基于PLC的锅炉输煤控制系统设计电子信息毕业论文.docx
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基于PLC的锅炉输煤控制系统设计电子信息毕业论文
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摘要
锅炉在我们生活中不可或缺。
煤是给这些提供能源的主要原材料。
输煤系统中有不同的设备，不同的程序，和不同的工作状态。
现如今我国的锅炉输煤自动化程度不高，大多数还需要大量的人力进行人工输煤，还有煤渣的排放，污水的处理和故障检测都还没有实现高自动化，此次设计就是来解决这些问题自动化程度低来进行设计的。
所以这些要按照严格的顺序的来启动实施，因此控制系统对整个输煤的整个过程有很重要的意义。
这次本文以输煤系统为研究对象，本文设计是以PLCs7-200为基础设计的，通过进行硬件的选择以及设计和软件的设计，来进行对整个输煤系统进行控制的。
PLC简单易用还能独立的进行特定的编程来完成一些特定的工作。
此次设计输煤系统，主要来改善锅炉输煤的自动化程度，改善其操作流程，让其更加自动化操作更加简便。
关键词:
PLC;输煤系统;
Abstract
Boilersareindispensableinourlives.Coalisthemainrawmaterialforprovidingenergy.Differentequipmentinthecoalhandlingsystem,differentprocedures,anddifferentworkingconditions.Nowadays,China'sboilercoalminingautomationisnothigh,mostofthemalsorequirealargeamountofmanpowerformanualcoaltransportation,aswellascinderemissions,sewagetreatmentandfaultdetectionhavenotyetachievedhighautomation,thisdesignistosolvetheseTheproblemislowinautomationtodesign.Therefore,theseshouldbeimplementedinstrictorder,sothecontrolsystemisveryimportanttothewholeprocessofcoaltransportation.
Thistime,thepapertakesthecoalhandlingsystemastheresearchobject.ThedesignofthispaperisbasedonPLCs7-200.Throughthehardwareselectionanddesignandsoftwaredesign,thewholecoalhandlingsystemiscontrolled.ThePLCissimpletouseandcanbeprogrammedindividuallytoperformspecifictasks.
Thedesignofthecoalhandlingsystemismainlytoimprovetheautomationofboilercoaltransportation,improveitsoperationprocess,andmakeitmoreconvenienttooperatemoreautomatically.
Keyword:
PLC;Coalhandlingsystem
第1章前言
1.1研究依据和意义
1.1.1研究背景
到了冬天需要取暖，而在现在的取暖设备中锅炉的身影其实很常见，煤是锅炉最主要的能量来源，煤的输送是锅炉运行的一个必不可少的重要环节之一。
尤其是对于我国的电力行业有很大影响。
但是输煤设备有很多，设备不同工艺分散，各个设备和工艺之间的联系很是紧密。
一般锅炉运行是24小时不停的运行，而且锅炉如果断断续续运行对其的工作效率有很大的影响。
还有输煤的环境有时候很恶劣，比如受到灰尘，泥土，雨水还有煤渣的影响，还有一些必要参数需要人工进行手动测出。
如果外界因素干扰过多会对设备效率产生严重影响，而且如果损坏对设备的维护时间成本高，这对于一个企业或者一个集体供暖都会造成严重影响。
因此，如何高效的，安全的，效率的让锅炉在最合适的状态下运行这是最主要的任务。
1.1.2研究意义
随着人们不断提高的生活质量，继续采用一些常规的控制方式已经不能满足日常的生活需要。
随着智能控制和现代化控制技术的不断完善，智能控制和现代化控制在生活中运用的越来越广泛。
引进高效，合适，先进的控制系统，建立更加自动化的输煤控制系统。
坦白来说就是设备更加先进，控制更加简单性能更加优越，准确与精准的报错和纠错的速度。
并且还可以借用网络来实现一些远距离的操控。
这样可以大大节约时间成本，还可以解放出大量的工人劳动力，使其在繁重的工作和恶劣的环境中解放出来。
而且通过网络可以实现信息的相互参考，不仅能保证控制的可靠和准确性，也方便对各个设备进行检修。
实现设备的长期稳定安全高效的运行。
这对于一个企业来说有质的改变，从而提高企业的竞争力。
一个高自动化的输煤系统是一个设备可以长期处于稳定高效的运行环境下运行的重要保证，该效率对我们生活和工业的有着重大的影响。
所以说传输煤的系统就是要实现自动化这对我们的取暖来说是非常重要的。
1.2国内外研究状况
1.2.1国外研究状况
国外比我国较早的进入工业化时代，自动化方面技术目前领先国内，所以对国外相关方面的学习是很有必要的。
国外一些制造PLC的厂家比如西门子、罗克韦尔等这些都是国外一流的PLC生产厂家。
外国的火力发电几乎大部分都是采用基于PLC和现代化工业计算机还有一些先进的控制测试仪表和一些管理系统来进行综合控制的。
其发电厂几乎采用了目前国际最先进方法，他们可以互相组成控制系统。
比如一些系统故障、报警、监测、控制和这些组合在一起进行组合和改良就会大幅度提升控制系统的高自动化、信息化、智能化。
这些路我们国内是一条必走之路，只有不断努力和学习才有可能追上国外甚至超感他们。
以后不会是一些简单的控制设备的一些闭合和断开的操作，肯定会是越来越自动化、智能化的设备来取代一些繁杂的工作，比如一些检测，一些远距离控制，还有一些重要的设备数据。
还能对一些数据进行更方便的整理和比对，这能使整个系统更加的高效和稳定。
这还能对比融合其他相同的电厂的一些重要参数进行对比互补，这有利于对系统做出更加有利的规划和改正。
比如输煤的皮带的故障和输煤量之间的关系，从而得出最合理的实用方式。
1.2.2国内研究状况
我国在六七十年代就已经积极学习国外先进的技术和引进一些外国先进的设备和工艺。
并且把他们运用到了输煤系统当中。
输煤在国内经历的几个重要过程。
第一个过程，就是普遍使用继电器控制的过程。
各种不同性能的继电器在电路中的各个输出输入的地方存在，继电器作为主要的的控制元件在电路中组成不同的逻辑控制来控制整个系统。
比如用小电流的继电器去启动大电流的自动设备，还有就是将一些主要控制开关、主要控制按钮集中起来放置如操作在箱中，从而来完整输煤的各个操作步骤。
第二个过程，就是集成电路控制的过程。
为了实现对各个步骤的控制，用集成电路来组成一些逻辑电路对其进行控制。
从而实现了对输煤设备按照一定的逻辑来进行自动控制。
这个过程，这逻辑控制电路容易实现，使输煤控制系统更容易进行组成。
但是气控制系统的还是需要配备复杂的控制装置，和显示装置。
因此整个过程是比较繁杂的。
第三个过程，八十年代时期PLC技术不断地成熟，PLC逐渐运用到输煤系统中。
PLC操作简单，变成易懂逐渐被人们广泛的推广和应用。
这时候工业计算机也发展起来也逐渐运用到了输煤系统当中，这个时期那些笨拙的操作设备和笨重的电子显示屏也被逐渐替代。
随后各种液晶显示屏，鼠标，键盘，这样体积小易于携带的错做更简单的科技产品被人们广泛推广和应用。
这样是整个输煤系统得到了一次巨大的进步，很大程度上减少了工作人员的负担，也释放了不少劳动力。
1.3课题研究内容安排
本课题主要是将输煤系统与可编程逻辑控制器（PLC）结合来实现自动控制，在了解各个设备之间的联系，各个工艺之间的顺序的基础之下，完成输煤系统自动控制的设计。
第一部分为前言，主要讲解锅炉输煤系统在国内外的发展情况。
第二部，介绍可编程逻辑控制器（PLC），这个器件在现实中有很大的应用，是各种设备中都需要用到的东西。
第三部分就是像我们传授一些方法和系统总体的设计方法。
准确的说出各种工艺组成，流程以及输煤过程控制的准则和特点。
第四部分为软件的设计和实现。
准确介绍系统的组成原件，I/O分配表等在刷没系统中的特点和作用。
第五部分为仿真。
通过仿真来进行一次模拟操作来进行测试。
第六部分总结所有的工作，提出还需不断改善的重要部分，很对未来发展的一些展望。
第2章PLC的基本状况
2.1PLC技术的发展
2.1.1PLC的普及
随着半导体行业和微型电脑的发展，PLC开始被广泛的应用开来。
而且其具有完整的一套程序，可以设置特定的程序来完成一些特定的工作，并且他的应用范围很大，这么说来PLC技术目前已经成为在现在工业上生产控制类产品中一项重要的技术，起到了重要支柱的作用。
2.1.2PLC的基本结构
PLC是一个可编程的控制器，在这个器件中一个非常重要的东西就是电源，只有有一个稳定输出的电源其才可能进行稳定的工作。
还有中央处理模块就相当于人的大脑是各种信息的中枢，也是处理各种信息和发送指令的重要所在。
还有存储器用这是用来存储数据的，还有输出端子和输入端子。
如图2-1-2
图2-1-2可编程序控制器结构图
2.1.3PLC的基本特点
目前工业在飞速发展，对自动控制的要求越来越高。
可编程控制器在越来越多的地方使用，所以总结出以下几点。
（1）PLC的基本性能就是高可靠性。
可编程控制器在经过长时间的工作，经历了改进。
无论在其本身的抗电磁干扰，还是在软件的一些处理速度和容错技术下都已经很是成熟。
特别是国外的一些老牌的厂家做的一些产品，其功能非常齐全，不仅自带自我检测功能，而且遇到故障还会发出故障报警。
这样的控制系统自然有很高的安全性和稳定性。
（2）可编程逻辑控制器种类很多很全面，功能也是很全面而且用起来很简便。
在当下的现代化工业现场，其实可编程逻辑控制器的身影其实随处可见。
不同的大小，不同型号的产品在各种工作的模式下被广泛应用。
在随着可编程逻辑器计算功能越来越强，不同功能模块的问世，使其有了给为广阔的前景。
再加上可编辑逻辑控制器有一套完整的编程体系，使完成一个控制系统变得越来越容易。
（3）PLC编程出现错误容易修改，而且具有很好的适应性。
梯形图很直观简单容易学习。
可根据作业的实际现场来进行调试，通过简单的修改或者编程就能达到作业现场所需要用到的功能。
（4）还有一点就是体积小易于携带，耗能少。
第3章输煤控制系统硬件电路设计
3.1输煤控制系统的概况
3.1.1锅炉概况
锅炉可以按照蒸汽的类型分为：
小，中，大型锅炉。
锅炉构造总共包括三个系统：
汽水系统，煤灰系统，烟风系统。
从控制方面来看锅炉主要有以下几点注意事项
（1）设备与设备之间有一定的启动顺序要严格按照规定的时间顺序来操作。
如果要开始点火时，要先启动给水泵；然后再启动引风机等待几秒之后在启动鼓风机；要停止使用锅炉时，首先要把鼓风机停下，再关闭其他设备
（2）各个设备之间有时候会添加连锁装置。
比如鼓风机和引风机。
（3）有时候设备之间也会有联动装置，比如锅炉出现意外故障，水位极低；或者蒸汽压力过大。
这些往往需要系统自动停止鼓风，给排水泵等
（4）一般锅炉内部出现问题，检修照明所采用的一般为12V的安全电压。
3.2输煤系统的工艺过程
我国有不同的环境不同位置运行的锅炉，一般储煤的地方到原煤储存的地方距离环境都会有些不同，所以输煤方式也会有所不同。
这就导致了输煤形式的多种多样。
不过综合来说，输煤控制系统是有相同的属性的，一般都会分文：
卸煤，堆煤，上煤和配煤如图
1、卸煤流程
卸煤一般都在输煤过程的第一步，所有的煤都要经过输煤系统中的卸煤流程，并将这些煤保存起来方便以后使用。
经过长时间的发展，已经有许多生厂厂家制作出了卸煤一体机。
用很少的员工就能来完成这个操作。
2、堆煤流程
在卸煤过程中卸到储煤站的煤在使用过程中，需要连续不断的整理收集，这样会使储煤站的空间得到更合理的使用。
这种工作也在长时间的发展中，出现了许多自动化设备。
这样又能使人力解放出来更快更好的完成堆煤的过程。
3、上煤流程
煤经过堆煤处理之后就方便与在传送带上运输，这些被堆放好的煤会被运送到运煤仓。
这个过程是整个输煤过程的重要流程，有着非常繁杂的工艺要求，而且还配备了各种不同的设备。
但是这个环节的设备太过于分散，采用控制系统，突出了当今科技给各个不同设备之间的调节协作做出了很重要的贡献。
例如皮带上的一些自动化装置其中的磁铁器对传送带上的进行过滤清除煤中的铁杂质，还有粗细粉碎进对煤进行粉碎处理，还有电子称重机来进行称重操作，这些设备的配合使用来完成锅炉炉膛对煤的使用规定。
上述的一些设备共同组成了这个上煤系统。
4、配煤流程
锅炉要根据特定的要求进行工作，为了减少一些能源浪费，那就得需要控制原仓煤的储存量。
原煤仓就是需要准备充足的燃煤，来确保锅炉的正常运行。
配煤过程就是经过粉碎机粉碎，然后在经过上煤系统这个重要环节把所需燃煤运送到储煤筒当中，这个过程就是配煤系统。
配煤过程不仅要时刻检查燃煤的变化还需要注意煤仓中各个设备的工作状态。
用来完成这个任务的主要设备就是煤筒顶部的犁煤器。
卸煤到一定数量后，煤仓的驱动杆向后运动，促使使犁煤器头部抬起，并且促使托辊组向下方运动，燃煤按照正常的的运行方式向后运动，这样有方便后面的出煤仓配煤。
这个系统有时候会用来清理传带上的煤。
图3-2输煤系统框图
3.3系统设计方案
3.3.1设计内容及目标
本次设计主要是由6个三项异步电动机M1-M6和一台磁选器YA，从而来最终完成对锅炉输煤控制系统的控制，可以实现对其进行启动，停止，和手动操作的功能，还需要有警示、保护和紧急停止的功能。
此外还需要考虑对一些突发紧急状况进行反馈以便工作人员的及时进行维修，这次设计的主要对上述所进行设计。
除此之外还需要一块可以手动触屏的错作台来进行对各种参数的监控。
输煤机控制图如下。
图3-3-1输煤机组控制系统示意图
锅炉的输出煤的控制系统是工作人员根据工厂里的各种现实条件，按照锅炉应该如何运行的流程要求设计的，从而控制锅炉进行工作，这么说来输出煤的系统在生产中的首要任务就是：
能够控制电动机的启动和停止，遇到紧急情况需要立即停止的功能；能够对各个输煤系统环节进行监控；能够及时反馈问题及时进行报警。
3.3.2设计要求
综上所述的设计目标，设计系统需要满足以下几点内容：
（1）在我们设计的这个输出煤的系统在进行实验工作并且开始提供煤炭的时候，这些设备的启动需要一定的顺序来进行操作。
（2）在这些不同的设备开始各自运行的时候，也是需要对这些设备的启动时间进行设定，当然停止动作时也需要设置规范的时间，一般时间设置为10s。
启动延时是为了避免没有煤时所发生的故障；停止延时是为了一些机器的空载状态。
（3）在其工作中如果某一台设备突然发生故障。
该系统必须立即作出反馈以及自动停止。
为了更加安全在系统外也得安装系统的运行装置。
（4）还必须配备备用设备，如一处出现故障可以在线切换备用设备来和系统进行交替运行。
3.4设计方案
3.4.1总概括
这个输煤控制系统是基于PLC的设计，并且要把监测设置在系统里面。
这个系统共分为硬件设计和软件设计，同时利用相关软件进行监测。
总系统设计图如3-4-1所示。
图3-4-1系统设计总体框图
3.4.2设计信号说明
输煤系统是由6个三相异步电动机M1-M6和一台磁选器YA扣成的。
SA1是手动/自动切换开关，SB1和SB2为自动启动和自动停止按钮，SB3为事故紧急停车按钮，SB4～SB9为6个控制按钮，手动时单机操作使用。
HA是停止和启动的讯响器，其作用是来提醒作业人员。
HL1提示正在手动工作，HL2提示出于某种原因进行了紧急停止，HL3是提示系统正在运行当中。
为确保输煤系统的正常工作，启动是应按照逆煤流进行启动，停止时应该按顺煤流方向停止。
其控制信号说明见表3-4-2。
图3-4-2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
SA1-1
输煤机组手动控制开关
KM1
给料器和磁选料器接触器
SA1-2
输煤机组自动控制开关
KM2
1#送煤机接触器
SB1
输煤机组自动开车按钮
KM3
破碎机接触器
SB2
输煤机组自动停车按钮
KM4
提升机接触器
SB3
输煤机组紧急停车按钮
KM5
2#送煤机接触器
SB4
给料器和磁选料器手动按钮
KM6
回收机接触器
SB5
送煤机P1手动按钮
HL1
手动运行指示灯
SB6
破碎机手动按钮
HL2
紧急停车指示灯
SB7
提升机手动按钮
HL3
系统运行状态指示灯
SB8
送煤机P2手动按钮
HA
报警电铃
SB9
回收机手动按钮
FR
M1～M6，YA过载保护信号
3.4.3输煤机组运行过程
1.手动开车/停车功能
SA1指向左边45°的时候，随后接点SA1-1接通，再通过SB4到SB9控制按钮，对输煤控制系统单台设备进行调试和维护，保证任何一个单个设备的启动和停止都有语音进行提示，确保系统的稳定运行。
2.自动开车/停车功能
SA1指向右边45º的时后，随后接点SA1-2接通，输煤系统自动运行。
（1）正常启动按下自动开始按钮SB1，语音提示5s后，电动机M6起动运行；10s后电动机M5和送煤机P2考试工作；再过310s后提升电动机M4开始运行；再过10s后破碎机M3开始运行；再过10s后送煤机P1电动机M2起动运行；10s后给料器电动机M1和磁选料器YA起动运行并；10s后，点亮HL3系统运行状态指示灯，系统正常运行。
10s后提升电动机M4停止工作；10s后送煤机P1电动机
（2）正常停止按下开始按钮SB2，喇叭提示5s后给料器电动机M1和磁选料器YA停止运行，同期，HL3指示灯会灭掉；10s后送煤机P2电动机M2停止工作；10s后破碎电动机M3停止工作[1]；M5电动机停止工作；10s后，回收电动机M6停车；到此为止此系统正常停止运行。
（3）过载保护每当电路发生故障的时候，设备就会发出警告的声音，这时候需要停止所有的工作对设备进行检查和修理。
到事故处理完毕，系统才会继续运行。
3.4.4程序流程图
程序流程图是在整个设计中不可以缺少的东西，而且要根据具体的情况进行分配，程序流程图就是要把软件部分就是指的是程序的设计，程序设计就是要把设计的东西与实际的相结合，从而来实现设计系统要完成的功能，PLC在开始工作之后，还要先进行按钮的选择，所以程序流程图如图3-4-4所示。
图3-4-4控制程序图
系统也可以使用手动方式进行操控运行，那么对于设备来说这是一个设备的点动控制系统，较为简单，这里不再做程序流程图。
当系统以自动方式运行时，PLC运行的程序流程图如图3-4-5所示。
图3-4-5输煤机组程序设计流程图
3.5硬件电路设计
3.5.1系统控制主电路图设计
按照既定规划，给料器M1、P1送煤机M2、破碎机M3、提升机M4、P2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，在实际使用中要采用星—三角降压启动。
其余负载均采用直接启动方式，本设计考虑实验室PLCI/O口数限制，只做直接启动。
主电路图见图3-5-1。
电源
回收机
送煤机P1
提升
机
破碎
机
送煤机P2
给料器及磁选料器
图3-5-1输煤机控制主电路图
（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。
3.5.2电器元件的选择
设计该控制系统室考虑实验室调试方便，使用了最简的点数，输入点数有：
2个输入开关分别控制手动/自动控制，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，3个输出指示灯其中HL1手动运行指示灯、HL2为紧急停车指示灯、HL3为系统运行状态指示灯和1个输出HA电铃。
本文根据特定要求采用PLC进行设计
（1）本设计采用西门子S7-200PLC,使用CPU224模块，其输入/输出接口（I/O）数量分别为输入端口14个，输出端口10个，刚好可以满足本设计的I/O使用需求。
（2）继续采用和继电器输电是为了保证过载保护的安全。
3.5.3I/O地址分配
由上述硬件的选配可知控制系统使用一个CPU224即可。
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、I1.0、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
PLC输入输出接口地址分配表见表3-5-3。
表3-5-3PLC输入输出接口地址分配表
输
入
信
号
输煤机组手动控制开关SA1-1
I0.0
输煤机组自动控制开关SA1-2
I0.1
输煤机组自动开车按钮SB1
I0.2
输煤机组自动停车按钮SB2
I0.3
输煤机组紧急停车按钮SB3
I0.4
给料器磁选料器手动按钮SB4
I0.5
送煤机P1手动按钮SB5
I0.6
破碎机手动按钮SB6
I0.7
提升机手动按钮SB7
I1.0
送煤机P2手动按钮SB8
I1.1
回收机手动按钮SB9
I1.2
M1-M6,YA过载保护信号FR
I1.3
输
出
信
号
给料器磁选料器接触器KM1
Q0.0
送煤机P1接触器KM2
Q0.1
破碎机接触器KM3
Q0.2
提升机接触器KM4
Q0.3
送煤机P2接触器KM5
Q0.4
回收机接触器KM6
Q0.5
手动运行指示灯HL1
Q0.6
紧急停车指示灯HL2
Q0.7
系统正常运行指示灯HL3
Q1.0
报警电铃HA
Q1.1
3.5.4PLC控制电路接线图
根据既定的设计规划，制作PLC控制电路接
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