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毕业设计论文

毕业设计（论文）

题目：

电厂输煤系统PLC控制设计

系别信息工程系

专业名称

班级学号

学生姓名

指导教师杨

二O一二年五月

毕业设计（论文）任务书

I、毕业设计（论文）题目：

电厂输煤系统PLC控制设计

II、毕业设计（论文）使用的原始资料（数据）及设计技术要求：

针对某热电有限公司输煤程控的实际设备情况和工艺流程的要求，对系统的硬件

、软件配置进行研究和选择，最终形成一个先进的控制方案。

整个系统的设计由上位

机管理、PLC控制、传感器测量及保护装置组成，实现输煤系统的集中自动、就地手

动操作与运行。

并实现上位机监控软件设计。

III、毕业设计（论文）工作内容及完成时间：

1.查阅文献，翻译英文资料，作开题报告2月21日～3月11日

2.框图程序设计及调试3月12日～6月5日

3.撰写毕业论文6月6日～6月26日

4.总结、准备答辩6月27日～7月1日

Ⅳ、主要参考资料：

[1]李杰，董仰宗，曹杰.可编程控制器在电厂输煤系统中的应用[J].山西电力技术，

1999

（2）：

42-44.

[2]廖常初.PLC编程及应用[M].北京：

机械工业出版社，2007.

[3]周美兰.周封，王岳宇.PLC电气控制与组态设计[M].北京：

科学出版社，2003.

[4]pauliielsen.StaetacintrolSystem.news,2004,25（53）:

25-32

[5]刘连杰.带式输料PLC控制系统[D].济南:

山东大学,2004

[6]奠其华.PLC与上位软件组成的自动配煤系统设计[J].电气应用,2007,26（6），111-114.

[7]RockwellAutomationControlNetnetworkintheproccesslogixprocess

conZrolsystem[EB/0l].

[8]王永华．现代电气控制及PLC应用技术．北京：

北京航空航天大学出版社，2003.9

信息工程系专业类班

学生（签名）：

填写日期：

2012年3月5日

指导教师（签名）：

助理指导教师（并指出所负责的部分）：

系主任（签名）：

学士学位论文原创性声明

本人声明，所呈交的论文是本人在导师的指导下独立完成的研究成果。

除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含法律意义上已属于他人的任何形式的研究成果,也不包含本人已用于其他学位申请的论文或成果。

对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式表明。

本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

作者签名：

日期：

2012年5月日

学位论文版权使用授权书

本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。

本人授权南昌航空大学科技学院可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

作者签名：

日期：

导师签名：

日期：

电厂输煤系统PLC控制设计

学生姓名：

班级：

指导老师：

杨

摘要：

电厂输煤系统一般包括卸煤系统、储煤系统、上煤系统和配煤系统几个部分，传统的电厂输煤系统是一种基于继电器和人工手动方式的半自动化系统。

具有组成设备多且位置分散、设备间连锁关系强、设备运行环境恶劣、安全性可靠性要求高等特点，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，传统的输煤系统已经无法满足发电厂的需求。

而现代的输煤系统一般采用可编程控制器（PLC）为主要控制设备的监控系统来实现对整个工艺过程的控制。

可编程控制器（PLC），是一种新型的通用自动控制装置，它将传统的继电器控制技术、计算机技术和通信技术融为一体，专门为工业控制而设计，具有功能强，通用性好、灵活，可靠性高，环境适应性好，变成简单，以及体积小重量轻能耗低等一系列优点，因此在工业上的应用越来越广泛。

本文先介绍了PLC及其发展，在详细的介绍了电厂输煤系统，对期中的几个过程进行了说明。

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，提出了基于三菱公司PLC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。

关键字：

电厂输煤系统，PLC，可靠

指导老师签字：

StudentName:

Class:

Supervisor:

yang

Abstract：

PowerPlantCoalHandingSystemtypicallyincludecoalunloadingsystem,coalstoragesystemandthetheblendingofseveralpartsofsystem,withthecompositionandlocationofequipmentandmorescattered,stronginterlockingdevicesrunningbadenvironment,safetyandreliablerequirementofhighaspectfeatures,generallytoprogrammablelogiccontroller（PLC）asthemaincontrolequipmentmonitoringsystemtoachievecontrolofthewholeprocess.

Programmablelogiccontroller（PLC）isanewkindofgeneralautumaticcontroldevice,hewilltraditionalrelaycontroltechnology,computertechnologyandcommunicationtechnology,speciallydesignedfortheindustrialcontrol,withpowerfulfunction,generally,goodflexibility,highrelibilityandgoodadaptabilitytoenvironmeng,useconvenient,simpleprogramming,andsmallvolumeweight,lowenergyconsumptionadvantagesinaseriesofindustrytodevelopmoreandmorewidelyapplied.

ThisarticlefirstintroducesthePLCanditsdevelopment,adetaileddescriptionofthecoalhandlingsystem,aredescribedintheinterimseveral.Givefullconsiderationtotheroleandoperatingreliabilityofthecoalhandlingsystembasedonthedesignofatwo-waymulti-stagebackupeachcoalhandlingsystem,fromthestructuretoensuretheoperationalreliabilityofthecoalhandlingsystem.Rangeofcoalhandlingsystem,operation,conveyercontrolsystembasedontheMitsubishiPLCimplementationoftheprogramnotonlyreducestheworkloadofthedevelopment,butalsoreducesthemaintenanceworkload,andalsoaftertheupgradeconditions。

Keywords:

powerplantcoalhandlingsystem,PLC,reliable

SignatureofSupervisor:

1引言

计算机的出现和发展，在科学技术上引起了一场深刻的革命。

计算机不仅在科学计算、数据处理等方面获得了广泛的应用，而且在自动控制领域也得到了越来越广泛的应用。

尤其是随着自动化在工业生产过程中的需求越来越高，更加促进了计算机控制技术的发展。

当今世界正处于新技术革命的时代，电子信息技术是这场世界性产业革命的先导。

在微机应用技术和范围方面，发展最快的是用于生产过程自动化的监测、显示与控制，其中尤其以发展传统产品、节能降耗为最。

在节能与环保、实现节能与文明生产、提高经济效益等一系列急切要求的推动下，国内外都很重视对工业自动化的技术履行。

越来越多的工业生产过程引入了自动化生产技术和计算机的监控技术。

在热电厂的工艺流程当中，输料系统工作效率的提高成为整个工艺过程的关键因素，同时，对于整个上料过程的远程监控也对自动控制系统的设计提出了更高的要求。

传统方法之所以不能得到满意的测控效果，究其根本原因主要是由于没有一个统一的监视、管理平台，从而无法施以科学有效的控制方法。

本课题所研究的上料集中监控系统旨在建立一个统一的监视、管理平台，从而施以科学有效的控制方法，以求得到满意的控制效果。

可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。

它可采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的命令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械和生产过程。

可编程控制器及其有关设备，都应该易于与工业控制系统联成～个整体，易于扩充功能的原则而设计。

可编程控制器（pLc）是具有高可靠性的工业自动化产品，作为监控系统的一种现场设备，因其出色的数据采集和可编程控制能力而受到了众多用户的青睐。

尤其是PLC与其它智能仪表作为现场设备，通过现场总线与工业控制计算机进行通信构成的监控系统，更是当今流行的监控方案。

在电厂的运行过程当中，煤前舱的上料是非常关键的一环，而且，自煤料进入电厂到送至煤前舱的过程当中，它的破碎、称量等等都是在皮带传输的过程当中进行的一连串的连续过程，因此，用电子计算机实现这一过程控制的必要性和重要性更大。

2可编程序控制器的产生

20世纪60年代，由于小型计算机的出现和大规模生产及多机群控的发展，人们曾试图用小型计算机来实现工业控制，代替传统的继电接触器控制。

但采用小型计算机实现工业控制价格昂贵，输入、输出电路不匹配，编程技术复杂，因而没能得到推广和应用。

20世纪60年代末期，美国汽车制造工业竞争激烈，为了适应生产工艺不断更新的需要，在1968年美国通用汽车公司首先公开招标，对控制系统提出的具体要求基本为它的继电控制系统设计周期短，更改容易，接线简单，成本低；②它能把计算机的功能和继电器控制系统结合起来。

但编程又比计算机简单易学、操作方便；③系统通用性强。

1969年美国数字设备公司根据上述要求，研制出世界上第一台可编程序控制器，并在通用公司汽车生产线上首次应用成功，实现了生产的自动控制。

其后日本、德国等相继引入，可编程序控制器迅速发展起来。

但这一时期它主要用于顺序控制，虽然也采用了计算机的设计思想，但当时只能进行逻辑运算，故称为可编程序逻辑控制器，简称PLC（ProgrammablcLogicController）。

20世纪70年代后期，随着微电子技术和计算机技术的迅猛发展，可编程逻辑控制器更多地具有计算机功能，不仅用逻辑编程取代硬接线逻辑，还增加了运算、数据传送和处理等功能，真正成为一种电子计算机工业控制装置，而且做到了小型化和超小型化。

这种采用微电脑技术的工业控制装置的功能远远超出逻辑控制、顺序控制的范围，故称为可编程序控制器，简称PC（ProgrammablcController）。

但由于PC容易和个人计算机（PersonalComputer）混淆，故人们仍习惯地用PLC作为可编程序控制器的缩写。

3可编程序控制器

从结构上分，PLC分为固定式和组合式（模块式）两种。

固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。

模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。

PLC实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同

3.1基本构成为：

3.1.1电源

　　PLC的电源用于为PLC各模块的集成电路提供工作电源，在整个系统中起着十分重要的作用。

如果没有一个良好的、可靠的电源系统是无法正常工作的，因此PLC的制造商对电源的设计和制造也十分重视。

一般交流电压波动在+10%（+15%）范围内，可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网上去。

同时，有的还为输入电路提供24V的工作电源。

电源输入类型有：

交流电源（220VAC或110VAC），直流电源（常用的为24VDC）。

3.1.2中央处理单元（CPU）

中央处理单元（CPU）是PLC的控制中枢，是PLC的核心起神经中枢的作用，每套PLC至少有一个CPU。

它按照PLC系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。

当PLC投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。

等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。

为了进一步提高PLC的可靠性，近年来对大型PLC还采用双CPU构成冗余系统，或采用三CPU的表决式系统。

这样，即使某个CPU出现故障，整个系统仍能正常运行。

　　CPU速度和内存容量是PLC的重要参数，它们决定着PLC的工作速度，IO数量及软件容量等，因此限制着控制规模。

3.1.3存储器

存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。

存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。

3.1.4输入输出接口电路（I/O模块）

PLC与电气回路的接口，是通过输入输出部分（I/O）完成的。

I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。

输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统，输出模块相反。

I/O分为开关量输入（DI），开关量输出（DO），模拟量输入（AI），模拟量输出（AO）等模块。

1．现场输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接口电路，作用是PLC与现场控制的接口界面的输入通道。

2．现场输出接口电路由输出数据寄存器、选通电路和中断请求电路集成，作用PLC通过现场输出接口电路向现场的执行部件输出相应的控制信号。

常用的I/O分类如下：

开关量：

按电压水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔离方式分，有继电器隔离和晶体管隔离。

模拟量：

按信号类型分，有电流型（4-20mA,0-20mA）、电压型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。

除了上述通用IO外，还有特殊IO模块，如热电阻、热电偶、脉冲等模块。

按I/O点数确定模块规格及数量，I/O模块可多可少，但其最大数受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制。

3.1.5底板或机架

　　大多数模块式PLC使用底板或机架，其作用是：

电气上，实现各模块间的联系，使CPU能访问底板上的所有模块，机械上，实现各模块间的连接，使各模块构成一个整体。

3.1.6功能模块

　　如计数、定位等功能模块

3.1.7通信模块

　　如以太网、RS485、Profibus-DP通讯模块等

3.1.7编程设备

　　编程器是PLC开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的器件，用于编程、对系统作一些设定、监控PLC及PLC所控制的系统的工作状况，但它不直接参与现场控制运行。

小编程器PLC一般有手持型编程器，目前一般由计算机（运行编程软件）充当编程器。

3.1.8人机界面

最简单的人机界面是指示灯和按钮，液晶屏（或触摸屏）式的一体式操作员终端应用越来越广泛，由计算机（运行组态软件）充当人机界面非常普及。

3.2可编程序控制器的特点

（1）、可靠性高，抗抗干扰能力强（平均无故障时间一般可达3—5万小时。

）　　

（2）、维修方便　　

（3）、灵活：

通用　　

（4）、功能完善　　

（5）、接线简单　　

（6）、编程简单，使用方便。

3.2.1可靠性高，抗干扰能力强

PLC用软件代替大量的中间继电器和时间继电器，仅剩下与输入和输出有关的少量硬件，接线可减少到继电器控制系统的1/10~1/100，因触点接触不良造成的故障大为减少。

高可靠性是电气控制设备的关键性能。

PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。

例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。

一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。

从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。

此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。

在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。

这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。

3.2.2硬件配套齐全，功能完善，适用性强

　　PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品，并且已经标准化、系列化、模块化，配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，用户能灵活方便地进行系统配置，组成不同功能、不同规模的系统。

PLC的安装接线也很方便，一般用接线端子连接外部接线。

PLC有较强的带负载能力，可直接驱动一般的电磁阀和交流接触器，可以用于各种规模的工业控制场合。

除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。

近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。

加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。

3.2.3易学易用

　　PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。

它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。

梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。

为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。

3.2.4容易改造

系统的设计、安装、调试工作量小，维护方便，容易改造。

PLC的梯形图程序一般采用顺序控制设计法。

这种编程方法很有规律，很容易掌握。

对于复杂的控制系统，梯形图的设计时间比设计继电器系统电路图的时间要少得多。

PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。

更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。

这很适合多品种、小批量的生产场合。

3.2.5体积小，重量轻，能耗低

以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，仅相当于几个继电器的大小，因此可将开关柜的体积缩小到原来的1/2~1/10。

它的重量小于150g，功耗仅数瓦。

由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。

3.3可编程序控制器的工作原理

　　PLC的工作原理就是无限循环扫描，扫描过程是，初始化处理；处理输入信号阶段；程序处理阶段；处理输出信号阶段。

扫描周期过程是T=（读入一点时间*点数）+（运算速度*程序步数）+故障诊断时间。

3.4可编程序控制器的性能

（1）工作环境，一般PLC的工作的温度为0设施度到55设施度，最高为60设施度，存储温度为-20设施度之+85设施度；相对温度为5%~95%。

（空气条件，周围不能混有可然性，易爆性和腐蚀性气体）　　

（2）耐振动，冲击性能强，一般PLC能承受振动和冲击频率为10~55HZ，振幅为0.5mm加速度为2g，冲击为10g　　

（3）循环扫描，一周期扫描时间为10ms左右，因此PLC故障率低，不易坏，可靠性高。

3.5可编程序控制器应用场合

1．开关量逻辑控制　　

2.模拟量闭环控制　　

3数字量智能控制　　

4数据采集与监控　　

5通讯，联网及采集控制

3.6可编程序控制器的分类

整体式：

CPU单元，存储器，I/O单元，安装在同一机体内，构成主机。

组合式：

所有单元都分散在模块上，不同的模块可以实现不同的功能。

小型机：

控制点数100~500点左右。

（整体试）　　

中形机：

控制点数500~1000点左右。

（整体试）　　

大型机：

控制点数1000以上（组合试）

3.7PLC的应用领域

3.7.1总述

　　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。

3.7.2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。

3.7.3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。

3.7.4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。

3.7.5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