【《输煤系统控制的PLC硬件设计案例》3600字】

输煤系统控制的PLC硬件设计案例目录TOC\o"1-3"\h\u28797输煤系统控制的PLC硬件设计案例 126421.1硬件组成 111881.2设备选型 122221.2.1电动机选型 110861.2.2检测保护装置选型 262581.2.3PLC选型 2116111.2.4网络设备选型 319231.2.5上位机设备选型 3179401.3主电路及控制原理设计 372221.4输煤系统控制电路设计 7147241.4.1I/O地址分配 8171291.4.2硬件组态及端子接线 81.1硬件组成（1）监测上位机。本文的系统控制设计方案中配置有3台上位机。为了实现对整个系统的集中控制和监测，将这三台上位机二一分设于总控操作间和生产线调度台。（2）PLC中间控制层。本系统设计中采用两台PLC分别作为控制主站，并设有双网络冗余。（3）PLC的远程从站及分析模块。本设计中配有3个远程I/O从站，彼此之间通过DP线缆进行与主站之间的数据交换。各个从站配置有的分析模块是将模拟量输入PLC中间控制层的关键枢纽，实现了对设备信号的接收和转换。（4）PLC特殊功能模块。系统中配有部分特殊控制模块以增强该控制系统的控制功能，使整个控制系统能够执行更为稳定完善的生产控制。1.2设备选型1.2.1电动机选型给煤机1A、1B对皮带机1A进行给煤，给煤机2A、2B对1B皮带机给煤，各给煤机的电动机型号均为Y100L2-4，功率为QUOTE=3kW；皮带机1A、1B的倾角为α=0°，长度L=35m，电动机型号选择Y132M-4，功率QUOTE=7.5kW；皮带机2A、2B的倾角为α=0°~17°，长度L=127m，电动机型号选择Y225M-4，功率QUOTE=45kW；皮带机3A、3B的倾角为α=0°~17°，长度L=180m，电动机型号选择Y280S-4，功率QUOTE=75kW；皮带机4A、4B的倾角为α=0°，长度L=65m，电动机型号选择Y200L-4，功率QUOTE=30kW；电动三通挡板控制煤流方向，电动机的型号选择为Y90S-4，其功率为QUOTE=1.1kW；除铁器下属皮带机的电动机型号选择为Y100L1-4，功率为QUOTE=2.2kW；分级筛电动机型号选择为Y180L-4，其功率QUOTE=22kW；碎煤机的电动机型号选择为Y315S-4，功率其QUOTE=110kW；本系统的配煤环节由16台犁煤器分别控制对于8个煤仓的分别配给，尺寸为适用带宽B=800mm的皮带机，其电动机的型号选择为Y90L-4，功率QUOTE=1.5kW。以上各设备中电动机选型的额定工作电压均为380V，额定电流频率均为为50Hz，保护要求为B级绝缘。5kW以下选用Y型接线，5kW以上的电动机选用△接线。各电动机的型号、数量与主要参数详情见表3-1。由于本表篇幅较长不适用插入正文，特收入附录。1.2.2检测保护装置选型本文所进行的保护装置选型可见表3-2。表3-2保护装置选型表装置型号接口功能速度传感器GSH5数字DI皮带机打滑或失速的报警保护煤位传感器NYRD803模拟AI检测仓内煤位跑偏传感器GEJ30数字DI探测皮带机跑偏与预警停机撕裂传感器GVD1200数字DI检测皮带状态发出撕裂报警拉绳开关SPS-2D数字DI用于人工急停情形堆煤传感器GUJ35数字DI检测皮带停机时是否发生堆煤1.2.3PLC选型由于不同火力发电厂对于输煤控制系统的设计需求不尽相同，PLC选型上具有较大差异。在进行PLC选型时一般需要考虑如下因素：（1）结构。不同结构的PLC的功能与成本价格都有很大的差异。其中整体式结构PLC一般用于独立的小规模控制系统，而结构模块化的PLC则具备更便捷强大的外扩展能力，并且易于分模块维护。本控制系统设计采用了模块化的技术成熟完善的西门子S7-300型号PLC。（2）安装。输煤控制系统的PLC设置分布通常分为集中式、远程站式和多系统互联方式等。集中式是将PLC系统进行集中化设计分布，这种安装方式能够有效地降低运行维护成本，检测故障非常高效。而远程站式的PLC设计布局一般见于较大规模的控制系统中，在生产现场设备较为集中的位置设有远程I/O站，从而有效减少信号传送到主站的布线消耗与区域占用，降低系统的生产和管理成本。在本设计中对PLC的布局设计采用远程I/O站方案，便于设备参数的收集上传以及生产空间的节约。（3）功能。不同型号的PLC具有各自独特的主要优势应用方向，这也导致了不同型号之间较大的能力差距，譬如内存容量、定时计数器的质和量、进行数模转换的性能差距等。另外，在进行PLC的选型时也需要考虑可靠性和响应速度等硬性条件。综上考虑，本文的控制系统设计采用了两台S7-300型号PLC作主控1.2.4网络设备选型为实现控制主站与上位机控制中心之间的网络通讯，在主站控制硬件的扩展槽上设有CP343-1以太网通信模块，并装备有两台型号为西门子SCALANCEX-300工业交换机以连接PLC控制主站和上位机控制系统。1.2.5上位机设备选型前文提到本设计控制系统装配有3台上位机，依托各种网络设备与主控PLC进行通信，从而达成对生产现场的各种设备进行检测和控制的目的。故上位机的选型也是本系统设计的关键因素之一。上位机借由计算机系统的强大运算能力补充PLC控制系统的缺陷不足，实现控制系统综合管理的全面化和便捷化。本设计拟使用组态监控WinCC来构建与上位机控制系统与PLC控制层的通信控制，从而实现控制系统对各个生产环节的监控和管理。考虑到控制系统在当前生产环境中的运行能力和后续扩展生产规模的要求，需要选择性能达标并且保证后续系统能稳定可靠运行进行功能拓展的上位机。其性能以及参数如表3-3所示。由于本表篇幅较长不适用插入正文，特收入附录。1.3主电路及控制原理设计通常情况下对于运行功率低于5kW且启停频次需求较少的电动机可以直接起动。在前文中设计选择电动机选型中，低于5kW的电动机接线方式采用星形接线，电源通过接触器控制进行直接启动。而5kW以上的电动机采用△接线方式，电源通过软启动器以及控制接触器启动。可以进行软启动和软停车，并且具有较好的适应能力，可辅助电动机完成稳定无波启动。构思的控制回路原理图需要与主电路设计相结合从而对系统起到控制、转换和保护等重要作用。由于系统的控制特点和各类生产现场中设备信号的复杂多样，控制回路的原理设计需要包括就地控制箱的状态指示、就地/集控模式的转换、启停、合闸开关等功能操作的设计以及其与主电路、电源控制柜和PLC控制柜的联系，达成使生产设备既可就地控制，也可远程操作的控制要求，并能联锁切换这两种控制模式。（1）皮带机主电路图以及控制回路原理图。本输煤控制系统设有8条皮带机，各个皮带机的电动机均采用软启动器进行启动，主电路以及控制原理如图3-3所示。出于对后续I/O进行对应分配的考量，所有图纸均使用n代表该电动机的控制元件，其中n=3，7，9，24，13，28，15，30分别代表皮带机1A~皮带机4B。（2）各个分级筛、碎煤机的主电路图以及控制回路原理图设计。本控制系统配备有分级筛及碎煤机各2台，各个设备的电动机均采用软启动器进行启停控制。其主电路及控制原理图如图3-4，其中图中n=11，26，12，27分别代表分级筛1A及分级筛1B、碎煤机1A和碎煤机1B。（3）给煤机以及除铁器的主电路图和控制原理图设计。振动给煤机和除铁器的电动机功率较低，故此均采用马达驱动器进行简单保护后直接启动，主电路及控制原理图如图3-5所示，其中n=1，2，5，6，10，25分别代表给煤机1A、2A、1B、2B以及除铁器1A、1B。（4）电动三通挡板、犁煤器的主电路图及控制原理图设计。三通挡板和犁煤器的电动机参数型号基本相同并且运行功率均较低，所以在这里直接选择对二者进行正反转控制直接启动。主电路图及控制原理图相同如图3-6所示，n=4，8，14，29，16~23，31~38分别代表三通挡板1A、1B、2A、2B，犁煤器1A~8A、1B~8B。图3-3皮带机主电路和控制回路图3-4碎煤机和分级筛的主电路与控制回路图3-5除铁器和给煤机的主电路与控制回路图3-6电动三通和犁煤器的主电路与控制回路1.4输煤系统控制电路设计本控制系统设计中需要由PLC进行控制的主要对象如表3-6所示表3-6控制对象表设备数量给煤机4皮带机8三通挡板4除铁器2分级筛2碎煤机2皮带秤2犁煤器16声波煤位计81.4.1I/O地址分配为了避免出现控制设备发生更新换代而地址接口却没有了分配空间或者火力发电厂想要对生产线路进行一定规模的扩容却无法在控制系统中进行添加，所以本设计中的所有远程从站在进行地址分配设计时都留有一定的接口端子容量余裕。不同的从站由于在生产线路中分布的位置和起到的信息交换作用各不相同，故本文中的3个从站对于数字量和模拟量的输入输出功能均有不同的分工。在这种条件下各DP从站的I/O地址分配如表3-7至3-9所示。由于本表篇幅较长不适用插入正文，特收入附录。1.4.2硬件组态及端子接线综合已经完成初步设计的控制方案，如图3-10所示即为目前已完成设计构思的组态层次与架构。为了使组态软件中设置好的硬件信息和PLC控制层中的地址信息准确地对应，在进行组态操作和启动组态工具之前需要先通过STEP7组态软件对所有的生产工控进行信息注册入表。在完成此操作的基础上才能够在软件中的下行界面进行详尽地参数设定。图3-10S7-300PLC的组态如图3-11至图3-13所示即为本文所选用的三个从站DP1至DP3的详细输入输出模块配置。为了避免长距离通信布线带来的信号交流稳定性隐患以及出于减弱通信复杂程度的目的，本文通信网络的架设根据就近原则缩短接线距离。生产线路中的各个控制设备均选择与通信距离最短的相邻PLC控制层主站进行网络连接。在此之后使用组态软件对DP1至DP3从站的配置设备信息和PLC控制地址信息进行一一注册对应，完成所有控制模块的入网。图3-11DP1的模块地址分配图3-12DP