PLC控制系统课程设计.docx

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PLC控制系统课程设计

东北石油大学

课程设计

课程PLC控制系统课程设计

题目锅炉车间输煤机组控制

学院电气信息工程学院

专业班级自动化10-01班

学生姓名XXXX

学生学号100601140128

指导教师杨莉任伟建

2013年11月22日

东北石油大学课程设计任务书

课程：

PLC控制系统课程设计

题目：

锅炉车间输煤机组控制

专业：

自动化姓名：

XXX学号：

100601140128

主要内容、基本要求、主要参考资料等

主要内容：

1、进行电气控制系统硬件电路设计。

2、编制输煤机组PLC控制程序。

3、编写设计说明书。

基本要求：

1、熟悉PLC控制系统的基本构成和工作原理。

2、设计基于PLC的输煤机组电气控制系统电路图。

3、掌握电器元器件的选择和有关计算。

4、掌握PLC控制程序（梯形图和指令表）。

参考资料：

[1]廖常初.FX系列PLC编程及应用[M].北京:

机械工业出版社.2005.1～127.

[2]罗宇航.流行PLC实用程序及设计（西门子S7-200系列）[M].西安:

西安电子科技大学出版社.2006.246～252.

[3]钱锐.PLC应用技术[M].北京:

科学出版社.2006.112～113.

完成期限2013.11.18~2013.11.22

指导教师

专业负责人

2013年10月25日

第1章控制工艺流程分析　

1.1 PLC控制系统设计的基本原则

任何一种控制系统都是为了实现被控对象的工艺要求，以提高生产效率和产品质量。

因此，在设计PLC控制系统时，应遵循以下基本原则：

1.最大限度地满足被控对象的控制要求

充分发挥PLC的功能，最大限度地满足被控对象的控制要求，是设计PLC控制系统的首要前提，这也是设计中最重要的一条原则。

这就要求设计人员在设计前就要深入现场进行调查研究，收集控制现场的资料，收集相关先进的国内、国外资料。

同时要注意和现场的工程管理人员、工程技术人员、现场操作人员紧密配合，拟定控制方案，共同解决设计中的重点问题和疑难问题。

2.保证PLC控制系统安全可靠

保证PLC控制系统能够长期安全、可靠、稳定运行，是设计控制系统的重要原则。

这就要求设计者在系统设计、元器件选择、软件编程上要全面考虑，以确保控制系统安全可靠。

例如：

应该保证PLC程序不仅在正常条件下运行，而且在非正常情况下（如突然掉电再上电、按钮按错等），也能正常工作。

3.力求简单、经济、使用及维修方便

一个新的控制工程固然能提高产品的质量和数量，带来巨大的经济效益和社会效益，但新工程的投入、技术的培训、设备的维护也将导致运行资金的增加。

因此，在满足控制要求的前提下，一方面要注意不断地扩大工程的效益，另一方面也要注意不断地降低工程的成本。

这就要求设计者不仅应该使控制系统简单、经济，而且要使控制系统的使用和维护方便、成本低，不宜盲目追求自动化和高指标。

4.适应发展的需要

由于技术的不断发展，控制系统的要求也将会不断地提高，设计时要适当考虑到今后控制系统发展和完善的需要。

这就要求在选择PLC、输入/输出模块、I/O点数和内存容量时，要适当留有裕量，以满足今后生产的发展和工艺的改进。

1.2控制过程描述

输煤机组控制系统示意图如图1-1所示，输煤机组控制信号说明见表1-1。

图1-1输煤机组控制系统示意图

表1-1输煤机组控制信号说明

输入

输出

文字符号

说明

文字符号

说明

SF0-1

输煤机组手动控制开关

QA1

给料器和磁选料器接触器

SF0-2

输煤机组自动控制开关

QA2

1#送煤机接触器

SF1

输煤机组自动开车按钮

QA3

破碎机接触器

SF2

输煤机组自动停车按钮

QA4

提升机接触器

SF3

输煤机组紧急停车按钮

QA5

2#送煤机接触器

SF4

给料器和磁选料器手动按钮

QA6

回收机接触器

SF5

1#送煤机手动按钮

MB1

磁选料器

SF6

破碎机手动按钮

PG7

手动运行指示灯

SF7

提升机手动按钮

PG8

紧急停车指示灯

SF8

2#送煤机手动按钮

PG9

系统正常运行指示灯

SF9

回收机手动按钮

PG10

系统故障指示灯

PB

报警电铃

PG1～6

输煤机组单机运行指示

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。

1.3控制工艺分析

（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起动运行并点亮HL6指示灯；10s后，2#送煤电动机M5电动机起动运行并点亮HL5指示灯；10s后，提升电动机M4起动运行并点亮HL4指示灯；10s后，破碎电动机M3起动运行并点亮HL3指示灯；10s后，1#送煤电动机M2起动运行并点亮HL2指示灯；10s后，给料器电动机M1和磁选料器YA起动运行并点亮HL1指示灯；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，给料器电动机M1和磁选料器YA停车并熄灭HL1指示灯，同时，熄灭HL9系统正常运行指示灯；10s后，1#送煤电动机M2停车并熄灭HL2指示灯；10s后，破碎电动机M3停车并熄灭HL3指示灯；10s后，提升电动机M4停车并熄灭HL4指示灯；10s后，2#送煤电动机M5电动机停车并熄灭HL5指示灯；10s后，回收电动机M6停车并熄灭HL6指示灯；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。

（3）相关参数

1）M1～M6及磁选料器YA功率如图2-1中所示。

2）指示灯HL：

0.25W，DC24V。

3）电铃HA：

8W，AC220V

第2章控制系统总体方案设计

2.1锅炉车间输煤机组控制系统总体方案设计

为了保证输煤系统的正常、可靠运行，该系统应满足以下要求：

（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）各设备启动和停止过程中，要合理设置时间间隔（延时）。

启动，停车延时统一设定为10s。

启动延时是为保证无煤堆积以发生故障；停车延时是为保证停车时破碎机等为空载状态；

（3）运行过程中，某一台设备发生故障时，应立即发出报警并自动停车，其整个输煤设备也立即停车。

此外在现场也有控制系统装置运行的按钮； 

（4）可在线选择启动备用设备。

在特殊情况下可开启另一套备用设备，由两条输煤线的有关设备组成交叉供煤方式； 

（5）可显示各机电设备运行状况，在集中控制室即可控制系统设备启停。

2.2系统硬件组成

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。

图2-1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.

2.2.1电器元件的选择

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。

（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