現(xiàn)代電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù)課程設(shè)計-葉輪給煤機控制系統(tǒng)設(shè)計

1、沈沈 陽陽 工工 程程 學學 院院 課 程 設(shè) 計 設(shè)計題目：設(shè)計題目： 葉輪給煤機控制系統(tǒng)設(shè)計葉輪給煤機控制系統(tǒng)設(shè)計 系系 別別 自動控制工程系自動控制工程系 班級班級 學生姓名學生姓名 學號學號 指導教師指導教師 職稱職稱 起止日期：起止日期：20112011 年年 7 7 月月 2 2 日起日起20112011 年年 7 7 月月 1515 日止日止 沈陽工程學院 課程設(shè)計任務(wù)書課程設(shè)計任務(wù)書 課程設(shè)計題目：課程設(shè)計題目：葉輪給煤機控制系統(tǒng)設(shè)計葉輪給煤機控制系統(tǒng)設(shè)計 系 別 自動控制工程系 班級 學生姓名 學號 指導教師 職稱 課程設(shè)計進行地點 任 務(wù) 下 達 時 間： 2011 年 7

2、 月 2 日 起止日期： 2011 年 7 月 2 日起2011 年 7 月 15 日止 教研室主任 年 月 日批準 沈沈 陽陽 工工 程程 學學 院院 現(xiàn)代電氣控制及現(xiàn)代電氣控制及 PLCPLC 應(yīng)用技術(shù)應(yīng)用技術(shù)課程設(shè)計成績評定表課程設(shè)計成績評定表 系（部）系（部） 班級：班級： 學生姓名：學生姓名： 指指 導導 教教 師師 評評 審審 意意 見見 評價 內(nèi)容 具 體 要 求權(quán)重評 分 加權(quán) 分 調(diào)研 論證 能獨立查閱文獻,收集資料；能制定課程設(shè)計方案 和日程安排。 0.15 54 43 32 2 工作 能力 態(tài)度 工作態(tài)度認真，遵守紀律，出勤情況是否良好， 能夠獨立完成設(shè)計工作， 0.25

3、 54 43 32 2 工作 量 按期圓滿完成規(guī)定的設(shè)計任務(wù)，工作量飽滿，難 度適宜。 0.25 54 43 32 2 說明 書的 質(zhì)量 說明書立論正確，論述充分，結(jié)論嚴謹合理，文 字通順，技術(shù)用語準確，符號統(tǒng)一，編號齊全， 圖表完備，書寫工整規(guī)范。 0.55 54 43 32 2 指導教師評審成績指導教師評審成績 （加權(quán)分合計乘以（加權(quán)分合計乘以 1212） 分分加權(quán)分合計加權(quán)分合計 指指 導導 教教 師師 簽簽 名：名： 年年 月月 日日 評評 閱閱 教教 師師 評評 審審 意意 見見 評價 內(nèi)容 具 體 要 求權(quán)重評 分 加權(quán) 分 查閱 文獻 查閱文獻有一定廣泛性；有綜合歸納資料的能力

4、0.25 54 43 32 2 工作 量 工作量飽滿，難度適中。 0.55 54 43 32 2 說明 書的 質(zhì)量 說明書立論正確，論述充分，結(jié)論嚴謹合理，文 字通順，技術(shù)用語準確，符號統(tǒng)一，編號齊全， 圖表完備，書寫工整規(guī)范。 0.35 54 43 32 2 評閱教師評審成績評閱教師評審成績 （加權(quán)分合計乘以（加權(quán)分合計乘以 8 8） 分分加權(quán)分合計加權(quán)分合計 評評 閱閱 教教 師師 簽簽 名：名： 年年 月月 日日 課課 程程 設(shè)設(shè) 計計 總總 評評 成成 績績分分 中文摘要 PLC（可編程邏輯控制器）是一種專為工業(yè)環(huán)境設(shè)計的代替繼電器實現(xiàn)邏輯控制功能 的數(shù)字設(shè)備。其特點是結(jié)構(gòu)簡單、編程方

5、便、修改容易；抗干擾能力強，可靠性高；體 積小、功能強大、通用性強、性價比高。目前，PLC及其控制技術(shù)幾乎在所有工業(yè)領(lǐng)域中 普遍得到推廣和應(yīng)用。 西門子是世界上最大的電氣和電子公司之一，其生產(chǎn)的S7-200系列PLC適用于各行各 業(yè)，各種場合中的檢測、監(jiān)測及控制的自動化。S7-200系列的強大功能使其無論在獨立運 行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實現(xiàn)復雜控制功能。 葉輪給煤機是火力發(fā)電廠卸煤溝槽向帶式輸煤機上煤的唯一設(shè)備,其工作穩(wěn)定性及實 時性直接影響電廠輸煤系統(tǒng)安全有效的運行。 本文針對葉輪給煤機存在的能耗高，故障率高，維護工作量大，無法遠方控制，運 行環(huán)境惡劣等問題，結(jié)合葉輪給煤機的工作環(huán)境和運行等

6、特點，以西門子公司生產(chǎn)的S7- 200系列PLC為主控設(shè)備，對火力發(fā)電廠葉輪給煤機控制系統(tǒng)原先的控制箱進行了改進， 實現(xiàn)葉輪給煤機的自動控制 關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞： PLC, 葉輪給煤機，火力發(fā)電廠控制系統(tǒng) 目錄 課程設(shè)計任務(wù)書.I 現(xiàn)代電氣控制及 PLC 應(yīng)用技術(shù)課程設(shè)計成績評定表.II 中 文 摘 要.III 1 引言.1 2 設(shè)計內(nèi)容.2 2.1 系統(tǒng)的主要功能.2 2.2 系統(tǒng)各設(shè)備作用.2 2.3 PLC 程序設(shè)計.2 2.3.1 輸入繼電器（I） .2 2.3.2 輸出繼電器（Q） .2 2.3.3 通用輔助繼電器（M） .2 2.3.4 定時器（T）.3 2.4 外圍設(shè)備.3 3 工藝分

7、析及控制要求.4 3.1 葉輪給煤機控制系統(tǒng)設(shè)計要求 .4 3.2 葉輪給煤機控制系統(tǒng)工藝分析 .4 3.2.1 葉輪給煤機的結(jié)構(gòu)和工作原理.4 3.2.2 PLC 對葉輪給煤機的控制設(shè)計.4 4 硬件設(shè)計.6 4.1 主機模塊 .6 4.2 實物圖 .6 4.3 接線圖 .6 5 PLC 程序設(shè)計及工作過程分析.8 5.1 PLC 程序設(shè)計 .8 5.2 葉輪給煤機工作過程分析 .11 5.2.1 梯形圖網(wǎng)絡(luò)分析 .11 5.2.2 工作過程分析 .11 6 結(jié)論.12 7 參考文獻.13 附圖 1.14 附圖 2.14 1 引言 近年來PLC技術(shù), 無線遙控技術(shù)在工業(yè)控制領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)

8、用, 必將取代傳統(tǒng)的 繼電器控制, 這一點已得到了專業(yè)人員的一致認同。將這兩項技術(shù)較好的結(jié)合起來, 應(yīng)用 于工業(yè)控制領(lǐng)域,是現(xiàn)代工控界的發(fā)展方向。 SIMATICS7-200系列PLC在集散自動化系統(tǒng)中充分發(fā)揮其強大功能。使用范圍可覆蓋 從替代繼電器的簡單控制到更復雜的自動化控制。應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，覆蓋所有與自動 檢測，自動化控制有關(guān)的工業(yè)及民用領(lǐng)域，包括各種機床、機械、電力設(shè)施、民用設(shè)施、 環(huán)境保護設(shè)備等等。如：沖壓機床，磨床，印刷機械，橡膠化工機械，中央空調(diào)，電梯 控制，運動系統(tǒng)。 本設(shè)計是圍繞火力發(fā)電廠葉輪給煤機控制系統(tǒng)進行設(shè)計的，實現(xiàn)了電廠輸煤系統(tǒng)中 葉輪給煤機的自動控制。 葉輪給煤機

9、監(jiān)控系統(tǒng)最初是手動就地控制模式, 給煤量的大小由人工測。由于該設(shè)備 安裝在12 m 深的煤溝里, 其運行環(huán)境惡劣、環(huán)境潮濕、粉塵濃度大, 靠手動操作不僅艱 苦, 且經(jīng)常發(fā)生事故。隨著現(xiàn)代化生產(chǎn)的不斷發(fā)展, 對設(shè)備的控制性能提出了更高的要求。 為此,發(fā)電廠將其改造成遠方集控, 不僅提高了設(shè)備自動化水平, 而且減輕了運行人員的勞 動強度, 增加了電廠機組發(fā)電的安全可靠性。從技術(shù)方面看, 葉輪給煤機遙控技術(shù), 使環(huán) 境效益、社會效益和經(jīng)濟效益達到較好的統(tǒng)一。這對合理利用資金, 增加企業(yè)的安全效益 和經(jīng)濟效益等方面都存在著重要的現(xiàn)實意義。 2 設(shè)計內(nèi)容 2.1 系統(tǒng)的主要功能 系統(tǒng)的主要功能包括：AB

10、兩段輸煤皮帶的起停、葉輪給煤機的運行控制。 葉輪給煤機分設(shè)于三個段內(nèi), 每段設(shè)四臺能力為1000T/H 的設(shè)備: 1# 段四臺; 2# 段四 臺; 3# 段四臺。以上每段設(shè)有兩條皮帶, 每條皮帶上設(shè)置兩臺葉輪給煤機。（見附圖1） 由A段輸煤皮帶與1號2號葉輪給煤機組成的A段葉輪給煤系統(tǒng)和由B段輸煤皮帶與3號 4號葉輪給煤機組成的B段葉輪給煤系統(tǒng)互為備用。當工況需要時也可同時使用（見附圖 2） 2.2 系統(tǒng)各設(shè)備作用 整個系統(tǒng)由控制中心, 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)站, 執(zhí)行終端三部分組成。 系統(tǒng)采用德國西門子S7- 200 可編程控制器進行控制。其作用是使葉輪給煤機實現(xiàn)自動輸煤。 葉輪給煤機主要由葉輪、主電機、

11、煤槽、運煤皮帶和行走機構(gòu)等組成。葉輪和主電 機安裝在行走機構(gòu)上,主電機帶動葉輪旋轉(zhuǎn)。當給煤機沿著縫隙式煤溝軌道行走時,葉輪將 煤定量、均勻、連續(xù)地撥送到帶式輸送機皮帶上,實現(xiàn)自動輸煤。 數(shù)傳電臺等設(shè)備, 終端控制柜為雙層全密閉結(jié)構(gòu)。其作用是提高了可靠性及防潮,防 塵性能。另外, 控制終端還特別增加了調(diào)速控制, 調(diào)速切換功能, 即使被改造的葉輪給煤 機不增加變頻調(diào)速器的情況下, 也能對葉輪給煤機進行多達三十二級的精確調(diào)節(jié)器速。 2.3 PLC 程序設(shè)計 PLC程序設(shè)計中用到了計時指令。 在PLC中用到輸入繼電器，輸出繼電器，通用輔助繼電器，和定時器等。 2.3.1 輸入繼電器（I） 輸入繼電器位

12、于PLC存儲器的輸入過程映像寄存器區(qū)，其外部有一對物理的輸入端子 與之對應(yīng)，該觸點用于接收外部的開關(guān)信號，比如按鈕、行程開關(guān)、光電開關(guān)等傳感器 的信號都是通過輸入繼電器的物理端子接入到PLC的。當外部的開關(guān)信號閉合，則輸入繼 電器的線圈的點，在程序中期常開觸點閉合，常閉觸點斷開。這些觸點可以在編程時任 意使用，使用次數(shù)不受限制。 2.3.2 輸出繼電器（Q） 輸出繼電器位于PLC存儲器的輸出過程映像寄存器區(qū)，都有一個PLC上的物理輸出 端子與之對應(yīng)。當通過程序時的輸出繼電器線圈得電時，PLC上的輸出端開關(guān)閉合，可以 作為控制外部負載的開關(guān)信號。同時在程序中期常開觸點閉合，常閉觸點斷開。這些內(nèi)

13、部的觸點可以在編程時任意使用，使用次數(shù)不受限制。 2.3.3 通用輔助繼電器（M） 通用輔助繼電器位于PLC存儲器的位存儲器區(qū)，其作用和繼電器接觸器控制系統(tǒng)中的 中間繼電器相同，它在PLC中沒有外部的輸入端子或輸出端子與之對應(yīng)，因此它不能受外 部信號的直接控制，其觸點也不能直接驅(qū)動外部負載。這是它與輸入繼電器的輸出繼電 器的主要區(qū)別。它主要用來在程序設(shè)計中處理邏輯控制任務(wù)。 2.3.4 定時器（T） 定時器是可編程序控制器其中重要的編程元件，是累計時間增量的內(nèi)部器件。電氣 自動控制的大部分領(lǐng)域都需要用定時器進行時間控制，靈活的使用定時器可以編制出復 雜動作的控制程序。 定時器的工作過程與繼電接

14、觸式控制系統(tǒng)的時間繼電器基本相同，但它沒有瞬動觸 點。使用時要提前輸入時間預設(shè)值，當定時器的輸入條件滿足時開始計時，當前值從0開 始按一定的時間單位增加；當定時器的當前值達到預設(shè)值時，定時器觸點動作。利用定 時器的觸點就可以完成所需要的定時控制任務(wù)。 2.4 外圍設(shè)備 采用西門子S7-200系列CPU224XP PLC 輸入端通過開關(guān)連接到電源，輸出端通過接觸器連接到電源。 3 工藝分析及控制要求 3.1 葉輪給煤機控制系統(tǒng)設(shè)計要求 根據(jù)實際情況，葉輪給煤機運行在給煤軌道上存在的能耗高，故障率高，維護工作 量大，無法遠方控制，運行環(huán)境惡劣等問題，針對葉輪給煤機的工作環(huán)境和運行特點， 對于單條軌

15、道上葉輪給煤機的控制，應(yīng)注意一下幾點： 葉輪給煤機的電機應(yīng)該實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)控制。 葉輪給煤機從起點到終點是應(yīng)該自動回行，回到起點時又重新向前行駛。 葉輪給煤機控制系統(tǒng)設(shè)有啟動，停止，故障時暫停，故障排除后繼續(xù)運行等功能。 3.2 葉輪給煤機控制系統(tǒng)工藝分析 3.2.1 葉輪給煤機的結(jié)構(gòu)和工作原理 葉輪給煤機是長縫隙式煤溝中不可缺少的主要配煤設(shè)備之一，葉輪給煤裝置裝在一 個可以沿煤溝縱向軌道行走的小車上，主傳動部分由主電動機、安全聯(lián)軸器、減速機、 柱銷聯(lián)軸器、傘齒減速機和葉輪等組成，主要機構(gòu)是一個繞垂直軸旋轉(zhuǎn)的葉輪伸入長縫 隙煤槽的縫隙中，用其放射狀布置的葉片（也稱犁臂），將煤溝底槽平臺上面的煤撥漏

16、 到葉輪下面安裝在機器構(gòu)架上的落煤斗中，煤經(jīng)落煤斗送到皮帶上。給煤量可以方便地 調(diào)整，出力從100t/h到1000t/h以上。葉輪的工作面是圓弧狀的，也有特殊曲面（如對數(shù)螺 線面、漸開線面等），故又稱葉輪撥煤機。 行車傳動部分由連軸器、行星擺線針輪減速機、渦輪減速機、葉輪組和彈性柱銷聯(lián) 軸器等組成。行走只有固定的速度，并由行車電動機通過傳動系統(tǒng)使機器在軌道上往復 行走。小車行走機構(gòu)和葉輪撥煤機構(gòu)各自相對獨立。 另外還通過除塵系統(tǒng)排除葉輪撥煤過程中產(chǎn)生粉塵。 3.2.2 PLC 對葉輪給煤機的控制設(shè)計 針對以上控制要求，本文給出比較理想化的簡單設(shè)計。采用限位開關(guān)為主要控制模 塊來控制葉輪給煤機的

17、前行和后行。 工作過程大體如下： 控制系統(tǒng)的I/O點及地址分配 表 3-2-2-1 葉輪給煤機系統(tǒng)流程圖 圖3-2-2-2 4 硬件設(shè)計 4.1 主機模塊 CPU224XP 集成14輸入/10輸出共24個數(shù)字量I/O點，2輸入/1輸出共3個模擬量I/O點， 可連接7個擴展模塊，最大擴展值至168路數(shù)字量I/O點或38路模擬量I/O點。20K字節(jié)程序 和數(shù)據(jù)存儲空間，6個獨立的高速計數(shù)器（100KHz），2個100KHz的高速脈沖輸出，2個 RS485通訊/編程口，具有PPI通訊協(xié)議、MPI通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。本機還新增 多種功能，如內(nèi)置模擬量I/O,位控特性，自整定PID功能，線性斜坡

18、脈沖指令，診斷 LED，數(shù)據(jù)記錄及配方功能等。 4.2 實物圖 圖4-2 4.3 接線圖 圖4-3-1 給煤機一次線路接線圖 圖4-3-2 葉輪一次線路接線圖 圖 4-3-3 5 PLC 程序設(shè)計及工作過程分析 5.1 PLC 程序設(shè)計 根據(jù)以上的工作過程說明，本文給出如下梯形圖設(shè)計： Network 1 Network 2 Network 3 Network 4 Network 5 Network 6 Nerwork 7 Network 8 Network 9 Network 10 Network 11 Network 12 Network 13 Network 14 Network 15

19、5.2 葉輪給煤機工作過程分析 5.2.1 梯形圖網(wǎng)絡(luò)分析 網(wǎng)絡(luò)1、 用于一號葉輪給煤機給煤的啟動控制； 網(wǎng)絡(luò)2、 5、14用于一號葉輪給煤機葉輪先轉(zhuǎn)動然后再前行控制，并禁止一號葉輪給 煤機的電機向運行的反方向轉(zhuǎn)動； 網(wǎng)絡(luò)3、 6、15用于一號葉輪給煤機后行控制，并禁止一號葉輪給煤機的電機向運行 的反方向轉(zhuǎn)動； 網(wǎng)絡(luò)4、 用于葉輪給煤機停機控制； 網(wǎng)絡(luò)7、 用于一號葉輪給煤機葉輪轉(zhuǎn)動； 網(wǎng)絡(luò)8、 用于一號葉輪給煤機故障時緊急停機； 網(wǎng)絡(luò)9、 用于一號葉輪給煤機故障排除后恢復運行； 網(wǎng)絡(luò)10、前進方向限位開關(guān)信號輸入； 網(wǎng)絡(luò)11、后退方向限位開關(guān)信號輸入； 網(wǎng)絡(luò)12、前進時緊急停機記錄運行方向；

20、 網(wǎng)絡(luò)13、后退時緊急停機記錄運行方向。 5.2.2 工作過程分析 1）當按下一號葉輪給煤機啟動開關(guān)SF3時，給煤機葉輪先轉(zhuǎn)動，然后一號葉輪給煤 機前行控制其停止前行，此時若沒有其他輸入和輸出的干擾，給煤機會一直前行，到達 終點時，由限位開關(guān)SF1輸出控制其停止前行，轉(zhuǎn)而觸發(fā)一號葉輪給煤機電機反轉(zhuǎn)，即回 行。當回行到起點時，由限位開關(guān)SF2輸出控制其停止向后行駛，而觸發(fā)一號葉輪給煤機 電機反轉(zhuǎn)再次前行。如此反復運行。 2）當按下葉輪給煤機停止按鈕SF4，葉輪給煤機回到起點后再停止運行，同時葉輪 停止轉(zhuǎn)動。 3）當葉輪給煤機在運行當中出于故障需要立即暫停并進行維修，這時可以按故障停 機按鈕，當故障停機被解除后按故障接觸按鈕，葉輪給煤機將繼續(xù)按照故障發(fā)生前的運 行方向繼續(xù)運行。 6 結(jié)論 本設(shè)計針對葉輪給煤機存在的能耗高、故障率高、維護工作量大、無法遠方控制、 運行環(huán)境惡劣等問題, 采用PLC技術(shù),對火力發(fā)電廠葉輪給煤機控制系統(tǒng)進行改造,完成了 火力發(fā)電廠葉