锅炉车间输煤机组控制系统模拟.docx
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锅炉车间输煤机组控制系统模拟
课程设计报告书
课程名称：
《PLC技术与工程应用》
课题名称：
锅炉车间输煤机组控制系统模拟
系部名称：
自动控制系
专业班级：
计控141
姓名：
高永生
学号：
141413110
2016年7月1日
目录
1方案论证1
1.1锅炉系统1
1.2章节结构1
2系统硬件设计2
2.1系统硬件选型2
2.2系统I/O配置3
2.3系统电气原理图4
3系统控制软件设计5
4系统的模拟调试6
5心得体会8
附录1：
9
参考文献：
9
1方案论证
1.1锅炉系统
本设计首先阐述了锅炉自动输煤系统的基本构成及特点，然后通过对基于继电器锅炉输煤系统和基于PLC的锅炉输煤系统对比论证，根据控制要求，本设计采用PLC控制，实现自动化控制。
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，而且单机运行时都有音响提示，因此安全性也较好，程序设计也不是十分复杂。
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。
除此之外，也充分考虑了实际应用中的要求，设计时考虑到了成本、功耗、安全性、稳定性、等诸多问题，具有一定的合理性和可行性。
PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。
PLC在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的将来，是无法取代的。
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。
因此PLC电气控制系统具有广泛的工程应用和推广价值。
锅炉是化工、炼油、发电等工业生产过程中必不可少的重要的动力设备，它所产生的高压蒸汽，既可作为风机、压缩机、大型泵类的驱动的动力源，又可作为蒸馏、化学反应、干燥和蒸发等过程的热源。
由于PLC控制器优越的控制性能和高度可靠性,使得其在工业自动化生产领域的应用越来越广泛[3]。
通过对PLC的应用，对锅炉的配煤系统进行了设计，对原有的传统手动配煤方式进行了优化和改进。
本课题的主要目标是改变以往配煤系统的传统手动配煤方式，提高运行人员工作效率，从煤源上进行筛选比控制，解决锅炉的配煤问题，提高锅炉的燃煤效率和经济效益。
通过利用PLC实现锅炉输煤机组的自动控制[4]，可以提升输煤技术的自动化水平，尽可能的降低煤损耗，提高煤的利用率，从而提高生产效益。
1.2章节结构
1、锅炉系统
2、系统硬件设计
3、系统控制软件设计
4、系统模拟调试
5、心得体会
6、参考文献
2系统硬件设计
2.1系统硬件选型
1、PLC选型
西门子PLC的选择主要包括机型选择，容量选择，输入输出模块选择、电源模块选择等几个方面。
西门子PLC输入回路中，信号电源由西门子PLC本身的24V直流电源提供，所有输入COM端短接后接入西门子PLC电源DC24V的（＋）端。
输入口如果有有源信号装置，需要考虑信号装置的电源等级和容量，最好不要使用PLC自身的24V直流电源，以防止电源过载损坏或影响其他输入口的信号质量。
大部分小型西门子PLC都是以单机自动化为目的，一般没有和上位计算机通讯的接口。
如果用户要求将西门子PLC纳入工厂自动化控制网络，就应选用带有通讯接口的PLC。
一般大、中型PLC都具有通讯功能。
具体选用西门子PLC是因为西门子PLC具有以下优点：
（1）可靠性高，抗干扰能力强。
（2）配套齐全，功能完善，适用性强。
（3）易学易用，深受工程技术人员欢迎。
（4）系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造。
（5）体积小，重量轻，能耗低。
2、输入器件的选型
可编程控制器输入模块是检测并转换来自现场设备（按钮、限位开关；接近开关等）的高电平信号为机器内部电平信号，模块类型分直流5、12、24、48、60V几种；交流115V和220V两种。
输出模块的任务是将机器内部信号电平转换为外部过程的控制信号。
对于开关频繁、电感性、低功率因数的负载，推荐使用晶闸管输出模块，缺点是模块价格高；过载能力稍差。
继电器输出模块优点是适用电压范围宽，导通压降损失小，价格便宜，缺点是寿命短，响应速度慢。
输出模块同时接通点数的电流累计值必须小于公共端所允许通过的电流值。
输出模块的电流值必须大于负载电流的额定值。
具体选用输入器件是因为P输入器件具有以下优点：
（1）除了输入信号外，还必须要有外加电源才可以正常工作.
3、执行机构的选择
模块式PLC的功能扩展，I/O点数的增减，输入与输出点数的比例，都比整体式方便灵活。
维修时更换模块，判断与处理故障快速方便。
因此，对于较复杂的要求较高的系统，一般选用模块式结构。
具体选用执行机构是因为执行机构具有以下优点：
（1）电动执行机构近年来的使用率越来越高，特别是在高压水系统中，电动执行机构表现出其他两种执行机构所不具备的优点。
（2）电动执行机构的输出推力大、稳定性高，但同时造价又低于液动执行器，是高性价比的选择。
2.2系统I/O配置
I/O点数是衡量可编程控制器规模大小的重要指标。
根据被控对象的输入信号与输出信号的总点数，选择相应规模的可编程控制器并留有10%～15%的I/O裕量。
估算出被控对象上I/O点数后，就可选择点数相当的可编程控制器。
如果是为了单机自动化或机电一体化产品，可选用小型机，如果控制系统较大，输入输出点数较多，被控制设备分散，就可选用大、中型可编程控制器。
表1PLC输入输出接口地址分配表
输入点配置
输出点配置
地址
含义
地址
含义
I0.0
输煤机组自动开车按钮
Q0.1
给料器和磁选料器
I0.1
输煤机组自动停车按钮
Q0.2
1#送煤机
I0.2
急停按钮
Q0.3
破碎机
I0.0
事故处理完毕按钮
Q0.4
提升机
Q0.5
2#送煤机
Q0.6
回收机
Q0.7
急停指示灯
Q0.0
警铃
Q0.7
系统运行指示灯
输入点配置
输出点配置
地址
含义
地址
含义
输煤机组自动开车按钮
给料器和磁选料器
输煤机组自动停车按钮
1#送煤机
急停按钮
破碎机
事故处理完毕按钮
提升机
2#送煤机
回收机
急停指示灯
警铃
系统运行指示灯
表2I/O配置表
2.3系统电气原理图
按照设计方案，给料器M1、P1送煤机M2、破碎机M3、提升机M4、P2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M1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，在实际使用中要采用星—三角降压启动。
其余负载均采用直接启动方式，本设计考虑实验室PLC I/O口数限制，只做直接启动。
图1PLC硬件配置图
3系统控制软件设计
本设计选用西门子公司的S7-200PLC刚好可以满足设计要求，程序是设计使用西门子公司的V4.0STEP7Micro/WINSP3编程软件。
此软件具有汉化的语言，使用起来十分方便。
该软件功能强大，界面友好，并有方便的联机帮助功能。
可以使用此软件开发PLC应用程序，同时也可以实时监控用户程序的执行状态。
西门子S7-200 PLC的编程语言有三种[8]，分别是：
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型语言。
图1系统设计框图
图2控制程序主流程图
图3顺控流程图
4组态系统的调试
4.1调试设备
组态王是北京亚控公司开发的一款工业组态软件，是中国最早的一款组态工具，在中国使用的监控软件中，组态王拥有国内最多的用户，也是目前国内的所有国产组态软件中最成熟的一款。
组态王有着强大的硬件设备支持功能，几乎目前国内所有的PLC设备都能支持。
它融过程控制设计、现场操作以及工厂资源管理于一体，将一个企业内部的各种生产系统和应用以及信息交流汇集在一起，实现最优化管理。
采用组态王软件开发工业监控工程，可以极大地增强用户生产控制能力、提高工厂的生产力和效率、提高产品的质量、减少成本及原材料的消耗。
它适用于从单一设备的生产运营管理和故障诊断，到网络结构分布式大型集中监控管理系统的开发。
组态王对于初学者来说并不难入门，继续深入并不那么容易。
组态的一般过程大致分为五个步骤：
分别是创建新的工程，定义硬件设备并添加工程变量，制作画面并定义动画连接，编写命令语言，运行系统配置并运行，后面几步是交替进行并不是按顺序进行的。
4.2遇到的问题与解决方法
本文进行了控制系统模拟设计与仿真，在设计中主要做了以下工作：
（1）收集和整理了输煤机组设计方案及监控管理研究现状的资料，分析了输煤机组类型的原理，得出“安全、可靠、经济”符合我国现状的输煤机组供煤设计。
（2）通过对输煤机组运行原理的分析，设计了用可编程控制器PLC实现输煤机组控制系统。
（3）关于控制方面的展望：
在我国，输煤机组的发展还处在发展阶段，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，对现有的功能模块不断更新有助于控制系统向智能化方向发展。
组态王工程管理器是用来建立新工程，对添加到工程管理器的工程做统一的管理。
工程管理器的主要功能包括：
新建、删除工程，对工程重命名，搜索组态王工程，修改工程属性，工程备份、恢复，数据词典的导入导出，切换到组态王开发或运行环境等。
正确安装好“组态王6.53”以后，通过以下方式启动工程管理器：
点击“开始”—〉“程序”—〉“组态王6.53”—〉“组态王6.53”（或直接双击桌面上组态王的快捷方式），启动后的工程管理器窗口如图下图所示。
新建：
单击工程管理器中的“新建”按钮，弹出新建工程向导之一“欢迎使用本向导”。
点击“下一步”弹出新建工程向导之二“选择工程所在路径”
点击“浏览”按钮选择新建工程所要存放的路径
点击“打开”，选择路径完成，点击“下一步”进入新建工程向导之三“工程名称和描述”，如图下图所示，在“工程名称”处写上给工程起的名字“锅炉输煤机组”。
“工程描述”为“车间锅炉输煤机组监控中心”，是对工程进行详说明（注释作用）。
点击“完成”，会出现“是否将新建工程设为当前工程”的提示，点击“是”，生成，组态王当前工程的意义是指直接进行开发或运行的工程。
点击“开发”或直接双击当前工程就进入组态王的工程浏览器。
工程浏览器是一个工程开发设计工具，由菜单栏、工具条、工程目录显示区、目录内容显示区、状态条组成。
用于创建监控画面、监控的设备及相关变量、动画链接、命令语言以及设定运行系统配置等的系统组态工具。
在工程浏览器中单击“设备”，双击右面窗口的“新建”图标，弹出设备配置向导“生产厂家、设备名称、通信方式”对话框。
选择“PLC”—〉“西门子”—〉“S7-200系列”—〉“PPI”。
点击“下一步”，弹出设备配置向导“逻辑名称”对话框，给要安装的设备指定唯一的逻辑名称“plc”。
点击“下一步”，弹出设备配置向导“选择串口号”对话框，选择与设备所连接的串口“COM1”。
点击“下一步”，弹出“设备地址设置指南”对话框，选择设备地址为“2”。
如果对此不明白，可以点击“地址帮助”按钮，获得设备地址帮助信息。
点击“下一步”，弹出“通信参数”对话框，在此对话框中可以设置“尝试恢复间隔”和“最长恢复时间”参数。
通信参数使用默认值，直接点击“下一步”，弹出设备安装向导“信息总结”对话框。
校对信息无误后直接点击“完成”，至此，设备建立完成。
设备定义完成后，可以在COM1项下看到新建的设备“plc”。
双击COM1口，弹出串口通讯参数设置对话框，因为要与PLC通信，所以必须对串口通讯参数进行设置且设置项要与实际设备中的设置项完全一致（包括：
波特率、数据位、停止位、奇偶校验选项的设置），否则会导致通讯失败。
5心得体会
在设计过程中通过同一控制对象两种控制方式的对比，再一次直观地证明了PLC控制的优越性先进性，在实践中探索答案，具有极强地说服力。
这次课程设计使我加深巩固了基础知识，更加深刻的认识到基础知识的重要，了解了本专业的具体应用范围和未来工作中应用方法措施。
提高了动手和实际解决问题的能力，提高了对问题整体规划的意识。
能把握重点设计的核心，并提高查阅资料的能力，
通过这学期上PLC的课程，使我对PLC有了更加深刻的理解。
我做的是锅炉车间输煤机组控制，理解了锅炉车间输煤机组的基本工作原理，接口电路等有了进一步的理解，在学习过程中提高了动手和实际解决问题的能力，提高了对问题整体规划的意识。
能把握重点设计的核心，并提高查阅资料的能力，虽然时间很紧，有的时候为了一个问题绞尽脑汁、冥思苦想，但是当问题解决的那一刹那还是很高兴的。
此次课程设计，加深了对PLC控制系统的进一步了解，更加清楚地认识到PLC在其现代化工业中所起的巨大作用。
同时也感谢老师的辛勤辅导。
附录1参考文献
1、PLC电气控制技术漆汉宏主编 机械工业出版社
2、小型可编程控制器实用技术 王兆义 主编 机械工业出版社
3、可编程控制器教程王兆义主编 机械工业出版社
4、机械电气设计简明手册 韩教礼 主编 机械工业出版社
5、PLC原理与实例分析 程子华 主编 国防工业出版社
附录2程序清单
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