锅炉车间输煤机组控制设计 学位论文Word下载.docx
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①设计过程和有关说明。
②基于PLC的输煤机组电气控制系统电路图。
③PLC控制程序（梯形图和指令表）。
④电器元器件的选择和有关计算。
⑤电气设备明细表。
⑥参考资料、参考书及参考手册。
⑦其他需要说明的问题，例如操作说明书、程序的调试过程、遇到的问题及解决方法、对课程设计的认识和建议等。
进度计划
起止时间
工作内容
起2016年2月25日；
止2016年4月22日。
1）设计方案及上位机设计
2）下位机硬件电路和软件设计
3）上位机界面设计
4）调试
参考文献
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[11]刘璐，朱一凡.基于PLC与组态王的带式输送机控制系统设计[J].煤矿机械，2010,（06）:
20-22.
课题组成员
陈杰
说明：
任务书由指导教师完成。
毕业设计（论文）指导纪要
专业班级：
指导教师：
毕业设计（论文）指导及阶段工作情况检查表
指导记录
阶段检查记录
日期
指导内容
按要求完成任务情况
学生签字年月日
指导教师签字年月日
1．此表由指导教师手工填写；
2．“完成任务情况”一栏按学生是否按计划进度完成任务的情况填写。
毕业设计（论文）成绩评定表
姓名
班级
学号
毕业设计（论文）题目
指导老师
答辩日期
年月日
类别
项目
分值
评分
指导教师签名
平时成绩
（占20%）
学习态度与
规范要求
10
文献资料与
实际能力
设计（论文）成绩
（占50%）
工作量（图纸、作品、设计说明书等）
5
专业水平与完成质量
30
设计成果实用价值、工艺水平、创新性
文字表达
答辩成绩
（占30%）
设计（论文）主要内容阐述
答辩组长签名
回答指定的主要问题情况
回答进一步深入的问题情况
总评成绩
指导教师评语
教研室主任（签字）
1.答辩组必须由专任教师组成，答辩组长必须由本专业的专业课教师担任。
2．总评成绩按五级计分制评定：
优秀（90分及以上）、良好（80～89分）、中等（70～
79分）、及格（60～69分）、不及格（60分以下）。
毕业设计（论文）答辩记录
学生姓名
班级
指导教师
答辩组成员
答辩记录
记录人
年月日
1.答辩记录以一问一答方式手工填写，并给出回答正确与否的相应符号：
√、
、×
。
2.答辩提问不少于3个，且应为与论文或设计相关的问题。
锅炉车间输煤机组控制设计
摘要
随着我国经济的发展，资源和环境矛盾同趋尖锐，使我国的现代化建设面临严峻挑战。
作为供热系统重要能源转换设备的燃煤锅炉能耗巨大，占我国原煤产量的三分之一左右。
然而，我国目前很多自动运行的锅炉控制系统自动化水平不高、安全性低，工作效率和环境污染普遍低于国家标准，因此实现锅炉的计算机自动控制具有重要的意义。
本文基于西门子公司的S7-200PLC设计了锅炉输煤机组控制系统。
该系统包括下位机控制和上位机控制两部分，下位机控制系统采编用CPU224模块作为控制系统的核心。
采用V4.0STEP7Micro/WIN程序软件，进行PLC程序设计；
选用组态软件“组态王6.53”进行上位机监控画面设计。
本文先对锅炉输煤系统做了简单介绍，接着给出本系统设计的总体方案；
然后是对系统硬件设计做了说明，紧接着是详细介绍系统的软件设计方法和步骤。
然后对组态软件作简单介绍和再给出具体设计的操作方法及步骤。
最后是对整个设计进行调试，通过上位机与PLC的通信，最终实现了上位机对PLC系统的实时监控。
关键词：
PLC；
输煤；
皮带传送；
上位机
DesignofBoilerShopCoalHandlingUnitControl
ABSTRACT
WiththedevelopmentofChineseeconomic,resourceandenvironmentalconflictswiththeincreasinglysharp,sothatChina'
smodernizationisfacingseverechallenges.Thecoal-firedboilerwhichuesdasenergyconversiondevicesforheatingsystemconsumptslargeenergy.Itaccountsforaboutone-thirdofChina'
scoaloutput.However,theautomationleveloftheboilercontrolsystemrunningautomaticallyisnothigh,lowsecurity,efficiencyandenvironmentalpollutionaregenerallylowerthanthenationalstandard,sothecomputerautomaticcontroloftheboilerisofgreatsignificance.
BoilercoalhandlingunitcontrolsystemisdesignedbasedonSiemensS7-200PLC.ThesystemincludestwopartsofthecontrolandPCcontrol,theunderthepositioncontrolsystemusesCPU224moduleasthecoreofthecontrolsystem.UsingtheV4.0theSTEP7Micro/WINprogrammingsoftware,andthePLCprogramtodesign;
thesoftwareKingview6.53"
PCisusedtomonitorscreendesign.Atfirst,thisarticlegivesabriefintroductionontheboilercoalhandlingsystem,thengivesthegeneraldesignschemeofthesystem.finally，itdescribeshardwaredesignofthesystem,followedbydetailsofsoftwaredesignmethodsandprocedures.Andconfigurationsoftwareforabriefintroductionandthengiventhespecificdesignoftheoperatingmethodsandprocedures.Finally,thedebugoftheentiredesign.AccordingtothecommunicationofPCandPLC,andultimatelycompletethereal-timemonitoringofthehostcomputertothePLCsystem.
Keywords:
PLC;
coalhandling;
belttransmission;
thehostcomputer
第一章前言
锅炉是工业生产或生活采暖的供热源，按其供热的方式分为蒸汽和热水两种。
前者主要用于发电、工业生产及间接供热；
后者主要用于生活供暖和生活热水，多用于集中供暖地区及宾馆、饭店等。
从80年代石横工程[1]全套引进第一台300MW机组[1]到至今，锅炉厂房控制系统、控制思路发生了很大的变化，其设计逐渐成熟。
由原来的继电器实现控制功能转化为用PLC实现控制功能。
随着电力系统市场的开放，减人增效越来越得到工厂包括各级领导的重视，如何优化车间的控制已成为每个工程所必须面临的问题。
1.1锅炉系统概述
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。
随着工业生产规模的不断扩大、生产设备的不断革新，作为动力和热源的锅炉，亦向着大容量、高效率发展。
为了确保安全、稳定生产，锅炉设备的控制系统就显得更加重要。
输煤系统是整个系统的第一关。
燃料是工厂安全经济生产，全面完成任务的物质基础，没有了燃料，一切将无从谈起。
燃料费用占成本的75%左右，这就奠定了输煤系统是工厂经营管理的重要组成部分，也是安全生产管理的主要环节。
随着能源供需矛盾的发展变化，输煤系统的地位显得更加重要。
1.2锅炉输煤研究意义
所谓锅炉输煤系统，是指从送煤开始，一直到将合格的煤块送到原煤仓的整个工艺过程，它包括以下几个主要环节：
给煤生产线、选煤、皮带运输系统[2]、破碎与提升、回收系统以及一些辅助生产环节。
本设计中主要研究的是其中的输煤系统部分，即煤块从给煤机传输到原煤仓的过程。
传统的输煤系统是一种基于继电接触器和人工手动方式的半自动化系统。
由于输煤系统现场环境十分恶劣，不仅极大损害了工人的身体健康，而且由于输煤系统范围大，经常有皮带跑偏、皮带撕裂及落煤管堵塞等等麻烦，大大降低了发电厂的生产效率。
随着发电厂规模的扩大，对煤量的需求大大提高，传统的输煤系统已无法满足发电厂的需要。
随着生产过程的控制规模不断增大，运行参数越来越高，生产设备及其相应的热力设备和系统更加复杂。
输煤系统是热力系统的重要组成部分，是锅炉车间燃料供应的有力保证。
输煤机组工作效率的提高是整个工艺过程的关键因素，而整个输煤过程往往采用远程控制，这就对自动控制系统的设计提出了更高的要求，传统方法不能得到满意的测控效果。
因此，在输煤系统中往往选择比较有优势的PLC（可编程控制器）控制系统，使整个控制过程具有正常运行、事故处理、参数监测、故障报警、装置调控、危险保护等功能。
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。
.
第二章系统方案设计
2.1设计内容及目标
本项目要求输煤机组主要由6台三相异步电动机M1～M6和一台磁选料器YA组成，最终实现对锅炉的输煤机组的运行控制,具备开车、停车的自动和手动控制功能，需具备提醒、保护和紧急停车功能。
此外要对供煤机组的运动过程实时监控，在突发故障或意外情况是给予显示以便操作人员对系统故障能够及时排除，此次设计基于以上控制目的。
此外在操作台还将有一台触摸屏来监控电控系统运行的各个过程参数。
输煤机组控制系统示意图如图2-1所示。
图2-1输煤机组控制系统示意图
锅炉车间输煤机组控制设计是根据工业锅炉供煤工艺要求进行设计的，其在工业生产中的主要任务是：
能够对电机进行启停，手/自动，紧急停车等基本控制要求；
能够对对电控系统的各个运行环节进行监控；
能够对突发故障进行报警显示。
2.2设计要求
针对以上设计目标，为了保证输煤系统的正常、可靠运行，该系统应满足以下具体要求：
（1）供煤时，各设备的启动、停止必须遵循特定的顺序，即对各设备进行联锁控制；
2.3设计方案
本控制系统是基于PLC控制的设计，并且输煤系统的故障判断是建立在实时监控的基础上的。
首先它的硬件部分属于电气控制，软件部分是利用PLC的软件编程对其进行控制，同时利用组态软件建立上位机监测画面，通过与PLC的通信对运行系统进行实时监测和控制。
2.3.1设计信号说明
输煤机组的拖动系统由6台三相异步电动机M1～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，手动时单机操作使用。
HA为开车/停车时讯响器，提示在输煤机组附近的工作人员，输煤机准备起动请注意安全。
HL1为手动运行指示，HL2为紧急停车指示，HL3为系统运行状态指示。
为保证输煤机组输煤顺畅，开车采用逆煤流方向启动，停车时按顺煤流方向停车。
输煤机组的控制信号说明见表2-1。
表2-1输煤机组控制信号说明
输入
输出
文字
符号
说明
文字符号
SA1-1
输煤机组手动控制开关
KM1
给料器和磁选料器接触器
SA1-2
输煤机组自动控制开关
KM2
1#送煤机接触器
SB1
输煤机组自动开车按钮
KM3
破碎机接触器
SB2
输煤机组自动停车按钮
KM4
提升机接触器
SB3
输煤机组紧急停车按钮
KM5
2#送煤机接触器
SB4
给料器和磁选料器手动按钮
KM6
回收机接触器
SB5
送煤机P1手动按钮
HL1
手动运行指示灯
SB6
破碎机手动按钮
HL2
紧急停车指示灯
SB7
提升机手动按钮
HL3
系统运行状态指示灯
SB8
送煤机P2手动按钮
HA
报警电铃
SB9
回收机手动按钮
FR
M1～M6，YA过载保护信号
2.3.2输煤机组运行过程
1.手动开车/停车功能
SA1手柄指向左45º
时，接点SA1-1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45º
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后回收电动机M6起动运行；
10s后送煤机P2电动机M5电动机起动运行；
10s后提升电动机M4起动运行；
10s后破碎电动机M3起动运行；
10s后送煤机P1电动机M2起动运行；
10s后给料器电动机M1和磁选料器YA起动运行并；
10s后，点亮HL3系统运行状态指示灯，输煤机组正常运行。
（2）正常停车按下自动停车按钮SB2，音响提示5s后给料器电动机M1和磁选料器YA停车，同时，熄灭HL3系统运行状态指示灯；
10s后送煤机P2电动机M5停车；
10s后破碎电动机M3停车；
10s后提升电动机M4停车；
10s后送煤机P1电动机M2电动机停车；
10s后，回收电动机M6停车；
至此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M1～M6和磁选料器YA的过载保护装置热继电器，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，HA电铃断续报警20s，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HL2连续闪亮10s，直到事故处理完毕，恢复正常生产。
（5）系统正常运行指示输煤机组中，拖动电动机M1～M6和磁选料器YA按照程序全部正常起动运行后，HL3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，输煤机组停车。
2.3.3程序流程图
软件部分即程序的设计，程序设计要根据I/O地址的分配和要实现的功能结合硬件电气的连接进行编程，来实现设计系统要完成的功能，PLC进入运行状态后，首先进行手动/自动的选择，所以程序的主流程图如图2-3所示。
图2-3控制程序主流程图
当系统以手动方式运行时，是单个设备点动控制，较为简单，这里不再做程序流程图。
当系统以自动方式运行时，PLC运行的程序流程图如图2-4所示。
图2-4输煤机组程序设计流程图
2.3.4上位机监控
监控部分是利用组态软件建立监控画面，通过建立通道连接、动画连接和控制策略实现PLC与上位的行通信后的运行动画，对输煤系统的运行状态进行实时监控和故障报警。
第三章下位机设计
3.1硬件电路设计
3.1.1系统控制主电路图设计
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PLCI/O口数限制，只做直接启动。
主电路图见图3-1。
电源
回收机
送煤机P1
提升
机
破碎
送煤机P2
给料器及磁选料器
图3-1输煤机控制主电路图
（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M1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M1、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保护。
3.1.2电器元件的选择
设计该控制系统室考虑实验室调试方便，使用了最简的点数，输入点数有：
2个输入开关分别控制手动/自动控制，9个输入按钮分别为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M1给料电动机，M2送煤电动机，M3破碎电动机，M4提升电动机，3个输出指示灯其中HL1手动运行指示灯、HL2为紧急停车指示灯、HL3为系统运行状态指示灯和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。
本文按照本课题的控制要求，控制过程主要采用逻辑和顺序控制，PLC恰能满足此控制要求。
所以用PLC进行控制，不仅能满足控制要求、控制方便简单，而且具有较高的可靠性。
因此，本设计应采用PLC进行控制。
（1）本设计采用西门子S7-200PLC,使用CPU224模块，其输入/输出接口（I/O）数量分别为输入端口14个，输出端口10个，刚好可以满足本设计的I/O使用需求。
（2）为保证负载安全可靠的供电，所以采用输出形式为继电器。
3.1.3I/O地址分配
I/O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
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