 转换开关及各种传感器等 输出设备包括继电器 接触器 电磁阀 信号指示灯及其它执行器等 选择 PLC PLC 选择包括对 PLC 的机型 容量 I O 模块 电源等的选择 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 6 PLC 的 I O 端口分配 在进行 I O 通道分配时应给出 I O 通道分配表 表中应包 含 I O 编号 设备代号 名称及功能等 绘制 PLC 外围硬件线路图 画出系统其它部分的电气线路图 包括主电路和未 进入 PLC 的控制电路等 由 PLC 的 I O 连接图和 PLC 外围电气线路图组成系统的电 气原理图 到此为止系统的硬件电气线路已经确定 计数器 定时器及内部辅助继电器的地址分配 6 3 编写应用程序 根据控制系统的要求 采用合适的设计方法来设计 PLC 程序 程序要以满足系统 控制要求为主线 逐一编写实现各控制功能或各子任务的程序 逐步完善系统指定的 功能 程序通常还应包括以下内容 初始化程序 在 PLC 上电后 一般都要做一些初始化的操作 为启动作必要的 准备 避免系统发生误动作 初始化程序的主要内容有 对某些数据区 计数器等进 行清零 对某些数据区所需数据进行恢复 对某些继电器进行置位或复位 对某些初 始状态进行显示等等 检测 故障诊断和显示等程序 这些程序相对独立 一般在程序设计基本完成 时再添加 保护和连锁程序 保护和连锁是程序中不可缺少的部分 必须认真加以考虑 它可以避免由于非法操作而引起的控制逻辑混乱 4 程序调试 程序调试分为 2 个阶段 第一阶段是模拟调试 第二阶段是现场调试 程序模拟调试 以方便的形式模拟产生现场实际状态 为程序的运行创造必要的 环境条件 根据产生现场信号的方式不同 模拟调试有硬件模拟法和软件模拟法两种 形式 7 硬件模拟法是使用一些硬件设备 如用另一台 PLC 或一些输入器件等 模拟产 生现场的信号 并将这些信号以硬接线的方式连到 PLC 系统的输入端 其时效性较强 软件模拟法是在 PLC 中另外编写一套模拟程序 模拟提供现场信号 其简单易 行 但时效性不易保证 模拟调试过程中 可采用分段调试的方法 并利用编程器的 监控功能 现场调试 当控制台及现场施工完毕 程序模拟调试完成后 就可以进行现场调 试 如不能满足要求 须重新检查程序和接线 及时更正软硬件方面的问题 5 编写技术文件 技术文件包括硬件连接图 安装接线图 电气元件明细表 PLC 程序以及使用说 明书等 7 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 7 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 8 第 3 章 系统的硬件设计 PLC 控制系统的硬件设计是指硬件选型 近十几年来 国内外众多生产厂家提供 了多种系列 功能各异的 PLC 产品 已有几十个系列 几百种型号 PLC 品种繁多 其结构形式 性能 I O 点数 用户程序存储器容量 运算速度 指令系统 编程方法 和价格等各有不同 使用场合也各有侧重 因此 合理选择 PLC 对提高 PLC 控制系 统的技术 经济指标起着重要作用 8 3 1器件的选择 3 1 1 PLC 机型的选择 在考虑上述因素后 还要根据工程应用实际考虑其它一些因素 包括 性能价格比 毫无疑问 高性能的机型必然需要较高的价格 在考虑满足需要的 性能后 还要根据工作的投资状况来确定机型 备品备件的统一考虑 无论什么样的 设备 投入生产以后都要具有一定数量的备品备件 在系统软件设计时 对于一个工 厂来说应尽量与原有设备统一机型们这样就可减少备品备件的种类和资金积压 同时 还有考虑备品备件的来源 所选机型要有可靠的订货来源 计数支持 选定机型时还 要考虑有可靠的计数支持 这些支持包括必要的技术培训 设计指导 系统维修等内 容 以此为依据 我选用三菱公司的 FX2N系列可编程序控制器 FX2N是 FX 系列中功 能最强 速度最高的微型可编程序控制器 完全符合此设计的要求 9 整个热电厂输煤控制系统由一台 PLC 控制 共有 0 7 等 12 条输送带 由一个 控制室控制 将这一台 PLC 放在此控制室 对其说明如下 1 控制要求 整个控制系统可以分为卸煤和上煤两个部分 1 2 3 输送带主要完成卸煤部 分的工作 此部分具有紧急停止和故障报警的功能 按下起动按钮 电铃向各岗位发 出预告信号 电铃响 5s 后自动停止 然后起动 3 输送带 再按逆煤流方向逐一起动每 台联锁电机 最后一台电机起动完后 各台设备正常运行 正常停机按下停止按钮 料斗停止下煤 经一定延时后 各输送带按顺煤流方向依次延时停机 如果遇其设备 故障 该设备及其前面的设备立即停机 而该输送带以后的皮带待料运完后停机 10 0 4 5 6 7 输送带主要完成上煤部分的工作 其与卸煤部分的要求一致 只 是有 AD BD 两种方式选择来运行 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 9 2 系统原理框图如图 3 1 图 3 1 系统原理框图 3 控制对象如表 3 1 表 3 1 控制对象 卸煤部分料斗电磁阀 1 个 皮带传动电动 机 3 台 上煤部分犁煤机 2 台皮带传动机 9 台 输入 输出点数分配如下 1 输入点 卸煤 上煤时的联锁启动 停止 紧急停止需要 6 个输入点 控制料 斗 1 3 皮带机需要 4 个输入点 AD BD 的工作方式的选择需要 1 个输入点 犁 煤机 2 台 4 A 7 A 4 B 7 B 和 0 皮带机需要 11 个输入点 共需要 22 个输入点 2 输出点 卸煤 上煤时的联锁启动预告电铃和故障报警电铃需要 4 个输出点 控制料斗电磁阀和 1 3 皮带机需要 4 个输出点 犁煤机 2 台 4 A 7 A 4 B 7 B 和 0 皮带机需要 11 个输出点 共需要 19 个输出点 综上所述 共需要 22 个输入点 19 个输出点 并考虑一定的裕量 我选择的 PLC 型号为 FX2N 64MR 的 PLC 3 1 2 电动机的选型 电机根据系统的要求选择Y系列三相异步电动机 电动机的定子饶阻为 接法 采 用B级绝缘 采用全压启动 电动机的额定电压为380V 额定频率为50HZ 输送带电 动机Y200L1 2 电机功率为30KW 额定电流是56 9A 转速2950r min 效率90 功 率因数0 89 PLC 状态检测 实施单元 操作部分 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 10 3 1 3 其他元件的选型 根据选型选用元件如下表 3 2 所示 表 3 2 元件列表 序号元件名称元件代号型号数量 1低压断路器QFDZ15 40 390113 2按钮开关SBLA19 11B D6 3热继电器FRJR16 6312 4熔断器FUNGT0036 1 熔断器的选型 熔体额定电流的选择 保护单台电动机 熔体的额定电流按 3 1 所示选取 3 1 NfN II 5 2 5 1 式中 为电动机的额定电流 N I 熔断器类型的选择 根据负载保护特性的短路电流大小及安装条件来选择 保护 多台电动机 若各台电动机不同时启动熔体的额定电流按下式 3 2 选取 3 2 NNfN III max 5 2 5 1 式中 为容量最大一台电动机的额定电流 是除容量最大的电动机之外 maxN I N I 其余电动机额定电流之和 2 热继电器的选型 热继电器结构形式的选择主要取决于电动机绕组接法及是否要求断相保护 热继 电器热元件的整定电流可按下式 3 3 选取 3 3 edFRN II 05 1 95 0 式中 为热元件整定电流 为电动机的额定电流 FRN I ed I 在工作环境恶劣 电动机频繁启动情况下 热继电器也可根据公式 3 4 选取 3 4 edFRN II 5 1 15 1 低压断路器的额定电压应不小于保护线路的额定电压 低压断路器的额定电流应 不小于它所安装的脱扣器的额定电流 脱扣器的额定电流应不小于线路的计算电流 脱 扣电流为 40A 热继电器选用的是 63A 额定电流的热继电器 熔断器选用的是 80 160A 额定电流的熔断器 3 按钮的选择 本次设计选用 LA19 11B D 主要用于交流工作电压至 380V 和直流工作电压至 220V 的控制电路 作控制 信号 联锁之用 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 11 3 2I O 接线图 PLC 的端子接线图就是 PLC 的外围接线图 分输入与输出端口 本控制系统中 输入端子有按钮 输出端子有中间继电器 报警器 PLC 端子接线图如图 3 2 图 3 2 PLC 端子接线图 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 12 3 3电机主电路图的设计 由于所有的皮带电机和给煤机的工作方式和工作环境是一样的 所以衙门的主电 路的接线方式是类似的其主电路的接线图如图3 3所示 图3 3 电机接线图 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 13 第 4 章 系统的软件设计 热电厂输煤控制系统主要是通过皮带运机完成卸煤及上煤任务 本设计采用以 PLC 为核心控制 12 台皮带运输机 其中 1 3 皮带机完成卸煤任务 4 7 有 AD BD 两条输送线供选择 皮带机完成上煤任务 12 台皮带运输机 犁煤机分别用 14 台电动机 M1 M14 带动 4 1 系统软件控制 系统软件设计分为两部分 卸煤部分和上煤部分 卸煤部分和上煤部分都有公共 程序部分以及自动部分 在这两部分控制中主要包括起动 停止 紧急停止和故障停 止四个部分 系统的自动控制控制如下 1 起动 起动时 为了避免在前段运输皮带上造成煤料堆积而造成事故 系统要 求逆煤料的流动方向按一定时间间隔顺序起动 即先起动该段的最后一台皮带机或设 备 经过 5s 延时后 再依次延时起动该段的其它皮带机和设备 起动时 先预警各设 备 经 5s 的延时后才起动各设备 卸煤部分 先起动 3 皮带机 经 5s 延时 起动 2 皮带机 经过 5s 延时 起动 1 皮带机 再经过 5s 延时 起动料斗 完成卸煤部分的起动过程 上煤部分 先起动 0 皮带机 同时要选择上煤的路线 经 5s 延时 起动 7 皮带 机 经过 5s 延时 起动 6 皮带机 经过 5s 延时 起动 5 皮带机 经过 5s 延时 起动 4 皮带机 再经过 5s 延时 犁煤机起动 完成上煤部分的起动过程 6 2 停止 停止时为了使运输皮带上不残留煤料而造成事故 系统要求顺煤料流动 方向按一定时间间隔顺序停止 即先停止最前一台皮带机或设备 待 5S 延时后 在依 次停止其它皮带机或设备 卸煤部分 先停止料斗 经过 5s 延时后 1 皮带机停止 经 5s 延时后 2 皮带机 停止 再经 5s 延时 3 皮带机停止 完成卸煤部分的停止过程 上煤部分 先停止犁煤机 经过 5s 延时后 4 A 或 4 B 皮带机停止 经过 5s 延 时后 5 A 或 5 B 皮带机停止 经过 5s 延时后 6 A 或 6 B 皮带机停止 经过 5s 延 时后 7 A 或 7 B 皮带机停止 再经过 5s 延时后 0 皮带机停止 完成上煤部分的停 止过程 3 紧急停止 当整个系统遇有紧急情况或故障时 系统将无条件的把全部皮带机 停止 4 故障停止 当某台皮带机或设备发生故障时 该皮带机及其前面的皮带机立即 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 14 停止 而该皮带机以后的皮带机待煤料运完后才停止 如卸煤部分 1 皮带机遇有故障 时 1 皮带机和料斗立即停止 经 5s 延时 2 皮带机停止 再经过 5s 延时 3 皮带机 停止 在设计中 首先将根据输入输出将 PLC 的输入输出点确定 分配所对应的触点 其 I O 分配如表 4 1 所示 表4 1 系统I O点分配清单 输入设备输入点分配输出设备输出点分配 卸煤启动按钮 卸煤停止按钮 卸煤急停按钮 料斗电磁阀 1 皮带传动电机 2 皮带传动电机 3 皮带传动电机 上煤启动按钮 上煤停止按钮 上煤急停按钮 AD BD 运行选择按钮 犁煤机电机 AD 犁煤机电机 BD 4 A 皮带传动电机 5 A 皮带传动电机 6 A 皮带传动电机 7 A 皮带传动电机 4 B 皮带传动电机 5 B 皮带传动电机 6 B 皮带传动电机 7 B 皮带传动电机 0 皮带传动电机 X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 X11 X12 X13 X14 X15 X16 X17 X20 X21 X22 X23 X24 X25 X26 X27 卸煤启动预告电铃 上煤启动预告电铃 卸煤故障电铃 上煤故障电铃 料斗电磁阀 1 皮带传动电机 2 皮带传动电机 3 皮带传动电机 犁煤机电机 AD 犁煤机电机 BD 4 A 皮带传动电机 5 A 皮带传动电机 6 A 皮带传动电机 7 A 皮带传动电机 4 B 皮带传动电机 5 B 皮带传动电机 6 B 皮带传动电机 7 B 皮带传动电机 0 皮带传动电机 Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 Y10 Y11 Y12 Y13 Y14 Y15 Y16 Y17 Y20 Y21 Y22 整个热电厂输煤控制系统由一台 PLC 控制 而在实际的运行过程中 整个输煤系 统的卸煤部分和上煤部分是两个不同的工作过程 其工作的过程互不受干扰和影响 此输煤系统的卸煤部分和上煤部分分别有单机和联机控制 自动控制的方式供选择 软件部分的设计主要是公共程序 自动控制程序部分 开始执行自动程序时 要求系 统处于与自动的顺序功能图中初始步对应的初始状态 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 15 4 2 卸煤控制部分 1 卸煤部分的公共程序控制 卸煤部分的公共程序中 初始化脉冲 M8002 将辅助继电器 M0 初始化 利用 M0 使卸煤部分状态初始化 X2 和 X3 是控制卸煤的停止和紧急停止 如图 4 1 所示 图 4 1 卸煤公共部分梯形图 其中 M8034 的作用是当按紧急停止按钮 SB2 M8034 线圈 通电 禁止输出 系统停止 M2 的常闭触点串联控制定时器 T4 T6 复位 当按下卸煤停止按钮时 S24 则是传送带 1 3 的起始复位开关 SET M0 SET M1 SET S24 SET M1 SET M2 SET M8034 X2 X3 M8002 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 16 2 卸煤部分的自动控制 起动 按下起动按钮 SB0 X1 接通 Y0 接通发出预告电铃信号 同时定 时器 T0 接通定时 5s 后 T0 的常闭触点断开 电铃声停止 同时 T0 的常开触 点闭合 S20 被置位 系统按逆煤流方向起动 3 皮带机即 Y7 接通 3 皮带机 起动运行 同时 T1 开始定时 5s 后 T1 的常开触点闭合 S21 被置位 Y6 接 通 2 皮带机起动运行 T2 定时 5s 后 S22 被置位 Y5 接通 1 皮带机运 行 T3 定时 5s 后 Y4 接通 料斗运行 停止 按停止按钮 SB1 系统按顺煤流的方向停止 M1 和 S24 被置位 各定时器复位 同时 S24 被置位 Y4 复位 料斗停止运行 T4 定时 5s 后 S25 被置位 Y5 复位 1 皮带机停止运行 接着 2 3 皮带机同样延时 5s 停 止运行 紧急停止 按紧急停止按钮 SB2 M8034 线圈 通电 禁止输出 系统 停止 M2 的常闭触点串联控制定时器 T4 T6 复位 故障停止 系统的工作运行中 难免有皮带机或设备发生故障 为了及时 发现故障的设备 延长生产设备的使用寿命 确保工作人员的人身安全 在自 动控制系统中设置故障停止程序是非常重要的环节 故障的产生有两种情况 过载时间太长 过载保护的热继电器的常闭触点断开 其当某台皮带机或设备 发生故障时 该皮带机或设备及其前面的皮带机或设备立即停止 而该皮带机 或设备以后的皮带机待煤料运完后才停止 如在卸煤系统中 若是料斗发生故 障 则 Y4 立即复位 使料斗停止工作 而其后面的设备则按照正常的停机程 序依次停机 若是 1 皮带机发生故障 Y4 和 Y5 立即复位 使料斗和 1 皮带 机立即停止工作 其后面的设备或皮带机按照正常的停机程序依次停机 在控制每个皮带机的继电器线圈的常闭触点 停止和紧急停止控制的辅助 继电器 M1 的常闭触点控制输出线圈 当输出线圈接通时 常闭触点断开 不 会故障报警而停止 如果输出继电器控制的电机出现故障 常开触点断开 常 闭触点闭合 系统报警 同时该继电器线圈和之前的设备停止 M1 的常闭触 点串联在个继电器线圈的线路上 可以使系统在停止时不出错而报警停止 M1 的常闭触点还通过串联来控制 T1 T3 定时器 系统停止后 定时器被复位 同时为了能使工作人员实时实地的控制整个系统的工作过程 给每一台设 备或皮带机都装了一个显示灯 当设备工作时 其显示灯熄灭 在正常运行工 作时 如果有设备或皮带机发生故障时 电铃声响起 同时显示灯亮 使工作 人员知道有机器故障 通过其显示灯工作人员便知道是哪一台设备除了故障 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 17 S0 Y0 T0 S20SET Y7 T1 S21SET Y6 T2 Y2 Y2 S22SET Y5 T3 S23SET Y4 K50 K50 K50 K50 X1 T0 T1 T2 T3 Y7 M1 Y6 M1 Y2 S24 Y5 M1 Y2 Y4 M1 S26 S25 S27 RST Y4 T4 K50 M2 T4 RST Y5 T5 K50 M2 T5 RST Y6 T6 K50 M2 T6 RST Y7 RET ZRST Y4 Y5 Y6 Y7 ZRST Y4 Y5 Y6 ZRST Y4 Y5 M5 M3 M4 图 4 2 步进流程图 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 18 卸煤自动控制部分梯形图如图 4 3 和图 4 4 图 4 3 卸煤自动控制部分梯形图 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 19 图 4 4 卸煤自动控制部分梯形图 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 20 卸煤手动部分梯形图如图 4 5 图 4 5 卸煤手动部分梯形图 系统启动时 默认的是手动控制方式 如果不选择自动方式 系统就进入 手动控制方式 Y0 接通发出预告电铃信号 定时器 T7 接通定时 30S 后 T7 的 常闭触点断开 电铃声停止 分别启动控制料斗 1 3 皮带传动电机的手动控 制控制开关 就能启动各设备 同时 X2 X3 的常闭触点串联控制 Y4 Y7 以 达到停止的目的 SET S22 X0 X2 X2 X2 X2 X2 X3X1 X3 X3 X3 X3 Y0 X7 X6 X5 X4 T7 Y7 Y6 Y5 Y4 K600 Y0 Y4 Y5 Y6 Y7 FEND P1 T7 P0 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 21 4 3 上煤部分的控制 1 上煤部分的公共程序控制 卸煤部分的公共程序中 初始化脉冲 M8002 将辅助继电器 M6 初始化 利 用 M6 使卸煤部分状态初始化 X12 和 X13 是控制卸煤的停止和紧急停止 如 图 4 6 示 图 4 6 上煤公共部分梯形图 其中 M8034 的作用是当按紧急停止按钮 SB2 M8034 线圈 通电 禁止 输出 系统停止 M2 的常闭触点串联控制定时器 T23 T27 复位 当按下上煤 停止按钮时 S41 置位 S41 则是传送带 4 7 的起始复位开关 SET M6 SET M7 SET S41 SET M7 SET M8 SET M8034 X12 X13 M8002 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 22 2 上煤部分的自动程序如图 4 7 图 4 7 上煤部分自动程序 起动 接着按下起动按钮 SB3 X11 接通 Y1 接通发出预告电铃信号 同时定时器 T8 定时 5s 后 T8 的常开触点闭合 电铃声停止 同时 T8 的常开 触点闭合 S30 被置位 系统按逆煤流方向起动 Y22 接通 0 皮带机起动运行 同时 T9 开始定时 这时需要选择上煤过程的路线 即 AD BD 路线 5s 后 T9 的常开触点闭合 S31 被置位 Y15 接通 4 皮带机起动运行 5 7 皮带 机和犁煤机依次延时 5s 起动如图 4 8 紧急停止 按紧急停止按钮 SB5 如果系统是 AD 运行方式 则 M8034 线 圈 通电 系统停止 M8 的常闭触点串联控制定时器 T18 T22 复位 如果系 统是 BD 运行方式 则 M8034 线圈 通电 系统停止 M8 的常闭触点串联控 制定时器 T23 T27 复位 故障停止 在上煤系