煤配PLC控制指揮管理系統(tǒng)技術方案

1、煤配plc控制指揮管理系統(tǒng)技術方案©版權所有二0三年二月目錄第1章系統(tǒng)概述31.1 項目背景31.2 系統(tǒng)建設目標31.3 設計規(guī)范3第2章系統(tǒng)控制設計42.1 方案設計思想42.2 工藝流程描述52.2.1 配煤安裝裝置62.2.2 配煤工藝流程122.2.3 配煤控制流程142.3 系統(tǒng)結構152.4 系統(tǒng)工作原理172.5 plc控制流程212.6 控制方式設計222.6.1 程序自動配煤控制方式232.6.2 上位機手動配煤控制方式232.6.3 就地手動配煤控制方式24第3章系統(tǒng)軟件設計243.1 上位機軟件功能253.1.1 控制功能253.1.2 畫面功能263.1.3

2、 報警功能283.1.4報表打印功能283.2 下位機軟件功能293.2.1 控制功能描述293.2.2 配煤比例控制描述30第4章系統(tǒng)硬件選型及配置314.1 配煤控制系統(tǒng)主要硬件構成314.2 plc模塊配置324.3 電子皮帶秤的配置374.4 給料機的配置384.5 變頻器的配置40第1章系統(tǒng)概述1.1項目背景南京港西壩港區(qū)（西壩作業(yè)區(qū)）配煤工藝系統(tǒng)位于南京西壩港區(qū) 堆場區(qū)域101堆場南側，14#皮帶機南北側周邊，主要組成設備包括: 3只過車式料斗（斗口鋪設過車鋼格柵），3條計量給料機，1條b1400 主皮帶機（頭部料斗安裝攪拌裝置），1條轉運皮帶機，1條高拋皮 帶機q1.2系統(tǒng)建設目

3、標利用plc、調頻器、地磅計量等設備和技術，建立自卸車進場引 導系統(tǒng)，實現(xiàn)自卸車卸單種煤自動引導；建立配煤采集控制系統(tǒng)，實 現(xiàn)自動配煤和手動配煤；建立控制指揮系統(tǒng)，遠程監(jiān)控配煤過程，實 現(xiàn)地磅房員、操作員、監(jiān)控員三合功能。提高配煤的可靠性、穩(wěn)定 性、準確性和生產率。1.3設計規(guī)范控制系統(tǒng)所有設備的設計、制造、檢查、試驗及特性除本技術規(guī)格書中特別 規(guī)定的標準外，都遵照適用的最新版中華人民共和國國家標準（gb）和iec標準。 系統(tǒng)設計滿足下面所列標準和規(guī)范的要求。變電所設計技術規(guī)程dl/t 5218-2005工業(yè)與民用電力裝置的接地設計規(guī)范gb j65-83交流電氣裝置的接地dl/t 621-19

4、97電力工程制圖標準dl 5028-93電力工程電纜設計規(guī)范gb50217-94電纜線路施工及驗收規(guī)范gb0168-92低壓電氣外殼防護等級gb4942. 285電氣裝置安裝工程施工及驗收規(guī)范gb502545025996電氣裝置安裝工程電氣設備交接試驗標準gb5015091計算機軟件開發(fā)規(guī)范gb8566-88計算機軟件開發(fā)文件編制指南gb8567-88電站電氣部分集中控制裝置通用技術條件gb11920-98電氣裝置安裝工程盤、柜及二次回路結線施工驗收規(guī)范gb50171-92外殼防護等級gb4208-93計算機軟件分類與代碼gb/t13702-92計算機軟件單元測試gb/t15532-95電工電

5、子產品基本環(huán)境試驗規(guī)程gb2423計算站場地技術條件gb2885. 4. 89電氣設備抗干擾特性gb4890電氣設備雷擊保護導則gb7450電力系統(tǒng)二次冋路電氣控制臺基本尺寸gb7266工業(yè)自動化儀表用電源電壓gb3368繼電器及繼電保護裝置基本試驗方法gb7261微型數(shù)字計算機通用技術條件gb/t9813計算機抗干擾技術要求ieee472低壓電器基本標準gb1497第2章系統(tǒng)控制設計2.1方案設計思想本方案旨在針對貴公司配煤系統(tǒng)中的各個子系統(tǒng)進行狀態(tài)信息采集，組建各 設備到控制柜的網(wǎng)絡通訊，進而實現(xiàn)對配煤系統(tǒng)的集中控制。控制柜與上位機采 用dp通訊，實現(xiàn)對生產環(huán)節(jié)的監(jiān)視以及下發(fā)指令控制系統(tǒng)包

6、含三層網(wǎng)絡，分別為設備層、控制層、信息層。設備層負責采集 現(xiàn)場控制儀表信息（如地磅、計量皮帶稱重控制儀表、拉繩、跑偏開關等），控 制層負責控制柜之間傳遞控制指令及子系統(tǒng)信息，信息層負責與廠級dcs中控通 訊。整個配煤集中控制系統(tǒng)基于profibus dp網(wǎng)絡、m0dbus網(wǎng)絡，由plc控制 柜、地磅、計量皮帶機、上位監(jiān)控系統(tǒng)等構成，在基于網(wǎng)絡監(jiān)控管理系統(tǒng)的協(xié)調 下完成監(jiān)測、監(jiān)控、重要數(shù)據(jù)的統(tǒng)計、傳輸和管理等功能。系統(tǒng)設計的基木思想是分散控制、集中操作、分級管理、配置靈活以及組態(tài) 方便，以實現(xiàn)整個牛產過程的自動化、無人化或少人化，且能夠安全、平穩(wěn)、可 靠的運行。分散控制、集中操作、分級管理是指：

7、流程工業(yè)的自動控制過程由各 控制站相對獨立地自動完成，而操作人員對自動控制過程的管理則由中央控制室 的操作站來完成。2.2工藝流程描述配煤系統(tǒng)的任務：將外來煤進行卸車、儲存并加工配合成符合生產耍求的初 煤料，供后續(xù)加工使用。它包括輸煤系統(tǒng)、配煤系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)等。具體工藝流程：根據(jù)原煤種類卸入對應的三個過車式漏斗，三條計量皮帶按 照一定的配煤比例將三種原煤卸入主運輸皮帶，煤炭經過主皮帶機頭部料斗時受 到攪拌，再經由轉運皮帶機運至拋高皮帶機直接對14#皮帶機（已有）喂料，14# 皮帶機頭輪銜接10#皮帶機（已有），進行出場裝船作業(yè)。拋高輸送機可水平回 轉，將煤炭堆存至空地上，供檢驗配煤效果取樣。工

8、藝流程如錯誤!未找到引用 源。所示。io過車卸料11地磅ssa注二過牟卸料口卞防鋼斗口2.2.1配煤安裝裝置配煤系統(tǒng)安裝3只過車式料斗（斗口鋪設過車鋼格柵），3條計量給料機，1條b1400主皮帶機（頭部料斗安裝攪拌裝置），1條轉運皮帶機，1條高拋皮帶機。系統(tǒng)設備現(xiàn)場平面布置見圖2.1。（加和）中.圖2.1系統(tǒng)平面布置圖n砸他堆晞側逍賂為東葺:：；：九機和的嘶圖2）配煤工藝線過車椚緊貼“時e3）計量給料機布置于料斗下口處，順著料斗長口方向布置落料點對準主皮帶機中心線4）主皮帶機按南北方向布置，尾輪在基坑內，頭輪在14#皮帶機南側地面上方約4米處高處，以不受擋風墻基礎和14#皮帶機重錘干涉為原則圖

9、2.2坑基料斗機和給料機圖給料機圖2.3配煤系統(tǒng)立面分布圖配煤系統(tǒng)立面分布圖如圖2.3,配煤系統(tǒng)裝置及控制系統(tǒng)是一個獨立的系統(tǒng)。因此結合本項目自動配煤的建設特 點，提岀給料裝置及控制系統(tǒng)的技術方案如下：1. 給料機采用澳大利亞原裝申克電了皮帶秤及直拉式拖料皮帶機自動給料，整個系統(tǒng)的操作均在自動配煤控制 室內進行。為了便于現(xiàn)場管理，我們在配煤系統(tǒng)的中控室設置一臺上位機作為監(jiān)控，配煤裝置的柜體設備均安裝在配煤附近設置的自動配煤控制室內。2. 在料斗中設置斗壁積料清堵系統(tǒng)，系統(tǒng)采用高壓氣體清堵，由空氣壓縮機、儲氣罐、空氣炮、輸氣管線、控 制閥、壓力表、過濾閥及控制線纜等組成?？諝鈮嚎s機壓制生成的壓縮

10、氣體通過主供氣管存儲在儲氣囊內（可 設定壓力，當儲氣囊氣壓小于預設壓力值時，空氣壓縮機自行啟動，直至氣囊壓力達到設定值），經由分供 氣管（設有單向閥）進入空氣炮儲氣罐中，清堵時，空氣炮上的閥件得到信號后動作，連通儲氣罐與噴嘴， 完成一次噴氣清堵動作。單向閥由于壓力差自行打開，儲氣囊內的氣體再次進入儲氣罐內，等待下一次清堵 動作。每個料斗釆用空氣炮4臺，3個料斗總共釆用空氣炮12臺。3. 皮帶機、計量給料機部件主要包括輸送帶、托銀組、傳動和改向滾筒、機械傳動驅動裝置、張緊裝置、清掃 裝置、潤滑裝置、頭部漏斗、導料槽、頭輪架、尾輪架、中間架，驅動支架、張緊裝置、必要的鋼結構平臺、 人行道、梯子、扶

11、手護欄、安全防護罩、計量裝置、安全保護裝置（如拉繩開關、跑偏開關、張緊限位開關、 制動器狀態(tài)檢測等）以及其他部件。4. 計量給料機能在各種工況下正常運行，可通過變頻調節(jié)皮帶運行速度可調節(jié)流量大小，單臺最大流量不小于850vh,計量精度不低于0.25%。托輾組及皮帶的選型設計充分考慮自卸車卸料時的沖擊載荷及斗內滿倉時的載荷。皮帶的型式和寬度在各種工況下不會產生堵料、撒料的現(xiàn)象，計量給料機與過車式料斗連接的導料 槽保證足夠的強度，在與皮帶交接處安裝橡膠擋料皮子，工作吋不得出現(xiàn)堵料、撒料的現(xiàn)象。計量給料機必 須有皮帶跑偏自校裝置和手動調偏裝置，在皮帶跑偏時能自行校正，也可人工調整。5. 根據(jù)料斗存料

12、量信息及煤炭配比比例，采用變頻調速方式同步增減各料斗給料量，實現(xiàn)配煤流量在100-1500 t/h范圍內，任意流量等比例給料。6. 當料斗存料量足夠但給料流量低于設定警戒值時，自動啟動倉壁振打器或空氣炮，如給料量無明顯變化并繼 續(xù)下降至設定臨界值時，三臺計量給料機同時停機，并發(fā)出報警信息。7. 當調度車輛與各煤種與料斗喂料量不匹配時，可人工調整不同煤種的運載自卸車數(shù)量，系統(tǒng)自動調整修訂有 關信息。&在配煤系統(tǒng)控制室內安裝plc柜、變頻柜、供電系統(tǒng)和自動配煤裝置集中供電?？刂剖也僮髋_顯示屏實時顯 示相關數(shù)據(jù)，實現(xiàn)地磅房員、操作員、監(jiān)控員三合一功能。操作房外設置擴音器，管理人員可在操作房內

13、呼 叫配煤系統(tǒng)區(qū)域操作人員。2.2.2配煤工藝流程配煤生產主要是把性能不同的單種煤，按照一定的配比，配置出 能夠滿足系統(tǒng)要求的成品煤種，配煤系統(tǒng)的穩(wěn)定性和準確性直接影響 成品煤種質量的高低。成品煤種來源于各種單種煤，質量的高低取決 于單種煤種類和配比比例，最終配煤量與配煤精度和生產工藝有很大 關系，安排合適的生產過程是設計煤種質量的可靠性。本次配煤系統(tǒng) 的生產工藝流程圖見圖2.4。配煤生產過程中，控制單種煤流量的是單控制回路，整個系統(tǒng)是由 多個單回路構成的，每個回路的功能實現(xiàn)方式是相同的，配煤工藝也是一樣的，所以可以用研究單控制回路生產工藝流程的方式來研究整個系統(tǒng)配煤過程如下：1. 在配煤系統(tǒng)

14、中設置好配煤比例、成品煤重量、各原煤自卸車數(shù)量 等參數(shù)，啟動自動配煤流程，啟動配煤設備。2. 運煤自卸車到達進場磅房，地磅采集自卸車煤炭重量，操作員在 自卸車進場引導系統(tǒng)選擇1#或2#或3#料斗口卸煤，同時指引車 輛到達相應的料斗口卸煤；3. 運煤自卸車到達料斗口，司機根據(jù)led屏提示，在對應的料斗口 卸煤，如卸錯誤料斗口，系統(tǒng)報警。同時系統(tǒng)開啟清塵噴淋系統(tǒng) 噴水除塵，車輛離開料斗口后，系統(tǒng)關閉清塵噴淋系統(tǒng)；4. 空車自卸車到達岀場磅房，地磅采集自卸車空車重量，配煤系統(tǒng) 自動計算此次單煤給料量；5. 料斗單煤經計量給料機進行下煤，并開始進入送煤皮帶工作范圉, 上位機運算后將運算結果傳送plc,

15、 plc發(fā)出控制指令給變頻器, 由變頻器控制計量給料機，進而控制單煤量；6計量給料機皮帶送煤過程中，電子皮帶秤開始對煤進行稱重，并將 檢測信號反饋至plc進行對比，看其與設定值是否吻合，并通過調 頻器調整動機轉速動態(tài)調整煤量；7.經電子皮帶秤檢測后，單煤被送入主送平帶上，煤炭經過主皮帶 機頭部料斗時受到攪拌，再經由轉運皮帶機、拋高皮帶機直接對 14#皮帶機喂料，14#皮帶機頭輪銜接10#皮帶機，進行出場裝船 作業(yè)。拋高輸送機可水平回轉，將煤炭堆存至空地上，供檢驗配煤效果取樣；2.2.3配煤控制流程在plc控制程序中，現(xiàn)場控制系統(tǒng)預先調好3條計量給料機的給 料量（通過變頻調節(jié)皮帶運行速度實現(xiàn)），

16、卡車由裝載機裝料，經過 地磅進行靜態(tài)稱重計量，從料斗進車口駛上料斗鋼格柵，在料斗上方 翻斗卸料。系統(tǒng)流程啟動后，各煤樣按預設比例流量給料，煤炭經過 主皮帶機頭部料斗時受到攪拌，再經由轉運皮帶機、拋高皮帶機直接 對14#皮帶機喂料，14#皮帶機頭輪銜接10#皮帶機，進行出場裝船作 業(yè)。拋高輸送機可水平回轉，將煤炭堆存至空地上，供檢驗配煤效果 取樣。配煤的準確性和可靠性將直接影響煤炭的質量。按比例配煤過程 中如何保證運載自卸車數(shù)量，引導車輛到達正確料斗？如何自動打開 噴淋系統(tǒng)？如何根據(jù)各參數(shù)自動調整料斗給料量？如何提高配煤的 準確性和綸產效率？配煤控制指揮管理系統(tǒng)（以下簡稱配煤系統(tǒng)）是實現(xiàn)對配煤過

17、程 中涉及到工作人員和機械控制和指揮，實現(xiàn)自動引導車輛到達正確的 料斗，自動采集料斗、給料機的參數(shù)，實現(xiàn)自動配料和人工配料，實 現(xiàn)地磅房員、操作員、監(jiān)控員三合一功能。因此，通過配煤控制指揮 管理系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性、準確性來提高煤炭的質量具有重要的社 會效益和經濟效益。配煤系統(tǒng)利用地感應器、ic卡、led屏引導車輛到達正確料斗，設置上位機對配煤過程監(jiān)控，實現(xiàn)自動配煤和手動配煤，下位機采用 plc采集料斗、給料機的數(shù)據(jù)，對給料機的電機、平帶順序、料斗空 氣炮清堵系統(tǒng)等控制。具體配煤工藝如下：上位機操作人員輸入配煤的比例，比如大卡數(shù)和重量，2.1.4配煤過程中故障描述1. 配煤生產過程中，配種配比

18、可能受到外界因素影響，如煤質、濕度 等，從而會引起煤結塊，下煤不暢等現(xiàn)象，影響配比精確度；2. 運煤自卸車卸錯單煤到料斗，自動報警停止配煤，同時修改配煤 參數(shù)；3. 單種煤量稱重計算是由測重單元和測速單元構成的，如果某個單 元出現(xiàn)故障，則會造成整體煤量的計算出現(xiàn)錯誤；4. 配煤控制系統(tǒng)硬件選型及設計應用時間，系統(tǒng)存在一定的滯后性;5. 皮帶在運行過程中是連續(xù)運行的，在某一時刻煤的下落過程中，皮帶可能會因為受力不均而跑偏；2.3系統(tǒng)結構配煤系統(tǒng)結構上采用上位機+plc控制系統(tǒng)+電子秤+調頻調速 的方式，在給料控制方式上采用直拉式拖料皮帶機給料，使得整個系 統(tǒng)下料均勻穩(wěn)定?？刂葡到y(tǒng)的系統(tǒng)結構圖見圖

19、2.5。整個系統(tǒng)由3臺工業(yè)pc、1套plc及3套電子皮帶秤加現(xiàn)場控制儀表組成的閉環(huán)控制系統(tǒng)；每個閉環(huán)控制回路由現(xiàn)場的直拉式拖料 皮帶機、變頻調速裝置、電子秤、現(xiàn)場控制儀表及現(xiàn)場操作箱、控制 室內的plc等組成。該控制系統(tǒng)可分為下列四大部分：物料計量部分、上位機操作部分、系統(tǒng)控制部分、給料機控制部分、自卸車引導部分自卸車進場引導系統(tǒng) 配煤控制系統(tǒng)操作終端自卸車出場稱重系統(tǒng)圖2.5控制系統(tǒng)結構圖2.4系統(tǒng)工作原理圖2.6控制系統(tǒng)工作原理整個配煤系統(tǒng)其實是由若干個單回路控制系統(tǒng)組成，每一個單控 制回路控制一臺給料機,每一臺給料機可以控制一種煤的給煤量。在 配煤控制系統(tǒng)中的主要設備有可編程控制器、變頻

20、器、電機、給料機、 電子皮帶秤、變頻調速器等儀控設備可編程控制器(plc)的主要作用 是：接收來自上位機的各單種煤摻配量的給定值，接收傳感器采集的 數(shù)據(jù)(各種故障信號、啟停信號等)；用戶編程運行;輸出信號給變頻器 等。系統(tǒng)中plc是整個系統(tǒng)的核心,它接收上位機值給定之后，根據(jù) 預先編好的用戶程序發(fā)送控制信號給變頻器，由變頻器調節(jié)給料機的 轉速，從而完成對單種煤量的控制。本系統(tǒng)的變頻器主要接收來自可 編程控制器的模擬量輸出模塊輸出的4-20ma電流的轉速信號，并接 收來自可編程控制器數(shù)字量輸出模塊輸岀的變頻器啟停控制信號，變 頻器能夠根據(jù)轉速設定改變異步電機定子的供電電壓，進而改變頻 率，交流電

21、機的轉速隨著電機的電源頻率的改變而改變，從而達到變 頻調速的目的。單種煤摻配量的大小與圓盤給料機電機轉速成正比， 從而用電機轉速的改變來控制給煤量的大小。在配煤生產過程中，底層儀控設備的檢測數(shù)據(jù)直接被傳送到plc 進行監(jiān)視和控制。上位機與plc進行通訊，以獲取配煤系統(tǒng)運行過 程中的參數(shù)，同時將人工決策和控制單元參數(shù)送至plc相關存儲單 元，通過plc的輸出實現(xiàn)單煤摻配比例的跟蹤控制?？刂葡到y(tǒng)回路 的主要功能是根據(jù)上位機的設定值，通過plc控制器、變頻器、電 機、給料機、電子皮帶秤等控制設備來完成配煤操作，同時將配煤過 程中的生產數(shù)據(jù)在人機界面監(jiān)控計算機上顯示出來，以指導操作人員 進行生產。該配

22、煤控制系統(tǒng)為每個控制回路都設定了 pid控制器，以使煤種 摻配量更加精確。配比優(yōu)化計算模型在上位機經過運算，得出各單種 煤的最佳摻配比例，plc接收此值作為pid控制器的設定值。為了 實時能夠稱量出各臺給煤機的實際給煤量，系統(tǒng)為每臺給料機下邊安 裝了電子皮帶秤，電子皮帶秤檢測以后輸出4-20ma重量信號反饋給 plc,這個值就作為pid控制器的反饋值。plc中的pid控制器可以 根據(jù)用戶事先編好的程序進行運算，計算設定值和反饋值后輸出 4-20ma控制信號給變頻調速器，由變頻器調節(jié)各臺給料機電機的轉 速,控制各圓盤給料機的給煤量，實現(xiàn)對各個圓盤給料機的閉環(huán)控制, 使輸出煤量與設定值相等，從而達

23、到自動配煤的目的。整個配煤系統(tǒng)是市若干個單回路控制系統(tǒng)組成，每一個單控制回路控制一 臺圓盤給料機，給料機送出單一煤種，進而控制某單種煤的給煤量滿 足設計煤種參數(shù)要求。在每一個單控制回路中主要有plc控制器、 變頻器、電機、給料機、電子皮帶秤、等控制設備。2.5 plc控制流程圖2.5plc控制流程1. 將上位機給定的小時處理量和各煤種比例，經過計算分解到每 種原煤的給煤機；2. 皮帶秤的瞬時流量釆用5 s內的加權平均值（是去掉最大值和 最小值后的加權平均值）作為控制的依據(jù)；3. 根據(jù)加權后的瞬時流量與期望流量的差大小進行分級調節(jié)，不 同級別的給煤量調節(jié)也不同，調節(jié)值根據(jù)現(xiàn)場實際情況標定；4.

24、給煤機給煤量5s調節(jié)1次，可滿足配煤系統(tǒng)的大滯后特性，避免了 pid調節(jié)帶來的調節(jié)擾動過大的困擾。2.6控制方式設計自動控制系統(tǒng)可以程控運行，從而可以代替很多人力勞動，節(jié)約 人力，但是對任何一個自動化系統(tǒng)來說，人的作用還是非常關鍵的， 如遇到未知情況，也需要人來進行操作和管理。因此，為了充分發(fā)揮人 和系統(tǒng)的作用。配煤系統(tǒng)現(xiàn)場環(huán)境非常復雜：系統(tǒng)較為分散，有現(xiàn)場操作也有控 制室操作；環(huán)境惡劣，噪音、機械振動、空氣潮濕等，對系統(tǒng)影響較 大；系統(tǒng)儀控設備大多是電設備，容易受電磁干擾。配煤系統(tǒng)是電廠 輔助系統(tǒng)的一個重要組成部分，也是電廠整個系統(tǒng)能穩(wěn)定運行的關鍵 點，因此，保證配煤系統(tǒng)穩(wěn)定工作是非常重要的

25、，系統(tǒng)對控制方式的 選擇上要求較高，合理的而控制方式能給系統(tǒng)帶來極大地便利。配煤系統(tǒng)是以主控室控制為主，采用遠程控制方式，利用遠程plc 站來采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)。在一些情況下，也可以選擇操作員手動控制，以 滿足特定的要求如調試、事故等情況。另外還可以使用程控的方式運 行，減輕操作員的負擔。配煤系統(tǒng)大都釆用程序自動配煤、上位機手動配煤、就地手動配 煤三種控制方式。因此，本次配煤系統(tǒng)在控制方案的設計上采用集中 控制和手動控制相結合的方，集中控制又分自動和手動兩種情況。 自動控制方式是按照用戶程序來自動判別現(xiàn)場設備信息，并自動運行 進行配煤操作的方式；上位機手動配煤是在控制室進行，可以自行設 定配煤比例和

26、流量，為控制方式的選擇增加了靈活性；就地手動配煤 是操作人員在現(xiàn)場進行手動配煤操作，上述控制方式之間可以相互轉 換，轉化過程中并不會影響設備的正常運轉。同時，為了安全起見， 現(xiàn)場操作臺上設置了急停按鈕，以防止事故，故能在緊急情況下迅速 停車。2.6.1程序自動配煤控制方式程序自動控制是根據(jù)配煤系統(tǒng)的生產過程，預先編好用戶程序，使 現(xiàn)場設備都按程序運行的控制方式。操作人員可以通過現(xiàn)場操作臺上 按鈕切換到程序自動配煤方式，同時操作臺上還可以顯示出當前的控 制方式狀態(tài)。在這種情況下，各個設備根據(jù)程序發(fā)出的各種指令自動 啟動、停止或者運行。在運行過程中，相關檢測裝置也會實時檢測各 個設備的運行情況，并

27、將這些數(shù)據(jù)傳輸給控制器，由控制器判別系統(tǒng) 當前運行情況是否符合要求。程序自動配煤是一種全自動配煤方式，整個配煤過程由plc用戶 程序控制，這種控制方式可大大降低操作人員的勞動強度，同時檢測 機構的高靈敏度也為整個系統(tǒng)提高精確度提供了保障,使整個系統(tǒng)更 加精確、穩(wěn)定。2.6.2上位機手動配煤控制方式上位機手動配煤屬于人工配煤方式，配煤時，操作人員可以在上 位機上對所控制設備進行一對一操作來完成工作。上位機手動配煤在 火電廠配煤系統(tǒng)的應用中也是非常常用的，對一些情況來說比較適 用：煤量不大、煤種較少時一運用起來比較方便；當傳感器檢測到系 統(tǒng)設備出現(xiàn)故障時，也常采用上位機手動配煤。在自動配煤方式時，

28、 如果系統(tǒng)出現(xiàn)故障，系統(tǒng)也都將自動轉換到上位機手動配煤方式，在 控制方式轉換的同時，發(fā)出配煤故障報警信號。上位機手動配煤是一種比較靈活的配煤方式，這種方式允許操作 員在中央控制室根據(jù)生產情況對設備進行控制，這樣的控制方式有隨 意性，可以給人員提供很大的方便。例如:設計煤種需要單一煤種的 時候可以采用這種控制方式，這時,操作人員可以自行處理生產情況。2.6.3就地手動配煤控制方式就地手動配煤方式，是配煤系統(tǒng)的備用手動控制方式。這種控制 方式并不依賴于上位機和plc,而是根據(jù)操作員的生產運行經驗來實 現(xiàn)的。操作人員根據(jù)現(xiàn)場檢查煤種的情況，就可以來決定配煤時間長 短和煤種混配的順序，并可對現(xiàn)場設備進

29、行隨意操作。就地手動配煤控制方式的優(yōu)先級要高于其它配煤控制方式，主要 是當操作人員對現(xiàn)場設備進行檢查時，如果發(fā)現(xiàn)配煤過程出現(xiàn)緊急異 常情況，則系統(tǒng)允許操作員隨時隨地對配煤操作進行人為控制。配煤 系統(tǒng)將就地手動控制和上位機手動控制相結合，這樣可以保證系統(tǒng)運 行的穩(wěn)定性，減少事故發(fā)生率，這時，系統(tǒng)不僅接收上位機和plc 的信號，也接收來自主產現(xiàn)場的控制信號。第3章系統(tǒng)軟件設計配煤系統(tǒng)軟件包括用戶程序、參數(shù)設置、上位機組態(tài)、通訊等根據(jù)生產現(xiàn)場的實際情況，配煤系統(tǒng)軟件設計構成見圖3.1。符號表配置程序編寫硬件組態(tài)地址分配驅動程序添加 通道單元選擇總線參數(shù)設置報表控制方式選擇實時監(jiān)控參數(shù)設置圖3.1軟件

30、系統(tǒng)組成3.1上位機軟件功能3.1.1控制功能1）引導自卸車進入相應料斗口卸煤，卸錯單煤到料斗，自動報 警。2）系統(tǒng)選擇處理：快速選定直拉式拖料皮帶機、料斗、給料機3）系統(tǒng)的起動控制：煤給料裝置自動順序啟停，并按照工藝要 求輪流啟停直拉式拖料皮帶機，使每個倉下料均勻。4）系統(tǒng)的聯(lián)鎖控制。系統(tǒng)可以與14#皮帶機通過plc聯(lián)網(wǎng)，通 過地址查詢14#皮帶機狀態(tài)，實現(xiàn)聯(lián)鎖控制。5）系統(tǒng)的自動控制和手動控制。6）能快速修改計量秤的計量參數(shù)和系統(tǒng)的控制參數(shù)。7）根據(jù)工藝要求，可隨時、方便的選定、修改、更換給料量和 系統(tǒng)總流量。8）可以設置不同的操作權限，以保證系統(tǒng)的安全。3.1.2畫面功能1）釆用動畫和數(shù)

31、據(jù)簡明直觀的顯示整個給料料工藝及流程畫 面；2）顯示各設備運行情況及原料瞬時、累計消耗量；3）顯示原料的瞬間下料量、總流量及總累計量。4）顯示報警畫面，當系統(tǒng)各測量單元出現(xiàn)故障時，工藝流程主 畫面將以警示色提醒用戶，并由計算機記錄故障時間。當系 統(tǒng)出現(xiàn)空倉或給料機堵料而無法下料時，工藝流程畫面也以 警示色提醒用戶，同時在控制室出現(xiàn)聲音報警，提醒用戶及 時處理。5）顯示報表畫面。6）顯示歷史趨勢畫面。秤號物料名稱水份配比流量1-1瘦煤0.0010.040.002-1天府0.0010.040.003-1永混0.0015.060.00總計200.0800.00圖3.1煤炭比例配置c| c和號秤 g

32、381號桿1 8實時趨勢，8歷史趨勢gm歷史趨勢配比設連七m豐i i輕制參數(shù)i上一桑敏圖3.2流量實時趨勢圖3.1.3報警功能當系統(tǒng)故障或操作條件不滿足時，系統(tǒng)發(fā)出報警信號，報警信號 的處理方式包括：報警畫面、窗口顯示、列表、打印、音響輸出等。 在控制室操作臺中和現(xiàn)場安裝報警電笛報警。3.1.4報表打印功能報表功能分以下內容:1）報表格式：報表分為班報、口報、月報。班報為每口三班（或 根據(jù)實際情況設定）。2）報表內容：報表的具體內容根據(jù)*產控制管理的要求進行編 制。3）報表輸出方式：手動打印或自動打印兩種方式。打印功能分以下功能：1）故障打印：故障發(fā)生時，可以打印出故障發(fā)生的時間、內容。2）報

33、表打?。悍譃槭謩哟蛴〖白詣哟蛴?。3）按用戶設置的打印參數(shù)方便的打印出各種原料累計消耗量的 班報、日報、月報表并能進行相應的查詢；4）具有當前趨勢和歷史趨勢的查詢功能；5）具有各給料機手動配料時間和配料量的統(tǒng)計功能。3.2下位機軟件功能3.2.1控制功能描述1、在每個過車料斗上方雙向設置紅綠led顯示屏，綠色信號允許調 度車可進入該料斗卸煤，其他料斗信號led顯示屏顯示為紅色。2、三臺計量給料機按一定延時啟動/關停，實現(xiàn)三種物料整齊疊加， 不出現(xiàn)僅有單種或兩種物料；3、在每只料斗進出口處分別埋置壓敏感應裝置（6組），用于控制 噴淋系統(tǒng)以及識別自卸車是否進入正確的料斗。如車輛進入非指定的 料斗時，

34、系統(tǒng)自動報警以提醒自卸車司機進入卸錯位置。進入指定的 過車漏斗卸煤，當調度車最后一個車軸壓到該過車漏斗后面的壓敏感 應裝置時啟動噴淋系統(tǒng)消除卸煤灰塵，調度車前軸壓到該過車漏斗前 面的壓敏裝置時關閉噴淋系統(tǒng)；4、地磅稱重系統(tǒng)分別設置在過車漏斗的左右兩側，控制系統(tǒng)實時采 集稱重系統(tǒng)、計量皮帶機喂料的數(shù)據(jù)并根據(jù)該數(shù)據(jù)計算對應漏斗存料 量，當料斗存料量足夠但給料流量低于設定警戒值時，自動啟動空氣 炮清堵系統(tǒng)，如給料量無明顯變化并繼續(xù)下降至設定臨界值時，三臺 計量給料機同時停機，并發(fā)出報警信息；5、配煤系統(tǒng)是一個獨立的操作系統(tǒng)，該系統(tǒng)能獨立啟動，但與10#、14#皮帶機聯(lián)合作業(yè)時，與該機要能形成聯(lián)鎖關系

35、。6、上位機可設置配煤的比例，以三條計量皮帶機的一條給定作為標 準按照配煤比例控制系統(tǒng)自動計算其余兩條計量皮帶機的喂料給定 值，采用pid算法維持配煤比例恒定。7、皮帶機設有拉繩、跑偏、防撕裂保護裝置；8、每條皮帶機的拖動系統(tǒng)配有電動機低壓保護裝置；9、上位機設有聯(lián)鎖按鈕，上下游帶式輸送機及輔助設備可聯(lián)鎖啟動, 具有高級管理權限的人員可解除聯(lián)鎖，實現(xiàn)單獨啟動；10、故障屏蔽功能，具有高級管理權限的人員可使用該功能實現(xiàn)應急 啟動；11、預留dp或者以太網(wǎng)通訊接口與廠區(qū)集控進行通訊。3.2.2配煤比例控制描述在上位機設有配煤比例控制窗口，操作人員輸入成品煤的質量 m、成品煤的燃燒值9、原煤1的燃燒

36、值乞、原煤2的燃燒值仏以 及原煤3的燃燒值乞。若參與配煤的原煤只有兩種則將上述值帶入公-m- m（q-q）m -m 2式：qq、 ,qq、，從而求出配煤比例qqbq 一幺，將此值下發(fā)給計量皮帶機的稱重控制儀表按照此比例配 煤，為所需原煤1的質量，“2為所需原煤2的質量。若參與配 煤的原煤有三種將上述值代入以下兩式：mm2+m3=m , m.q+m.q+m.q-m q ,按照性價比最高的原則，求出單位質 量價格最低的原煤滿足上述兩等式條件的最大值，從而求岀其余兩種 原煤的質量，然后求出三種原煤的配煤比例，將此值下發(fā)給計量皮帶 的稱重控制儀表按照此比例配煤。plc控制系統(tǒng)根據(jù)上述計算出所需 各種原

37、煤的質量，考慮到原煤場到配煤場運輸?shù)臅r間，計算出所需每 種原煤運輸卡車的數(shù)量以便作為調度人員參考。第4章系統(tǒng)硬件選型及配置4.1配煤控制系統(tǒng)主要硬件構成整個自動配煤控制系統(tǒng)由上位機（工業(yè)pc）、plc、變頻器、拖動 電機等單回路控制系統(tǒng)組成，每個控制回路由給料機變頻器、現(xiàn)場的 電子皮帶秤、故障傳感器可編程控制器等組成，每個單控制回路控制 i種煤的給煤量，拖動電機的速度與單質煤數(shù)量成正比關系。同吋配 備空氣清堵系統(tǒng)保證煤倉的順暢送煤。見圖4.1。i 山詬眇塊 i1111| pic以相應模塊ii血煤現(xiàn)場i圖4單回路控制系統(tǒng)的硬件結構圖4.2 plc模塊配置plc即可編程序控制器，是一種專門為在工業(yè)

38、環(huán)境下應用而設計 的數(shù)字運算操作的電子裝置，它釆用可以編制程序的存儲器，用來在 其內部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術運算等操作 的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸岀，控制各種類型的機 械或生產過程。plc及其有關的外圍設備都應按照易于與工業(yè)控制系 統(tǒng)形成一個整體、易于擴展其功能的原則而設計?？删幊炭刂破髂苤?接應用于工業(yè)環(huán)境，它須具有很強的抗于擾能力、廣泛的適應能力和 應用范圍。這也是區(qū)別于一般微機控制系統(tǒng)的一個重要特征。目前，plc更向著小型化，強功能、無線和有線結合，智能控制 的方面發(fā)展，現(xiàn)在的plc,早己經從很早的那種只有邏輯控制、順序 控制的功能，發(fā)展成為具有邏輯斷

39、、定時、pid回路、數(shù)據(jù)處理、算 術運算、計數(shù)等更多功能的工具。而plc發(fā)展到現(xiàn)在，其功能也非 常強大:數(shù)據(jù)的采集和輸岀、編程、調試、數(shù)據(jù)處理功能、輸入/輸岀 接口調理功能、通信、聯(lián)網(wǎng)功能、基本的控制功能、支持人機界面， 提供數(shù)據(jù)實時監(jiān)控等。plc工作的全過程可以分為三部分，第一部分是上電處理，第二部分是掃描過程，第三部分是出錯處理，運行框圖見圖4.2上電處理致命錯誤?錯誤處理ncpu強制為stop圖4.2plc運行框圖plc模塊主要有電源模塊、cpu模塊、信號模塊、接口模塊、功能模塊和編程設備組成，通過cpu模塊或者通信模塊上的通信接口, plc被連接到網(wǎng)絡上，可以與計算機、其他plc或者其

40、他設備進行 通信。plc模塊的構成見圖4.3。按鈕 選擇開關 限位開關電源擴展機架接觸器指示燈電源圖4.3 plc模塊構成示意圖本方案選用西門子s7-300系列plc,其性能特點：1) 結構特點:模塊化微型plc系統(tǒng)，滿足中、小規(guī)模的性能要求; 各種性能的模塊可以非常好地滿足和適應自動化控制任務;簡單實用 的分布式結構和多界面網(wǎng)絡能力，使得應用十分靈活;方便用戶和簡 易的無風扇設計;當控制任務增加時，可自由擴展大量的集成功能使 它功能非常強勁;din標準導軌安裝，無槽位限制，固定槽位深度， 安裝簡單、維護方便。2) 性能特點:高速的指令處理;浮點數(shù)運算;方便用戶的參數(shù)賦值;友 好的人機界面(h

41、mi );診斷功能;操作方式選擇靈活;口令密碼保護用 戶隱私。3) 通訊功能特點:simatic s7-300具有多種不同的通訊接口，可支 持多種通訊方式:通過多點接口(mpi)的數(shù)據(jù)通訊;通過profibus-dp 接口通訊;通過profinet (pn)通訊;通過點對點(ptp)通訊。4) 用戶軟件支持特點:step7軟件適用于西門子s7系列、m7系列 等多個硬件系統(tǒng)，可以給用戶提供諸如程序編寫、參數(shù)重置和在線診 斷等多種功能，應用起來非常方便。另外，此軟件還具有良好的在線 幫助特點，給使用者提供技術服務，應用step7可完成較大或者復 雜的應用。cpu模塊選用s7-300系列plc中的型

42、號為cpu315-2dp,具體 硬件系統(tǒng)組成見圖4.4。prof i bus-dp pcdp圖4.4配煤plc系統(tǒng)組成框圖ps307是s7-300系列的plc的電源模塊，是槽架上數(shù)據(jù)總線的供 電保證，是plc主機系統(tǒng)正常工作的先提條件，他主要功能是將 ac220v轉化為可供plc止常使用的dc24v,給plc提供可靠的電 源保證。最大供電電流為5a;cpu模塊是plc的大腦，主要用于數(shù) 據(jù)、通信、故障診斷等，在整個系統(tǒng)中起著舉足輕重的作用，在配煤 系統(tǒng)中主要是對傳送過來的數(shù)據(jù)進行運算，并發(fā)岀指導配煤操作的指 令。本次cpu模塊選用的是cpu315-2dp;sm321是整個plc模塊配 置的數(shù)字

43、量輸入模塊，作用是將從現(xiàn)場傳來的外部數(shù)字信號的電平轉 換為plc內部電平，在配煤系統(tǒng)中主要接受來自傳感器或者操作按 鈕的各種數(shù)字量信號，如設備啟動、停止等，為雙通道16點輸入的模 塊;sm322是plc配置的數(shù)字量輸出模塊用于接觸器、小功率電動機 和電動機啟動器等負載，他將系統(tǒng)內部信號電平轉化為控制過程所需 的外部電平信號，同時有隔離和信號放大作用，在配煤系統(tǒng)中主要用 于發(fā)出數(shù)字量信號，用于邏輯控制；sm331為系統(tǒng)模擬量輸入模塊， 主要用于將模擬量信號轉換為cpu內部處理用的數(shù)字信號，主要結 構是a/d轉換器。配煤系統(tǒng)中主要用于采集現(xiàn)場的模擬量信號，如 壓力傳感器采集來的壓力值，用于計算煤量

44、；sm332是系統(tǒng)配置的模 擬量輸出模塊，用于將cpu傳送給他的數(shù)字信號轉換成比例的電流 信號或者電壓信號，對執(zhí)行機構進行調節(jié)和控制，其主要組成部分是 d/a轉換器。配煤系統(tǒng)的模擬量輸出模塊主要是輸出模擬量值給變頻 器進行平滑調速，達到動態(tài)調節(jié)煤量的作用。fm35o-2是plc配置 的高速計數(shù)模塊，他是8通道智能型計數(shù)器模塊，有7種工作方式: 連續(xù)計數(shù)、單次計數(shù)、周期計數(shù)、頻率測量、速度測量、周期測量和 比例運算，可以自由選擇使用。配煤系統(tǒng)中用它來接受編碼器傳遞過 來的脈沖信號，它可以通過計算脈沖值來核算配煤量。對plc模塊選型以后，就可以對各個模塊進行組態(tài)，其中軟件組 態(tài)順序必須與硬件組態(tài)順

45、序一致。在自動配煤控制系統(tǒng)中，plc實現(xiàn)的功能主要是:計算各單種煤煤 量給定值、電子皮帶秤數(shù)據(jù)處理、皮帶電機的啟?？刂?、給料機的供 煤操作、與上位機進行通訊等，控制煤量的pid運算主要由plc內 部指令來完成。4.3電子皮帶秤的配置電子皮帶秤是能檢測皮帶輸煤機上輸送煤流量的燃煤動態(tài)計量裝 置。稱重橋架是電子皮帶秤的主要部分，通常安裝于輸送機架上，當 皮帶上有燃煤通過時，計量托車昆馬上可以檢測到皮帶機上的物料重 量，并通過杠桿的作用于稱重傳感器，產生一個正比于皮帶載荷的電 壓信號。速度傳感器是直接安裝于測速滾筒上，用于提供一系列脈沖, 脈沖頻率和皮帶速度的成正比，每個脈沖都表示一個皮帶運動單元。

46、 稱重儀表主要接受速度傳感器的信號和稱重傳感器信號，最后通過運 算得出流量的瞬時值和累計值，并顯示出來。電子皮帶秤的基本組成單元主要由四部分組成，如下所示：1）皮帶輸送機及其驅動單元，硬件支持和軟件支持；2）稱重單元，主要把重量信號轉換為模擬量或者數(shù)字量信號；3）測速單元，為其提供更高的靈敏度。4）信號采集、處理與控制單元，處理傳感器的電信號，并換算成 重量信號。配煤系統(tǒng)中，電子皮帶稱會不間斷稱量配煤量，并將測量值傳送 給plc數(shù)據(jù)處理單元，plc經過處理后會根據(jù)預先編好的用戶程序, 將實際煤量與設定煤量進行比較，由控制器輸岀信號控制變頻器調 速，實現(xiàn)定量給料的要求。4.4給料機的配置給料機是

47、配煤系統(tǒng)的重要設備，在配煤控制系統(tǒng)中也是不可或缺 的，它的主要功能是供應物料給其他設備，給料機的使用可以使下煤 更加均勻，能夠保證下一個設備工作起來更加穩(wěn)定，這樣不但節(jié)省了 操作人員的勞動量，而且還可以提高設備工作穩(wěn)定性，延長配煤控制 系統(tǒng)的使用壽命。給料機在結構上主要有計量裝置、給料機硬件結構、 驅動單元、皮帶輸送機構成。給料機和皮帶輸送機是用同一個驅動單 元來驅動的，該驅動單元能起到給料機的啟動、停止和功能轉換等作 用。給料機拖動部分包括皮帶和馬達兩部分。工作工程中，煤從煤倉 出來經過給料機，給料機將煤送至運煤皮帶，然后由皮帶送至配煤區(qū) 域。為了實現(xiàn)煤流量精確度，有些配煤系統(tǒng)采用雙路傳感器

48、來稱量煤 重量，將兩值進行比較來判別系統(tǒng)是否穩(wěn)定運行，但是這種方法在精 確度上還是不夠的。本次采用了 pid調節(jié)，plc經過運算后輸出控 制信號給變頻器，再有變頻器拖動給煤機馬達來實現(xiàn)系統(tǒng)煤量調節(jié)和 精確控制。給煤機技術參數(shù)比較多，主要有額定效率、電機型號和功率、控 制精度、煤機傳送距離、入煤點、出煤點等等。其中煤機傳送距離指 的是中心距離，也就是入煤點到出煤點的直線距離。額定功率是指設 備在額定工況狀態(tài)下所能達到的功率狀況，它與給煤機的出力情況有 很大關系。在配煤控制系統(tǒng)中，給煤機的頻率設置也是很重要的，般情況 下可以根據(jù)皮帶負荷來設定，但是這種方法也存在弊端，因為煤種不 同則干、濕也不一樣

49、，他們對皮帶帶來的沖擊力是不同的，而且煤過 濕還會堵塞煤通道，可能出現(xiàn)嚴重事故，影響系統(tǒng)整體運行狀況。鑒 于給煤機的重要性，我們在設備的選型上也結合多種情況進行比較， 最終確定給煤機，選用賽摩的f57型重載給料機，這種給煤機利用給 料機的轉動來定量控制給煤量，給煤機對配煤量進行控制的時候能夠 在較大范圍內波動，這樣更能保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，對提高整個配煤控 制系統(tǒng)的性能意義重大。給料機通常安裝在配煤倉的下部，包括套筒、刮煤板和減速制動 裝置。當配煤倉的煤掉落下來并裝滿煤套筒的時候，煤在皮帶上是出 于靜止狀態(tài)的，當拖動電機啟動時刮板也開始工作，刮板將煤刮下落 在輸煤皮帶上，對刮板的設定，在一定程度上也能改變煤量的大小， 但這種方法只是用于微調。賽摩f57型重載稱重皮帶給料機是專門為大流量范圍每小時不小 于800噸但皮帶載荷不超過每米600公斤的工業(yè)場合而設計。此設備適用于1200mm到2000mm的皮帶寬度，2米或更長的輸 送機長度。為了精確測量散狀物料，此系列給料機稱重橋架采用雙傳 感器支承。主要特性精度為±0.5%,基于認可的應用； 皮帶寬度 1400, 1600, 1800, 2000 毫米；流量范圍不小于850噸/小吋；環(huán)形裙邊橡膠輸送帶，根據(jù)應用可選其它種類；稱重橋架為雙傳感器直接支承；測速傳感器為數(shù)字式，尾部滾筒直聯(lián)。4.5變頻器的配置變頻器是應用變頻技