06第六章选煤厂集中控制及计算机监控管理.docx
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06第六章选煤厂集中控制及计算机监控管理
第六章选煤厂集中控制及计算机监控管理
第一节概述
选煤厂集中控制是指选煤系统中有联系的生产机械按照规定的程序在集中控制室内进行启动、停止或事故处理的控制。
集中控制室多设在选煤厂主厂房内或主厂房附近，集中控制室中一般设有反映全厂设备工作情况的模拟盘，从模拟盘上的灯光和音响型号或大屏幕显示器上的设备图形符号颜色的变化可以直观地观察到全厂设备的工作情况。
集控室中还设有各种显示仪表、控制开关和控制按钮的集中控制台，可以随时利用这些控制开关、控制按钮来启、停相应的生产设备，在发生设备故障时可以及时停止部分或全部设备，以避免事故的扩大。
选煤厂生产的特点是设备台数多且相对集中，拖动方式简单，生产连续性强。
因此，实现设备的集中控制，可以缩短全厂设备的启、停时间，提高劳动生产率。
我国选煤厂集中控制系统的类型大体经过了以下几个发展过程：
1、继电器—接触器集中控制系统
2、无触点逻辑元件集中控制系统
3、矩阵式顺序控制器控制系统
4、一位计算机集中控制系统
5、可编程序控制器（PLC）控制系统
第二节选煤厂生产工艺对集中控制系统的要求
选煤厂工艺流程的连续性使生产设备之间的制约性强，一般均为连续生产，不能单独开某一台设备进行生产。
在贮存及缓冲装置设备之后的任何一台设备的突然停车；都将会造成堆煤、压设备、跑煤和跑水等现象，引起事故范围扩大。
因此，选煤厂集中控制系统应遵循如下原则：
2.1启动、停车顺序
选煤厂生产工艺流程的连续性要求选煤厂设备的启动、停车必须严格按顺序进行。
1、启动顺序
为避免堆煤、压煤、节省电耗和对电网的冲击，原则上是逆煤流方向逐台延时启动各设备。
启动延时时间一般为3～5S,以避免前台电动机启动时产生的冲击电流，减小对电网的冲击。
2、停车顺序
正常时，应顺煤流方向逐台延时停车，延时时间为该台设备上的煤全部被转运至下台所需的时间；故障时，应在最短的时间内停掉全部设备或故障设备至给煤设备之间的所有设备。
2.2闭锁关系
集中控制系统应有严格的闭锁关系，以确保某台设备故障时不至引起事故范围的扩大，同时还应能方便地解除闭锁。
2.3控制方式
多为单指令的自动启、停车操作，个别具有通过智能控制器、触摸屏幕、上位微机键盘和鼠标实现设备的单启、单停或按闭锁关系的全部设备启、停操作。
为满足设备的检修、试车和故障处理，应设有就地控制方式，这也是保证生产的基本后备控制方式。
2.4工艺流程及设备的选择
当生产系统有并行流程或多台并行设备时，集中控制系统应具有对并行流程或并行设备选择的能力，以满足不同情况的工艺要求。
人机接口设备多采用由开关和按钮组成的操作盘，也有采用上位机的键盘或鼠标，近几年来多采用以LCD为显示的只能控制器和触摸屏幕。
2.5信号系统
1、预告信号
2、事故报警信号
3、运转显示
第三节可编程序控制器
可编程序控制器是一种专为在工业环境应用而设计的数字运算操作的电子系统。
它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。
可编程序控制器，英文称ProgrammableController，简称PC。
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。
3.1PLC的特点
1、通用性强
2、可靠性高
3、编程简单
4、接线简单
5、抗干扰能力强
6、对电源要求不高
7、扩充方便、组合灵活
8、PLC是实现“机电一体化”的重要手段和发展方向
9、有不同的输出形式
3.2PLC的基本结构和工作原理
1．CPU运算和控制中心
起“心脏”作用。
纵：
当从编程器输入的程序存入到用户程序存储器中，然后CPU根据系统所赋予的功能（系统程序存储器的解释编译程序），把用户程序翻译成PLC内部所认可的用户编译程序。
横：
输入状态和输入信息从输入接口输进，CPU将之存入工作数据存储器中或输入映象寄存器。
然后由CPU把数据和程序有机地结合在一起。
把结果存入输出映象寄存器或工作数据存储器中，然后输出到输出接口、控制外部驱动器。
组成：
CPU由控制器、运算器和寄存器组成。
这些电路集成在一个芯片上。
CPU通过地址总线、数据总线与I/O接口电路相连接。
2．存储器
具有记忆功能的半导体电路。
分为系统程序存储器和用户存储器。
系统程序存储器用以存放系统程序，包括管理程序，监控程序以及对用户程序做编译处理的解释编译程序。
由只读存储器、ROM组成。
厂家使用的，内容不可更改，断电不消失。
用户存储器：
分为用户程序存储区和工作数据存储区。
由随机存取存储器（RAM）组成。
用户使用的。
断电内容消失。
常用高效的锂电池作为后备电源，寿命一般为3~5年。
3．输入/输出接口
（1）输入接口：
光电耦合器由两个发光二极度管和光电三极管组成。
发光二级管：
在光电耦合器的输入端加上变化的电信号，发光二极管就产生与输入信号变化规律相同的光信号。
光电三级管：
在光信号的照射下导通，导通程度与光信号的强弱有关。
在光电耦合器的线性工作区内，输出信号与输入信号有线性关系。
输入接口电路工作过程：
当开关合上，二极管发光，然后三极管在光的照射下导通，向内部电路输入信号。
当开关断开，二极管不发光，三极管不导通。
向内部电路输入信号。
也就是通过输入接口电路把外部的开关信号转化成PLC内部所能接受的数字信号。
（2）输出接口
PLC的继电器输出接口电路
工作过程：
当内部电路输出数字信号1，有电流流过，继电器线圈有电流，然后常开触点闭合，提供负载导通的电流和电压。
当内部电路输出数字信号0，则没有电流流过，继电器线圈没有电流，然后常开触点断开，断开负载的电流或电压。
也就是通过输出接口电路把内部的数字电路化成一种信号使负载动作或不动作。
三种类型：
继电器输出：
有触点、寿命短、频率低、交直流负载
晶体管输出：
无触点、寿命长、直流负载
晶闸管输出：
无触点、寿命长、交流负载
4．编程器
编程器分为两种，一种是手持编程器，方便。
我们实验室使用的就是手持编程器。
二种是通过PLC的RS232口。
与计算机相连。
然后敲击键盘。
通过专用的编程软件向PLC内部输入程序。
简单地说，PLC实现控制的过程一般是可分为输入刷新、执行用户程序、输出刷新三个阶段，如图1-3所示：
图1-3PLC的一般工作过程
2.3日本OMRON-C系列可编程序控制器的结构及技术参数
（一）、C20P的结构及技术参数
OMRONC系列可编程序控制器编程元件的编码方式有两类，输入、输出继电器和内部辅助继电器采用“通道号+位号”的编码方法，每个通道采用16进制编号。
保持继电器、定时器/计数器、暂存继电器、数据存储器采用“识别码+序号”的编码方法。
其继电器地址分配如表2.1。
表2.1继电器的地址分配
名称
点数
通道号
继电器地址
输入继电器
80
00～04CH
0000～0415
输出继电器
80
05～09CH
0500～0915
内部辅助继电器
136
10～18CH
1000～1807
特殊辅助继电器
备份电池电压降低时接通
16
18～19CH
1808
扫描时间大于100ms时接通
1809
高速计数器硬件清零时接通
1810
PLC正常运行时常断
1811、1812、1814
PLC正常运行时常通
1813
PLC上电时导通一个周期
1815
0.1S、0.2S、1S时钟脉冲
1900～1902
算术运算指令操作数错误接通
1903
算术运算指令进位、借位时接通
1904
比较指令大于、等于、小于时接通
1905～1907
暂存继电器
8
TR0～TR7
保持继电器
160
HR000～HR915
定时器/计数器
48
TIM/CNT00～TIM/CNT47
数据存储器（DM）
64
DM00～DM63
1.输入、输出继电器
实际上分配给输入、输出端子的继电器。
但对于具体的配置来说，不一定有相应的继电器与之对应。
如C20P仅有12个输入点和8个输出点，可以使用的输入继电器为0000～0011，可以使用的输出继电器为0500～0507。
没有使用的输入、输出通道可以用作内部辅助继电器号使用。
2.内部辅助继电器和保持继电器
内部辅助继电器类似于继电接触器系统中的中间继电器，是在程序内可以自由使用的继电器。
C20P有136个内部辅助继电器，其编号为1000～1807；
保持继电器：
由于有备份电池，当电源掉电时，保持继电器能够保持它们原来的状态。
对于需要保持掉电前状态的工作场合需要应用保持继电器。
有160个保持继电器，其编号为HR000～HR915
3.定时器、计数器
C系列PLC中共有48个定时器、计数器。
TIM/CNT00～47，如果一个编号用做定时器，就不能再用做计数器了。
但电源掉电时，定时器被复位，而计数器保持当前值不变。
（二）、C200H的结构及技术参数
C200HPLC采用模块化、总线式结构，整个系统以CPU单元为核心。
CPU单元包括系统电源、微处理器、存储系统控制逻辑、总线接口及其它接口电路等，是系统的主模块。
其编器通过接口与CPU单元相连接。
CPU单元还提供了独立的用户程序存储单元，以利于用户程序的方便安装和更换。
C200HPLC的I/O系统均采用模块化结构，I/O模块的多少视应用需要而定。
将存储器分为几个继电器区，每个继电器区都划分为若干个连续的通道，一个通道由16个二进制位组成，每一个位称为一个继电器。
每个通道都有一个由2～4位数字组成的唯一的通道地址，每个继电器也有一个唯一地址，它由其所在的通道地址后加两位数字00～15组成。
区域名称
通道号
区域名称
通道号
I/O继电器
000～029（不用I/O通道可作为内部辅助继电器使用）
辅助存储继电器AR
AR00～AR27
内部辅助继电器IR
030～250
链接继电器LR
LR00～LR63
专用继电器SR
251～255
定时/计数继电器TC
TM000～TM511
暂存继电器TR
TR0～TR7
（只有8位）
数据存储区DM
DM0000～DM0999（读/写）
保持继电器
HR00～HR99
DM1000～DM1999（只读）
2.4PLC内部的等效继电器系统
2.5继电器梯形图
第四节可编程序控制器的指令系统及编程原理
可编程序控制器通过编制程序来确定控制对象的动作，而程序是由一系列语句组成的。
PLC与计算机的显著区别之一，就是编程简单。
梯形图是各种PLC通用的编程方式，它沿用了继电器原理图或梯形图的编程方法，采用了触点、线圈、串并联等术语和图形符号，增加了一些继电接触器控制没有的符号。
梯形图比较形象、直观，对于熟悉继电接触器控制的人员来说，易于接受。
在知道了需要控制哪些设备，这些设备之间的相互关系及时序后，一般总是先画出梯形图，然后用指令写出程序。
所以，在下面介绍OMRONC系列PLC各个指令功能及用法中，总是同时采用这两种方法进行说明。
4.1可编程序控制器的指令系统
C系列P型机共有37条指令，可分为3大类：
简单操作指令、专用操作指令和扩展指令。
本节只对部分常用的作一介绍。
1.基本编程指令（LD，OUT，AND，OR，NOT和END）
这六条基本指令，对于任何程序都是不可缺少的，在编程时，在编程器上按它们对应的键就可以了。
LOAD（LD）和OUT
在每一条逻辑线或者一个程序段的开始都要使用LD指令。
在逻辑线的开始如果使用一个继电器的常开触点时，使用LD指令。
OUT用于一个输出线圈，对于每个线圈可以认为有很多触点。
AND
触点串联使用时，使用AND指令，也就是说它是一个逻辑与操作。
OR
并联触点使用OR指令，也就是说它是一个逻辑或操作。
NOT
它是求反操作，用于继电器的常闭触点。
END（FUN01）
它表示程序结束，每个程序都必须有一条END指令。
没有END指令的程序不能执行，并且在编程器上给出错误信息“NOENDINST”。
输入END指令时在编程器上按FUN键、0键、1键。
图3.33给出了由梯形图程序转化为指令码的一个例子。
地址指令数据
0000LD0002
0001OR0500
0002ANDNOT0003
0003OUT0500
0004END（01）
（a）（b）
图3.33由梯形图转化为指令码的示例
（a）梯形图（b）指令表
2.块处理指令（ANDLD和ORLD）
这里所说的块是指梯形图中由若干接点串联或并联所构成的支路。
在程序中要把两个程序段联接起来，须使用这两个指令。
ANDLD指令用于块串联，ORLD用于块并联。
ANDLD使用方法
它用于联接串联的两个程序段。
如图3.34所示例子。
地址指令数据
0000LD0002
0001OR0500
0002LD0003
0003ORNOT0004
0004ANDLD
0005OUT0500
（a）（b）
图3.34ANDLD使用方法示例
（a）梯形图（b）指令表
ORLD使用方法
它用于联接两个并行的程序段。
如图3.35所示。
指令数据
LD0002
ANDNOT0003
LD0004
AND0005
ORLD
OUT0501
（a）（b）
图3.35OR-LD使用方法示例
（a）梯形图（b）指令表
3.分支指令IL（FUN02），ILC（FUN03）和暂存指令TR
IL（02）是开始分支操作指令，ILC（03）是分支操作结束指令。
IL（02）指令和ILC（03）指令总是配合使用。
当不满足IL指令的条件时，在IL和ILC之间的所有输出线圈都OFF。
在图3.36示例中，当输入继电器0002是OFF时，IL和ILC之间的状态如表3.11：
表3.11
输出线圈
OFF
定时器
复位
计数器、移位寄存器、锁存继电器
状态不变
地址指令数据
0300LD0002
0301IL（02）
0302LD0003
0303AND0004
0304OUT0504
0305LD0005
0306OUT0505
0307LDNOT0006
0308OUT0506
0309ILC（03）
（a）（b）
图3.36IL/ILC使用方法示例
（a）梯形图（b）指令表
如0002（即IL指令的条件）是ON时，在IL和ILC之间的线圈正常操作。
上面的梯形图能够改为：
图3.37重写后的IL/ILC示例
暂存指令TR
在程序中有几个分支输出时就需要使用暂存继电器，在同一段程序中，不能重复使用相同编号的TR，但在不同程序段中TR号可以重复使用。
必须使用OUT指令设置暂存继电器，以建立梯形图上的分支点标记，再次引用这个分支点时则需使用LD指令。
暂存指令主要用在不能用分支指令IL、ILC编程时的场合。
图3.38是暂存指令编程的例子。
地址指令数据
0200LD0002
0201OUTTR0
0202AND0003
0203OUTTR1
0204AND0004
0205OUT0500
0206LDTR1
0207AND0005
0208OUT0501
0209LDTR0
（a）0210AND0006
0211OUT0502
0212LDTR0
0213ANDNOT0007
0214OUT0503
（b）
图3.38TR使用方法示例
（a）梯形图（b）指令表
4.锁存（保持）指令KEEP（FUN11）
KEEP指令也称置数指令，类同于数字电路中的RS触发器，可以将一个继电器置位和复位。
KEEP指令可以使用的继电器为输出继电器、内部辅助继电器和保持继电器。
图3.42是KEEP指令应用实例。
KEEP指令编程的顺序是置位端、复位端、继电器线圈。
当置位端接通时（ON），保持继电器接通（ON）,当复位端接通时（ON），保持继电器断开（OFF），当置位端和复位端同时接通时（ON），复位端优先。
地址指令数据
0100LD0002
0101LD0003
0102KEPP（11）0500
0103LD0004
0104ANDNOT0005
0105LD0006
0106OR0007
0107KEPP（11）HR000
（a）（b）
图3.42KEEP使用方法示例
（a）梯形图（b）指令表
5.定时器指令TIM
定时器指令TIM是减一延时定时器。
TIM的度量单位是0.1s，其设置值在0到999.9s之间。
图3.43为TIM使用方法的例子。
TIM编号可以在00到47之间任意指定，但是TIM号不能与CNT重复使用，当定时器的输入变为0N时，定时器开始定时，当经过了定时时间后，TIM就ON，这时其当前值为0000。
在定时器的输入为OFF时，清除TIM，其当前值恢复到预置值。
在电源断电时，定时器清除并恢复预置值。
地址指令数据
0000LD0004
0001ANDNOT0005
0002TIM01
#150
0003LDTIM01
0004OUT0500
（a）（b）
图3.43TIM使用方法示例
（a）梯形图（b）指令表
6.计数器指令CNT
计数器CNT是预置计数器。
CNT、TIM二者的编号都使用TIM／CNT00～47，编号可任意使用，但不能重复。
CNT和CNTR的设置值可根据实际需要设置在0000到9999之间。
电源断电时保持当前值。
（1）计数器指令CNT
地址指令数据
0000LD0002
0001ANDNOT0003
0002LD0004
0003CNT10
#0003
0004LDCNT10
0005OUT0500
（a）（b）
（c）
图3.45CNT使用方法示例
（a）梯形图（b）指令表（c）CNT定时图
CNT的编程顺序是计数输入端、计数器置“0”端、计数器线圈。
图3.45为CNT使用方法示例。
CNT是减1计数器，当计数输入端信号从OFF变化为ON时，计数值减1，当计数器的当前值减为0000时，计数器接通（ON），直到置“0”输入端为接通（ON）时，使计数器线圈断开（OFF），复位计数器，恢复计数值为设置值。
图3.45（c）为其定时图。
如果置“0”信号和计数输入信号同时到来，置“0”信号优先作用。
7.微分指令DIFU/DIFD
DIFU对输入信号的上升沿微分，输出一个扫描周期的正脉冲；DIFD对输入信号的下降沿微分，输出一个扫描周期的正脉冲。
微分指令常用于继电器作复位信号或其它控制信号。
在微分指令中可以使用的继电器有输出继电器、内部辅助继电器和保持继电器。
在一个程序中最多可使用48条微分指令，如果多于此数则编程器将显示“DIFOVER”并且把第49个微分指令当作NOP（空）指令来处理。
图3.47是微分指令的示例，当0002导通时，DIFU使内部辅助继电器1000导通1个扫描周期。
在1000窄脉冲的作用下，输出继电器0500在自身接点的引导下，构成计数触发器，对外部脉冲作二分频。
图3.47（c）为相应的时序波形图。
地址指令数据
0200LD0002
0201DIFU（13）1000
0202LD1000
0203ANDNOT0500
0204LD1000
0205AND0500
0206KEPP（11）0500
（a）（b）
（c）
图3.47DIFU使用方法示例
（a）梯形图（b）指令表（c）时序波形图
4.2编程注意事项
尽管梯形图与继电器电路图在结构形式、元件符号及逻辑控制功能等方面相类似，但它们又有许多不同之处，梯形图具有自己的编程规则。
1）每一逻辑行总是起于左母线，然后是触点的连接，最后终止于线圈或右母线（右母线可以不画出）。
注意：
左母线与线圈之间一定要有触点，而线圈与右母线之间则不能有任何触点。
2）梯形图中的触点可以任意串联或并联，但继电器线圈只能并联而不能串联。
3）触点的使用次数不受限制。
4）一般情况下，在梯形图中同一线圈只能出现一次。
如果在程序中，同一线圈使用了两次或多次，称为“双线圈输出”。
对于“双线圈输出”，有些PLC将其视为语法错误，绝对不允许；有些PLC则将前面的输出视为无效，只有最后一次输出有效；而有些PLC，在含有跳转指令或步进指令的梯形图中允许双线圈输出。
5）对于不可编程梯形图必须进行等效变换，变成可编程梯形图
6）有几个串联电路相并联时，应将串联触点多的回路放在上方。
在有几个并联电路相串联时，应将并联触点多的回路放在左方，如图5-2b所示。
这样所编制的程序简洁明了，语句较少。
另外，在设计梯形图时输入继电器的触点状态最好按输入设备全部为常开进行设计更为合适，不易出错。
建议用户尽可能用输入设备的常开触点与PLC输入端连接，如果某些信号只能用常闭输入，可先按输入设备为常开来设计，然后将梯形图中对应的输入继电器触点取反（常开改成常闭、常闭改成常开）。
4.3编程器及其使用方法
4.4编写可编程序控制器程序的步骤
了解可编程控制器控制程序的编写步骤，有助于我们了解系统的原理和掌握维护方法。
一个可编程控制器控制程序的编写一般要经过以下几个步骤：
1、熟悉现场生产过程和设备，确定控制方案，按工艺要求绘出控制系统图。
2、根据输入输出点的多少确定PLC的机型。
3、确定输入输出部件，即确定向PLC发出信号的器件和接收从PLC输出信号的外部器件、装置等。
4、绘出各种被控设备或器件的流程图。
5、分配输入输出继电器、内部辅助继电器及定时器计数器等，并列出继电器编号表。
6、根据流程图绘出正确的继电器梯形图。
7、将梯形图程序送入PLC中。
8、调试、检查、修改程序。
9、存贮已编好的程序。
4.5可编程序控制器应用实例
1、控制要求
启动时，按一下启动按钮，装置开始下列动作：
1）、X1=ON，液体A流入容器，当液面到达I时，I=ON使X1=OFF，X2=ON，即关闭液体A的阀门，打开液体B的阀门。
2）、当液面到达H时，H=ON使X2=OFF，M=ON，即关闭液体B的阀门，开始搅拌。
3）、搅匀后，停止搅拌（M=OFF），开始放出混合液体（X1=ON）。
4）、当液面下降至L时（L由ON变为OFF），再经过2S容器放空，X3=OFF，开始下一个周期。
停止时，按下停止按钮，在当前的混合操作处理完毕后才停止操作（停在初始状态）。
2、控制方案的确定
该系统共有输入信号5个（H、I、L、启动按钮及停止按钮），输出信号4个（3个电磁阀和1个电动机），因而可选择C20P（或其他系列的微型PLC）来控制。
3、控制系统运行流程图
4、输入输出继电器的分配及系统接线
输入输出继电器分配表：
输出（O）
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