锅炉车间输煤机控制系统设计

1、 锅炉车间输煤机控制系统设计摘要随着我国经济的发展，资源与环境的矛盾日益突出，使我国的现代化建设面临严峻挑战。燃煤锅炉作为供热系统重要的能量转换设备，耗能巨大，约占我国原煤产量的三分之一。但我国很多锅炉自动化控制系统自动化水平不高，安全性低，工作效率和环境污染普遍低于国家标准。因此，实现锅炉的计算机自动控制具有重要意义。本文基于西门子S7-200 PLC设计了锅炉输煤机组控制系统。系统包括下位机控制和上位机控制两部分。下位机控制系统采用CPU224模块作为控制系统的核心。使用V4.0 STEP 7 Micro / WIN程序软件设计PLC程序；使用组态软件“组态王”6.53”设计上位机的显示屏

2、。关键词： PLC输煤皮带输送配置王目标记录TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc455954685 1简介 PAGEREF _Toc455954685 h 1 HYPERLINK l _Toc455954686 2设计内容及要求 PAGEREF _Toc455954686 h 1 HYPERLINK l _Toc455954687 3设计方案 PAGEREF _Toc455954687 h 2 HYPERLINK l _Toc455954688 3.1设计信号说明 PAGEREF _Toc455954688 h 3 HYPERLINK l _Toc455954689

3、 3.2输煤机组 PAGEREF _Toc455954689 h 3运行过程 HYPERLINK l _Toc455954690 4硬件电路设计 PAGEREF _Toc455954690 h 4 HYPERLINK l _Toc455954691 4.1系统控制主电路图设计 PAGEREF _Toc455954691 h 4 HYPERLINK l _Toc455954692 4.2电气元件的选择 PAGEREF _Toc455954692 h 5 HYPERLINK l _Toc455954693 4.3 I/O地址分配 PAGEREF _Toc455954693 h 6 HYPERLIN

4、K l _Toc455954694 4.4 PLC控制电路接线图 PAGEREF _Toc455954694 h 7 HYPERLINK l _Toc455954695 5软件设计 PAGEREF _Toc455954695 h 8 HYPERLINK l _Toc455954696 5.1时序功能图 PAGEREF _Toc455954696 h 8 HYPERLINK l _Toc455954697 5.2编程 PAGEREF _Toc455954697 h 9 HYPERLINK l _Toc455954698 6系统配置设计 PAGEREF _Toc455954698 h 10 HYP

5、ERLINK l _Toc455954699 6.1组态软件介绍 PAGEREF _Toc455954699 h 10 HYPERLINK l _Toc455954700 6.2定义设备变量 PAGEREF _Toc455954700 h 11 HYPERLINK l _Toc455954701 6.3建立动画连接 PAGEREF _Toc455954701 h 13 HYPERLINK l _Toc455954702 6.4配置运行系统 PAGEREF _Toc455954702 h 15 HYPERLINK l _Toc455954703 设计经验 PAGEREF _Toc45595470

6、3 h 17 HYPERLINK l _Toc455954704 参考文献 PAGEREF _Toc455954704 h 18 HYPERLINK l _Toc455954705 附录1 ： PLC梯形图程序 PAGEREF _Toc455954705 h 19 HYPERLINK l _Toc455954706 附录二：组态王应用命令语言 PAGEREF _Toc455954706 h 271 简介锅炉是工业生产或生活采暖的供热源，按加热方式分为蒸汽和热水两种。前者主要用于发电、工业生产和间接供热；后者主要用于生活采暖和生活热水，多用于集中供热区和宾馆饭店。从1980年代石横项目1引进第一

7、台300MW机组到现在，锅炉厂的控制系统和控制思路发生了很大的变化，其设计也逐渐成熟。将原来继电器实现的控制功能转变为PLC实现的控制功能。随着电力系统市场的开放，减员增效越来越受到工厂包括各级领导的重视。如何优化车间的控制已经成为每个项目都必须面对的问题。所谓锅炉输煤系统，是指从煤炭输送到合格煤块输送到原煤仓的整个过程。它包括以下主要环节：给煤生产线、选煤、皮带运输系统、破碎提升、回收系统和一些辅助生产环节。本设计主要研究输煤系统部分，即煤块从给煤机输送到原煤仓的过程。2 设计内容及要求本项目要求输煤机组主要由6台三相异步电动机M1M6和磁选机YA组成，最终实现对锅炉输煤机组的运行控制，具有

8、自动和手动控制功能。启动和停止。需要提醒、保护和紧急停止功能。另外，需要实时监控供煤机组的运行过程，并在出现突发故障或突发情况时显示出来，以便操作人员及时排除系统故障。本设计就是基于上述控制目的。此外，操作台上还将设有触摸屏，用于监控电控系统运行的各种工艺参数。输煤机组控制系统示意图如图2-1所示。图2-1 输煤机组控制系统示意图锅炉车间输煤机组的控制设计是根据工业锅炉给煤过程的要求进行设计的。它在工业生产中的主要任务是：能够启动和停止电机、手动/自动、急停等基本控制要求。鉴于上述设计目标，为保证输煤系统正常可靠运行，系统应满足以下具体要求：（1）供煤时，各设备的启停必须遵循特定的顺序，即各设

9、备的联锁控制；( 2 )在各设备的启停过程中，应合理设置时间间隔（延时）。启动、停止延时统一设置为10s 。启动延迟是为了保证没有积煤导致故障；停机延时是为了保证破碎机停机时处于空载状态；( 3 )运行中，当某台设备发生故障时，应立即报警并自动停机，整个输煤设备也应立即停机。此外，现场还有控制系统设备操作的按钮；( 4 )您可以选择在线启动备份设备。特殊情况下可开启另一套备用设备，交叉供煤模式由两条输煤线的相关设备组成。3 设计方案控制系统基于PLC控制设计，输煤系统故障判断基于实时监控。首先，其硬件部分属于电气控制，其软件部分采用PLC软件编程对其进行控制 6 ，同时使用组态软件建立上位机监

10、控画面，实时进行通过与PLC通讯对运行系统进行监控。系统总体设计框图如图3-1所示。图 3-1 系统设计总体框图3.1设计信号说明输煤机组的驱动系统由6台三相异步电动机M1M6和磁选机YA组成。 SA1为手动/自动开关，SB1、SB2为自动启停按钮，SB3为事故急停按钮，SB4SB9为6个控制按钮，用于手动模式下单机操作。 HA在行驶/停车时发出蜂鸣器，提醒运煤机组附近的工作人员，运煤机组准备启动时请注意安全。 HL1为手动运行指令，HL2为急停指令，HL3为系统运行状态指令。为保证输煤机组输煤顺畅，应按煤流反方向启动机器，停机时按煤流方向停机。输煤机组控制信号说明见表3-1 。表 3-1 输

11、煤机组控制信号说明进入输出单词象征阐明文字符号阐明SA1-1输煤机组手动控制开关公里1馈线和磁选机接触器SA1-2输煤机组自动控制开关公里21#给煤机接触器SB1输煤机组自动启动按钮公里3破碎机接触器SB2输煤机组自动停机按钮公里4起重接触器SB3输煤机组急停按钮公里52#给煤机接触器SB4给料机和磁选机手动按钮公里6回收器接触器SB5给煤机P1手动按钮HL1手动操作指示灯SB6破碎机手动按钮HL2急停指示灯SB7提升手动按钮HL3系统运行状态指示灯SB8给煤机P2手动按钮哈警钟SB9回收机手动按钮FRM1M6，YA过载保护信号3.2输煤机组运行过程1.手动驱动/驻车功能当SA1手柄指向左45

12、时，触点SA1-1接通，输煤机组单台设备可通过SB4SB9控制按钮进行独立调试和维护。任何单个单元在启动/停止时都会有音频提示，以确保维护和维护。调试期间的人身和设备安全。2.自动驾驶/停车功能当SA1手柄指向右45度时，触点SA1-2接通，输煤机组自动运行。（1）正常行驶时按下自动启动按钮SB1，恢复电机M6响5秒后开始运转；给煤机P2电机M5电机10秒后开始运转； 10秒后起升电机M4开始运转；破碎电机 M3 将在 10 秒后开始运行； 10s后，给煤机P1电机M2开始运转； 10s后，给料电机M1和磁选机YA一起启动运行； 10s后，HL3系统运行状态指示灯亮，输煤机组正常运行。(2)按

13、自动启动按钮SB2正常停止，5s后有声音提示，给料电机M1和磁选机YA停止，同时HL3系统运行状态指示灯熄灭； 10s后，给煤机P2电机M2停止； 10s 10s后破碎后电机M3停止； 10s后，起升电机M4停止； 10s后，给煤机P1电机M5电机停止； 10s后，恢复电机M6停止；至此，所有输煤机组均正常停机。(3)过载保护输煤机组有三相异步电动机M1M6和磁选机过载保护装置的热继电器YA。如果电机和磁选机在输煤生产中，如果出现过载故障，应立即停止整条生产线，并发出报警指示HA电铃会间歇报警20s。事故处理完毕后，将继续正常行驶，恢复生产。(4)急停输煤机组在正常生产过程中，可能会发生各种突

14、发事件，因此需要设置急停按钮实现急停，防止事故扩大。紧急停止与正常停止不同。当按下急停按钮SB3时，输煤机组立即越线停车，HA报警停止10s，急停指示灯HL2连续闪烁10s，直至事故消除，恢复正常生产。(5)系统正常运行指示 在输煤机组中，驱动电机M1M6和磁选机YA均按程序启动并正常运行后，HL3指示灯亮。如果电机或分离器不能正常启动和运行，则视为故障，输煤机组停机。4硬件电路设计4.1系统控制主电路图设计根据设计方案，给料机M1 、 P1给煤机M2 、破碎机M3 、提升机M4 、 P2给煤机M5和回收电机M6由6台三相异步电动机驱动。磁选机YA由两相电源供电。负载M2-M6由接触器KM2-

15、KM6控制，馈线M1和磁选机YA由KM1共同控制。由于破碎机M3功率为13KW ， 2#给煤机M5功率为75KW，均大于7.5KW，实际使用中应采用星三角降压启动。其余负载使用直接启动模式。本设计考虑了实验室PLC I/O口数量的限制，只做直接启动。主电路图如图4-1所示。电源回收机给煤机P1推动机器破碎的机器给煤机 P2给料机和磁选机图 4-1 输煤机控制主电路图(1)主回路流量接触器KM1、KM2、KM3、KM4、KM5、KM6分别控制三相异步电动机M1给料电机、M2给煤电机、M3破碎电机、M4起升电机、M5给煤电机、M6回收电机电动机。(2)热继电器FR1、FR2、FR3、FR4、FR5

16、、FR6的作用是实现对电机M1、M2、M3、M4、M5、M6的过载保护。(3)熔断器FU1、FU2、FU3、FU4、FU5、FU6分别实现各负载回路的短路保护。4.2电气元件的选择控制系统室的设计考虑了实验室调试的便利性，采用了最简单的点数。输入点数为：2个输入开关分别控制手动/自动控制，9个输入按钮SB1和SB2为自动启动/停止按钮， SB3为急停按钮， SB4 SB9分为6个电机控制按钮。输出点数为：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给料电机、M2给煤电机、M3破碎电机、M4起升电机，3个输出指示灯其中HL1为手动运行指示灯，HL2为急停

17、指示灯，HL3为系统运行状态指示灯，1路输出HA电铃。继电器-接触器系统虽然具有良好的抗干扰能力，但使用了大量的机械触点，使设备的连接复杂，开合时触电易受电弧损坏，寿命短，系统可靠性差；所以如果采用继电器-接触器控制方式，控制电路会非常复杂，可靠性难以保证。本文根据本课题的控制要求，控制过程主要采用逻辑和顺序控制，PLC刚好能满足控制要求。因此，采用PLC进行控制，不仅能满足控制要求，控制方便简单，而且可靠性高。因此，本设计应采用PLC控制。(1) 本设计采用西门子S7-200PLC ，采用CPU224模块。输入/输出接口（I/O）数量为14个输入端口和10个输出端口，刚好可以满足本设计的I/

18、O使用需求。(2)为保证负载安全可靠供电，输出形式为继电器。4.3I/O地址分配PLC接线图端子中I/O信号的地址分配是PC控制系统设计的基础。对于软件设计，只能在分配I/O点地址后进行编程；对于控制柜和PLC的外围接线，只有确定I/O点地址后，才能画出电气接线图和装配图，以便装配。人员根据接线图和安装图安装控制柜。从以上硬件系统的选择可知，控制系统只能使用一个CPU224。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、I1.0、I1.1、I1.2、I1.3、I1.4 , I1.5;Q0.0、Q0.1、Q0.2、Q0.3、

19、Q0.4、Q0.5、Q0.6、Q0.7、Q1.0、Q1.1PLC输入输出接口地址分配表见表4-1。表 4-1PLC输入输出接口地址分配表失去进入信不选煤机手动控制开关SA1-1I0.0选煤机组自动控制开关SA1-2I0.1输煤机组自动启动按钮 SB1I0.2输煤机组自动停机按钮SB2I0.3输煤机急停按钮SB3I0.4送料机磁选机手动按钮 SB4I0.5给煤机 P1 手动按钮 SB5I0.6破碎机手动按钮 SB6I0.7提升手动按钮 SB7I1.0给煤机 P2 手动按钮 SB8I1.1回收器手动按钮 SB9I1.2M1-M6、YA过载保护信号FRI1.3失去出去信不馈线磁选接触器 KM1Q0.

20、0给煤机 P1 接触器 KM2Q0.1破碎机接触器 KM3Q0.2起重接触器 KM4Q0.3给煤机P2接触器KM5Q0.4回收机接触器KM6Q0.5手动操作指示灯 HL1Q0.6急停指示灯 HL2Q0.7系统正常运行指示灯HL3Q1.0警铃 HAQ1.14.4 PLC控制电路接线图根据以上硬件选型和工艺要求，画出PLC控制电路接线图，如图4-2所示。接线过程中需要注意的是，在实验室的测试箱中，需要连接输入公共端1M/ 2M24VDC电源的正极“L+”，此时输入端为低电平有效；输出公共端1L/需要连接2L24VDC3L电源。在负极“M”，此时输出端的输出为高电平有效。图 4-2 I/O 接线图5

21、 软件设计本设计选用西门子公司S7-200PLC正好满足设计要求，程序设计使用西门子公司V4.0 STEP 7 Micro / WIN SP3编程软件。这个软件有中文，使用起来非常方便。软件功能强大，界面友好，具有便捷的在线帮助功能。该软件可用于开发PLC应用程序，同时可实时监控用户程序的执行状态。西门子 S7-200 PLC 8共有三种编程语言，即：梯形图（LAD）和功能块图（FBD）是一种图形语言，语句表（STL）是一种类似于汇编语言的文本类型.三种语言可以相互转换，本设计采用梯形图编程。5.1时序功能图输煤机组的控制过程分为自动和手动两种控制方式。在自动控制模式下，要求每个负载从M6到M

22、1按相反的顺序自动启动，可以从M1到M6依次自动停止。同时，运煤机组还可以手动点动，进行调试和维护。此外，该系统还可以实现过载保护、急停和故障提醒等功能，并具有相应的指示和报警功能。根据这一要求，本设计采用SCR指令编写梯形图程序9 。输煤机组的整个运行过程可以用时序功能图来描述。图 5-1 为锅炉车间输煤机组控制系统的时序功能图。时序功能图非常直观，清楚地描述了锅炉车间输煤机组的自动化工作过程。图5-1 输煤机组自动控制时序功能图5.2编程程序设计应根据I/O地址的分配和要实现的功能结合硬件和电气连接进行编程，以实现设计系统要完成的功能。 PLC进入运行状态后，首先进行手动/自动选择，所以主

23、流程图如图5-2所示。图 5-2 控制程序主流程图系统在手动模式下运行时为单机点动控制，比较简单，程序流程图在此不再赘述。系统在自动模式下运行时，PLC 运行的程序流程图如图 5-3 所示。图5-3输煤机组程序设计流程图6系统配置设计6.1组态软件介绍组态的概念只有以分布式控制系统（简称DCS）的出现为广大生产过程自动化技术人员所熟知。配置的概念最早来源于英文Configuration ，意思是使用软件工具对计算机和软件的各种资源进行配置，以达到让计算机或软件根据预设的设置自动执行特定任务，满足用户要求的目的。监控组态软件是监控与数据采集（SCADA ）软件平台工具，设置项目丰富，使用灵活，功

24、能强大。监控组态软件刚出现时，主要是解决人机图形界面的问题。随着它的快速发展，实时数据库、实时控制、通信和联网、开放的数据接口以及对I/O设备的广泛支持成为其主要内容。组态王是亚控开发的工业组态软件，是国内最早的组态工具。在国内使用的监控软件中，组态王是国内用户最多的，也是国内所有的国内集团。最成熟的状态软件之一。组态王具有强大的硬件设备支持功能，国内几乎所有的PLC设备都可以支持。它集过程控制设计、现场操作和工厂资源管理于一体，汇集了企业部门的各种生产系统和应用以及信息交换，实现了优化管理。使用组态王软件开发工业监控项目，可以大大增强用户的生产控制能力，提高工厂生产力和效率，提高产品质量，降

25、低成本和原材料消耗。适用于单台设备的生产运营管理和故障诊断，适用于分布式网络结构的大型集中监控管理系统的开发。基于以上优势，我设计的上位机操作界面是使用组态王6.53。6.2定义设备变量组态王工程浏览器中提供“数据库”项，供用户定义设备变量11。数据库是“组态王软件”的核心部分。组态王运行时，工业现场的生产状态应以动画形式反映在屏幕上，操作人员在电脑前下达的指令也应迅速传递到生产现场。这一切都是基于实时数据库，所以说数据库是上位机和下位机之间的桥梁。数据库中变量的集合形象地称为“数据字典”，数据字典记录了用户可用的所有数据变量的详细信息。应用程序项目中定义的变量和系统变量存储在数据字典中。变量

26、可以分为两类：基本类型和特殊类型。变量的基本类型分为两种：存储变量和I/O变量。基本类型的变量还可以根据其数据类型分为离散型、实型、整数型和字符串型。让我们开始这个设计的变量定义。首先在工程浏览器的树形目录中选择“数据字典”，双击右侧的“新建”图标，弹出“变量属性”对话框。在对话框中添加：变量名称：手动开关变量类型： I/O离散连接设备：plc注册：M10.0数据类型：位采集频率： 1000 ms读写属性：读写其他默认如图 6-1 所示。设置完成后，点击“确定”完成变量的定义。图 6-1 变量定义由于变量的定义要根据监控画面的需要和动画连接的需要，所以不是按顺序进行的，而是交替进行的。根据设计

27、需要，继续添加不同的变量，本次设计的完整变量如图6-2所示。图 6-2 创建的变量6.3创建动画连接所谓“动画连接”，就是建立图片元素与数据库变量的对应关系。组态王开发系统中制作的图片都是静态的。要想反映工业现场的状态，就必须通过实时数据库，因为只有数据库中的变量是与现场状态同步变化的。这样，当工业领域的数据如指示灯、无快捷动作等发生变化时，通过I/O接口，实时数据库中的变量就会发生变化。在动画链接对话框中定义图形对象的动画链接。在组态王开发系统中双击给煤机P1的“皮带轮”像素对象（不能同时选择多个图形对象），弹出动画连接对话框，如图6-3所示。图 6-3 动画连接这个动画连接是定义滑轮的旋转

28、，点击“旋转”，会弹出“旋转连接”对话框，点击“？”在右侧关联变量“本站给煤机1滑轮”，如图6-4，点击确定完成动画连接。图片 6-4 关联变量“动画连接”的建立并不能完全表达实际的运营情况。这时需要新建一些变量，然后双击组态王工程浏览器树目录下“命令语言”下的“应用命令语言”。 ，进入“应用命令语言”编辑对话框，如图6-5所示，在该对话框中可以编写监控画面中元素的动作命令。点击“确定”完成命令语言编写。有关完整的应用程序命令语言，请参见附录 2。图 6-5 应用程序命令语言6.4配置运行系统在运行组态王项目之前，首先在开发系统中配置运行系统环境。在开发系统中，点击菜单栏中的“Configur

29、ationRuntime”命令，在工程浏览器的工程显示区，活动工具栏或“系统配置，设置运行时”图标， “运行时设置”对话框将出现弹出。 “画面配置”属性，弹出该属性页对话框，同时属性页画面列表对话框列出当前应用的所有有效画面。如果要将某个画面设置为主画面，则为当前运行画面。例如，在本例中，将“锅炉输煤机组监控画面”设置为运行时的主画面。配置完成后的监控界面如图6-6所示。图 6-6 监控屏幕设计经验本文对控制系统进行了仿真设计和仿真，设计中主要做了以下工作：（1）收集整理输煤机组设计方案及监测管理研究现状数据，分析输煤机组选型原则，得出符合“安全、可靠、经济”的输煤机组供煤设计方案。中国的现状

30、。(2) 通过对输煤机组工作原理的分析，设计了采用可编程控制器PLC的输煤机组控制系统，实现了六台电机的仿真控制。更大的实际价值。(3)学习了基于组态王的控制系统虚拟仿真和与上位机通讯的实现方法，阐明组态王实现上位机监控的方法和生产流程。由于上位机监控技术的应用，软件更加直观，真实地体现了输煤机组的运行过程，为实际控制装置的开发和调试开辟了一条经济可靠的途径。根据这个设计内容，我认为需要继续以下几个方面：(1) 控制前景：在我国，输煤机组的发展仍处于发展阶段。随着模糊控制、神经网络控制、专家系统控制等先进控制理论的不断发展，现有的功能模块不断更新，帮助控制系统向智能化方向发展。(2)组态软件展

31、望组态王：一个好的组态软件不仅可以很好地模拟控制系统，还可以支持实际控制过程中数据通讯的远程监控。在项目中变量的互操作性方面，组态王还需要进一步努力。参考1 于菊香世恒工程焊接质量管理J 焊接技术。 1990（04）：34-36。 2 李军. 带式输送机启动特性分析J.机械研究与应用, 2011,(03) :45-48. 3 舒，郝明静浅谈PLC控制在输煤系统中的应用J.科技信息， 2006 ，（ 10 ） ：120-121。 4 潘峰、凯盛、郭国发。基于PLC控制的带式输送机系统的应用J.微机信息，2005，（ 0 5） ：50-51。 5 何连云 PLC控制的带式输煤系统J 农业装备与车辆工程，2008，（05）：41-43。 6 炳良，方宝生 PLC技术在带式输送机自动控制系统中的应用与研究J.煤炭工程，2004，（06） ：69-70。 7 孟祥忠基于组态软件的PLC系统设计方案选择原则J.科技制造装备，2011 ，（ 10 ） ：76-78 。 8 林晓峰可编程控制器及其应用M.：高等教育，1991。 9 君. 组态软件在PLC实践教学中的应用J.教育创新， 2011 ， （ 10 ） ：263-264。 10 卢，朱一凡基于PLC和组态王的带式输送机控制系统设计J.煤矿机械， 2010，（ 06） ： 20-22。