火电厂智能输煤控制系统设计

第[6]。破碎机在输煤线中主要职责是粉碎大煤块，使煤块变小达到所需粒度从破碎机底部的出料口排出。因为其工作内容所致，破碎机的功率达到了110kW，软启动器作为集多种功能在一体的电气元件，可以在启动破碎机时让破碎机可以平滑启动，这既保护了破碎机，也避免输煤线整体电路受到影响。软启动器具体型号及参数如下表2-5所示。表STYLEREF1\s2SEQ表\*ARABIC\s15软启动器型号参数表软启动器型号ATS22C25Q电网相数三相额定电源电压230～440V应用场景异步电动机雷达料位器原煤仓所储存的煤自身粉尘大的特性，造成了一般感应器在粉尘大的环境下无法正常的使用，而雷达料位计这种依靠雷达波来工作的感应器对粉尘大的环境有着良好的工作状态，因此雷达料位计是检测原煤仓煤量的良好选择。雷达料位计的具体型号及参数如下表2-6所示。表STYLEREF1\s2SEQ表\*ARABIC\s16雷达料位计型号参数表品牌维迪亚斯测量范围0～50m精度±15mm频率范围26GHz防护等级IP67连接方式螺纹、法兰型号抛物面固体型数量3火灾传感器原煤作为可燃物在运输或设备其碎块时可能会引起火灾的发生，为此，本控制系统设计了简易的消防系统。监测火灾的感应器有多个种类，基于输煤线环境有大量的粉尘，因此本输煤线采用了两种感应器，分别是感温型探测器与火焰探测器。具体型号及参数见下表2-7、表2-8所示。表STYLEREF1\s2SEQ表\*ARABIC\s17感温火灾探测器型号参数表型号工作电压监视电流报警电流环境温度JTW-ZCD-G3N24V0.6MA1.8MA-10℃～+50℃表STYLEREF1\s2SEQ表\*ARABIC\s18火焰探测器型号参数表品牌型号安誉KF715/IR3工作电压24V工作电流50mA环境温度-40℃～+70℃灵敏度I级灵敏度防水防尘等级IIP66/IP67信号的输入输出结合输煤系统总体方案和功能需求，本输煤系统设计需要12台设备，考虑到触摸屏会有失效的可能，本输煤线还采用若干按钮对设备进行启动停止，煤位感应器负责对原煤仓煤量的监控，火灾探测器负责对输煤的火灾进行探测。综上所述本输煤主要的输入输出端口一共为33个。这些输入输出口分别由PLC和各扩展模块提供。本输煤系统具体的I/O分配如下表2-9所示。表STYLEREF1\s2SEQ表\*ARABIC\s19I/O分配表IO表名称数据类型地址输煤机组手动控制开关Bool%I0.0输煤机组自动控制开关Bool%I0.1输煤机组自动启动按钮Bool%I0.2输煤机组自动停机按钮Bool%I0.3输煤机组急停按钮Bool%I0.41号煤仓低位Bool%I0.51号煤仓高位Bool%I0.62号煤仓低位Bool%I0.72号煤仓高位Bool%I1.03号煤仓低位Bool%I1.13号煤仓高位Bool%I1.2M1-M6,YA过载保护信号Bool%I1.3给料机火灾仿真Bool%I8.0送煤机1火灾仿真Bool%I8.1提升机火灾仿真Bool%I8.2送煤机2火灾仿真Bool%I8.3回收机火灾仿真Bool%I8.4皮带机1Bool%Q0.0皮带机2Bool%Q0.1皮带机3Bool%Q0.2皮带机4Bool%Q0.3给煤机Bool%Q0.4除尘器Bool%Q0.5磁选机Bool%Q0.6破碎机Bool%Q0.7犁煤机1Bool%Q1.0犁煤机2Bool%Q1.1消防管道增压泵接触器Bool%Q8.0犁煤机3Bool%Q8.1皮带机1频率Int%QW112皮带机2频率Int%QW114皮带机3频率Int%QW120皮带机4频率Int%QW122回收器频率IntQW122主电路图本输煤系统中设备功能各不相同，因此造成设备驱动电机的功率也各不相同，根据电工经验，额定功率为3kW以下的电机采用星形连接方式，并且可以直接启动；额定功率在3kW以上的电机采用三角形连接方式，需要软启动器来配合控制启动。对于输煤设备的保护与启停，采用了热继电器、按钮、中间继电器等电器元件，对于皮带机运煤速度的调节，采用了变频器来对其控制。为了让各控制器与执行器相互配合，最终形成输煤系统，要先对电气原理图进行设计。本输煤系统具体的电气原理图如下图2-10所示。PLC控制原理图输煤系统的软件设计PORTALV17系统组建本输煤控制系统一共需要52个端口，分别是22个数字量输入口、18个数字量输出口、2个模拟量输入口和10个模拟量输出口。根据控制系统点位的数量及其所对应的属性，TIAV17系统具体搭建如下所示：（1）打开桌面上“TIAPORTALV17”软件。（2）进入“PORTAL视图”，创建一个新的项目，并选择左下角的“项目视图”。（3）在工具栏项目菜单下选择新建项目，编辑名称完成新建项目。（4）在“项目树”中选择“添加新设备”，如图3-1项目创建，从目录中选择控制器—SIMATICS7-1200—CPU1215CDC/DC/DC。（5）从硬件目录插入DI8/DQ8×24VDC至2号位，插入AQ4x14BIT1至3号位，插入AQ4x14BIT2至4号位如图3-2所示。图STYLEREF1\s3SEQ图\*ARABIC\s11设备选择界面图STYLEREF1\s3SEQ图\*ARABIC\s12网络与设备界面程序设计系统流程考虑到输煤设备上可能残留原煤和破碎机在负载时停机等情况，各设备的启停必须存在间隔时间，具体如图3-3所示。图STYLEREF1\s3SEQ图\*ARABIC\s13输煤设备的启停流程输煤线在正常生产状态下的整体流程如图3-4所示。开机前检查设备无误后，在触摸屏上选择自动模式，然后点击“自动启动”，当原煤仓处于缺煤状态时，犁煤机等设备将逆着煤的流向逐步启动，直至所有设备启动完成开始对原煤仓开始配煤。当所有原煤仓都配满煤时，设备将顺着煤的流向逐步停止，直至所有设备停止结束。给原煤仓配煤时，原煤仓有先后顺序，配煤流程如图3-5所示，当高一级别的原煤仓配完煤时，下一级的原煤仓才可以进行配煤，以此类推直至所有原煤仓配煤结束。图STYLEREF1\s3SEQ图\*ARABIC\s14设备整体运行流程图STYLEREF1\s3SEQ图\*ARABIC\s15配煤流程梯形图程序首先介绍一下输煤系统的急停处理程序，如下图所示。这是启动手动/自动控制开关，如图3-6所示。图STYLEREF1\s3SEQ图\*ARABIC\s16启动程序它激活了实现自动流程工艺的程序块，如下图所示。这是自动流程程序块的主要部分，决定流程是否正常运行或停止，如下图所示。下面是设备通过启动信号，启动的部分梯形图，如图所示。设备停止的程序图同理，这里就不详细描述了。当料位感应器检测到原煤仓缺煤，犁煤机将运行起来，当料位感应器检测到原煤仓满煤，犁煤机将立即停止。配煤原则：1#原煤仓配煤为优先一级，2#原煤仓配煤为优先二级，3#原煤仓配煤为最后一级。原煤仓缺煤信号发出，输煤设备逆煤流启动开始，首先，4#皮带机开始运行；10s后，3#皮带机运行；20s后，破碎机开始运行；30s后，2#皮带机与磁选机开始运行；40s后，1#皮带机与除尘机开始运行；50s后，给煤机开始运行；点击自动停止或原煤仓满煤时，停止标志触发，输煤设备顺煤流停止开始，首先是给煤机先行停止，然后其他设备逐步停止。输煤系统中的每一个电气设备都有自己的程序块，大同小异，这里我用1号皮带机的程序块说明，如下图所示。1号皮带机的具体程序可以输出它的电机频率，如下图所示。当皮带过载，或有火灾时，系统触发报警装置，如下图所示。当有火情出现，火灾探测器感应到，火灾标志触发，具体如图4-15所示：图4-15火灾探测火灾发生后，消防喷淋泵与消防报警器同时运行，既对着火点进行扑灭，也警示工人有火情发生，具体如图4-16所示。图4-16消防喷淋泵及火灾报警器运行触摸屏设计PLC与HMI的通信在TIA博途编程软件中的同一个工程项目中，S7-1200可以轻松地与HMI建立通信，对PLC变量进行访问，并执行其他相关的操作，通信连接可以采取以下两种方法。（1）通过HMI设备向导建立连接在完成HMI的组态后，就会自动弹出HMI与PLC连接的向导，如图4-19所示。在“选择PLC”下方的浏览窗口中，找到已经组态的PLC并双击，S7-1200就显示在这个浏览窗口的上方。连续几次单击图4-19底部“下一步”按钮。就完成了HMI与PLC的连接。（2）通过网络视图建立连接在项目树中，点击“设备与网络”，弹出网络视图，单击HMI下面的通信接口，拖拽到PLC左下角的PROFINET通信接口，当鼠标的标志转变为连接标志时，释放鼠标，这样子HMI与PLC便建立起连接，如图4-20所示图4-19通过设备向导建立HMI连接图4-20通过网络视图建立HMI连接人机界面触摸屏通电后主界面如图4-21所示。图4-21输煤线开机主界面本输配煤系统的上位机监控画面主要由主流程画面（主画面）、工艺流程组合选择、各种参数趋势曲线、报警历史查询、系统维护数据和主要模拟量值监控画面等组成。HMI画面采用TP1900Comfort。画面颜色状态一般含义：（1）绿色——运行状态（2）灰色——停止状态（3）红色——故障状态。当在主界面点击“进入系统”，画面跳转到图4-22所示界面。图4-22自动模式下监监控与启动停止界面仿真与调试仿真初始界面如图4-27所示。图4-27仿真模拟初始画面当选择手动模式时，设备是独立个体，相互没有关联，因此可独自启动，具体如图4-28所示。图4-28手动模式下设备演示画面当选择自动模式时，设备联锁不可单独启动，并且只有原煤仓处于缺煤状态，设备才会逆着煤的流向逐步启动；配煤遵循优先原则，高一级配煤完成以后才对下一级进行配煤。具体如图4-29、图4-30和图4-31所示。图4-29自动模式下设备启动演示画面图4-30自动模式下设备全部运行演示画面图4-31自动模式下配煤切换演示画面本输煤系统还设计了基础的消防措施，当各区域发生火灾，烟温传感器触发，消防喷淋泵开始工作，蜂鸣器开始报警。具体如图4-32所示。图4-32输煤线发生火情演示画面结论本输煤控制系统以西门子1214CDC/DC/DCCPU作为核心，采用中间继电器、按钮、交流接触器等控制元件与其配合，最终构成了输煤控制系统。该款PLC拥有工作稳定性好、可靠性高、操作维护方便等优点。本系统结合了PLC的控制和组态监控，使得整个输煤控制系统具备一定的可用性。本文设计的输煤控制系统达到了预期目标，保证了输煤系统的可操作性和自动化。本系统完成工作任务主要表现在：（1）系统可以完成燃煤的自动供给和自动配煤的控制要求。（2）在仿真模拟下完成了输煤线体设备远程控制的要求，并在触摸屏上显示出输煤设备的运行状态。（3）考虑到触摸屏在工作中可能失效，本输煤系统对设备的启停设有与PLC相接的实体开关。（4）由于煤是可燃物，为了避免各种因素引发煤燃烧，然后造成更大的损失，输煤系统设有消防系统。参考文献詹昌义.基于PLC的火电厂输煤控制系统设计[J].黄山学院学报,2022,24(05):12-16.田建文.火力发电厂输煤控制系统的研究[J].科技创新与生产力,2022,(10):130-132+135.许继福.火电厂输煤电气控制系统研究与设计分析[J].机电信息,2020,(08):83-84.DOI:10.19514/32-1628/tm.2020.08.048.丁春颜,丁超,杨劲松,等.火电厂输煤控制系统模型的建构和应用[J].自动化应用,2019,(07):27-29.DOI:10.19769/j.zdhy.2019.07.013.贺心燕,王家蓉.火电厂输煤控制系统的设计研究[J].山西大同大学学报(自然科学版),2019,35(03):69-72.李洁馨.火电厂智能输煤控制系统研究与设计[D].西安工业大学,2024.DOI:10.27391/ki.gxagu.2024.000331.杨继.火电厂输煤程控系统的设计及应用[D].华北电力大学,2018.谢海艳.基于PLC的火电厂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