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输煤控制系统

第1章概述

1.1输煤控制系统概述

作为能源的输送，煤炭的输送是一个很重要的问题。

以燃煤电厂的进料为例。

燃煤电厂的燃料进厂后，先后经过翻卸，给煤机械，皮带多段转运、破碎、筛分、犁煤等各种备煤设备进入原煤仓。

在整个输送工艺过程中，伴随产生一次尘化气流。

转段落差、破碎设备鼓风量，落煤管与水平夹角、皮带速度等参数值越高，尘化强度就越大。

尘源周边的空气被诱导、扰动而形成二次气流。

二次气流将一次尘化气流向四周空气扩散、蔓延；充斥在作业现场。

，它们会长时间悬浮在空气中而不能沉降，甚至造成二次扬尘。

根据煤尘的特点，它对环境的污染和对人体的危害是不言而喻的。

输煤自动控制系统可以有效的减少对人体的危害。

输煤控制系统是由给料器、选料器、破碎机及送煤机等组成的。

其原理如图1-1所示。

输煤方向

图1-1输煤控制系统原理图

1.2输煤控制系统设计目的及意义

传统的发电厂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。

在充分考虑输煤系统的作用和运行可靠性基础上，设计了一条两路多段互为备用的输煤系统，从结构上保证了输煤系统的运行可靠性。

根据输煤系统范围大、运行方式多，提出了基于美国AB公司PLC和工业控制网网络的输煤控制系统实现方案，该方案不仅降低了开发的工作量，而且降低了维护的工作量，同时也以后的升级提供了条件。

输煤系统的控制属于自动化的过程控制领域，且有大时延对象特征，本文对与过程控制系统相关的控制技术及控制系统。

在PLC中应用子程序的方式，不仅便于实现多种运行方式，而且大大提高了程序的可维护性和可靠性。

经过实验室输煤系统的运行，表明了该输煤控制系统运行的正确性、实用性。

1.3输煤控制系统的运行工艺和其组成部分

输煤系统是较为庞大的一个公用系统，现阶段，其输送过程是通过皮带输送机来完成，整个输煤系统由多台输送距离较长的皮带输送机组成。

输煤系统的主要任务是由料斗和皮带的传递将煤由贮煤场输送到配煤场，由给煤机给煤，再经由皮带机传送到锅炉。

火电厂输煤程控系统主要控制的对象包括：

给煤机、三通挡板、皮带机、碎煤机、除铁器、犁式卸煤器等设备。

在此次设计中主要概述了输煤系统的卸煤和上煤的皮带传输控制。

系统总体设计先进可靠，设备选型合理，监控功能齐全，投资少、操作简单、实用性强，能提高电厂输煤系统的综合自动化水平，改善劳动条件，提高劳动生产率和安全经济运行水平。

系统组成：

原煤仓，往复给煤机，皮带机、拉线开关，电磁分离器，滚轴筛，缓冲滚筒，碎煤机和犁煤器。

输煤程控系统是实现输煤过程自动化的计算机控制及监视系统。

可以实现皮带自动上煤、自动配煤、计算机监控管理、画面参数提示、语音报警、报表自动打印等功能。

能够实现对整个输煤系统包括皮带机、除铁器、犁煤器、跑偏信号、打滑信号、拉绳信号、堵煤信号、煤位信号在内的多套装置、信号的控制与监测包括：

输煤运行方式选择（自动控制、集中手动控制、就地手动控制），皮带机启停。

给煤机及除铁器启停，除尘器的启停，自动配煤加仓，设备故障报警、联锁保护，现场信号采集、处理与显示。

1.4组态王软件简介

组态王（Kingview）是由北京亚控公司开发，在PC机上建立工业控制对象人机接口的一种智能软件包，它以Window2000/WindowXP/WindowNT中文操作系统作为其操作平台，充分利用了Windows图形功能设备，界面一致性好，易学易用等特点，具有功能完备的人机接口界面和面向对象的图形开发环境，便于高效，快捷地把整个工艺过程构成监控画面，以动画的形式显示各个控制设备的状态，在报警和历史趋势方面的功能，方便了对系统的监控，具有较强的网络功能。

组态王图形界面开发功能使用方便，对I/O设备广泛支持。

它所使用的PC机开发的系统工程，比以往使用专用机开发的工业控制系统更有通用性，大大减少了工控软件开发者的重复性工作，还可以运用PC机丰富的软件资源进行二次开发。

组态王软件结构由工程管理器、工程浏览器及运行系统三部分构成。

工程管理器：

工程管理器用于新工程的创建和已有工程的管理，对已有工程进行搜索、添加、备份、恢复以及实现数据词典的导入和导出等功能。

工程浏览器：

工程浏览器是一个工程开发设计工具，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。

运行系统：

工程运行界面，从采集设备中获得通讯数据，并依据工程浏览器的动画设计显示动态画面，实现人与控制设备的交互操作。

组态王软件作为一个开放型的通用工业监控软件，支持与国内外常见的PLC、智能模块、智能仪表、变频器、数据采集板卡等（如：

西门子PLC、莫迪康PLC、欧姆龙PLC、三菱PLC、研华模块等等）通过常规通讯接口（如串口方式、USB接口方式、以太网、总线、GPRS等）进行数据通讯。

组态王软件与IO设备进行通讯一般是通过调用*.dll动态库来实现的，不同的设备、协议对应不同的动态库。

工程开发人员无须关心复杂的动态库代码及设备通讯协议，只须使用组态王提供的设备定义向导，即可定义工程中使用的I/O设备，并通过变量的定义实现与I/O设备的关联，对用户来说既简单又方便。

第2章输煤控制系统工艺介绍

2.1输煤控制系统的仪表的选择

输煤皮带控制系统的设计是一个很传统的课题，现在随着各种先进精确的诸多控制仪器的出现，输煤皮带控制的设计方案也越来越先进，越来越趋于完美，各种参考文献也数不胜数。

在我国70～80年代建成的火电厂中,大多数的开关量控制系统都是采用继电器控制,就是在90年代建成的火电厂中,也有相当一部分辅机系统是采用继电控制。

因此,继电器本身固有的缺陷,给火电机组的安全和经济运行带来了不利影响,对火电厂的继电器式控制系统进行改造已是大势所趋。

可编程控制器（简称PLC）由于其将系统的继电器技术，计算机技术和通信技术融为一体，以其可靠性高，稳定性好、抗干扰能力强，以及编程简单，维护方便，通讯灵活等众多优点，广泛应用于工业生产过程和装置的自动控制中。

PLC不仅能实现复杂的逻辑控制，还能完成定时、计算和各种闭环控制功能。

设置性能完善、质量可靠、技术先进的可编程控制器PLC控制皮带运输机监控系统，可以实现高自动化的皮带机群的集中控制（包括遥控）及保护。

此次课程设计的课题内容即为输煤控制系统，.煤在配煤场经碾碎去渣和铁硝石，由给煤机给煤通过一系列过程传送进锅炉，方案要求用一台PLC控制卸煤、给煤，PLC与PC之间不通讯。

2.2传感器的选型

现代传感器在原理与结构上千差万别，如何根据具体的测量目的、测量对象以及测量环境合理地选用传感器，是在进行某个量的测量时首先要解决的问题。

当传感器确定之后，与之相配套的测量方法和测量设备也就可以确定了。

测量结果的成败，在很大程度上取决于传感器的选用是否合理。

根据测量对象与测量环境确定传感器的类型、灵敏度的选择、频率响应特性、线性范围、稳定性、精度。

对某些特殊使用场合，无法选到合适的传感器，则需自行设计制造传感器。

自制传感器的性能应满足使用要求。

2.3控制方案分析

（1）控制方式

输煤系统采用自动程控、远方软手操及就地手动操作相结合的控制方式，无论采用何种控制方式，当输煤系统发生严重故障时，如落煤管堵煤，皮带严重跑偏等，控制系统都能联锁跳闸。

（2）运行联锁方式

正常启动时的联锁方式:

输煤设备由后向前逆煤流启动。

即从最后一条皮带及与其有关设备开始启动，直到第一条皮带及与其有关设备启动后，才开始供煤。

正常停止时的联锁方式:

停运时按顺煤流方向，先停供煤设备，然后从第一台至最后一台设备依次停止，每台设备之间按预定的延时时间发停机命令，以保证设备停机后处于空载状态。

故障时:

故障点及其下游设备停机，故障点上游设备保持工作状态不变。

（3）自动控制方式

根据生产调度要求，在上位机CRT画面设备流程选择菜单里面设定运行方式，直接选择启动。

（4）自动配煤功能

原煤仓在程序控制时通过煤仓间的远程站实现自动加仓配煤。

给煤机给煤量的调节由PLCAO模块输出信号至变频器，再由变频器控制叶轮给煤机。

在配煤时，首先实行低煤位优先配煤，加仓起始，先顺序给报警的超低煤位仓配煤，并配一定数量的煤，消除煤仓超低煤位状态。

依次给出现低煤位的仓顺序配煤，消除煤仓的所有低煤位信号。

当所有低煤位消失后，再进行顺序配煤，顺序配煤过程中，如果出现超低煤位或比正在配煤的煤仓煤位低0.5m的低煤位煤仓，则停止原煤仓顺序加仓程序，优先为超低煤位、低煤位仓配煤，配一定数量后，再转入顺序加仓程序。

余配煤程序:

当全部煤仓出现高煤位信号后，自动顺序停止输煤系统的运行，并将余煤均匀分配给各煤仓。

在配煤过程中，能自动跳过高煤位仓和检修仓。

（5）手动配煤功能

手动配煤根据操作员站CRT画面中每个仓的实时煤位逐一配煤。

（6）挂牌检修功能

  当就地没备正在检修时，为了检修人员的安全，防止集控室操作人员误操作，在上位机CRT画面上，可对正在检修的就地设备选择挂牌检修提示，一旦某个设备选择挂牌检修，pLC程序就进行相应处理，对此设备的控制信号将不会输出。

第3章基于组态王的输煤控制系统设计

3.1创建组态画面

（1）建立新画面

双击组态王6.53的快捷方式，弹出新建画面对话框，如图3-1所示。

图3-1新建画面

（2）开发系统界面

单击此快捷键，弹出新建工程对话框建立组态王工程。

点击工程管理器上的“新建”，弹出“新建工程向导之一”，接下来一直按下一步直到点击完成后会出现“是否将新建的工程设为组态王当前工程”的提示，选择“是”即可新建一工程，然后双击“我的工程”，接下来在输入自己所要开发的画面名称如图3-2所示。

图3-2开发系统界面

（3）使用工具箱

绘制图素的主要工具放置在图形编辑工具箱内。

当画面打开时，系统默认的工具箱则会自动显示。

①如果工具箱没有出现，则选择“工具”菜单中的“显示工具箱”将打开。

图3-3工具箱图3-4调色板

②在工具箱中单击文本工具

，在画面上输入文字：

反应车间监控画面。

③使用调色板：

选择“工具”菜单中的“显示调色板”，或在工具箱中选择

按钮，弹出调色板画面，如图3-3所示：

选中文本，在调色板上按下“对象选择按钮区”中“字符色”按钮，如图3-4所示，然后在“选色区”选择某种颜色，则该文本就变为相应的颜色。

④使用图库管理器选择“图库”菜单中“打开图库”命令或按F2键打开图库管理器，使用图库管理器降低了工程人员设计界面的难度，用户更加集中精力于维护数据库和增强软件内部的逻辑控制，缩短开发周期；同时用图库开发的软件将具有统一的外观，方便工程人员学习和掌握；另外利用图库的开放性，工程人员可以生成自己的图库元素。

3.2定义变量

在工程浏览器中选择数据词典，新建变量名，如图3-5所示。

图3-5定义变量

3.3原煤系统流程图

由组态王来模拟输煤控制系统，该系统用来对原煤输送进行监控，将原煤输送时各个运行参数实时采集到组态王对应变量中，组态王可读取PLC监测到的设备运行状态、模拟量采样数据等信息，有组态王统一管理，给出系统各部分运行趋势，并根据系统设置一定的控制算法，保持系统正常运行。

使用组态王来建立一个原煤系统流程图，如图3-6所示。

图3-6原煤系统流程图

3.4主控界面

使用组态王在画面上绘制出输煤控制系统的工作部件，在图库中找到相应的部件，将输煤控制系统的工作流程完整的显示出来。

写好各个部件的名称，调整各部件的大小和颜色使得画面整齐美观。

组态王开发系统编制应用程序过程中要考虑以下三个方面：

（1）图形,是用抽象的图形画面来模拟实际的工业现场和相应的工控设备。

（2）数据,就是创建一个具体的数据库,并用此数据库中的变量描述工控对象的各种属性,比如输送速率等。

（3）连接,就是画面上的图素以怎样的动画来模拟现场设备的运行,以及怎样让操作者输入控制设备的指令

如图3-7和3-8所示，显示了输煤控制系统的主要控制界面。

图3-7主控界面运行前的图像

图3-8主控界面运行后的图像

3.5趋势界面

趋势曲线用来反应变量随时间的变化情况。

趋势曲线有两种：

实时趋势曲线和历史趋势曲线。

在组态王中可以通过图库可方便的绘制曲线画面，如图3-9和3-10所示。

图3-9历史趋势曲线运行前的图

图3-10历史曲线运行后的图

第4章结论与体会

通过此次的设计，我学到了很多知识，在报告的写作过程中，通过查资料和搜集有关的文献，培养了自学能力和动手能力。

并且由原先的被动的接受知识转换为主动的寻求知识，这可以说是学习方法上的一个很大的突破。

在以往的传统的学习模式下，我们可能会记住很多的书本知识，但是通过课程设计设计，我们学会了如何将学到的知识转化为自己的东西，学会了怎么更好的处理知识和实践相结合的问题。

在设计的过程中也学到了做任何事情所要有的态度和心态，首先做学问要一丝不苟，对于设计过程中出现的任何问题和偏差都不要轻视，要通过正确的途径去解决，在做事情的过程中要有耐心和毅力，不要一遇到困难就打退堂鼓，只要坚持下去才可以找到思路去解决问题的。

而且要学会与队友合作，这样做起事情来才可以事半功倍！

通过为期一周的课程设计，我深刻体会到了自己知识的匮乏。

我深深的感觉到自己知识的不足，自己原来所学的东西只是一个表面性的，理论性的，而且是理想化的。

根本不知道在现实中还存在有很多问题。

真正的能将自己的所学知识转化为实际所用才是最大的收获，也就是说真正的能够做到学为所用才是更主要的。

设计一个很简单的电路，所要考虑的问题，要比考试的时候考虑的多的多。

在课程设计中我充分的应用了课本的基础知识，把所学的知识应用到实践中，补充了一些知识的不足。

在设计的过程中遇到的问题，能通过老师的帮助和自己的努力基本了解组态王的软件的使用，了解输煤控制系统的基本原理，我了解到先进技术的重要性。

通过这次课程设计，我对所学过的知识有了一个新的认识。

提高了我考虑问题，分析问题的全面性以及动手操作能力。

又掌握了一门比较实用的专业软件。

参考文献

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