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1、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。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。关键词：锅炉自动输煤系统 、PLC、 自动化、 可靠目 录第1章 选题背景与课设要
2、求11.1 选题背景11.2 设计内容及要求1第2章 方案论证32.1 PLC控制系统设计的原则和方法32.2 方案的确定3第3章 PLC控制系统设计43.1 硬件系统设计43.1.1 控制系统主电路图设计43.1.2 电器元件的选择53.2软件系统设计73.2.1 I/O地址分配表73.2.2 PLC控制电路接线图93.2.3 系统工作流程图93.2.4梯形图11第4章 系统调试18第5章 设计总结19参考文献20第1章 选题背景与课设要求1.1 选题背景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
3、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PLC（可编程控制器）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。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
4、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。多种煤源设备取煤通过电动三通挡板的切换经皮带输送机（一般均为双路）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。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
5、改变这一现状，PLC控制系统产生了。继1969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。1.2 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: 输煤机组控控制系统示意图如图1-1所示。图1-1 输煤机组示控制系统意图输煤机组的拖动系统由6台
6、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。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。输煤机组控制要求如下1、手动开车/停车功能 SA1手柄指向左45时，接点SA1-1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
7、、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，电动机M6-M1逆序启动起动运行，并点亮指示灯HL6-HL1； 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， 电动机M1-M6顺序停车 并熄灭HL1-HL6指示灯，同时，熄灭HL9系统正常运行指示灯； 并熄 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
8、。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
9、车。相关设备参数如下：(1) M1-M6及磁选料器YA。(2) 指示灯HL：0.25W，DC24V。(3) 电铃HA：8W，AC220V。输煤机组控制信号说明：输煤机组是一种为锅炉供煤的设备,它的稳定可靠工作直接关系到整个锅炉的正常运行.所以要进行输入输出信号进行详细说明,详细情况见下表: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KM21#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KM52#送煤机接触器SB4给料器和磁选料器手动按钮K
10、M6回收机接触器SB51#送煤机按钮HL7手动运行指示灯SB6破碎机手动按钮HL8紧急停车指示灯SB7提升机手动按钮HL9系统正常运行指示SB82#送煤机手动按钮HL10系统故障指示灯SB9回收机手动按钮HA报警电铃KMM1-M6,YA 运行正常信号HL1-HL6输煤机组单机运行指示FRM1-M6 过载保护信号表1-1 输煤机组控制信号说明第2章 方案论证2.1 PLC控制系统设计的原则和方法 对于电气控制设备，任何PLC控制系统的设计都是在控制方式和电动机技术数据确定以后进的是设备控制要求和工艺流程的具体化。 PLC控制系统设计应该遵循以下原则： 1）应最大限度地满足生产机械的工艺要求，并能
11、根据需要方便地进行修改。 2）整个PLC控制系统及控制电路安全可靠，简单，具有较高的性能价格比。 3）合理地选择PLC机型及电器元件。 4）容易掌握，便于操作和维修。2.2 方案的确定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SB1和SB2为自动开车/停车按钮，SB3为事故紧急停车按钮，SB4SB9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、HL
12、9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。第3章 PLC控制系统设计3.1 硬件系统设计3.1.1 控制系统主电路图设计按照设计要求
13、，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3-1. 图3-1 锅炉车间输煤机组系统主电路图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
14、) 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。4) QF为电源总开关，既可完成主电路的短路保护，又起到分断三相交流电源的作用，使用和维修方便。3.1.2 电器元件的选择（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
15、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
16、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,不能满足控制要求，又因为CPU224能够扩展7个模块，因为控制要求输出有21个，另需一个EM223的DI4/DO4*DC 24V/继电器；扩展模块EM223的I/O地址范围是Q3.0-Q3.3，满足系统控制要求。本机与扩展连接形式见图3-2模块连接图。图3-2 模块连接图a. 电机选择型号名称型号转速M1：给料器电动机KMS60-04（6KW）3000r/minM2：1#送煤器电动机KMS60-04（6K
17、W）3000r/minM3：破碎机电动机KMS60-04（6KW）3000r/minM4：提升机电动机KMS60-04（6KW）3000r/minM5：2#送煤器电动机KMS60-04（6KW）3000r/minM6：回收机电动机KMS60-04（6KW）3000r/minYA：磁选料器电动机60KTYZ-03（6KW）3000r/min表3-1 电机选择型号b. 热继电器的选择施耐德继电器LRD系列简介TeSys热过载继电器，适合与TeSys系列接触器组合安装。应用范围：设计用於保护交流电路和电动机，避免电动机过载、缺相、起动时间过长和堵转时间过长名称型号IN(A)UN(V)数量（个）FR0
18、、FR3LRD-32C23-323802FR1、FR2、FR6LRD-12C5.5-83803FR4LRD-16C9-133801FR5LRD-3363C63-803801表3-2 热继电器的型号c.低压断路器的选择施耐德C65N系列断路器简介：C65系列小型断路器作为一种具有突破性意义的模数化产品诞生以来，经过不断的拓展完善，始终领先于市场，已经成为世界低压终端配电产品的典范。 应用范围：可广泛应用于工业、商业及民用低压终端配电的需要。性能描述：具丰富的产品系列，根据分断能力的不同，C65N，C65H，C65L的分断能力覆盖了615KA的范围，额定电流163A，具B/C/D型脱扣曲线； 可拼
19、装丰富的电气附件、机械附件，实现功能的极大扩充和操作的便利。全系列产品可拼装剩余电流动作保护附件，实现A/AC类剩余电流动作保护功能，额定剩余动作电流包括30mA，100mA，100mA延时，300mA和300mA延时型名称型号IN(A)UN(V)数量（个）QFC65N3P-D225A2253801QF0、FR3C65N3P-D32A323802QF1、QF2、QF6C65N3P-D10A103803QF4C65N3P-D16A163801QF5C65N3P-D150A1503801表3-3 低压断路器的型号d.继电器、接触器的选择西门子3TF系列接触器的简介：西门子系列交流接触器用于交流 5
20、0Hz 或 60Hz，额定绝缘电压为690-1000V，在 AC-3 使用类别下额定工作电压为 380V 时的额定工作电流为 9A-400A。主要供远距离接通及分断电路之用，适用于控制交流电动机的起动、停止及反转。名称型号P(w)IN(A)UN(V)数量（个）KM0、KM10、KM3、KM93TF4422-*X*15KW323804KM1、KM2、KM63TF4022-*X*3KW93803KM43TF4122-*X*5.5KW123801KM5、KM7、KM83TF5122-*X*75KW1403803表3-4 继电器、接触器的型号3.2软件系统设计3.2.1 I/O地址分配表 I/O信号在
21、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及两个扩展模块EM222,EM223,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、I1.3、I1.4、I1.5、I1.6、I1.7、Q0.0、Q0.1、Q0.2、Q0.3、Q0.4、Q0.5、Q0.6
22、、Q0.7、Q1.0、Q1.1第一个扩展模块EM222的I/O地址：Q2.0、Q2.1、Q2.2、Q2.3、Q2.4、Q2.5、Q2.6、Q2.7第二个扩展模块EM223的I/O地址：Q3.0、Q3.1、Q3.2PLC输入输出接口地址分配表见：序号工作名称文字符号输入口1输煤机组手动控制开关SA1-1I0.12输煤机组自动控制开关SA1-2I0.23输煤机组自动开车按钮SB1I1.14输煤机组自动停车按钮SB2I1.25输煤机组紧急停车按钮SB3I1.36给料器磁选料器手动按钮SB4I1.471#送煤机手动按钮SB5I1.58破碎机手动按钮SB6I1.69提升机手动按钮SB7I1.7102#送
23、煤机手动按钮SB8I2.011回收机手动按钮SB9I2.112M1-M6,YA过载保护信号FRI0.0表3-5输入接口地址分配表序号工作名称文字符号输出口1给料器磁选料器接触器KM1Q0.121#送煤机接触器KM2Q0.23破碎机接触器KM3Q0.34提升机接触器KM4Q0.452#送煤机接触器KM5Q0.56回收机接触器KM6Q0.67紧急停车指示灯HL8Q1.78系统正常运行指示灯HL9Q2.19系统故障运行指示灯HL10Q2.210报警电铃HAQ2.011输煤机组单机运行指示HL1Q1.112输煤机组单机运行指示HL2Q1.213输煤机组单机运行指示HL3Q1.314输煤机组单机运行指示
24、HL4Q1.415 输煤机组单机运行指示HL5Q1.516输煤机组单机运行指示HL6Q1.6表3-6 PLC 输出接口地址分配表3.2.2 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3-3 I/O接线图3.2.3 系统工作流程图 图3-4 系统工作流程图3.2.4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
25、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：第4章 系统调试大体思路如下：1、硬件调试：硬件调试是利用开发系统、基本测试仪器（万用表、示波器等），检查用户系统硬件中存在的故障。硬件调试可分为静态调试与动态调试两步进行。静态调试静态调试是在用户系统未工作时的一种硬件检测。第一步：目测。检查外部的各种元件或者是电路是否有断点。第二步：用万用表测试。先用万用表复核目测中有疑问的连接点，再检测各种电源线与地线之间是否有短路现象。第三步：加电检测。给板加电，检测所有的插座或是器件的电源端是否符合要求的值第四步：是联机检查。因为只有用可编程控制器开发系统才能完成对用户系统的调试。
26、动态调试实验室没有相应的实物控制模型，因此，在调试系统控制程序时，所有的输入信号均用开关信号来代替，所有的输出均用指示灯来表示。由于实验室的PLC输出端口过少，不能完全满足我们的要求，所有我们将程序分开调试。调试时，首先按控制系统PLC接线图完成硬件接线，并仔细检查接线是否有误。首先我们进行了自动的调试。按下SB1，自动部分开始运行，5秒后，第一个灯亮，10秒后第二个灯亮，直到最后一个灯亮。当灯全部亮时，正常运行指示灯HL9亮；如果又一个或几个灯不亮，那么系统故障指示灯就会亮。按下手动停止按钮SB2，5秒后，第一个灯熄灭，10秒后第二个灯熄灭，按此直到最后一个灯熄灭。2、软件调试：软件调试是通
27、过对用户程序的汇编、连接、执行来发现程序中存在的语法错误与逻辑错误并加以排除纠正的过程。程序后，编辑，查看程序是否有逻辑的错误。如果出现故障，应返回编程环境，检查梯形图的错误并修改程序再进行调试，如此反复直到调试成功。第5章 设计总结通过本次设计，我学到了不少东西，学会了如何用编程软件来编写梯形图，刚学PLC时，感觉很陌生，现在感觉梯形图和指令表不是那么难了。在用CAD画主电路和接线图时，又把CAD仔细复习了下，总之这次设计不仅学到了新东西，也复习了以前的很多旧知识，很有意义。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，具有极强
28、地说服力。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。通过本次课程设计的锻炼，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。参 考 文 献1 王曙光. S7-200PLC应用基础与实例. 人民邮电出版社, 20072 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，20043 程子华PLC原理与实例分析北京:国防工业出版社，20064 廖常初PLC编程及应用北京: 机械工业出版社，20055 李缓PLC原理与应用北京：北京邮电大学出版社，20056 刘洪涛，黄海编. PLC应用开发从基础到实践.电子工业出版社, 20077 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，20068 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
