锅炉车间输煤机组控制课程设计说明书

1、摘 要 本设计首先阐述了锅炉自动输煤系统的基本构成及特点，然后通过对基于继电器锅 炉输煤系统和基于 PLC 的锅炉输煤系统对比论证，根据控制要求，本设计采用 PLC 控制， 实现自动化控制。 用 PLC输煤程控系统，不但实现了设备运行的自动化管理和监控，提高了系统的可靠 性和安全性，而且改善了工作环境，提高了企业经济效益和工作效率。因此PLC电气控制 系统具有一定的工程应用和推广价值。 PLC 不仅能实现自动化控制，还具有快速响应，便于维修等诸多特点，比一般的继电 器接触器控制系统优越了很多，而且单机运行时都有音响提示，因此安全性也较好。 关键词：锅炉自动输煤系统 、PLC、 自动化、 可靠

2、目 录 第 1 章 选题背景与课设要求 .1 1.1 选题背景.1 1.2 设计内容及要求 .1 第 2 章 方案论证.3 2.1 PLC 控制系统设计的原则和方法 .3 2.2 方案的确定.3 第 3 章 PLC 控制系统设计.4 3.1 硬件系统设计.4 3.1.1 控制系统主电路图设计.4 3.1.2 电器元件的选择.5 3.2 软件系统设计.7 3.2.1 I/O 地址分配表.7 3.2.2 PLC 控制电路接线图.9 3.2.3 系统工作流程图 .9 3.2.4 梯形图.11 第 4 章 系统调试.18 第 5 章 设计总结.19 参考文献.20 1 第 1 章 选题背景与课设要求

3、1.1 选题背景 随着生产过程的控制规模不断增大，运行参数越来越高，生产设备及其相应的热力 设备和系统更加复杂。输煤系统是热力系统的重要组成部分，是锅炉车间燃料供应的有 力保证。输煤机组工作效率的提高是整个工艺过程的关键因素，而整个输煤过程往往采 用远程控制，这就对自动控制系统的设计提出了更高的要求，传统方法不能得到满意的 测控效果。因此，在输煤系统中往往选择比较有优势的 PLC（可编程控制器）控制系统， 使整个控制过程具有正常运行、事故处理、参数监测、故障报警、装置调控、危险保护 等功能。 输煤系统的主要特点有： 1.系统设备多。设备种类多。给煤机、翻车机、斗轮堆取料机、皮带输送机、碎煤 机

4、、筛煤机、犁煤器、三通挡板、除尘器、取样机、煤味监测装置、皮带秤等。设备数 量多。 2.系统分部广。输煤系统设备布设分散、作业线长、运行方式灵活多变，分部一般 在几公里的范围内，有的大型火电厂甚至更远。 3.系统故障点多。皮带的拉断、跑偏、超载、撕裂；碎煤机的超温、超振；三通挡 板及犁煤器等的卡死或不到位；皮带、筛煤机的堵煤现象等。 4.工艺流程复杂。多种煤源设备取煤通过电动三通挡板的切换经皮带输送机（一般 均为双路）传送到原煤仓。可以组成几十种甚至上百种工艺流程。 5 系统运行环境恶劣。输煤系统运行环境粉尘飞扬，水、灰、煤粉比比皆是，特别市 夏日煤仓气温高达 50。 在 PLC 问世之前，工

5、业控制领域中是继电器占主导地位。但继电器控制领域有着十 分明显的缺点：体积大、耗电多、可靠性、寿命短、运行速度慢、适应性差、尤其当生 产工艺发生变化时，就必须重新设计、重新安装，造成时间和资金的严重浪费。为了改 变这一现状，PLC 控制系统产生了。继 1969 年美国数字设备公司研制出世界第一台 PLC，并在通用汽车公司自动装配线上试用，获得了成功，从而开创了工业控制新时期， 从此，可编程控制器这一新的控制技术迅速发展起来了。在许多领域都有广泛的应用。 PLC 的优点是：可靠性高，耗电少，适应性强，运行速度快，寿命长等，为了进一步提高 输煤机的功能和性能，避免传统控制的一些弊端，就提出了用 P

6、LC 来控制输煤机组这个 课题。 1.2 设计内容及要求 本课程设计任务主要是锅炉车间输煤机组系统的设计，有多个电动机带动，具体内 容如下: 输煤机组控控制系统示意图如图 1-1 所示。 2 图 1-1 输煤机组示控制系统意图 输煤机组的拖动系统由 6 台三相异步电动机 M1M6 和一台磁选料器 YA 组成。 SA1 为手动/自动转换开关，SB1 和 SB2 为自动开车/停车按钮，SB3 为事故紧急停车按钮， SB4SB9 为 6 个控制按钮。HA 为开车/停车时讯响器，提示在输煤机组附近的工作人员 物煤机准备起动请注意安全。HL1HL6 为 MlM6 电动机运行指示，HL7 为手动运行 指示

7、，HL8 为紧急停车指示，HL9 为系统运行正常指示，HL10 为系统故障指示。 输煤机组控制要求如下 1、手动开车/停车功能 SA1 手柄指向左 45时，接点 SA1-1 接通，通过 SB4SB9 控制按钮，对输煤机组单台设备独立调试与维护使用，任何一台单机开车/停车时都有音 响提示，保证检修和调试时人身和设备安全。 2、自动开车/停车功能 SA1 手柄指向右 45时，接点 SA1-2 接通，输煤机组自动运 行。 1) 正常开车 按下自动开车按钮 SB1，音响提示 5s 后，电动机 M6-M1 逆序启动起 动运行，并点亮指示灯 HL6-HL1； 10s 后，点亮 HL9 系统正常运行指示灯，

8、输煤机组正 常运行。 2) 正常停车 按下自动开车按钮 SB2，音响提示 5s 后， 电动机 M1-M6 顺序停车 并熄灭 HL1-HL6 指示灯，同时，熄灭 HL9 系统正常运行指示灯； 并熄 输煤机组全部正 常停车。 3) 过载保护 输煤机组有三相异步电动机 M1M6 和磁选料器 YA 的过载保护装置 热继电器，如果电动机、磁选料器在输煤生产中，发生过载故障需立即全线停车并发出 报警指示。系统故障指示灯 HL10 点亮，HA 电铃断续报警 20s，HL10 一直点亮直到事故 处理完毕，继续正常开车，恢复生产。 4) 紧急停车 输煤机组正常生产过程中，可能会突发各种事件，因此需要设置紧急 停

9、车按钮，实现紧急停车防止事故扩大。紧急停车与正常停车不同，当按下红色蘑菇形 紧急停车按钮 SB3 时，输煤机组立即全线停车，HA 警报声持续 10s 停止，紧急停车指示 灯 HL8 连续闪亮直到事故处理完毕，回复正常生产。 5) 系统正常运行指示 输煤机组中，拖动电动机 M1M6 和磁选料器 YA 按照程序 3 全部正常起动运行后，HL9 指示灯点亮。如果有一台电动机或选料器未能正常起动运行， 则视为故障，系统故障指示灯 HL10 点亮，输煤机组停车。 相关设备参数如下： (1) M1-M6 及磁选料器 YA。 (2) 指示灯 HL：0.25W，DC24V。 (3) 电铃 HA：8W，AC22

10、0V。 输煤机组控制信号说明： 输煤机组是一种为锅炉供煤的设备,它的稳定可靠工作直接关系到整个锅炉的正常运 行.所以要进行输入输出信号进行详细说明,详细情况见下表: 输入输出 文字符 号 说明文字符 号 说明 SA1-1输煤机组手动控制开关KM1给料器和磁选料器接触器 SA1-2输煤机组自动控制开关KM21#送煤机接触器 SB1输煤机组自动开车按钮KM3破碎机接触器 SB2输煤机组自动停车按钮KM4提升机接触器 SB3输煤机组紧急停车按钮KM52#送煤机接触器 SB4给料器和磁选料器手动按钮KM6回收机接触器 SB51#送煤机按钮HL7手动运行指示灯 SB6破碎机手动按钮HL8紧急停车指示灯

11、SB7提升机手动按钮HL9系统正常运行指示 SB82#送煤机手动按钮HL10系统故障指示灯 SB9回收机手动按钮HA报警电铃 KMM1-M6,YA 运行正常信号HL1-HL6输煤机组单机运行指示 FRM1-M6 过载保护信号 表 1-1 输煤机组控制信号说明 第 2 章 方案论证 2.1 PLC 控制系统设计的原则和方法 对于电气控制设备，任何 PLC 控制系统的设计都是在控制方式和电动机技术数据确 定以后进的是设备控制要求和工艺流程的具体化。 PLC 控制系统设计应该遵循以下原则： 1）应最大限度地满足生产机械的工艺要求，并能根据需要方便地进行修改。 2）整个 PLC 控制系统及控制电路安全

12、可靠，简单，具有较高的性能价格比。 3）合理地选择 PLC 机型及电器元件。 4 4）容易掌握，便于操作和维修。 2.2 方案的确定 该控制系统由于控制输入点数较多，有 2 个输入开关分别控制手动控制，9 个输入按 钮分别为 SB1 和 SB2 为自动开车/停车按钮，SB3 为事故紧急停车按钮，SB4SB9 分为 6 个电动机控制按钮。 输出点数也较多，有 6 个输出接触器 KM1、KM2、KM3、KM4、KM5、KM6 分别控制三相异步电动机 M1 给料电动机，M2 送煤电动机，M3 破碎电动机，M4 提升电动机，10 个输出指示灯其中 HL7 手动运行指示 灯、HL8 为紧急停车指示灯、H

13、L9 为系统正常运行指示灯、HL10 为统故障指示灯、HL1- 6 为输煤机组单机运行指示灯和 1 个输出 HA 电铃。继电-接触器系统虽然有较好的抗干 扰能力，但使用了大量的机械触点，使得设备连线复杂，且触电在开闭是易受电弧的危 害，寿命短，系统可靠性差；所以如果采用继电-接触器控制方式，控制电路将会很复杂， 而且可靠性难以保证。而且按照本课题的控制要求，控制过程主要采用逻辑和顺序控制， 而 PLC 恰能满足此控制要求。所以，用 PLC 进行控制，不仅能满足控制要求、控制方便 简单，而且具有较高的可靠性。因此，本设计应采用 PLC 进行控制。 第 3 章 PLC 控制系统设计 3.1 硬件系

14、统设计 3.1.1 控制系统主电路图设计 按照设计要求，给料器 M1、1#送煤机 M2、破碎机 M3、提升机 M4、2#送煤机 M5 和回收电动机 M6 由 6 台三相异步电动机拖动。磁选料器 YA 由两相电源提供。负载 M2- M6 由接触器 KM2-KM6 控制，给料器 M1 和磁选料器 YA 共同由 KM1 控制。由于破碎 机 M3 功率为 13KW 和 2#送煤机 M5 功率为 75KW 都比 7.5KW 大，所以采用星三角降 压启动。其余负载均采用直接启动方式。主电路图见图 3-1. 5 图 3-1 锅炉车间输煤机组系统主电路图 1) 主回路中交流接触器 KM1、KM2、KM3、KM

15、4、KM5、KM6 分别控制三相异步 电动机 M1 给料电动机，M2 送煤电动机，M3 破碎电动机，M4 提升电动机，M5 送煤电 动机，M6 回收电动机。 2) 热继电器 FR1、FR2、FR3、FR4、FR5、FR6 的作用是对电动机 M1、M2、M3、M4、M5、M6 实现过载保护。 3) 熔断器 FU1、FU2、FU3、FU4、FU5、FU6 分别实现各负载回路的短路保护。 4) QF 为电源总开关，既可完成主电路的短路保护，又起到分断三相交流电源的作用， 使用和维修方便。 3.1.2 电器元件的选择 （1） 输入/输出接口（I/O）数量；输入端口 14 个，输出端口 10 个，SIM

16、ATICS7- 200 系列 PLC 硬件配置灵活，既可以用一个单独的 S7-200 CPU 构成一个简单的数字量 控制系统，也可通过扩展电缆进行数字量 I/O 模块、模拟量 I/O 模块或智能接口模块的 扩展，构成较复杂的中等规模控制系统。西门子 S7-200 CUP224/AC/DC/RLY 有输入端 口 14 个，输出端口 10 个，符合要求;所以采用西门子 S7-200CUP224/AC/DC/RLY 完成 PLC 硬件结构配置。 （2）因为负载有直流供电有交流供电，所以采用输出形式为继电器。 （3）对于 CPU224 模块，本机输入地址为 I0.0-I0.7 和 I1.1-I1.5,

17、输出地址为 Q0.0-Q0.7 和 Q1.0-Q1.1。因为基本单元自带的 I/O 接口不能满足控制系统要求，因此需要数字量 I/O 扩展单元。 ，与基本的单元相连，并使基本单元的寻址功能对模块上的 I/O 接口进行控制。 6 S7-200 系列 PLC 目前可以提供的有 3 种类型的数字量输入/输出模块，即 EM221，EM222，EM223，查阅数字量输入/输出模块各类型型号特点，首先采用一个 EM222 的 8 继电器输出；扩展模块 EM222 的 I/O 地址范围是 Q2.0-Q2.7,不能满足控制要 求，又因为 CPU224 能够扩展 7 个模块，因为控制要求输出有 21 个，另需一

18、个 EM223 的 DI4/DO4*DC 24V/继电器；扩展模块 EM223 的 I/O 地址范围是 Q3.0-Q3.3，满足系统 控制要求。本机与扩展连接形式见图 3-2 模块连接图。 图 3-2 模块连接图 a.电机选择型号 名称型号转速 M1：给料器电动机KMS60-04（6KW）3000r/min M2：1#送煤器电动机KMS60-04（6KW）3000r/min M3：破碎机电动机KMS60-04（6KW）3000r/min M4：提升机电动机KMS60-04（6KW）3000r/min M5：2#送煤器电动机KMS60-04（6KW）3000r/min M6：回收机电动机KMS6

19、0-04（6KW）3000r/min YA：磁选料器电动机60KTYZ-03（6KW）3000r/min 表 3-1 电机选择型号 b. 热继电器的选择 施耐德继电器 LRD 系列简介 TeSys 热过载继电器，适合与 TeSys 系列接触器组合安装。应用范围：设计用於保护 交流电路和电动机，避免电动机过载、缺相、起动时间过长和堵转时间过长 名称型号IN(A)UN(V)数量（个） FR0、FR3LRD-32C23-323802 FR1、FR2、FR6LRD-12C5.5-83803 FR4LRD-16C9-133801 FR5LRD-3363C63-803801 表 3-2 热继电器的型号 7

20、 c.低压断路器的选择 施耐德 C65N 系列断路器简介： C65 系列小型断路器作为一种具有突破性意义的模数化产品诞生以来，经过不断的拓 展完善，始终领先于市场，已经成为世界低压终端配电产品的典范。 应用范围：可广泛应用于工业、商业及民用低压终端配电的需要。 性能描述：具丰富的产品系列，根据分断能力的不同，C65N，C65H，C65L 的分断能 力覆盖了 615KA 的范围，额定电流 163A，具 B/C/D 型脱扣曲线； 可拼装丰富的电 气附件、机械附件，实现功能的极大扩充和操作的便利。全系列产品可拼装剩余电流动 作保护附件，实现 A/AC 类剩余电流动作保护功能，额定剩余动作电流包括 3

21、0mA，100mA，100mA 延时，300mA 和 300mA 延时型 名称型号IN(A)UN(V)数量（个） QFC65N3P-D225A2253801 QF0、FR3C65N3P-D32A323802 QF1、QF2、QF6C65N3P-D10A103803 QF4C65N3P-D16A163801 QF5C65N3P-D150A1503801 表 3-3 低压断路器的型号 d.继电器、接触器的选择 西门子 3TF 系列接触器的简介： 西门子系列交流接触器用于交流 50Hz 或 60Hz，额定绝缘电压为 690-1000V，在 AC-3 使用类别下额定工作电压为 380V 时的额定工作电

22、流为 9A-400A。主要供远距离 接通及分断电路之用，适用于控制交流电动机的起动、停止及反转。 名称型号P(w)IN(A) UN (V) 数量（个） KM0、KM10、KM3、 KM9 3TF4422-*X*15KW323804 KM1、KM2、KM 6 3TF4022-*X*3KW93803 KM43TF4122-*X*5.5KW123801 KM5、KM7、KM 8 3TF5122-*X*75KW1403803 表 3-4 继电器、接触器的型号 3.2 软件系统设计 3.2.1 I/O 地址分配表 8 I/O 信号在 PLC 接线图端子的地址分配是进行 PC 控制系统设计的基础。对软件设

23、计 来说，分配 I/O 点地址以后才可以进行编程；对控制柜和 PLC 的外围接线来说，只有 I/O 点地址确定以后，才可以绘制电气接线图、装配图，让装配人员根据接线图和安装图安 装控制柜。 由上硬件系统的选择可知控制系统由一个 CPU224 及两个扩展模块 EM222,EM223,各 模块各分配地址如下: CPU224 基本单元的 I/O 地址如下： I0.0 I0.1、IO.2、I0.3、I0.4、I0.5、I0.6、I0.7、I1.1、I1.2、I1.3、I1.4、I1.5、I1.6、I1.7、 Q0.0、Q0.1、Q0.2、Q0.3、Q0.4、Q0.5、Q0.6、Q0.7、Q1.0、Q1

24、.1 第一个扩展模块 EM222 的 I/O 地址： Q2.0、Q2.1、Q2.2、Q2.3、Q2.4、Q2.5、Q2.6、Q2.7 第二个扩展模块 EM223 的 I/O 地址： Q3.0、Q3.1、Q3.2 PLC 输入输出接口地址分配表见： 序号工作名称文字符号输入口 1输煤机组手动控制开关SA1-1I0.1 2输煤机组自动控制开关SA1-2I0.2 3输煤机组自动开车按钮SB1I1.1 4输煤机组自动停车按钮SB2I1.2 5输煤机组紧急停车按钮SB3I1.3 6给料器磁选料器手动按钮SB4I1.4 71#送煤机手动按钮SB5I1.5 8破碎机手动按钮SB6I1.6 9提升机手动按钮S

25、B7I1.7 102#送煤机手动按钮SB8I2.0 11回收机手动按钮SB9I2.1 12M1-M6,YA 过载保护信号FRI0.0 表 3-5 输入接口地址分配表 序号工作名称文字符号输出口 1给料器磁选料器接触器KM1Q0.1 21#送煤机接触器KM2Q0.2 3破碎机接触器KM3Q0.3 4提升机接触器KM4Q0.4 52#送煤机接触器KM5Q0.5 6回收机接触器KM6Q0.6 7紧急停车指示灯HL8Q1.7 8系统正常运行指示灯HL9Q2.1 9系统故障运行指示灯HL10Q2.2 10报警电铃HAQ2.0 9 11输煤机组单机运行指示HL1Q1.1 12输煤机组单机运行指示HL2Q1

26、.2 13输煤机组单机运行指示HL3Q1.3 14输煤机组单机运行指示HL4Q1.4 15 输煤机组单机运行指示HL5Q1.5 16输煤机组单机运行指示HL6Q1.6 表 3-6 PLC 输出接口地址分配表 3.2.2 PLC 控制电路接线图 根据上述硬件选型及工艺要求，绘制 PLC 控制电路接线图，如图 2-2。 图 3-3 I/O 接线图 3.2.3 系统工作流程图 10 11 图 3-4 系统工作流程图 3.2.4 梯形图 输煤机组的控制过程分为自动和手动控制方式。在自动控制模式下，要求各负载从 M6 到 M1 逆序自动启动，并能从 M1 到 M6 顺序自动停止。同时，该输煤机组还能在手

27、 动控制模式下进行点动，以便调试和维修。而且，该系统还能实现过载保护、紧急停车 和故障提醒功能，并有相应的指示报警功能。 所以，我们应该主要采用定时器指令和顺序控制指令对本控制系统进行程序设计。 其梯形图如下： 12 13 14 15 16 17 18 第 4 章 系统调试 大体思路如下： 1、硬件调试：硬件调试是利用开发系统、基本测试仪器（万用表、示波器等） ，检 查用户系统硬件中存在的故障。硬件调试可分为静态调试与动态调试两步进行。 静态调试 静态调试是在用户系统未工作时的一种硬件检测。 第一步：目测。检查外部的各种元件或者是电路是否有断点。 第二步：用万用表测试。先用万用表复核目测中有疑

28、问的连接点，再检测各种电源 线与地线之间是否有短路现象。 第三步：加电检测。给板加电，检测所有的插座或是器件的电源端是否符合要求的 值 第四步：是联机检查。因为只有用可编程控制器开发系统才能完成对用户系统的调 19 试。 动态调试 实验室没有相应的实物控制模型，因此，在调试系统控制程序时，所有的输入信号 均用开关信号来代替，所有的输出均用指示灯来表示。由于实验室的 PLC 输出端口过少， 不能完全满足我们的要求，所有我们将程序分开调试。调试时，首先按控制系统 PLC 接 线图完成硬件接线，并仔细检查接线是否有误。 首先我们进行了自动的调试。按下 SB1，自动部分开始运行，5 秒后，第一个灯亮， 10 秒后第二个灯亮，直到最后一个灯亮。当灯全部亮时，正常运行指示灯 HL9 亮；如果 又一个或几个灯不亮，那么系统故障指示灯就会亮。按下手动停止按钮 SB2，5 秒后，第 一个灯熄灭，10 秒后第二个灯熄灭，按此直到