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1、PLC课程设计锅炉车间输煤机组控制 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
2、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 前言 . 1 1.1设计内容及要求 . 1 1.2 输煤系统简介 . 3 1.3 PLC简介 . 3 PLC控制系统设计 . 4 2.1硬件系统设计 . 4 2.1.1控制系统主电路图设计 . 4 2.1.2程序流程图 . 5 2.2 I/O分配表 . 6 2.2.1输入. 6 2.2.2输
3、出口. 6 课程设计内容 . 7 3.1梯形图. 7 3.2语句指令表 . 13 心得体会 . 14 参考文献. 15 前言 1.1设计内容及要求 本课程设计任务主要是锅炉车间输煤机组系统的设计，有多个电动机带动，具体内容如下:输煤机组控制系统示意图如图1-1所示，输煤机组控制信号说明见表1-1。 磁选料器输煤方向YA(15kVA)给料器送煤机P1破碎机M4(5kW)提升机输煤方向送煤机P2煤送至卸煤仓M1(3kW)M2(3kW)M3(13kW)煤回收方向M5(75kW)回收机P2M6(3kW)图1-1输煤机组控制系统示意图 表1-1输煤机组控制信号说明 输入 文字符号 SA1-1 SA1-2
4、 SB1 SB2 SB3 SB4 SB5 SB6 SB7 SB8 SB9 KM FR 输煤机组手动控制开关 输煤机组自动控制开关 输煤机组自动开车按钮 输煤机组自动停车按钮 输煤机组紧急停车按钮 给料器和磁选料器手动按钮 1#送煤机手动按钮 破碎机手动按钮 提升机手动按钮 2#送煤机手动按钮 回收机手动按钮 M1M6，YA运行正常信号 M1M6，YA过载保护信号 说明 文字符号 KM1 KM2 KM3 KM4 KM5 KM6 HL7 HL8 HL9 HL10 HA HL16 给料器和磁选料器接触器 1#送煤机接触器 破碎机接触器 提升机接触器 2#送煤机接触器 回收机接触器 手动运行指示灯 紧
5、急停车指示灯 系统正常运行指示灯 系统故障指示灯 报警电铃 输煤机组单机运行指示 输出 说明 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。SA1为手动/自动转换开关，SB1和SB2为自动开车/停车按钮，SB3为事故紧急停车按钮，SB4SB9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，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输煤机组控制要求。(1) 手动开车/停车功能 SA1手柄指向左45时，接点SA
6、1-1接通，通过SB4SB9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 SA1手柄指向右45时，接点SA1-2接通，输煤机组自动运行。 1) 正常开车按下自动开车按钮SB1，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
7、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SB2，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M1M6和磁选料器YA的过载保护装置热继电器，如果电动机
8、、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SB3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
9、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。 6) 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。 2 1.2 输煤系统简介 随着生产过程的控制规模不断增大，运行参数越来越高，生产设备及其相应的热力设备和系统更加复杂。输煤系统是热力系统的重要组成部分，是锅炉车间燃料供应的有力保证。输煤机组工作效率的提高是整个工艺过程的关键因素，而整个输煤过程往往采用远程控制，这就对自动控制系统的设计提出了更高的要求，传统方法不能得到满意的测控效果。因此，在输煤系统中往往选择比较有优势的P
10、LC控制系统，使整个控制过程具有正常运行、事故处理、参数监测、故障报警、装置调控、危险保护等功能。 输煤系统的主要特点有： 1.系统设备多。设备种类多。给煤机、翻车机、斗轮堆取料机、皮带输送机、碎煤机、筛煤机、犁煤器、三通挡板、除尘器、取样机、煤味监测装置、皮带秤等。设备数量多。电厂输煤系统设备数量一般均为100多台。 2.系统分部广。输煤系统设备布设分散、作业线长、运行方式灵活多变，分部一般在几公里的范围内，有的大型火电厂甚至更远。 3.系统故障点多。皮带的拉断、跑偏、超载、撕裂；碎煤机的超温、超振；三通挡板及犁煤器等的卡死或不到位；皮带、筛煤机的堵煤现象等。 4.工艺流程复杂。多种煤源设备
11、取煤通过电动三通挡板的切换经皮带输送机传送到原煤仓。可以组成几十种甚至上百种工艺流程。 5系统运行环境恶劣。输煤系统运行环境粉尘飞扬，水、灰、煤粉比比皆是， 特别市夏日煤仓气温高达50。 1.3 PLC简介 在PLC问世之前，工业控制领域中是继电器占主导地位。但继电器控制领域有着十分明显的缺点：体积大、耗电多、可靠性、寿命短、运行速度慢、适应性差、尤其当生产工艺发生变化时，就必须重新设计、重新安装，造成时间和资金的严重浪费。为了改变这一现状，PLC控制系统产生了。继XX年美国数字设备公司研制出世界第一台PLC，并在通用汽车公司自动装配线上试用，获得了成功，从而开创了工业控制新时期，从此，可编程
12、控制器这一新的控制技术迅速发展起来了。在许多领域都有广泛的应用。PLC的优点是：可靠性高，耗电少，适应性强，运行速度快，寿命长等，为了进一步提高输煤机的功能和性能，避免传统控制的一些弊端，就提出了用PLC来控制输煤机组这个课题。 3 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 按照设计要求，给料器M1、1#送煤机M2、破碎机M3、提升机M4、2#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
13、比7.5KW大，所以采用星三角降压启动。其余负载均采用直接启动方式。主电路图见图2-1. 图2-1主电路图 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4 动机，M5送煤电动机，M6回收电动机。 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。 熔断器FU1、FU2、FU3、FU4、FU5、FU6分别实现各负载回路的短路保护。 2.1.2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
14、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2-2程序的主流程图 当系统以手动方式运行时，是单个设备点动控制，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2-4所示。 5 图2-3 PLC运行的程序流程图 2.2 I/O分配表 2.2.1输入 表2-1输入地址分配表 工作名称 启动 正常停止 紧急停车 给料器和磁选料器过载保护 送煤机过载保护 破碎机过载保护 提升机过载保护 送煤机过载保护 回收机过载保护 输入口 I0.4 I0.5 I0.6 I1.1 I1.2 I1.3
15、 I1.4 I1.5 I1.6 2.2.2输出口 表2-2 输出地址分配表 工作名称 6 输出口 给料器 送煤机 破碎机 提升机 送煤机 回收机 给料器和磁选料器运行指示HL1 送煤机运行指示HL2 破碎机运行指示HL3 提升机运行指示HL4 送煤机运行指示HL5 回收机运行指示HL6 Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.4 Q0.5 Q0.6 Q1.1 Q1.2 Q1.3 Q1.4 Q1.5 Q1.6 Q1.7 Q0.7 Q1.0 Q0.0 警报 音响 系统故障指示灯 磁选料器 课程设计内容 3.1梯形图 输煤机组的控制过程分为自动和手动控制方式。在自动控制模式下，要求各负载从M6到M1逆序
16、自动启动，并能从M1到M6顺序自动停止。同时，该输煤机组还能在手动控制模式下进行点动，以便调试和维修。而且，该系统还能实现过载保护、紧急停车和故障提醒功能，并有相应的指示报警功能。 所以，我们应该主要采用定时器指令和顺序控制指令对本控制系统进行程序设计。其梯形图如下： 7 8 9 10 11 图3-1 PLC输煤机组控制梯形图 12 3.2语句指令表 图3-2 程序语句表 13 心得体会 本次课设是放在学期末做的，时间仓促，但是还是收获到了不少的知识。通过本次课设，是我更加体会到PLC这门课的趣味，使我产生了更加乐趣。在这次课设总中，自己一个人完成了所有课设的内容，这是以前做课设所没有过的，通
17、过本次课设补充了上课没有学到的指令，程序设计思想，更加熟练使用STEP7软件，了解该软件的用法，也使我锻炼了动手实践的能力和快速学习，快速应用的能力。在调试过程中难免会遇到各种各样的问题，在同学老师的帮助下还是顺利的解决了。 一分耕耘，一分收获。付出总会有所收获，虽然基本完成了此次课程设计，但是还不是太满意，程序可以更加简化，控制可以更加简便，安全措施可以更加完善。在做调试之前应该充分做好准备，对自己的程序应该做一个详细的记录。改动时详细标注。调试过程中，充分理解每步的结果和原理。 最后，感谢老师和同学的帮助。 14 参 考 文 献 1张万忠 电器与PLC控制应用技术 北京工业出版社 2钟肇新 彭侃 可编程序控制器原理及应用 华南理工大学出版社 3戴仙金 西门子S7-200系列PLC应用与开发 中国水利水电出版社 4罗宇航 流行PLC实用程序及设计 西安电子科技大学出版社 15
