锅炉车间输煤机组控制课程设计说明书Word下载.docx

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1.2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。

HA为开车/停车时讯响器，提示在输煤机组附近的工作人员物煤机准备起动请注意安全。

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，HL10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M6-M1逆序启动起动运行，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M1-M6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；

并熄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。

系统故障指示灯HL10点亮，HA电铃断续报警20s，HL10一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M1～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，DC24V。

（3）电铃HA：

8W，AC220V。

输煤机组控制信号说明：

输煤机组是一种为锅炉供煤的设备,它的稳定可靠工作直接关系到整个锅炉的正常运行.所以要进行输入输出信号进行详细说明,详细情况见下表:

输入

输出

文字符号

说明

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

1#送煤机按钮

HL7

手动运行指示灯

SB6

破碎机手动按钮

HL8

紧急停车指示灯

SB7

提升机手动按钮

HL9

系统正常运行指示

SB8

2#送煤机手动按钮

HL10

系统故障指示灯

SB9

回收机手动按钮

HA

报警电铃

KM

M1-M6,YA运行正常信号

HL1-HL6

输煤机组单机运行指示

FR

M1-M6过载保护信号

表1-1输煤机组控制信号说明

第2章方案论证

2.1PLC控制系统设计的原则和方法

对于电气控制设备，任何PLC控制系统的设计都是在控制方式和电动机技术数据确定以后进的是设备控制要求和工艺流程的具体化。

PLC控制系统设计应该遵循以下原则：

1）应最大限度地满足生产机械的工艺要求，并能根据需要方便地进行修改。

2）整个PLC控制系统及控制电路安全可靠，简单，具有较高的性能价格比。

3）合理地选择PLC机型及电器元件。

4）容易掌握，便于操作和维修。

2.2方案的确定

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M1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。

而且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，而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。

第3章PLC控制系统设计

3.1硬件系统设计

3.1.1控制系统主电路图设计

按照设计要求，给料器M1、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，所以采用星—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3-1.

图3-1锅炉车间输煤机组系统主电路图

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。

4）QF为电源总开关，既可完成主电路的短路保护，又起到分断三相交流电源的作用，使用和维修方便。

3.1.2电器元件的选择

（1）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硬件结构配置。

（2）因为负载有直流供电有交流供电，所以采用输出形式为继电器。

（3）对于CPU224模块，本机输入地址为I0.0-I0.7和I1.1-I1.5,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EM223的DI4/DO4*DC24V/继电器；

扩展模块EM223的I/O地址范围是Q3.0-Q3.3，满足系统控制要求。

本机与扩展连接形式见图3-2模块连接图。

图3-2模块连接图

a.电机选择型号

名称

型号

转速

M1：

给料器电动机

KMS60-04（6KW）

3000r/min

M2：

1#送煤器电动机

M3：

破碎机电动机

M4：

提升机电动机

M5：

2#送煤器电动机

M6：

回收机电动机

YA：

磁选料器电动机

60KTYZ-03（6KW）

表3-1电机选择型号

b.热继电器的选择

施耐德继电器LRD系列简介

TeSys热过载继电器，适合与TeSys系列接触器组合安装。

应用范围：

设计用於保护交流电路和电动机，避免电动机过载、缺相、起动时间过长和堵转时间过长

IN（A）

UN（V）

数量（个）

FR0、FR3

LRD-32C

23-32

380

2

FR1、FR2、FR6

LRD-12C

5.5-8

3

FR4

LRD-16C

9-13

1

FR5

LRD-3363C

63-80

表3-2热继电器的型号

c.低压断路器的选择

施耐德C65N系列断路器简介：

C65系列小型断路器作为一种具有突破性意义的模数化产品诞生以来，经过不断的拓展完善，始终领先于市场，已经成为世界低压终端配电产品的典范。

可广泛应用于工业、商业及民用低压终端配电的需要。

性能描述：

具丰富的产品系列，根据分断能力的不同，C65N，C65H，C65L的分断能力覆盖了6~15KA的范围，额定电流1～63A，具B/C/D型脱扣曲线；

可拼装丰富的电气附件、机械附件，实现功能的极大扩充和操作的便利。

全系列产品可拼装剩余电流动作保护附件，实现A/AC类剩余电流动作保护功能，额定剩余动作电流包括30mA，100mA，100mA延时，300mA和300mA延时型

QF

C65N3P-D225A

225

QF0、FR3

C65N3P-D32A

32

QF1、QF2、QF6

C65N3P-D10A

10

QF4

C65N3P-D16A

16

QF5

C65N3P-D150A

150

表3-3低压断路器的型号

d.继电器、接触器的选择

西门子3TF系列接触器的简介：

西门子系列交流接触器用于交流50Hz或60Hz，额定绝缘电压为690-1000V，在AC-3使用类别下额定工作电压为380V时的额定工作电流为9A-400A。

主要供远距离接通及分断电路之用，适用于控制交流电动机的起动、停止及反转。

P（w）

UN

（V）

KM0、KM10、KM3、KM9

3TF4422-*X**

15KW

4

KM1、KM2、KM6

3TF4022-*X**

3KW

9

3TF4122-*X**

5.5KW

12

KM5、KM7、KM8

3TF5122-*X**

75KW

140

表3-4继电器、接触器的型号

3.2软件系统设计

3.2.1I/O地址分配表

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,EM223,各模块各分配地址如下:

CPU224基本单元的I/O地址如下：

I0.0I0.1、IO.2、I0.3、I0.4、I0.5、I0.6、I0.7、I1.1、I1.2、I1.3、I1.4、I1.5、I1.6、I1.7、Q0.0、Q0.1、Q0.2、Q0.3、Q0.4、Q0.5、Q0.6、Q0.7、Q1.0、Q1.1

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EM223的I/O地址：

Q3.0、Q3.1、Q3.2

PLC输入输出接口地址分配表见：

序号

工作名称

输入口

I0.1

I0.2

I1.1

I1.2

5

I1.3

6

给料器磁选料器手动按钮

I1.4

7

1#送煤机手动按钮

I1.5

8

I1.6

I1.7

I2.0

11

I2.1

M1-M6,YA过载保护信号

I0.0

表3-5输入接口地址分配表

输出口

给料器磁选料器接触器

Q0.1

Q0.2

Q0.3

Q0.4

Q0.5

Q0.6

Q1.7

系统正常运行指示灯

Q2.1

系统故障运行指示灯

Q2.2

Q2.0

HL1

Q1.1

HL2

Q1.2

13

HL3

Q1.3

14

HL4

Q1.4

15

HL5

Q1.5

HL6

Q1.6

表3-6PLC输出接口地址分配表

3.2.2PLC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2-2。

图3-3I/O接线图

3.2.3系统工作流程图

图3-4系统工作流程图

3.2.4梯形图

输煤机组的控制过程分为自动和手动控制方式。

在自动控制模式下，要求各负载从M6到M1逆序自动启动，并能从M1到M6顺序自动停止。

同时，该输煤机组还能在手动控制模式下进行点动，以便调试和维修。

而且，该系统还能实现过载保护、紧急停车和故障提醒功能，并有相应的指示报警功能。

所以，我们应该主要采用定时器指令和顺序控制指令对本控制系统进行程序设计。

其梯形图如下：

第4章系统调试

大体思路如下：

1、硬件调试：

硬件调试是利用开发系统、基本测试仪器（万用表、示波器等），检查用户系统硬件中存在的故障。

硬件调试可分为静态调试与动态调试两步进行。

①静态调试

静态调试是在用户系统未工作时的一种硬件检测。

第一步：

目测。

检查外部的各种元件或者是电路是否有断点。

第二步：

用万用表测试。

先用万用表复核目测中有疑问的连接点，再检测各种电源线与地线之间是否有短路现象。

第三步：

加电检测。

给板加电，检测所有的插座或是器件的电源端是否符合要求的值

第四步：

是联机检查。

因为只有用可编程控制器开发系统才能完成对用户系统的调试。

②动态调试

实验室没有相应的实物控制模型，因此，在调试系统控制程序时，所有的输入信号均用开关信号来代替，所有的输出均用指示灯来表示。

由于实验室的PLC输出端口过少，不能完全满足我们的要求，所有我们将程序分开调试。

调试时，首先按控制系统PLC接线图完成硬件接线，并仔细检查接线是否有误。

首先我们进行了自动的调试。

按下SB1，自动部分开始运行，5秒后，第一个灯亮，10秒后第二个灯亮，直到最后一个灯亮。

当灯全部亮时，正常运行指示灯HL9亮；

如果又一个或几个灯不亮，那么系统故障指示灯就会亮。

按下手动停止按钮SB2，5秒后，第一个灯熄灭，10秒后第二个灯熄灭，按此直到最后一个灯熄灭。

2、软件调试：

软件调试是通过对用户程序的汇编、连接、执行来发现程序中存在的语法错误与逻辑错误并加以排除纠正的过程。

程序后，编辑，查看程序是否有逻辑的错误。

如果出现故障，应返回编程环境，检查梯形图的错误并修改程序再进行调试，如此反复直到调试成功。

第5章设计总结

通过本次设计，我学到了不少东西，学会了如何用编程软件来编写梯形图，刚学PLC时，感觉很陌生，现在感觉梯形图和指令表不是那么难了。

在用CAD画主电路和接线图时，又把CAD仔细复习了下，总之这次设计不仅学到了新东西，也复习了以前的很多旧知识，很有意义。

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，更加深刻的把握到基础知识的重要，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，培养了团队合作精神和人际交往能力。

通过本次课程设计的锻炼，使我更加自信，更加积极，这会对我更快的融入到将来的社会，出色地完成工作任务有不可估量的积极作用。

经过两个星期的努力，终于有了一个较成型的设计展现在了我面前，加深了对PLC控制系统的进一步了解，更加清楚地认识到其在现代化工业中所起的巨大作用。

由于本人水平有限，难免有考虑不足之处，所以恳请老师同学们批评指正。

参考文献

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[2]于庆广．可编程控制其原理与系统设计．北京：

清华大学出版社，2004

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国防工业出版社，2006

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机械工业出版社，2005

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北京邮电大学出版社，2005

[6]刘洪涛，黄海编.PLC应用开发从基础到实践.电子工业出版社,2007

[7]张新军．电气控制与PLC技术及应用．济源：

济源职业技术学院出版社，2006

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机械工业出版社，2004