锅炉车间输煤机组控制.docx

1、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。

2、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 11.1.1 研究意义 11.1.2 研究内容 11.2 设计内容及要求 11.2.1 输煤机组控制要求11.2.2 输煤机组控制内容2

3、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 42.1.1 控制系统主电路图设 42.1.2 电器元件的选择 5 2.2 软件系统设计 62.2.1 I/O地址分配表 62.2.2 PLC控制电路接线图 72.2.3 程序流程图 82.2.4 硬件接线图 82.3 梯形图 92.4 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

4、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

5、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QA21#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 QA52#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SF51#送煤机手动按钮

6、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SF82#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KMM1M6，YA运行正常信号HL16输煤机组单机运行指示BBM1M6，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M1M6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，SF4SF9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。HL1HL6为MlM6电动机运行指示，HL

7、7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45时，接点SF1-1接通，通过SF4SF9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45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

8、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

9、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M1M6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

10、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M1M6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) M1M6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； （

11、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

12、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，SF4SF9分为6个电动机控制按钮。 输出点数也较

13、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

14、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S7-200 CPU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S7-200 CUP224/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

15、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

16、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2.2.1 I/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：I0.0 I0.1、IO.2、I0.3、I0.4、I0.5、I0.6、I0.7、I1.1、I1.2、I1.

17、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、Q2.7PLC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SF0-0I0.0 2输煤机组自动控制开关SF0-1I0.13输煤机组自动开车按钮SF1I0.24输煤机组自动停车按钮SF2I0.35输煤机组紧急停车按钮SF3I0.46给料器磁选料器手动按钮SF4I0.571#送煤机手动按钮SF5I0.68破碎机手动按钮SF6I0

18、.79提升机手动按钮SF7I1.0102#送煤机手动按钮SF8I1.111回收机手动按钮SF9I1.212M1-M6，YA运行正常信号KMI1.313M1-M6,YA过载保护信号BBI1.4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QA1Q0.021#送煤机接触器QA2Q0.13破碎机接触器QA3Q0.24提升机接触器QA4Q0.352#送煤机接触器QA5Q0.46回收机接触器QA6Q0.57手动运行指示灯HL7Q0.68紧急停车指示灯HL8Q0.79系统正常运行指示灯HL9Q1.010系统故障运行指示灯HL10Q1.111报警电铃HAQ2.012输煤机组单机运行指示HL1

19、Q2.113输煤机组单机运行指示HL2Q2.214输煤机组单机运行指示HL3Q2.315输煤机组单机运行指示HL4Q2.416 输煤机组单机运行指示HL5Q2.517输煤机组单机运行指示HL6Q2.618磁选料器YAQ2.72.2.2 PLC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

20、.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 LD I0.2 O M0.0O Q3.0AN T37AN T44= Q3.0启动/关闭回收机LD T37O Q0.5O T54AN I0.4AN T49AN T55AN I1.4= Q0.5启动/关闭送煤机P2LD T38O Q0.4O T54AN I0.4AN T48AN T55AN I1.4= Q0.4启动/关闭提升机LD T39O Q0.3O T54AN I0.4AN T47AN T55AN I1.4= Q0.3启动/关闭破碎机L

21、D T40O Q0.2O T54AN I0.4AN T46AN T55AN I1.4= Q0.2启动/关闭送煤机P1LD T41O Q0.1O T54AN I0.4AN T45AN T55AN I1.4= Q0.1启动/关闭给料器和磁选料器LD T42O Q0.0O T54AN I0.4AN T44AN T55AN I1.4= Q0.0= Q2.7手动开启LD I0.5O I0.6O I0.7O I1.0O I1.1O I1.2O Q3.1AN T54= Q3.1TON T54, 50手动关闭LD I0.5EDLD I0.6EDOLDLD I0.7EDOLDLD I1.0EDOLDLD I1.

22、1EDOLDLD I1.2EDOLDO Q3.2AN T55= Q3.2TON T55, 50报警定时LD I1.4O M0.3AN T50= M0.3TON T50, 200报警响起定时LD I1.4AN T51AN T50TON T52, 10报警关闭定时LD T52TON T51, 20报警信号LD I1.4A T52O I0.4O Q2.0AN T53AN T50= Q2.0定时器LD I0.4O M0.4AN T53= M0.4TON T53, 100故障/正常电路LD I1.4ON I1.3= Q1.1急停电路LD I0.4ON M0.5AN I1.3= M0.5= Q2.0自动开

23、关定时开始LD I0.1O M0.6AN T37= M0.6TON T37, 50定时10秒LD T37O M0.7AN T38= M0.7TON T38, 100定时10秒LD T38O M1.0AN T39= M1.0TON T39, 100定时10秒LD T39O M1.1AN T40= M1.1TON T40, 100定时10秒LD T40O M1.2AN T41= M1.2TON T41, 100定时10秒LD T41O M1.3AN T42= M1.3TON T42, 100定时10秒LD T42O M1.4AN T43= M1.4TON T43, 100自动关闭定时开始LD I0

24、.2O M1.5AN T44= M1.5TON T44, 50定时10秒LD T44O M1.6AN T45= M1.6TON T45, 100定时10秒LD T45O M1.7AN T46= M1.7TON T46, 100定时10秒LD T46O M2.0AN T47= M2.0TON T47, 100定时10秒LD T47O M2.1AN T48= M2.1TON T48, 100定时10秒LD T48O M2.2AN T49= M2.2TON T49, 100控制HL1灯LD T37O M2.3AN T49= M2.3= Q2.1控制HL2灯LD T38O M2.4AN T48= M2

25、.4= Q2.2控制HL3灯LD T39O M2.5AN T47= M2.5= Q2.3控制HL4灯LD T40O M2.6AN T46= M2.6= Q2.4控制HL5灯LD T41O M2.7AN T45= Q2.4= M2.5控制HL6灯LD T42O M3.0AN T44= M3.0= Q2.6控制HL7灯LD I0.0O M3.1AN I0.1= M3.1= Q0.6控制HL9灯LD T43O M3.2AN I1.4= 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

26、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

27、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。 参考文献1 王宗才机电传动与控制 北京：电子工业出版社，2011.16：82-91，186-187，213-2942 于庆广可编程控制其原理与系统设计北京：清华大学出版社，2004：36-453 程子华PLC原理与实例分析北京:国防工业出版社，2006：26-304 廖常初PLC编程及应用北京: 机械工业出版社，2005：67-875 高钦和可编程控制器应用技术及其设计实例北京:高等教育出版社，2004：45-656 李缓PLC原理与应用北京：北京邮电大学出版社，2005：23-457 王玉中电气控制及PLC应用技术河南：河南科学技术出版社，2006：126-1458 张新军电气控制与PLC技术及应用济源：济源职业技术学院出版社，2006：165-1879 张进秋可编程控制器原理及应用实例M北京：机械工业出版社，2004：97