【基于PLC的输煤控制系统设计7800字（论文）】

基于PLC的输煤控制系统设计第1章绪论1.1输煤系统的背景随着当今世界电力行业技术的不断进步与发展，火电厂的锅炉单机容量以及燃煤效率日益提高，对输煤系统的要求也越来越高，对输煤控制的效率也越来越高标准.REF_Ref71313179\r\h[1]自金融危机以来，国家采取了一系列宏观调控政策，这些政策使国内发展环境对我国的煤炭运输和工业行业有所放松。“保持着持续增长，内在需求，关注改善与结构的调整”2008年以来，已经解决并解决了困难。我国煤炭运输设备行业逐渐加快产业的结构调整，正在改变发展的方式，加强支持行业的可持续发展。伴随着全球经济的下降和国际市场持续的低迷，我国内的煤炭加工设备行业一直保持稳定和良好的复苏态势，并在逐步改善。在煤炭运输设备行业快速发展的同时，有些问题在市场上是不容忽视的，例如无组织的市场竞争，产品质量下降和缺乏创新。煤炭处理设备行业的规划和发展需要大量的市场研究。在市场经济条件下，煤炭运输设备的市场管理必须意识到政府和行业的作用。煤炭运输设备的市场组织应当修改不同市场和制度下的交易规则。目前，风力，潮汐能与太阳能等等核能的发电方式主要是由煤炭与石油和水力发电等，而我当地的发电公司也以火力发电为主，热能占了81％。全部发电随着节能减排的增加，热能的生产越来越成熟，有效地控制了环境污染，成为最安全的发电方式。在火电厂的辅助控制系统中，煤炭运输和煤炭混合的生产量很高，并且运行条件恶劣。立即实现煤炭运输和配煤自动控制非常重要。在当今的电气设备中，由于PLC控制性能稳定，已成功应用于调速，安全，监控等方面，具有很大的经济效益。该设计结合电厂的输煤监控系统，说明西门子S7-200系列PLC有稳定性能好，可靠性高，操作与维护非常方便的一些特点，还有抗干扰能力强，性价比高。传统的电厂输煤控制系统主要是通过继电器触点和手动的半自动话系统。但是输煤系统的工艺流程比较的繁杂，输煤设备较多且分布的比较远，人工在现场操作不方便，后期维护保养工作量较大，厂区工作环境较差，对系统和设备的自动化程度要求较高.REF_Ref71313233\r\h[2]由于煤炭运输系统种类繁多，经常会发生皮带偏斜，皮带断裂等其它的设备故障，严重影响了电厂的发电量。传统的煤炭处理系统不再能够满足电厂的需求。随着单个机组容量和火力发电厂总装机容量的不断扩大，迫切需要功能更加完善的输煤控制系统。与先进的主控制系统相比，当今的煤炭加工控制系统落后很多。通常，PLC控制器仅切换传送带的启停按钮功能及其附件。它仅用于控制设备各部分的顺序，而不能控制整个系统的互操作性。料斗、碎煤机、犁煤机等均彼此独立运行。所以存在大量的操作位置，人员效率低下，设备之间不兼容，电源故障和设备故障。1.2课题研究的内容分析我国电力行业对自动化控制系统的需求.对输煤系统的工作流程进行分析并进行方案设计.对运输煤系统的PLC选型以及对主电路和控制电路进行分析和设计.综合控制设备的输入输出点进行程序设计.对组态画面进行分析设计.1.3课题研究的意义随着我国能源工业的快速发展，装机容量和一个火力发电厂的容量不断增加，煤炭运输系统的规模，控制方法和质量要求也随之增加。通过分析电厂输煤系统的工艺流程，结合现在完善的自动化控制技术，可以很好的对旧的输煤系统进行改造升级.改善旧的输煤系统工作环境差、抗干扰能力差的特点，发挥PLC的抗干扰能力强、稳定性好、功能强大的特点，并且还可以通过上位机组态画面监控各种输煤设备的运行情况，更加的信息化，极大的提高了生产效率.将来，发电厂的煤炭处理系统将发展到更高的自动化水平。第2章火电厂输煤系统分析2.1火电厂输煤系统概述传统的火力发电厂输煤控制系统是通过人工控制继电器触点来实现输煤设备的启停操作，该逻辑控制滞后，复杂，难以发现和消除错误，并且输煤设备分散且工作环境恶劣，因此，在此设计中，将PLC用于典型火电厂煤炭运输控制系统当中。设计的主要目的是改变传统的半自动化控制，将输煤系统的设备集中控制，实现系统的自动化控制。在此次设计中，所有的输煤系统设备由一台PLC集中控制，系统可以实现手动操作和自动操作两种方式，并且可以实现故障报警功能，还可以将传送带上的煤炭重量通过皮带秤进行检测，并反馈到PLC，从而实现煤流量的调节.2.2火电厂输煤系统工艺流程目前火力发电厂大部分采用的输煤系统一般由卸煤系统、储煤系统、破碎及筛分系统、上煤系统、输煤控制系统以及输煤系统的辅助设备六部分组成.REF_Ref71313275\r\h[3]火电厂的煤炭运输系统是辅助系统的组成部分，是确保火电厂稳定可靠运行的关键因素之一。目前所有机组与电厂稳定的重要保障就是可靠灵活的燃料供应系统，它们的工作条件直接或间接的影响着电厂的安全运作。输煤系统的主要功能就是实现将场外运来的煤经过上煤系统运送到转运建间，以及通过配煤系统将需要的煤分配到锅炉的煤仓中。煤炭输煤系统的工艺流程是将厂外来煤经料斗输送到皮带机上，然后经过碎煤机碎煤和犁煤机将合格的煤炭输送到煤仓中。火力发电厂输煤程序控制系统的主要控制点是：料斗、皮带机、磨煤机、犁煤机等设备。输煤控制系统的特点如下：1、煤炭运输系统中设备较多；2、控制过程非常具体；三、工作环境非常恶劣，多尘，潮湿，振动，噪声和电磁波，使电气设备的操作和维护不便，所有系统分散，覆盖的距离很长。图2.1输煤系统工艺流程图2.3火电厂输煤系统主要设备介绍煤炭加工系统的主要功能是处理，粉碎和筛选煤炭。火力发电厂煤炭运输程序控制系统的主要控制点是：煤炭输送机、碎煤机、料斗、犁煤机等设备，输煤系统是发电厂非常重要的辅助系统。当它不能正常工作时，将直接影响发电厂的工作效率，所以其非常重要。为确保生产和运营的可靠性，运煤系统使用有两种控制的模式：自动和手动（一台机器），并且通过手动与自动的模式进行相互切换。由于恶劣的煤炭运输环境，所有的操作和控制都将在主要工厂的主控制房间进行。仪表板具有用于每个设备的停止按钮和启动按钮以及用于为PLC提供信号的控制开关，煤炭输送机的控制工作是由PLC进行执行，并通过触摸屏控制记录带偏差监视设备的状态来完成。给煤机将煤通过带式输送机送至碎煤机碎煤后，再通过犁煤机分配煤流后最终将相应数量煤炭送入到锅炉煤仓，这个过程叫做配煤。输煤控制主要通过设定相应联锁条件下的输煤顺序，实现带式输送机的自动启停操作和故障报警功能，在控制系统中，可以监控皮带输送机的运行路线和其它设备的运行情况并发出报警和联锁信号。REF_Ref71313323\r\h[4]在煤炭的输送过程中，皮带秤上的重量传感器和速度传感器可以实时显示的将重量和速度转化为电信号，实现了监控的目的.输煤系统主要设备：煤炭供应设备：该煤炭供应设备适用于火力发电厂的燃煤锅炉。在更大负载波动范围内完全可以提高锅炉的效率，从而提高加热温度，加热温度，压力和温度稳定性，从而可以更多地调整燃料和空气需求。它运行准确，稳定，节省能源，并有效减少了连续供煤和称重煤所需的过量空气。这是用于燃煤锅炉破碎系统的先进的煤称重设备。在该系统中，煤炭通过煤炭供应系统从煤炭供应系统传输到其他设备，并且启动和停止由PLC控制。传送带：传送带有固定样式和活动样式二种，并且结构简单，效率很高。连续输送机，带有一个柔性输送机，作为物料转移和取回的组件。两个轮之间的上下分支，分别由多个滚轮支撑。物料放置在上部分支上，从动辊与输送机之间的摩擦力用于回收输送机和物料。适用于某些过程操作的颗粒物料，成品和输送机的水平和对角线运输方向。本实用新型结构不复杂，运行也相对稳定和可靠，对一些物料的适应能力强，输送量大，能耗低，应用范围广。该系统需要两条皮带。输送机的操作非常重要，并且与启动和停止输送机的顺序有关。此设计是对PLC编程的补充，这对输送机系统的PLC编程非常重要。应使用计时器减慢启动和停止过程的速度，以便在煤带停止工作时不会在煤带上残留任何煤渣。碎煤机：它是一种冲击式转子破碎机，在转子旋转的悬挂轴上带有缩颈环破碎环。调节环旋转并影响转子，并且还具有悬架。REF_Ref71313366\r\h[5]移动时轴旋转研磨过程分为两个阶段。当材料进入断裂腔时，旋转的断裂环被激活并首先被压碎。在第二步中，降落在筛环上的第一磨碎颗粒被压过筛环并从筛孔中喷出。极少量的材料无法分解，不能按常规方式从废料室中取出。运送煤炭时，必须根据特定说明进行设备的启动和停止。滚筒筛：滚筒筛表面由数个平行排列的辊组成，并由过滤器偏置。辊由至少一个齿轮驱动以旋转，并且旋转方向对应于材料流动方向。屏幕尺寸不规则且不均匀，以使屏幕上的材料层疏松并促进屏幕通过。安装了安全装置，以防止材料阻塞屏蔽轴。滚筒完全就位，分为左手驱动器和右手驱动器，带有启动轮和非启动轮。起动轮可能会撞到卡车。该系统由PC控制，停机时间被延迟以确保没有负载。皮带秤：皮带秤自动称重放置在皮带上的松散物料，并在皮带内连续移动。皮带秤称重传感器固定在了重量桥上面，在运作的过程中，皮带上物料的重量会传递到称重机上。同时，来自轮胎传感器的速度信号也从速度传感器发送到备用仪表。REF_Ref71313393\r\h[6]该设备结合了速度和重量信号，以获得即时流量和累积读数，并将其发送到PLC。火电厂输煤系统主电路及控制电路设计3.1输煤系统主电路设计由于在输煤系统设备中，各皮带机的工作方式是相同的，碎煤机和犁煤机的自身功率与其相差不大，所以主要输煤设备的主电路接线如图所示。图3.1主电路图M1为1#传送带电机，M2为2#传送带电机，M3为3#A传送带电机，M4为4#A传送带电机，M5为3#B传送带电机。将变频器的开关量输出端与PLC的输入端相连接，再将PLC输出端与电机输入端相连接，通过变频器改变三相异步电动机定子线圈中的电源频率，实现控制电动机的转速。图3.2主电路图M6为4#B传送带电机，M7为碎煤机电机，M8为给煤机，它们的主电路接线方式是相同的，将变频器的开关量输出端与PLC的输入端相连接，再将PLC输出端与电机输入端相连接，通过变频器改变三相异步电动机定子线圈中的电源频率，实现控制电动机的转速。3.2输煤系统控制电路设计3.2.1控制对象（1）上煤部分：料斗1个传送带#1皮带传输电机1台拉绳开关1个传送带2#皮带传输电机1台拉绳开关1个碎煤机1台（2）配煤部分：传送带3#（A/B）皮带传输电机2台拉绳开关2个传送带4#（A/B）皮带传输电机2台拉绳开关2个传送带0#皮带传输电机1台拉绳开关1个犁煤机电机1台3.2.2输煤系统主要设备I/O地址分配输煤系统主要的控制设备有料斗、皮带机、碎煤机、皮带秤、犁煤机等，通过控制输煤设备自动运行，实现对煤流量的检测以及故障报警功能。表3.1输入地址分配表输入点名称地址输入点名称地址选择开关I0.03#A皮带机触点I1.4上煤启动按钮I0.14#A皮带机触点I1.5上煤停止按钮I0.23#B皮带机触点I1.6配煤急停按钮I0.34#B皮带机触点I1.7配煤启动按钮I0.40#皮带机触点I2.0配煤停止按钮I0.51#拉绳开关I2.1配煤急停按钮I0.62#拉绳开关I2.2料斗触点I0.73#拉绳开关I2.31#皮带机触点I1.04#拉绳开关I2.42#皮带机触点I1.1碎煤机触点I2.5AD/BD转换开关I1.20#拉绳开关I2.6犁煤机触点I1.3表3.2输出地址分配表输出点名称地址输出点名称地址料斗电磁阀Q0.00#皮带机输出Q1.01#皮带机输出Q0.1上煤启动电铃Q1.12#皮带机输出Q0.2上煤故障电铃Q1.2犁煤机输出Q0.3配煤启动电铃Q1.33#A皮带机输出Q0.4配煤故障电铃Q1.44#A皮带机输出Q0.5配煤AD工作方式Q1.53#B皮带机输出Q0.6配煤BD工作方式Q1.64#B皮带机输出Q0.73.2.3输煤系统控制电路接线图综合PLC的输入输出点接口的容量、算术运算、数据处理、通信网络以及性价比等，此设计选则的PLC是S7-200CPU226。该PLC可以实现多种功能，满足输煤自动化控制的需求，是理想的控制设备，下图为该PLC的输入输出口接线图。图3.3控制电路接线图火电厂输煤控制系统程序设计4.1输煤系统控制要求PLC控制系统主要分为上煤系统和配煤系统。上煤部分的组成由1#、2#两条传送带和一个料斗以及碎煤机组成。主要执行上煤任务，上煤部分可支持单独控制和连锁控制，可以实现上煤部分的启动、停止、启动预警、故障报警功能。当选择自动运行时，按下上煤启动按钮，上煤启动警告电铃得电，电铃响起对各个岗位发出一分钟的预警信号，然后按照碎煤机/2#、1#的顺序以间隔30s的时间逆煤流延时启动碎煤机/输煤带以及料斗机，当要停止运行时，按下上煤停止按钮，延时30s后，料斗电磁阀失电停止运行，然后再经过30S后，1#皮带机失电停止运行，最后再经过30S延时，2#皮带机和碎煤机依次停止运行。如果有设备故障，故障电铃发出预警，与此同时该设备失电停止运行，它前边的设备也会失电停止运行，该设备后边的输送带应该延时30s，在将输送带上的余煤运完后停机。配煤部分包括0#、3#、4#输送带和犁煤机，配煤系统与上煤系统工作要求相同，分为AD/BD两种工作方式。4.2输煤系统手动控制程序设计4.2.1上煤部分手动控制程序设计当系统个设备需要检修和调试时，需要用到手动控制程序，当手动操作时，各种操作可以独立运行，同时只执行一个动作。按下上煤启动按钮I0.1，Q1.1接通，电铃发出上煤启动预告信号，定时器接通一分钟后其常闭触点断开，电铃声停止。分别按下料斗、碎煤机、皮带机#1、皮带机#2的手动控制开关，就能分别启动各设备，同时I0.2、I0.3的常闭触点串联在各控制回路中，能达到停止的目的，程序如图所示。图4.2上煤手动操作程序4.2.2配煤部分手动控制程序设计配煤部分手动控制原理与上煤手动控制部分相同，程序如图所示。图4.3配煤手动操作程序4.3输煤系统自动控制程序设计输煤系统的运行方式为联动控制，当按下启动按钮后，启动警告电铃得电发出警报，对各个岗位发出预告信息，经过一分钟的延时后，启动碎煤机，同时按照逆煤流的方向以间隔30S的时间依次启动每一台连锁电机。若此时按下停止按钮，料斗电磁阀失电停止运行，以30S间隔延时后顺煤流方向输煤电机依次停机。如有设备故障，故障电铃立即启动响起，该设备以及它之前的设备立即停止运行，它之后的设备在延时30S后停止运行，此举措保障了输送皮带上没有余煤。若按下紧急停止按钮，所有设备立即停止运行。4.3.1上煤部分自动控制程序设计按下上煤启动按钮I0.1系统进入初始步M0.0,上煤启动预告电铃线圈得电，电铃响起一分钟对各岗位发出预警，延时一分钟电铃响声结束后，进入步M1.0，皮带机2#线圈和碎煤机线圈得电运行，经过30S延时后，进入步M1.1,皮带机1#线圈得电运行，再经过30S延时后，进入步M1.2，料斗电磁阀得电运行。此时各设备正常运行，若正常停机，按下卸煤停止按钮I0.2，进入步M1.3，料斗电磁阀立即失电停止运行，分别经过30S延时后分别进入步M1.4、M1.5，使皮带机#1、皮带机#2、碎煤机电机依次停止运行。如果有设备故障，皮带#1、皮带#2拉绳开关的常闭触点I2.1、I2.2接通，上煤故障电铃得电发出预警，分别执行步M1.7、M1.6程序，使故障之前的设备立即停止运行，故障之后的设备在延时30S后停止运行。当发生严重事故时，按下紧急停止按钮I0.3,整个上煤系统全部停止运行，流程图如图所示：图4.4上煤系统流程图4.3.2配煤部分自动控制程序设计按下上煤启动按钮I0.4，系统进入步M2.1,配煤预告电铃得电发出预警，经60S延时后皮带机0#线圈得电开始运行，此时若转换开关I1.2常闭触点接通选择AD运行方式，那么程序依次延时30S进入步M2.2、M2.3，皮带电机4#A、3#A依次得电运行。如果转换开关I1.2的常开触点接通选择BD运行方式，那么经延时30S后皮带电机4#B、3#B依次得电运行，程序进入步M2.4,犁煤机线圈得电运行。按下配煤停止按钮I0.5,犁煤机线圈被复位后停止给煤，若转换开关I1.2常闭触点接通则选择AD运行方式，那么经过定时器T43、T44延时三十秒后皮带电机3#A、4#A停电运行。如果转换开关常开触点接通选择BD运行方式，那么经过定时器T43、T44延时三十秒后皮带电机3#B、4#B、0#停电运行。如果皮带电机0#发生故障，则皮带机0#拉绳开关I2.7的常闭触点接通，配煤故障电铃Q1.4得电响起，程序进入步M2.7，犁煤机线圈、皮带机0#线圈失电停止运行，若转换开关选择AD运行方式，则皮带电机3#A、4#A线圈失电停止运行，若转换开关选择BD运行方式，则皮带电机3#B、4#B线圈失电停止运行；若皮带电机4#A、4#B发生故障，则皮带电机4#A、4#B拉绳开关I2.4常闭触点接通，配煤故障电铃Q1.4得电响起，程序进入步M3.0，如果转换开关选择AD运行方式，则皮带电机3#A、4#A线圈失电停止运行，如果转换开关选择的是BD运行方式，则3#B、4#B线圈失电停止运行，定时器T45经过30S延时后皮带电机#0、犁煤机线圈失电停止运行；如果皮带电机3#A、3#B发生故障，则皮带电机3#A、3#B拉绳开关I2.3常闭触点接通，配煤故障电铃Q1.4得电响起，程序进入步M3.1，如果转换开关选择AD运行方式，则皮带电机3#A线圈失电运行，如果转换开关选择的是BD运行方式，则皮带电机3#B线圈失电运行，定时器T46经过30S延时后，在AD运行方式下皮带电机4#A失电运行，在BD运行方式下皮带电机4#B线圈失电运行，定时器T47经过30S延时后，犁煤机线圈、皮带电机0#线圈失电停止运行。如果有紧急情况，按下配煤急停按钮I0.6，程序进入步M3.3，所有配煤系统设备停止运行。配煤程序图见附录。下图为配煤系统流程图。图4.5配煤系统流程图

系统组态5.1MCGS组态软件

MCGS组态软件的主要功能：（1）简单的可视化操作界面实时性强、良好的并行处理性能（3）丰富、生动的多媒体画面（4）强大的网络功能（5）多样化的报警功能（6）实时数据库为用户分步组态提供了极大的方便5.2输煤系统监控组态界面设计调试根据燃煤电厂的要求，燃煤电厂通过MCGS转换程序进行转换。下图为输煤系统组态画面。图5.2输煤系统主画面5.2.1输煤系统手动上煤操作画面当输煤系统切换到手动控制时，若要进行上煤操作，依次按下料斗阀开关、1号传送带开关、2号传送带开关、碎煤机开关，上煤手动部分正常运行，煤仓重量开始增加。操作如图所示：图5.3上煤部分手动操作5.2.2输煤系统手动配煤操作画面若系统手动需要进行配煤手动操作时，通过选择AD/BD运行方式，若选择AD方式