基于PLC的热电厂燃料传输系统设计.docx
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基于PLC的热电厂燃料传输系统设计
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基于PLC的热电厂燃料传输系统设计
摘要
由于热电厂燃料传输系统运行条件恶劣，各类干扰信号较多，使得抗干扰问题成为燃料传输程控实际运行及调试中的一大难题，直接关系到整个燃料传输系统的安全运行。
热电厂的燃料传输程控系统改造为背景，详细分析和设计了一套PLC控制主要是燃料传输系统的自动控制和手动控制部分，皮带机和各设备的联机控制由联机控制面板操作，提高系统可靠性的方法，提出了一些具体措施，从硬件和软件两个方面着手，研究了信号抗干扰方法和实施手段，并在软件中模拟热电厂程控改造应用，工程实践表明：
该系统运行可靠，抗干扰能力强，自动化程度高，为实现设备的状态检修奠定了必要的物质基础。
关键字：
热电厂；PLC；传输系统
ThedesignofthermalpowerplantfueltransmissionsystembasedonPLC
Abstract
Duetothermalpowerplantfueltransmissionsystemoperatingconditions,allkindsofjammingsignalismore,maketheanti-jammingproblemsbecomethefueltransferprogramisabigprobleminactualoperationanddebugging,isdirectlyrelatedtothesafeoperationofthefueltransfersystem.ThermalpowerplantfueltransferSPCsystemreformasthebackground,adetailedanalysisanddesignasetofPLCcontrolismainlyfueltransmissionsystem,automaticcontrolandmanualcontrolpartofthebeltconveyorandonlinecontrolbytheonlinecontrolpanelofeachequipmentoperation,themethodtoimprovethereliabilityofthesystem,putsforwardsomespecificmeasures,fromtwoaspectsofhardwareandsoftware,studiesthesignalanti-jammingmethodsandmeansofimplementation,andsimulationofthermalpowerplantinthesoftwareprogramapplication,engineeringpracticeshowsthatthesystemreliableoperation,stronganti-interferenceability,highdegreeofautomation,inordertoachievethestateoverhaulofequipmentlaidanecessarymaterialfoundation.
Keywords:
thermalpowerplant;PLC;Transmissionsystem
目录
摘要II
AbstractIII
1绪论1
1.1基于PLC的燃料传输控制系统的意义1
1.2热电厂燃料传输系统的发展 1
1.2.1传统的继电器-接触器控制 1
1.2.2 PLC控制系统 2
1.2.3集散控制系统DCS 2
1.2.4现场总线控制系统FCS2
1.3热电厂燃料传输系统的未来发展趋势 3
1.3.1运用以太网技术与现场总线技术实现系统联网 3
1.3.2以工业电视为手段实现现场设备的可视化 3
2可编程序控制器（PLC）的介绍5
2.1PLC的概念及发展5
2.2可编程序控制器的历史5
2.3可编程序控制器的硬件及工作原理6
2.3.1可编程序控制器的基本结构6
2.3.2可编程序控制器的物理结构7
3PLC的热电厂燃料传输系统硬件设计8
3.1PLC型号的选择8
3.2电动机型号的选择9
3.3电机的主电路图的设计11
4PLC的热电厂燃料传输系统的软件设计12
4.1系统软件控制12
4.2卸料部分的控制14
4.3上料部分的控制错误！
未定义书签。
5控制柜的设计错误！
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总结错误！
未定义书签。
致谢错误！
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参考文献错误！
未定义书签。
附录错误！
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基于PLC的热电厂燃料传输系统设计
1绪论
皮带传输系统因其结构简单，使用方便，造价低廉被广泛应用于工业、商业、农业、医药、军事等方面，在采矿运输、冶金送料、车站及码头的货物运输更是广泛使用，同样，发电厂的燃料传输系统也采用皮带传输。
热电厂燃料传输系统是热工厂中较为庞大的一个公用系统，其任务是卸料、配燃料、上料以达到按时、保质、保量的为机组提供燃燃料的目的。
1.1基于PLC的燃料传输控制系统的意义
传统的热电厂燃料传输控制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，现场环境十分恶劣，工人们通过开动承前起后的皮带运输机及取燃料机向锅炉前的储燃料仓燃料传输，经常有皮带跑偏、皮带撕裂及落燃料管堵塞等等故障。
但对热电厂而言，蒸汽工序的炉膛是不容许断燃料的。
燃料传输系统工作时尽量将燃料装满储燃料仓，不仅可以保证燃料传输系统故障时，工人们有足够的时间排除故障，也可以保证燃料传输设备有充分的时间检修。
随着发电厂规模的迅速扩大，燃料传输系统的作用日益突出，而传统的燃料传输系统已无法满足热电厂的需要，因此需要对传统的发电厂燃料传输系统进行改造。
传统燃料传输系统具有以下特点：
（1）任务重为了保证工业用燃料，燃料传输系统必须始终处于完好的状态。
日累计运行时间达8-10h以上。
（2）运行环境差、劳动强度大由于各种因素造成燃料传输系统的运行环境恶劣、脏污，需要占用大量的辅助劳动力。
（3）一次起动设各多，安全联锁要求高同时起动的设备高达20-30台以上，在起动或停机过程中有严格的联锁要求。
1.2热电厂燃料传输系统的发展
1.2.1传统的继电器-接触器控制
在20世纪20年代起，人们把各种继电器、定时器、接触器及其触点按一定的逻辑关系连接起来组成控制系统，控制各种生产机械，这就是大家熟悉的传统的继电器控制系统。
由于它结构简单、容易掌握、价格便宜，且抗干扰能力强，能满足大部分场合电气顺序逻辑控制的要求，因而在工业控制领域中一直占据着主导地位。
继电器控制系统主要由继电器、接触器和按钮等组成，它取代了原来的手动控制方式。
但是继电接触器控制系统具有明显的缺点：
设备体积大、可靠性差、动作速度慢、功能弱，难于实现较复杂的控制；特别是由于它是靠硬连线逻辑构成的系统，接线复杂烦琐，当生产工艺或对象需要改变时，原有的接线和控制柜就要更换，所以通用性和灵活性较差。
1.2.2 PLC控制系统
社会的发展和进步对各行各业提出了越来越高的要求。
PLC的出现，解决了这个问题。
可编程序控制器（PLC）是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境而设计。
它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储逻辑运算、顺粗控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型机械的生产过程；而有关的外围设备，都应按易于与工业系统连成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。
早期的PLC，主要完成一般的继电器控制系统的功能，即顺序逻辑、定时和计数等，编程语言为梯形图。
之后，在电气自动控制领域开始普及应用后得到了飞速的发展，增强了控制方面的功能，如数据处理、模拟量的控制等。
随着工业的发展，对PLC提出了更高的要求。
现在的大型PLC都扩展了遵守一定协议的通信接口，具备通信和联网的功能。
今后的PLC将朝着通用性的方向发展。
随着可编程序控制器国际标准IEC61131的逐步完善和实施，特别是IEC61131-3标准编程语言的推广，使得PLC真正走入了一个开放性和标准化的时代。
1.2.3集散控制系统DCS
DCS系统是集4C（Communication,Computer,Control,CRT）技术于一身的监控系统。
它主要用于大规模的连续过程控制系统中，其核心是通信，即数据公路。
整个系统为树状拓扑和并行连线的链路结构，从控制站到现场设备之间有打来那个的信号电缆。
信号系统为模拟信号、数字信号的混合。
设备信号到I/O板一对一物理连接，然后由控制站挂接到局域网LAN。
可以做成很完善的冗余系统。
具有控制（工程师站）、操作（操作员站）、现场仪表（现场测控站）3级结构。
1.2.4现场总线控制系统FCS
现场总线技术以其彻底的开放性、全数字化信号系统和高性能的通信系统给工业自动化领域带来了“革命性”的冲击，其核心是总线协议，基础是数字化智能现场设备，本质是信息处理现场化，其要点是：
可以在本质安全、危险区域、易变过程等过程控制系统中使用，也可应用于机械制造业、楼宇控制系统中，应用范围广泛；现场设备高度智能化，提供全数字信号；一条总线连接所有的设备；系统通信是互联的、双向的、开放的，系统是多变量、多节点、串行的数字系统；控制功能彻底分散。
1.3热电厂燃料传输系统的未来发展趋势
1.3.1运用以太网技术与现场总线技术实现系统联网
以太网是目前世界上应用最广的局域网技术，随着Intenet的迅速发展，以太网已成为事实上的工业标准，目前不仅在办公自动化领域内，而且各个企业的管理网络也都广泛使用以太网。
在工业控制领域，随着仪器仪表智能化的提高和工业管理自动化控制设备的双向串行，数字式多节点通信网络。
现场总线控制系统把各个分散的测量及控制设备变成网络节点，以现场总线为纽带，把它们联接成可以相互沟通信息，共同完成控制任务的网络控制系统，真正实现了“信息集中，控制分散”的全分布式系统。
将以太网应用到工业控制领域，可以形成真正意义上的开放式系统，以太网技术与现场总线技术的结合，将使网络成为一个透明的、覆盖整个企业范围的应用实体。
1.3.2以工业电视为手段实现现场设备的可视化
工业控制系统逐渐向高度自动化和智能化发展，集成度愈来愈高，所需的人力也越来越少。
工业可视监控系统的应用越来越普及。
传统的工业电视都是在输煤系统皮带机头、尾部安装固定摄像头，国外大型进口散料装卸设备已把带云台变焦距的摄像头装到了设备上。
通过视频信号转换和无线传输技术，人们即使在程控室也可以见到清晰的现场图像，实现远方操作。
这样可以极大地减少运行人员数量和降低运行人员的劳动强度。
1.3.3燃料程控生产系统的建设及与MIS系统的联网
燃料系统作为火电厂发电的原料供给系统，是电厂的主要公用辅助系统，它的科学管理、文明生产对确保电厂发电及节能增效都起着重要作用。
电厂管理信息系统MIS是厂级自动化管理系统，内容涉及电厂主要生产和管理子系统。
随着燃料系统自动化程度的不断提高，使其与厂级 MIS的联网共享信息成为必然趋势，联网可采取以下两种方式：
方式一，在MIS服务器上加一套接口程序，采取定期到燃料系统采集所需的数据信息的方法。
方式二，在燃料程控上位工控机上加一套数据传输程序和一个网卡，以定时、故障两种方式作为启动传输程序的条件，向MIS系统服务器预留的地址传输必要的数据信息。
随着电子技术、计算机技术、控制技术、信息网络技术的迅速发展，现代工业生产向着生产过程控制高度自动化、工艺设备及测控设备高度智能化、生产管理高度自动化等方向发展，作为大型火电厂的燃料输煤系统也不例外，而且随着电气自动化的产品价格大幅度下降，可靠性大大提高，过去那种认为燃料输煤系统不需要较高自动化程度的观点已显得非常落后，从率先实现设备程控化、现场联网化和可视化，再到与MIS系统联网，以及随着WEB嵌入技术深入到元件级和网络速度及可靠性的进一步提高，实现透明工厂和移动工业控制完全可能成为现实。
2可编程序控制器（PLC）的介绍
2.1PLC的概念及发展
现代社会要求制造业对市场需求作出迅速的反应，生产出小批量、多品种、多规格、低成本和高质量的产品，为了满足这一要求，生产设备和自动生产线的控制系统必须具有极高的可靠性和灵活性，可编程序控制器正是顺应这一要求出现的，它是以微处理器为基础的新型工业控制装置，已经成为当代工业自动化的主要支柱之一。
可编程序控制器（ProgrammableController）本来应简称PC，为了与个人计算机（PersonalComputer）的简称PC相区别，现在一般将可编程序控制器简称为PLC（ProgrammableLogicController）。
2.2可编程序控制器的历史
可编程序控制器的产生和发展与继电器控制系统又很大的关系。
继电器已有上百年的历史，它是一种用弱电信号控制强电信号的电磁开关。
在复杂的继电器控制系统中，故障的查找和排除是非常困难的，可能会花费大量时间，严重地影响生产。
1968年，美国最大的汽车制造厂家——通用汽车公司（GM）提出了研制可编程序控制器的基本设想，即：
（1）编程简单，可在现场修改程序；
（2）维护方便，采用插件式结构；
（3）可靠性高于继电器控制柜；
（4）体积小于继电器控制柜；
（5）成本可与继电器控制柜竞争；
（6）可将数据直接送入计算机；
（7）可直接使用115V交流输入电压；
（8）输出采用115V交流电压，能直接驱动电磁阀、交流接触器等负载；
（9）通用性强，扩展方便；
（10）能存储程序，存储器容量可扩展到4KB。
1969年，美国数字设备公司（DEC）研制出了世界上第一台可编程序控制器。
70年代初期出现了微处理器，它的体积小、功能强、价格便宜，很快被用于可编程序控制器，使它的功能增强、工作速度加快、体积减小、可靠性提高、成本下降。
可编程序控制器不仅能实现对开关量的逻辑控制，还具有数学运算、数据处理、运动控制、模拟量PID控制、通信联网等功能。
在发达的工业化国家，可编程序控制器已经广泛地应用在所有的工业部门，其应用已扩展到楼宇自动化、家庭自动化、商业、公用事业、测试设备和农业等领域。
2.3可编程序控制器的硬件及工作原理
2.3.1可编程序控制器的基本结构
可编程序控制器主要由CPU模块、输入模块、输出模块和编程器组成（见图2.1）。
图2.1PLC控制系统示意图
（1）CPU模块
CPU模块主要由微处理器（CPU芯片）和存储器组成。
在可编程序控制系统中，CPU模块相当于人的大脑和心脏，它不断地采集输入信号，执行用户程序，刷新系统的输出；存储器用来储存和数据。
（2）I/O模块
输入（Input）模块和输出（Output）模块简称为I/O模块，它们是系统的眼、耳、手、脚，是联系外部现场和CPU模块的桥梁。
输入模块用来接收和采集输入信号，输入信号有两类：
一类是从按钮、选择开关、数字拨码开关、限位开关、接近开关、压力继电器等来的开关量输入信号；另一类是由电位器、热电偶、测速发电机、各种变送器提供的连续变化的模拟量输入信号。
（3）编程器
编程器除了用来输入和编辑用户程序外，还可以用来监视可编程序控制器运行时各种编程元件的工作状态。
（4）电源
可编程序控制器使用220V交流电源或24V直流电源。
可编程序控制器内部的直流稳压电源为各模块内的电路供电。
某些可编程序控制器可以为输入电路和外部电子检测装置（如接近开关）提供24V直流电源，驱动现场执行机构的直流电源一般由用户提供。
2.3.2可编程序控制器的物理结构
根据硬件结构的不同，可以将可编程序控制器分为整体式、模块式和叠装式。
（1）整体式可编程序控制器
整体式又叫单元式或箱体式，CPU模块、I/O模块和电源装在一个箱状机壳内，机构非常紧凑。
它的体积小、价格低，小型可编程序控制器一般采用整体式机构。
（2）模块式可编程序控制器
大、中型可编程序控制器和部分小型可编程序控制器采用模块式机构。
模块式可编程序控制器用搭积木的方式组成系统，它由框架和模块组成。
模块插在模块插座上，后者在框架中的总线连接板上。
可编程序控制器厂家备有不同槽数的框架供用户选用，如果一个框架容纳不下所选用的模块，可以增设一个或数个扩展框架，各框架之间用I/O扩展电缆相连。
有的可编程序控制器没有框架，各种模块安装在基板上。
（3）叠装式可编程序控制器
三菱公司的FX系列可编程序控制器吸取了整体式和模块式可编程序控制器的优点，它的基本单元、扩展单元和扩展模块的高度和深度相同，但是宽度不同。
它们不用基板，仅用扁平电缆连接，紧密拼装后组成一个整齐的长方体，输入、输出点数的配置也相当灵活，有人将这种结构称为叠装式。
3PLC的热电厂燃料传输系统硬件设计
PLC控制系统的硬件设计是指硬件选型。
近十几年来，国内外众多生产厂家提供了多种系列、功能各异的PLC产品，已有几十个系列、几百种型号。
PLC品种繁多，其结构形式、性能、I/O点数、用户程序存储器容量、运算速度、指令系统、编程方法和价格等各有不同，使用场合也各有侧重。
因此，合理选择PLC，对提高PLC控制系统的技术、经济指标起着重要作用。
3.1PLC型号的选择
在考虑上述因素后，还要根据工程应用实际考虑其它一些因素，包括：
性能价格比，毫无疑问，高性能的机型必然需要较高的价格，在考虑满足需要的性能后，还要根据工作的投资状况来确定机型；备品备件的统一考虑，无论什么样的设备，投入生产以后都要具有一定数量的备品备件，在系统软件设计时，对于一个工厂来说应尽量与原有设备统一机型们这样就可减少备品备件的种类和资金积压，同时还有考虑备品备件的来源，所选机型要有可靠的订货来源；计数支持，选定机型时还要考虑有可靠的计数支持，这些支持包括必要的技术培训，设计指导，系统维修等内容。
以此为依据，我选用三菱公司的FX2N系列可编程序控制器。
FX2N是FX系列中功能最强、速度最高的微型可编程序控制器，完全符合此设计的要求。
整个热电厂燃料传输控制系统由一台PLC控制，共有0#～7#等12条输送带，由一个控制室控制，将这一台PLC放在此控制室，对其说明如下：
（1）控制要求
整个控制系统可以分为卸料和上料两个部分，而这两部分都包括自动和手动控制。
1#、2#、3#输送带主要完成卸料部分的工作，此部分具有自动控制和手动控制方式供选择，并且具有紧急停止和故障报警的功能。
当运行方式确定为自动控制后，按下起动按钮，电铃向各岗位发出预告信号，电铃响60S后自动停止，然后起动3#输送带，再按逆燃料流方向逐一起动每台联锁电机，最后一台电机起动完后，各台设备正常运行。
正常停机按下停止按钮，料斗停止下燃料，经一定延时后，各输送带按顺燃料流方向依次延时停机。
如果遇其设备故障，该设备及其前面的设备立即停机，而该输送带以后的皮带待料运完后停机。
0#、4#、5#、6#、7#输送带主要完成上料部分的工作，其与卸料部分的要求一致，只是有AD、BD两种方式选择来运行。
（2）控制对象
卸料部分：
上料部分：
①料斗电磁阀1个①犁燃料机2台
拉绳开关1个拉绳开关2个
②1#输送带②4#A和4#B输送带
皮带传动电动机1台皮带传动电动机1台
拉绳开关1个拉绳开关2个
③2#输送带③5#A和5#B输送带
皮带传动电动机1台皮带传动电动机2台
拉绳开关1个拉绳开关2个
④3#输送带④6#A和6#B输送带
皮带传动电动机1台皮带传动机2台
拉绳开关1个拉绳开关
⑤7#A和7#B输送带
皮带传动机电动机2台
拉绳开关
⑥0#输送带
皮带传动机1台
拉绳开关1个
输入、输出点数分配如下：
（1）输入点：
卸料、上料时自动/手动切换需要2个输入点；卸料、上料时的联锁启动、停止、紧急停止需要6个输入点；控制料斗、1#～3#皮带机需要4个输入点；AD、BD的工作方式的选择需要1个输入点；犁燃料机（2台）、4#A~7#A（4#B~7#B）和0#皮带机需要11个输入点，共需要24个输入点。
（2）输出点：
卸料、上料时的联锁启动预告电铃和故障报警电铃需要4个输出点；控制料斗电磁阀和1#～3#皮带机需要4个输出点；犁燃料机（2台）、4#A～7#A（4#B~7#B）和0#皮带机需要11个输出点，共需要19个输出点。
综上所述，共需要24个输入点，19个输出点，并考虑一定的裕量，我选择的PLC型号为FX2N-64MR的PLC。
3.2电动机型号的选择
电机根据系统的要求选择Y系列三相异步电动机。
电动机的定子饶阻为△接法，采用B级绝缘，采用全压启动。
电动机的额定电压为380V，额定频率为50HZ，额定功率分别为：
M1：
卸料部分1#输送带电动机Y200L1-2（30KW）
M2：
卸料部分2#输送带电动机Y160M1-2（11KW）
M3：
卸料部分3#输送带电动机Y200L1-2（30KW）
M4：
上料部分4#A输送带电动机Y132S1-2（5.5KW）
M5：
上料部分5#A输送带电动机Y200L2-2（37KW）
M6：
上料部分6#A输送带电动机Y225M-2（45KW）
M7：
上料部分7#A输送带电动机Y160M2-2（15KW）
M8：
上料部分4#B输送带电动机Y132S1-2（5.5KW）
M9：
上料部分5#B输送带电动机Y200L2-2（37KW）
M10：
上料部分6#B输送带电动机Y225M-2（45KW）
M11：
上料部分7#B输送带电动机Y160M2-2（15KW）
M12：
上料部分0#输送带电动机Y160M1-2（11KW）
M13：
上料部分犁燃料机电动机（AD）Y132S2-2（7.5KW）
M14：
上料部分犁燃料机电动机（BD）Y132S2-2（7.5KW）
其电机型号的选择如表3.1所示。
表3.1电机型号参数表
电机
型号
额定功
率（KW）
额定电
流（A）
同步转速
（r/min）
效率
（%）
功率
因数
堵转
电流
堵转
转矩
电机
台数
Y132S1-2
5.5
11.1
2900
85.5
0.88
7.0
2.0
2
Y132S2-2
7.5
15
2900
86.2
0.88
7.0
2.0
1
Y160M1-2
11
21.8
2930
87.2
0.88
7.0
2.0
2
Y160M2-2
15
29.4
2930
88.2
0.88
7.0
2.0
2
Y200L1-2
30
56.9
2950
90.0
0.89
7.0
2.0
2
Y200L2-2
37
69.8
2950
90.5
0.89
7.0
2.0
2
Y225M-2
45
84
2970
91.5
0.89
7.0
2.0
2
升级会员 