毕业设计发电厂皮带运输监控系统.docx

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毕业设计发电厂皮带运输监控系统

本科毕业设计说明书

发电厂皮带运输系统监控

BELTCONVEYINGCONTROLSYSTEMINPOWERPLANT

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发电厂皮带运输系统监控

摘要

发电厂皮带输煤系统是电厂十分重要的支撑系统，是保证机组正常工作的重要条件。

本设计通过对发电厂皮带输煤系统流程控制的分析，应用西门子S7-200PLC为控制核心，以易控组态软件（INSPEC）作为上位机监控软件，对发电厂两组输煤线路共6台皮带机实现监控。

该系统采用6台PLC组成数据传输网络，达到不同的规模控制，完成一个系统内多条皮带全过程的监控、检测，连同地面指挥管理中心站，构成一个完善的集散控制系统。

关键词：

发电厂，皮带输煤系统，监控系统，INSPEC，PLC

THEMONITORINGOFBELTTRANSPORTATIONSYSTERMINPOWERPLANT

ABSTRACT

Beltcoalhandlingsystemofpowerplantisanimportantsupportsysteminpowerplant.Itistoensurethatimportantconditionsfornormalworkofunits.Thisdesignthroughtheanalysisofbeltcoalhandlingsystemofpowerplantprocesscontrols,SiemensS7-200PLCtocontrolthecoreapplication,witheasycontrolconfigurationsoftware（INSPEC）asPCmonitoringsoftware,onatotalof6oftwogroupsinpowerplantcoalconveyinglinebeltmachinemonitoring.Thenetworkdatatransmissionsystemusing6PLC,havedifferentsizecontrol,completingasystemmonitoring,detectionofthebelt,togetherwithgroundcommandCenterstation,constituteacompletedistributedcontrolsystem.

KEYWORDS:

powerplants,coalbeltconveyingsystem,monitoringsystem,INSPEC，PLC

1绪论

1.1皮带运输机的发展现状及水平

输煤系统是发电厂生产过程不可缺少的一部分。

随着发电厂向大规模、高安全、高效率方向不断发展，输煤系统也经历了不断的改革和进步。

输煤系统输送线路比较长，为保证运输系统的安全可靠，提高运输效率，对其进行完善的管理和监控是现代发电厂运输系统迫切需要的一项技术。

监测控制系统从20世纪40年代开始发展，早期的现场基地式仪表和后期的继电器构成了控制系统的前身，电气控制回路中电气元件较多，布线杂乱繁多，不易检修。

以PLC和DCS为代表构成了现在的第三代控制系统，PLC是微机技术和早期继电器技术相结合的产物，它克服了继电器的缺点，充分利用了微处理器的优点，不需要专业的计算机知识，可采用梯形图设计程序。

胶带监控最初是仅以故障监测为目的，通过模拟盘模拟显示系统运行状况；随着技术的不断发展，用户要求的不断提高，需要对故障的判断处理更准确及时，系统操作显示更清晰全面，因此本设计根据信息融合技术将保护控制系统、软启动系统、自动张紧系统，故障检测系统等信息进行融合，从而得到更详细准确的系统运行信息。

目前，我国工业控制计算机（包括工业控制计算机系统，分散型控制计算机系统、工业控制功能模块系列、自动测试系统和数控、程控装置五大系列）技术、产业和应用都有了很大的发展，我国工控机行业已经形成。

我国工控机系统的发展，大多是在引进成套设备的同时，也相继引进了各种工控机系统，并开始自己设计控制系统和装置，然后进行消化吸收，进行二次开发和应用；也有的是引进技术与外商合作合资组装生产国外产品并逐步实现国产化。

90年代以后，自动化技术正面临着第三次飞跃，第一次是五六十年代，从传统的电气传动控制发展到模拟信号为主的电子装置和自动化仪表的监控系统，这次飞跃是以微电子技术的进步为基础的。

第二次则是在七八十年代，集散控制系统DCS（DistributedControlSystem）的出现，把分散的、单回路的测控系统采用计算机进行了统一的管理，用I/O功能模板代替了控制室的仪表，利用计算机高速运算的强大功能，集中实行了回路调节、工况联锁、参数显示报警、历史数据存储、工艺流程动态显示等多种功能，在大型控制系统中往往还带有操作指导和专家系统等软件。

DCS对工业控制技术的发展起到了极大的推动作用。

可编程控制器（PLC）的发展起源于70年代，首先在汽车工业中大量应用，80年代走向成熟，奠定了在工业控制中不可动摇的地位。

进入90年代，在技术上又有了新的突破，PLC的处理速度、运算和控制功能应用于通信芯片商品，使PLC从专有性控制器向开放性发展，在应用范围和应用水平上，为实现ELC（电气控制、仪表控制、计算机控制）一体化打开了新的局面。

DCS控制系统中，也越来越多地采用了各种智能数字调节器和PLC，新型的数字调节器PLC不仅容量更大，速度更快，而且都具有较强的联网通信能力，可以采用以廉价的双绞线为传输介质的现场总线网，将作为主结点的现场控制站与作为从结点的数十个数字调节器、PLC或数字智能变送器连接在一起，也可以将数台PLC通过网点直接接入高速数据公路，组成过程控制级的顺序控制站。

在此基础上，一些PLC生产厂商为其新一代的通用PLC系列又增加了许多专为过程控制而设计的控制功能。

增添了“超前滞后”、工程量变换、报警、斜坡函数和高精度模拟量I/O等特殊处理算法。

过去仅限于大型DCS系统中使用的其他一些先进的过程控制功能，也开始在PLC中出现。

这使得PLC系统具备了DCS的形态，基于PLC的DCS系统目前在国内外得到广泛的应用。

1.2课题的来源及背景

发电厂皮带机集控系统运行安全可靠与否直接影响发电厂的经济效益。

为提高系统的可靠性和安全性，实施集中监控，实现系统的综合保护和集中监控，是十分必要的。

在全球工业计算机控制领域，围绕开放与再开放过程控制系统、开放式过程制软件、开放性数据通信协议，已经发生巨大变革，几乎到处都有PLC，但这种趋势也许不会继续发展下去。

随着软PLC（SoftPLC）控制组态软件技术的诞生与进一步完善和发展，安装有SoftPLC组态软件和基于工业PC控制系统的市场份额正在逐步得到增长，这些事实使传统PLC供应商在思想上已经发生了戏剧性的变化，他们必须面对现实，在传统PLC的控制软件来讲。

这是PLC控制器的核心，PLC供应商正在向工业用户提供开放式的编程组态工具软件，而且对于工业用户表现得非常积极。

此外，开放式通信网络技术也得到了突破,最终是将PLC融入更加开放的工业控制行业。

目前，计算机和可编程序控制器组成的分布式控制系统已在国内运煤自动化中得到了广泛的运用。

1.3研究本课题的意义

在市场经济条件下，工业企业为了提高自身的竞争力就要进行技术改造。

在我国，目前国家新建项目所占比例较小，而现有的企业技术改造势在必行。

随着科学技术的发展，如何利用现有的资金，有效地进行企业的技术改造是一个带有普偏意义的课题。

要完成现有企业的自动化改造任务，必须要善于总结经验，充分掌握国外自动化及其产品的动态，切实地结合本国，本企业的具体情况加以应用，从而探索一条具有中国特色的自动化道路。

本课题着眼于中小型控制系统，根据对运输机械电气控制的分析，设计具有工控管理级，控制级和现场设备级通信网络的皮带运输线程控分包技术的PLC控制系统。

该技术在节省了近千万资金外，大大的提高了工作效率。

2可编程控制器概述

2.1可变陈控制器的定义

可编程控制器（ProgrammableController）是计算机家族中的一员，是为工业易于而设计制造的。

早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器（ProgrammableLogicController），简称PLC。

国际电工委员会（IEC）对PLC的定义是：

“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。

它采用可编程序的存储器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各类型的机械或生产过程。

可编程控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。

”

2.2可编程控制器的发展

在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。

传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。

1968年美国GM（通用汽车）公司提出取代继电气控制装置的要求，1969年，美国数字设备公司（GEC）首先研制成功第一台可编程序控制器，称ProgrammableController（PC）。

并在通用汽车公司的自动装配线上试用成功，从而开创了工业控制的新局面。

接着，美国国MODICON公司也开发出可编程序控制器084.个人计算机（简称PC）发展起来后，为了方便，也为了反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为ProgrammableLogicController（PLC），现在，仍常常将PLC简称PC。

1971年，日本从美国引进了这项新技术，很快研制出了日本第一台可编程序控制器DSC-8。

1973年，西欧国家也研制出了他们的第一台可编程序控制器。

我国从1974年开始研制，1977年开始工业应用。

早期的可编程序控制器是为取代继电器控制线路、存储程序指令、完成顺序控制而设计的。

主要用于：

1.逻辑运算2.计时，计数等顺序控制，均属开关量控制。

所以，通常称为可编程序逻辑控制器（PLC—ProgrammableLogicController）。

进入70年代，随着微电子技术的发展，PLC采用了通用微处理器，这种控制器就不再局限于当初的逻辑运算了，功能不断增强。

因此，实际上应称之为PC——可编程序控制器。

至80年代，随大规模和超大规模集成电路等微电子技术的发展，以16位和32位微处理器构成的微机化PC得到了惊人的发展。

使PC在概念、设计、性能、价格以及应用等方面都有了新的突破。

不仅控制功能增强，功耗和体积减小，成本下降，可靠性提高，编程和故障检测更为灵活方便，而且随着远程I/O和通信网络、数据处理以及图象显示的发展，使PC向用于连续生产过程控制的方向发展，成为实现工业生产自动化的一大支柱。

上世纪80年代至90年代中期，是PLC发展最快的时期，年增长率一直保持为30~40%。

在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。

2.3可编程控制器的特点

1.编程方法简单易学

梯形图是使用得最多的可编程序控制器的编程语言，其电路符号和表达方式与继电器电路原理图相似。

梯形图语言形象直观，易学易懂，熟悉继电器电路图的电气技术人员只要花几天时间就可以熟悉梯形图语言，并用来编制用户程序。

2.功能强，性能价格比高

一台小型可编程控制器内有成百上千个可供用户使用的编程元件，有很强的功能，可以实现非常复杂的控制功能；与相同功能的继电器相同相比，具有很高的性能价格比。

可编程序控制器可以通过通信连网，实现分散控制，集中管理。

3.硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强

可编程控制器产品已经标准化、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。

可编程控制器的安装接线也很方便，一般用接线端子连接外部接线。

可编程控制器有较强的带负载能力，可以直接驱动一般的电磁阀和交流接触器。

4.可靠性高，抗干扰能力强

传统的继电器控制系统中使用了大量的中间继电器、时间继电器。

由于触点接触不良，容易出现故障。

可编程控制器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。

5.系统的设计、安装、调试工作量少

可编程序控制器用软件功能取代了继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件，使控制柜的设计、安装、接线工作大为减少。

可编程控制器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，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。

可编程控制器的用户程序可以再实验室模拟调试，输入信号用小快关来模拟，通过可编程序控制器上的发光二极管可观察输出信号的状态。

完成了系统的安装和接线后，在现场的统调过程中发现的问题一般通过修改程序就可以解决，系统的调试时间比继电器系统少得多。

6.维修工作量小，维修方便

可编程控制器的故障率很低，且有完善的自诊断和显示功能。

可编程控制器或外部的输入装置和执行机构发生故障时，可以根据可编程控制器上的发光二极管或编程器提供的信息迅速地查明故障原因，用更换模块的方法迅速对排除故障。

7.体积小，能耗低

对于复杂的控制系统，使用可编程控制器后，可以减少大量的中间继电器和时间继电器，小型可编程控制器的体积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。

2.4可编程控制器分类

1.小型PLC

小型PLC的I/O点数一般在128点以下，其特点是体积小、结构紧凑，整个硬件融为一体，除了开关量I/O以外，还可以连接模拟量I/O以及其他各种特殊功能模块。

它能执行包括逻辑运算、计时、计数、算术运算、数据处理和传送、通信联网以及各种应用。

2.中型PLC

中型PLC采用模块化结构，其I/O点数一般在256～1024点之间。

I/O的处理方式除了采用一般PLC通用的扫描处理方式外，还能采用直接处理方式，即在扫描用户程序的过程中，直接读输入，刷新输出。

它能联接各种特殊功能模块，通信联网功能更强，指令系统更丰富，内存容量更大，扫描速度更快。

3.大型PLC

一般I/O点数在1024以上的称大型PLC。

大型PLC的软、硬件功能极强。

具有极强的自诊断功能。

通讯联网功能强，有各种通讯联网的模块，可构成三级通讯网，实现工厂生产管理自动化。

大型PLC还可以采用CPU构成表决式系统，使机器的可靠性更高。

2.5可编程控制器的工作原理

PLC采用循环扫描工作方式，这个工作过程一般包括五个阶段：

内部处理、与编程器等的通信处理、输入扫描、用户程序执行、输出处理，其工作过程如图1-1所示。

图2-1PLC工作原理图

PLC中的CPU是分时操作的，即按一定的顺序，每一时刻执行一个操作，从头到尾，然后重新开始下一个执行周期，CPU的这种操作方式称为循环扫描方式。

PLC经过初始化后，即进入扫描工作方式，且周而复始的重复进行，因此PLC为循环扫描方式进行工作。

也就是说PLC对用户程序采用循环扫描方式，根据输入信号的状态，按照控制要求进行处理判断，产生控制输出。

PLC采用循环扫描的工作方式，这个过程分为读输入、用户程序的执行、写输出三个阶段.。

整个过程进行一次所需要的时间称为扫描周期。

（1）数据输入及处理（输入刷新）阶段，PLC在读输入阶段，以扫描方式依次地读入所有输入信号的通/断状态，并将其存入存储器输入暂存区的相应单元，这部分存储区也被称为输入映像区。

在读输入结束后，PLC转入用户程序执行阶段。

（2）用户程序执行阶段，PLC在程序执行阶段，按照先后次序逐条执行用户程序指令从输入映像存储区中读取输入状态，上一扫描周期的输入状态以及定时器、计数器状态等条件。

根据用户程序进行逻辑运算，不断得到运算结果，一步步运算得到的结果并不直接输出，而是将其对应地先存入输出暂存区的相应单元中，输出暂存区也称为输出映像区，直到用户程序被全部执行完毕。

用户程序执行完，即可得到最后的可以输出的结果。

在用户程序执行阶段结束后，PLC转入数据输出及处理阶段。

（3）数据输出及处理（输出刷新）阶段，当扫描用户程序结束后，PLC就进入数据输出及处理阶段，在此期间PLC根据输出映像区中的对应状态刷新所有的输出锁存电路，再经隔离驱动到输出端子，向外界输出控制信号，控制指示灯、接触器、开关等，这才是PLC的实际输出。

3组态软件概述

3.1组态软件的概念

组态软件又称为组态监控软件，是面向自动化系统的通用数据采集和监控的专用软件。

“组态”的概念来自英文Configure，含义是“配置”、“设定”、“设置”等，是指用户通过类似“搭积木”的简单方式来完成自己所需要的软件功能，而不需要编写计算机程序。

“组态”的过程有时候也称为“二次开发”，组态软件也被称为“二次开发平台”。

“监控（SupervisoryControl）”，即“监视和控制”，是组态软件的主要作用。

它是指通过计算机对自动化设备或过程信号进行监视、控制和管理。

组态软件在国外一般称为SCADA（SupervisoryControlAndDataAcquisition）软件，也称为HMI/MMI（HumanMachineInterface/ManMachineInterface）软件，在国内俗称组态软件。

这个称谓源自早期的DCS系统，DCS系统从20世纪80年代开始进入国内，其系统软件能在不编写计算机程序的前提下，通过一种简单过程来搭建最终的DCS控制系统。

这种搭建过程包括选择控制系统的结构、选择数据采集模块的种类、选择信号的量程和转换、选择和配置各种控制策略、绘制操作界面等，这个过程被称为“组态”，对应的软件被称为“组态软件”。

3.2组态软件的组成

组态软件能够实现对自动化过程和装备的监视和控制，能从自动化过程和装备中采集各种信息，并将信息以图形动画等更易于理解的方式显示。

它将重要的信息以各种手段传送给相关人员，对信息执行必要的处理和存储，发出控制指令等。

组态软件的这些功能是通过组态软件中的两个基本子系统来实现的，即“开发系统”和“运行系统”。

开发系统是用户根据自己对自动化装备或生产过程的监控和管理的需要，在组态软件中对数据的采集、显示、操作、报告等各种应用进行规划、描述和配置的软件，是将自动化的整个生产过程通过计算机进行“组态”的软件系统。

开发系统中提供了各种各样通用的用于自动化监控的功能，包括设备的通信配置、数据采集、历史记录、报警、事件、图形系统、逻辑控制、网络、冗余等各种功能，用户可根据自己的实际需要来选择和配置这些功能，通过这种较为简单的工作过程来建立自己最终的监控系统。

运行系统则是把用户使用“开发系统”建立起来的监控系统按照所配置的功能和要求实际运作起来，并将各个功能有机地结合到一起，取得用户预期的效果和最终目的，从而实现对自动化过程和装备“监控”的软件系统。

3.3组态软件的功能特点

3.3.1组态软件的功能

组态软件提供了对自动化系统进行监控、控制和管理的多种功能，在这些功能中，有些是在组态软件出现的时候就已经提供的传统功能，有些则是随着通信、网络、计算机等科技的发展以及工程的需要逐步增加的新功能。

1.组态软件的传统功能

（1）与下层的硬件设备通信，进行数据采集、设定和控制。

（2）以图形和动画等直观形象的方式呈现工业现场信息，以方便对控制流程的监视；也可以直接对控制系统发出指令、设置参数，从而干预工业现场的控制流程。

（3）将控制系统中的紧急工况（报警）通过软件界面、声音等手段及时通知给相关人员，是他们及时掌控自动化系统的运行状况。

（4）对系统运行过程中操作人员的重要操作等涉及系统安全的重要事件进行通知和记录，供事故查找、运行分析和统计使用。

（5）对系统中的重要数据进行记录和存储。

（6）对工业现场的数据按照事先设定的要求进行逻辑运算等处理，将结果返回给控制系统，协助控制系统完成它们所不擅长的复杂的运算控制功能。

（7）将工程运行的状况、实时数据、历史数据、警告和外部数据库中的数据以及统计运算结果制作成报表，供运行和管理人员参考。

（8）提供二次编程手段让用户编写自己的应用逻辑、需要的功能，让工程按照要求运行。

（9）对监控系统的运行实现权限管理，根据使用者的不同级别和权限来限制他们对系统的操作和功能使用，从而保证系统的安全运行。

2.组态软件的新功能

（1）为其他应用软件提供数据，也可以接收其他应用软件的数据，从而将不同的系统关联和整合起来。

（2）控制系统相关人员可以通过电子邮件、手机短信、即时消息软件等多种手段了解和控制自动化系统运行状况。

（3）多计算机运行组态软件，并能有效互联，不同的计算机可以分配和承担不同的角色，协调实现对大型系统分布式监控。

（4）将监控中的实时信息送入管理系统，也可以反之，接收来自管理系统的指令和数据，根据需要来干预生产现场或过程。

（5）根据系统所使用的国家、地区和文化的不同，组态软件能实现系统的界面文字、图片、声音和语言等的切换，从而使所开发的过程快速地国际化和本地化。

（6）组态软件能通过Internet发布监控系统的数据，实现远程监控。

（7）其他扩展功能。

3.3.2组态软件的特点

组态软件充分利用现代计算机所提供的强大运算处理、通信和图形能力，实现对工业现场数据的采集、监控和管理,与早期采用现场控制盘或定制软件相比，界面更为形象、直接、友好，管理功能也更为强大。

同时组态软件还具有以下特点：

（1）缩短了自动化系统或产品的开发时间。

通过组态软件，系统工程师无需学习复杂的计算机编程技术，通过简单的组态过程即可实现需要的系统功能，系统实施的时间大为缩短，开发效率大幅提高。

（2）提高了自动化系统或产品的稳定性。

组态软件经过了大量的用户的使用考验，往往比用户自己开发的软件更稳定。

（3）节省费用和成本。

用户开发专用软件需要专门的编程人员，开发费用往往比较高，而对于组态软件来说，一般的技术人员经过简单的培训便可进行系统开发。

（4）避免系统功能或技术升级过程中带来的不兼容等问题。

（5）更加灵活。

在自动化系统或产品需要经常变化的情况下，组态软件无需调整代码，具有更大的灵活性。

3.4组态软件的发展

组态软件从20世纪80年代中期在国外开始出现，80年代末至90年代初以Onspec、InTouch、Fix等为代表的国外软件开始进入中国。

国内一些专业技术人员从90年代初开始开发组态软件，其中最有代表性的软件产品有CVS、GOWELL等。

虽然这一时期的组态软件功能相对简单，主要是以单机为主，但是能满足当时多数监控应用的需要，也让自动化界感受到了计算机技术给自动化控制所带来的深刻影响。

20世纪90年代中期以后，计算机硬件、数据库和网络技术都发展较快，组态软件也进入了快速发展时期。

作为一种与应用行业无关、凡是涉及自动化监控的场合均可使用的通用软件，其应用也越来越广泛。

国内组态软件的一些品牌开始出现并逐渐取得了一定的市场份额，形成一定的知名度。

但是，这一时期的组态软件在功能上仍较为简单，是以单机应用为主，对网络和最新信息技术的利用较为滞后，只能解决中小型规模监控应用的需要。

进入21世