基于PLC的热电厂燃料传输系统设计.pdf

物联网技术 2023年/第8期 智能处理与应用Intelligent Processing and Application900 引 言随着工业自动化技术的不断发展，传统制造行业也在朝着自动化、集成化、智能化方向发展。火力发电厂燃料传输系统是一套由 3 台橡胶带式输送机组成的大型燃料系统。传统体系是继电器-接触器控制体系，存在电气设备占用空间大、维修率高并且工作效率低等缺点。橡胶皮带输送机系统对自动控制水平的要求比较高，目前是通过使用可编程序逻辑控制器进行技术改造。PLC 与接触器控制系统相结合，解决了传统的继电器接触器控制存在的问题。这种新型的以计算机技术为核心的 PLC 控制体系具有体积小、安装接线简单、故障率低、编程简单、布线检修方便等优点，同时具有很强的抗干扰能力，因此在工业生产中得到广泛应用。1 系统总体设计本文是基于 PLC 的热电厂燃料传输系统的设计，主要的研究对象是三级皮带输煤系统，要使系统实现以下功能：三级皮带按照逆煤流的方向延时启动；三级皮带按照顺煤流方向延时停止；当系统故障时，前后的器件要联锁动作，例如系统中某一级皮带故障时，该级皮带要立马停止运行，同时其前方的工作器件也要立即停止，而在其后边的皮带要按顺煤流方向延时停止运行，同时向外部发送报警信号。本输煤控制系统是一个典型的分布式控制系统，由可编程控制器（PLC）构成。PLC 的主站与远程 I/O 站采集 3 条皮带机设备的运行状态信息，并按设计的程序对采集到的不同信息进行不同的处理，从而实现对输煤系统的控制。系统的工业控制网络包括工业以太网、控制网和设备网等1。PLC 的主站与远程 I/O 站、皮带驱动电机等装置之间通过工业控制网络通信实现数据之间的交换；PLC 主站和远程 I/O站均有设备网通信，可对皮带输煤系统的各个设备进行远程控制；可编程控制器与 PC 之间的通信应用冗余的工业以太网通信，设置工程师站和操作员站，使用西门子 200 系列编程软件 STEP 7-Micro/WIN 编写控制程序。燃料传输系统设计图如图 1 所示。图 1 系统设计图2 硬件设计2.1 电动机的选型1#3#皮带机长度很短，所以选择额定功率 30 kW 的驱动电机。正常情况下，输煤皮带机启动关机操作，由中心操作人员通过远程自动或者手动连锁、解锁进行操作2。在维护检修时通常采取就地手控操作方法，此时把电气控制柜上的程控、就地选择开关置于“就地”档位上，然后通过按动就地操作面板上的按钮来控制设备的启动或者停止2。变频器选用 MM440，同时控制 2 台电动机。MM440 恒定转矩基于 PLC 的热电厂燃料传输系统设计过李峤1，郭 根1，王俊杰1，苏三胡2（1.郑州轻工业大学 工程训练中心，河南 郑州 450000；2.郑州轻工业大学 机电工程学院，河南 郑州 450000）摘 要：燃料传输系统在热电厂中有着举足轻重的地位，直接决定着热电厂的正常运作和工作效率。传统的燃料传输系统采用继电器-接触器控制方式，其电气装置存在设备体积大、工作时故障率高、设备维护工作量大等缺点。该套燃料传输系统的控制方案能有效地解决传统控制方式存在的问题。首先给出了整体设计思路，然后分析了燃料传输系统要实现的功能和运行的可靠性，最后设计出热电厂燃料传输系统的具体解决方法。关键词：燃料传输系统；可编程控制器（PLC）；火力发电厂；远程 I/O 站；输煤程控；输煤皮带中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2023）08-0090-02收稿日期：2022-10-12 修回日期：2022-11-30基金项目：河南省重点科技基金（河南省科技攻关）项目（222102 210084）；河南省高等学校重点科研项目（23A413007）DOI：10.16667/j.issn.2095-1302.2023.08.0232023年/第8期 物联网技术智能处理与应用Intelligent Processing and Application91控制方式的额定功率范围为 120 200 kW，可变转矩控制方式的额定功率3可达 250 kW。2.2 主控制器的选型西门子的 SIMATIC S7-200 系列 PLC 具有很强的抗干扰能力，能适用于各种工作环境中，在工作领域中实现检测、监测及控制的自动化，无论是独立运行还是与其他设备相互配合连接成网络，都能实现复杂控制功能。S7-200 PLC 具有集成度高、价格低廉、功能模块丰富以及指令系统强大等优点，几乎能够完美地满足小规模自动化控制水平的要求4。因此，本次热电厂燃料传输系统设计采用西门子 SIMATIC S7-200 系列 PLC。2.3 I/O 点分配和扩展模块PLC I/O 点分配是由所有电机、传感器等设备的需要监控的点来决定的，一般分为数字输入输出点与模拟输入输出点2，以三条皮带与料斗为设计依据，根据各个设备自身特点，对其控制点数进行规划。整个燃料传输系统的设备有：煤斗、3 条输煤皮带、6 台电动机、6 个皮带跑偏传感器和 3 台变频器。在系统沿线设备没有故障的前提下，若接收到电源监视信号，则可以使燃料传输系统正常的启动和停止5。系统的 I/O 点分配表见 表 1 所列。表 1 系统的 I/O 点分配表输入设备输入点分配输出设备输出点分配系统启动按钮程控选择按钮3#皮带启动按钮2#皮带启动按钮1#皮带启动按钮料斗阀门打开按钮系统停止按钮系统急停按钮3#皮带停止按钮2#皮带停止按钮1#皮带停止按钮料斗阀门关闭按钮1#皮带跑偏信号2#皮带跑偏信号3#皮带跑偏信号1#皮带过载信号2#皮带过载信号3#皮带过载信号取消警铃按钮I0.0I0.1I0.2I0.3I0.4I0.5I1.0I1.1I1.2I1.3I1.4I1.5I2.0I2.1I2.2I2.3I2.4I2.5I3.03#皮带启停/系统运行显示灯2#皮带启停1#皮带启停料斗电磁阀系统故障电铃Q0.0Q0.1Q0.2Q0.3Q0.4本热电厂燃料传输控制系统中的 PLC 选用西门子 CPU 224XP，有 14 个数字量输入点和 10 个数字量输出点。选用输入扩展模块 EM221，有 8 个数字量输入点，共提供 22 个数字量输入点和10个数字量输出点，可以满足系统工作需要。3 程序设计控制系统设计了就地手动与程控两种操作方式。当选择程控操作方式时，要首先检查沿线设备是否存在故障，然后输煤控制系统会对所选路径上的设备进行自检，如：皮带是否有跑偏倾向、料斗阀门能否正常打开。若沿线的设备都没有故障，则可以发出整个系统开始的命令。开始命令发出后，主控制会按流程设定依次打开输煤设备。输煤皮带在准备运行前报警器发出 15 s 灯光语音报警，提醒现场工作人员。正常停止该系统时，按顺煤流方向依次定时停机2。就地手动操作，在工作人员进行现场检查设备时，可以根据现场的实际情况对设备进行手动启动/停止。对于启停延时时间的设定，要根据输煤皮带的长度与皮带运行的速度设定。要保证输煤皮带上的煤料全部运送到磨煤机中。如果不能保证系统停机时输煤皮带处于空载状态，煤料在皮带上的堆积会导致皮带拉伸，损坏皮带机，当系统再次运行时，损坏的皮带就不能正常运行。在系统运行时，当检测到某个设备出现严重故障的时候，要立刻对系统发出指令，急停所有设备，以免故障由小变大恶性循环，导致系统瘫痪。比如，当传感器检测到皮带严重跑偏时，要立刻停止运行，否则皮带会越跑越偏，最终割破皮带，造成不可挽回的损失。此时还应在事故现场发出故障信息，如警铃、预警灯等，便于维护人员及时发现和维修2。程序设计流程如图 2 所示。图 2 程序设计流程（下转第94页）物联网技术 2023年/第8期 智能处理与应用Intelligent Processing and Application94对此巡逻任务中巡逻停靠点设置的巡逻内容，完成巡逻数据采集任务。图 2 巡逻机器人整体架构图5 结 语作为智能校园建设的安全保障，校园安全巡逻也是困扰学校保卫巡逻人员的难题，研究巡逻机器代替或辅助保卫人员完成校园巡逻很有实用价值，在降低保卫巡逻人员劳动强度的同时，提高了校园巡逻的效率，保证校园的安全稳定。相信在不久的将来，智能巡逻小车必将在各大校园中得到更广泛的应用。参考文献1 柯振东.人工智能在机器人领域中的应用与发展 J.科技与创新，2021，8（24）：160-161.2 陈国.IPA 赋能数智化转型探索及趋势分析 J.电信工程技术与标准化，2021，34（12）：71-78.3 刘玲玲，陈科宏，陈忆雯.未来智慧仓库机器人造型设计 J.机械设计，2020，37（4）：145.4 宋晓茹，任怡悦，高嵩，等.移动机器人路径规划综述 J.计算机测量与控制，2019，27（4）：1-5.5 侯英，桂亚鹏，王建暖.救援机器人仿生造型设计 J.机械设计，2019，36（6）：145.6 杨林，马宏伟，王川伟，等.校园巡检机器人智能导航与控制 J.西安科技大学学报，2018，38（6）：1013-1020.7 文宗林.智能巡检机器人应用现状及问题 J.低碳世界，2018，8（11）：43-44.8 吕健安，邓伟程.交互型机器人造型设计 J.机械设计，2018，35（6）：130.9 梁奂晖，简碧园，李江海.自主寻径智能小车的设计与实现 J.现代信息科技，2018，2（2）：49-51.10 刘玉.巡逻机器人路径规划方法研究 D.上海：上海工程技术大学，2020.作者简介：薛誓颖（1990），女，河南职业技术学院教师，研究方向为嵌入式系统开发。赵 祥（1994），男，河南职业技术学院教师，研究方向为机械工程。4 结 语本文设计一款基于 PLC 的热电厂燃料传输系统。该系统使用了可编程控制器（PLC）并进行技术改造，使燃料传输控制系统能够按照所编写的控制程序安全稳定运行，当输煤系统出现故障时，系统中所有设备会根据编写好的程序连锁动作。与传统的控制系统相比较，本燃料传输系统的自动化程度有了很大的提升，并且提高了控制系统的可靠性。热电厂燃料传输系统是一个庞大而又复杂的控制系统，可分为配煤和上煤两部分。由于时间和硬件等条件的限制，本文只设计了热电厂燃料传输系统上煤的一小部分，而且故障分析部分也只是重点分析了皮带跑偏与过载两种情况，在实际的热电厂输煤工作中，各种各样的故障都会存在。我相信经过后期不断地改进和优化，会设计出更为完善、自动化水平更高的燃料传输系统。参考文献1 鞠全勇，牟福元，张春雨.再加热炉电气控制与通信系统设计 J.中国制造业信息化，2007，36（21）：56-60.2 叶国印.火电厂输煤电气控制系统研究与设计 D.西安：西安工业大学，2015.3 陈志红.注塑机的注塑件自动装箱改造项目的设计与实现 J.厦门城市职业学院学报，2013，15（3）：44-47.4 周少武.大型可编程序控制器系统设计 M.北京：中国电力出版社，2001.5 汪晓光.可编程控制器原理及应用 M.北京：机械工业出版社，1995.6 瓮松峰，陈书华，罗英，等.地下核电厂燃料传输系统设计研究 J.核动力工程，2016，37（4）：113-115.7 贾晓峰，刘鹏亮，毕祥军，等.压水堆核电站燃料传输系统抗震性能有限元分析 J.核科学与工程，2012，32（3）：277-283.8 陈文杰.基于 PLC 的废弃线路板芯片回收流水线控制系统的研发D.常州：常州大学，2021.9 叶国印.火电厂输煤电气控制系统研究与设计 D.西安：西安工业大学，2015.10 彭利泽.基于视觉的传输带堆煤体积监测系统设计 D.太原：中北大学，2021.（上接第91页）