中速磨煤机毕业设计

摘要 MPS 型中速磨煤机是目前电力、冶金、建材、化工等行业的主要制粉设备。 磨煤机的型式很多，按磨煤工作部件的转速可分为三种类型，即低速磨煤 机、中速磨煤机和高速磨煤机。为了改进我国中速磨煤机落后的局面，我 国从 20 世界末先后从发达国家引进了各种系列的中速磨煤机，并且积极研 究国外的先进的机器，在引进消化吸收的基础上，经过几十年的努力，我 国生产出国产的中速磨煤机，并且各项指标已经符合国际的要求，生产水 平得到了很大的提高。 近几年来我国的中速磨煤机的可用系数、运行系数逐年提高，并且中速 磨煤机的可用系数、运行系数均高于低、高速磨煤机。近几年，随着大容 量火电机组的不断投运，中速磨煤机的使用越来越多，中速磨煤机初期投 资费用小，磨煤电耗低，低负荷运行时，单位耗电量增加不多，已成为大 型火电机组配备磨煤机的首选方案。 本文首先介绍了 MPS 磨煤机的发展状况和使用情况及PLC 软件的介绍， 然后通过 MPS140 轮式磨煤机液压控制系统的流程图，应用PLC 软件，使之 能够实现液压系统的压力测量与控制，能够实现液压控制系统的温度测量 与控制，能够实现液压控制系统的手动,自动，中空及连锁控制，并且该系 统具有故障报警功能，实现对MPS140 轮式磨煤机液压控制系统的控制。 关键词：磨煤机；关键词：磨煤机； PLCPLC；液压控制；液压控制 I Abstract MPSpulverizerstypeiselectricity,metallurgy,buildingmaterials, chemical industry, major milling equipment.Mill type manyworking parts of coal by grinding speed can be divided into three types, namelylow-speed mill, pulverizers and high-speed mill. In order to improve our situation in backward pulverizers, the end of our world from 20 countries have introduced a variety of series from the medium-speedcoal mill, and activelystudy the advanced machines, the introduction and absorption, based on After decades of efforts, Chinas domestic productionof medium-speedcoal mill, and the indicators have been in line with internationalrequirements,the productionlevel was much improved. In recent years our available factor pulverizers, run coefficient gradually increased,and the coefficientscan be used pulverizers,run coefficientsare higher than the low, high-speed mill. In recent years, large-capacitythermal power units with the constant put into operation, the increasing use pulverizers, pulverizers initial investment cost of small, grinding coal consumption is low, low load operation,the unit consumptionconsumptionare very low, has become a large-scale thermal power with the first choice mill. ThispaperintroducestheMPSmillusageanddevelopmentand introductionof PLC software,to enable the pressureof hydraulicsystem measurementandcontrol,hydrauliccontrolsystemenablestemperature measurementandcontrol,toachievehydrauliccontrolsystemmanual, automatic, hollow and chain control, and the system has fault alarm and then MPS140 mill wheel hydraulic control system of the flow chart, application software on the MPS140 PLC mill wheel hydraulic control system control. Key words: mill; PLC; hydraulic control II 目录 摘要 .I Abstract .II 目录 .III 第一章 绪论 .1 1.1 课题背景及意义 .1 1.2 课题国内外研究现状及趋势 .2 1.3 课题设计内容 .3 第二章 MPS 中速磨煤机介绍 .4 2.1 MPS 磨煤机的发展及使用情况 .4 2.1.1 MPS 磨煤机的发展情况 .4 2.1.2 MPS 磨煤机的使用情况 .4 2.2 MPS 磨煤机的结构、工作原理及特点 . 6 2.2.1 MPS 磨煤机的结构 .6 2.3课题总体设计思路 .11 第 3 章 PLC 介绍.错错误！未定义书签。误！未定义书签。 第 4 章 PLC 在磨煤机控制系统中的应用.19 4.1 在磨煤机控制系统中的应用 .19 4.2 应用特点 .20 第 5 章基于 PLC 的 MPS140 轮式磨煤机液压控制系统设计. 21 5.1 MPS140 轮式磨煤机液压站电机的控制回路. 21 5.1.1 MPS140 轮式磨煤机液压站1 泵电机的控制回路 . 21 5.1.2 MPS140 轮式磨煤机液压站2 泵电机的控制回路 . 22 5.2 MPS140 轮式磨煤机液压站加热器的控制回路. 23 5.3 基于 PLC 的 MPS140 磨煤机液压控制系统的程序设计. 24 5.3.1 液压控制系统运行前的自检流程图及PLC 程序 . 24 5.3.2 液压控制系统的启动流程图及PLC 程序 . 25 5.3.3 液压控制系统的停机流程图及PLC 程序 . 27 5.3.4 MPS140 磨煤机运行中油温油位检测流程图及PLC 程序 . 29 5.3.5 MPS140 磨煤机运行中油压检测流程图及PLC 程序 . 29 5.3.6 MPS140 磨煤机主回路故障检测流程图及PLC 程序 . 31 5.3.7 液压故障流程图及 PLC 程序 .33 5.4 液压站油温监测 .35 5.5 所选电器元件 .36 第 6 章总结 .37 参考文献 .38 致谢 .40 III 第一章 绪论 1.1 课题背景及意义 磨煤机是将煤块破碎并磨成煤粉的机械 1，它是煤粉炉的重要辅助 设备。磨煤过程是煤被破碎及其表面积不断增加的过程。要增加新的表面 积，必须克服固体分子间的结合力，因而需消耗能量。煤在磨煤机中被磨 制成煤粉，主要是通过压碎、击碎和研碎三种方式进行。其中压碎过程消 耗的能量最省。研碎过程最费能量。各种磨煤机在制粉过程中都兼有上述 的两种或三种方式，但以何种为主则视磨煤机的类型而定。 MPS 中速磨煤机主要应用于电站火力发电、建材水泥生产线、 冶金炼铁 高炉喷粉、化工煤化工、煤油化等制粉系统 2-5。随着科学技术的发展， MPS 中速磨煤机将有更广泛的应用。随着我国控制技术的进步，中速磨煤机得 到快速发展和应用。 MP 型中速磨煤机磨煤机属于外加力型辊盘式磨煤机。 电动机通过主减速机驱动磨盘旋转， 磨盘的转动带动三个磨辊 （120均布） 自转。原煤通过进煤管落入磨盘，在离心力的作用下沿径向向磨盘周边运 动，均匀进入磨盘辊道，在磨辊与磨盘瓦之间进行碾磨。整个碾磨系统封 闭在中架体内。碾磨压力通过磨辊上部的加载架及三个拉杆传至磨煤机基 础，磨煤机壳体不承受碾磨力。碾磨压力由液压系统提供 6，可根据煤种进 行调整。碾磨压力及碾磨件的自重全部作用于减速机上 7，由减速机传至基 础。三个磨辊均分布于磨盘辊道上，并铰固在加载架上。加载架与磨辊支 架通过滚柱可沿径向作倾斜1215的摆动，以适应物料层厚度的变化及 磨辊与磨盘瓦磨损时所带来的角度变化。 在电站火力发电机组上， MPS 中速磨煤机主要是应用于正压直吹式制粉 系统8，在正压直吹式制粉系统中，磨煤机内为正压（磨内压力高于磨外大 气压力，磨机入口正压约为8000-15000Pa ），磨煤机磨好的煤粉全部直接 送入炉膛内燃烧，因此在任何时候运行磨煤机制粉量均等于锅炉燃料消耗 量，也就是说制粉量是随锅炉负荷变化而变化的。正压直吹式制粉系统一 个显著的特点是一次风机装在磨煤机的前面。火电机组项目制粉系统一般 都随着机组的大小、锅炉的型式和燃煤量以及燃煤条件的不同设置不同台 次的中速磨煤机。 1 用于输送煤粉和干燥原煤的热风由热风口进入磨煤机，通过磨盘外 侧的喷嘴环将静压转化为动压，并以75-90m/s 的速度将磨好的煤粉吹向磨 煤机上部的分离器。同时通过强烈的搅拌运动完成对原煤的干燥。没有完 全磨好的原煤被重新吹回磨盘碾磨。原煤中铁块、矸石等不可破碎物落入 磨盘下部的热风室内，借助于固定在磨盘支座上的刮板机构把异物刮至废 料口处落入废料箱中，排出磨外。磨好的煤粉进入磨煤机上部的分离器后， 满足细度要求的合格煤粉被选出，并由分离器出口管道输送到煤粉仓。较 粗的煤粉通过分离器下部重新返回磨盘碾磨。 1.2 课题国内外研究现状及趋势 磨煤机的型式很多，按磨煤工作部件的转速可分为三种类型，即低速 磨煤机、中速磨煤机和高速磨煤机。为了改进我国中速磨煤机落后的局面， 我国从 20 世界末先后从发达国家引进了各种系列的中速磨煤机，并且积极 研究国外的先进的机器，在引进消化吸收的基础上，经过几十年的努力， 我国生产出国产的中速磨煤机，并且各项指标已经符合国际的要求，生产 水平得到了很大的提高。 在 1980 年，我国从美国引进全套RP 系列碗式磨煤机制造技术，生产 出首批试制的 RP923 中速磨煤机，该机具有运行良好，对负荷反应迅速， 制粉操作灵活，便于实现自动控制等优点，但是RP923 中速磨煤机具有对 煤种适应性较差，对煤中“三块”较敏感等缺点。在1985 年，我国企业与 德国企业签订了 MPS 中速磨煤机技术转让合同， MPS 系列磨煤机具有运行稳 定、调整灵活、石子煤量小等优点。在1989 年，我国又从美国引进了全套 HP 系列碗式中速磨煤机设计和制造技术，并按照标准化进行生产，生产的 机器出口到其它国家。 引进中速磨煤机的国内煤种实验研究由于我国煤种 变化范围大，磨损性强，而且灰分较高，因此在引进国外磨煤机时，该磨 煤机的性能设计方法在我国还有再实验问题。针对这些问题，我国在引进 国外先进技术的同时，也引进了磨煤机碾磨出力计算公式、修正系数曲线 和磨煤机热力计算软件。碾磨出力计算是在基本出力的基础上进行各种因 素的修正。修正系数包括可磨度、煤粉细度、水分，但不包括灰分的影响。 我国磨煤机选型曲线和计算公式是根据我国大量煤种和燃烧实验总结而 来，故比较适合我国煤种。 1985 年沈重从德国 Babcock 公司引进 MPS 型中 2 速磨煤机设计及生产制造技术。从1985 年至今，沈重陆续从德国三个公司 引进了相关技术。沈重在长期消化吸收引进技术的基础上，通过自主开发， 目前已能生产全系列的MPS 型中速磨煤机。沈重MPS 辊盘式磨煤机执行 JB/T6990- 2002“MP 型辊盘式磨煤机”行业标准。 该标准由沈重厂制订。MPS 型立式辊磨机原始是德国Pfeiffer 公司研制的用于石料磨碎的先进机型， 后经德国 Babcock 公司引进专利技术9-13，将 MPS 型立式辊磨机应用于燃煤 火力发电厂的煤粉制备系统。该磨煤机型自1958 年问世以来，通过该公司 的技术逐步完善，规格系列不断增加， 目前已形成 27 种规格的较完整系列， 目前已成为电站、冶金、化工、水泥建材等行业理想的制粉设备。现在世 界上正在运行的 MPS 型磨煤机已接近 4000 台，运行结果表明该机型要优于 其它形式的磨煤机。 近几年来我国的中速磨煤机的可用系数、运行系数逐年提高，并且中 速磨煤机的可用系数、运行系数均高于低、高速磨煤机。近几年，随着大 容量火电机组的不断投运，中速磨煤机的使用越来越多，中速磨煤机初期 投资费用小，磨煤电耗低，低负荷运行时，单位耗电量增加不多，已成为 大型火电机组配备磨煤机的首选方案。 1.3 课题设计内容 通过 PLC 软件，实现对 MPS140 轮式磨煤机液压控制系统的设计，其中 包括对液压站温度和压力和油位的控制，选择合适的硬件，确定PLC 的接 口点数，使之能够实现液压系统的压力测量与控制，能够实现液压控制系 统的温度测量与控制，能够实现液压控制系统的手动,自动，中空及连锁控 制，并且该系统具有故障报警功能，并且提出PLC 控制的 MPS140 轮式磨煤 机液压控制系统的总体设计方案，完成基于PLC 的 MPS140 轮式磨煤机液压 控制系统的硬件设计。 3 第二章 MPS 中速磨煤机介绍 自从上世纪二十年代锅炉上采用煤粉燃烧技术以来，磨煤机便应需问 世磨煤机是将煤块磨成煤粉的机械，它是燃用煤粉锅炉的重要辅助设备。 随着锅炉技术的进展，磨煤机也获得了应有的发展。为了适应锅炉燃用不 同品质的各类煤种的需要，满足燃烧技术的要求以提高锅炉机组运行的经 济性，磨煤机有多种类型，MPS 中速磨煤机即是其中一种。本章将对MPS 中速磨煤机的发展及使用情况，以及它的结构、工作原理及特点进行介绍。 2.1 MPS 磨煤机的发展及使用情况 2.1.1 MPS 磨煤机的发展情况 MPS 磨煤机型号的含义： M：磨机取德文 Mueller （英文 Mill）第一个字母 M； P：摆动取德文 Pendel （英文 Parter ）第一个字母 P； S：盘子取德文 Schuessel （英文 Ship）第一个字母 S； MPS 型磨煤机是由原西德Babcock 公司设计制造的一种辊盘式中速磨 煤机，其最初原机型是西德PF1FFER 公司在一台磨矿石的培兹（Berz）磨 基础上改装而成的，后来该公司不但改造了多台培兹磨，而且建立了专磨 水泥原料的 MPS 磨系列。后来西德Babcock 公司从 PF1FFER 公司取得了将 MPS 磨用于燃煤火力发电厂磨煤机的许可证。 该公司首先从小型半工业性试 验做起，取得一定的数据后，作结构上的适当改进，于1958 年利用培兹磨 的机型改制成第一台实用的MPS 磨煤机。又经过多次试验和机型改进，于 1965 年设计制造了基本成熟的第一台样机，型号MPS-180 ，该机安装在西 德 SIEVSDORF 电厂 300MW 机组 1000t/h 锅炉上配套，处理硬质烟煤。运行 实践证明，该机效果良好。此后该公司逐步完善规格、系列和不断改进结 构，已形成具有二十余种规格的较完整系列，MPS 型磨煤机已成为目前燃煤 火力发电厂磨碎硬质烟煤理想的新型制粉设备。 2.1.2MPS 磨煤机的使用情况 MPS 磨煤机结构设计合理，运行经济可靠，该机因保留了原机型磨碎矿 石的结构特点，从而扩大了它的适用范围。 4 在西德发电厂中用于磨制烟煤的磨煤机品种自上世纪六十年代以来发 生了根本性的变化，六十年代以前以平均出力为10t/h 左右的高速磨煤机 占绝大优势，但随后在300MW 以上锅炉上绝大部分采用了MPS 中速磨。 据资料，西德 Babcock 公司 1965-1981 年间已生产 446 台 MPS 磨煤机， 分别安装在 84 家电厂。该公司生产的磨煤机除分布在西德、英国之外，还 分布在芬兰、伯茨瓦那、巴西、日本、西班牙、瑞典、印度、前苏联、美 国、南非、澳大利亚等国。 美国随着电力工业的发展，逐步采用大容量机组，这对作为锅炉主要辅 机的磨煤机的结构形式和容量提出了新要求，自上世纪六十年代末期，在 燃用硬质烟煤电站的磨煤机选型上对E 型磨和 MPS 磨作了多方面的比较和 研究， 认为 MPS 磨远优越于 E 型磨， 且更适用于大型机组，于是美国 Babcock 公司于 1970 年从西德 Babcock 公司购买了 MPS-225 型的制造专利，同时购 买了同一型号的样机，安装在CARDINAL 电厂，自 1972 年投入运行以来， 效果良好，取得了很多运行经验，且该公司还制造了MPS-225 型，安装在 AMOS 电厂和 GAVIN 电厂的发电机组上，运行情况良好。自此，美国从西德 公司相继购买了 MPS-170 、 MPS-190 、 MPS-200 、 MPS-2350 、 MPS-2800 、 MPS-3000 等型号的制造专利， 至 1979 年仅仅 6、7 年间美国公司制造出700 余台 MPS 磨煤机，并已建立了成批生产的流水作业线，进行专业化生产，从此该公 司停止生产传统产品E 型磨。 1975 年以来， MPS 磨煤机在除美国以外的其它一些国家也逐步推广使 用，英国、法国、南非、加拿大、墨西哥等国相继向西德公司购买了制造 专利，同时还购买西德设备，装备本国电站。 南非燃用硬质烟煤的电站较多，过去一直沿用E 型磨，运行实践证明E 型磨运行不够稳定，磨机振动较大，且对煤质的适应性差，故新建的大型 机组均选用 MPS 磨。 波兰大部分电站燃用硬质烟煤，过去多数装配本国按照英国专利制造的 型磨，后来也进口西德的MPS 磨。由于煤种的变化，个别已装配E 型磨的 电其磨煤机出力不够，向西德公司洽谈将E 型磨煤机改换成 MPS 磨。 捷克于 1985 年底与西德公司谈判引进MPS 磨煤机专利的有关事项。 前苏联于 1980 年初同西德公司签订了购买MPS-2650 型的制造专利合同 同时购买了一台样机，其磨煤出力为80t/h。在购买了西德公司MPS-2650 5 利之后，苏联又发展了其它规格。 MPS 型中速磨煤机在我国应用时间较短，上世纪 80 年代初，我国开始 引进 MPS 型中速磨煤机设备，用于大型火力发电厂的直吹系统燃煤。1985 年底神头电厂 200MW 机组引进原德国MPS 磨煤机投入运行，用于磨制平朔 烟煤。 1986 年底辽宁朝阳电厂用于磨制褐煤的MPS 磨煤机也投入运行。1987 年，北京电力设备总厂生产了第一批全部国产化的MPS-190 型中速磨煤机， 成功地在望亭发电厂投入运行，拉开了MPS 型磨煤机国内大量生产的帷幕。 沈阳重型机械厂于 1985 年从德国 Babcock 公司引进了三种规格的MPS 磨煤 机的全套生产制造技术， 1989 年开始自行设计生产， 首次试制的第一批MPS 型中速磨煤机安装在铁岭发电厂300MW 机组，另有许多电厂也陆续购置了 该型磨煤机。 MPS 型中速磨煤机在我国大型火力发电厂的比重正日益增加。 2.2 MPS 磨煤机的结构、工作原理及特点 2.2.1 MPS 磨煤机的结构 MPS 中速磨煤机基本上由传动部件、碾磨部件、加载装置、分离器、机 架和基础等几大部分组成，见图2-1。 (1)MPS 磨的传动部件 MPS 磨的传动部件由三相鼠笼型电机和三级齿轮减速器组成。三级减速 器的第一级齿轮为螺旋伞齿轮，用以改善啮合特性，保证运转平稳，其余 都是圆柱斜齿轮。由于结构需要，圆柱齿轮为竖轴，在齿轮箱输出轴联轴 器下部装有平面巴氏合金止推轴承，齿轮箱承受着由碾磨部件重量和碾磨 力所产生的垂直和水平方向的力。齿轮箱外壳采用刚性较大的铸钢或焊接 结构，另有可与驱动电动机轴相联接的盘车装置。使用盘车装置时磨盘的 转数仅有 0.5 转/分左右，利用盘车装置便于检查和修理碾磨部件。 (2)MPS 磨的碾磨部件 MPS 磨的碾磨部件由磨辊和磨盘组成， 有三个定位的大磨辊作为从动轮 滚动在转动的磨盘上，碾磨工作所需要的压力(即磨煤所需的研磨力 )来自 于磨辊组 (包括磨辊支架 )、上压盘等的结构自重和弹簧的预压力。弹簧预 压缩作用是通过三组液压装置施加于压缩弹簧压环上，并通过拉紧钢丝绳 或拉杆直接传递到基础上。 6 1-热风入口2-中部壳体3-上部壳体4- 分离器5- 密闭风系统6-弹簧压 7-弹簧8-磨辊组 9-磨盘10-喷嘴环 11-液压缸 12-减速箱 13-下部壳体 14-驱 动电机 图2-1 MPS 磨煤机结构示意图 MPS 磨的磨辊与支架是通过转轴组合在一起的，把它固定在磨煤机上是 通过上压盘上的滚柱槽与支架上的滚柱槽压住在其中间的可径向转动的滚 柱。上压盘又通过固定在壳体上的滑动销上下移动而不能转动，这样就使 上压盘上的弹簧力直接传到磨辊上，而磨辊又通过滚柱固定在相对位置上， 并可沿着滚柱的径向做倾斜12o-15o之间的摆动，即磨辊随物料情况和磨损 7 情况进行摆动，这种结构有利于磨辊的均匀磨损和提高碾磨效率。 MPS 磨的磨盘用螺栓固定在齿轮箱输出轴端部的联轴器上，磨盘的外围 是安装在机架体上的喷嘴环。热气流通过喷嘴环进入磨煤机，在磨煤机内 螺旋上升，喷嘴环通道中的热气流速度非常重要，它关系到排放石子煤量 的多少和通风阻力损失。热气流导入研磨区用以干燥原煤及煤粉并将研磨 过的煤粉带至分离器进行分离，粗颗粒返回磨机重新研磨，合格粒度的煤 粉被送出磨煤机，进入燃烧室。经由喷嘴环坠落到底盘上的石子煤由固定 在磨盘上的刮板刮至石子煤箱内。 MPS 磨煤机同时采取了几种措施对辊子、 磨盘及干燥介质流通部件之间 进行密封，使得该型磨煤机可以正压运行。 (3)MPS 磨的加载装置 MPS 磨煤机设有三部液压缸， 对弹簧进行压缩。 但所有型号的 MPS 磨煤 机所使用的弹簧的规格都相同，只是根据MPS 磨煤机型号不同、所需要的 碾磨压力不同，弹簧数量和压缩量有所不同。在磨煤机运行前将弹簧压缩 到预定高度，达到一定碾磨压力之后将其固定，使压力恒定，此时液压缸 卸载。当磨辊磨损和弹簧压力降低时，可再使用液压缸施压。对弹簧的预 紧工作只能在停磨情况下进行。正常运行时，磨辊靠弹簧缓冲减震。 (4)MPS 磨的分离器 分离装置的任务是将从磨煤机中出来的气粉混合物中的粗颗粒分离下 来，而让符合要求的细煤粉粒输送出去，避免重复研磨。根据分离的原动 力不同，分离器可以分为重力分离器、惯性分离器、离心分离器等型式。 实际上，在任一种型式的分离器中，煤粉分离往往是几种原动力共同作用 的结果14。 MPS 磨煤机的分离器与其他形式中速磨煤机的分离器基本相同，因为 MPS 型磨煤机主要适用于烟煤和贫煤的制粉作业，故其分离器的结构形式基 本上采用离心式和旋转式两种。 (5)MPS 磨的机架 MPS 磨煤机的机架不直接承受碾磨压力和碾磨部件的自重，故均用钢板 焊接而成。 MPS 磨煤机的机架只起支承分离器及其附件的作用，中小型MPS 磨的机架为圆柱形，大型MPS 磨的机架为六角形。上架体上开有检修和观 察用门，机架法兰等需具有严密的气密性，以防止运行中泄露煤粉。 8 (6)MPS 磨的基础 MPS 磨煤机的基础有弹性基础和钢筋混凝土刚性基础两种，这两种基础 都能满足磨煤机正常运行的需要。弹性基础的重量取为机器总重量的 2.5-3.0 倍，刚性基础的重量取为机器总重量的5.0-6.0 倍。 2.2.2 MPS 磨煤机的工作原理 MPS 磨煤机有相距 120 的三个大磨辊，三个辊子之间的相对位置是固定 的，且被转动的磨盘带动，滚动在磨盘上，磨碎所需要的压力是通过这三 个辊子上方的弹簧组施加的，弹簧组所给压力的大小可以通过液压缸来调 节，其压力通过夹紧部件直接传递到地基上。 同其它形式的外力磨煤机一样， MPS 型磨煤机的磨碎和干燥过程也是通 过气流原理进行的，见图2-2。 物料的碾磨和干燥同时进行。在磨辊的作用下，被粉碎到一定细度的 物料借助磨盘转动产生的离心力向外滑动，热气通过喷嘴环均匀进入磨盘 周围，将经过碾磨的物料烘干并输送至磨机上部的分离器。当物料上升到 分离器区域时粗细物料被分开，合格粒度物料被气流继续带出磨机，粗料 重新返回磨盘碾磨。难以破碎的异物如石子煤、铁块等，热气流不能吹走， 它们通过喷嘴环落入磨机下部的热空气室中，经刮板至废料箱中排除。 2.2.3 MPS 磨煤机的特点15-18 (1)由于结构设计上的优越，它的磨辊直径相对于其它形式磨的大，从 而滚动阻力小，物料的碾入条件好。这有利于提高磨机出力和降低能耗。 (2)相对位置固定的三个大磨辊与外加力的压环之间用滚柱销相联，从 而辊子在工作中随物料条件和磨损情况可以摆动一定范围，因此磨辊的磨 损比较均匀且只出现在与磨碎作业直接相关的部件上，这有利于提高磨辊 的使用寿命。 (3)由于碾磨部件的作用力是静定支承系统，其碾磨力均匀地传递到每 个辊子上，因此磨盘和传动部件受载均匀，运行平稳，噪音小。 (4)碾磨压力不直接传给机架而传到基础上，使机架不受碾压载荷，从 而不影响机架的密封性。 (5)MPS 磨的磨辊轴位置是固定的，故当磨盘推动磨辊转动时，磨辊转 动的行程等于磨盘转动的行程，不存在如同E 型磨那样的与碾磨作用无关 9 图 2-2 MPS 磨煤机工作原理 的碾磨部件之间的相对运动，这利于提高碾磨效果，克服了碾磨部件的不 必要磨损。 (6)MPS 磨能够在短时间内改变运行工况，以适应系统生产的需要，且 在调节过程中，可避免出现不稳定现象，因此为实现自动化控制提供了理 想的条件。 (7)MPS 磨不仅具有碾磨和选粉的功能，如有需要，还兼作干燥之用。 干燥剂通过喷嘴环形成喷射气流，与磨内物料相遇，达到强烈的干燥效果， 500oC 高温干燥剂在碾磨区以上1 米的地方迅速降为 100oC，使水分很高， 甚至超过 20%的物料获得充分的干燥，剩余水分一般只有0.5%-1% 。 (8)MPS 磨的起动阻力较小，故采用结构简单、价格低的鼠笼型异步电 动机驱动。 10 (9)MPS 磨煤机具有可靠的密封装置，既能在正压工况下运行而不冒出 粉尘，又能在负压工况下运行而不吸收冷风。 (10)MPS 磨的辊胎和磨盘上的衬瓦都是用硬镍铸铁制成，大型 MPS 磨的 辊胎和磨盘衬瓦均做成分块组合形式，其结构设计合理，易于检修和更换。 (11)MPS 磨的磨盘直径相对于E 型磨小，故平面占地面积小， 但高度比 E 型磨高。 (12)具有较大行程的弹簧加载系统，允许磨辊有足够的垂直移动量， 与摆动结构相结合能够保证对物料的适应性。 (13)物料与碾磨元件永久相接触，在整个运行过程中，在物料的不同 特性和碾磨条件下，都能得到好的磨碎效果。 (14)由于用液压调整碾压力大小，在不需要连续调整的情况下，对于 物料特性和碾磨条件具有较好的适应能力。 2.3课题总体设计思路 本次课题设计主要是想通过PLC 能够实现对 MPS140 轮式磨煤机液压系 统的控制。采用了S7-200PLC 及配件，选择合适的硬件（测量仪表等）， 合理的 PLC 接口数，使之能够实现液压系统的压力测量与控制，能够实现 液压控制系统的温度测量与控制，能够实现液压控制系统的手动,自动，中 空及连锁控制，并且该系统具有故障报警功能。 11 第三章 PLC 介绍 可编程序控制器(programlogiealeontrolle)，简称 PLC，是一种专为在工 业环境应用而设计的数字运算电子系统，它是以微处理机为基础，综合了计算 机技术、自动控制技术和通信技术等现代科技而发展起来的一种新型工业自动 控制装置，是当今工业发达国家自动控制的标准设备之一19-20。由于 PLC 采用了 “三机一体化”的综合技术即集计算机、仪器仪表、电气控制于一身，具有高 可靠性、强抗千扰能力、组合灵活、编程简单、维修方便和低成本等诸多特点， 因而与其它控制器相比它更加适合工业控制环境和市场的要求;再加上 PLC 发展 过程中产品的系列化、产业化和标准化，使之从早期的逻辑控制、顺序控制迅 速扩展到了连续控制，开始进入批量控制和过程控制领域，并迅速成为工业自 动化系统的支。目前，PLC 在小型化、大型化、大容量、强功能等方面有了质的 飞跃。 PLC 软件既有制造厂家提供的系统程序，又有用户自行开发的应用程序。系 统程序为用户程序的开发提供运行平台，同时，还为 PLC 程序的可靠运行及信 号与信息转换进行必要的处理。用户程序由用户按具体的控制系统要求进行设 计，这里所说的 PLC 软件设计即是指用户自行开发的应用程序21-22。 早期的可编程序控制器 (ProgrammableLogicController，PLC)，主要用 来代替继电器实现逻辑控制。随着计算机技术、通信技术和自动控制技术的迅 速发展，可编程序控制器将传统的继电器控制技术与新兴的计算机技术和通信 技术融为一体，具有可靠性高、功能强、应用灵活、编程简单、使用方便等一 系列优点，以及良好的工业环境工作性能和自动控制目标实现性能，在工业生 产中得到了广泛的应用。1969 年，美国数字设备公司(DEC)研制出世界上第一台 可编程控制器。早期的可编程控制器由分离元件和中小规模集成电路组成，主 要功能是执行原先由继电器完成的顺序控制、定时等。70 年代初期，体积小、 功能强和价格便宜的微处理器被用于 PLC，使得 PLC 的功能大大增强。在硬件方 面，除了保持其原有的开关模块以外，还增加了模拟量模块、远程 1/0 模块和 各种特殊功能模块。在软件方面，PLC 采用极易为电气人员掌握的梯形图编程语 言，除了保持原有的逻辑运算等功能以外，还增加了算术运算、数据处理和传 送、通讯、自诊断等功能。进入 80 年代中、后期，由于超大规模集成电路技术 的迅速发展，微处理器的市场价格大幅度下跌，使得 PLC 所采用的微处理器的 12 档次普遍提高。而且，为了进一步提高 PLC 的处理速度，各制造厂商还研制开 发了专用逻辑处理芯片，大大提高了 PLC 软、硬件功能。在发达工业国家，PLC 己经广泛的应用在所有的工业部门。据“美国市场信息”的世界 PLC 以及软件 市场报告称， 1995 年全球 PLC 及其软件的市场经济规模约 50 亿美元，随着电 子技术和计算机技术的发展，PLC 的功能得到大大的增强，具有以下特点10: l)可靠性高。PLC 的高可靠性得益于软、硬件上一系列的抗干扰措施和它特 殊的周期循环扫描工作方式。 2)具有丰富的 1/0 接口模块。PLC 针对不同的工业现场信号，有相应的 1/0 模块与工业现场的器件或设备直接连接。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。 3)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、 1/0 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。 4)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。 5)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。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。由于 PLC 强大功能和优点，使得其在我国的 水工业自动化中得到广泛的应用。 PLC 在水工业自动化中的应用主要有水厂监控 系基于 PLC 的变频恒压供水系统的设计统、自动控制系统、自动加氯、自动加 矾、水泵变频调速、SCADA 系统和供水管网信息管理系统等。其主要功能是进行 工艺参数的采集、生产过程控制、信息处理、设备运行状态监测以及水质监测 等。 6）体积小，功耗低:对于复杂的控制系统，使用 PLC 后，可以减少大量的 中间继电器和时间继电器，小型 PLC 的体积仅相当于几个继电器的大小，因此 可以将开关柜的体积缩小到原来的 1/2 一 1/10。 可编程控制器 PC 或 PLC 是一种以微处理器为核心的用于工程自动控制的工 13 业控制机，其本质是一台工业控制专用计算机。它的软、硬件配置与计算机极 为类似，只不过它比一般计算机具有更强的与工业过程相连接的接口和更直接 的适应于控制要求的编程语言。PLC 机硬件主要由中央处理单元(CPU)、存贮器、 输入/输出单元以及编程器、电源和智能输入/输出单元等构成。PLC 可分为以下 几个部分: l)中央处理单元(CPU):同一般微处理机一样，中央处理单元是可编程控制 的核心部件，它通过输入装置将外设的状态读入并按照用户程序去处理，根据 处理结果通过输出装置去控制外设。常用的 CPU 有通用微处理器，如 MOTOROLA6800，单片机有 8031，8051 和双极型位式微处理器，如 AMD2903。目 前，小型 PLC 为单 CPU 系统，而中型及大型 PLC 则为双 CPU 甚至多 CPU 系统。 对于双 CPU 来说，一般具有一个位处理器和一个字处理器。字处理器是 CPU 这 个核心的核心，常由通用的8 位、16 位或 32 位微处理器担任，位处理器也称布 尔处理机，如美国 ri 公司的 TI 一 530 等，它不仅使 PLC 增加了功能，提高了 速度，也加强了 PLC 的保密性能。 中央处理器的功能是:CPU 按系统程序所赋予的功能，接收并存贮从编程器 输入的用户程序和数据;CPU 按扫描方式工作，从存贮器中逐条读取指令，并存 入 CPU 内的指令寄存器中;指令寄存器的指令操作码进行译码，执行指令规定的 任务，产生相应的控制信号，启闭有关控制门电路，并根据运算结果更新有关 标志和输出映像寄存器的内容，以实现输出控制、制表、打印或数据通讯;行系 统诊断程序，诊断电源、PLC 内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误。 2)存贮器:可编程控制器中存贮器主要用于存放系统程序、用户程序和数 据。常用的存贮器形式有 CMOSROM、EPROM 和 EEPROM。 系统存贮器用以存贮制造厂家编写的系统程序。所谓系统程序是指控制和 完成 PC 机各种功能的程序，如控制器的监控程序、基本指令和功能指令翻译程 序、系统诊断程序、通信管理程序等。机器出厂时，厂家把这些程序存入EPROM 存贮器或 EEPROM 存贮器。用户不能访问和修改存贮器这部分的内容。 用户存贮器主要用来存放用户的应用程序。所谓用户程序是指使用户根据 工程现场的生产过程和工艺要求编写的控制程序。此程序由使用者通过编程器 输入到 PLC 机的 CMOSRAM 存贮器中，以便于用户随时修改。也可将用户程序存 放在 EEPROM 中。为确保 PLC 机控制系统的可靠性， CMOSRAM 存贮器有预防电源 掉电故障的铿电池保护措施，以防电源掉电后破坏它的存贮内容。 14 数据存贮器用来存放 PLC 的数据。包括输入、输出、辅助继电器状态的映 像区，定时器、计数器、移位寄存器、状态寄存器、数据寄存器和特殊功能寄 存器等状态的映像寄存器。由于数据在控制器应用中是经常变化、经常存取的， 因此数据存贮器一般选用 CMOSRAM，以满足随机存取的要求。 3)输入/输出模块:输入/输出模块是可编程控制器与工业生产设备或工业 生产过程连接的接口。现场的输入信号，如按钮开关，行程开关、限位开关以 及传感输出的开关量或模拟量(压力、流量、温度、电压、电流 )等，都要通过 输入模块送到 PLC。由于这些信号电平各式各样，而可编程控制器 CPU 所处理的 信息只能是标准电平，所以输入模块还需将这些信号转换成 PLC 能够接受和处 理的数字信号。输出模块的作用是接收中央处理器处理过的数字信号，并把它 转换成现场执行部件所能接受的控制信号，以驱动如电磁阀、灯光显示、电机 等执行机构。可编程控制器有多种输入 /输出模块，其类型有数字量输入 /输出 模块和模拟量输入/输出模块。这些模块又分直流和交流、电压和电流类型，每 种类型又有不同的参数等级，主要有数字量输入 /输出模块和模拟量输入/输出 模块，部件上都设有输入接线端子排，为了滤除信号的噪声和便于 PLC 内部对 信号的处理，这些模块上都带有滤波、电平转换、信号锁存电路。数字量输入 模块带有光电祸合电路，其目的是把 PLC 与外部电路隔离开来，以提高 PLC 的 抗千扰能力。数字量输出有继电器输出、晶体管输出和可控硅输出三种方式。 模拟量输入/输出模块主要用来实现模拟量一数字量之间的转换，即 A/D 或 D/A 转换。由于工业控制系统中有传感器或执行机构有一些信号是连续变化的模拟 量，因此这些模拟量必须通过模拟量输入/输出模块与 PLC 的中央处理器连接。 模拟量输入模块 A/D 转换后的二进制数字量，经光电祸合器和输入锁存缓冲器 与 PLC 的 1/0 总线挂接。模拟量输出模块 D/A 转换前的二进制数字量，经光电 祸合器和输出锁存器与 PLC 的 1/0 总线挂接。 现在标准量程的模拟电压主要是 0 一 5 伏和 O 一 10 伏两种，模拟电流主要是 0 一 ZomA 和 4 一 ZomA 两种。另外还 有。一 somV，o 一 IV、一 5 一+SV、一 10 一+10V，o 一 10mA 等。模拟量输入模 块接收到标准量程的模拟电压或电流后，把它转换成 8 位、10 位或 12 位的二制 数字信号，送给中央处理器进行处理。模拟量输出模块将中央处理器的二进制 数字信号转换成标准量程的电压或电流输出信号，提供给执行机构。 4)扩展模块:当一个 PLC 中心单元的 1/0 点数不够用时，就要对系统进行扩 展，扩展接口就是用于连接中心基本单元与扩展单元的。 15 模块随着可编程控制器在工业控制中的广泛应用和发展，各可编程控制器 制造厂家已经开发出一系列的智能接口模块，使可编程控制器的功能更加强大 和完善。智能 1/0 接口模块种类很多，例如高速技术模块、PLCA 控制模块、数 字位基于 PLC 的变频恒压供水系统的设计置译码模块、阀门控制模块、中断控 制模块、智能存贮模块以及智能 1/0 模块等。 5)编程器:它的作用是供用户进行程序的编制、编辑、调试和监视。有的编 程器还可与打印机或磁带机相连，以将用户程序和有关信息打印出来或存放在 磁带上，磁带上的信息可以重新装入 PLC。目前编程器主要有以下三种类型:便 携式编程器(也叫简易编程器);图形编程器;用于 IBM 一 PC 及其兼容机的编程 器。 PLC 控制系统示意图 便于携带的特点，一般只能用指令形式编程，通过按键输入指令，通过数 码管或液晶显示器加以显示、这种编程器适合小型可编程控制器的编程要求。 图形编程器以液晶显示器 (LCD)或阴极射线管(CRT)作屏幕，用来显示编程 内容和提供如输入、输出、辅助继电器的占有情况、程序容量等各种信息，还 可在调试程序、检查程序执行时显示各种信号状态、出错提示等。使用图形编 程器可以月多种编程语言编程，梯形图显示在屏幕上十分直观。图形编程器还 可与打印机、录音机、绘画仪等设备连接，有较强的监控功能。但它的价格高， 适用于中、大型可编程控制器的编程要求。 用于 IBM 一 PC 及其兼容机的编程器是个人计算机加上适当的硬件接口和软 16 件包作为编程器，也可直接编制成梯形图，其监控功能也很强。编程器工作方 式主要有编程和监控两种，编程工作方式是在 PLC 机处于停机状态时可以进行 编程，它的功能主要是输入新的程序，或者对已有的程序予以编辑和修改。 监控工作方式可以对运行中的控制器工作状态进行监视和跟踪，一般可以 对某一线圈或触点的工作状态进行监视，也可以对成组器件的工作状态进行监 视，还可以跟踪某一器件在不同时间的工作状态，除搜索、监视、跟踪外，还 可以对一些器件进行操作。因此编程器的监控方式对控制器中新输入程序的调 试与试运行是非常有用和方便的。 编程器的结构一般包括显示部分与键盘部分。显示一般用液晶显示器，主 要的显示内容包括地址、数据