基于PLC的推焦装置控制设计.docx

实习报告目录第一章 引言11.1课程设计内容11.2课程实现目标11.3课程设计的目的和意义2第二章 系统总体设计32.1系统控制要求32.2推焦系统流程4第三章 系统的硬件配置设计63.1 PLC选型及扩展63.2 低压电器选型113.3 电源设计113.4 人机接口设计12第四章 控制软件设计144.1推焦车的PLC监控系统的程序设计144.2.2 推焦车推焦梯形图174.2.3推焦车推焦速度控制20结束语22参考文献23附录124附录229第一章 引言 炼焦煤在隔绝空气条件下加热到1000左右（高温干馏），通过热分解和结焦产生焦炭、焦炉煤气和炼焦化学产品的工艺过程。冶金焦炭含碳量高，气孔率高，强度大（特别是高温强度），是高炉炼铁的重要燃料和还原剂，也是整个高炉料柱的支撑剂和疏松剂。炼焦副产的焦炉煤气发热值高，是平炉和加热炉的优良气体燃料，在钢铁联合企业中是重要的能源组分。炼焦化学产品是重要的化工原料。因此炼焦生产是现代钢铁工业的一个重要环节。1.1课程设计内容 炼焦行业是一个特殊的行业。由于现场环境恶劣、连续作业、劳动密集型强、事故的突发性大等因素，使炼焦装备技术的自动化显得尤为重要。过去我国焦化工业所采用的粗放型生产控制模式己经无法满足当前的生产需要，而且生产中隐藏着许多不安全因素。如果焦车定位精度不够高，不仅影响生产的效率，在推焦的过程中也容易造成红焦落地的重大事故。所以采用精确可靠的节约型生产模式是我国焦化工业的发展方向，也是摆在科研工作者面前的一个重要课题。推焦车采用PLC控制、液压传动，并且增加了头尾焦处理、余煤回送、炉门炉框清扫等。该系统的结构主要包括两部分：定位与连锁系统和通讯系统。其数字定位系统是通过数据网络并行交互来控制焦炉机车变频器，从而控制机车以一定的速度运行；无线通信采用频率范围为420470MHz的高频无线通讯。现在，国内四大焦车的装备水平有了很大的改进，大型焦炉四大焦车的机械自动化和电气自动化已相当完善，实现四大车炉号识别和精确定位的技术手段也基本成熟。但是，由于工业现场的特殊环境和机械设备的制约，炉号识别存在的主要问题是某些方法的可靠性有待进一步提高，在实现该技术的同时还应该尽量降低设计成本；而停车精确定位的自动化控制并不十分理想，主要体现在对正精度不高，仍需机车司机手动进行位置的多次调整，人工的参与大大降低了自动控制的效率；并且国内设备的改造投资高，运行成本高、总体水平低，从而导致系统的稳定性差。1.2课程实现目标 近几年随着无线数据传输技术、计算机技术、控制技术、安全保障技术的不断发展，焦车生产的无人化已经被越来越多的研究学者所关注。焦车今后的重要发展趋势，不仅要求车辆具有精确和快速的定位设备，还需要满足其他要求。 譬如焦车本身要具有安全可靠的自动控制技术，高度安全的四车连锁，稳定可靠的无线传输保障，人身和设备的保障措施，自动安全的信息管理系统作为支撑。有些国家在熄焦车上已经实现了无人驾驶技术。1.3课程设计的目的和意义 本课题的主要内容是通过PLC的控制来实现工业过程中的推焦自动化。本文主要内容包括以下三个方面:第一、推焦车运行是四大焦车运行控制中最重要的一个环节，它是精确定位系统的基础，也是推焦、拦焦的必要前提。本文采用的是互锁来实现电机的安全正常运行。第二、推焦电机的转速是通过变频器MM440实现的。它使电机的速度调节更快速和节能，同时也保证了电机的安全运行。第三、推焦炉门的控制是通过液压泵来控制其运动，电磁阀控制控制液压油的运动方向，行程开关保证炉门运动可靠性，使得门的运行更加安全可靠。第二章 系统总体设计2.1系统控制要求 推焦车PLC控制系统由计算机、可编程控制器(PLC)、行程开关、变频器MM440、液压泵、液压阀、PLC扩展模块、制动电机和风机等组成。系统通过操作台、行程开关上的开合实现PLC的信号输入，通过PLC的信号输出实现对变频器的控制和液压阀的控制，通过变频器的输出信号控制电机运行。整个系统在各个部分的紧密结合下实现对推焦电机的安全有效控制。 设计上从安全、可靠、方便简洁原则出发系统控制分2个层次：1.操作台控制 在工作人员的控制操作台上，有控制推焦车所有运行状态的按钮和各个运行状态提示灯。操作台控制为工作人员提供了简单、快捷、安全的操作平台，使推焦车的控制更方便、安全的运行。2.配电柜中心控制在配电柜里，也有推焦车运行状态的提示灯和控制按钮。配电柜控制为工作人员的检修、维护、调试提供了方便快捷的操作平台，使推焦车的检修、维护更加方便。控制功能： 1.推焦车走行启动 推焦车的走行启动是利用PLC控制MM440变频器，实现推焦车走行的前后运动和走形速度的控制。 2.推焦车走行停止 推焦车走形停止方式包括：正常停止、故障停止、紧急停止。 3.推焦车走行控制系统和焦炉门的控制系统、推焦车推焦系统的联锁 推焦车走行控制系统和焦炉门的控制系统、推焦车推焦系统，只能有一个系统处于运行状态，并且每一个系统都有其各自的走行和停止。如果要控制三个系统的有序运行，就必须要对各个系统的行程开关进行逻辑编程，以保证推焦车能够正常有序的运行。 当推焦车走到焦炉门前时自动停止，停止之后炉门的运动才可以进行，只有焦炉门的举门运动结束后推焦系统才可以运行。如果推焦车没有运行到位，则焦炉门的一切操作都将无效；如果焦炉门的举门没有结束对推焦车推焦的的一切操作都将无效；焦炉门的运动也要按照严格的顺序运行，即先移门再提门最后举门。如果移门前行没有结束则举门和提门都无效，如果提门上行没有结束则举门无效，如果举门上行没有结束则举门下行无效，如果举门下行没有结束则提门无效，如果提门下行没有结束则移门无效。由于三个系统的正常运行时推焦安全运行的保证，以上的过程是推焦PLC控制程序编辑的基本依据。 可编程控制器是在系统程序的控制下按扫描的方式工作，即顺序循环工作方式。每一个循环为扫描周期，每一个扫描周期包括自诊断、输入处理、程序处理、输出处理和通信等5个阶段。PLC在加电后和每一个扫描周期之初都要执行自诊断程序。自诊断程序包括系统软件和应用程序的检验，存储器和CPU的测试，总线检测等。如出现异常，PLC将作出相应的处理并停止运行。在一个周期结束之前，PLC进入与编程器及上位机或下位机的通讯阶段。在与编程器通讯过程中，编程器把编程和修改的参数发给PLC，把要显示的状态、数据、错误码等发送给编程器进行相应显示。若有与上位机或下位机的通讯请求的话，PLC将接收上位机发送来的指令并进入相应的操作，并将PLC和现场输入输出接点状态、各种数据参数发送给上位机或下位机。2.2推焦系统流程 推焦车的推焦，即通过PLC控制推焦车上的推焦电机的正反转和停止的过程。当推焦的启动按钮闭合时，推焦车开始向前运行，当推焦车运行到炉门时或者推焦车走行停止按钮闭合时，推焦车停止运动。在推焦车走行的过程中，为了保证走行的安全必须对推焦车走行、停止、反转三个开关进行互锁控制。在控制过程中要保证正转和反转的按钮不能同时工作。当电机处于正转时，只有停止开关有效，此时如果要求电机反转，则要先使推焦车走行停止开关通电，然后等三秒才能改变推焦车走行的方向。 推焦车走行中如果遇到了故障则要求推焦车立即停止，此时使与推焦车走行的电机相连接的电路断路器要立即断开，以保证推焦车走行的安全。2.3系统设计方案图2.3系统框图第三章 系统的硬件配置设计3.1 PLC选型及扩展 CPU315F-2PN/DP主机无输入、输出点，PS307电源模块为其供电，CPU315F-2PN/DP及其接线如图3.1所示。图3.1 CPU315F-2PN/DP及其接线 SM321为数字量输入模块，为扩展模块，有16个数字量输入点，I0.0接1号电动机过载按钮，I0.1接2号电动机过载按钮，I0.2接3号电动机过载按钮，I0.3接4号电动机过载按钮，I0.4接变频器电源1号按钮，I0.5接变频器电源2号按钮，SM321及其接线如图3.2所示。 图3.2 SM321的接线 SM322为数字量输出模块，为扩展模块，有16个数字量输出点，其中Q1.0接装载推焦变频器起停，Q1.1装载排焦前进后退，Q1.2接装煤推焦速度给定，Q1.3接装载推焦速度给定。SM322及其接线如图3.3。图3.3SM322的接线 SM332为模拟量输出模块，为扩展模块，有16个模拟量输出点，Qv0+与S0+、接MM440一的AIN1+，与S0-接MM440一的AIN1-；Qv1+与S1+、接MM440二的AIN1+，与S1-接MM440二的AIN1-，SM332及其接线图如图3.4所示。图3.4SM332的接线系统的I/O接点定义如表3.5。表3.5DI功能DO功能I1.0过载保护M1Q0.0走行启/停I1.1过载保护M2Q0.1走行正反I1.2过载保护M3Q0.2走行速度1I1.3过载保护M4Q0.3走行速度2I1.4过载保护M5Q0.4走行复位I1.5走行开始Q0.5推焦启停I1.6走行停止Q0.6推焦正反I1.7推焦开始Q0.7推焦速度1I2.0推焦停止Q1.0推焦速度2I2.1走行前行Q1.1推焦复位I2.2推焦后行Q1.2走行I2.3推焦前行Q1.3推焦I2.4走行故障Q1.4走行运动I2.5走行过热Q1.5推焦运动I2.6推焦后行Q1.6走行故障I2.7推焦故障Q1.7推焦故障 电机及驱动线如图3.6.图3.6电机与驱动线 3.2 低压电器选型 低压断路器是一种不仅可以接通和分断正常负荷电流和过负荷电流，还可以接通和分断短路电流的开关电器。低压断路器在电路中除起控制作用外，还具有一定的保护功能，如过负荷、短路、欠压和漏电保护等。低压断路器容量范围很大，最小为4A，而最大可达5000A。 这次设计选择的是型号为DZ47 3P 16A。推焦控制系统的元器件清单见表3.2所示。表3.2推焦控制系统的元器件清单代号名称型号数量MA1-5电动Y1001-25VF变频器MM4402FA熔断器RLI-154SF按钮LAY37-11BN6QA低压熔断器AJX2-1812QB三相隔离开关DZ47 3P 16A13.3 电源设计 PLCS7300系列为模块式PLC，这次用的电源模块为PS307，PS307及其接线图如图3.6所示。图3.6 PS307及其接线3.4 人机接口设计人机接口是操作者与机电系统之间进行信息交换的接口。按照信息传递的方式分为两类：输入接口，输出接口。常用的输出设备：状态指示灯，发光二极管，液晶显示器，微型打印机，阴极摄像管显示器，扬声器等。图3.7 TP177B及其接线本章小结：本章根据控制要求，确定了PLC的型号，系统的I/O分配表，并由此确认都要扩展什么模块，然后，选择了电机及其驱动电路，并且确定了检测元件，低压电器，最后确定了电源与人机接口的设计。第四章 控制软件设计4.1推焦车的PLC监控系统的程序设计4.1 推焦车走形流程图这部分例程序用于控制可双向运转的推焦车走形电动机。当与输入点I2.2相连的开关闭合时，电动机逆时针方向旋转，当与输入点I2.1相连的开关闭合时，电动机顺时针方向旋转。但这要有一个前提，即与输入点I1.5相连的电动机电路断路器和输入点I1.6相连的停机开关都没有动作。只有按下停机开关，并等待5秒钟后，才可以改变电动机的旋转方向。这样做是为了电动机有足够的时间刹车停转，然后再反向起动。如果与I2.1和I2.2相连的点动开关同时按下，电动机停转，并且不起动。在程序起始部分，程序检查是否必须激活互锁电路，互锁电路防止电动机误起动，或者按错方向起动。只有当所有开关都没有动作，或者等待时间溢出时，互锁才清除即M2.0被置成逻辑0。如果电动机断路器（输入点I1.5）没有动作，停机点动开关（输入点I1.6）也没有动作（这两个触点都是常闭触点）；并且状态位M1.1没有被设置成走形电机正转标志，则使能位M2.1被置为逻辑1。走行电动机才有可能逆时针旋转。代表走形电机反转的状态位是M1.0。用类似方法可得到走行电机正向旋转的起动条件。当正转和反转开关动作，并且互锁位和状态位都没有被设置成相反的旋转方向，电动机起动。即相关的输出位和状态位被置位，状态位的作用是使输出能够自保。电动机逆时针方向旋转起动器由辅助继电器M1.0控制。电动机顺时针方向旋转起动器由输出点Q0.1控制。当电动机被停机时，“ED”的下降沿将辅助存储位M2.3置为1，进入停机模式。当M2.3被置位时，限制起动机再次起动的定时器开始计时，该定时器的预置时间是5秒，经过5秒钟后，内部存储器位M2.3被复位。由于推焦车的电机是由变频器MM440控制，所以PLC的输出端子接在变频器MM440上。因为MM440控制电机的正反转在同一个端口上，需要设定与Q0.1相连的端口。故要反转的输出结果由辅助继电器M1.0的常闭开关连接到Q0.1，设定当Q0.1的端口为0时反转，为1时正转。4.2.2 推焦车推焦梯形图这部分程序用于控制可双向运转的推焦车推焦电动机。当与输入点I2.6相连的开关闭合时，电动机逆时针方向旋转，当与输入点I2.3相连的开关闭合时，电动机顺时针方向旋转。但这要有一个前提，即与输入点I1.7相连的电动机电路断路器和输入点I2.0相连的停机开关都没有动作。只有按下停机开关，并等待5秒钟后，才可以改变电动机的旋转方向。这样做是为了电动机有足够的时间刹车停转，然后再反向起动。如果与I2.6和I2.3相连的点动开关同时按下，电动机停转，并且不起动。在程序起始部分，程序检查是否必须激活互锁电路，互锁电路防止电动机误起动，或者按错方向起动。只有当所有开关都没有动作，或者等待时间溢出时，互锁才清除即M3.0被置成逻辑0。如果电动机断路器（输入点I1.7）没有动作，停机点动开关（输入点I2.0）也没有动作（这两个触点都是常闭触点）；并且状态位M4.1没有被设置成走形电机正转标志，则使能位M5.1被置为逻辑1。走行电动机才有可能逆时针旋转。代表走形电机反转的状态位是M4.0。用类似方法可得到走行电机正向旋转的起动条件。当正转和反转开关动作，并且互锁位和状态位都没有被设置成相反的旋转方向，电动机起动。即相关的输出位和状态位被置位，状态位的作用是使输出能够自保。电动机逆时针方向旋转起动器由辅助继电器M4.0控制。电动机顺时针方向旋转起动器由输出点Q0.6控制。当电动机被停机时，“ED”的下降沿将辅助存储位M3.3置为1，进入停机模式。当M3.3被置位时，限制起动机再次起动的定时器开始计时，该定时器的预置时间是5秒，经过5秒钟后，内部存储器位M3.3被复位。由于推焦车的电机是由变频器MM440控制，所以PLC的输出端子接在变频器MM440上。因为MM440控制电机的正反转在同一个端口上，需要设定与Q0.6相连的端口。故要反转的输出结果由辅助继电器M4.0的常闭开关连接到Q0.6，设定当Q0.6的端口为0时反转，为1时正转。4.2.3推焦车推焦速度控制这部分程序是用来实现推焦电机速度的控制。在图中I0.5为走行一档速度开关，I0.6为走行二档速度开关，I0.7为走三档速度开关。当走行一档开关闭合时Q1.0输出为1，此时电机必需处于走行即Q0.0必需为1，二档和三档调速的开关如果有一个处于闭合状态则一档调速无效；当走行二档开关闭合时Q0.7输出为1，此时电机必需处于走行即Q0.0必需为1，一档档和三档调速的开关如果有一个处于闭合状态则二档调速无效；当走行三档开关闭合时Q1.0和Q0.7的输出都为0，同样此时走行电机必需处于走行状态即Q0.0必需为1，一档和三档调速的开关都要处于闭合状态否则三档调速无效。将输出的状态由PLC输出到变频器MM440的7号和8号端口，再通过MM440的编程实现对电机速度的调节。结束语 针对整个控制系统的设计要达到稳定、可靠、安全、操作人性化的要求，本设计从控制主体选用西门子S7-300系列PLC，完成推焦车的走行、推焦过程进行和炉门的开关进行控制。为了保证走行、推焦过程中