PLC电厂输煤系统毕业论文

本科毕业论文（设计）本科毕业论文（设计） 论论文文题题目目： 姓姓 学学 班班 年年 专专 系系 名名： 号号： 级级： 级级： 业业： 部部： PLCPLC 电厂输煤系统电厂输煤系统 XXXXXX 电气工程及其自动化电气工程及其自动化 信息工程系信息工程系 指指导导教教师师： 完完成成时时间间：20122012 年年 5 5 月月 1616 日日 PLCPLC 电厂输煤系统电厂输煤系统 XXXXXX The PLC control of coal handling system inThe PLC control of coal handling system in power plantpower plant X, XX 20122012 年年 5 5 月月 1616 日日 摘摘要要 输煤系统是整个火电厂发电系统中的一个主要组成部分，通常包括堆煤、 卸 煤、带式输送、碎煤、除铁、除尘等过程。传统的输煤系统控制主要采用继电器、 接触器控制， 其有机构复杂， 不易改动， 抗干扰性差等缺点。 随着火电厂的发展， 传统的控制已不能满足要求，但 PLC 的出现很好的解决了这些问题。 本文主要讨论输煤系统中的皮带控制。由于整个输煤系统中包含很多个过 程， 必须将整个皮带系统分为好几段。这样里面对皮带最关键的一个要求就是必 须要让皮带从后到前顺序启动，然后从前到后顺序停止。采用 PLC 能够很好的 解决这个过程，我们只需将程序按照所需要求写好，然后导入 PLC 中便可，一 旦整个系统出现问题我们只需对程序稍加修改， 而不用像传统的控制那样，将整 个线路推到重来。在整个过程中，PLC 也具有良好的抗干扰性和准确性。 关键词关键词：输煤系统；皮带控制；PLC；西门子 S7-200 - 1 - AbstractAbstract Coal handling system is a major component of the thermal power plant electricity generation system.It typically includes these process of a pile of coal, coal unloading, conveying belt, pulverized coal, iron removal and so on.The traditional control of coal handling system mainly uses the relays,contactors to control.It has many defecs such as it has a complex mechanism so it is not easy to change,and its anti-interference is bad.With the development of thermal power plant,the traditional control can not meet the requirements.But these problems hasbe well solved by the emergence of PLC. This paper mainly discusses the coal handling belt control. Because of the coal handling system includes many processes,So should take it divided into several segments.The key request for the belt is how to get the belt from the posterior to the anterior boot sequence, and then used to sequence stop.Using PLCcan solve this process easily.We will simply write the program according to the requirement,then import it intothe PLC. We only need to slightly modify theprogram when the whole system arise problems,instead of traditional control must change the whole line.In the process, PLC also has a good robustness and accuracy. Key words:Key words: Coal handling system;Belt control;PLC;Siemens S7-20 - 2 - 目目录录 引引论论 . 1 . 1 1 1 课题的来源与意义课题的来源与意义. . 1. 1 1.1 课题的来源.1 1.2 课题研究的目的及意义.2 1.3 课题研究现状.2 2 2 电厂输煤系统电厂输煤系统. . 4. 4 2.1 输煤系统介绍.4 2.2 输煤皮带控制介绍.4 2.3 输煤控制流程图.5 3 3 输煤控制硬件部分输煤控制硬件部分. . 7. 7 3.1 PLC 介绍.7 3.2 PLC 工作原理.9 3.3 PLC 选型.11 3.4 输煤控制选择的 PLC 主要技术数据与模块功能.12 3.5 传感器.14 4 4 皮带传送系统的皮带传送系统的 PLCPLC 控制程序控制程序. . 16. 16 4.1 皮带传送控制要求.16 4.2 控制系统梯形图和接线图.16 5 5 控制过程模拟控制过程模拟. . 23. 23 主要参考文献主要参考文献. 25. 25 后后记记 . 26 . 26 - 1 - 引引论论 近些年来， 我国电力工业发展迅速，各种类型的火电厂的大量建设以及新设 备、新技术和新工艺的大量应用，对输煤系统的要求越来越高。输煤系统主要包 括堆煤、卸煤、带式输送、碎煤、筛煤、扒煤、推煤等过程。而皮带传输是其中 的一个主要而又关键的环节，它贯穿于整个输煤系统，将整个输煤系统分为很多 段，在每段对燃煤就行不同的处理。这样对整个控制系统的要求就特别高啦。本 文主要介绍输煤系统的皮带控制部分， 根据实际的实验环境， 选用西门子 S7-200 型的 PLC 编写皮带控制系统的程序，并通过仿真软件对各功能进行模拟。 1 1 课题的来源与意义课题的来源与意义 1.11.1 课题的来源课题的来源 在电力工业快速持续发展的今天， 积极发展清洁、高效的发电技术是国内外 共同关注的问题， 。我国现代化、高参数、大容量火电机组正在不断投运和筹建， 起发电技术对我国社会经济发展具有非常重要的意义。因此，提高发电效率、节 约能源、减少污染，是新建火电机组，改造在运发电机组的头等大事。 热电厂中的输煤设备是整个系统中的一个重要组成部分， 通常包括堆取煤设 备、卸煤设备、带式传输设备、碎煤设备、筛煤机、扒煤机、推煤机。而皮带的 运行是确保整个发电系统的能够正常运行的基本条件。 由于从取煤到送煤到锅炉 的运输过程中燃煤必须经过多个处理过程，必须先碎煤，然后去铁、去尘等，这 个整个输煤皮带就必须被分为好几段。 各段之间是一个相互独立却又联系紧密的 整体。 以前对皮带传输主要采用接触器和继电器组成的电气控制系统， 在相当一段 时间里由于它的造价比较低廉、整个线路易于理解，在相当长的一段时间里被火 电厂大量运用。但随着火电厂发电量的增大，发电过程中各环节工艺的发展，对 皮带传输的整个控制的要求越来越高， 传统的电气控制系统的线路就会越加的复 杂， 而相互间的干扰就会越来越大， 这在现代化的高工艺要求中是绝对不允许的， 由于工艺的不断改进，控制系统也必须不断的改进，这对传统的接触器和继电器 组成的控制系统来说几乎是致命的， 因为一旦有新的功能必须满足就必须对整个 线路大量的修改，甚至是将整个控制线路重新来过，这个大大增加了工作量且不 能保证控制系统的准确和稳定性。 所以，现在大型的火电厂急需一种新的控制系统来替代传统的电气控制系 统，而 PLC 的出现能够很好的解决这个问题，所以研究 PLC 对输煤系统中皮带 部分的控制是意义重大的。 - 1 - 1.21.2 课题研究的目的及意义课题研究的目的及意义 随着工业自动化水平的不断发展， 大型火电厂发电机组主机设备均被配备了 先进可靠、协调统一、高度自动化的极其完善的控制系统。其良好的人机界面， 优越的控制性能，准确的故障诊断与显示，大大提高了机组的运行效率，降低了 劳动强度，简化了操作，也提高了故障处理速度。与先进的主机控制系统相比， 输煤控制系统则显得较为落后， 其自动化水平和工作效率与经济发展的要求不相 适应。 特别是上个世纪年代及其以前建设的火力发电厂，其输煤控制系统多为强 电集中就地控制方式，采用继电器和按钮组成逻辑电路。这种控制方式与程控系 统相比：功能差、系统可靠性差，自动化程度低，需要运行人员数量多且劳动强 度大。 随着电力体制改革的不断深化， 发电市场的竞争将日趋激烈，提高管理水平 和工作效率， 特别是提高设备的管理水平， 提高设备的自动化程度及可靠性程度， 从而达到减员增效的目的。火电厂的输煤系统是火电厂的一个重要组成单元，特 点是运行情况恶劣，条件复杂，转动机械多，作业线长，设备分散，尤其对运行 人员来讲，现场冗员过多且工作强度大，并且粉尘，噪音等影响运行人眼的身心 健康。 因此，火电厂输煤程控技术是提高输煤系统自动化程度及可靠性程度的必 然选择，也是火电厂提高市场竞争能力的必然要求。 1.31.3 课题研究现状课题研究现状 随着可编程控制器应用范围的不断扩大， 从 20 世纪 80 年代开始， 国内火力 发电厂开始使用可编程控制器对其输煤系统进行自动控制。当时，多数电厂使用 检测元件、 执行器和电动机作为第一级，可编程控制器作为控制装置组成二级控 制系统对输煤系统进行控制。该系统在功能上主要以处理开关量为主。80 年代 后期， 许多大型火力发电厂对输煤控制系统进行了技术改造，使用了高性能可编 程控制器、 高速数据通信网络和过程控制计算机，组成三级分布式控制系统完成 输煤系统的控制。控制系统在功能上增加了对模拟量的处理，规模上从整体式发 展到模块式，且形成了网络。90 年代，输煤控制系统除了采用性能高、网络功 能强的可编程控制器外，还采用了速度更快、容量更大的计算机，在过程控制计 算机上面使用生产控制计算机，组成了司机控制系统。生产控制计算机主要承担 生产管理功能和适应优化数模的功能。进入 21 世纪，输煤程控系统多采用 PLC 集散控制方式，所有操作均在上位机上进行，可实现按流程的连锁起停，也可实 现解除连锁的手动控制。 近年来， 随着可编程控制器及及其网络的迅猛发展， PLC 不但在现场控制及 使用，而且深入到生产监控级及生产管理级中，操作站或终端设备中配 Factory Link-,Control View等高级组态工具软件，可以提供多种功能及各式各样生动 - 2 - 的画面。伴随着这种发展，输煤程控技术也将朝着管理一体化及高度自动化，高 度智能化，信息化发展。输煤程控不再仅仅是控制输煤系统的生产运行，而将更 多的开发出设备故障检测及诊断功能，更多的设备信息管理功能等，并将与厂级 MIS 系统联网，实现更加远程的监控管理。 与国内输煤控制系统相比，国外在散料输送自动化方面应用了许多新技术。 在系统结构方面，除应用四级计算机控制系统外，还应用泄漏电缆（一种类似于 同轴电缆，但屏蔽层开孔作为发射和接收天线）代替普通无线控制，从而获得抗 干扰强、 信号稳定的无线控制信号， 对大型移动机械进行控制。 在单元控制方面， 主要采用节能控制技术。 在人工智能的应用方面，一是对原料堆积和混料进行智 能控制， 另一方面对运输机械进行智能控制。皮带运输机动作顺序是根据机械装 置和作业条件、 皮带运输机相互关系、 输送量等因素， 并有一定的规则来支配的。 新的系统把这些因素和规则形成规则库，运用智能控制使系统更有柔性。 - 3 - 2 电厂输煤系统电厂输煤系统 2.12.1 输煤系统介绍输煤系统介绍 输煤系统是指从卸煤点至煤场及从煤场至锅炉煤仓之间煤的运送设备及其 控制设备。输煤系统主要设备包括：给煤机，输送机，环锤式碎煤机，筛分设备， 提升机，除渣机，除铁器，仓壁振动器，电液动（可变槽角）犁式卸料器，锅炉 辅机等。 传统的火力发电厂燃煤输送系统主要设备配置：储煤场、给煤机、1 号皮带 输送机、倾斜式滚轴筛、环锤式粗破机、2 号皮带输送机、环锤式细破机、3 号 皮带输送机、除铁器、除尘器、采样器、卸料器、锅炉储煤仓。新型带有 Zndp 型系列破碎机的新型燃煤输送系统，它的主要设备配置有：储煤场、给煤机、1 号皮带输送机、倾斜式滚轴筛、Zndp 型破碎机、2 号皮带输送机、除铁器、除 尘器、采样器、卸料器、锅炉储煤仓。 新型燃煤输送系统选配了 Zndp 型系列破碎机作为燃煤输送系统主要设备， 将粗破机和细破机合为一体，并减少了一组皮带输送机。 这样就有以下几个突出的优点：第一，设备成本减少，系统布局紧凑，输送 破煤楼占地缩小，整个基础设施经费投入得到有效压缩。第二，减少了破碎和输 送环节， 故障率就会得到有效降低， 更加保证了整个系统设备的正常运转。 第三， 设备减少，整体能耗降低，单以破碎机与国内同类产品相比，一年可节约 30 多 万元。 第四，密封性能好，设备环境优良，长时间稳定型好，检修周期约为一 年，降低运行成本。 2.22.2 输煤皮带控制介绍输煤皮带控制介绍 带式输送机是火电、化工、煤炭、冶金、建材、轻工、造纸、石油、粮食交 通运输等部门广泛使用的连续运输设备。 普通的带式输送机的驱动部分主要包括 电动机、液力耦合器、减速器、逆止器、制动器、低速联轴器和驱动滚筒等。它 在工作时， 主动滚筒通过它与胶带之间的摩擦力带动胶带运行，煤等物料装在胶 带上和胶带一起动。 由于在整个运输工程中是进行分段的， 但段与段之间又联系紧密。所以输煤 系统在启动，按逆煤流的方向逐一启动，而停机时则按照顺煤流方向逐一停止。 每台设备之间要按照一定的延时时间逐台启停运行。 运煤系统中不加入联锁的筛 煤设备， 启动时首先启动筛煤设备， 然后按顺序启动其他设备； 加入联锁系统的， 启动时按逆煤流方向逐一启动， 而停机时则按照煤流的方向逐一停止。 筛煤设备、 除铁设备和除尘器等附属设备先于带式输送机启动，后于带式输送机停机。当系 统中参与联锁运行的设备中某一设备发生故障停机时， 则该设备逆煤流的各设备 - 4 - 立即联跳，碎煤机不跳闸，以后的设备仍继续运转，当全线紧急跳闸时，碎煤机 也不停。当碎煤机跳闸时，立即联停上级输送带。 输煤系统一般正常停机时，必须走空余煤，确保下次空载启动。出现紧急情 况后，应有手动的开关，能够手动走完皮带上的余煤。在电厂的输煤系统中，常 用的制动装置有带式逆止器、滚柱逆止器、电力液压制动器和电磁制动器。 2.32.3 输煤控制流程图输煤控制流程图 基于实际的能力和实验模拟的条件， 本文主要选取输煤系统的皮带控制的部 分过程。将整个输煤系统分为三段：第一段，从煤堆取煤到碎煤机。第二段，从 碎煤机到除铁、除尘机（为控制方便将两部分合做一起） 。第三段，从除铁、除 尘机到锅炉。 四个储煤位置均有传感器检测煤位， 三段皮带按照逆煤流顺序启动， 按照顺煤流方向顺序停止。启动流程见图 2.3（a） ，停止流程见图 2.3(b)。 启动 启动皮带3启动皮带3紧急停止备用 否 否 皮带 3是否启动 皮带 3是否启动 启动皮带1启动皮带2启动皮带3 是 是 30 秒后启动皮带2 启动皮带2 否 否 皮带 2是否启动 皮带 2是否启动 是是 30 秒后启动皮 带 1 启动皮带1 图图 2.32.3（a a）启动流程图）启动流程图 - 5 - 停止 堆煤传 感 1 堆煤传 感 2 堆煤传 感 3 停止皮带1停止皮带1 否 否 皮带1 是否停止皮带1 是否停止 是 是 30 秒后停止皮 带 2 停止皮带2 否 否 皮带2 是否停止皮带2 是否停止 是是 30 秒后停止皮 带 3 停止皮带3 图图 2.32.3（b b）停止流程图）停止流程图 - 6 - 3 3 输煤控制硬件部分输煤控制硬件部分 3.1 PLC3.1 PLC 介绍介绍 可编程控制器（Programmable Logic Controller,PLC）产生于 20 世纪 60 年代 末，它是继电器接触器控制系统的基础上开发出来的一种新型的工业控制器， 具有编程简单、使用方便、可靠性强、通用性强、体积小、易于维护等优点，在 目前控制领域中的应用非常广泛。 3.1.1 PLC3.1.1 PLC 的产生与发展的产生与发展 在可编程控制器诞生前， 传统的继电器接触器控制系统广泛运用于各类生 产过程的控制中,承担着各种复杂而艰巨的控制任务。而在一个复杂的系统中， 可能要使用成百上千的各类控制电器，需要成千上万的导线连接，安装这些电气 需要很多的控制柜，并占据大量的空间。 如此多的电器设备给系统的运行和维护 带来很大的麻烦，一个小小的电器就能影响整个控制系统的正常运行。因此，人 们迫切的希望能有一种新型的工业控制装置来替代继电器接触器控制系统， 使 电气控制系统更加的可靠，维修更加的便捷。随着计算机技术的应用与发展，这 种愿望逐步成为可能。 20 世纪 60 年代末，美国的通用公司为了跟上汽车制造业的迅速发展速度， 公开招标研制一种新型、通用的工业控制器，要求比继电器接触器控制系统工 作更可靠、功能更加的齐全、响应速度更快，并从用户的角度提出了新一代控制 器应具有的十大技术指标，具体如下： （1）编程方便，可在现场修改程序。 （2）维修方便，最好采用插件式结构。 （3）可靠性要明显高于继电器接触器控制系统。 （4）体积要小于继电器控制柜。 （5）要有数据通信功能，现场数据可直接送入管理计算机。 （6）性能价格比要高于继电器接触器控制系统。 （7）输入可以是 AC115V。 （8）输出可以是 AC115V，容量在 2A 以上，可直接驱动接触器等。 （9）扩展时原有的系统改变量少。 （10）用户存储器容量至少可扩展到 4KB。 1969 年，美国数字设备公司（DEC）公司根据上述要求研制出世界上第一 台可编程控制器 PDP4，并在通用汽车公司的生产线上试用成功，取得了显著 的经济效益。从此以后，可编程逐渐发展起来。到目前为止，世界各国一些著名 的电气制造商几乎都在生产 PLC 装置，如德国的西门子、美国罗克韦尔自动化 - 7 - 公司的 AB、 日本的三菱和 OMRON、 美国的 GE 等。 我国从 1974 年开始研制， 1977 年开始工业应用。 可编程控制器从其产生到发展， 尽管只有几十年的时间， 但由于其编程简单、 可靠性高、通用性强、使用方便等优点，使其得到了飞速的发展。可编程控制器 的应用领域非常广泛，涉及冶金、化工、机械、纺织、建筑、运输、电力等部门， 已逐渐成为自动化领域的重要支柱之一。 3.1.2 PLC3.1.2 PLC 的基本组成的基本组成 可编程控制器实质上是一种工业控制计算机， 其内部基本结构与微型计算机 类似。主要由中央处理单元（CPU） 、存储器、输入/输出接口等部分组成。如图 3.1（a） 编程器 输 入 电 路 中央处理单元 输 出 电 路 （CPU） （1）微处理器 与计算机一样，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，接受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，并能检查用户程序的语法错误。当PLC 投入 运行时， 首先它以扫描的方式接受现场各输入装置的状态和数据， 并分别存入 I/O 映象区, 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 规定执行逻辑或算术运算等任务。 并将逻辑或算术运算等结果送入 I/O 映象区或 数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕以后，最后将I/O 映象区的各输出状 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 - 8 - 系 统 程 序 存 储 区用 户 程 序 存 储 区 电 源 图图 3.13.1（a a）PLCPLC 硬件的基本结构图硬件的基本结构图 为止。 （2）存储器 PLC 的存储器分为两部分: 系统存储器和用户存储器。 系统存储器主要用来 存储 PLC 生产厂家的系统程序，通常固化在 PROM 或 EPROM 中，用户不能直 接访问。 用户存储器又分为用户程序存储器和用户数据存储器。用户程序存储器 是指用户根据系统功能编制的应用程序， 在正式投入运行之前往往需要经过反复 的调试和修改；一旦用户程序调试完毕，应将其转存于EPROM 或 E2PROM 中， 以免程序被随意改动。用户数据存储区用于存放用户程序执行过程中的变化、需 要经常存取的数据，以及 PLC 内部器件的状态等，这部分数据一般存放在 RAM 之中。 PLC 存储空间的分配：虽然大、中、小型 PLC 的 CPU 的最大可寻址存储 空间各不相同， 但是根据 PLC 的工作原理，其存储空间一般包括以下三个区域： 系统程序存储区，系统 RAM 存储区（包括 I/O 映象区和系统软设备等）和用户 程序存储区。 （3）输入输出接口电路 现场输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接口电路， 作用是可编程逻辑 控制器与现场控制的接口界面的输入通道。现场输出接口电路由输出数据寄存 器、 选通电路和中断请求电路集成， 作用可编程逻辑控制器通过现场输出接口电 路向现场的执行部件输出相应的控制信号。 （4）电源模块 可编程逻辑控制器的电源在整个系统中起着十分重要的作用。 如果没有一个 良好的、可靠的电源系统是无法正常工作的，因此，可编程逻辑控制器的制造商 对电源的设计和制造也十分重视。一般交流电压波动在+10%(+15%)范围内，可 以不采取其它措施而将 PLC 直接连接到交流电网上去。 （5）编程器 编程器的作用是编制、编译和调试用户的程序，也可在 PLC 运行时对用户 程序进行实时监控。编程器一般由 PLC 生产厂家提供，且只能用于某个品牌。 某个系列的 PLC。编程器主要分为专用编程器和专用编程软件两种。 （6）其他外围设备 其他外围设备包括人机接口装置（HMI） 、存储器卡、打印机、盒式磁带机、 EPROM 写入器等。 3.2 PLC3.2 PLC 工作原理工作原理 当可编程逻辑控制器投入运行后， 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，可编程逻辑控制器的 CPU 以一定的扫描速度重复执行上述三 - 9 - 个阶段。如图 3.2(a) 第(N-1)个扫 描周期 第 N 个扫描周期 第(N+1)个扫 描周期 输出刷新输入采样用户程序执行输出刷新输入采样 图图 3.23.2（a a）PLCPLC 的扫描运行方式的扫描运行方式 （1）输入采样阶段 在输入采样阶段， 可编程逻辑控制器以扫描方式依次地读入所有输入状态和 数据，并将它们存入I/O 映象区中的相应的单元内。输入采样结束后，转入用户 程序执行和输出刷新阶段。 在这两个阶段中， 即使输入状态和数据发生变化， I/O 映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则 该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能 被读入。 （2）用户程序执行阶段 在用户程序执行阶段， 可编程逻辑控制器总是按由上而下的顺序依次地扫描 用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触 点构成的控制线路，并按先左后右、 先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进 行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM 存储区中 对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O 映象区中对应位的状态；或者确定是 否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。即在用户程序执行过程中，只有输入 点在 I/O 映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在 I/O 映 象区或系统 RAM 存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯 形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作 用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个 扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。在程序执行的过程中如果使用立即 I/O 指令则可以直接存取 I/O 点。即使用 I/O 指令的话，输入过程影像寄存器的 值不会被更新，程序直接从 I/O 模块取值，输出过程影像寄存器会被立即更新， 这跟立即输入有些区别。 （3）输出刷新阶段 当扫描用户程序结束后， 可编程逻辑控制器就进入输出刷新阶段。 在此期间， CPU 按照 I/O 映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路， 再经输出电 - 10 - 路驱动相应的外设。这时，才是可编程逻辑控制器的真正输出。 3.3 PLC3.3 PLC 选型选型 3.3.13.3.1 分析被控对象并提出控制要求分析被控对象并提出控制要求 详细分析被控对象的工艺过程及工作特点，了解被控对象机、电、液之间的 配合，提出被控对象对 PLC 控制系统的控制要求，确定控制方案，拟定设计任 务书。 3.3.23.3.2 确定输入输出设备确定输入输出设备 根据系统的控制要求， 确定系统所需的全部输入设备 （如： 按纽、 位置开关、 转换开关及各种传感器等）和输出设备（如：接触器、电磁阀、信号指示灯及其 它执行器等） ，从而确定与PLC 有关的输入/输出设备，以确定PLC 的 I/O 点数。 3.3.33.3.3 选择选择 PLCPLC PLC 选择包括对 PLC 的机型、容量、I/O 模块、电源等的选择，详见本章第 二节。 3.3.43.3.4 分配分配 I/OI/O 点并设计点并设计 PLCPLC 外围硬件线路外围硬件线路 （1）分配 I/O 点 画出 PLC 的 I/O 点与输入输出设备的连接图或对应关系表，该部分也可 在第 2 步中进行。 （2）设计 PLC 外围硬件线路 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。 3.3.53.3.5 程序设计程序设计 （1）程序设计 根据系统的控制要求，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。除此之外，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。 （2）程序模拟调试 - 11 - 程序模拟调试的基本思想是， 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。 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。 3.3.63.3.6 硬件实施硬件实施 硬件实施方面主要是进行控制柜（台）等硬件的设计及现场施工。主要内 容有： （1）设计控制柜和操作台等部分的电器布置图及安装接线图。 （2）设计系统各部分之间的电气互连图。 （3）根据施工图纸进行现场接线，并进行详细检查。 由于程序设计与硬件实施可同时进行，因此 PLC 控制系统的设计周期可大 大缩短。 3.3.7.3.7 联机调试联机调试 联机调试是将通过模拟调试的程序进一步进行在线统调。联机调试过程应 循序渐进，从 PLC 只连接输入设备、再连接输出设备、再接上实际负载等逐步 进行调试。 如不符合要求， 则对硬件和程序作调整。 通常只需修改部份程序即可。 全部调试完毕后，交付试运行。经过一段时间运行，如果工作正常、程序 不需要修改，应将程序固化到 EPROM 中，以防程序丢失。 3.3.83.3.8 整理和编写技术文件整理和编写技术文件 技术文件包括设计说明书、 硬件原理图、 安装接线图、 电气元件明细表、 PLC 程序以及使用说明书等 3.43.4 输煤控制选择的输煤控制选择的 PLCPLC 主要技术数据与模块功能主要技术数据与模块功能 综合上述原则输煤系统选择西门子 S7-200 系列 CPU224 DC/DC/Relay 主要技术数据如下： 技术规范 集成的数字量输入/ 输出 可连接的扩展模块数量 (最大) 最大可扩展的数字量输入/ 输出范围 最大可扩展的模拟量输入/ 输出范围 用户程序区 - 12 - CPU 224 CPU 14 入/10 出 7 个 168 点 35 点 8 KB 数据存储区8 KB 数据后备时间 (电容)100 小时 后备电池 (选件)200 天 编程软件Step 7-Micro/WIN 布尔量运算执行时间0.22 s 标志寄存器/ 计数器/ 定时器256/256/256 高速计数器6 个 30 KHz 高速脉冲输出2 个 20 KHz 通讯接口1 个 RS-485 外部硬件中断4 支持的通讯协议PPI, MPI, 自由口 Profibus DP 模拟电位器2 个 8 位分辨率 实时时钟内置时钟 外形尺寸 (长 宽 高, MM)120.5 80 62 该单元包括西门子主机模块 CPU 224XP CN 单元和接口单元板等组成。 其示 意图如图 3.4(a)所示。 图图 3.43.4（a a） CPUCPU 单元及接口单元板示意图单元及接口单元板示意图 - 13 - 图中数字量输入 14 点，接线端子为 I0.0I0.7，I1.0I1.5，它们的公共正端 为 1M、2M 端子；数字量输出10 点，接线端子为Q0.0Q0.7，Q1.0Q1.1，它们 的公共负端为 1L、2L、3L 端子；模拟量输入通道 2 路，信号分为电压信号和电 流信号两种，如果选择电压输入信号就接 A+、B+端，选择电流输入信号就连接 R1、R2 端，它们的公共负端为M 端子；模拟量输出通道1 路，输出信号分为电 压信号和电流信号两种，如果选择电压输出信号就连接 V 端子,选择电流输出信 号就连接 I 端子，它们的公共负端为 M 端子。 为了实验操作方便，该模块将 PLC 所有输入输出端子都引到接口板上去， 学生既可通过插接线完成线路的连接， 也可通过实芯导线与继电器等元器件进行 连接。 当使用实验单元板时,根据系统设定的 I/O 分配表,用导线将 PLC 的 I/O 口与 相关的实验模块锁孔相连。 使用方法： （1）PLC 的 I/O 的数字量输入输出接口的使用：首先将实验连接线将 PLC 的 I/O 口与相关的实验模块锁孔相连，再将 PLC 的 I/O 数字量输入部分的 1M、 2M 公共端接电源模块的 DC24 输出端的“+24V 端” ，数字量输出口部分的 1L、 2L 公共端与电源模块的 DC24 输出端的“0V”端相连。 （2）PLC 的模拟量输入输出接口的使用：首先将实验连接线将 PLC 的模拟 量接口与相关的实验模块锁孔相连，再将PLC 的模拟量输入输出部分的 M 公共 端接电源模块的 DC24 输出端的“0V”端子。 3.53.5 传感器传感器 英文名称：transducer / sensor 国家标准 GB7665-87 对传感器下的定义是： “能感受规定的被测量件并按照 一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成” 。 传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按 一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出， 以满足信息的传输、 处理、 存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。 3.5.13.5.1 传感器作用传感器作用 人们为了从外界获取信息， 必须借助于感觉器官。而单靠人们自身的感觉器 官， 在研究自然现象和规律以及生产活动中它们的功能就远远不够了。为适应这 种情况，就需要传感器。因此可以说，传感器是人类五官的延长，又称之为电五 官。传感器早已渗透到诸如工业生产、宇宙开发、海洋探测、环境保护、资源调 查、医学诊断、生物工程、甚至文物保护等等极其之泛的领域。可以毫不夸张地 说，从茫茫的太空，到浩瀚的海洋，以至各种复杂的工程系统，几乎每一个现代 化项目，都离不开各种各样的传感器。 - 14 - 由此可见，传感器技术在发展经济、推动社会进步方面的重要作用，是十分 明显的。世界各国都十分重视这一领域的发展。相信不久的将来，传感器技术将 会出现一个飞跃，达到与其重要地位相称的新水平。 3.5.23.5.2 传感器选择传感器选择 输煤系统所需传感器主要是用来检测煤的位置，所以主要选择是位置传感 器。根据这次设计考虑在这次控制中主要选择堆煤传感器。 （1）堆煤传感器简介 堆煤传感器， 是带式运输机堆煤保护的信号采集单元。堆煤传感器正常时煤 位传感器输出端“堆煤”输出高电平，当煤位增高推移传感器偏转一定角度时， 其内万向接点导通， “堆煤”输出低电平， “满煤”指示灯亮，经短暂延时，主机 执行继电器释放，实现堆煤保护，同时发出语言报警信号。电极式煤位传感器原 理相同，当电极接触煤堆时，在煤电阻小于1.5M500K 的情况下,经 1-3 秒延时, 实现故障停机,保护皮带。 （2）堆煤传感器工作原理 皮带机正常运转时，将机械推移式堆煤传感器触头偏移 1560或在两根电 极同时接触到煤时，延时 23 秒，皮带机应停机，监控仪主机“堆煤”指示灯 亮，同时发出响亮的“堆煤”语言报警声。 （3）堆煤传感器主要性能 动作偏移角度：303 动作力9.8N 复位角度：153 动作性能:：堆煤传感器受动力作用，探杆转动至动作角度时应立即动作， 输出常开接点闭合；动作力撤除探杆自动返回原位经过复位角度时立即恢复，输 出常开接点短断开 堆煤传感器接触电阻：闭合接点的接触电阻不大于 0.1,振动、冲击和寿命 试验后不大于 0.2。 - 15 - 4 4 皮带传送系统的皮带传送系统的 PLCPLC 控制程序控制程序 4.14.1 皮带传送控制要求皮带传送控制要求 前面已经提到输煤系统大致要包括取煤、碎煤、除铁、除尘、送至锅炉等过 程。所以将皮带大致分为三段，从取煤堆到碎煤设备为第一段，从碎煤设备到除 铁、除尘设备为第二段，从除铁、除尘设备到锅炉为第三段。 控制要求： （1）输煤系统启动时，按逆煤流方向逐一启动，而停机时则按顺煤流方向 逐一停止。 （2）设有手动自动切换开关。 （3）自动按一定的延时时间逐台启停运行，本次模拟软件设为 10S。 （4）手动启停时时，没有固定的延时时间，但受顺序启动限制。 （5）设有紧急运行和自动运行切换开关。 （6）为应付不可预测的情况， 设置紧急运行，紧急运行时启动电机为点动， 且电机启动顺序不受启动顺序限制。 （7）设置煤位监控，一旦达到预定煤位立即按顺序停止皮带运行。 输煤皮带的大致过程及其控制开关见图 6.1(a)所示。 图图 4.14.1（a a）输煤皮带整体图输煤皮带整体图 4.24.2 控制系统梯形图和接线图控制系统梯形图和接线图 梯形图和语句表是 PLC 最常用的编程语言。梯形图指令源于传统的继电器 接触器控制系统， 其简单符号及程序设计原则简洁而直观，是目前最流行的 PLC 编程语言，即便是没有学过计算机的人员也能够很快地接受。 - 16 - （1）按下启动按钮第一台电机启动后开始计时 10s，见图 4.2（a） 。 图图 4.24.2（a a） （2）第一台电机启动 10s 后第二台电机启动并开始计时 10s，见图 4.2（b） 。 图图 4.24.2（b b） - 17 - （3）第二台电机启动 10s 后，第三台电机启动，若按下停止按钮开始计时 10s，见图 4.2（c） 。 图图 4.24.2（c c） （4）当任意堆煤传感器检测到满煤信号或者手动停止时取出该信号上升沿， 计入中间继电器中，见图 4.2（d） 。 图图 4.24.2（d d） - 18 - （5）取出停止信号的下降沿，防止第三台电机停止后，又计时 10s 后重新 启动第三台电机的误动作。见图 4.2（e） 。 图图 4.24.2（e e） （6）第三台电机停止10s 后第二