热电厂输煤自动控制系统的设计.docx

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热电厂输煤自动控制系统的设计

石家庄铁道大学四方学院毕业设计

热电厂输煤自动控制系统的设计

TheDesignofCoalPowerPlantControlSystem

2013届电气工程系

专业电气工程及其自动化

学号

学生姓名

指导教师

完成日期2013年5月27日

毕业设计任务书

题　目

热电厂输煤自动控制系统的设计

学生姓名

学号

班级

专业

电气工程及其自动化

承担指导任务单位

电气工程系

导师

姓名

导师

职称

讲师

一、主要内容

热电厂输煤系统分卸煤与上煤两大部分。

料斗和1#—3#皮带负责把煤由铁路从煤场输送到配煤场。

煤在配煤场经碾碎去渣和铁硝石，由给煤机给煤经4#A—7#A到0#或者4#B—7#B到0#送进锅炉，共12条皮带，配煤场靠近铁路，与发电房侧的电控室相距1000M。

方案要求用一台PLC控制卸煤、给煤，PLC与PC之间不通讯。

二、基本要求

1.系统启动前各台设备预警；

2.地面输煤生产线上各设备按逆煤流方向顺序延时起动，按顺煤流方向顺序延时停车；

3.输煤线上任一设备因故障或其它原因停车时，来煤方向各设备立即停车，顺煤方向顺序延时停车，以避免堆煤，减少皮带压煤；

4.在紧急情况下，任一设备都可通过现场急停按钮实现紧急停车；

5.对各台设备的运转状态实时自动检测，并将信息传输给PLC；

6.各台设备的运转情况及故障报警等信息都可以由显示灯显示出来。

三、主要技术指标（或研究方法）

1.设计应贯彻最新国家标准；

2.根据控制选择PLC型号，分配I/O端口；

3.设计I/O电路，选择电器元件；

4.绘制电气控制系统图，梯形图，绘制用户程序短语表并模拟调试；

5.编制元件清单；

6.编写设计、使用说明书。

四、应收集的资料及参考文献

1.《小型可编程序控制器原理与实践》　　辽宁科技出版社

2.《可编程控制器应用技术》　　　　　　机械工业出版社

3.《建筑电气控制技术》窦晓霞高等教育出版社

4.《现代建筑电气控制技术应用》陈志新机械工业出版社

五、进度计划

第1-2周：

收集资料，作开题报告。

第3-4周：

分析、确定方案。

第5-7周：

系统软、硬件设计；

第8周：

中期检查。

第9-12周：

模拟调试。

第13-14周：

论文审核定稿。

第15-16周：

答辩。

教研室主任签字

时　间

　　年　月日

毕业设计开题报告

题　目

热电厂输煤的自动控制

学生姓名

学号

班级

专业

电气工程及其自动化

一、课题来源及研究的目的和意义

随着我国电力事业的飞速发展，火电厂单机容量及生产过程的控制模块不断增大，裕兴参数越来越高，主辅机及其相应的热力设备和系统更加复杂。

输煤系统是电力生产燃料供应的有利保证，是电厂辅助系统的重要组成部分。

因此在输煤系统中选择比较有优势的PLC控制系统，整个控制过程具有正常运行及事故处理、各种参数的监测，报警信号的发出、装置的调节、控制及设备危险时的保护功能。

实践证明PLC系统可以有效的防止事故的扩大，保证设备和人身的安全。

二、国内外在该方向的研究现状及分析

国外火力发电厂输煤系统大多数以采用PLC+计算机控制方式来实行高效的自动化生产，以国外某火力发电厂输煤系统为例，该输煤控制系统采用PLC控制系统，选用的是罗克韦尔公司系列产品，PLC主机为2台（双机双揽热备用），备用装置与工作主机进行在线跟踪，在工作主机故障，退出运行时，备用主机可以进行无惯性的切换，接替主机的工作，一保证控制系统的无扰动运行，。

操作员、程师站都配置iFix3.5软件，互为冗余。

保证输煤控制系统的信息在网络上正确的传递，实现本地的监控的需要。

这样从系统的角度来看，从下位PLC的CPU，通讯模块，交换机，网线到上位的监控计算机和监控原件，消除了单点故障，系统具有很高的可用性和可靠性。

国内早起火力发电厂输煤系统大多数采用的是就地手动控制方式或集中控制方式，即是一种基于继电接触器和技工手动方式的半自动化系统，一般在每条皮带附近均没有一个就地操作室，每个操作室内都需要人员进行监视和操作，并且通过电话，广播等形式实现系统的联动。

这种设计不仅需要占用大量的人力资源，大大降低了电厂的生产效率，同时，由于现场环境的十分恶劣，对员工的身体也早造成了很大的伤害。

目前国内较新的火力发电厂中只属于辅机系统之一，从而导致对整个输煤系统往往缺少重视，缺乏统筹考虑及规划，多数仍就采用集中程序控制方式，却并没有采用最先进的微机分级控制方式，最终使其无法体现出当今自动化系统的优秀特性。

输煤系统是火力发电厂中较为庞大的一个辅助系统。

随着我国电力工业的迅速发展，火电厂的装机容量和单机容量的日益增大输煤系统的规模也大幅度的上升，对其控制方式、运行水平的要求也越来越高。

输煤程控系统主要是可编程控制器为主，实现输煤系统的自动化控制。

与强电集中的控制相比，在技术上具有控制功能强，编程简单，实现工艺联锁方便，可省去大量接线，维护方便。

PLC不仅能完成复杂的继电器控制逻辑，而且也可以实现模拟量的控制实现远程通讯。

目前，PLC在输煤系统的应用基本上限于设备级，各系统处于各自的PLC控制下互相间基本独立。

输煤系统实现城程序控制盒工业电视系统监视对提高输煤系统的可靠性、减少岗位人员和他们的劳动强度，加强输煤过程的运行管理和节能，实现状态检修具有非常重要的意义。

三、主要研究内容

1.系统启动前各台设备预警；

2.地面输煤生产线上各设备按逆煤流方向顺序延时起动，按顺煤流方向顺序延时停车；

3.输煤线上任一设备因故障或其它原因停车时，来煤方向各设备立即停车，顺煤方向顺序延时停车，以避免堆煤，减少皮带压煤；

4.在紧急情况下，任一设备都可通过现场急停按钮实现紧急停车；

5.对各台设备的运转状态实时自动检测，并将信息传输给PLC；

6.各台设备的运转情况及故障报警等信息都可以由显示灯显示出来。

四、研究方案

本设计主要以传送带输煤为设计对象，采用PLC控制技术，保证输煤系统稳定可靠运行。

PLC控制系统主要包括电动机，料斗电磁阀，犁煤机，可编程控制器。

本设计中有12台传送带电机，2台犁煤机，电动机选择30kw的功率。

系统具有自动和手动操作功能和故障报警，根据上述设计要求，进行系统总控制的方案设计。

PLC硬件设备的选型，I/O输入输出点数，系统的硬件连接图，设计梯形图的程序并且程序进行调试和仿真。

五、预期达到的目标：

设计利用三菱的PLC控制皮带输送机输送过程中的各时间继电器和中间继电器。

在上煤时，依次启动每台电动机，避免系统遭受过分冲击，稳定启动过程，在停止上煤时，使各皮带机反顺序停，保证输煤的稳定运送，避免皮带机的积料等问题，从而使得继电器控制系统的硬件结构简化，稳定性可靠性大为提高。

指导教师签字

时间

年月日

摘　要

传统的热电厂输煤控制系统是一种基于继电接触器的系统,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，传统的输煤系统己无法满足发电厂的需要。

本设计以PLC控制技术为核心，以传送带输煤为设计对象，让传送带依次延时逆煤启动，延时顺煤方向停止，自动进行上煤和卸煤功能，并且具有上煤和卸煤的预警信号和故障时自动报警的能力，输煤系统的传送带是由电动机提供动力，利用GXDeveloper来进行仿真，可以直接观看各个传送带的运行状态。

采用整个控制系统结构简单，维修方便，经济适用。

本文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。

最终实现了由料斗和1#-3#皮带依次启动输送至配煤场，再由4#-7#皮带传送至锅炉。

关键词：

　输煤控制系统　传送带　PLC　

Abstract

Conventionalthermalpowerplantcoalhandlingsystemisbasedonrelaycontactssystem,becausecoalhandlingsystemenvironmentisverybadscene,notonlygreatlydamagedthehealthofworkers,andbecausethecoalhandlingsystemrange,oftenwithbeltdeviation,belttearcrackandcoalchuteblockagesocumbersome,greatlyreducingtheproductivityofplants.Astheplantgrows,thedemandforcoalhasgreatlyimprovedthetraditionalcoalhandlingsystemhasbeenunabletomeettheplant'sneeds.

ThedesignofPLCcontroltechnologyasthecore,coalconveyordesignobjects,sointurndelaycountercoalconveyorstart,stopdelaydirectionalongthecoal,coalandcoalunloadingonautomatically,italsohastheunloadingofcoalandwarningsignalwhentheautomaticalarmandfaultcapacity,coalconveyorsystemispoweredbyanelectricmotor,tosimulatetheuseofGXDeveloper,youcandirectlywatchtherunningstatusofeachbelt.Usingtheentirecontrolsystemissimple,easymaintenance,affordable.

Inthispaper,givefullconsiderationtotheroleandoperationofcoalhandlingsystemreliabilitybasedonthedesignofatwo-waymulti-segmentmutualbackupcoalhandlingsystem,fromthestructuretoensurethecoalhandlingsystemreliability.Ultimatelyrealizedbythehopperand1#-3#converyorbeltstartstoturncoalfield,thenby4#-7#andsenttotheboilerbelt.

Keywords:

　Coaltransfer　Conveyor　PLC

目　录

第1章　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，发电厂的输煤系统也采用皮带传输。

热电厂输煤系统是热工厂中较为庞大的一个公用系统，其任务是卸煤、配煤、上煤以达到按时、保质、保量的为机组提供燃煤的目的。

1.1　课题研究的目的意义

传统的热电厂输煤控制系统是一种基于继电接触器，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煤机向锅炉前的储煤仓输煤，经常有皮带跑偏、皮带撕裂及落煤管堵塞等等故障。

但对热电厂而言，蒸汽工序的炉膛是不容许断煤的。

输煤系统工作时尽量将煤装满储煤仓，不仅可以保证输煤系统故障时，工人们有足够的时间排除故障，也可以保证输煤设备有充分的时间检修。

随着发电厂规模的迅速扩大，输煤系统的作用日益突出，而传统的输煤系统已无法满足热电厂的需要，因此需要对传统的发电厂输煤系统进行改造。

传统输煤系统具有以下特点：

（1）任务重为了保证工业用煤，输煤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输煤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]。

1.2　国内外研究现状

国外火力发电厂输煤系统大多数以采用PLC+计算机控制方式来实行高效的自动化生产，以国外某火力发电厂输煤系统为例，该输煤控制系统采用PLC控制系统，选用的是罗克韦尔公司系列产品，PLC主机为2台（双机双揽热备用），备用装置与工作主机进行在线跟踪，在工作主机故障，退出运行时，备用主机可以进行无惯性的切换，接替主机的工作，一保证控制系统的无扰动运行，。

操作员、程师站都配置iFix3.5软件，互为冗余。

保证输煤控制系统的信息在网络上正确的传递，实现本地的监控的需要。

这样从系统的角度来看，从下位PLC的CPU，通讯模块，交换机，网线到上位的监控计算机和监控原件，消除了单点故障，系统具有很高的可用性和可靠性。

国内早起火力发电厂输煤系统大多数采用的是就地手动控制方式或集中控制方式，即是一种基于继电接触器和技工手动方式的半自动化系统，一般在每条皮带附近均没有一个就地操作室，每个操作室内都需要人员进行监视和操作，并且通过电话，广播等形式实现系统的联动。

这种设计不仅需要占用大量的人力资源，大大降低了电厂的生产效率，同时，由于现场环境的十分恶劣，对员工的身体也早造成了很大的伤害。

目前国内较新的火力发电厂中只属于辅机系统之一，从而导致对整个输煤系统往往缺少重视，缺乏统筹考虑及规划，多数仍就采用集中程序控制方式，却并没有采用最先进的微机分级控制方式，最终使其无法体现出当今自动化系统的优秀特性[2]。

1.3　论文研究内容

本文主要是利用PLC控制传送带一次启动，系统启动前各台设备预警。

在正常情况下，地面输煤生产线上各设备按逆煤流方向顺序延时起动，按顺煤流方向顺序延时停车。

输煤线上任一设备因故障或其它原因停车时，来煤方向各设备立即停车，顺煤方向顺序延时停车，以避免堆煤，减少皮带压煤。

在紧急情况下，任一设备都可通过现场急停按钮实现紧急停车。

对各台设备的运转状态实时自动检测，并将信息传输给PLC。

各台设备的运转情况及故障报警等信息都可以由显示灯显示出来。

第2章可编程序控制器的概况

2.1　PLC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）。

2.1.1　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[3]。

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。

2.1.2　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[4]。

2.1.3　可编程序控制器的特点及应用

（1）PLC的特点

PLC可靠性高，抗干扰能力强；通用性高，使用方便；程序设计简单，易学；系统设计周期短；安装简便，调试方便，维护工作量小。

（2）PLC的应用

目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类：

①开关量的逻辑控制

这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。

如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。

②模拟量控制

在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。

为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的A/D转换及D/A转换。

PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。

③运动控制

PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。

从控制机构配置来说，早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。

如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。

世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。

④过程控制

过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。

作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。

PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。

大中型PLC都有PID模块，目前许多小型PLC也具有此功能模块。

PID处理一般是运行专用的PID子程序。

过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。

⑤数据处理

现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。

这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。

⑥通信及联网

PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。

新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便[5]。

2.2　PLC控制系统的设计步骤

PLC控制系统设计包括硬件设计和软件设计。

所谓硬件设计，是指PLC外部设备的设计，而软件设计即PLC应用程序的设计。

整个系统的设计分以下5步进行：

（1）熟悉被控对象

深入了解被控系统是设计控制系统的基础。

设计人员必须深入现场，认真调查研究，收集资料，并于相关技术人员和操作人员一起分析讨论，相互配合，共同解决设计中出现的问题。

这一阶段必须对被控对象所有功能全面的了解，对对象的各种动作及动作时序、动作条件、必要的互锁与保护；电气系统与机械、液压、气动及各仪表等系统间的关系；PLC与其他设备的关系，PLC之间是否通信联网；系统的工作方式及人机界面，需要显示的物理量及显示方式等。

（2）硬件选择

①系统I/O设备的选择:

输入设备包括按纽、位置开关、转换开关及各种传感器等；输出设备包括继电器、接触器、电磁阀、信号指示灯及其它执行器等。

②选择PLC：

PLC选择包括对PLC的机型、容量、I/O模块、电源等的选择。

③PLC的I/O端口分配：

在进行I/O通道分配时应给出I/O通道分配表，表中应包含I/O编号、设备代号、名称及功能等。

④绘制PLC外围硬件线路图：

画出系统其它部分的电气线路图，包括主电路和未进入PLC的控制电路等。

由PLC的I/O连接图和PLC外围电气线路图组成系统的电气原理图,到此为止系统的硬件电气线路已经确定。

⑤计数器、定时器及内部辅助继电器的地址分配[6]。

（3）编写应用程序

根据控制系统的要求，采用合适的设计方法来设计PLC程序。

程序要以满足系统控制要求为主线，逐一编写实现各控制功能或各子任务的程序，逐步完善系统指定的功能。

程序通常还应包括以下内容：

①初始化程序：

在PLC上电后，一般都要做一些初始化的操作，为启动作必要的准备，避免系统发生误动作。

初始化程序的主要内容有：

对某些数据区、计数器等进行清零，对某些数据区所需数据进行恢复，对某些继电器进行置位或复位，对某些初始状态进行显示等等。

②检测、故障诊断和显示等程序：

这些程序相对独立，一般在程序设计基本完成时再添加。

③保护和连锁程序：

保护和连锁是程序中不可缺少的部分，必须认真加以考虑。

它可以避免由于非法操作而引起的控制逻辑混乱。

（4）程序调试

程序调试分为2个阶段，第一阶段是模拟调试、第二阶段是现场调试。

程序模拟调试：

以方便的形式模拟产生现场实际状态，为程序的运行创造必要的环境条件。

根据产生现场信号的方式不同，模拟调试有硬件模拟法和软件模拟法两种形式[7]。

①硬件模拟法是使用一些硬件设备（如用另一台PLC或一些输入器件等）模拟产生现场的信号，并将这些信号以硬接线的方式连到PLC系统的输入端，其时效性较强。

②软件模拟法是在PLC中另外编写一套模拟程序，模拟提供现场信号，其简单易行，但时效性不易保证。

模拟调试过程中，可采用分段调试的方法，并利用编程器的监控功能。

现场