鍋爐車間輸煤機組控制設計.doc

畢業(yè)設計（論文）課 題 名 稱： 鍋爐車間輸煤機組控制 專 業(yè) 班 級： 13數(shù)控302 學 生 姓 名： 陳杰 指 導 教 師： 張新亮 二O一六 年 五 月重慶工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文）任務書院 部： 機械工程學院 專 業(yè) 班 級： 13數(shù)控302 學 生 姓 名： 陳杰 二O一六 年 五 月重慶工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文）任務書課題名稱鍋爐車間輸煤機組控制課題簡介技術指標工作量要求 一、 （1）供煤時，各設備的啟動、停止必須遵循特定的順序，即對各設備進行聯(lián)鎖控制；（2）各設備啟動和停止過程中，要合理設置時間間隔（延時）。啟動，停車延時統(tǒng)一設定為10s。啟動延時是為保證無煤堆積以發(fā)生故障；停車延時是為保證停車時破碎機等為空載狀態(tài)；（3）運行過程中，某一臺設備發(fā)生故障時，應立即發(fā)出報警并自動停車，其整個輸煤設備也立即停車。此外在現(xiàn)場也有控制系統(tǒng)裝置運行的按鈕；（4）可在線選擇啟動備用設備。在特殊情況下可開啟另一套備用設備，由兩條輸煤線的有關設備組成交叉供煤方式。二、 1) 根據控制要求，進行電氣控制系統(tǒng)硬件電路設計，包括主電路、控制電路及PLC硬件配置電路。2) 根據控制要求，編制輸煤機組PLC控制程序，有條件可以利用模擬開關板調試程序，模擬運行。3) 編寫設計說明書，內容包括： 設計過程和有關說明。 基于PLC的輸煤機組電氣控制系統(tǒng)電路圖。 PLC控制程序（梯形圖和指令表）。 電器元器件的選擇和有關計算。 電氣設備明細表。 參考資料、參考書及參考手冊。 其他需要說明的問題，例如操作說明書、程序的調試過程、遇到的問題及解決方法、對課程設計的認識和建議等。進度計劃起止時間工作內容起2016年2月25日；止2016年4 月22日。1） 設計方案及上位機設計2） 下位機硬件電路和軟件設計3） 上位機界面設計4） 調試參考文獻1 余菊香.石橫工程焊接質量管理J.焊接技術.1990(04):34-36.2 趙利軍.皮帶輸送機啟動特性分析J.機械研究與應用,2011,(03):45-48. 3 李蓄，郝明景.淺談PLC控制在輸煤系統(tǒng)中的使用J.科技信息, 2006,(10): 120-121.4 張攀峰，張開生，郭國法.基于PLC控制的皮帶輸送機系統(tǒng)的應用J.微計算機信息, 2005,(05): 50-51.5 賀廉云.用于PLC控制的皮帶輸煤系統(tǒng)J.農業(yè)裝備與車輛工程,2008,(05):41-43.6 張炳良,方寶生.PLC技術在帶式輸送機自動控制系統(tǒng)中的應用與研究J.煤炭工程, 2004,(06):69-70. 7 孟祥忠.基于組態(tài)軟件的PLC系統(tǒng)設計方案選取原則J.科技制造裝備，2011,(10):76-78.8 林小峰.可編程控制器及應用M.北京:高等教育出版社，1991.9 L.A.Bryan，E.A. Bryan .Programmable Controllers Theory and Implementation An Industrial Text Company Publication Atlanta Georgia USA, 1997.10 李軍.組態(tài)軟件在PLC實踐教學中的應用J.教育創(chuàng)新,2011,(10):263-264.11 劉璐，朱一凡.基于PLC與組態(tài)王的帶式輸送機控制系統(tǒng)設計J.煤礦機械，2010,(06):20-22.課題組成員陳杰說明：任務書由指導教師完成。重慶工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文）指導紀要院 部： 機械工程學院 專業(yè)班級： 13數(shù)控302 指導教師： 張新亮 二O一六 年 五 月重慶工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文）指導及階段工作情況檢查表指導記錄階段檢查記錄日期指導內容日期按要求完成任務情況學生簽字 年 月 日指導教師簽字 年 月 日說明：1此表由指導教師手工填寫； 2“完成任務情況”一欄按學生是否按計劃進度完成任務的情況填寫。重慶工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文）成績評定表姓 名班 級學 號畢業(yè)設計（論文）題目指導老師答辯日期年 月 日類 別項 目分 值評 分指導教師簽名平時成績（占20%）學習態(tài)度與規(guī)范要求10文獻資料與實際能力10設計（論文）成績（占50%）工作量（圖紙、作品、設計說明書等）5專業(yè)水平與完成質量30設計成果實用價值、工藝水平、創(chuàng)新性10文字表達5答辯成績（占30%）設計（論文）主要內容闡述10答辯組長簽名回答指定的主要問題情況10回答進一步深入的問題情況10總評成績指導教師評語教研室主任（簽字）年 月 日說明：1. 答辯組必須由專任教師組成，答辯組長必須由本專業(yè)的專業(yè)課教師擔任。 2總評成績按五級計分制評定：優(yōu)秀（90分及以上）、良好（8089分）、中等（70 79分）、及格（6069分）、不及格（60分以下）。重慶工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文）答辯記錄學生姓名班級課題名稱指導教師答辯組成員答辯記錄記錄人答辯日期 年 月 日說明： 1. 答辯記錄以一問一答方式手工填寫，并給出回答正確與否的相應符號：、。 2. 答辯提問不少于3個，且應為與論文或設計相關的問題。鍋爐車間輸煤機組控制設計摘 要隨著我國經濟的發(fā)展，資源和環(huán)境矛盾同趨尖銳，使我國的現(xiàn)代化建設面臨嚴峻挑戰(zhàn)。作為供熱系統(tǒng)重要能源轉換設備的燃煤鍋爐能耗巨大，占我國原煤產量的三分之一左右。然而，我國目前很多自動運行的鍋爐控制系統(tǒng)自動化水平不高、安全性低，工作效率和環(huán)境污染普遍低于國家標準，因此實現(xiàn)鍋爐的計算機自動控制具有重要的意義。本文基于西門子公司的S7-200 PLC設計了鍋爐輸煤機組控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括下位機控制和上位機控制兩部分，下位機控制系統(tǒng)采編用CPU224模塊作為控制系統(tǒng)的核心。采用V4.0 STEP 7 Micro/WIN程序軟件，進行PLC程序設計；選用組態(tài)軟件“組態(tài)王6.53”進行上位機監(jiān)控畫面設計。本文先對鍋爐輸煤系統(tǒng)做了簡單介紹，接著給出本系統(tǒng)設計的總體方案；然后是對系統(tǒng)硬件設計做了說明，緊接著是詳細介紹系統(tǒng)的軟件設計方法和步驟。然后對組態(tài)軟件作簡單介紹和再給出具體設計的操作方法及步驟。最后是對整個設計進行調試，通過上位機與PLC的通信，最終實現(xiàn)了上位機對PLC系統(tǒng)的實時監(jiān)控。關鍵詞：PLC；輸煤；皮帶傳送；上位機IDesign of Boiler Shop Coal Handling Unit Control ABSTRACTWith the development of Chinese economic, resource and environmental conflicts with the increasingly sharp, so that Chinas modernization is facing severe challenges. The coal-fired boiler which uesd as energy conversion devices for heating system consumpts large energy.It accounts for about one- third of Chinas coal output. However,the automation level of the boiler control system running automatically is not high, low security, efficiency and environmental pollution are generally lower than the national standard, so the computer automatic control of the boiler is of great significance.Boiler coal handling unit control system is designed based on Siemens S7-200 PLC. The system includes two parts of the control and PC control ,the under the position control system uses CPU224 module as the core of the control system. Using the V4.0 the STEP 7 Micro / WIN programming software, and the PLC program to design; the software Kingview 6.53 PC is used to monitor screen design.At first, this article gives a brief introduction on the boiler coal handling system, then gives the general design scheme of the system .finally，it describes hardware design of the system, followed by details of software design methods and procedures. And configuration software for a brief introduction and then given the specific design of the operating methods and procedures. Finally,the debug of the entire design.According to the communication of PC and PLC , and ultimately complete the real-time monitoring of the host computer to the PLC system.Keywords: PLC; coal handling; belt transmission; the host computerII目錄第一章 前言11.1 鍋爐系統(tǒng)概述11.2 鍋爐輸煤研究意義1第二章 系統(tǒng)方案設計32.1 設計內容及目標32.2 設計要求32.3 設計方案42.3.1 設計信號說明42.3.2 輸煤機組運行過程52.3.3程序流程圖62.3.4 上位機監(jiān)控7第三章 下位機設計83.1 硬件電路設計83.1.1 系統(tǒng)控制主電路圖設計83.1.2 電器元件的選擇93.1.3 I/O地址分配93.1.4 PLC控制電路接線圖103.2 軟件設計113.2.1 順序功能圖113.2.2 程序設計12第四章 上位機界面設計164.1 組態(tài)軟件簡介164.2 上位機監(jiān)控畫面的設計174.2.1 新建工程174.2.2 通道連接214.2.3 定義設備變量244.2.4 畫面設計264.2.5 建立動畫連接294.2.6 配置運行系統(tǒng)31第五章 調試325.1 設置PLC通信325.1.1 設置PG/PC接口325.1.2 設置通信335.1.3 系統(tǒng)塊參數(shù)設置345.2 設置組態(tài)王通信355.3 調試中的問題355.4 調試結果36結束語37參考文獻38致 謝39附錄1：PLC梯形圖程序40附錄2：設計過程結果圖47III第一章 前言鍋爐是工業(yè)生產或生活采暖的供熱源，按其供熱的方式分為蒸汽和熱水兩種。前者主要用于發(fā)電、工業(yè)生產及間接供熱；后者主要用于生活供暖和生活熱水，多用于集中供暖地區(qū)及賓館、飯店等。從80年代石橫工程1全套引進第一臺300MW機組1到至今，鍋爐廠房控制系統(tǒng)、控制思路發(fā)生了很大的變化，其設計逐漸成熟。由原來的繼電器實現(xiàn)控制功能轉化為用PLC實現(xiàn)控制功能。隨著電力系統(tǒng)市場的開放，減人增效越來越得到工廠包括各級領導的重視，如何優(yōu)化車間的控制已成為每個工程所必須面臨的問題。1.1 鍋爐系統(tǒng)概述鍋爐是化工、煉油、發(fā)電等工業(yè)生產過程中必不可少的重要的動力設備，它所產生的高壓蒸汽，既可作為風機、壓縮機、大型泵類的驅動的動力源，又可作為蒸餾、化學反應、干燥和蒸發(fā)等過程的熱源。隨著工業(yè)生產規(guī)模的不斷擴大、生產設備的不斷革新，作為動力和熱源的鍋爐，亦向著大容量、高效率發(fā)展。為了確保安全、穩(wěn)定生產，鍋爐設備的控制系統(tǒng)就顯得更加重要。輸煤系統(tǒng)是整個系統(tǒng)的第一關。燃料是工廠安全經濟生產，全面完成任務的物質基礎，沒有了燃料，一切將無從談起。燃料費用占成本的75%左右，這就奠定了輸煤系統(tǒng)是工廠經營管理的重要組成部分，也是安全生產管理的主要環(huán)節(jié)。隨著能源供需矛盾的發(fā)展變化，輸煤系統(tǒng)的地位顯得更加重要。1.2 鍋爐輸煤研究意義所謂鍋爐輸煤系統(tǒng)，是指從送煤開始，一直到將合格的煤塊送到原煤倉的整個工藝過程，它包括以下幾個主要環(huán)節(jié)：給煤生產線、選煤、皮帶運輸系統(tǒng)2、破碎與提升、回收系統(tǒng)以及一些輔助生產環(huán)節(jié)。本設計中主要研究的是其中的輸煤系統(tǒng)部分，即煤塊從給煤機傳輸?shù)皆簜}的過程。傳統(tǒng)的輸煤系統(tǒng)是一種基于繼電接觸器和人工手動方式的半自動化系統(tǒng)。由于輸煤系統(tǒng)現(xiàn)場環(huán)境十分惡劣，不僅極大損害了工人的身體健康，而且由于輸煤系統(tǒng)范圍大，經常有皮帶跑偏、皮帶撕裂及落煤管堵塞等等麻煩，大大降低了發(fā)電廠的生產效率。隨著發(fā)電廠規(guī)模的擴大，對煤量的需求大大提高，傳統(tǒng)的輸煤系統(tǒng)已無法滿足發(fā)電廠的需要。隨著生產過程的控制規(guī)模不斷增大，運行參數(shù)越來越高，生產設備及其相應的熱力設備和系統(tǒng)更加復雜。輸煤系統(tǒng)是熱力系統(tǒng)的重要組成部分，是鍋爐車間燃料供應的有力保證。輸煤機組工作效率的提高是整個工藝過程的關鍵因素，而整個輸煤過程往往采用遠程控制，這就對自動控制系統(tǒng)的設計提出了更高的要求，傳統(tǒng)方法不能得到滿意的測控效果。因此，在輸煤系統(tǒng)中往往選擇比較有優(yōu)勢的PLC（可編程控制器）控制系統(tǒng)，使整個控制過程具有正常運行、事故處理、參數(shù)監(jiān)測、故障報警、裝置調控、危險保護等功能。由于PLC控制器優(yōu)越的控制性能和高度可靠性,使得其在工業(yè)自動化生產領域的應用越來越廣泛3。通過對PLC的應用，對鍋爐的配煤系統(tǒng)進行了設計，對原有的傳統(tǒng)手動配煤方式進行了優(yōu)化和改進。本課題的主要目標是改變以往配煤系統(tǒng)的傳統(tǒng)手動配煤方式，提高運行人員工作效率，從煤源上進行篩選比控制，解決鍋爐的配煤問題，提高鍋爐的燃煤效率和經濟效益。通過利用PLC實現(xiàn)鍋爐輸煤機組的自動控制4，可以提升輸煤技術的自動化水平，盡可能的降低煤損耗，提高煤的利用率，從而提高生產效益。.第二章 系統(tǒng)方案設計2.1 設計內容及目標本項目要求輸煤機組主要由6臺三相異步電動機M1M6和一臺磁選料器YA組成，最終實現(xiàn)對鍋爐的輸煤機組的運行控制,具備開車、停車的自動和手動控制功能，需具備提醒、保護和緊急停車功能。此外要對供煤機組的運動過程實時監(jiān)控，在突發(fā)故障或意外情況是給予顯示以便操作人員對系統(tǒng)故障能夠及時排除，此次設計基于以上控制目的。此外在操作臺還將有一臺觸摸屏來監(jiān)控電控系統(tǒng)運行的各個過程參數(shù)。輸煤機組控制系統(tǒng)示意圖如圖2-1所示。圖2-1 輸煤機組控制系統(tǒng)示意圖鍋爐車間輸煤機組控制設計是根據工業(yè)鍋爐供煤工藝要求進行設計的，其在工業(yè)生產中的主要任務是：能夠對電機進行啟停，手/自動，緊急停車等基本控制要求；能夠對對電控系統(tǒng)的各個運行環(huán)節(jié)進行監(jiān)控；能夠對突發(fā)故障進行報警顯示。2.2 設計要求針對以上設計目標，為了保證輸煤系統(tǒng)的正常、可靠運行，該系統(tǒng)應滿足以下具體要求：（1）供煤時，各設備的啟動、停止必須遵循特定的順序，即對各設備進行聯(lián)鎖控制；（2）各設備啟動和停止過程中，要合理設置時間間隔（延時）。啟動，停車延時統(tǒng)一設定為10s。啟動延時是為保證無煤堆積以發(fā)生故障；停車延時是為保證停車時破碎機等為空載狀態(tài)；（3）運行過程中，某一臺設備發(fā)生故障時，應立即發(fā)出報警并自動停車，其整個輸煤設備也立即停車。此外在現(xiàn)場也有控制系統(tǒng)裝置運行的按鈕；（4）可在線選擇啟動備用設備。在特殊情況下可開啟另一套備用設備，由兩條輸煤線的有關設備組成交叉供煤方式。2.3 設計方案本控制系統(tǒng)是基于PLC控制的設計，并且輸煤系統(tǒng)的故障判斷是建立在實時監(jiān)控的基礎上的。首先它的硬件部分屬于電氣控制，軟件部分是利用PLC的軟件編程對其進行控制，同時利用組態(tài)軟件建立上位機監(jiān)測畫面，通過與PLC的通信對運行系統(tǒng)進行實時監(jiān)測和控制。2.3.1 設計信號說明輸煤機組的拖動系統(tǒng)由6臺三相異步電動機M1M6和一臺磁選料器YA組成。SA1為手動/自動轉換開關，SB1和SB2為自動開車/停車按鈕，SB3為事故緊急停車按鈕，SB4SB9為6個控制按鈕，手動時單機操作使用。HA為開車/停車時訊響器，提示在輸煤機組附近的工作人員，輸煤機準備起動請注意安全。HL1為手動運行指示，HL2為緊急停車指示，HL3為系統(tǒng)運行狀態(tài)指示。為保證輸煤機組輸煤順暢，開車采用逆煤流方向啟動，停車時按順煤流方向停車。輸煤機組的控制信號說明見表2-1。表2-1輸煤機組控制信號說明輸 入輸 出文字符號說 明文字符號說 明SA1-1輸煤機組手動控制開關KM1給料器和磁選料器接觸器SA1-2輸煤機組自動控制開關KM21#送煤機接觸器SB1輸煤機組自動開車按鈕KM3破碎機接觸器SB2輸煤機組自動停車按鈕KM4提升機接觸器SB3輸煤機組緊急停車按鈕KM52#送煤機接觸器SB4給料器和磁選料器手動按鈕KM6回收機接觸器SB5送煤機P1手動按鈕HL1手動運行指示燈SB6破碎機手動按鈕HL2緊急停車指示燈SB7提升機手動按鈕HL3系統(tǒng)運行狀態(tài)指示燈SB8送煤機P2手動按鈕HA報警電鈴SB9回收機手動按鈕FRM1M6，YA過載保護信號2.3.2 輸煤機組運行過程1.手動開車/停車功能SA1手柄指向左45時，接點SA1-1接通，通過SB4SB9控制按鈕，對輸煤機組單臺設備獨立調試與維護使用，任何一臺單機開車/停車時都有音響提示，保證檢修和調試時人身和設備安全。2.自動開車/停車功能SA1手柄指向右45時，接點SA1-2接通，輸煤機組自動運行。(1) 正常開車 按下自動開車按鈕SB1，音響提示5s后回收電動機M6起動運行；10s后送煤機P2電動機M5電動機起動運行；10s后提升電動機M4起動運行；10s后破碎電動機M3起動運行；10s后送煤機P1電動機M2起動運行；10s后給料器電動機M1和磁選料器YA起動運行并；10s后，點亮HL3系統(tǒng)運行狀態(tài)指示燈，輸煤機組正常運行。(2) 正常停車 按下自動停車按鈕SB2，音響提示5s后給料器電動機M1和磁選料器YA停車，同時，熄滅HL3系統(tǒng)運行狀態(tài)指示燈；10s后送煤機P2電動機M5停車；10s后破碎電動機M3停車；10s后提升電動機M4停車；10s后送煤機P1電動機M2電動機停車；10s后，回收電動機M6停車；至此輸煤機組全部正常停車。(3) 過載保護 輸煤機組有三相異步電動機M1M6和磁選料器YA的過載保護裝置熱繼電器，如果電動機、磁選料器在輸煤生產中，發(fā)生過載故障需立即全線停車并發(fā)出報警指示，HA電鈴斷續(xù)報警20s，到事故處理完畢，繼續(xù)正常開車，恢復生產。(4) 緊急停車 輸煤機組正常生產過程中，可能會突發(fā)各種事件，因此需要設置緊急停車按鈕，實現(xiàn)緊急停車防止事故擴大。緊急停車與正常停車不同，當按下緊急停車按鈕SB3時，輸煤機組立即全線停車，HA警報聲持續(xù)10s停止，緊急停車指示燈HL2連續(xù)閃亮10s，直到事故處理完畢，恢復正常生產。(5) 系統(tǒng)正常運行指示 輸煤機組中，拖動電動機M1M6和磁選料器YA按照程序全部正常起動運行后，HL3指示燈點亮。如果有一臺電動機或選料器未能正常起動運行，則視為故障，輸煤機組停車。2.3.3程序流程圖軟件部分即程序的設計，程序設計要根據I/O地址的分配和要實現(xiàn)的功能結合硬件電氣的連接進行編程，來實現(xiàn)設計系統(tǒng)要完成的功能，PLC進入運行狀態(tài)后，首先進行手動/自動的選擇，所以程序的主流程圖如圖2-3所示。圖2-3 控制程序主流程圖當系統(tǒng)以手動方式運行時，是單個設備點動控制，較為簡單，這里不再做程序流程圖。當系統(tǒng)以自動方式運行時，PLC運行的程序流程圖如圖2-4所示。圖2-4 輸煤機組程序設計流程圖2.3.4 上位機監(jiān)控監(jiān)控部分是利用組態(tài)軟件建立監(jiān)控畫面，通過建立通道連接、動畫連接和控制策略實現(xiàn)PLC與上位的行通信后的運行動畫，對輸煤系統(tǒng)的運行狀態(tài)進行實時監(jiān)控和故障報警。第三章 下位機設計3.1 硬件電路設計3.1.1 系統(tǒng)控制主電路圖設計按照設計方案，給料器M1、P1送煤機M2、破碎機M3、提升機M4、P2送煤機M5和回收電動機M6由6臺三相異步電動機拖動。磁選料器YA由兩相電源提供。負載M2-M6由接觸器KM2-KM6控制，給料器M1和磁選料器YA共同由KM1控制。由于破碎機M3功率為13KW和2#送煤機M5功率為75KW都比7.5KW大，在實際使用中要采用星三角降壓啟動。其余負載均采用直接啟動方式，本設計考慮實驗室PLC I/O口數(shù)限制，只做直接啟動。主電路圖見圖3-1。電源回收機送煤機P1提升機破碎機送煤機P2給料器及磁選料器圖3-1 輸煤機控制主電路圖（1) 主回路中交流接觸器KM1、KM2、KM3、KM4、KM5、KM6分別控制三相異步電動機M1給料電動機，M2送煤電動機，M3破碎電動機，M4提升電動機，M5送煤電動機，M6回收電動機。（2) 熱繼電器FR1、FR2、FR3、FR4、FR5、FR6的作用是對電動機M1、M2、M3、M4、M5、M6實現(xiàn)過載保護。（3) 熔斷器FU1、FU2、FU3、FU4、FU5、FU6分別實現(xiàn)各負載回路的短路保護。 3.1.2 電器元件的選擇設計該控制系統(tǒng)室考慮實驗室調試方便，使用了最簡的點數(shù)，輸入點數(shù)有：2個輸入開關分別控制手動/自動控制，9個輸入按鈕分別為SB1和SB2為自動開車/停車按鈕，SB3為事故緊急停車按鈕，SB4SB9分為6個電動機控制按鈕。 輸出點數(shù)有：6個輸出接觸器KM1、KM2、KM3、KM4、KM5、KM6分別控制三相異步電動機M1給料電動機，M2送煤電動機，M3破碎電動機，M4提升電動機，3個輸出指示燈其中HL1手動運行指示燈、HL2為緊急停車指示燈、HL3為系統(tǒng)運行狀態(tài)指示燈和1個輸出HA電鈴。繼電-接觸器系統(tǒng)雖然有較好的抗干擾能力，但使用了大量的機械觸點，使得設備連線復雜，且觸電在開閉是易受電弧的危害，壽命短，系統(tǒng)可靠性差；所以如果采用繼電-接觸器控制方式，控制電路將會很復雜，而且可靠性難以保證。本文按照本課題的控制要求，控制過程主要采用邏輯和順序控制，PLC恰能滿足此控制要求。所以用PLC進行控制，不僅能滿足控制要求、控制方便簡單，而且具有較高的可靠性。因此，本設計應采用PLC進行控制。（1）本設計采用西門子S7-200PLC,使用CPU224模塊，其輸入/輸出接口（I/O）數(shù)量分別為輸入端口14個，輸出端口10個，剛好可以滿足本設計的I/O使用需求。（2）為保證負載安全可靠的供電，所以采用輸出形式為繼電器。3.1.3 I/O地址分配I/O信號在PLC接線圖端子的地址分配是進行PC控制系統(tǒng)設計的基礎。對軟件設計來說，分配I/O點地址以后才可以進行編程；對控制柜和PLC的外圍接線來說，只有I/O點地址確定以后，才可以繪制電氣接線圖、裝配圖，讓裝配人員根據接線圖和安裝圖安裝控制柜。由上硬件系統(tǒng)的選擇可知控制系統(tǒng)使用一個CPU224即可。CPU224基本單元的I/O地址如下：I0.0 I0.1、IO.2、I0.3、I0.4、I0.5、I0.6、I0.7、I1.0、I1.1、I1.2、I1.3、I1.4、I1.5；Q0.0、Q0.1、Q0.2、Q0.3、Q0.4、Q0.5、Q0.6、Q0.7、Q1.0、Q1.1PLC輸入輸出接口地址分配表見表3-1。表3-1 PLC輸入輸出接口地址分配表輸入信號輸煤機組手動控制開關SA1-1I0.0輸煤機組自動控制開關SA1-2I0.1輸煤機組自動開車按鈕SB1I0.2輸煤機組自動停車按鈕SB2I0.3輸煤機組緊急停車按鈕SB3I0.4給料器磁選料器手動按鈕SB4I0.5送煤機P1手動按鈕SB5I0.6破碎機手動按鈕SB6I0.7提升機手動按鈕SB7I1.0送煤機P2手動按鈕SB8I1.1回收機手動按鈕SB9I1.2M1-M6,YA過載保護信號FRI1.3輸出信號給料器磁選料器接觸器KM1Q0.0送煤機P1接觸器KM2Q0.1破碎機接觸器KM3Q0.2提升機接觸器KM4Q0.3送煤機P2接觸器KM5Q0.4回收機接觸器KM6Q0.5手動運行指示燈HL1Q0.6緊急停車指示燈HL2Q0.7系統(tǒng)正常運行指示燈HL3Q1.0報警電鈴HAQ PLC控制電路接線圖 根據上述硬件選型及工藝要求，繪制PLC控制電路接線圖，如圖3-2。在接線過程中要注意，在實驗室的試驗箱中輸入公共端1M/2M要求連接24VDC電源的的正極“L+”處，此時輸入端是低電平有效；輸出公共端的1L/2L/3L要求連接24VDC電源的負極“M”處，此時輸出端輸出的是高電平有效。圖3-2 I/O接線圖3.2 軟件設計本設計選用西門子公司的S7-200PLC剛好可以滿足設計要求，程序是設計使用西門子公司的V4.0 STEP 7 Micro/WIN SP3編程軟件。此軟件具有漢化的語言，使用起來十分方便。該軟件功能強大，界面友好，并有方便的聯(lián)機幫助功能。可以使用此軟件開發(fā)PLC應用程序，同時也可以實時監(jiān)控用戶程序的執(zhí)行狀態(tài)。西門子S7-200 PLC的編程語言有三種，分別是：梯形圖（LAD）和功能塊圖（FBD）是一種圖形語言，語句表（STL）是一種類似于匯編語言的文本型語言。三種語言之間可以相互轉化，本設計采用梯形圖編程。3.2.1 順序功能圖輸煤機組的控制過程分為自動和手動控制方式。在自動控制模式下，要求各負載從M6到M1逆序自動啟動，并能從M1到M6順序自動停止。同時，該輸煤機組還能在手動控制模式下進行點動，以便調試和維修。而且，該系統(tǒng)還能實現(xiàn)過載保護、緊急停車和故障提醒功能，并有相應的指示報警功能。根據此要求，本設計采用SCR指令編寫梯形圖程序9。輸煤機組的整個運行過程可以用順序功能圖來描述。鍋爐車間輸煤機組控制系統(tǒng)的順序功能圖如圖3-3所示，該順序功能圖非常直觀，清楚地面描述了鍋爐車間輸煤機組自動工作的過程。圖3-3 輸煤機組自動控制順序功能圖3.2.2 程序設計完成以上內容緊接著即可對控制系統(tǒng)的運行過程進行相應的梯形圖設計，V4.0 STEP 7 Micro/WIN編程軟件的界面如圖3-4所示。圖3-4 V4.0 STEP 7 Micro/WIN編程軟件主界面1.編寫程序使用V4.0 STEP 7 Micro/WIN編程軟件編輯和修改程序是本設計的主要內容之一，設計只采用了梯形圖編程，其語句表和功能圖可以相互轉化。（一）輸入編程元件梯形圖的編程元件（編程元素）主要有線圈、觸點、指令盒、標號及連接線。輸入方法有兩種：（1）用指令窗口中所列的一系列指令，把光標放在需要放置的位置，雙擊要輸入的指令，就可以在舉行光標處放置一個編程軟件，如圖3-7所示的“位邏輯”指令。（2）用工具條上的一組編程按鈕，如圖3-5所示。單擊觸點、線圈、或指令盒按鈕，從彈出的窗口下拉菜單所列出的指令中選擇要輸入的指令，單擊即可。圖3-5 編程按鈕（二）編寫自動選擇程序使用上述方法編寫主要程序，程序的開始段如圖3-6所示。圖3-6 選擇自動運行程序啟動過程中的梯形圖如圖3-7所示。其中的I1.3和I0.4分別是過載保護和緊急停車按鈕。圖3-7 啟動電機M6以這種方法，結合左側的指令樹和程序要完成的功能，按照順序控制的方式對每個網絡進行編輯。因為本設計使用子程序的調用，所以在主程序編輯完成后，要轉入子程序SBR0編寫子程序，如圖3-8所示。所有程序完成后最終做一個完整梯形圖程序。選擇“文件”中“另存為”將程序保存為“鍋爐車間輸沒機組控制PLC程序”，編程完成。圖3-8子程序編輯（三）注釋梯形圖編輯過程中的“網絡n”表示每個網絡或梯級，同時又是標題欄，可以再在此為每個網絡加標題或必要的說明，使程序清晰易讀。用光標點擊如圖3-9所示的“子程序注釋”，此時即可在文本框中鍵入相關標題和注釋。（四）編譯用戶程序程序編輯完成，可用菜單“PLC”中的“編譯”項或通過如圖3-10所示的編譯按鈕進行離線編譯。編譯上載編譯全部下載STOPRUN程序狀態(tài)監(jiān)控圖3-10編譯和下載按鈕編譯完成后在輸出窗口顯示程序中的語法錯誤數(shù)量、各種錯誤的原因和錯誤在程序中的位置，如圖3-11所示。雙擊輸出窗口中的某一條錯誤，程序編譯器中矩形光標會移到程序中該錯誤所在的位置。必須改正程序中的所有錯誤，編譯成功后才能下載程序。圖3-11 編譯輸出窗口（五）程序的下載在計算機與PLC建立起通信連接且用戶程序編譯成功后，就可以將程序下載到PLC中去。下載之前，PLC應處于STOP方式。單擊圖3-12所示的工具條中“STOP”按鈕，或選擇PLC菜單命令中的“停止”項，可進入STOP方式。下載時單擊圖3-12中的“下載”按鈕，可進行程序的下載，下載完成后需要運行，點擊“RUN”按鈕或選擇PLC菜單命令中的“運行”項即可進入運行狀態(tài)。第4章 上位機界面設計4.1 組態(tài)軟件簡介組態(tài)的概念是伴隨著集散型控制系統(tǒng)(Distributed Control System 簡稱DCS)的出現(xiàn)才開始被廣大的生產過程自動化技術人員所熟知的。組態(tài)的概念最早來自英文Configuration，含義是使用軟件工具對計算機及軟件的各種資源進行配置，達到讓計算機或軟件按照預先設置自動執(zhí)行特定任務、滿足使用者要求的目的。監(jiān)控組態(tài)軟件是面向監(jiān)控與數(shù)據采集（Supervisory Control and Data Acquisition, SCADA）的軟件平臺工具，具有豐富的設置項目，使用方式靈活，功能強大。監(jiān)控組態(tài)軟件最早出現(xiàn)時,主要解決人機圖形界面問題。隨著它的快速發(fā)展，實時數(shù)據庫、實時控制、通訊及聯(lián)網、開放數(shù)據接口、對I/O設備的廣泛支持已經成為它的主要內容。組態(tài)王是北京亞控公司開發(fā)的一款工業(yè)組態(tài)軟件，是中國最早的一款組態(tài)工具，在中國使用的監(jiān)控軟件中，組態(tài)王擁有國內最多的用戶，也是目前國內的所有國產組態(tài)軟件中最成熟的一款。組態(tài)王有著強大的硬件設備支持功能，幾乎目前國內所有的PLC設備都能支持。它融過程控制設計、現(xiàn)場操作以及工廠資源管理于一體，將一個企業(yè)內部的各種生產系統(tǒng)和應用以及信息交流匯集在一起，實現(xiàn)最優(yōu)化管理。采用組態(tài)王軟件開發(fā)工業(yè)監(jiān)控工程，可以極大地增強用戶生產控制能力、提高工廠的生產力和效率、提高產品的質量、減少成本及原材料的消耗。它適用于從單一設備的生產運營管理和故障診斷，到網絡結構分布式大型集中監(jiān)控管理系統(tǒng)的開發(fā)?；谝陨蟽?yōu)點，因此我這次設計中的上位機的操作界面就使用組態(tài)王6.53來做。4.2 上位機監(jiān)控畫面的設計組態(tài)王對于初學者來說并不難入門，繼續(xù)深入并不那么容易。組態(tài)的一般過程大致分為五個步驟：分別是創(chuàng)建新的工程，定義硬件設備并添加工程變量，制作畫面并定義動畫連接，編寫命令語言，運行系統(tǒng)配置并運行，后面幾步是交替進行并不是按順序進行的。下面詳細介紹本次設計的過程10。4.2.1 新建工程在組態(tài)王中，我們所建立的每一個組態(tài)稱為一個工程。每個工程反映到操作系統(tǒng)中是一個包括多個文件的文件夾。工程的建立則通過工程管理器。組態(tài)王工程管理器是用來建立新工程，對添加到工程管理器的工程做統(tǒng)一的管理。工程管理器的主要功能包括：新建、刪除工程，對工程重命名，搜索組態(tài)王工程，修改工程屬性，工程備份、恢復，數(shù)據詞典的導入導出，切換到組態(tài)王開發(fā)或運行環(huán)境等。正確安裝好“組態(tài)王6.53”以后，通過以下方式啟動工程管理器：點擊“開始”“程序”“組態(tài)王6.53”“組態(tài)王6.53”（或直接雙擊桌面上組態(tài)王的快捷方式），啟動后的工程管理器窗口如圖4-1 所示。圖4-1 組態(tài)王工程管理器新建：單擊工程管理器中的“新建”按鈕，彈出新建工程向導之一“歡迎使用本向導”，如圖4-2所示。圖4-2 新建工程向導點擊“下一步”彈出新建工程向導之二“選擇工程所在路徑”，畫面如圖4-3所示。圖4-2 選擇工程路徑點擊“瀏覽”按鈕選擇新建工程所要存放的路徑，如圖4-3所示。圖4-3 添加工程路徑點擊“打開”，選擇路徑完成，點擊“下一步”進入新建工程向導之三“工程名稱和描述”，如圖4-4所示，在“工程名稱”處寫上給工程起的名字“鍋爐輸煤機組”?！肮こ堂枋觥睘椤败囬g鍋爐輸煤機組監(jiān)控中心”，是對工程進行詳說明（注釋作用）。圖4-4 工程名稱和描述點擊“完成”，會出現(xiàn)“是否將新建工程設為當前工程”的提示，點擊“是”，生成如圖4-5所示的畫面，組態(tài)王當前工程的意義是指直接進行開發(fā)或運行的工程。圖4-5 新建的工程點擊“開發(fā)”或直接雙擊當前工程就進入組態(tài)王的工程瀏覽器，如圖4-6所示。工程瀏覽器是一個工程開發(fā)設計工具，由菜單欄、工具條、工程目錄顯示區(qū)、目錄內容顯示區(qū)、狀態(tài)條組成。用于創(chuàng)建監(jiān)控畫面、監(jiān)控的設備及相關變量、動畫鏈接、命令語言以及設定運行系統(tǒng)配置等的系統(tǒng)組態(tài)工具。圖4-6 工程瀏覽器4.2.2 通道連接在圖4-6的工程瀏覽器中單擊“設備”，雙擊右面窗口的“新建”圖標，彈出圖4-7所示的設備配置向導“生產廠家、設備名稱、通信方式”對話框。圖4-7 設備配置向導選擇“PLC”“西門子”“S7-200系列”“PPI”，如圖4-8所示。圖4-8 設備配置點擊“下一步”，彈出設備配置向導“邏輯名稱”對話框，給要安裝的設備指定唯一的邏輯名稱“plc”，如圖4-9所示。圖4-9 指定邏輯名稱點擊“下一步”，彈出設備配置向導“選擇串口號”對話框，選擇與設備所連接的串口“COM1”，如圖4-10所示。圖4-10 選擇串口號點擊“下一步”，彈出“設備地址設置指南”對話框，選擇設備地址為“2”，如圖4-11所示。如果對此不明白，可以點擊“地址幫助”按鈕，獲得設備地址幫助信息。圖4-11 設置設備地址點擊“下一步”，彈出“通信參數(shù)”對話框，在此對話框中可以設置“嘗試恢復間隔”和“最長恢復時間”參數(shù)，如圖4-12所示。圖4-12 通信參數(shù)設置通信參數(shù)使用默認值，直接點擊“下一步”，彈出設備安裝向導“信息總結”對話框，如圖4-13所示。校對信息無誤后直接點擊“完成”，至此，設備建立完成。圖4-13 信息總結設備定義完成后，可以在 COM1 項下看到新建的設備“plc”。雙擊COM1口，彈出串口通訊參數(shù)設置對話框，如圖4-14所示，因為要與PLC通信，所以必須對串口通訊參數(shù)進行設置且設置項要與實際設備中的設置項完全一致（包括：波特率、數(shù)據位、停止位、奇偶校驗選項的設置），否則會導致通訊失敗。圖4-14 設置串口4.2.3 定義設備變量在組態(tài)王工程瀏覽器中提供了“數(shù)據庫”項供用戶定義設備變量11。數(shù)據庫是“組態(tài)王軟件”最核心的部分。在組態(tài)王運行時，工業(yè)現(xiàn)場的生產狀況要以動畫的形式反映在屏幕上，操作者在計算機前發(fā)布的指令也要迅速送達生產現(xiàn)場，所有這一切都是以實時數(shù)據庫為核心，所以說數(shù)據庫是聯(lián)系上位機和下位機的橋梁。數(shù)據庫中變量的集合形象地稱為“數(shù)據詞典”，數(shù)據詞典記錄了所有用戶可使用的數(shù)據變量的詳細信息。數(shù)據詞典中存放的是應用工程中定義的變量以及系統(tǒng)變量。變量可以分為基本類型和特殊類型兩大類，基本類型的變量又分為內存變量和I/O 變量兩種?；绢愋偷淖兞恳部梢园凑諗?shù)據類型分為離散型、實型、整型和字符串型。下面開始進行本設計的變量定義，首先在工程瀏覽器樹型目錄中選擇“數(shù)據詞典”，在右側雙擊“新建”圖標，彈出“變量屬性”對話框，在對話框中添加：變量名：手動開關變量類型：I/O 離散連接設備：plc寄存器：M10.0數(shù)據類型：bit采集頻率：1000 毫秒讀寫屬性：讀寫其他默認如圖4-15所示。設置完成后單擊“確定”，即完成一個變量的定義。圖4-15 變量定義由于變量的定義要根據監(jiān)控畫面的需要，同時要結合動畫連接需要，它們之間不是按順序進行，而是交替進行的。根據設計需要，繼續(xù)添加不同變量，本設計的完整的變量如圖4-16所示。圖4-16 建立的變量4.2.4 畫面設計1建立畫面在工程瀏覽器左側的“工程目錄顯示區(qū)”中選擇“畫面”選項，在右側視圖中雙擊“新建”圖標，彈出新建畫面對話框，如圖3-17所示,新建畫面名稱為“鍋爐輸煤機組監(jiān)控中心”，畫面屬性設置使用默認。圖4-17 新建畫面點擊“確定”組態(tài)王軟件將按照指定的屬性產生出一幅名為“鍋爐輸煤機組監(jiān)控中心”的畫面。2.使用工具箱接下來在此畫面中繪制各種圖素。繪制圖素的主要工具放置在圖形編輯工具箱內。當畫面打開時，工具箱自動顯示。工具箱中的每個工具按鈕都有“浮動提示”，幫助了解工具的用途。如果工具箱沒有出現(xiàn)，選擇“工具”菜單中的“顯示工具箱”或按F10 鍵將其打開，工具箱中各種基本工具的使用方法和Windows 中的“畫筆”很類似，如圖4-18 所示：圖4-18 工具箱在工具箱中單擊文本工具，在畫面上輸入文字“鍋爐輸煤機組監(jiān)控畫面”，如果要改變文本的字體，顏色和字號，先選中文本對象，然后在工具箱內選擇字體工具。在彈出的“字體”對話框中修改文本屬性。3.使用調色板選擇“工具”菜單中的“顯示調色板”，或在工具箱中選擇按鈕，彈出調色板畫面（注意，再次單擊就會關閉調色板畫面），如圖4-19所示。圖4-19 調色板選中文本，在調色板上按下“對象選擇按鈕區(qū)”中“字符色”按鈕（即圖4-19所示），然后在“選色區(qū)”選擇某種顏色，則該文本就變?yōu)橄鄳念伾?.使用圖庫管理器選擇“圖庫”菜單中“打開圖庫”命令或按 F2 鍵打開圖庫管理器，如圖4-20所示。在圖庫管理器左側圖庫名稱列表中選擇圖庫名稱，選中所需圖素后雙擊鼠標，圖庫管理器自動關閉，在工程畫面上鼠標位置出現(xiàn)一“|_”標志， 在畫面上單擊鼠標，該圖素就被放置在畫面上并拖動邊框到適當?shù)奈恢?，改變其至適當?shù)拇笮〔⒗霉ぞ邩俗⒋藞D素在工程中的名稱。圖4-20 圖庫管理器重復上述的操作，在圖庫管理器中選擇不同的圖素，過程中根據需要可以自己畫一些自己想要的圖素，例如畫面中的“煤塊”就是利用“多邊形”工具畫的，就這樣建立一個完整的監(jiān)控畫面如圖4-21所示。圖4-21 監(jiān)控畫面4.2.5 建立動畫連接1.建立連接所謂“動畫連接”就是建立畫面的圖素與數(shù)據庫變量的對應關系。在組態(tài)王開發(fā)系統(tǒng)中制作的畫面都是靜態(tài)的，它們要想反映工業(yè)現(xiàn)場的狀況，必須通過實時數(shù)據庫，因為只有數(shù)據庫中的變量才是與現(xiàn)場狀況同步變化的。這樣，工業(yè)現(xiàn)場的數(shù)據，比如指示燈、沒快動作等，當它們發(fā)生變化時，通過I/O 接口，將引起實時數(shù)據庫中變量的變化。 給圖形對象定義動畫連接是在“動畫連接” 對話框中進行的。在組態(tài)王開發(fā)系統(tǒng)中雙擊送煤機P1“皮帶滑輪”圖素對象（不能有多個圖形對象同時被選中），彈出動畫連接對話框如圖4-22所示。圖4-22 動畫連接此動畫連接是定義滑輪的旋轉，點擊“旋轉”，彈出“旋轉連接”對話框，點擊右側的“？”進行變量關聯(lián)“本站點送煤機1滑輪”，如圖4-23所示，單擊確定完成動畫連接。圖4-23 關聯(lián)變量依照此方法，不同的元素有不同連接，其中有：旋轉、隱含、移動、閃爍等，依次對各個變量進行動畫連接。2控制策略通過“動畫連接”的建立還不能完全表達實