锅炉车间输煤机组控制系统设计以及实现学士学位论文.docx

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锅炉车间输煤机组控制系统设计以及实现学士学位论文

目录之中。

机电工程学院

课程设计说明书

设计题目:

锅炉车间输煤机组控制系统设计

学生姓名：

学号：

专业班级：

指导教师：

2011年12月22日

内文摘要

本设计首先阐述了锅炉自动输煤系统的基本构成及特点，然后通过对基于继电器锅炉输煤系统和基于PLC的锅炉输煤系统对比论证，根据控制要求，本设计

采用PLC控制，实现自动化控制。

在硬件方面，本文着重对PLC、继电器、电动机等选型进行了设计，同时给出了各高级单元的使用及设定情况；在软件方面，提供了原理图、接线图和梯形图。

除此之外，也充分考虑了实际应用中的要求，设计时考虑到了成本、功耗、安全性、稳定性、等诸多问题，具有一定的合理性和可行性。

用PLC输煤程控系统，不但实现了设备运行的自动化管理和监控，提高了系统的可靠性和安全性，而且改善了工作环境，提高了企业经济效益和工作效率。

因此PLC电气控制系统具有一定的工程应用和推广价值。

PLC不仅能实现自动化控制，还具有快速响应，便于维修等诸多特点，比一般的继电器接触器控制系统优越了很多，而且单机运行时都有音响提示，因此安全性也较好，程序设计也不是十分复杂。

关键词：

锅炉自动输煤系统；PLC；自动化；可靠性

第1章前言

1.1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。

1.2输煤系统简介

随着生产过程的控制规模不断增大，运行参数越来越高，生产设备及其相应的热力设备和系统更加复杂。

输煤系统是热力系统的重要组成部分，是锅炉车间燃料供应的有力保证。

输煤机组工作效率的提高是整个工艺过程的关键因素，而整个输煤过程往往采用远程控制，这就对自动控制系统的设计提出了更高的要求，传统方法不能得到满意的测控效果。

因此，在输煤系统中往往选择比较有优势的PLC（可编程控制器）控制系统，使整个控制过程具有正常运行、事故处理、参数监测、故障报警、装置调控、危险保护等功能。

输煤系统的主要特点有：

1.系统设备多。

设备种类多。

给煤机、翻车机、斗轮堆取料机、皮带输送机、碎煤机、筛煤机、犁煤器、三通挡板、除尘器、取样机、煤味监测装置、皮带秤等。

设备数量多。

电厂输煤系统设备数量一般均为100多台。

2.系统分部广。

输煤系统设备布设分散、作业线长、运行方式灵活多变，分部一般在几公里的范围内，有的大型火电厂甚至更远。

3.系统故障点多。

皮带的拉断、跑偏、超载、撕裂；碎煤机的超温、超振；三通挡板及犁煤器等的卡死或不到位；皮带、筛煤机的堵煤现象等。

4.工艺流程复杂。

多种煤源设备取煤通过电动三通挡板的切换经皮带输送机（一般均为双路）传送到原煤仓。

可以组成几十种甚至上百种工艺流程。

5系统运行环境恶劣。

输煤系统运行环境粉尘飞扬，水、灰、煤粉比比皆是，特别市夏日煤仓气温高达50℃。

1.3PLC简介

在PLC问世之前，工业控制领域中是继电器占主导地位。

但继电器控制领域有着十分明显的缺点：

体积大、耗电多、可靠性、寿命短、运行速度慢、适应性差、尤其当生产工艺发生变化时，就必须重新设计、重新安装，造成时间和资金的严重浪费。

为了改变这一现状，PLC控制系统产生了。

继1969年美国数字设备公司研制出世界第一台PLC，并在通用汽车公司自动装配线上试用，获得了成功，从而开创了工业控制新时期，从此，可编程控制器这一新的控制技术迅速发展起来了。

在许多领域都有广泛的应用。

PLC的优点是：

可靠性高，耗电少，适应性强，运行速度快，寿命长等，为了进一步提高输煤机的功能和性能，避免传统控制的一些弊端，就提出了用PLC来控制输煤机组这个课题。

第2章PLC控制系统设计

2.1硬件系统设计

2.1.1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2-1.

电源

回收机

2#送煤机

提升

机

破碎

机

1#送煤机

给料器及磁选料器

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。

2.1.2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3-1模块连接图。

图2-1模块连接图

2.2软件系统设计

2.2.1I/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表2-1

表2-1PLC输入输出接口地址分配表

输入接口地址：

序号

工作名称

文字符号

输入口

1

输煤机组手动控制开关

SA1-1

I0.0

2

输煤机组自动控制开关

SA1-2

I0.1

3

输煤机组自动开车按钮

SB1

I0.2

4

输煤机组自动停车按钮

SB2

I0.3

5

输煤机组紧急停车按钮

SB3

I0.4

6

给料器磁选料器手动按钮

SB4

I0.5

7

1#送煤机手动按钮

SB5

I0.6

8

破碎机手动按钮

SB6

I0.7

9

提升机手动按钮

SB7

I1.0

10

2#送煤机手动按钮

SB8

I1.1

11

回收机手动按钮

SB9

I1.2

12

M1-M6，YA运行正常信号

KM

I1.3

13

M1-M6,YA过载保护信号

FR

I1.4

输出接口地址：

序号

工作名称

文字符号

输出口

1

给料器磁选料器接触器

KM1

Q0.0

2

1#送煤机接触器

KM2

Q0.1

3

破碎机接触器

KM3

Q0.2

4

提升机接触器

KM4

Q0.3

5

2#送煤机接触器

KM5

Q0.4

6

回收机接触器

KM6

Q0.5

7

2#送煤机Y形启动接触器

KM7

Q0.6

8

2#送煤机三角形启动接触器

KM8

Q0.7

9

破碎机Y形启动接触器

KM9

Q1.0

10

破碎机三角形启动接触器

KM10

Q1.1

11

手动运行指示灯

HL7

Q2.0

12

紧急停车指示灯

HL8

Q2.1

13

系统正常运行指示灯

HL9

Q2.2

14

系统故障运行指示灯

HL10

Q2.3

15

报警电铃

HA

Q2.4

16

输煤机组单机运行指示

HL1

Q2.5

17

输煤机组单机运行指示

HL2

Q2.6

18

输煤机组单机运行指示

HL3

Q2.7

19

输煤机组单机运行指示

HL4

Q3.0

20

输煤机组单机运行指示

HL5

Q3.1

21

输煤机组单机运行指示

HL6

Q3.2

2.2.2PLC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2-2I/O接线图

2.3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：

2.4语句表

ORGANIZATION_BLOCK主程序:

OB1

TITLE=程序注释

BEGIN

Network1//网络标题

//网络注释

LDSM0.1

SS0.0,1

RS0.1,14

Network2

LSCRS0.0

Network3

LDI0.1

AI0.2

ANI0.4

ANI1.4

SCRTS0.1

Network4

SCRE

Network5

LDSM0.1

SM2.0,1

TONT37,50

Network6

LDT37

SCRTS0.2

RM2.0,1

Network7

SCRE

Network8

LSCRS0.2

Network9

LDSM0.1

LPS

SQ0.5,1

SQ3.2,1

TONT38,100

AI1.4

SCRTS2.0

LPP

AI0.4

SCRTS2.2

Network10

LDT38

SCRTS0.3

Network11

SCRE

Network12

LDSM0.0

LPS

SQ0.4,1

TONT203,100

ANT203

SQ0.6,1

LRD

AT203

SQ0.7,1

RQ0.6,1

LPP

LPS

SQ3.1,1

TONT39,100

AI1.4

SCRTS2.0

LPP

AI0.4

SCRTS2.0

Network13

LDT39

SCRTS0.4

Network14

SCRE

Network15

LSCRS0.4

Network16

LDSM0.0

LPS

SQ0.3,1

SQ3.0,1

TONT40,100

AI1.4

SCRTS2.0

LPP

AI0.4

SCRTS2.2

Network17

LDT40

SCRTS0.5

Network18

SCRE

Network19

LSCRS0.5

Network20

LDSM0.0

LPS

SQ0.2,1

TONT204,100

ANT204

SQ1.0,1

LRD

AT204

SQ1.4,1

RQ1.0,1

LPP

LPS

SQ2.7,1

TONT41,100

AI1.4

SCRTS2.0

LPP

AI0.4

SCRTS2.2

Network21

LDT41

SCRTS0.6

Network22

SCRE

Network23

LSCRS0.6

Network24

LDSM0.0

LPS

SQ0.1,1

SQ2.6,1

TONT42,100

AI1.4

SCRTS2.0

LPP

AI0.4

SCRTS2.2

Network25

LDT42

SCRTS0.7

Network26

SCRE

Network27

LSCRS0.7

Network28

LDSM0.0

LPS

SQ0.0,1

SQ2.5,1

TONT43,100

AI1.4

SCRTS2.0

LPP

AI0.4

SCRTS2.2

Network29

LDT43

SCRTS1.0

Network30

SCRE

Network31

LSCRS1.0

Network32

LDSM0.0

SQ2.2,1

AI0.3

SCRTS1.1

Network33

SCRE

Network34

LSCRS1.1

Network35

LDSM0.0

SM2.1,1

TONT44,50

Network36

LDT44

SCRTS1.2

RM2.1,1

Network37

SCRE

Network38

LSCRS1.2

Network39

LDSM1.0

RQ0.0,1

RQ2.5,1

RQ2.2,1

TONT45,100

Network40

LDT45

SCRTS1.3

Network41

SCRE

Network42

LSCRS1.3

Network43

LDSM0.0

RQ0.1,1

RQ2.6,1

TONT46,100

Network44

LDT45

SCRTS1.4

Network45

SCRE

Network46

LSCRS1.4

Network47

LDSM0.0

RQ0.2,1

RQ1.1,1

RQ2.7,1

TOFT47,100

Network48

LDT47

SCRTS1.5

Network49

SCRE

Network50

LSCRS1.5

Network51

LDSM0.0

RQ0.3,1

RQ3.0,1

TONT48,100

Network52

LDT48

SCRTS1.6

Network53

SCRE

Network54

LSCRS1.6

Network55

LDSM0.0

RQ0.4,1

RQ0.7,1

RQ3.1,1

TONT49,100

Network56

LDT49

SCRTS1.7

Network57

SCRE

Network58

LSCRS1.7

Network59

LDSM0.0

RQ0.5,1

RQ3.2,1

SCRTS0.0

Network60

SCRE

Network61

LSCRS2.0

Network62

LDI1.4

SCRTS2.1

Network63

SCRE

Network64

LSCRS2.1

Network65

LDSM0.0

LPS

ANT205

=M2.2

LRD

=Q2.3

LRD

TONT205,200

LRD

RQ0.0,10

LRD

RQ2.5,6

LPP

RQ2.2,1

Network66

LDNI1.4

SCRTS0.0

Network67

SCRE

Network68

LSCRS2.2

Network69

LDI0.4

SCRTS2.3

Network70

SCRE

Network71

LSCRS2.3

Network72

LDSM0.0

LPS

ANT206

=Q2.4

LRD

TONT206,100

LRD

RQ2.2,1

LRD

RQ2.5,6

LRD

RQ0.0,10

LRD

ANT207

=Q2.1

LRD

ANT208

TONT207,10

LPP

AT207

TONT208,10

Network73

LDNI0.4

SCRTS0.0

Network74

SCRE

Network75

LDM2.0

OM2.1

OM2.2

OM2.3

=Q2.4

Network76

LDSM0.1

AI0.1

SS0.0,1

Network77

LDI0.0

ANI0.4

ANI1.4

=M0.0

Network78

LDM0.0

=Q2.0

AI0.5

=Q0.0

=Q2.5

Network79

LDM0.0

AI0.6

=Q0.1

=Q2.6

Network80

LDM0.0

AI0.7

LPS

=Q0.2

TONT200,100

ANT200

ANQ1.1

=Q1.0

LRD

AT200

ANQ1.0

=Q1.1

LPP

=Q2.7

Network81

LDM0.0

AI1.0

=Q0.3

=Q3.0

Network82

LDM0.0

AI1.1

LPS

=Q0.4

TONT201,100

ANT201

ANQ0.7

=Q0.6

LRD

AT201

ANQ0.6

=Q2.7

LPP

=Q3.1

Network83

LDM0.0

AI1.2

=Q0.5

=Q3.2

Network84

LDQ0.0

OQ0.1

OQ0.2

OQ0.3

OQ0.4

OQ0.5

LPS

E