基于IPC+PLC+现场总线的水泥回转窑控制系统

1、I摘 要针对回转窑水泥生产工艺复杂，生产连续性强，设备控制时连镇、互锁逻辑关系复杂，本论文主要讲述了一套基于IPC+PLC+现场总线的水泥回转窑控制系统。采用IPC现场总线技术，以工控机和可缟程序控制器(PLC)构成水泥回转窑系统控制网络。经计算各种机型和方案的投入费用，依经济性原则选择最优方案为无锡华光电子公司的光洋可编程控制器，型号为SZ-3。光洋可编程控制器是国产PLC的佼佼者，比国外著名公司的PLC价格低，但功能相似。SZ-3属紧凑组合式小型PLC，价格便宜，易于操作，结构小巧，可靠性高，适宜于点数较少的单机控制场合。在此基础上，选择数字量输入模块A0A3四块,输出模块A4A7四块。本

2、系统对可编程控制器输出数的总需求为44点。由于输出电流的额定值与负载的性质有关，其中16点用于对挡轮液压站和主减速器润滑站的动作控制，需AC220V电压控制接触器线圈及中间继电器线圈的吸合。其余28点用于各指示灯的输出控制，电压要求为DC24V。故采用Z-8TR继电器输出模块和Z-16TD2集电极输出模块各两块。关键词：PLC，回转窑 ，模块 ！所有下载了本文的注意：本论文附有！所有下载了本文的注意：本论文附有 CAD 图纸和完整版最图纸和完整版最终设计，凡下载了本文的读者请留下你的联系方式（终设计，凡下载了本文的读者请留下你的联系方式（QQ 邮箱）邮箱） ，或加，或加我百度用户名我百度用户名

3、 QQ，我把图纸发给你。最后，希望此文能够帮到你！，我把图纸发给你。最后，希望此文能够帮到你！IIIIIIN 3.5/3 X 60M CEMENT ROTARY KILN CONTROL SYSTEM APPLICATION BASED ON PLCABSTRACTIn rotary kiln cement production technology is complex, the continuity, equipment control even town, interlock logic relation, this thesis mainly tells the story of a

4、system based on PLC +IPC+ fieldbus control system of cement rotary kiln. Using the IPC fieldbus technology, in polymerizing-kettle and stripe programmable logic controller (PLC) cement rotary kiln system control network. the optimal scheme selection principle of economy of wuxi electronics company,

5、hua GuangYang programmable controller, models for SZ - 3. GuangYang PLC programmable controller is domestic outstanding foreign famous company, low prices, but the function of PLC. SZ - 3 of compact combined-type small, cheap price, PLC, compact structure, easy operation and high reliability, choose

6、 the digital quantity input module A0 - A3 four, output module A4 - A7 four. This system for programmable controller, the total number of output demand for 44. Due to the output current ratings and characteristics of load, including 16 points for the hydraulic pressure station and block wheel gear l

7、ubrication station movements, AC 220 V voltage control contactor relays coils of wire and suck. The rest for each indicator, 24 V for DC requirements. The Z - 8TR relay output module and Z - 16TD2 collector output module two.KEYWORDS: PLC, Kiln, ModuleIV目 录前 言.1第 1 章 可编程控制器概述.21.1 PLC 的定义及发展 .21.1.1

8、 PLC 的定义 .21.1.2 PLC 的发展 .21.2 PLC 的系统组成与工作原理 .31.2.1 PLC 的结构组成 .31.2.2 PLC 的扫面工作原理 .31.3 PLC 的发展趋势 .4第 2 章 水泥回转窑工艺概况.6第 3 章 电气系统技术参数.83.1 主电机的技术参数选择.83.2 辅助电机的技术参数选择.83.3 主减速机润滑站的技术参数选择.83.4 挡轮液压站技术参数选择.83.5 燃烧器移动小车技术参数选择.9第 4 章 设计任务要求.10第 5 章 总体设计方案.13第 6 章 水泥窑控制方式分类.156.1 操作方式分类.156.2 与外界的连锁信号.16

9、6.3 配电系统.166.4 电气控制系统设计分类.17第 7 章 硬件电路设计.187.1 辅助电机的控制.187.2 燃烧小车的控制.187.3 PLC 硬件配置 .187.4 模块连线图.20V7.5 PLC 硬件连接电气图 .23第 8 章 梯形图软件设计.268.1 闪烁信号的产生.268.2 主减速机润滑站起动及抗干扰措施.268.3 主减速机润滑站冷却水的投入和关闭.278.4 润滑站综合起停.278.5 主减速机润滑站油泵电机的工作.288.6 主减速机润滑站加热器的运行.298.7 挡轮液压站的正常工作.298.8 挡轮站加热器的工作.318.9 声光报警程序.31结 论.3

10、3谢 辞.34参考文献.35附录.36外文资料翻译.381前 言近十几年来，随着计算机技术的迅猛发展，PLC 的功能和结构不断改进，应用范围从原来的逻辑控制发展到连续和分批量过程控制，以高可靠、低成本的特点，深受广大用户好评，特别是以 PLC 为基础的控制系统发展更快，已成为当今工业控制系统的生力军。全国现有的大部分水泥企业生产设备落后，能源消耗高，污染较严重，自动化控制水平低，仍然采用常规的继电器、接触器加模拟仪表控制方式，影响了产品质量的提高。目前由于纯 DCS 控制系统侧重于多种 PID 算法、比值控制、串级调节等功能，成本较高，而 PLC 控制系统侧重于顺序控制等功能，成本相对较低。对

11、于整个控制过程中以开关量输入、输出约占 80%的中小型水泥厂来讲，从节省投资的角度来考虑，选择 PLC 控制系统是比较合理的。例如:目前 700t/d 的水泥厂控制系统采用 DCS 的投资大约需要 250 万元，而采用 PLC 控制系统只需190 万元，节约投资约 24%。水泥厂从项目立项开始到建成投产，通常要经过可行性研究、初步设计、施工图设计、软件设计、工程施工、单机试车、软件调试、联动试车、试生产等各阶段工作，其中施工图设计和软件设计阶段对整体控制水平起着决定性作用，软件调试阶段是通过对设计的修正和完善，达到设计目标。同样，若采用 PLC 控制系统，也必须做好这些工作，才能实现水泥厂各阶

12、段的过程衔接，使工程项目有条不紊地进行下去，从而保证顺利建成投产可编程控制器（PLC）是综合了计算机技术、自动控制技术的一种新型的、通用的自动控制装置。它具有功能强、可靠性高、使用灵活方便，易于编程及适应工业环境下应用等一系列优点，近年来的工业自动化、机电一体化、传统产业技术等方面应用越来越广，成为现代工业控制三大支柱之一。PLC 的最终目标是用于实践，提高生产力。如今，应用 PLC 已经成为世界潮流，PLC 将在我国得到更全面的推广应用。2第 1 章 可编程控制器概述1.1 PLC 的定义及发展1.1.1 PLC 的定义可编程控制器（Programmable Controller，简称 PC

13、）是在传统的顺序控制器的基础上，为满足不断发展的大规模工业生产柔性控制的要求而逐步发展起来的。其功能基本限于开关量逻辑控制，仅执行逻辑运算、定时、计数等顺序控制功能所以当时称为可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，简称 PLC） 。由于可编程序控制器仍然处于不断发展之中，因此对它下一个确切的定义是困难的。为了使其生产和发展标准化，美国国际电工委员会(IEC)于 1982 年颁布了可编程序控制器标准草案，1985 年提交了第二版，1987 年的第三版对可编程序控制器作了如下的定义“可编程序控制器是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它

14、采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其相关的外围设备都应该按照易于与控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。 ”由此可见，可编程控制器是专门为工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。总之，可编程控制器也是一台计算机，它是专为工业环境应用而设计制造的计算机。它具有丰富的输入/输出接口，并具有较强的驱动能力。但可编程控制器产品并不针对某一具体工业应用，在实际应用时，其硬件需根据实际需要进行选用配置，其软件需根据控制要求进行设计编制。1.1

15、.2 PLC 的发展的发展提出 PLC 概念的是美国通用汽车公司。当时，根据汽车制造生产线的需要，希望用电子化的新型控制器替代继电器控制柜，以减少汽车改型时重新设计制造继电器控制柜的成本和时间。通用汽车公司对新型控制器提出了 10 项指标，概3括起来，PLC 的基本设计思想有以下 4 个方面。1把计算机功能完善、灵活、通用等优点和继电器控制系统的简单易懂、操作方便价格便宜等优点结合起来。2控制器的硬件是标淮的、通用的。3根据应用对象、将控制内容编成软件写入控制器的用户程序内存里。4控制器和被控对象连接方便。随着微处理器和微型计算机技术的发展，70 年代中期以后，PLC 已广泛地用微处理器作为中

16、央处理器，输入/输出模块和外围电路也都采用了中、大规模甚至超大规模的集成电路，这时的 PLC 已不再是仅具有逻辑判断功能，同时还具有数据处理、PID 调节和数据通信、联网等功能，总之 PLC 一直处于快速发展之中。1.2 PLC 的系统组成与工作原理1.2.1 PLC 的结构组成PLC 本质上是一台用于控制的专用计算机，因此它与一般的控制机在结构上有很大的相似性。PLC 的主要特点是能力，也就是说，它的基本结构主要是围绕着适宜于过程控制的要求来进行设计的。按结构形式的不同，PLC 可分为整体式和组合式两类。整体式 PLC 是将中央处理单元(CPU)、存储器、输入单元、输出单元、电源、通信接口等

17、组装成一体，构成主机。另外还有独立的 I/O 扩展单元与主机配合使用。主机中，CPU 是 PLC 的核心，I/O 单元是连接 CPU 与现场设备之间的接口电路，通信接口用于 PLC 与编程器和上位机等外部设备的连接。组合式 PLC 将 CPU 单元、输入单元、输出单元、智能 I/O 单元、通信单元等分别做成相应的电路板或模块，各模块插在底板上，模块之间通过底板上的总线相互联系。装有 CPU 单元的底板称为 CPU 底板，其它称为扩展底板。CPU 底板与扩展底板之间通过电缆连接。1.2.2 PLC 的扫面工作原理的扫面工作原理与其它计算机系统相同，PLC 的 CPU 采用分时操作原理，每一时刻执

18、行一个4操作，随时间顺序执行各个操作。这种分时操作进程称为 CPU 对程序的扫描。PLC 上电后，首先进行初始化，然后进入循环工作过程。一次循环可归纳为五个工作阶段，各阶段完成的任务如下：1.公共处理。复位监控定时器(WDT)，进行硬件检查，用户内存检查等。检查正常后，方可进行下面的操作。如果有异常情况，则根据错误的严重程度发出报警或停止 PLC 运行。2.I/O 刷新。输入刷新时，CPU 从输入电路中读出各输入点状态，并将此状态写入输入映象寄存器中;输出刷新时，将输出继电器的元件映象寄存器的状态传送到输出锁存电路，再经输出电路隔离和功率放大，驱动外部负载。3.执行用户程序。在程序执行阶段，C

19、PU 按先左后右，先上后下的顺序对每条指令进行解释、执行，CPU 从输入映象寄存器和输出映象寄存器中读出各继电器的状态，根据用户程序给出的逻辑关系进行逻辑运算，运算结果再写入输出映象寄存器中。4.外设端口服务。完成与外设端口连接的外围设备(如编程器)或通讯适配器的通信处理。1.3 PLC 的发展趋势的发展趋势目前的可编程控制器有以下几个方面的发展趋势：1. 向小型化、专用化方向发展。当前开发出许多简易、经济、超小型可编程控制器，以使用于单机控制和机电一体化，真正成为继电器的替代品。2. 向大型化、复杂化、高功能、分散型、多层分布式工厂自动化网络方向发展。可编程控制器输入输出容量已超过 32K，

20、扫描速度小于 1mS/千步。3. 编程语言和编程工具朝着标准化和高级化方向发展。可编程控制器问世时间虽然不长，但已步入成熟阶段。这种工业专用微机系统是高精技术普及化的典范，使计算机进入工业各行业，使机械设备和生产线控制更新换代。可编程控制器将成为工业控制的主要手段和重要的基础控制设备。1974 年，国内一些高校、科研单位开始研制顺序控制器，大多使用分立元件。随着我国改革开放政策的落实，同时国外 PLC 人大量进入我国市场，一部分随成套设备进口，一部分直接引进中小型 PLC 产品(大多为 GE 公司、西门子公司、三5菱公司、立石公司等)，开始进入以 8 位微处理器为核心的 PLC 时代。目前，可

21、编程控制器已广泛应用子各个工业领域，并取得了明显的效益。主要表现出以下特点：使用低档机型多，中、高档机型少，使用国外进口机型多，国产机型少；使用在经济发达地区多，在经济落后地区少，用于单个设备或生产线的多、大批量产品配套的少。因此，国产化 PLC 的前景是令人鼓舞的，我们必须加快 PLC 国产化步伐，进一步推广 PLC 应用技术，努力培养相关专业技术人员。6第 2 章 水泥回转窑工艺概况水泥生产是由原料预处理(均化、破碎、烘干等)、生料制备(配料、粉磨、均化)、熟料锻烧(分解预热、锻烧、煤磨)、水泥制成(水泥配料、粉磨、包装)四大部分组成，其中水泥熟料的煅烧是水泥生产中最重要的过程，所用的设备

22、水泥回转窑，常被称为水泥厂的心脏。一般采用的主要原料是石灰石、粘土和铁粉，将这些原料按一定的比例配合在一起，经粉磨、均化后，用回转窑锻烧制成熟料。熟料经再次配料后，先由辊压机将进料压成实饼(小型的水泥厂一般不另设辊压机)，再送入水泥磨，磨成粉状的水泥。经包装机打包后，制成水泥成品。水泥生产工艺流程图见图 2-1: 图 2-1 水泥生产工艺流程图 -7回转窑的造型是一个倾斜的圆筒(本系统中回转窑筒体长 60 m，大圆筒直径为 3.5 m，小圆筒直径 3 m)，生料由圆筒的高端加入，由于圆筒具有一定的倾斜度并在不断地回转，因此物料由高端向低端逐渐运动，在这个过程中煤粉在窑内燃烧，对其物料加热锻烧，

23、从而制成水泥熟料。 水泥回转窑机械设备造型见图 2-2: 图 2-2 水泥回转窑机械设备8第 3 章 电气系统技术参数水泥回转窑由机械、电气、液压等部分组成。机械部分由筒体、支承装置、挡轮、传动装置、减速器、活动窑头、窑头窑尾密封装置、喷煤管装置等部分组成。与电气传动有关的技术的参数如下：3.1 主电机的技术参数选择型号为 YPG315L-6 的高转矩变频调速电机，功率 110 kW，额定转速 100 r/min。3.2 辅助电机的技术参数选择型号为 Y180L-6，功率 15 kW，转速 9000 r/min，制动开关型号为 YWE3-315/25-12.5，限位器型号为 LX2-121。

24、3.3 主减速机润滑站的技术参数选择型号为 TE525，它是为主减速机提供润滑的保护设备。稀油润滑站是稀油循环润滑系统的心脏，用来将润滑油液强制地压送到机械的摩擦部位，在相对运动的机器零件间形成油膜，减少零件的摩擦、磨损，同时对摩擦部位进行冲洗，并带走摩擦产生的热量，保证机械正常运转，延长机械寿命。稀油润滑站由油站和仪表盘组成，通常安装在保护设备附近的地下油库或地坑中。3.4 挡轮液压站技术参数选择挡轮液压站型号为 TE326，液压站的功能是利用液压的作用驱动回转窑筒体9上下运行，并保证挡轮液压站具有正常的压力、温度和液位。 3.5 燃烧器移动小车技术参数选择电机型号 BWY12-43-1.1

25、，功率为 1.1 kW，转速为 1400 r/min。10第 4 章 设计任务要求1. 回转窑辅助电机的正常运转控制。辅助电机的作用是在检修时低速驱动筒体旋转，工艺要求主电机与辅助电机之间必须互锁，即主电机运行时，辅助电机禁止运行；辅助电机运行时，主电机禁止转动。主电机、辅助电机运行的切换还应由限位器的相应位置决定。辅助电机应配有备用电源，以备停电时在瞬间自动切换，由备用电源供电。2. 主电机的变频调速控制。主电机的作用是驱动筒体按一定的转速旋转，与水泥生料下料量、风量和给煤量协调运行。高转矩变频调速电机采用变频器调速，变频范围为 0100 Hz。 3. 燃烧器移动小车的正反转运行控制。燃烧器

26、移动小车是辅助移动燃烧的设备，煤粉在其内部燃烧，对水泥生料加热锻烧。4. 主减速机润滑站的控制应按 TE525 润滑站的压力、温度、液位等控制要求实现。TE525 系列润滑装置均设有两台油泵电机机组，其中一台供正常使用，另一台供应急时备用。控制的具体要求如下：(1) 油压控制：在润滑装置出油口处设有油压控制点，有 3 个压力控制器参与压力设置点的控制，当出油口油压下降到 0.1 MPa 时，一个压力控制器发出声光报警信号，同时启动备用油泵投入工作。当备用油泵投入工作后，油压恢复到0.3 MPa 时，另一个压力控制器发出正常工作信号，切断备用泵。第三个压力控制器用于控制系统最高压力设定，当油压达

27、到 0.5 MPa 时，发出声光报警信号。 (2) 油温控制：用两个电接点温度计测量油箱内油液温度的变化情况以及对电加热器和电磁水阀实施控制。当油箱内油液温度低于 15时，电加热器自动投入工作状态，当达到 25时，电加热器自动切断。另一个电接点温度计用于电磁水阀的控制，当温度达到 45时，电磁水阀打开，投入冷却水用于降温；当油温达到 35时，关闭电磁水阀，冷却水自动停止供应。温度控制器用于出油口处最高油温值的控制，当油温达到 55时，发出声光报警信号。(3) 液位控制：在油箱内设有浮球式液位计一个，用于显示油箱内油液位置11上下极限和信号控制。当液位超上限或低于下限时，应发出油箱内缺油的声光报

28、警信号。(4) 双筒过滤器压差显示：在双筒过滤器上设有压差信号开关，当通过双筒过滤器两端压差达到或超过 0.5 MPa 时，发出滤芯堵塞声光报警信号。TE525 主减速机润滑站含有如下电气组件：油泵电机：Y112M-6-B8，2 台，2.2 kW，AC 380 V，50 Hz。 电加热器：SRY2-220/2，3 件，AC 220 V，2 kW。 液位控制器：VQK- 02，1 件，AC 220 V：200 A，DC 24 V：0.5 A。 电接点温度计：WTZ-288，2 件，AC 2438 V，10 A。 温度控制器：YWK-50 -C，1 件，AC 380 V：3 A，DC 220 V：

29、2.5 A，阻性负载，温度设定范围 5060。 电磁水阀：ZCS-25P，1 件，AC 220 V，650 mA。 压力控制器：YWK-50 -C，3 件，AC 380 V：3 A；DC 220 V：25 A，阻性负载，压力设定范围 01 MPa。 压差开关：CS-，2 件，AC 220 V：0.25 A；DC 24 V：0.05 A，P=0.05 MPa。主减速机润滑站见图 4-1:图 4-1 主减速机润滑站125. 挡轮液压站 TE326 的控制。控制要求为：(1) 回转窑在窑体上行时，其中一台油泵电机通电，油泵打出的液压油进入2 挡油缸中，驱动窑体上行。当碰到上限行程开关时，发出声光报警

30、信号，使油泵电机断电，同时电磁球阀通电。窑体靠自重把油缸中的油压回到油箱，窑体向下滑行。碰到下限行程开关时，发出声光报警信号，使油泵电机通电，同时电磁球阀断电，窑体再次上行。液压站这样循环工作，使得窑体实现按上行下行上行下行的方式运动。(2) 超压控制：当液压系统的油压达到系统中的一个压力控制器的设定值时，发出声光报警信号。 (3) 油温控制：用温度控制器监控油箱中的油温。当油箱内油液温度低于12时，电加热器进入工作状态，当油温升到 15时(利用该温度控制器的切换差)，电加热器自动切断。(4) 压差控制：本液压站设有 3 个滤油器，当滤油器进出口两端压差达到或超过 0.35MPa 时，发出滤芯

31、堵塞声光报警信号。型号为 TE326 型的挡轮液压站，含有如下的电器组件： 油泵电动机：YB100L1-4-V1，2 件，2.2 kW，AC 380 V，50 Hz。 电磁球阀：23QDF6B/31.5E24，1 件，DC 24 V。 压力控制器：D505/18D，1 件，压力设定范围 2.525 MPa，AC 220 V：3 A。 温度控制器：WTZK-50-C，1 件，温度设定范围 1040，AC 380 V：3 A。 压差开关：CS-V，3 件，DC 24 V：2 A，AC 220 V：0.25 A，P=0.35 MPa。挡轮液压站见图 4-2:13 图 4-2 挡轮液压站第 5 章 总

32、体设计方案根据生产工艺和电气控制目标，可以看出水泥回转窑传动系统属典型的小型开关量输入/输出控制系统，控制要求和连锁要求较多，且与回转窑其它控制系统之间关联密切，在调试中需不断对其改进和扩充。若采用继电接触器控制，则只能接成固定线路，灵活性太差，也不能满足水泥窑车间煅烧关键设备的核心作用，故采用 PLC 为核心的电气控制方案。电气总图如图 5-1 所示: 3 MMAX1AX3AL1AL0AX24 MAL0AL1PLCAX1AX2AX314图 5-1 水泥窑电气总图具体方案如下： 1. 主电机为变频调速电机，故采用变频器控制其调速运行。 2. 辅助电机、燃烧小车的控制比较简单，直接用继电接触器控

33、制其运行。 3. 挡轮液压站、主减速机润滑站因控制内容多，工艺复杂，两者均采用由PLC 控制的方式，利用 PLC 的硬件电路与软件结合，实现挡轮液压站、主减速机润滑站的正常运转与故障报警等控制功能。本套电控系统共设电控柜 2 个，电控箱 3 个。分别为AL0(主电机变频调速控制柜)、AL1(PLC、液压站及润滑站控制柜)，AX1(辅助电机控制箱)、AX2(燃烧小车控制箱)、AX3(主减速机润滑站现场控制箱)。15第 6 章 水泥窑控制方式分类6.1 操作方式分类1集中/现场操作。大型水泥厂的控制系统现在均采用的是计算机集散型控制系统(DCS)，总厂控制室内是 DCS 系统的操作站(大多数由工业

34、控制计算机、计算机网络系统组成)，而分厂或车间的控制属二级控制系统，现场设备属三级控制系统。这三级控制系统之间可互相传递参数，其中总厂的 DCS 可直接发送命令启动现场设备，而现场设备的重要参数又可传递到总控室，并在计算机屏幕上显示其实时的状态信息。所以该系统设计了集中和现场两种操作方式，集中操作适用于水泥窑接收来自于总控制室的启动/停止信号(以无源接点的方式)，控制水泥窑、挡轮液压站、主减速机润滑站的启停；现场操作方式用于车间控制室内的操作。2本柜/机旁操作。本柜操作适用于在车间控制柜的面板上进行操作，机旁操作适用于检修时用现场操作箱的控制装置进行操作，水泥窑三级操作方式示意图如图 6-1

35、所示:DCSAL0AL1AX2AX1AX316图 6三级操作方式示意图6.2 与外界的连锁信号 水泥窑与其它设备及全厂总控制室之间有相当多的连锁控制，这些连锁都是从各自电控柜中的端子板上引入或引出的。水泥窑向外界提供的连锁信号有：1. 主电机运行、跳闸信号。2. 辅助电机运行信号。3. 主减速机润滑站正常信号。 4. 挡轮液压站、主减速润滑站备妥信号、故障信号。 来自于外界的连锁信号有： 1. 来自于总控制室的挡轮液压站、主减速机润滑站启动/停止信号。 2. 来自主电机控制柜的主机运行信号。6.3 配电系统 由三相四线制取一相和地所得控制电压为交流 220 V，AC 220 V 经变压器、一体

36、化电源等装置后获得控制系统所需各种等级的电压。因为挡轮液压站的电磁球阀工作电压为 DC 24 V，挡轮液压站与减速机润滑站的压差开关工作电压均为AC 24 V，PLC 输入模块电压为 AC 100 V，PLC 输出模块需 DC 24 V 的电压，所以要求配电系统输出以上几种等级的电压，以满足不同的需要。AC 220 V 经变压器 TC1 获得 AC 110 V 的供电电源(注：因无二次侧为 AC 100 V 的变压器，故选用二次侧 AC 110 V，也可满足 PLC 输入模块 AC 100 V 电压的要求)，AC 220 V经变压器 TC2 后变为 AC 24 V。AC 220 V 经一体化电

37、源 Q 获得 DC 24 V，可供PLC 输出模块 Z-16TD2(接 DC 24 V 指示灯)使用。PLC 另一输出模块 Z-8TR1 要求电压为 AC 200 V，可直接用 AC 220 V 替代。在配电回路中均加低压断路器QF1、QF2、QF6 进行保护17图 6-2 水泥窑配电原理图6.4 电气控制系统设计分类该水泥窑的电气设计按设计内容可分为如下几部分：1. 主回路设计、控制回路设计。2. PLC 硬件配置。3. 梯形图软件设计。L1N1-QF12L1134N11L11N11L12N12220 V110 V-TC1L11N11L13N13220 V24 V-TC2L11N111-QF

38、22L2134N21220 V-Q-24VL-24VL1-QF62LL-3418第 7 章 硬件电路设计7.1 辅助电机的控制 辅助电机可通过两条途径启动运行： 1. 当转换开关 3SA 处于现场操作位置时，通过辅助电机现场操作箱上的起停按钮直接控制电机运转。2. 在主减速机润滑站工作正常时，表示主减速机润滑站工作正常的接触器2KA5 常开触点闭合。LS 是主电机/辅助电机的限位器，当它打在闭合端时，表示辅助电机处于工作状态。此时按下起动按钮 3SB1，3KM 接触器线圈得电，辅助电机运转。3KM 常开触点是为自保而设计的。辅助电机主控回路和控制回路中低压断路器 3QF1、3QF2 及热继电器

39、 3KR1、3KR2 主要起过热过载的保护作用。当按下停止按钮 3SB2 时，接触器 3KM 线圈失电，辅助电机停止运行。 7.2 燃烧小车的控制燃烧小车电机同样采用直接起动方式。控制回路是一个典型的正反转电路，当正转按钮 4SB1 按下时，4KM1 接触器线圈带电吸合。4KM1 常开触点是为自保而设计的。在正转电路里加入了一个 4KM2 反转接触器的常闭触点，这样就保证了正转时不能反转。反转电路同正转电路原理相同，但是串入了正转接触器4KM1 的常闭触点，从而保证正转和反转之间的互锁。正转(或反转)接触器线圈带电后，通过主回路中相应的主触点 4KM1(或 4KM2)吸合，使电机带电后正转(或

40、反转)。主回路及控制回路中的低压断路器 4QF1、4QF2 及热继电器 4KR 起过热过载保护作用。7.3 PLC 硬件配置191. PLC 机型、I/O 模块选择。根据水泥回转窑工艺和控制要求，列出该系统的输入/输出表。从表中可得出该系统输入、输出数总和为 110 点，并且全为数字量输入/输出，属于小型的控制系统。这种系统用一般的 PLC 均可满足要求，选型时应将性价比作为重点考虑因素。经计算各种机型和方案的投入费用，依经济性原则选择最优方案为无锡华光电子公司的光洋可编程控制器，型号为 SZ-3。光洋可编程控制器是国产 PLC 的佼佼者，比国外著名公司的 PLC 价格低，但功能相似。SZ-3

41、 属紧凑组合式小型 PLC，价格便宜，易于操作，结构小巧，可靠性高，适宜于点数较少的单机控制场合。在此基础上，选择数字量输入模块 A0A3 四块，输出模块 A4A7 四块。因 SZ-3 为组合式 PLC，故还应选择电源框架和编程器如表 7-1 所示：表 7-1 电源框架和编程器2. PLC 配置说明。 (1) SZ-3 的 CPU 模块自带 E2PROM，故不需另选存储器。若 CPU 不带存储器，则应注意组合型的 PLC 需另配 E2PROM 模块，以备永久存放调试好的最终程序。序号 电器设备、 组件 输入 点数 输出 点数 I/O 总数 序号 电器设备、 组件 输入 点数 输出点数 I/O

42、总数 1 启动的笼型电动机 4 3 7 12 光电管开关 2 2 2 单向运行笼型电动机 4 1 5 13 信号灯 1 1 3 可逆运行的笼型电动机 5 2 7 14 拨码开关 4 4 4 单向运行的直流电动机 5 3 8 15 三挡波段开关 3 3 5 单线圈电磁阀 6 4 10 16 行程开关 1 1 6 单向运行的直流电动机 9 6 15 17 接近开关 1 1 7 可逆运行的直流电动机 12 8 20 18 抱闸 1 1 8 单线圈电磁阀 2 1 3 19 风机 1 1 9 双线圈电磁阀 3 2 5 20 位置开关 2 2 10 比例阀 3 5 8 21 动能控制单元 20(6,32,

43、48, 64,128) 20 (2) 该系统对 PLC 输入的总需求为 60 点。因此本系统采用 16 点输入模块 4块，其中 4 点作为裕量，以备日后对系统改进和扩充时使用。 (3) 本系统对可编程控制器输出数的总需求为 44 点。由于输出电流的额定值与负载的性质有关，其中 16 点用于对挡轮液压站和主减速器润滑站的动作控制，需 AC 220 V 电压控制接触器线圈及中间继电器线圈的吸合。其余 28 点用于各指示灯(指示灯额定电压为 DC 24 V)的输出控制，电压要求为 DC 24 V。故采用 Z-8TR 继电器输出模块和 Z-16TD2 集电极输出模块各两块。 (4) SZ-3 系统配备

44、的电源框架有 2 槽、3 槽、5 槽、8 槽四种，因该系统选用的 I/O 模块为 8 块，故确定本系统选用 8 槽电源框架 Z-08B。在系统连线时，将各个模块直接插入电源框架插槽中即可。(5) 指令编程器主要是为输入程序指令准备的。若实验室计算机配备有通信适配器，则可将梯形图直接变成语句表自动传送至 PLC。这种情况下，指令编程器可省略。但在为用户开发电气控制系统时，应为用户订购指令编程器一台，以备用户扩充和修改程序之用，PLC 模块配置图如图 7-1 所示：图 7-1 PLC 模块配置图7.4 模块连线图85-264VAC-24VDC OUTCPU1-QF52L1234N12N22Z-16

45、NA1L22A0Z-16NA1A1Z-16NA1A2Z-16NA1A3Z-8TR1A4A5Z-16TD2A6A7Z-8TR1Z-16TD2N22L2221AC 100 VCA04152637AC 100 VCB04152637在做硬件连接图前，应在 PLC 用户手册上查出所用各模块的接线图，严格按连接图接线。 1. 输入模块 Z-16NA1 的接线图如图 7-2 所示。从接线图 7-2 中可看出，本模块在连接时可将输入点分为两部分，每部分含有 8 个输入点，输入点的一端接 AC 100 V 电源的一相(如本系统线路图中的 L22)，另一端分别接 Z-16NA1 的 07 端。两部分的公共端 C

46、A 和 CB 都与 AC 100 V 电源的地(如线路图中的 N22 端)相连接。图 7-2 Z-16NA1 接线图2. 输出模块 Z-8TR1 和 Z-16TD2 的硬件连接图分别见图 7-3、图 7-4。 这两个模块的接线方法与输入模块接线原理相似，但应注意 Z-8TR1 有两个22AC 100 / 200 VDC 12 / 24 VC04152637CLLLLLLLL04152637CLLLLLLLLDC 24 V04152637CLLLLLLLLV公共端 C，均应连接电源端。Z-16TD2 也是分为两部分，第一部分公共端 C 接DC 24 V 的负极(即本系统线路图中的 L)，第二部分

47、公共端 C 悬空。输出点的一端接 DC 24 V 的正极(线路图中的 L)，另一端分别接 Z-16TD2 的 07 端。 图 7-3 Z-8TR1 接线图23图 7-4 Z-16TD2 接线图7.5 PLC 硬件连接电气图 1PLC 输入I000I007 的输入有：挡轮液压站油泵起动、停止按钮信号，1# 油泵与 2# 油泵主/辅开关信号，手动加热与自动加热操作方式的转换开关信号。I006 与I007 是来自总厂中控室的油泵起动与停止信号的无源接点。用于接收 DCS 系统的集中远程控制信号。I010I013 输入的是挡轮液压站的上限位、上极限限位与下限位、下极限限位行程开关信号，用于控制回转窑窑

48、体的上行下行上行下行循环控制，并实行上极限限位和下极限限位的声光报警，上极限限位和下极限限位是为防止上限位和下限位行程开关失控而设置的多重保护。 I020I026 用于挡轮液压站油温、油压检测信号，1#、2#、3# 滤油器堵塞的压差信号及 1# 泵、2# 泵电机过热、过载保护信号的引入。其中 1ST 是温度控制器的常开触点，1SP1 为压力控制器的常开触点，挡轮液压站滤油器是否堵塞是靠1SP2、1SP3、1SP4 的压差开关检测的，因压差开关的额定电压为 AC 24 V，所以不能直接连在 PLC 输入回路中，要先经压差开关接中间继电器1KA1、1KA2、1KA3 的线圈，然后将 1KA1、1K

49、A2、1KA3 的常开触点接至PLC 输入端。泵电机过热、过载保护信号的引入是为了在运行中，依照热继电器、低压断路器的跳闸动作自动检测工作油泵电机是否出现故障，若确实发生了故障，系统应自动切换至备用油泵，由备用泵取代工作油泵投入运行。I030I036 的输入有：主减速机润滑站的油泵起停按钮信号，1# 油泵、2# 油泵的主/辅转换开关信号及来自总控室的油泵起停控制的远程信号。 I040I047 的输入有：主减速机润滑站液位，滤油器是否堵塞检测信号，1#、2# 油泵电机过热过载保护信号，自动、手动加热转换开关信号。引自主减速机润滑站的液位开关 2SL1.1 与 2SL1.2 分别反映液位上、下限接

50、点信号，用于极限位置的声光报警。滤油器堵塞检测信号来自 CS-压差开关，与挡轮液压站24同理，接入的是 2KA1、2KA2 中间继电器的常开触点。 I050I057 接入的是主减速机润滑站的油温、油压检测信号，其中2ST1、2ST2 均为电接点温度计 WTZ-288 的上、下限信号。电接点温度计是一种温度控制电气组件，它有两个可供调整的上、下限，当温度低于下限时，下限常开(常闭)触点闭合(断开)；当温度在上、下限之间时，上限常开触点断开，下限常闭触点闭合。当温度大于上限时，上限常开(常闭)触点闭合(断开)。回转窑工作时，我们将减速机润滑站的电接点温度计下限 2ST1.1 与上限 2ST1.2

51、分别调整为 15和 25，用这两个触点来控制当油温降至 15以下时启动加热器加热；当油温升至 25时，自动停止加热器的工作。另一个电加热器 2ST2 的上、下限分别设定为 35和 45，当油温高于 45时，自动打开电磁水阀，投入冷却水降温；当油温低于 35 时，关电磁水阀，冷却水自动停止。2ST3 为温度控制器，用于极限油温 55时声光报警；当油温低于 55时，温度控制器常闭触点闭合；当温度高于 55时，温度控制器动作，使常开触点闭合。 油压检测来自于压力控制器 YWK-50 -C，共有 3 个，分别用于检测油压低、油压正常和油压高，调试时将其分别设为 0.1 MPa、0.3 MPa、0.5

52、MPa。当压力低于设定压力值时，压力控制器常闭触点闭合；当压力高于设定压力值时，压力控制器常开触点闭合。此信号用于压力低时，使主、辅泵共同投入运行，直至压力正常后，自动停止辅助油泵的工作。当油压过高、过低时的声光报警也是由压力控制器控制的。这些工作均是主减速机润滑站控制的重要内容。I060I067 分别为主减速机润滑站和挡轮液压站的油泵电机、电加热器的接触器及低压断路器的常开触点，主要是为梯形图编程时故障判断而设计的。 I070I071 分别为操作方式的选择开关及主电机运行的外界连锁信号的引入，报警试验是为检测所有的信号灯是否完好而设的。消警按钮是在声光报警信号提醒操作人员注意后，由操作者切断

53、蜂鸣器喇叭，停止声响。 2PLC 输出 Q000Q002、Q004Q006 输出控制挡轮液压站和主减速器润滑站油泵电机及加热器的接触器线圈，从而实现油泵和加热器按各自的要求自动投入或停止工作。Q003、Q007、Q010Q017 的输出是利用中间继电器实现对挡轮液压站和主减速机润滑站其它部分的自动控制及对外界连锁信号的引出的。 25其余的输出接点均接指示灯，实现对挡轮液压站和主减速机润滑站的信号显示，确保在车间控制室内的操作人员通过指示灯掌握车间现场内回转窑的实际运行状况，以便对各种故障做出正确判断，确定事故原因及采取必要措施。正常运行时，表示设备运行的指示灯应为绿色。红色指示灯表示故障，在电

54、控柜面板上用铭牌标明每个指示灯表示的故障或正常运行时的含义。系统的红色报警指示灯还设置了两种方式：慢速闪烁和快速闪烁。快速闪烁表示故障的发生，在快闪的同时，蜂鸣器发出声响，表示声光报警信号。在操作人员按下消警按钮，去对事故进行处理后，用慢闪信号表示事故仍未排除，正在检修中。这时蜂鸣器停止鸣响，只剩慢闪的光报警信号，直到故障排除后，报警指示灯自动熄灭。 26T001I073(SB2)()T000T003T002T004M000T000M000T002M000 TMR T004 K9000 ( )()M200( )M000 TMR T003 K0015 TMR T002 K0015 TMR T00

55、1 K0005 TMR T000 K0005 第 8 章 梯形图软件设计8.1 闪烁信号的产生在程序的开始是一系列定时程序代码，主要用于产生报警用的闪烁信号。闪烁信号有两种方式：快闪和慢闪。它是利用定时器的常开、常闭触点产生一系列不同频率的方波输出。一般情况下，M200 为快闪信号。只有在按下消警按钮SB2(I073)后，M200 才转为慢闪信号，即周期较长的方波。程序如图 8-1 所示： 图 8-1 闪烁信号的产生程序 8.2 主减速机润滑站起动及抗干扰措施在回转窑主机开机前，应先开启主减速机润滑站，只有当其正常工作后才能27I052(2ST2.1)Q007(2KA3)I053(2ST2.2

56、)Q007(2KA3)( )启动主电机或辅助电机，这是系统工艺所要求的连锁条件。油泵电机起动后要先延时 1 分钟，目的是消除干扰。润滑站刚起动时油压较低，这时应采取延时的措施，等待运行一段时间后，再采用报警和投入辅助油泵电机的动作，否则会造成频繁的动作和虚假的报警。若延时一段时间或辅助泵投入运行后，压力依然低于0.1 MPa，则应产生声光报警信号。 8.3 主减速机润滑站冷却水的投入和关闭当油温高于 45时，电接点温度计常开触点 2ST2.2(I053)闭合，驱动电磁水阀的中间继电器线圈 2KA3(Q007)通电吸合，冷却水投入，使油温下降。当油温降到 35时，电接点温度计常闭触点 2ST2.

57、1 断开，电磁水阀中间继电器线圈2KA3 失电，冷却水停止。程序如图 8-2 所示：图 8-2 冷却水的投入与关闭程序 8.4 润滑站综合起停当现地控制和集中控制转换开关 SA1 在现地控制方向时，通过按下油泵起动按钮 2SB1，润滑站综合起动辅助继电器 M030 应带电。当按下停止按钮时，M030 失电。M030 为 PLC 的的内部辅助继电器，主要是为了油泵电机起停编程方便而设置的。当转换开关 SA1 在集中控制方向时，来自总厂 DCS 的远程起动信号和停止信号也应使辅助继电器 M031 带电或失电。程序如图 8-3 所示： I033(2SB1)M030M030( )I070(SA1.1)

58、 I034(2SB2)M031M031( )I071(SA1.2)I035I03628I031(2SA1.2) Q005(2KM2)M030I030(2SA1.1)M031I030(2SA1.1)I070(SA1.1) I030(2SA1.1) I055(2SP1)Q004(2KM1)T006T005I056(2SP2)Q005(2KM2)I044(2KF12KR1)( )Q004(2KM1)1 # 图 8-3 润滑站起停程序8.5 主减速机润滑站油泵电机的工作油泵电机的控制属程序设计中的重要内容，现以 1# 油泵电机为例，说明油泵电机的编程要点。在进行梯形图设计时，采用四种方式起停 1# 油

59、泵电机，这也是梯形图中四条回路的编程原理。 1. 当 1# 油泵为主油泵并处于现场操作时，按下起动按钮 2SB1，PLC 内部辅助继电器 M030 得电，1# 油泵被投入运行。当按下停止按钮 2SB2 时，1#油泵停止工作。 2. 1# 泵为辅助油泵时，当 2# 泵出现故障时，2# 油泵会停止运行，2# 泵接触器 2KM2 失电，Q005 常闭触点闭合，将使得 1# 泵回路接通，1# 泵代替 2# 泵投入运行。 3. 当转换开关在集中控制的位置，1# 泵为主电机时，M031 得电，1# 泵投入运行，当接收到来自总厂的远程停止信号后，1# 泵停止工作。4. 当在现地操作方式情况下，2# 泵为主油

60、泵且 1# 泵为辅助油泵时，在压力低于 0.1 MPa 的情况下，2SP1 压力控制器常闭触点闭合，此时因 2# 泵正在运行，Q005 处于闭合状态，Q004 得电，1# 泵作为备用泵投入运行，与 2# 泵一起共同打压，使压力上升。T005 主要是防止刚开机压力处于不稳定期间泵频繁动作而设置的抗干扰措施，只有当开机延时 1 分钟后压力仍低于 0.1 MPa，再次延时20 秒后压力仍低时，备用泵才投入运行。当压力继续上升至 0.3 MPa，达到压力正常值时，压力控制器 2SP2 常闭触点断开，Q004 失电，1# 泵自动停止运行，程序图 8-4 如所示： 29I050(2ST1.1)Q006(2