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锅炉车间输煤机组控制

现代控制技术及PLC控制课程设计

姓名

学号

班级机电

院别机械工程学院

专业机械电子工程

指导教师

2013年7月5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

目录

第一章引言

1.1研究意义与研究目的…………………………………………………………1

1.1.1研究意义……………………………………………………………………1

1.1.2研究内容……………………………………………………………………1

1.2设计内容及要求………………………………………………………………1

1.2.1输煤机组控制要求……………………………………………………………1

1.2.2输煤机组控制内容……………………………………………………………2

1.3锅炉车间输煤机组控制总体方案设计………………………………………3

第二章PLC系统设计

2.1硬件系统设计…………………………………………………………………4

2.1.1控制系统主电路图设……………………………………………………4

2.1.2电器元件的选择…………………………………………………………5

2.2软件系统设计…………………………………………………………………6

2.2.1I/O地址分配表……………………………………………………………6

2.2.2PLC控制电路接线图………………………………………………………7

2.2.3程序流程图…………………………………………………………………8

2.2.4硬件接线图…………………………………………………………………8

2.3梯形图………………………………………………………………………9

2.4语句表………………………………………………………………………17

设计总结……………………………………………………………………………19

参考文献……………………………………………………………………………20

引言

1.1研究意义与目的

1.1.1研究意义

当今社会是一个信息化，智能化，自动化的时代，高新技术代替啦以往的大量的人工，是节能环保的体现，作为自动化领域，PLC控制是当仁不让的挑起啦重任，PLC电气控制实现了以往所不能实现的自动控制，是标志这自动化领域里程碑，我们学自动化专业的同学，研究PLC是必须的，我们这个专周就围绕着PLC电气控制展开设计。

希望这是我学习生涯的里程碑。

1.1.2研究目的

通过对锅炉车间输煤机组PLC电气控制系统设计，使学生进一步熟悉有关PLC电气控制的理论知识，PLC的结构、组成、工作原理，掌握根据生产工艺过程和自动控制要求用PLC进行控制的PLC系统及控制程序设计方法和步骤，培养同学们的工程意识和工程实践能力。

学生初步掌握PLC电气控制系统的设计方法，编程技巧以及电气常用元器件的选型；初步具有控制系统主电路、控制程序的分析和设计方法；同时使学生掌握电气线路原理图的绘制方法，为今后走上工作岗位应用PLC电气控制基本理论知识奠定良好的基础。

1.2设计内容及要求

1.2.1输煤机组控制内容

输煤机组控制系统示意图如图11-10所示，输煤机组控制信号说明见表11-6。

图11-10输煤机组控制系统示意图

表11-6输煤机组控制信号说明

输入

输出

文字符号

说明

文字符号

说明

SF0-0

输煤机组手动控制开关

QA1

给料器和磁选料器接触器

SF0-1

输煤机组自动控制开关

QA2

1#送煤机接触器

SF1

输煤机组自动开车按钮

QA3

破碎机接触器

SF2

输煤机组自动停车按钮

QA4

提升机接触器

SF3

输煤机组紧急停车按钮

QA5

2#送煤机接触器

SF4

给料器和磁选料器手动按钮

QA6

回收机接触器

SF5

1#送煤机手动按钮

HL7

手动运行指示灯

SF6

破碎机手动按钮

HL8

紧急停车指示灯

SF7

提升机手动按钮

HL9

系统正常运行指示灯

SF8

2#送煤机手动按钮

HL10

系统故障指示灯

SF9

回收机手动按钮

HA

报警电铃

KM

M1～M6，YA运行正常信号

HL1～6

输煤机组单机运行指示

BB

M1～M6，YA过载保护信号

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。

SF1为手动/自动转换开关，SF1和SF2为自动开车/停车按钮，SF3为事故紧急停车按钮，SF4～SF9为6个控制按钮，手动时单机操作使用。

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。

1.2.2输煤机组控制要求

（1）手动开车/停车功能SF1手柄指向左45º时，接点SF1-1接通，通过SF4～SF9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SF1手柄指向右45º时，接点SF1-2接通，输煤机组自动运行。

1）正常开车按下自动开车按钮SF1，音响提示5s后，回收电动机M6起动运行并点亮HL6指示灯；10s后，2#送煤电动机M5电动机起动运行并点亮HL5指示灯；10s后，提升电动机M4起动运行并点亮HL4指示灯；10s后，破碎电动机M3起动运行并点亮HL3指示灯；10s后，1#送煤电动机M2起动运行并点亮HL2指示灯；10s后，给料器电动机M1和磁选料器YA起动运行并点亮HL1指示灯；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SF2，音响提示5s后，给料器电动机M1和磁选料器YA停车并熄灭HL1指示灯，同时，熄灭HL9系统正常运行指示灯；10s后，1#送煤电动机M2停车并熄灭HL2指示灯；10s后，破碎电动机M3停车并熄灭HL3指示灯；10s后，提升电动机M4停车并熄灭HL4指示灯；10s后，2#送煤电动机M5电动机停车并熄灭HL5指示灯；10s后，回收电动机M6停车并熄灭HL6指示灯；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SF3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。

（3）相关参数

1）M1～M6及磁选料器YA功率如图11-11中所示。

2）指示灯HL：

0.25W，DC24V。

3）电铃HA：

8W，AC220V。

1.3锅炉车间输煤机组控制系统总体方案设计

为了保证输煤系统的正常、可靠运行，该系统应满足以下要求：

（1）供煤时，各设备的启动、停止必须遵循特定的顺序，即对各设备进行联锁控制； 

（2）各设备启动和停止过程中，要合理设置时间间隔（延时）。

启动，停车延时统一设定为10s。

启动延时是为保证无煤堆积以发生故障；停车延时是为保证停车时破碎机等为空载状态；

（3）运行过程中，某一台设备发生故障时，应立即发出报警并自动停车，其整个输煤设备也立即停车。

此外在现场也有控制系统装置运行的按钮； 

（4）可在线选择启动备用设备。

在特殊情况下可开启另一套备用设备，由两条输煤线的有关设备组成交叉供煤方式； 

（5）可显示各机电设备运行状况，在集中控制室即可控制系统设备启停。

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

主电路图见图2-1.

图2-1主电路图

1）主回路中交流接触器QA1、QA2、QA3、QA4、QA5、QA6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BB1、BB2、BB3、BB4、BB5、BB6的作用是对电动机M1、M2、M3、M4、M5、M6实现过载保护。

3）熔断器FA1、FA2、FA3、FA4、FA5、FA6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SF1和SF2为自动开车/停车按钮，SF3为事故紧急停车按钮，SF4～SF9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,满足系统控制要求。

故采用CPU224和EM222两个模块共同控制。

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及一个扩展模块EM222,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、Q0.0、Q0.1、Q0.2、Q0.3、Q0.4、Q0.5、Q0.6、Q0.7、Q1.0、Q1.1

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

PLC输入输出接口地址分配表见表2-1

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

SF0-0

I0.0

2

输煤机组自动控制开关

SF0-1

I0.1

3

输煤机组自动开车按钮

SF1

I0.2

4

输煤机组自动停车按钮

SF2

I0.3

5

输煤机组紧急停车按钮

SF3

I0.4

6

给料器磁选料器手动按钮

SF4

I0.5

7

1#送煤机手动按钮

SF5

I0.6

8

破碎机手动按钮

SF6

I0.7

9

提升机手动按钮

SF7

I1.0

10

2#送煤机手动按钮

SF8

I1.1

11

回收机手动按钮

SF9

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

BB

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

QA1

Q0.0

2

1#送煤机接触器

QA2

Q0.1

3

破碎机接触器

QA3

Q0.2

4

提升机接触器

QA4

Q0.3

5

2#送煤机接触器

QA5

Q0.4

6

回收机接触器

QA6

Q0.5

7

手动运行指示灯

HL7

Q0.6

8

紧急停车指示灯

HL8

Q0.7

9

系统正常运行指示灯

HL9

Q1.0

10

系统故障运行指示灯

HL10

Q1.1

11

报警电铃

HA

Q2.0

12

输煤机组单机运行指示

HL1

Q2.1

13

输煤机组单机运行指示

HL2

Q2.2

14

输煤机组单机运行指示

HL3

Q2.3

15

输煤机组单机运行指示

HL4

Q2.4

16

输煤机组单机运行指示

HL5

Q2.5

17

输煤机组单机运行指示

HL6

Q2.6

18

磁选料器

YA

Q2.7

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2-2控制电路接线路

2.2.3程序流程图

软件部分即程序的设计，程序设计要根据I/O地址的分配和要实现的功能结合硬件电气的连接进行编程，来实现设计系统要完成的功能，PLC进入运行状态后，首先进行手动/自动的选择，所以程序的主流程图如图2-3所示。

图2-3程序流程图

2.2.4硬件接线图

设计完控制原理图，根据控制原理图设计出相应的硬件接线图，如图2-4所示

图2-4硬件接线图

2.3梯形图

2.4语句表

自动启动/停止

LDI0.2

OM0.0

OQ3.0

ANT37

ANT44

=Q3.0

启动/关闭回收机

LDT37

OQ0.5

OT54

ANI0.4

ANT49

ANT55

ANI1.4

=Q0.5

启动/关闭送煤机P2

LDT38

OQ0.4

OT54

ANI0.4

ANT48

ANT55

ANI1.4

=Q0.4

启动/关闭提升机

LDT39

OQ0.3

OT54

ANI0.4

ANT47

ANT55

ANI1.4

=Q0.3

启动/关闭破碎机

LDT40

OQ0.2

OT54

ANI0.4

ANT46

ANT55

ANI1.4

=Q0.2

启动/关闭送煤机P1

LDT41

OQ0.1

OT54

ANI0.4

ANT45

ANT55

ANI1.4

=Q0.1

启动/关闭给料器和磁选料器

LDT42

OQ0.0

OT54

ANI0.4

ANT44

ANT55

ANI1.4

=Q0.0

=Q2.7

手动开启

LDI0.5

OI0.6

OI0.7

OI1.0

OI1.1

OI1.2

OQ3.1

ANT54

=Q3.1

TONT54,50

手动关闭

LDI0.5

ED

LDI0.6

ED

OLD

LDI0.7

ED

OLD

LDI1.0

ED

OLD

LDI1.1

ED

OLD

LDI1.2

ED

OLD

OQ3.2

ANT55

=Q3.2

TONT55,50

报警定时

LDI1.4

OM0.3

ANT50

=M0.3

TONT50,200

报警响起定时

LDI1.4

ANT51

ANT50

TONT52,10

报警关闭定时

LDT52

TONT51,20

报警信号

LDI1.4

AT52

OI0.4

OQ2.0

ANT53

ANT50

=Q2.0

定时器

LDI0.4

OM0.4

ANT53

=M0.4

TONT53,100

故障/正常电路

LDI1.4

ONI1.3

=Q1.1

急停电路

LDI0.4

ONM0.5

ANI1.3

=M0.5

=Q2.0

自动开关定时开始

LDI0.1

OM0.6

ANT37

=M0.6

TONT37,50

定时10秒

LDT37

OM0.7

ANT38

=M0.7

TONT38,100

定时10秒

LDT38

OM1.0

ANT39

=M1.0

TONT39,100

定时10秒

LDT39

OM1.1

ANT40

=M1.1

TONT40,100

定时10秒

LDT40

OM1.2

ANT41

=M1.2

TONT41,100

定时10秒

LDT41

OM1.3

ANT42

=M1.3

TONT42,100

定时10秒

LDT42

OM1.4

ANT43

=M1.4

TONT43,100

自动关闭定时开始

LDI0.2

OM1.5

ANT44

=M1.5

TONT44,50

定时10秒

LDT44

OM1.6

ANT45

=M1.6

TONT45,100

定时10秒

LDT45

OM1.7

ANT46

=M1.7

TONT46,100

定时10秒

LDT46

OM2.0

ANT47

=M2.0

TONT47,100

定时10秒

LDT47

OM2.1

ANT48

=M2.1

TONT48,100

定时10秒

LDT48

OM2.2

ANT49

=M2.2

TONT49,100

控制HL1灯

LDT37

OM2.3

ANT49

=M2.3

=Q2.1

控制HL2灯

LDT38

OM2.4

ANT48

=M2.4

=Q2.2

控制HL3灯

LDT39

OM2.5

ANT47

=M2.5

=Q2.3

控制HL4灯

LDT40

OM2.6

ANT46

=M2.6

=Q2.4

控制HL5灯

LDT41

OM2.7

ANT45

=Q2.4

=M2.5

控制HL6灯

LDT42

OM3.0

ANT44

=M3.0

=Q2.6

控制HL7灯

LDI0.0

OM3.1

ANI0.1

=M3.1

=Q0.6

控制HL9灯

LDT43

OM3.2

ANI1.4

=M3.2

=Q1.0

设计总结

在设计过程中通过同一控制对象两种控制方式的对比，再一次直观地证明了PLC控制的优越性先进性，在实践中探索答案，具极强地说服力。

从开始的不懂设计到后来自己独立的完成所有的设计图纸，这次课程设计使我加深巩固了基础知识，更加深刻的把握到基础知识的重要，了解了本专业的具体应用范围和未来工作中应用方法措施。

提高了动手和实际解决问题的能力，提高了对问题整体规划的意识。

能把握重点设计的核心，并提高查阅资料的能力，培养了团队合作精神和人际交往能力，在学习知识的同时也培养了同学间的感情，这是很有意义的一次课程设计。

通过本次毕业设计的锻炼，使我更加自信，更加积极，这会对我更快的融入到将来的社会，出色地完成工作任务有不可估量的积极作用。

经过两个星期的努力，终于有了一个较成型的设计展现在了我面前，加深了对PLC控制系统的进一步了解，更加清楚地认识到其在现代化工业中所起的巨大作用。

由于本人水平有限，难免有考虑不足之处，所以恳请老师同学们批评指正。

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