毕业设计-煤泥烘干设备plc控制系统设计

唐山学院毕业设计设计题目煤泥烘干设备PLC控制系统设计系别_班级_姓名_指导教师_2009年6月2日王会刚梁帅05测控技术与仪器（2）班机械与电子工程系煤泥烘干设备PLC控制系统设计摘要目前，我国经济进入了工业化中期快速发展阶段，重工业以及与之形成联系的产业和高科技产业得到了迅速的发展，当然煤炭工业也不例外。随网络、控制、通信及电气技术的发展和用户对煤炭产量的要求的不断提高，选煤工业的控制系统发生了根本的变化，现代选煤厂正努力向网络化、智能向发展。在这样的背景下，本论文根据选煤厂煤泥烘干设备工艺流程设计了基于西门子PLC的集中控制系统。首先，论文介绍了我国煤炭资源的状况和洗选煤加工的必要性。其次，论文简要说明了选煤厂中煤泥烘干设备的选煤工艺流程。然后，论文详细的讲解了煤泥烘干设备集中控制系统的研究与设计，它包括控制总体方案设计、硬件选型、软件系统设计。控制总体方案阐述了系统由一台SIEMENS300系列PLC为控制中心，控制所有数字和模拟I/O模块；数字输入模块（DI）读入设备状态，数字输出模块（DO）输出控制设备信号，模拟量输入模块（AI）读入设备温度、压力等模拟量信号；硬件选型给出了PLC、传感器、执行器和其它电气元件的具体型号；软件系统设计分别介绍了在PLC编程软件STEP7环境下的梯形图和上位机监控软件WINCC环境下的人机交互界面设计。最后，论文对本课题进行了总结讨论，说明了后续工作中应努力提高和改善的地方。关键词煤泥烘干PLC集中控制WINCC人机界面THEDESIGNOFTHECENTRALIZEDCONTROLSYSTEMINTHECOALDRYINGEQUIPMENTABSTRACTTHISPAPERINTRODUCESTHECENTRALIZEDCONTROLSYSTEMINTHECOALDRYINGEQUIPMENTBASEDONITSADVANTAGESOFHIGHRELIABILITY,SIMPLEPROGRAMMINGANDEASYMAINTENANCE,THISSYSTEMACHIEVEDTHECENTRALIZEDCONTROLOFTHECOALDRYINGEQUIPMENTITTAKESTHEPLCS7300PRODUCEDBYSIEMENSCOMPANYASITSCOREDESIGNANDAPPLIESCOMPREHENSIVELYTHERELATEDKNOWLEDGEOFCOMPUTERINTEGRATEDCONTROLSYSTEM,MECHANICALANDELECTRICALTRANSMISSION,ETCTHISSYSTEMHASTWOWORKINGMODELS,NAMELYTHEFOCUSEDMODELANDTHELOCALMODELFORTHEFORMER,THEREARETWOWORKINGMETHODS,NAMELYTHEMANUALWAYANDTHEAUTOMATICWAYCONSEQUENTLYWITHITSHIGHLYVERSATILITY,GOODRELIABILITYANDSIMPLEPROGRAMMING,THESYSTEMFACILITATESTHEORGANIZATIONANDPRODUCTIONINFACTORIESTHEPRINCIPLEOFPLCCONTROLANDTHEPROCESSOFTHECOALDRYINGEQUIPMENTISEXPLAINEDINTHISPAPERINDETAILSTHEFOLLOWINGIMPORTANTTHINGSAREREPORTED,THEDESIGHOFTHECENTRALIZEDCONTROLSYSTEMOFTHEPLCMODELS,THEALLOCATIONOFI/OPORTANDTHEPLCLADDERPROGRAMDESIGHTAKINGASIEMENS6ES73121AD100AB0PLCASTHECONTROLCENTER,THESYSTEMCANCONTROLALLTHEDIGITALANDANALOGI/OMODULESTHESTATEOFTHEEQUIPMENTISINPUTTHROUGHDIGITALINPUTMODULESDI,WHILETHEDIGITALOUTPUTMODULEDOISUSEDTOCONTROLTHEEQUIPMENTTHEPHYSICALCONTINUOUSCHANGESINTHEEXTERNALROWISINPUTINTHEANALOGINPUTMODULETHEHOSTCOMPUTERISRUNNINGONSIEMENSWINCCV60THEUSERPROGRAMWHICHISBASEDONTHEWINCCPLATFORMISTHEHMIWHICHISUSEDTOMONITORANDCONTROLTHESYSTEMEQUIPMENTANDTORECORDDATAANDEVENTSFAILUREKEYWORDSCOALDRYINGPLCCENTRALIZEDCONTROLWINCCMMI目录1引言12煤泥烘干设备控制系统总体设计221工业控制系统222系统任务和控制方案2221工艺流程分析2222控制系统的主要功能2223控制方案选择33煤泥烘干设备控制系统硬件设计431PLC的选型4311可编程控制器的特点4312可编程控制器的分类及应用4313可编程控制器的工作过程5314可编程控制器（PLC）的选择基本原则6315可编程控制器（PLC）的选择632上位机的选型8321上位机在控制系统中的作用8322上位机的选择833其它元器件的选型84煤泥烘干设备控制系统软件设计1141PLC程序的设计11411编程资源概述11412I/O点数分配11413PLC逻辑控制13414PLC程序设计1542上位机程序设计24421概述24422WINCC程序的启动与退出24423主控制面板25424系统流程监视界面26425集中手动控制界面27426系统工艺参数界面27427参数设置界面28428设备运行事件记录界面29429趋势图295结论30致谢31参考文献32外文资料33中文翻译381引言我国煤炭资源的特点是难选煤多，高灰、高硫煤比重大。煤炭的生产和利用是对大气污染、酸雨等区域性环境问题的主要影响因素。其次煤炭存储量的80集中在华北和西北，而70的煤炭消耗在东南及沿海，造成60的煤炭需要运输，占铁路货运量的40。然而未经洗选的煤炭中含有大量的矸石，在运输中造成极大的人力、物力的浪费，煤炭的洗选加工已成为必然。煤炭的洗选加工是从源头上提高商品煤质量，提高煤炭利用率，节约运力，增加煤炭企业经济效益的有效方法。充分利用先进的选煤技术，提高原煤煤泥的回收比例，已经成为中国煤炭工业进行工业结构调整和优化升级、提高煤炭企业经济效益和社会效益，保持煤炭工业可持续发展的必然选择，是综合利用资源、节约能源和环境保护的有效途径1。目前，我国新建的选煤厂绝大部分都设置了集控系统，其配置标准根据选煤厂的建厂时间和选煤厂的规模大小有所不同，集控系统主要包括本地控制、PLC远程控制以及现场信息检测控制装置2。其主要功能是控制设备的运行和监测设备的状态。集控系统设计中采用远程站或分布站PLC设置在设备较为集中的配电室，节省了大量的控制电缆，并进一步提高了系统的可靠性。工控机监控主要功能是将PLC采集到的现场信息用人们容易理解和接受的方式显示出来，将调度人员发布的操作命令传送给PLC执行，对现场设备出现的故障进行原因分析，并可打印故障表。本论文根据现在选煤厂集控改造和设计的主流，设计出基于西门子PLC的选煤厂煤泥烘干设备的集中控制系统。通过介绍煤泥烘干的工艺流程，提出了集中控制系统的总体控制方和具体设计方法。2煤泥烘干设备控制系统总体设计21工业控制系统近几年来，随着计算机技术的发展，生产规模的扩大，工业生产过程中自动控制程度也越来越高、手段也越来越先进。如何提高自动化程度，努力减轻劳动强度，保障生产的可靠性、安全性，降低生产成本，提高产品的质量及经济效益是人们普遍关心的问题。工业控制系统是运用机电一体化技术，对生产过程的各种信息采集、分析、处理，并进行优化控制和合理的调度，以达到提高生产效率的一种现代工业系统3。现代流行的工业控制系统一般由上位机和下位机组成，通常上位机由PC或IPC担当，负责生产过程的监视与控制。而下位机由PLC或其它控制器担当，主要负责数据采集及现场控制。两者之间通过无线、红外、线缆、因特网等进行通信。根据需要，能够任意取舍、组合的组态软件，可以作为上位机的系统软件。22系统任务和控制方案221工艺流程分析煤泥烘干的特点是生产线长、传动设备多、工序多、生产快速连续、张力控制要求高等。煤泥烘干设备生产的工艺流程遵循“逆煤流启动，顺煤流停止”的原则。流程设备开车顺序关闭引风机风门，开循环水泵（920）开引风机（912）开引风机风门开产品出料胶带运输机（919）；开螺旋输送机（911）；开滚筒干燥机（908）；关闭烟道风门；开入料密封刮板输送机（905）；开刮板输送机（903）或开刮板输送机（904）或开刮板输送机903和刮板输送机904。停车顺序与上述过程相反，下游设备延时停止。在某台设备发生意外停车故障时，连锁停止上游设备。非流程设备污水泵914，燃烧炉915，鼓风机916，除渣机（918）属于非流程设备，在该系统中属于集中手动控制设备。222控制系统的主要功能（1）两种控制方式就地和集中。设备在集中方式下可以选择闭锁或解锁、可以自动控制系统启停车或手动控制单台设备的启停。（2）对系统的8台参控流程设备进行集中连锁控制，对系统的4台参控非流程设备进行集中手动控制，对3台执行机构进行在线监控，对整个系统的11个模拟量进行实时监视。（3）控制方式由操作员在上位机上进行选择。（4）集中优先原则。仅在就地方式下，司机可以在现场的电控箱启/停设备。一旦操作员在集控室选择了集中控制模式，位于设备现场的电控箱的“启动”按钮失效。在集中模式下，如果出现紧急情况，设备司机在现场可以停止设备的运行。（5）系统选择功能。系统在原料选择上操作员可根据需要做出选择。（6）试车功能。在集中解锁模式，提供了在集控室进行试车调试的功能。（7）参控设备逆煤流启动、顺煤流停止。（8）所有参控设备具有紧急停车功能，即不论该设备当前控制状态是集中还是就地，集中控制室的急停按钮将停止所有参控设备。（9）事故处理和记录功能，实时显示故障点和故障原因。223控制方案选择通过对煤泥烘干设备生产的工艺流程的分析，本设计采用了以下控制方案如图22所示，系统由一台SIEMENSPLC为控制中心（位于集中控制柜），控制所有数字和模拟I/O模块。设备状态通过数字输入模块（DI）读入，数字输出模块（DO）用于设备控制，外部连续变化的物理量的读入在模拟量输入模块（AI）。图22控制系统结构图3煤泥烘干设备控制系统硬件设计31PLC的选型在现代化的工业生产设备中，有大量的数字量及模拟量的控制装置，例如电机的起停，电磁阀的开闭，温度、压力、风门开度的设定与控制等等。工业现场中的这些自动控制问题，采用可编程序控制器（PLC）来解决自动控制系统问题已成为最有效的工具之一，对PLC的正确选择是非常重要。311可编程控制器的特点第一，可靠性高、抗干扰能力强，平均故障时间为几十万小时。而且PLC采用了许多硬件和软件抗干扰措施。第二，编程简单、使用方便目前大多数PLC采用继电器控制形式的梯形图编程方式，很容易被操作人员接受。一些PLC还根据具体问题设计了如步进梯形指令等，进一步简化了编程。第三，设计安装容易，维护工作量少。第四，适用于恶劣的工业环境，采用封装的方式，适合于各种震动、腐蚀、有毒气体等的应用场合。第五，与外部设备连接方便，采用统一接线方式的可拆装的活动端子排，提供不同的端子功能适合于多种电气规格。第六，功能完善、通用性强、体积小、能耗低、性能价格比高4。312可编程控制器的分类及应用根据硬件结构的不同，可以将PLC分为整体式、模块式、和混合式。整体式又叫做单元或箱体式，它的体积小、价格低，小型PLC一般采用整体式结构。大、中型PLC一般采用模块式结构，主要由机架和模块组成。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。（1）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。（2）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转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。（3）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。（4）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。313可编程控制器的工作过程PLC采用了一种不同于一般微型计算机的的运行方式扫描技术，既输入采样，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为一个扫描周期。不过严格地来说扫描周期还包括自诊断通信等，如图112所示。图31PLC的扫描运行方式（1）输入采样阶段在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有的数据和状态，并将它们存入I/O映象区的相应单元内。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，即使输入数据和状态发生变化，I/O映象区的相应单元的数据和状态也不会改变。所以输入如果是脉冲信号，它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，PLC的CPU总是由上而下，从左到右的顺序依次的扫描梯形图。并对控制线路进行逻辑运算，并以此刷新该逻辑线圈或输出线圈在系统RAM存储区中对应位的状态。或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。例如算术运算数据处理数据传达等。（3）输出刷新阶段在输出刷新阶段，CPU按照I/O映象区内对应的数据和状态刷新所有的数据锁存电路，再经输出电路驱动响应的外设。这时才是PLC真正的输出4。314可编程控制器（PLC）的选择基本原则在应用PLC系统设计时，应遵循以下的基本原则，才能保证系统工作的稳定。（1）最大限度地满足被控对象的控制要求；（2）系统结构力求简单；（3）系统工作要稳定、可靠；（4）控制系统能方便的进行功能扩展、升级；（5）人机界面友好8。315可编程控制器（PLC）的选择为了实现能源的充分利用和生产的需要，依据PLC的特点及应遵循的基本原则本系统采用S7300系列PLC完成数据的采集和对设备的电机启动、运行和停止的控制任务。基于S7300PLC的编程STEP7软件,采用模块化的程序设计方法，大量采用代码重用，减少软件的开发和维护。S7300不同的CPU模块的性能有较大的差别，在选择CPU模块时，应考虑开关量和模拟量模块的扩展能力，程序存储器与数据存储器的容量，通信接口的个数等，当然还要考虑性能价格比，在满足要求的前提下尽量降低硬件的成本10。本设计采用SIEMENS6ES73121AD100AB0PLC为控制中心，集成扩展两个EM321数字量输入模块、两个EM322数字量输出模块和两个EM331模拟量输入模块。模块I/O地址DI101DI245DO189DO21213AI1320335AI2336351（1）PLC电源模块本设计中添加PS307电源模块为PLC控制系统提供24V直流电。PS307负载电源模块将120V/230V交流电压转换为24V直流工作电压。电源模块安装在DIN导轨上（插槽1），紧靠在CPU或扩展机架的左侧，使用电源连接器连接到CPU或扩展机架上。（2）CPU模块根据S7300系列312型CPU适用于全集成自动化，中等处理速度要求的特点，系统采用SIEMENS6ES73121AD100AB0PLCCPU模块为控制中心。（3）输入模块采用“SM321DI32XDC24V”型号输入模块DI输入点数为32个；电气隔离为16组；额定输入电压为DC24V。（4）输出模块采用“SM322DO8XDC24V/2A”型号输出模块DO输出点数为8个；电气隔离为4组；输出电流为2A；额定负载电压为DC24V。（5）模拟输入模块模拟量模块的用途如图图32模拟量模块的用途原理在生产过程中，存在大量的物理量，如压力、温度、速度、旋转速度、PH值、粘度等。为了实现自动控制，这些模拟信号需要被PLC处理。传感器测量传感器利用线性膨胀、角度扭转或电导率变化等原理来测量物理量的变化。变送器测量变送器将传感器检测到的变化量转换为标准的模拟信号，如500MV,10V,20MA,420MA。这些标准的模拟信号将接到模拟输入模块上。模数转换器必须把模拟值转换为数字量，才能被CPU处理。模拟输入模块中的ADC（模数转换器）用来实现转换功能。模数转换是顺序执行的，也就是说每个模拟通道上的输入信号是轮流被转换的。结果存储器模数转换的结果存在结果存储器中，并一直保持到被一个新的转换值所覆盖。可用“LPIW”指令来访问模数转换的结果。模拟输出传递指令“TPQW”用来向模拟输出模块中写模拟量的数值（由用户程序计算所得），该数值由模块中的DAC（数模转换器）变换为标准的模拟信号。模拟执行器采用标准模拟输入信号的模拟执行器可以直接连接到模拟输出模块上10。本设计只要求采集模拟量并显示数据，故采用“SM331AI8X16位”型号模拟输入模块4个通道组中各有4点输入；每通道组可组态电压或者电流；每通道组任意选择量程。并且在STEP7中,可以用FC105“SCALE”（标量值）和FC106“UNSCALE”（非标量值）块来读取和输出模拟值。这些FC在STEP7标准库中提供，标准库位于“TIS7CONVERTINGBLOCKS”子文件夹中。32上位机的选型321上位机在控制系统中的作用1上位机在控制系统中可以完成对PLC的控制管理。它通过与PLC组成通讯网络，按照其协议进行数据通讯，来获得生产现场数据，并据此判断各台PLC及生产设备的运行清况，在屏幕上显示出来。2上位机还可以控整个生产过程，发生故障时不仅能及时用醒目的方式报警，而且可以对其原因进行分析，在屏幕上给出故障发生点、故障原因和解决措施等。3可进行对原材料的消耗、生产周期、产品产量等众多数据进行统计，给出按时间小时、日、月或工号等各类报表等。4上位机可以提供良好的人机界面，简化操作。在设计人机界面时，应该充分考虑到系统使用人员不一定对计算机知识十分了解，操作尽量简化，使用方便。5容错性能好。为了防止非操作人员的操作，可通过软件设置口令保护而对误操作不予响应等安全措施11。322上位机的选择考虑到现场环境的限制，本设计中选用工业控制计算机。该系统的控制模式是PC机PLC模式，即上位机采用工业控制计算机，下位机为PLC。在上位工控机上配置西门子公司WINCC组态软件。33其它元器件的选型（1）电源引入开关，使用闸刀开关，是一种结构简单而应用最广泛的手动电器。在低压电路，一般用拉将电路与电源隔离，或作为不频繁接通和分断电路之用。刀开关主要根据电源种类、电压等级、电动机容量、所需极数及使用场合来选用。根据电机的功率要求，选择HK系列闸刀开关HK260/3，额定电压500V，额定电流60A。（2）热继电器是利用电流热效应原理工作的。它是依靠电流流过发热元件而产生的热量，使双金属片发生弯曲而推动执行机构动作的一种保护电器，其主要用于电动机的过载保护、断相及电流不平衡的保护，还可以用于其他电器设备发热状态的控制。热继电器用于电动机的过载保护。热继电器的选择主要是根据电动机的额定电流来确定其型号与规格。热继电器的额定电流IRT应接近或略大于电动机的额定电流IED即IRT095105IED（31）热继电器的整定电流值是指热元件通过此值的20时，热继电器应当在20MIN内动作。选用整定电流应于电动机额定电流一致。本设计中选用JR16B60/3型热继电器。（3）熔断器FU是一种简单而有效的一次性保护电器。其串接在电路中，主要起短路保护作用。FU对电动机进行保护，IR1525IED（32）式中IR熔体的额定电流IED电动机的额定电流本设计中选用RC1100，额定电流100A。（4）接触器KM要根据电动机的额定电流选择，本系统中出KM4选择CJ1010外，其它的都选择CJ102014。（5）传感器采集压力和温度模拟量信号转化成数字量信息。1）采集温度信号本次设计采用“SBWR/Z系列一体化温度变送器”。1300、1000、300量程的温度变送器分别安装在炉膛、干燥机入口、干燥机出口和引风机入口，用来监测炉膛温度、干燥机入口温度、干燥机出口温度和引风机入口温度。仪表主要特点1二线制传送，无需补偿导线；2抗干扰能力强，远传性能好；3结构简单、合理，安装方便；4小型化、安全可靠，使用寿命长；5三线制、二线制输入方法通用；6精度高、功耗低、使用环境温度范围宽、工作稳定可靠。工作原理热电偶或热电阻传感器被测温度转换成电信号，再将该信号送入变送器的输入网络，该网络包含调零和热电偶补偿等相关电路。经调零后的信号输入到运算放大器进行信号放大，放大的信号经V/I转换器运算处理后以420MA直流电流输出后输入PLC。2采集压力信号本次设计采用采集压力信号采用“PMC陶瓷传感器”。“4KP0KP”量程的温度变送器分别安装在在炉膛、干燥机入口、干燥机出口和引风机入口，用来监测炉膛压力值、干燥机入口压力值、干燥机出口压力值和引风机入口压力值。工作原理陶瓷膜片受压之后会产生微小的偏移，使陶瓷膜片的电容量发生同比例的变化，并被陶瓷传感器上的电极检测。信号传送为二线制，420MA电流。（6）执行器用来调节风门开度本设计采用DKJ系列角行程电动执行机构，是自动调节系统的终端执行单元。接受远程控制信号，自动地操纵调节机构，完成调节任务。分别安装在鼓风机、引风机风门上，控制风门开度。（7）猾差调速控制干燥机转速4煤泥烘干设备控制系统软件设计41PLC程序的设计411编程资源概述STEP7V50编程软件提供下列功能功能块图编辑器支持单输入指令。运行模式下的程序编辑特征允许正在运行的程序下载改动，不影响程序的执行。语句表状态为操作数、状态标志及堆栈数值提供指令结尾状态更新。触发暂停特征允许您收集子程序与中断数据以及暂停状态，直到您已经检查完数据。包括新指令支持CPU312如果已经为项目指定了PLC类型，指令树将用红色X表示任何对PLC有效的指令。可以从MICROSOFTEXCEL向符号表复制粘贴数据。可与符号名一同使用间接注释。打印功能及打印预览显示。可以向脚注添加目标名POU、符号表、状态图、数据块；也可以指定打印机是否支持彩色打印。梯形图及功能块图编辑器允许选择多个相邻网络并进行剪切、复制及粘贴操作。在梯形图及功能块图程序编辑器内，可以同时显示操作数的符号及绝对地址。在梯形图及功能块图程序编辑器内，打开符号寻址视图及符号信息表特征后，可以在各网络后显示符号赋值及注释18。412I/O点数分配PLC常见的输入设备有按钮、行程开关、接近开关、转换开关、拨码器、各种传感器等，输出设备有继电器、接触器、电磁阀等。正确地连接输入和输出电路，是保证PLC安全可靠工作的前提。根据设计要求，本控制系统所需的PLC输入设备主要有按钮、传感器及设备的故障输入；输出设备主要有接触器、执行器和报警显示灯。根据示意图和控制要求可知，该系统控制中心PLC需要33个输入点和26个输出点，其地址分配如下表41I/O地址的分配表符号名地址数据类型中文含义IFBD903IRUN903IFBD904IRUN904IFBD905IRUN905IFBD908IRUN908IFBD911IRUN911IFBD912IRUN912IFBD914IRUN914IFBD915IRUN915IFBD916IRUN916IFBD918IRUN918IFBD919IRUN919IFBD920IRUN920IFBDSPD0IRUNSPD0IFBDSPD1IRUNSPD1IRUN917SPDI0SPDI1SPDI2QCTRL903QCTRL904QCTRL905QCTRL908QCTRL911QCTRL912I00I01I02I03I04I05I06I07I10I11I12I13I14I15I16I17I40I41I42I43I44I45I46I47I50I51I52I53I54I55I56I57Q80Q81Q82Q83Q84Q85BOOLBOOLBOOLBOOLBOOLBOOLBOOLBOOLBOOLBOOLBOOLBOOLBOOLBOOLBOOLBOOLBOOLBOOLBOOLBOOLBOOLBOOLBOOLBOOLBOOLBOOLBOOLBOOLBOOLBOOLBOOLBOOLBOOLBOOLBOOLBOOLBOOLBOOL903禁启903运行904禁启904运行905禁启905运行908禁启908运行911禁启911运行912禁启912运行914禁启914运行915禁启915运行916禁启916运行918禁启918运行919禁启919运行920禁启920运行备用设备0禁启备用设备0运行备用设备1禁启备用设备1运行917运行备用输入0备用输入1备用输入2903控制904控制905控制908控制911控制912控制QCTRL914QCTRL915QCTRL916QCTRL918QCTRL919QCTRL920QCTRLSPD0QCTRLSPD1SPO0SPO1QOPEN_YINFENGQCLOSE_YINFENGQOPEN_YANDAOQCLOSE_YANDAOQOPEN_GUFENGQCLOSE_GUFENGSPO2QSYS_PREQSYS_REMLOC1QSYS_REMLOC2AITEMP_LUTANGAITEMP_GANZAORUKOUAITEMP_GANZAOCHUKOUAITEMP_YINFENGRUKOUAIPRSS_LUTANGAIPRSS_GANZAORUKOUAIPRSS_GANZAOCHUKOUAIPRSS_YINFENGRUKOUAIPERC_YINFENGAIPERC_YANDAOAIPERC_GUFENG备用模拟输入0备用模拟输入1备用模拟输入2Q86Q87Q90Q91Q92Q93Q94Q95Q96Q97Q120Q121Q122Q123Q124Q125Q126Q127Q130Q131PIW320PIW322PIW324PIW326PIW328PIW330PIW332PIW334PIW336PIW338PIW340PIW342PIW344PIW345BOOLBOOLBOOLBOOLBOOLBOOLBOOLBOOLBOOLBOOLBOOLBOOLBOOLBOOLBOOLBOOLBOOLBOOLBOOLBOOLINTINTINTINTINTINTINTINTINTINTINTINTINTINT914控制915控制916控制918控制919控制920控制SPD0控制SPD1控制备用输出0备用输出1引风风门开引风风门关事故烟道开事故烟道关鼓风风门开鼓风风门关备用输出2系统预告集中/就地1集中/就地2炉膛温度干燥机入口温度干燥机出口温度引风机入口温度炉膛压力干燥机入口压力干燥机出口压力引风机入口压力引风风门开度事故烟道开度鼓风风门开度备用模拟输入0备用模拟输入1备用模拟输入2413PLC逻辑控制（1）流程设备（903，904，905，908，911，912，919，920）急停逻辑在系统急停位置位的扫描周期，切换到集中模式，所有设备停止。状态转换逻辑在就地/集中状态之间无扰切换。开车预告逻辑在所有设备电源正常、未禁启且无其它故障情况下，预告允许；在急停或停车状态下，预告禁止。开车逻辑关闭引风机风门；开920；开912；开引风机风门；开919；开911；开908；关闭烟道风门；开905；开903或开904或开903和904。停车逻辑与上述过程相反，下游设备延时停止。任何设备故障停止时，连锁逻辑有效。（2）非流程设备（914，915，916，917，918）914，915，916，918属于非流程设备，在该系统中属于集中手动控制设备。不参加连锁开车停车过程，单台控制。917只返回运行信号，不能对其进行控制。（3）闭锁逻辑设备启动遵循逆煤流启动，顺煤流停止的原则。在某台设备发生意外停车故障时，连锁停止上游设备。闭锁关系如下920闭锁912908，912，919闭锁905905闭锁904（原料来源为904时）905闭锁903（原料来源为903时）（4）设备的就地启停设备就地控制箱一般安装在该设备附近，在就地箱上，对于每台设备都有下面一些器件电源指示灯，红色；启动按钮，绿色；停止按钮，红色；在“系统就地”状态下，设备的启停控制完全交到现场就地箱。此时，按启动按钮将启动该设备；按停止按钮将使设备停止；在“系统集中”状态下，在现场就地箱无法启动设备，可以停止设备。414PLC程序设计本程序设计为主程序、子程序结构。每次扫描都要执行的部分设计为主程序；系统预设部分、流程设备集中运行控制部分、流程设备集中停止控制部分、非流程设备集中控制部分、模拟量控制部分等在执行相应的任务时调用到的部分设计成相应的子程序。（1）主程序OB1图42主程序OB1主程序OBI结构如图42所示。当程序开始扫描时，首先要调用系统预设子程序完成系统工作模式选择以及开车报警等功能。在完成系统预设后自动调用流程设备开车、流程设备停车、非流程设备控制、模拟量控制子程序，通过系统设置完成流程设备开车、停车功能；非流程设备开车以及停车功能；模拟量监视及控制功能。（2）系统预设子程序图43系统预告子程序系统预告子程序如图43所示。系统预设要求设置流程设备、非流程设备的就地/集中控制模式，模式之间自由切换，且在切换的同时，保持设备的运行状态；系统所有设备禁启信号输入系统且保存；在集中控制模式下，任何一台设备出现禁启信号后系统不能启动；在所有设备电源正常、未禁启且无其它故障情况下，预告允许30秒钟，保证安全。（2）流程设备开车子程序图44流程设备开车子程序流程设备开车子程序如图44所示。在集中控制模式下，在按击“开车”按钮后，系统自动开车，首先关闭引风机风门；在关闭引风机风门后，系统延时，达到定时后自动开循环水泵（920）；在开循环水泵（920）后，系统延时，达到定时后自动开引风机（912），同时循环水泵闭锁引风机，即当循环水泵停车时引风机连锁停车；在开引风机（912）后，系统延时，达到定时后自动开引风机风门；在开引风机风门后，系统延时，达到定时后自动开产品出料胶带运输机（919）；在开产品出料胶带运输机（919）后，系统延时，达到定时后自动开螺旋输送机（911）；在开螺旋输送机（911）后，系统延时，达到定时后自动开滚筒干燥机（908）；在开滚筒干燥机（908）后，系统延时，达到定时后自动关闭烟道风门；在关闭烟道风门后，系统延时，达到定时后自动开入料密封刮板输送机（905），同时滚筒干燥机、引风机和产品出料胶带运输机闭锁入料密封刮板输送机，即当滚筒干燥机、引风机或产品出料胶带运输机停车时入料密封刮板输送机连锁停车；在开入料密封刮板输送机（905）后，系统延时达到定时后，选择“904原料”开刮板输送机（904），选择“903原料”开刮板输送机（903），同时入料密封刮板输送机闭锁刮板输送机，即当入料密封刮板输送机停车时刮板输送机连锁停车。也可以采用集中手动控制“开/停”设备。但是要求按照工艺流程要求顺序启停设备，防止出现故障。在“手动”模式下同样满足闭锁关系。（3）流程设备停车子程序图45流程设备停车子程序流程设备停车子程序，如图422所示。在集中控制模式下，在按击“停车”按钮后，系统自动停车刮板输送机并启动延时；在停刮板输送机（903）、（904）后，系统延时达到定时后停入料密封刮板输送机（905）；在停入料密封刮板输送机（905）后，系统延时达到定时后停关烟道风门；在停关烟道风门后，系统延时达到定时后停滚筒干燥机（908）；在停滚筒干燥机（908）后，系统延时达到定时后停螺旋输送机（911）；在停螺旋输送机（911）后，系统延时达到定时后停产品出料胶带运输机（919）；在停产品出料胶带运输机（919）后，系统延时达到定时后停开引风风门；在停开引风风门后，系统延时达到定时后停引风机（912）；在停引风机（912）后，系统延时达到定时后停循环水泵（920）；，在停循环水泵（920）后，系统延时达到定时后停关引风风门。同样可以在集中手动模式下，手动控制停止设备。（3）非流程设备控制子程序图46非流程设备控制子程序非流程设备控制子程序，如图432所示。在集中控制模式下，非流程设备采用集中手动控制。其中上煤机（917）只返回运行信号，不能对其进行控制。（3）模拟量控制子程序图47模拟量炉膛温度控制子程序模拟量控制子程序以模拟量炉膛温度为例说明，采用功能块FC105控制。如图433所示。标准块FC105用于模拟量输入的规范化。在STEP7的“STANDARDLIBRARY”库中提供了该程序块。其参数的定义如下ININ输入端的模拟值可直接从模块上读取或从一个整数格式的数据接口上读取。LO_LIM,HI_LIMLO_LIM下界和HI_LIM上界输入参数用于定义规范化的物理量范围。OUT规范化后的值（实际物理量）以实数格式从OUT端输出。BIPOLARBIPOLAR输入端用来决定是否负数也被转换。在本例中，标志位M00为“0”表示输入信号是单极性的。RET_VAL如果该程序块执行无误，则RET_VAL端输出为0。炉膛的温度以“”为单位来测量，温度变送器在温度为最大温度设定值时对应输出电流值为20MA，模拟模块的转换值27648对应于输入模拟量为20MA。将这个值转化为实际物理量，该操作称为模拟量的“规范化”。标准块FC105计算函数需要输入一个整型值，并将其转换为一个实际工程值。设定最低、高限额（LO_LIM和HI_LIM），通过计算将输出结果写入PLC内存。使用的函数方程如下OUTFLOATINK1/K21HI_LIMLO_LIMLO_LIM（41）常数K1及K2设定，依据输入值的极性（单极或双极）。双极假定输入整数值为27648和27648之间，K1276480和K2276480。单极假定输入整数值为0和27648之间，K100和K2276480。如果输入整数值大于K2且贴近HI_LIM端设定值则返回一个错误。如果输入整数值小于K1且贴近LO_LIM端设定值也返回一个错误。42上位机程序设计421概述WINCC程序是调度室操作员与整个集中控制系统交互的界面，是控制中心。它负责监视全车间或局部系统的设备运行状态、选择集中或就地控制程序、配置系统模拟量的定标值和显示其当前值和趋势图、捕捉并记录设备运行故障等。整个WINCC程序界面主要由下面的画面组成主控制面板、流程监视、工艺参数、集中手动控制、报警记录、趋势图、参数设置等。422WINCC程序的启动与退出打开计算机，启动WINCC项目后，自动进入WINCC程序。程序首先打开的是主控界面。在主控界面中，点击“关机”按钮，确认后退出WINCC，并关闭计算机。423主控制面板主控制面板（又称主控制界面），是系统的开机界面。如图41所示图41主控画面主控界面的基本功能（1）进入流程监视界面通过点击“流程监视”按钮实现。（2）进入工艺参数界面通过点击“工艺参数”按钮实现。（3）进入集中手动控制界面通过点击“集中手控”按钮实现。（4）进入设备故障记录界面通过点击“报警记录”按钮实现。（5）进入工艺参数趋势图界面通过点击“趋势图”按钮实现。（6）进入参数设置界面通过点击“参数设置”按钮实现。（7）退出系统和关闭计算机通过点击“关机”按钮实现。（8）选择系统的集中/就地、闭锁/解锁可以分别选择流程设备及非流程设备的集中/就地，同时选择流程设备及非流程设备的闭锁/解锁，当某一模式被设置后，该位置按钮以绿色显示。（9）显示系统是否允许开车系统自动识别设备的电源、禁启和其它故障出现故障时禁止相应子系统的开车功能。禁止时显示为红灯，正常时显示为绿灯。（10）启停系统通过点击“开车”或“停车”按钮实现设备连锁开车或停车。（11）急停全车间设备通过点击“急停”按钮实现，系统会要求确认。（12）可根据需要选择入料的来源，即903或904。可以单独或同时选择903和904。被选择的入料来源，该位置按钮以绿色显示。424系统流程监视界面图42工艺流程画面如图42所示，系统工艺流程界面的基本功能如下（1）进入其它界面通过点击画面右下侧对应的按钮来实现。（2）监视本系统及相关设备的运行状态。当一台设备在运行状态时，通常以绿色指示；停止状态时，以灰色显示皮带类运行时机头绿色闪烁，并在上部有流线流动指示；刮板类运行时机头绿色闪烁，并在下部有流线流动指示；泵和风机类运行时出现彩色叶片旋转指示；滚筒和其它设备运行时有绿色闪烁指示。（3）监视本子系统的工艺参数（模拟量）炉膛温度和炉膛压力；干燥机入口温度和入口压力；干燥机出口温度和出口压力；引风机入口温度和入口压力；引风机风门开度；事故烟道风门开度；鼓风风门开度。（4）监视设备的故障状态设备正常状态时，设备号文字为黑色；设备在无动力电源时，设备号文字为红色；设备出现启动或运行故障时，设备号文字为红黄间隔闪烁状态。425集中手动控制界面集中手动控制界面提供了一个在集中状态下人为控制的开车过程模式和对任何一台参控设备进行单独控制的功能。如图43所示，基本功能如下（1）进入其它界面通过点击画面右下侧对应的按钮来实现。（2）显示设备运行状态当设备运行时，设备图标为浅绿色，否则为暗色。（3）控制设备启停设备左侧的绿色按钮为启动按钮，右侧的红色按钮为停止按钮。（4）其它按钮功能与主控界面中功能相同，便于用户操作。图43集中手动控制画面426系统工艺参数界面工艺参数界面实时显示当前系统所有工艺参数的量值，提供对工艺参数调节的交互。其画面如图44所示图44工艺参数及设备状态画面工艺参数界面的基本功能如下（1）监视炉膛温度和炉膛压力；（2）监视干燥机入口温度和压力；（3）监视干燥机出口温度和压力；（4）监视引风机入口温度和压力；（5）控制和监视引风机风门开度；（6）控制和监视事故烟道风门开度；（7）控制和监视鼓风风门开度；（8）进入其它界面通过点击画面右下侧对应的按钮来实现；（9）引风风门开度自动跟踪功能当引风机正常运行后自动打开引风风门并跟踪到开度设定值；（10）引风风门开度手动调节功能可以根据需要手动打开或关闭引风风门；（11）事故烟道、鼓风风门和引风风门开度的手动调节方式相同。427参数设置界面参数设置界面使得操作员能够对系统中温度、压力和开度等物理量进行数据标定，设定其限值。另外，还提供了温度的闭锁/解锁的切换功能。进入其它界面通过点击画面右下侧对应的按钮来实现。画面如图45所示图45参数设置画面428设备运行事件记录界面设备运行事件记录界面是系统对最新的设备报警、故障事件的记录器，每个事件的内容包括事件号、日期、时间、信息文本、错误点等内容。其画面如下图所示图46系统报警画面（1）进入其它界面通过点击画面右下侧对应的按钮来实现。（2）报警接触按钮点击该按钮，可以解除报警。429趋势图系统提供所有在线模拟参量的历史趋势图，供岗位人员参考。如图47所示图47趋势图画面（1）进入其它界面通过点击画面右下侧对应的按钮来实现。（2）通过坐标轴内各模拟量的变化曲线，可以观察出各模拟量的变化趋势。5结论本设计煤泥烘干设备PLC控制系统设计主要特点如下（1）采用工作可靠，编程灵活、方便的可编程控制器取代原系统众多的中间继电器和时间继电器，能准确无误地控制设备启停、温度、压力和风门开度等参量，且系统线路线少，电气原理图简单明了，维护方便。（2）采用西门子公司WINCC组态软件绘制的人机界面，直观性好，为操作及维护人员该装置的工作状态提供了极大的方便。（3）控制过程中用模拟量输入模块来采集温度、压力和风门开度模拟量，温度传感器将温度信号转化为电信号，压力传感器将压力信号转化为电信号，执行器采集并控制风门开度，整个过程只需要在内部编程即可实现。（4）本设计中主要以设备的启停为例进行讲解的，具有自动、灵活、工作方式无扰转换等优点，当工作状态需要改变时，只需在上位机组态人机界面上点击相应按钮就可实现，很方便。同时，该装置还可以推广到整个选煤厂生产线集中控制。不足之处控制过程中只设计了模拟量输入模块来采集温度、压力和风门开度模拟量，未设计模拟量输出模块自动控制模拟量变化，需通过人工手动方式控制模拟量。设计还可以进一步增加模拟量输出模块，通过编程实现自动闭环控制模拟量的变化致谢本文的研究工作是在王会刚导师的精心指导和悉心关怀下完成的。在项目设计过程中，王老师倾注了大量心血和汗水，提供了一个机会让我进行这个课题的研究，使我得以了解实际项目的设计工作，由此我不仅学到了扎实的专业知识，还锻炼了实际动手能力。王老师严谨求实的治学态度，谦和质朴的风范和对科学的执着追求的精神，将对我今后的学习和工作产生积极的影响。在此我向王会刚导师致以最诚挚的感谢和深深的敬意。同时向几年来关心和帮助过我的领导、老师、同学和朋友表示真诚的谢意在我的求学生涯中，父母一直给我默默无闻的支持、鼓励，是我无法用言语所能表达的。最后，真诚感谢各位老师在百忙之中对本文的审阅，敬请指教。参考文献1郗永秋选煤厂集中控制系统的研究与设计学位论文，重庆重庆大学,20072陈章宝基于PLC的重介选煤工艺模糊控制的研究学位论文，安徽安徽理工大学,20063朱英韬工业电气控制技术，北京，工业大学出版社，199191964廖常初PLC编程及应用，北京，机械工业出版社，20051523，76805SIEMENAGSIMATICNETCP2431COMMUNICATIONSPROCESSORFORINDUSTRIALETHERNETTECHNICALMANUAL20026韩黎PLC在机床数控系统中的应用与研究学位论文，西安西安建筑科技大学,20067SIEMENAGSIMATICS7200PROGRAMMABLECONTROLLER