基于组态软件和PLC的火电厂给煤控制系统设计毕业设计1 精品.docx

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摘要

PLC是80年代发展起来的一种新型的电器控制装置，它的诞生给工业控制带来了一次革命性的飞越。

它将传统的继电器控制技术和计算机控制技术融为一体，具有灵活通用、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单、使用方便、功能强大、易于实现机电一体化等显著优点，已经广泛应用于工业生产的各种自动控制过程中。

电厂输煤系统是电力生产过程中非常重要的外围辅机系统，输煤控制系统具有控制设备多、工艺流程复杂、设备分散等特点，沿线环境条件恶劣，粉尘、潮湿、振动、噪音、电磁干扰等都比较严重，传统的强电集中控制方式已不能适应大型火电厂输煤系统自动化的要求，PLC程控方式由于其自身优点，目前在国内大型火电厂输煤系统中已逐渐取代常规的强电集中控制方式，成为大型火电厂输煤程控系统的核心。

燃煤输送是锅炉运行的一个重要环节，如何保证设备运行的可靠性、减少操作人员与维护人员劳动强度、提高经济效益，成为一个值得研究的课题。

可编程控制器（PLC）是近年来发展极为迅速，应用面极广，以微处理器为核心，集微机技术、自动化技术、通信技术于一体的通用工业控制装置。

它具有功能齐全、使用方便、维护容易、通用性强、可靠性高、性能价格比高等优点，已在工业控制的各个领域得到了极为广泛的应用，成为实现工业自动化的一种强有力工具，并以工业电视为辅助手段对现场设备的运行状态进行视频监控、替代传统的现场巡检，确保了输煤系统安全、可靠、高效和经济的生产运行。

关键词火电厂，紫金桥，给煤控制，可编程控制器

Abstract

PLCisthe80'sdevelopedanewtypeofelectricalcontroldevices,whichbroughtaboutthebirthoftheindustrialcontroloverarevolutionary.Itwillrelaythetraditionalcontroltechnologyandcomputercontroltechnologytogetherwithaflexiblegeneral-purpose,highreliabilityandstronganti-interferenceability,programmingissimple,easy-to-use,powerfulandeasytoimplement,suchasmechanicalandelectricalintegrationofsignificantadvantages,hasbeenwidelyusedinavarietyofautomaticcontrolofindustrialproductionprocess.

Coalpowerplantelectricityproductionsystemisveryimportanttotheprocessoftheexternalauxiliarysystem,coalconveyingcontrolsystemwithcontrolequipmentandmorecomplexprocesses,equipmentandotherfeaturesdistributedalongenvironmentalconditions,dust,humidity,vibration,noise,electromagneticinterferencearemoreserious,traditionalwayofstrongcentralizedcontrolofpowercannotmeetthelarge-scalecoalpowerplantautomationsystem,PLCcontrolledmannerbecauseofitsadvantagesinlarge-scalecoalpowerplantsystemshavegraduallyreplacedconventionalstrongcentralizedcontrolofpowerthewaytobecomelarge-scalecoalthermalpowerplantcontrolsystem.

Coal-firedboilertransmissionisanimportantpart,howtoensurethereliabilityofequipmentandreduceoperatorandmaintenancepersonnelworkingstrength,enhanceeconomicefficiency,asasubjectworthyofstudy.ProgrammableLogicController（PLC）isveryfastinrecentyears,withwideapplicationtothemicroprocessorasthecore,setcomputertechnology,automationtechnology,communicationtechnologyinoneofthecommonindustrialcontroldevices.Ithasafull-featured,easytouse,easymaintenance,highuniversality,highreliabilityandhighcostperformancehasbeeninvariousareasofindustrialcontrolhasbeenawiderangeofapplications,industrialautomationhasbecomeapowerfultoolandtelevisionindustryasameansofsupportingtheoperationofequipmenton-sitevideosurveillancestate,toreplacethetraditionalon-siteinspectiontoensurethatthecoalhandlingsystemissafe,reliable,efficientandeconomicoperationoftheproduction.

KeywordsPowerPlant,Real,SupplyingCoalControl,ProgrammableLogicController.

1引言

1.1火电厂输煤系统

大型火力发电厂输煤系统主要由轮斗机、翻车机、皮带输送机、碎煤机及犁煤器等设备组成，用于完成从煤场到原煤仓按计划定时上煤工作。

任何一个燃煤电厂的输煤系统，通常都由卸煤系统、储煤系统、上煤子系统、配煤子系统和辅助系统等几个子系统组成。

其中卸煤子系统将从煤矿运来的煤卸入电厂收煤场（卸煤沟），通常采用专用火车运输和水上轮船运输两种方式；而储煤系统中储备燃煤的方式随电厂地理环境和条件而异，大多采用取料机为储备煤场的堆煤和取煤设备，也有使用布袋式储煤场或圆筒煤仓作储煤场的；上煤子系统中的上煤是指煤输送到锅炉煤仓间的工艺运行过程，上煤设备除皮带机外，还有碎煤机、转运站和挡板等，上煤系统的运行方式有以下几种：

卸煤沟-煤仓、储备煤场-煤仓、卸煤沟+储备煤场-煤仓；在配煤子系统中一般一台锅炉都设置多个煤仓，配煤方式有以下几种：

优先配煤、顺序配煤、定时配煤、跨越配煤；辅助系统包括取煤样器、除尘设备、洒水设备、消防系统等。

输煤系统是火力发电厂中较为庞大的公用系统。

随着我国电力工业的迅速发展，火电厂的装机容量和单机容量都日益增大，输煤系统的规模也大幅度上升，对其控制方式、运行水平的要求也越来越高。

输煤程控系统主要是以PLC主，实现输煤系统的自动化控制。

与强电集中控制相比，该系统在技术上具有控制功能强，编程简单，实现工艺联锁方便，可省去大量的硬接线，维护方便，可在线修改等特点。

PLC不仅能完成复杂的继电器控制逻辑，而且也能实现模拟量控制及智能控制；能实现远程通讯、联网及上位机监控等。

可为全厂实现计算机控制和管理创造条件。

对地域分布较广的系统还可以增加远程控制站及闭路电视监视系统。

1.2输煤程控简介

煤是火力发电厂的一次能源，为使机组正常运行，需要保证原煤的的可靠输送，因此输煤系统是火电厂生产过程中非常重要的外围辅机系统。

由于煤产地与电厂间地理位置或地域不同，就需通过汽车、火车、或轮船把煤运往火电厂煤厂，通过由卸煤系统、堆煤系统、上煤系统和配煤系统等组成的输煤程控系统输送到指定的煤仓或煤筒。

火电厂输煤控制系统的主要任务就是卸煤、堆煤、上煤和配煤，以达到按时保质保量为机组（原煤仓）提供燃煤的目的。

整个输煤控制系统是火电厂十分重要的支持系统，它是保证机组稳发满发的重要条件。

基于输煤控制系统在整个火电厂中的重要性，且煤场面积大、工作环境恶劣、人工作业通讯难以畅通，利用现代成熟技术PLC和现代总线网络通讯实现其控制功能。

输煤控制系统是火电厂热工控制系统中最大的辅控系统之一，其运行的好坏直接影响着电厂的安全运行。

输煤控制系统的特点是：

整个系统控制很分散，覆盖距离远，现场环境恶劣，且受控设备大多数都是强电设备，干扰严重。

因此，其对整个控制系统的设计、设备选型、软硬件配置及控制方案要求非常高。

输煤系统是火力发电厂中较为庞大的一个公用系统。

随着我国电力工业的迅速发展，火电厂的装机容量和单机容量都日益增大，输煤系统的规模也大幅度的上升。

对其控制方式、运行水平的要求也越来越高。

输煤程控系统主要是以可编程控制器为主，实现输煤系统的自动化控制。

与强电集中的控制相比，在技术上具有控制功能强，编程简单，实现工艺联锁方便，可省去大量的硬接线，维护方便，可在线修改等特点，如图1.1所示：

图1.1主程序流程

1.3输煤程控系统控制方式及其功能特点

火力发电厂的输煤系统是辅机系统的重要部分，随着火电厂中单机容量和总装机容量的不断扩大，一个高出力、高可靠性和灵活性的燃料输送系统是机组乃至整个电厂稳定运行的重要保证。

输煤系统由卸煤、上煤、配煤、煤场的堆取和混煤等环节组成，系统有两条输煤线，包括斗轮机、翻车机、皮带输送机、给煤机、皮带机、振动筛、碎煤机及犁煤器等主要设备组成。

输煤系统承担从煤码头或卸煤沟至储煤场或主厂房原煤仓的运煤任务。

输煤系统的始点是翻车机卸下来的煤，通过皮带机既可输送到煤罐，也可输送到煤场储备，然后再通过斗轮机和皮带机再输送到煤罐。

煤罐中的粗煤通过位于煤罐低部的环式给煤机，连续均匀地分配给上煤皮带输送机，再经过筛分和碎煤机加工，进入原煤仓，为了使几个原煤仓的煤量合理分配，可通过控制犁煤器的抬落，按照顺序配煤和优先配煤原则，完成输煤系统的任务。

输煤系统的主要控制形式大致可分为三种：

1）就地手动控制

主要控制设备是装有一至数台设备启停控制按钮的小型就地控制箱，并设有工况、报警状态的简单提示。

就地手动控制不能实现系统复杂的联锁要求，现多数只作为设备检修、调试时的辅助控制手段。

2）集中手动控制

设备的启停控制集中在一个控制屏上，其联锁保护通常由继电器逻辑阵列实现。

控制屏上有设备运行工况的模拟指示、信号报警等。

集中手动控制能够实现简单运行方式控制及设备启动联锁的一般要求。

其缺点是电缆敖设量大，连线复杂，一旦制造完成其运行方式及不易改变。

3）集中程序控制

这是以可编程控制器为主控设备的集中自动控制，它用可编程控制器的逻辑软件取代继电器的逻辑阵列，能够实现输煤系统复杂运行方式的控制要求。

与其它控制方式相比，它具有可靠性高、控制方式灵活等优点，是目前输煤控制系统的主流。

以上3种控制方式可以通过选择开关选择。

输煤控制系统的控制方式有计算机控制方式、操作台控制方式和就地控制方式。

三种控制方式可以通过选择开关选择。

计算机控制方式就是操作人员通过计算机键盘选择和启动输入，将指令传送到PLC系统，PLC系统按照梯形图程序启动有关设备，并将相关信息传送给计算机。

操作台控制方式就是通过操作台上的开关、按钮进行选择和控制，同时相关信息可通过模拟屏进行显示。

就地控制方式是通过位于电机旁的控制箱进行现场控制。

对输煤控制系统的要求主要是根据生产工艺处理输煤顺序之间的连锁和输煤系统各电机启动和停止的顺序，当有紧急情况时能紧急停车。

1.4输煤控制系统概况及工艺要求

输煤系统的安全、可靠运行是保证电厂安全、高效运行不可缺少的环节。

系统控制设备多、流程复杂分散与控制室相距较远。

又由于上煤过程中不可避免的煤粉飞扬，使得整个系统环境非常恶劣。

同时输煤系统中的设备、现有控制方式大部分为单独直接控制方式操作，可靠性差，自动化水平低。

为了提高火电厂自动化水平，为电厂安全稳定发电创造条件，这些都决定了必须提高输煤系统的自动化平，这样才能减轻劳动强度，改善劳动环境，提高输煤系统的效率和管理水平。

为了保证输煤系统的正常和可靠运行，该系统应满足以下要求：

1）供煤时，各设备的启动、停止必须遵循特定的顺序，即对个设备进行联锁控制。

2）各设备启动和停止过程中，要合理设置时间间隔（延时）。

启动延时统一设定为12s，停车延时按设备的不同要求而设定，分为10s，20s，30s，40s，60s几种，以保证停车时破碎机为空载状态，各输煤皮带上无剩余煤。

3）运行过程中，某一台设备放生鼓掌时，应立即发出报警并自动停车，其前方（指供料方向）设备也立即停车。

其后方的设备按一定顺序及延时联锁停车。

4）各输煤皮带设有双向跑偏开关，跑偏15度时发出告警信号，跑偏30度时告警并自动停车。

5）可在线选择启动设备用设备，在特殊情况下可由2条输煤线的有关设备组成交叉供煤方式。

6）可显示各机电设备运行状况，并对输煤过程有关情况（报警、自动停机等）做出实时记录。

控制系统运行在上位机操作现场及集中控制室均可实现控制功能。

在故障停机情况下，各设备均立即联跳，故障解除后，可将停掉的设备以自动控制再次启动。

紧急情况下，可操作集中控制室中控制面板上的急停掉电按钮，它将使现场所有运行中的受控设备立即停机。

1.5输煤顺序控制系统国内外发展趋势

强电目前，中国的电力生产能力已居世界第二，但人均占有发电却排位靠后，随着中国经济的高速发展，电力生产自动化水平的提高和管理水平的不断进步将更为重要。

而电厂辅助系统是火电厂正常稳定运行的关键组成环节，输煤系统就是其中之一。

现在，国内大部分火电厂的输煤系统都已采用PLC进行控制。

对电厂未采用PLC控制的输煤系统部分进行程控改造已成为一种趋势。

如今国内大中型火力发电厂输煤系统普遍采用PLC进行程序控制，以取代系统的继电器强电集中控制方式。

但多数火电厂输煤程控系统仅利用了PLC基本开关量逻辑组合功能，其模拟量处理、回路调节等高级功能尚未开发应用。

输煤程控系统主要是以可编程控制器（PLC）为主，实现输煤系统的自动花控制，与集中控制相比，在技术上具有控制功能强，编程简单，实现工艺联锁方便，可省去大量的硬件接线，维护方便，可在线修改等特点。

PLC不仅能完成复杂的继电器控制逻辑，而且也能实现模拟量的控制，甚至智能控制；并能实现远程通讯，联网及上位机监控等。

可为全厂实现计算机控制和管理创造条件。

对地域分布较广的系统还可以增加远程控制站及闭路电视监视系统。

随着火电厂规模和单机容量的扩大，许多大型工况设备在输煤系统得到广泛应用，目前多数具备自动或半自动功能，如翻车机、斗轮机、入场煤采样机、入炉煤采样机和环式给煤机等都有各自的PLC控制系统。

如何组织和管理好这些大型设备，使整个输煤系统在最高效率状态下运行，是国内火电厂输煤专业发展中需要解决的首要问题。

全集成化的输煤过程控制器网络是能够满足对输煤设备的管理与控制要求的好途径。

与先进的主机控制系统相比，目前的输煤控制系统则显得十分落后。

以武汉阳逻电厂输煤控制系统为例，基本上为集中加就地控制模式，其PLC控制系统仅仅满足了皮带输送机的集中控制功能。

简言之，其PLC控制器仅仅代替了皮带输送机及其辅助设备（如挡板、振打器等）的启、停按钮的功能，其完成的仅仅是部分设备的顺序控制功能，无法达到整个系统的协调控制，而斗轮机、翻车机、环式给煤机均处于各自相对独立的情况下运行，其结果是运行岗位人员设置过多，人员工效率低，系统设备间配合不协调、设备空转导致的电能损耗、设备磨损等损耗较大。

PLC在输煤系统中的应用基本上限于设备级，各设备或系统处于各自的PLC控制之下，相互间基本独立。

随着国内火电厂机组的扩建和PLC技术的迅速发展，与当初输煤设备的控制从就地走向集中一样，输煤系统的PLC控制也将从设备级发展到车间级。

近些年来，随着电子技术、计算机技术、控制技术、信息网络技术的迅速发展，现代工业生产正向着生产过程过程控制高度自动化、工艺设备及测控设备高度智能化、生产管理高度自动化等方向发展，作为大型火电厂的燃料输煤系统也不例外，而且随着电气自动化的产品价格大幅度下降，可靠性大大提高，过去那种认为燃料输煤系统不需要较高自动化程度的观点已显得非常落后，从率先实现设备程控化、现场联网化和可视化，再到与MIS系统联网，以及随着WFT3嵌入技术深入到元件级和网速度可靠性的进一步提高，实现透明工厂和移动工业控制完全可能成为现实。

1.6本次设计的主要目的

本设计采用输煤系统中叶轮给煤机远程计算机监控进行实际应用的研究和试验。

通过实验室调试、设计和现场应用调试，实现了对叶轮给煤机的这种大型移动设备的远程监控。

从而提高了就地设备的自动化水平，改善了操作人员的工作环境。

本设计上位机采用国际通用标准的监控软件进行组态画面，画面美观实用。

下位机采用法国施耐德可编程控制器，实现过程控制。

叶轮转速采用AB公司变频调速器，并对叶轮转速采用智能控制方式实现变频调速。

2可编程控制器简介

作为通用工业控制计算机，30年来，可编程控制器从无到有，实现了工业控制领域接线逻辑到存储逻辑的飞跃；其功能从弱到强，实现了逻辑控制到数字控制的进步；其应用领域从小到大，实现了单体设备简单控制到胜任运动控制、过程控制、及集散控制等各种任务的跨越。

今天的可编程控制器正在成为工业控制领域的主流控制设备，在世界各地发挥着越来越大的作用。

2.1可编程控制器的定义

可编程控制器，简称PLC（ProgrammablelogicController）,是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。

在1987年国际电工委员会（InternationalElectricalCommittee）颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义：

PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。

它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。

PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。

”

2.2PLC的特点

●编程方法简单易学

●功能强，性能价格比高

●硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强

●可靠性高，抗干扰能力强

●系统的设计、安装、调试工作量少

●维修工作量小，维修方便

●体积小，能耗低

2.3PLC的应用领域

在发达的工业国家，PLC已经广泛地应用在所有的工业部门，随着其性能价格比的不断提高，应用范围不断扩大，主要有以下几个方面：

●数字量逻辑控制

●运动控制

●闭环过程控制

●数据处理

●通信联网

2.4PLC的工作模式

PLC有两种工作模式，既RUN（运行）模式与STOP（停止）模式。

在RUN模式，通过执行反映控制要求的用户程序来实现控制功能。

在CPU模块的面板上用“RUN”LED显示当前的工作模式。

在STOP模式，CPU不执行用户程序，可以用编程软件创建和编辑用户程序，设置PLC的硬件功能，并将用户程序和硬件设置信息下载到PLC。

如果有致命错误，载消除之前不允许从STOP模式进入RUN模式。

PLC操作系统储存非致命错误供用户检查，但不会从RUN模式自动进入STOP模式。

2.5PLC的工作原理

用触点和线圈实现逻辑运算。

数字量控制系统中，变量仅有两种相反的工作状态，例如高电平和低电平、继电器线圈的通电和断电、触点的接通和断开，可以用逻辑代数中的1和0来表示。

用继电器电路或梯形图可以实现“与”、“或”、“非”逻辑运算。

用多个触点的串、并联电路可以实现复杂的逻辑运算。

PLC通电后，需要对硬件和软件作一些初始化的工作。

为了时PLC的输出及时地响应各种输入信号，初始化后反复不停地分阶段处理各种不同的任务，这种周而复始的循环工作模式称为扫描工作模式。

图2.1PLC扫描过程

2.6叶轮给煤机上位机与PLC通讯

PLC以其高可靠性、适应工业过程现场、强大的联网功能等特点被广泛使用，是机电一体化的发展方向。

Windows以图形化界面给用户提供了良好的人机界面,并且被很多人所掌握，所以我们考虑使用PLC作为工业控制下位机,使用PC作为上位机进行人机交互界面。

这就涉及了使用PC如何控制PLC，PC如何与PLC进行通讯的问题。

每一次上位机和PLC数据交换有3个步骤，说明如下：

1）通讯是由在PLC中确定的时间触发,发送一组字符给上位机：

PLC使用ASCII通讯时，通讯是由在PLC中确定的时间触发的。

在确定的时间到达后，PLC要求数据发送时，PLC会发送一组字符过去。

通常该字符第一个字符就是前导码，上位机根据前导码确定是否应该读取该字符串、该字符属于哪一个命令集合，以及用什么格式去读取字符串等。

前导码不会是一般的符号字符，通常是一些不可见的字符（位于ASCII码表的前30个）或极少被使用的符号字符，这是因为避免数据字符与前导码一样而发生错误判断。

在前导码之后是站号，通常是以两个字符代表，单纯以RS232连接的单一设备也许不需要站号的设置，但是如果以RS485进行网络连接，就需要用站号来辨认命令是属于那一个设备。

站号后面就是设备解读的命令或者数据。

（本例为单机不需要站号）一般的通讯都需要进行数据的校验。

2）PC收到要求的字符串，并判读：

当上位收到要求的字符串，并经过判读确定后，同样按照相同的协议,按照用户需要对PLC进行的操作送出数据，数据被送出时会在数据之前加上前导码和站号。

数据中携带了上位机对PLC要求的操作。

3）PLC将数据发给上位机：

在PLC收到上位机发来的数据包后经过判读确定后，进行一定的操作然后在触发时间到达后将PLC的状态写入数据发给上位机，这样就完成了一次数据交换。

图2.2上位机与PLC通讯系统框图

3叶轮给煤机系统监控画面设计

3.1监控软件的功能及基本使用方法

（1）紫金桥监控软件具有以下功能：

强大的图形组态功能：

以MicrosoftWindows平台作为操作平台，充分利用了Windows图形功能完备，界面一致性好，易学易用的特点。

设计人员可高效快捷地绘制出各种工艺画面,并可方便进行编辑，使采用PC机比以往使用专用机开发的工业控制系统更有通用性，减少了工控软件开发者的重复工作。

丰富的动画连接如“闪烁”、“旋转”、“填充”