基于PLC的热电厂输煤控制系统大学本科方案设计书.docx
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基于PLC的热电厂输煤控制系统大学本科方案设计书
继续教育学院
毕业设计（论文）
（10届）
基于PLC的热电厂输煤系统控制
系别电气10
专业电气自动化
班级电气10
姓名陈滔
指导教师卢望
2012年03月20日
基于PLC的热电厂输煤系统控制
学生姓名：
陈滔学号：
093821014专业电气自动化
论文设计简介：
由于热电厂输煤系统运行条件恶劣，各类干扰信号较多，使得抗干扰问题成为输煤程控实际运行及调试中的一大难题，直接关系到整个输煤系统的安全运行。
热电厂的输煤程控系统改造为背景，详细分析和设计了一套PLC控制主要是输煤系统的自动控制和手动控制部分，皮带机和各设备的联机控制由联机控制面板操作，提高系统可靠性的方法，提出了一些具体措施，从硬件和软件两个方面着手，研究了信号抗干扰方法和实施手段，并在热电厂程控改造工程中予以应用，工程实践表明：
该系统运行可靠，抗干扰能力强，自动化程度高，为实现设备的状态检修奠定了必要的物质基础。
设计的内容：
1PLC控制能够实现安全高效的工作。
2满足输煤系统的各项技术要求；
3具体内容包括改造输煤系统的流程，控制系统软件构成，PLC程序编写等。
设计希望解决的问题：
此项设计为了研究用PLC来设计整个输煤系统能有效的减少对人体的伤害及加强工作效率。
设计的内容
热电厂输煤系统分卸煤与上煤两大部分，料斗和1#-3#皮带负责把煤由铁路配煤场输送到发电房。
煤在配煤场经碾碎去渣和铁硝后，由给煤机给煤经4A#-7A#到0#或4B#-7B#到0#送进锅炉，共12条皮带。
在我的此次设计中，综合考虑设计的实用性和其性价比，我采用了一台PLC控制整个系统，有卸煤部分和上煤部分两个独立的部分；PLC与PC机不通信。
PLC控制主要是输煤系统的自动控制和手动控制部分，皮带机和各设备的联机控制由联机控制面板操作。
研究的方法和技术路线
1.查阅资料，选定设计方案
2.确定设计方案
3.PLC的选择
4.比较得出结论
5.撰写设计论文
摘要……………………………………………………………………..……Ⅰ
Abstrac………………………………………………………………….……Ⅱ
第1章绪论………………………………………………………………..1
1.1基于PLC的输煤控制系统的意义………………………………….1
第2章可编程序控制器的简况………………………………………..…..2
2.1PLC的概念及发展………………………………………………..…2
2.1.1可编程序控制的历史…………………………………………....2
2.2可编程序控制器的硬件及工作原理………………………………3
2.2.1可编程序控制器的基本结构…………………………………...3
2.2.2可编程序控制器的物理结构……………………….…………4
第3章系统的硬件设计………………………………………………….…5
3.1PLC机型的选择……………………………………………………5
3.1.1系统机型的选择………………………………………………...5
3.2电动机的机型……………………………………………………6
3.3电机主电路的设计………………………………………………....8
第4章系统的软件设计…………………………………………………….9
4.1系统软件控制……………………………………………………...…9
4.2卸煤部分的控制……………………………………………………..11
4.3上煤部分的控制……………………………………………………..19
第5章控制面板的设计………………………………………………...….34
结束语…………………………………………………………………….….36
参考文献……………………………………………………………………..37
致谢…………………………………………………………………………..38
附录…………………………………………………………………………..39
热电厂输煤传送带控制系统
摘要：
传统的热电厂输煤系统是一种基于继电接触器和人工手动方式的半自动化系统。
由于输煤系统现场环境十分恶劣，不仅极大损害了工人的身体健康，而且由于输煤系统范围大，经常有皮带跑偏、皮带撕裂及落煤管堵塞等等麻烦，大大降低了发电厂的生产效率。
随着发电厂规模的扩大，对煤量的需求大大提高，传统的输煤系统己无法满足发电厂的需要。
本文在充分考虑输煤系统的作用和运行可靠性基础上，设计了一条两路多段互为备用的输煤系统，从结构上保证了输煤系统的运行可靠性。
根据输煤系统范围大、运行方式多，提出了基于三菱公司PLC的输煤控制系统实现方案，该方案不仅降低了开发的工作量，而且降低了维护的工作量，同时也以后的升级提供了条件。
关键词：
输煤控制系统可编程序控制器PLC
TheheatandpowerplantlosestheControlsystem
ofabeltofcoalSummary
Abstract:
Thetraditionalcoaltransfersystemofpowerplantisahalf-automationsystembasedonrelayconnectandmanualwork.Astheenvironmentofthecoaltransfersystemissoexecrable,itnotonlydoesharmstotheworker'shealthbutalsohasproblemslikebeltslide,beltavulsion,andjamofthecoal-fallingpipeandsoonforitslargescope.Thissharplydecreasestheproductiveeficiencyofthepowerplant.Alongwiththedevelopmentinscale,thecoalrequirementofpowerplantsincreasesgreatly.
Andthetraditionalcoaltransfersystemcan'tmeettheneedsofthesepowerplantsanymore.Thispaperproposedacoaltransfersystemaftercarefulconsiderationonthefunctionandrunreliability.Itinvolvestwosubways,whichconsistofmultiplesegmentsandbackupforeachother.Thiscanensurethesystem'sreliabilityonconfiguration.Consideringthelargescopeandmultiworkmode,thispaperputforwardanimplementalschemeofcoaltransfercontrolsystembasedonMITSUBISHI'sPLC.Theschemereducestheworkloadoftheexploitationandthemaintenance.Itmakesfuturepromotionfeasible.
Keywords:
coaltransfersystem,programmablelogiccontrolller,PLC
第1章绪论
皮带传输系统因其结构简单，使用方便，造价低廉被广泛应用于工业、商业、农业、医药、军事等方面，在采矿运输、冶金送料、车站及码头的货物运输更是广泛使用，同样，发电厂的输煤系统也采用皮带传输。
热电厂输煤系统是热工厂中较为庞大的一个公用系统，其任务是卸煤、配煤、上煤以达到按时、保质、保量的为机组提供燃煤的目的。
1.1基于PLC的输煤控制系统的意义
传统的热电厂输煤控制系统是一种基于继电接触器和人工手动方式的半自动化系统，现场环境十分恶劣，工人们通过开动承前起后的皮带运输机及取煤机向锅炉前的储煤仓输煤，经常有皮带跑偏、皮带撕裂及落煤管堵塞等等故障。
但对热电厂而言，蒸汽工序的炉膛是不容许断煤的。
输煤系统工作时尽量将煤装满储煤仓，不仅可以保证输煤系统故障时，工人们有足够的时间排除故障，也可以保证输煤设备有充分的时间检修。
随着发电厂规模的迅速扩大，输煤系统的作用日益突出，而传统的输煤系统已无法满足热电厂的需要，因此需要对传统的发电厂输煤系统进行改造。
传统输煤系统具有以下特点：
（1）任务重为了保证工业用煤，输煤系统必须始终处于完好的状态。
日累计运行时间达8-10h以上。
（2）运行环境差、劳动强度大由于各种因素造成输煤系统的运行环境恶劣、脏污，需要占用大量的辅助劳动力。
（3）一次起动设各多，安全联锁要求高同时起动的设备高达20-30台以上，在起动或停机过程中有严格的联锁要求。
第2章可编程序控制器的简况
2.1PLC的概念及发展
现代社会要求制造业对市场需求作出迅速的反应，生产出小批量、多品种、多规格、低成本和高质量的产品，为了满足这一要求，生产设备和自动生产线的控制系统必须具有极高的可靠性和灵活性，可编程序控制器正是顺应这一要求出现的，它是以微处理器为基础的新型工业控制装置，已经成为当代工业自动化的主要支柱之一。
可编程序控制器（ProgrammableController）本来应简称PC，为了与个人计算机（PersonalComputer）的简称PC相区别，现在一般将可编程序控制器简称为PLC（ProgrammableLogicController）。
2.1.1可编程序控制器的历史
可编程序控制器的产生和发展与继电器控制系统又很大的关系。
继电器已有上百年的历史，它是一种用弱电信号控制强电信号的电磁开关。
在复杂的继电器控制系统中，故障的查找和排除是非常困难的，可能会花费大量时间，严重地影响生产。
1968年，美国最大的汽车制造厂家——通用汽车公司（GM）提出了研制可编程序控制器的基本设想，即：
（1）编程简单，可在现场修改程序；
（2）维护方便，采用插件式结构；
（3）可靠性高于继电器控制柜；
（4）体积小于继电器控制柜；
（5）成本可与继电器控制柜竞争；
（6）可将数据直接送入计算机；
（7）可直接使用115V交流输入电压；
（8）输出采用115V交流电压，能直接驱动电磁阀、交流接触器等负载；
（9）通用性强，扩展方便；
（10）能存储程序，存储器容量可扩展到4KB。
1969年，美国数字设备公司（DEC）研制出了世界上第一台可编程序控制器。
70年代初期出现了微处理器，它的体积小、功能强、价格便宜，很快被用于可编程序控制器，使它的功能增强、工作速度加快、体积减小、可靠性提高、成本下降。
可编程序控制器不仅能实现对开关量的逻辑控制，还具有数学运算、数据处理、运动控制、模拟量PID控制、通信联网等功能。
在发达的工业化国家，可编程序控制器已经广泛地应用在所有的工业部门，其应用已扩展到楼宇自动化、家庭自动化、商业、公用事业、测试设备和农业等领域。
2.2可编程序控制器的硬件及工作原理
2.2.1可编程序控制器的基本结构
可编程序控制器主要由CPU模块、输入模块、输出模块和编程器组成（见图2.1）。
图2.1PLC控制系统示意图
（1）CPU模块
CPU模块主要由微处理器（CPU芯片）和存储器组成。
在可编程序控制系统中，CPU模块相当于人的大脑和心脏，它不断地采集输入信号，执行用户程序，刷新系统的输出；存储器用来储存和数据。
（2）I/O模块
输入（Input）模块和输出（Output）模块简称为I/O模块，它们是系统的眼、耳、手、脚，是联系外部现场和CPU模块的桥梁。
输入模块用来接收和采集输入信号，输入信号有两类：
一类是从按钮、选择开关、数字拨码开关、限位开关、接近开关、压力继电器等来的开关量输入信号；另一类是由电位器、热电偶、测速发电机、各种变送器提供的连续变化的模拟量输入信号。
（3）编程器
编程器除了用来输入和编辑用户程序外，还可以用来监视可编程序控制器运行时各种编程元件的工作状态。
（4）电源
可编程序控制器使用220V交流电源或24V直流电源。
可编程序控制器内部的直流稳压电源为各模块内的电路供电。
某些可编程序控制器可以为输入电路和外部电子检测装置（如接近开关）提供24V直流电源，驱动现场执行机构的直流电源一般由用户提供。
2.2.2可编程序控制器的物理结构
根据硬件结构的不同，可以将可编程序控制器分为整体式、模块式和叠装式。
（1）整体式可编程序控制器
整体式又叫单元式或箱体式，CPU模块、I/O模块和电源装在一个箱状机壳内，机构非常紧凑。
它的体积小、价格低，小型可编程序控制器一般采用整体式机构。
（2）模块式可编程序控制器
大、中型可编程序控制器和部分小型可编程序控制器采用模块式机构。
模块式可编程序控制器用搭积木的方式组成系统，它由框架和模块组成。
模块插在模块插座上，后者在框架中的总线连接板上。
可编程序控制器厂家备有不同槽数的框架供用户选用，如果一个框架容纳不下所选用的模块，可以增设一个或数个扩展框架，各框架之间用I/O扩展电缆相连。
有的可编程序控制器没有框架，各种模块安装在基板上。
（3）叠装式可编程序控制器
三菱公司的FX系列可编程序控制器吸取了整体式和模块式可编程序控制器的优点，它的基本单元、扩展单元和扩展模块的高度和深度相同，但是宽度不同。
它们不用基板，仅用扁平电缆连接，紧密拼装后组成一个整齐的长方体，输入、输出点数的配置也相当灵活，有人将这种结构称为叠装式。
第3章系统的硬件设计
PLC控制系统的硬件设计是指硬件选型。
近十几年来，国内外众多生产厂家提供了多种系列、功能各异的PLC产品，已有几十个系列、几百种型号。
PLC品种繁多，其结构形式、性能、I/O点数、用户程序存储器容量、运算速度、指令系统、编程方法和价格等各有不同，使用场合也各有侧重。
因此，合理选择PLC，对提高PLC控制系统的技术、经济指标起着重要作用。
3.1PLC机型选择
3.1.1系统机型的选择
在考虑上述因素后，还要根据工程应用实际考虑其它一些因素，包括：
性能价格比，毫无疑问，高性能的机型必然需要较高的价格，在考虑满足需要的性能后，还要根据工作的投资状况来确定机型；备品备件的统一考虑，无论什么样的设备，投入生产以后都要具有一定数量的备品备件，在系统软件设计时，对于一个工厂来说应尽量与原有设备统一机型们这样就可减少备品备件的种类和资金积压，同时还有考虑备品备件的来源，所选机型要有可靠的订货来源；计数支持，选定机型时还要考虑有可靠的计数支持，这些支持包括必要的技术培训，设计指导，系统维修等内容。
以此为依据，我选用三菱公司的FX2N系列可编程序控制器。
FX2N是FX系列中功能最强、速度最高的微型可编程序控制器，完全符合此设计的要求。
整个热电厂输煤控制系统由一台PLC控制，共有0#～7#等12条输送带，由一个控制室控制，将这一台PLC放在此控制室，对其说明如下：
（1）控制要求
整个控制系统可以分为卸煤和上煤两个部分，而这两部分都包括自动和手动控制。
1#、2#、3#输送带主要完成卸煤部分的工作，此部分具有自动控制和手动控制方式供选择，并且具有紧急停止和故障报警的功能。
当运行方式确定为自动控制后，按下起动按钮，电铃向各岗位发出预告信号，电铃响60S后自动停止，然后起动3#输送带，再按逆煤流方向逐一起动每台联锁电机，最后一台电机起动完后，各台设备正常运行。
正常停机按下停止按钮，料斗停止下煤，经一定延时后，各输送带按顺煤流方向依次延时停机。
如果遇其设备故障，该设备及其前面的设备立即停机，而该输送带以后的皮带待料运完后停机。
0#、4#、5#、6#、7#输送带主要完成上煤部分的工作，其与卸煤部分的要求一致，只是有AD、BD两种方式选择来运行。
（2）控制对象
卸煤部分：
上煤部分：
①料斗电磁阀1个①犁煤机2台
拉绳开关1个拉绳开关2个
②1#输送带②4#A和4#B输送带
皮带传动电动机1台皮带传动电动机1台
拉绳开关1个拉绳开关2个
③2#输送带③5#A和5#B输送带
皮带传动电动机1台皮带传动电动机2台
拉绳开关1个拉绳开关2个
④3#输送带④6#A和6#B输送带
皮带传动电动机1台皮带传动机2台
拉绳开关1个拉绳开关
⑤7#A和7#B输送带
皮带传动机电动机2台
拉绳开关
⑥0#输送带
皮带传动机1台
拉绳开关1个
输入、输出点数分配如下：
（1）输入点：
卸煤、上煤时自动/手动切换需要2个输入点；卸煤、上煤时的联锁启动、停止、紧急停止需要6个输入点；控制料斗、1#～3#皮带机需要4个输入点；AD、BD的工作方式的选择需要1个输入点；犁煤机（2台）、4#A~7#A（4#B~7#B）和0#皮带机需要11个输入点，共需要24个输入点。
（2）输出点：
卸煤、上煤时的联锁启动预告电铃和故障报警电铃需要4个输出点；控制料斗电磁阀和1#～3#皮带机需要4个输出点；犁煤机（2台）、4#A～7#A（4#B~7#B）和0#皮带机需要11个输出点，共需要19个输出点。
综上所述，共需要24个输入点，19个输出点，并考虑一定的裕量，我选择的PLC型号为FX2N-64MR的PLC。
3.2电动机的选型
电机根据系统的要求选择Y系列三相异步电动机。
电动机的定子饶阻为△接法，采用B级绝缘，采用全压启动。
电动机的额定电压为380V，额定频率为50HZ，额定功率分别为：
M1：
卸煤部分1#输送带电动机Y200L1-2（30KW）
M2：
卸煤部分2#输送带电动机Y160M1-2（11KW）
M3：
卸煤部分3#输送带电动机Y200L1-2（30KW）
M4：
上煤部分4#A输送带电动机Y132S1-2（5.5KW）
M5：
上煤部分5#A输送带电动机Y200L2-2（37KW）
M6：
上煤部分6#A输送带电动机Y225M-2（45KW）
M7：
上煤部分7#A输送带电动机Y160M2-2（15KW）
M8：
上煤部分4#B输送带电动机Y132S1-2（5.5KW）
M9：
上煤部分5#B输送带电动机Y200L2-2（37KW）
M10：
上煤部分6#B输送带电动机Y225M-2（45KW）
M11：
上煤部分7#B输送带电动机Y160M2-2（15KW）
M12：
上煤部分0#输送带电动机Y160M1-2（11KW）
M13：
上煤部分犁煤机电动机（AD）Y132S2-2（7.5KW）
M14：
上煤部分犁煤机电动机（BD）Y132S2-2（7.5KW）
其电机型号的选择如表3.1所示。
表3.1电机型号参数表
电机
型号
额定功
率（KW）
额定电
流（A）
同步转速
（r/min）
效率
（%）
功率
因数
堵转
电流
堵转
转矩
电机
台数
Y132S1-2
5.5
11.1
2900
85.5
0.88
7.0
2.0
2
Y132S2-2
7.5
15
2900
86.2
0.88
7.0
2.0
1
Y160M1-2
11
21.8
2930
87.2
0.88
7.0
2.0
2
Y160M2-2
15
29.4
2930
88.2
0.88
7.0
2.0
2
Y200L1-2
30
56.9
2950
90.0
0.89
7.0
2.0
2
Y200L2-2
37
69.8
2950
90.5
0.89
7.0
2.0
2
Y225M-2
45
84
2970
91.5
0.89
7.0
2.0
2
选用原件如下表3.2所示
表3.2元件列表
序号
元件名称
元件代号
型号
数量
1
刀开关
QS
HR1-60
13
2
按钮开关
SB
LA19-11B/D
6
3
转换开关
SA
SZLW5-16
3
4
拉绳开关
SL
RN5-Ⅱ
14
5
热继电器
FR
JR16-20
12
6
熔断器
FU
NGT00
36
3.3电机主电路图的设计
由于所有的皮带电机和给煤机的工作方式和工作环境是一样的，只是功率有所不同，所以衙门的主电路的接线方式是类似的，其主电路的接线图如图3.1所示。
图3.1电机接线图
第4章系统的软件设计
热电厂输煤控制系统主要是通过皮带运机完成卸煤及上煤任务，本设计采用以PLC为核心控制12台皮带运输机，其中1#～3#皮带机完成卸煤任务；4#～7#（有AD、BD两条输送线供选择）皮带机完成上煤任务。
12台皮带运输机、犁煤机分别用14台电动机（M1～M14）带动。
4.1系统软件控制
系统软件设计分为两部分：
卸煤部分和上煤部分。
卸煤部分和上煤部分都有公共程序部分以及自动、手动控制部分，在这两部分控制中主要包括起动、停止、紧急停止和故障停止四个部分。
系统的自动控制控制如下：
（1）起动。
起动时，为了避免在前段运输皮带上造成煤料堆积而造成事故，系统要求逆煤料的流动方向按一定时间间隔顺序起动，即先起动该段的最后一台皮带机或设备，经过5S延时后，再依次延时起动该段的其它皮带机和设备。
起动时，先预警各设备，经60S的延时后才起动各设备。
卸煤部分：
先起动3#皮带机，经5S延时，起动2#皮带机，经过5S延时，起动1#皮带机，再经过5S延时，起动料斗，完成卸煤部分的起动过程。
上煤部分：
先起动0#皮带机，同时要选择上煤的路线，经5S延时，起动7#皮带机，经过5S延时，起动6#皮带机，经过5S延时，起动5#皮带机，经过5S延时，起动4#皮带机，再经过5S延时，犁煤机起动，完成上煤部分的起动过程。
（2）停止。
停止时为了使运输皮带上不残留煤料而造成事故，系统要求顺煤料流动方向按一定时间间隔顺序停止，即先停止最前一台皮带机或设备，待30S延时后，在依次停止其它皮带机或设备。
卸煤部分：
先停止料斗，经过30S延时后，1#皮带机停止，经30S延时后，2#皮带机停止，再经30S延时，3#皮带机停止，完成卸煤部分的停止过程。
上煤部分：
先停止犁煤机，经过30S延时后，4#A（或4#B）皮带机停止，经过30S延时后，5#A（或5#B）皮带机停止，经过30S延时后，6#A（或6#B）皮带机停止，经过30S延时后，7#A（或7#B）皮带机停止，再经过30S延时后，0#皮带机停止，完成上煤部分的停止过程。
（3）紧急停止。
当整个系统遇有紧急情况或故障时，系统将无条件的把全部皮带机停止。
（4）故障停止。
当某台皮带机或设备发生故障时，该皮带机及其前面的皮带机立即停止，而该皮带机以后的皮带机待煤料运完后才停止，如卸煤部分1#皮带机遇有故障时，1#皮带机和料斗立即停止，经30S延时，2#皮带机停止，再经过30S延时，3#皮带机
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