锅炉车间输煤机组PLC控制系统设计

设计说明书

设计题目：锅炉车间输煤机组PLC控制系统设计

学生姓名：_____________________________________

学号：_____________________________________

专业班级：_____________________________________

指导教师：_____________________________________

年月日

内容摘要

本次课程设计首先描述了锅炉自动输煤系统的基本构成及特点，然后通过对继电器

锅炉输煤系统和PLC的锅炉输煤系统对比，根据控制要求，本设计采用PLC控制，实现

自动化控制。在硬件方面，本文着重对PLC、继电器、电动机等选型进行了设计，同时

给出了各高级单元的使用及设定情况：在软件方面.提供了原理图、接线图和梯形图C

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。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。

关键词：锅炉输煤机自动控制系统；PLC控制；继电器接触器控制

目录

内容摘要.......................................................2

引言............................................................1

第1章设计内容及要求..........................................2

第2章继电器接触器硬件系统设计................................5

2.1控制系统主电路图设计..............................................5

2.2电器元件的选择......................................................5

第3章PLC系统设计.............................................7

3.1I/O地址分配表......................................................7

3.2PLC选型.............................................................8

3.3PLC控制电路接线图..................................................9

第4章PLC软件设计............................................10

4.1方法一顺序指令控制...............................................10

4.2方法二计时器控制..................................................29

第5章程序调试与仿真.........................................43

结论...........................................................59

总结...........................................................60

致谢...........................................................61

参考文献......................................................62

第1章设计内容及要求

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。

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Ml〜M6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，

SB4〜SB9为6个控制按钮。HA为开车/停车讯响器，提示在输煤机组附近的工作人员输

煤机准备启动请注意安全。HL1〜HL6为Ml〜M6电动机运行指示，HL7为手动运行指示，

HL8为紧急停车指示，HL9为系统运行正常指示，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SA1T接通，通过SB4〜SB9

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M6Ml逆序启动运

行，并点亮指示灯HL6-HL1；10s后，点亮HL9系统正常运行指示灯，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MLM6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；并且输煤机组全部正常

停车。

3）过载保护。输煤机组有三相异步电动机Ml〜M6和磁选料器YA的过载保护装置

2

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,HUO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Ml〜M6和磁选料器YA按照程序

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,DC24VO

(3)电铃HA：8W,AC220Vo

具体的控制流程见图1-2所示：

3

图1-2输煤机组控制流程图

4

第2章继电器接触器硬件系统设计

2.1控制系统主电路图设计

按照设计要求，给料器Ml、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Ml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，所以采用星一三角降压启动。其

余负载均采用直接启动方式。主电路图见图27。

1）主回路中交流接触器KM1、KM2、KM3、KM4、KM5、KM6分别控制三相异步电动机

Ml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Ml、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俣护

2.2电器元件的选择

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

5

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，SB4〜SB9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Ml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、HL9

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。

6

第3章PLC硬件系统设计

3.1I/O地址分配表

1/0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,EM222,各

模块各分配地址如下：

CPU224基本单元的I/O地址如下：

10.010.1、10.2、10.3、10.4、10.5、10.6、10.7、11.1、11.2、11.3、11.4、

11.5、11.6、II.7>Q0.0、Q0.1、Q0.2、Q0.3、Q0.4、Q0.5、Q0.6、Q0.7、QL0、QI.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EM222的I/O地址：

Q3.0、Q3.1、Q3.2

PLC输入输出接口地址分配表见表3-1

表3-1PLC输入输出接口地址分配表

控制信号信号名称元件名称元件符号地址编码

输煤机组手动控制信号开关SA1-110.0

输煤机组自动控制信号开关SA1-210.1

输煤机组自动开车信号常开按钮SB110.2

输煤机组自动停车信号常开按钮SB210.3

输煤机组紧急停车信号常开按钮SB310.4

给料器磁选料器手动信号常开按钮SB410.5

输入信号

1#送煤机手动信号常开按钮SB510.6

破碎机手动信号常开按钮SB610.7

提升机手动信号常开按钮SB711.0

2#送煤机手动信号常开按钮SB811.1

回收机手动信号常开按钮SB911.2

M1-M6,YA运行正常信号接触器KM11.3

7

表3TPLC输入输出接口地址分配表（续表）

控制信号信号名称元件名称元件符号地址编码

输入信号Ml-M6,YA过载保护信号热继电器FR11.4

给料器磁选料器接触器KM1Q0.0

1#送煤机接触器KM2Q0.1

破碎机接触器KM3Q0.2

提升机接触器KM4Q0.3

2#送煤机接触器KM5Q0.4

回收机接触器KM6Q0.5

2#输煤机Y形启动信号接触器KM7Q0.6

2#输煤机三角形启动信号接触器KM8Q0.7

破碎机Y形启动信号接触器KM9Q1.0

破碎机三角形启动信号接触器KM10Q1.1

输出信号手动运行指示信号指示灯HL7Q2.0

紧急停车指示信号指示灯HL8Q2.1

系统正常运行指示信号指示灯HL9Q2.2

系统故障运行指示信号指示灯HL10Q2.3

报警信号电铃HAQ2.4

输煤机组单机运行指示信号指示灯HL1Q2.5

输煤机组单机运行指示信号指示灯HL2Q2.6

输煤机组单机运行指示信号指示灯HL3Q2.7

输煤机组单机运行指示信号指示灯HL4Q3.0

输煤机组单机运行指示信号指示灯HL5Q3.1

输煤机组单机运行指示信号指示灯HL6Q3.2

3.2PLC选型

输入/输出接口（I/O）数量；输入端口14个，输出端口10个，SIMATICS7-200系

列PLC硬件配置灵活，既可以用一个单独的S7-200CPU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S7-200CUP224/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

8

构配置。

对于CPU224模块，本机输入地址为10.0-10.7和11.1-11.5,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。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，另需一个EM222的D04*DC24V/

继电器；扩展模块EM222的I/O地址范围是Q3.0-Q3.3;满足系统控制要求。

3.3PLC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3-1。

1M1L_____/__2_2_0V_

_____I0.0QO.O_______[KMi

10.1Q0.1KMJ

____________________I0.2Q0.2_____[_____KMJ

____________________I03Q0.3LKM*

_____7^_____________I0.42L(_____220V

____________________IOSQ0.4KMs

■

_____7^_____________

I0.6Q0.5=KM»

■A,1HAt

_____7^_____________I0.7Q0.6KMJ

2M

CD,11.0

CD.

SDI11.1

ow11.2

Ml11.331220V

00.7□KMi

KM,

FR»FRsFR*FRjFR：FRiQ1.0□KM.7

Q1.1-KMM

□-------M

11.4KMi

MCPU224

AC24V

I.

9

第4章PLC软件设计

4.1方法一顺序指令控制

1锅炉运输机组PL。空制程序|

网络1网络标题

I网络注释I

SM0.1S0.0

T1^9

S0.1

(R)

14

网络2

I自动开车

S0.0

SCR

网络3

II

SA11

____11____

II

|符号I地址I注释

工0.0

SA1输煤机组手动控制开关

网络4

I_________________________________________________________________________________________I

SA2I0.2I0.4FRS0.1

___11_____11____J__,1______1/1__funoTi

IIIII/IIZIloUn1J

符号I地址I注释

FR|11.4MLMSYA过载保护信号

SA2■noi输煤机组自动控制开关

网络5

E

-------(SCRE)

网络6

I

S0.1

SCR

10

11

12

符号［地山I注释

FR11.4M1-M6yA过载保护信号

HL5Q3;输煤机组单机运行指示灯

KM5Q0.42麻煤机接触器

KM7Q0.62喷煤机星型启动接触器

KM8Q0.72腱煤机三角形启动接触器

网络16

T39S0.4

—II-------CSCFT)

网络17

------(SCRE)

网络18

I

S0.4

SCR

网络19

|M4启动，hi碗

SMO.OQ03

TH-r-<§)

1

Q30

-CO

1

T40

--------------------------pNTON

100-PT100m$

13

14

—co

1

T41

-------------------ONTON

100-PT100

I0.4S2.2

(SCRT)

S2.0

(3CRT)

符号n地址注释

FR11.4MLM6YA过载保护信号

HL3Q2.7输煤机组单机运行指示灯

KM10Q1.1破碎机三角形启动接触器

KM3Q0.2破碎机接触器

1KM9

Q1.0破碎机星型启动接触器

网络24

S0.6

—(SCRE)

—II—T—(S)

1

—co

1

T42

-----------pjfor?

100-PT100m$

15

16

S1.0

（SCRT）

QO.OQO.1QO.2QO.3Q0.4Q0.5M2.4

<）

M2.4Q2.3

符号地址及瑾

HL1OQ2.3系统故障运行指示灯

HL9Q2.2系统正常运行指示灯

KM1QO.O给料器减选料器接触器

KM2Q0.11腱煤机接触若破碎机接触器

KM3Q0.2破碎机接触器

KM4Q0.3提升机接触器

KM5QO.i2腌煤机接触器

KM6Q0.5回收机接触署

网络33

-------（SCRE）

网络34

|正常停车开始J

网络36

-------（SCRE）

17

网络38

网络39

T44S1.2

-1I-1~(SCRT)

M2.1

(R)

1

网络40

------(SCRE)

网络41

S1.2

SCR

网络42

r........................

18

网络43

T45S1.3

—（SCRE）

19

网络50

Q0.2

KR>

1

Q1.1

TR)

1

Q2.7

-CR)

1

T47

-----------------------------pNTON

100«PT100m

符号地址注释I

HL3Q27输煤机组单机运行指示灯

KM10Q1.1破碎机三角形启动接触器

KM3Q0.2破碎机接触器

网络51

T47S1.5

―II-----(SCRT)

网络52

-------(SCRE)

—II—T-<R)

1

-CR)

1

T48

-----------------------------pNTON

100-PT100ms

符号地址注释

HL4Q3.C轴煤机组单机运行指示灯

KM4OO-提湎接触器

20

网络55

T48

------(SCRE)

网络57

—II—r-<R)

1

TR)

1

Q3.1

—(R)

1

T49

--------------------------pNTON

100-PT100ms

符号地址注释

HL5Q3.1输煤机组单机运行指示灯

KM5QO.i2腌煤机接触器

KM8Q0.72晦煤机三角形启动接触器

网络59

T49S1.7

-II----------------(SCRT)

网络60

------(SCRE)

网络61

|M晤，hl^

S1.7

SCR-

21

22

网络68

符号地址注理I

HL1Q2.5输媒机组单机运行指示灯

HL10Q2.3系统故障运行指示灯

HL8Q21紧急僖车指示灯

|KM1Q0.0I给料器磁选料器接触器1

网络69

11.4SO.O

―I/I-------CSCRT）

符号地址注释I

过载保护信号]

|FR11.4

网络70

-------（SCRE）

网络71

I紧急停车

S2.2

SCR

网络72

10.4S2.3

-II-------（SCRT）

23

24

25

网络82

|M1转，h!1戛

MOOQ2.0

—IH-p()

l—I10.5I—QO.O：

L(Q25：

符号【地址USI

HL1Q2.5输煤机组单机运行指示灯

HL7IQ2.0手动运行指示灯

|QO.O

KM1I给料若磁送料器接触器I

网络83

|M型，通

符号地址1注释

HL2Q2.6输煤机组单机运行指示灯

KM2Q0.1|1噫煤机接触器破碎机接触器I

网络84

|M辐八彼一

MO.O10.7Q0.2

—II-----1H-<)

T200

-----------------------------flNTON

100-PT100m$

T200Q1.1Q1.0

—I/I----1，I----C)

T200Q1,0Q1.1

—II----1/I----C)

」Q2.7)

符号地址住修

HL3Q2.7输煤机组单机运行指示灯

KM10Q1.1破碎机三角形启动接触器

KM3Q0.2破碎机接触器I

KM9Q1.0破碎机星型启动接触器I

26

网络85

|M峨，hl侯

MO.O11.0Q0.3

—II----1I—pH：)

L：Q3°)

行号I地址

LHL4Q3.G］输煤机组单机运行指示灯

|KM4ULI.2I提升机接触器

网络86

|m金'

MOO

出号地址立移I

HL3Q2.7输煤机组单机运行指示方

HL5Q3.1输煤机组单机运行指示灯

KM5Q0.42晦煤机隹触器

KM7Q0.62晦煤机星型启动接触器

1KM8

Q0.72喷煤机三角形启动接触器

网络87

］「「国专，hl暖

MO.OQ0.5

I地址DigI

HL6IQ3.2|输煤机组单机运行指示灯

[KM6(Q0.5I面吸机接触器

27

网络88

符号注释

KM1QO.O给料器磁送料潜接触器

KM2Q0.11噬煤机接触器破碎机接触器

KM3Q0.2破碎机接触器

KM4Q0.3提升机接触器

KM5Q0.42唯煤机接触器

KM6Q0.5回收机接触器

网络89

I

M0.1Q2.4

—IH-1-<0

M0.2

—II—1

孱号T地址叵驿1

IHAQ2.4报警电铃

网络90

11

Q2.4T202

—1—INTON

30-PT100ms

符号地址注释

HAQ2.4报警电铃

28

网络91

T202Q2.4

—II------(R)

1

4.2方法二计时器控制

(JMP)

I地址上释I

SA1|IO.O］输煤机组手动控制开关

网络2网络标题

I网络注释

10.1I0.2M2.0

TI-------1I——O)

1

符号I地址注释_______________________________________________________

S1I0.2输煤机组自动开车按钮

SA210.1输煤机组自动控制开关

网络3

M2.0T37

INTON1

I0.3T3750-PT100m$

—I/I-------1I—1

符号I地址I注释

IS2110.3］输煤机组自动停车按前

29

30

31

［符号地址注释I

FR11.4过载保护信号

KM4Q0.3提升机接触器

S3I0.4输煤机组紧急停车按钮

网络10

Q0.3Q3.0

——()

地址注释I

HL4Q3.0输煤机组单机运行指示灯

1KM4Q0.3I提升机接触器I

网络11

T41Q0.2

—IHn-------------------(o

1

T42

---------------------------------------------------------pNTON

100-PT100

T42Q1.0

-----------1/I-----(s)

1

T42Q1.1

-----------'

Q1.0

」A)

T43

----------------------------pNTON

100-PT100ms

11.4M0.1

—II——()

-I0.4I——(M0).2

32

33

网络1£

T44Q0.0

I—|------------------($)

1

T45

---------------------------[INTON

100-PT100ms

国号【地