锅炉车间输煤机组控制系统设计以及实现---毕业论文.doc

目录之中。

机电工程学院

课程设计说明书

设计题目: 锅炉车间输煤机组控制系统设计
学生姓名：
学 号：
专业班级：
指导教师：
2011年 12 月 22日
31

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。
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1章 引言 1
1.1设计内容及要求 1
1.2输煤机系统简介 2
1.3 PLC简介 3
第2章 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电器元件的选择 5
2.2软件系统设计 6
2.2.1 I/O地址分配表 6
2.2.2 PLC控制电路接线图 8
2.3梯形图 8
2.4语句表 25
设计总结 30
谢辞 31
参考文献 32

第1章 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台三相异步电动机M1～M6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，SB4～SB9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。HL1～HL6为Ml～M6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SB4～SB9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，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M1～M6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M1～M6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。
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。
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。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℃。
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。
第2章 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.

电源
回收机
2#送煤机
提升
机
破碎
机
1#送煤机
给料器及磁选料器

图2-1 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。 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、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,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3-1模块连接图。

图2-1 模块连接图

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、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、Q3.2
PLC输入输出接口地址分配表见表2-1
表2-1 PLC输入输出接口地址分配表
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
SA1-1
I0.0
2
输煤机组自动控制开关
SA1-2
I0.1
3
输煤机组自动开车按钮
SB1
I0.2
4
输煤机组自动停车按钮
SB2
I0.3
5
输煤机组紧急停车按钮
SB3
I0.4
6
给料器磁选料器手动按钮
SB4
I0.5
7
1#送煤机手动按钮
SB5
I0.6
8
破碎机手动按钮
SB6
I0.7
9
提升机手动按钮
SB7
I1.0
10
2#送煤机手动按钮
SB8
I1.1
11
回收机手动按钮
SB9
I1.2
12
M1-M6，YA运行正常信号
KM
I1.3
13
M1-M6,YA过载保护信号
FR
I1.4

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
KM1
Q0.0
2
1#送煤机接触器
KM2
Q0.1
3
破碎机接触器
KM3
Q0.2
4
提升机接触器
KM4
Q0.3
5
2#送煤机接触器
KM5
Q0.4
6
回收机接触器
KM6
Q0.5
7
2#送煤机Y形启动接触器
KM7
Q0.6
8
2#送煤机三角形启动接触器
KM8
Q0.7
9
破碎机Y形启动接触器
KM9
Q1.0
10
破碎机三角形启动接触器
KM10
Q1.1
11
手动运行指示灯
HL7
Q2.0
12
紧急停车指示灯
HL8
Q2.1
13
系统正常运行指示灯
HL9
Q2.2
14
系统故障运行指示灯
HL10
Q2.3
15
报警电铃
HA
Q2.4
16
输煤机组单机运行指示
HL1
Q2.5
17
输煤机组单机运行指示
HL2
Q2.6
18
输煤机组单机运行指示
HL3
Q2.7
19
输煤机组单机运行指示
HL4
Q3.0
20
输煤机组单机运行指示
HL5
Q3.1
21
输煤机组单机运行指示
HL6
Q3.2

2.2.2 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 I/O接线图

2.3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：

2.4语句表

ORGANIZATION_BLOCK 主程序:OB1
TITLE=程序注释
BEGIN
Network 1 // 网络标题
// 网络注释
LD SM0.1
S S0.0, 1
R S0.1, 14
Network 2
LSCR S0.0
Network 3
LD I0.1
A I0.2
AN I0.4
AN I1.4
SCRT S0.1
Network 4
SCRE
Network 5
LD SM0.1
S M2.0, 1
TON T37, 50
Network 6
LD T37
SCRT S0.2
R M2.0, 1
Network 7
SCRE
Network 8
LSCR S0.2
Network 9
LD SM0.1
LPS
S Q0.5, 1
S Q3.2, 1
TON T38, 100
A I1.4
SCRT S2.0
LPP
A I0.4
SCRT S2.2
Network 10
LD T38
SCRT S0.3
Network 11
SCRE
Network 12
LD SM0.0
LPS
S Q0.4, 1
TON T203, 100
AN T203
S Q0.6, 1
LRD
A T203
S Q0.7, 1
R Q0.6, 1
LPP
LPS
S Q3.1, 1
TON T39, 100
A I1.4
SCRT S2.0
LPP
A I0.4
SCRT S2.0
Network 13
LD T39
SCRT S0.4
Network 14
SCRE
Network 15
LSCR S0.4
Network 16
LD SM0.0
LPS
S Q0.3, 1
S Q3.0, 1
TON T40, 100
A I1.4
SCRT S2.0
LPP
A I0.4
SCRT S2.2
Network 17
LD T40
SCRT S0.5
Network 18
SCRE
Network 19
LSCR S0.5
Network 20
LD SM0.0
LPS
S Q0.2, 1
TON T204, 100
AN T204
S Q1.0, 1
LRD
A T204
S Q1.4, 1
R Q1.0, 1
LPP
LPS
S Q2.7, 1
TON T41, 100
A I1.4
SCRT S2.0
LPP
A I0.4
SCRT S2.2
Network 21
LD T41
SCRT S0.6
Network 22
SCRE
Network 23
LSCR S0.6
Network 24
LD SM0.0
LPS
S Q0.1, 1
S Q2.6, 1
TON T42, 100
A I1.4
SCRT S2.0
LPP
A I0.4
SCRT S2.2
Network 25
LD T42
SCRT S0.7
Network 26
SCRE
Network 27
LSCR S0.7
Network 28
LD SM0.0
LPS
S Q0.0, 1
S Q2.5, 1
TON T43, 100
A I1.4
SCRT S2.0
LPP
A I0.4
SCRT S2.2
Network 29
LD T43
SCRT S1.0
Network 30
SCRE
Network 31
LSCR S1.0
Network 32
LD SM0.0
S Q2.2, 1
A I0.3
SCRT S1.1
Network 33
SCRE
Network 34
LSCR S1.1
Network 35
LD SM0.0
S M2.1, 1
TON T44, 50
Network 36
LD T44
SCRT S1.2
R M2.1, 1
Network 37
SCRE
Network 38
LSCR S1.2
Network 39
LD SM1.0
R Q0.0, 1
R Q2.5, 1
R Q2.2, 1
TON T45, 100
Network 40
LD T45
SCRT S1.3
Network 41
SCRE
Network 42
LSCR S1.3
Network 43
LD SM0.0
R Q0.1, 1
R Q2.6, 1
TON T46, 100
Network 44
LD T45
SCRT S1.4
Network 45
SCRE
Network 46
LSCR S1.4
Network 47
LD SM0.0
R Q0.2, 1
R Q1.1, 1
R Q2.7, 1
TOF T47, 100
Network 48
LD T47
SCRT S1.5
Network 49
SCRE
Network 50
LSCR S1.5
Network 51
LD SM0.0
R Q0.3, 1
R Q3.0, 1
TON T48, 100
Network 52
LD T48
SCRT S1.6
Network 53
SCRE
Network 54
LSCR S1.6
Network 55
LD SM0.0
R Q0.4, 1
R Q0.7, 1
R Q3.1, 1
TON T49, 100
Network 56
LD T49
SCRT S1.7
Network 57
SCRE
Network 58
LSCR S1.7
Network 59
LD SM0.0
R Q0.5, 1
R Q3.2, 1
SCRT S0.0
Network 60
SCRE
Network 61
LSCR S2.0
Network 62
LD I1.4
SCRT S2.1
Network 63
SCRE
Network 64
LSCR S2.1
Network 65
LD SM0.0
LPS
AN T205
= M2.2
LRD
= Q2.3
LRD
TON T205, 200
LRD
R Q0.0, 10
LRD
R Q2.5, 6
LPP
R Q2.2, 1
Network 66
LDN I1.4
SCRT S0.0
Network 67
SCRE
Network 68
LSCR S2.2
Network 69
LD I0.4
SCRT S2.3
Network 70
SCRE
Network 71
LSCR S2.3
Network 72
LD SM0.0
LPS
AN T206
= Q2.4
LRD
TON T206, 100
LRD
R Q2.2, 1
LRD
R Q2.5, 6
LRD
R Q0.0, 10
LRD
AN T207
= Q2.1
LRD
AN T208
TON T207, 10
LPP
A T207
TON T208, 10
Network 73
LDN I0.4
SCRT S0.0
Network 74
SCRE
Network 75
LD M2.0
O M2.1
O M2.2
O M2.3
= Q2.4
Network 76
LD SM0.1
A I0.1
S S0.0, 1
Network 77
LD I0.0
AN I0.4
AN I1.4
= M0.0
Network 78
LD M0.0
= Q2.0
A I0.5
= Q0.0
= Q2.5
Network 79
LD M0.0
A I0.6
= Q0.1
= Q2.6
Network 80
LD M0.0
A I0.7
LPS
= Q0.2
TON T200, 100
AN T200
AN Q1.1
= Q1.0
LRD
A T200
AN Q1.0
= Q1.1
LPP
= Q2.7
Network 81
LD M0.0
A I1.0
= Q0.3
= Q3.0
Network 82
LD M0.0
A I1.1
LPS
= Q0.4
TON T201, 100
AN T201
AN Q0.7
= Q0.6
LRD
A T201
AN Q0.6
= Q2.7
LPP
= Q3.1
Network 83
LD M0.0
A I1.2
= Q0.5
= Q3.2
Network 84
LD Q0.0
O Q0.1
O Q0.2
O Q0.3
O Q0.4
O Q0.5
LPS
EU
= M0.1
LPP
ED
= M0.2
Network 85
LD M0.1
O M0.2
S Q2.4, 1
Network 86
LD Q2.4
TON T202, 30
Network 87
LD T202
R Q2.4, 1
END_ORGANIZATION_BLOCK
SUBROUTINE_BLOCK SBR_0:SBR0
TITLE=子程序注释
BEGIN
Network 1 // 网络标题
// 网络注释
END_SUBROUTINE_BLOCK
INTERRUPT_BLOCK INT_0:INT0
TITLE=中断程序注释
BEGIN
Network 1 // 网络标题
// 网络注释
END_INTERRUPT_BLOCK

设计总结
通过本次设计，我学到了不少东西，首先把机电传动第六章和第七章的内容重新复习了下，这对以后的考试是很有帮助的。其次也学到了不少新东西，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，在学习知识的同时也培养了同学间的感情，在即将毕业的时刻，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。

谢 辞
本设计可使输煤系统大大的提高生产效率，市场前景良好。在即将走向工作岗位之际，本人衷心感谢老师在百忙之中抽出时间对我的设计进行评审，有不足之处，敬请批评指正。
在此真诚感谢王宗才老师，王老师不仅在技术上给予本人以极大的支持和帮助而且在交谈中也语重心长灌输给了我这样一个十分重要理念，要想成功设计一个系统，就必须有个总体思路，怎样实现每一步的功能。在此真诚感谢王宗才老师，他的严谨细致，一丝不苟的作风，一直是我学习的榜样，他的不拘一格的思路给我无尽的启迪。王老师多次询问设计过程，并为我指点迷津，帮助我开拓研究设计思路，尽心点拨。在此，深深感谢王老师。
在此也对其他给过我帮助的同学表示谢意，尤其是戚越同学的帮助，在此表示最诚挚的谢意，他们的帮助对我以后的发展和成长很有帮助，我会努力学习，争取做一名合格的电气设计者。
参考文献
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