精品資料（2021-2022年收藏）鍋爐車間輸煤機(jī)組控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)(1)

1、摘 要設(shè)計(jì)說(shuō)明了鍋爐自動(dòng)輸煤系統(tǒng)的基本構(gòu)成及特點(diǎn)，通過(guò)對(duì)基于繼電器鍋爐輸煤系統(tǒng)和基于 PLC 的鍋爐輸煤系統(tǒng)對(duì)比論證，分別闡述其優(yōu)缺點(diǎn)并且根據(jù)控制要求，本設(shè)計(jì)采用 PLC 控制，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。 用 PLC輸煤程控系統(tǒng)，不僅實(shí)現(xiàn)了設(shè)備運(yùn)行的自動(dòng)化管理和監(jiān)控，提高了系統(tǒng)的可靠性和安全性，而且改善了工作環(huán)境，提高了企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和工作效率。PLC不僅能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，還具有快速響應(yīng)，便于維修等諸多特點(diǎn)，比一般的繼電器接觸器控制系統(tǒng)優(yōu)越了很多。關(guān)鍵詞：鍋爐自動(dòng)輸煤系統(tǒng) 、PLC、 自動(dòng)化目 錄第 1 章 選題背景與課設(shè)要求 .11.1 選題背景.11.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求 .2第 2 章 方案論證.42

2、.1 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則和方法 .42.2 方案的確定.4第 3 章 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì).43.1 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì).43.1.1 控制系統(tǒng)主電路圖設(shè)計(jì).43.1.2 電器元件的選擇.53.2 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì).73.2.1 I/O 地址分配表.83.2.2 PLC 控制電路接線圖.93.2.3 系統(tǒng)工作流程圖 .93.2.4 梯形圖.11第 4 章 系統(tǒng)調(diào)試.18第 5 章 設(shè)計(jì)心得.19參考文獻(xiàn).191第 1 章 選題背景與課設(shè)要求1.1 選題背景煤是我們生產(chǎn)生活中的重要原料。輸煤系統(tǒng)是鍋爐車間燃料供應(yīng)的有力保證。輸煤機(jī)組工作效率的提高是整個(gè)工藝過(guò)程的關(guān)鍵因素，但整個(gè)輸煤過(guò)程往往采用遠(yuǎn)程

3、控制，這就對(duì)自動(dòng)控制的設(shè)計(jì)提出了很高的要求，因此，在輸煤系統(tǒng)中我們選擇 PLC 控制系統(tǒng)，使整個(gè)控制過(guò)程具有正常運(yùn)行、事故處理、故障報(bào)警、裝置調(diào)控、危險(xiǎn)保護(hù)等功能。輸煤系統(tǒng)的主要特點(diǎn)有：1.系統(tǒng)設(shè)備多。設(shè)備種類多。設(shè)備數(shù)量多。2.系統(tǒng)分部廣。3.系統(tǒng)故障點(diǎn)多。4.工藝流程復(fù)雜。之前用的繼電器控制有著十分明顯的缺點(diǎn)：體積大、耗電多、可靠性、壽命短、運(yùn)行速度慢，尤其當(dāng)生產(chǎn)工藝發(fā)生變化時(shí)，就必須重新設(shè)計(jì)、重新安裝，造成時(shí)間和資金的嚴(yán)重浪費(fèi)。為了改變這一現(xiàn)狀，PLC 控制系統(tǒng)產(chǎn)生了。PLC 的優(yōu)點(diǎn)是：可靠性高，耗電少，適應(yīng)性強(qiáng)，運(yùn)行速度快，壽命長(zhǎng)等，為了進(jìn)一步提高輸煤機(jī)的功能和性能，我們選擇用 PLC

4、 來(lái)控制輸煤機(jī)組這個(gè)課題。1.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求本課程設(shè)計(jì)任務(wù)主要是鍋爐車間輸煤機(jī)組系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，有多個(gè)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)，具體內(nèi)容如下: 輸煤機(jī)組控控制系統(tǒng)示意圖如圖 1-1 所示。圖 1-1 輸煤機(jī)組示控制系統(tǒng)意圖輸煤機(jī)組的拖動(dòng)系統(tǒng)由 6 臺(tái)三相異步電動(dòng)機(jī) M1M6 和一臺(tái)磁選料器 YA 組成。SA1 為手動(dòng)/自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，SB1 和 SB2 為自動(dòng)開(kāi)車/停車按鈕，SB3 為事故緊急停車按鈕，SB4SB9 為 6 個(gè)控制按鈕。HA 為開(kāi)車/停車時(shí)訊響器，提示物煤機(jī)準(zhǔn)備起動(dòng)請(qǐng)注意安全。HL1HL6 為 MlM6 電動(dòng)機(jī)運(yùn)行指示，HL7 為手動(dòng)運(yùn)行指示，HL8 為緊急停車指示，2HL9 為系統(tǒng)運(yùn)行正常指

5、示，HL10 為系統(tǒng)故障指示。輸煤機(jī)組控制要求如下1、手動(dòng)開(kāi)車/停車功能 SA1 手柄指向左 45時(shí)，接點(diǎn) SA1-1 接通，通過(guò) SB4SB9控制按鈕，對(duì)輸煤機(jī)組單臺(tái)設(shè)備獨(dú)立調(diào)試與維護(hù)使用，任何一臺(tái)單機(jī)開(kāi)車/停車時(shí)都有音響提示，保證檢修和調(diào)試時(shí)人身和設(shè)備安全。2、自動(dòng)開(kāi)車/停車功能 SA1 手柄指向右 45時(shí)，接點(diǎn) SA1-2 接通，輸煤機(jī)組自動(dòng)運(yùn)行。1) 正常開(kāi)車 按下自動(dòng)開(kāi)車按鈕 SB1，音響提示 5s 后，電動(dòng)機(jī) M6-M1 逆序啟動(dòng)起動(dòng)運(yùn)行，并點(diǎn)亮指示燈 HL6-HL1； 10s 后，點(diǎn)亮 HL9 系統(tǒng)正常運(yùn)行指示燈，輸煤機(jī)組正常運(yùn)行。2) 正常停車 按下自動(dòng)開(kāi)車按鈕 SB2，音響提

6、示 5s 后， 電動(dòng)機(jī) M1-M6 順序停車 并熄滅 HL1-HL6 指示燈，同時(shí)，熄滅 HL9 系統(tǒng)正常運(yùn)行指示燈； 并熄 輸煤機(jī)組全部正常停車。3) 過(guò)載保護(hù) 輸煤機(jī)組有三相異步電動(dòng)機(jī) M1M6 和磁選料器 YA 的過(guò)載保護(hù)裝置熱繼電器，如果電動(dòng)機(jī)、磁選料器在輸煤生產(chǎn)中，發(fā)生過(guò)載故障需立即全線停車并發(fā)出報(bào)警指示。系統(tǒng)故障指示燈 HL10 點(diǎn)亮，HA 電鈴斷續(xù)報(bào)警 20s，HL10 一直點(diǎn)亮直到事故處理完畢，繼續(xù)正常開(kāi)車，恢復(fù)生產(chǎn)。4) 緊急停車 輸煤機(jī)組正常生產(chǎn)過(guò)程中，可能會(huì)突發(fā)各種事件，因此需要設(shè)置緊急停車按鈕，實(shí)現(xiàn)緊急停車防止事故擴(kuò)大。緊急停車與正常停車不同，當(dāng)按下紅色蘑菇形緊急停車按

7、鈕 SB3 時(shí)，輸煤機(jī)組立即全線停車，HA 警報(bào)聲持續(xù) 10s 停止，緊急停車指示燈 HL8 連續(xù)閃亮直到事故處理完畢，回復(fù)正常生產(chǎn)。5) 系統(tǒng)正常運(yùn)行指示 輸煤機(jī)組中，拖動(dòng)電動(dòng)機(jī) M1M6 和磁選料器 YA 按照程序全部正常起動(dòng)運(yùn)行后，HL9 指示燈點(diǎn)亮。如果有一臺(tái)電動(dòng)機(jī)或選料器未能正常起動(dòng)運(yùn)行，則視為故障，系統(tǒng)故障指示燈 HL10 點(diǎn)亮，輸煤機(jī)組停車。相關(guān)設(shè)備參數(shù)如下：(1) M1-M6 及磁選料器 YA。(2) 指示燈 HL：0.25W，DC24V。(3) 電鈴 HA：8W，AC220V。輸煤機(jī)組控制信號(hào)說(shuō)明：輸煤機(jī)組是一種為鍋爐供煤的設(shè)備,它的穩(wěn)定可靠工作直接關(guān)系到整個(gè)鍋爐的正常運(yùn)行.

8、所以要進(jìn)行輸入輸出信號(hào)進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明,詳細(xì)情況見(jiàn)下表:輸入輸出文字符號(hào)說(shuō)明文字符號(hào)說(shuō)明SA1-1輸煤機(jī)組手動(dòng)控制開(kāi)關(guān)KM1給料器和磁選料器接觸器3SA1-2輸煤機(jī)組自動(dòng)控制開(kāi)關(guān)KM21#送煤機(jī)接觸器SB1輸煤機(jī)組自動(dòng)開(kāi)車按鈕KM3破碎機(jī)接觸器SB2輸煤機(jī)組自動(dòng)停車按鈕KM4提升機(jī)接觸器SB3輸煤機(jī)組緊急停車按鈕KM52#送煤機(jī)接觸器SB4給料器和磁選料器手動(dòng)按鈕KM6回收機(jī)接觸器SB51#送煤機(jī)按鈕HL7手動(dòng)運(yùn)行指示燈SB6破碎機(jī)手動(dòng)按鈕HL8緊急停車指示燈SB7提升機(jī)手動(dòng)按鈕HL9系統(tǒng)正常運(yùn)行指示SB82#送煤機(jī)手動(dòng)按鈕HL10系統(tǒng)故障指示燈SB9回收機(jī)手動(dòng)按鈕HA報(bào)警電鈴KMM1-M6,YA

9、 運(yùn)行正常信號(hào)HL1-HL6輸煤機(jī)組單機(jī)運(yùn)行指示FRM1-M6 過(guò)載保護(hù)信號(hào)表 1-1 輸煤機(jī)組控制信號(hào)說(shuō)明第 2 章 方案論證2.1 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則和方法 對(duì)于電氣控制設(shè)備，任何 PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)都是在控制方式和電動(dòng)機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)確定以后進(jìn)的是設(shè)備控制要求和工藝流程的具體化。 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)該遵循以下原則： 1）應(yīng)最大限度地滿足生產(chǎn)機(jī)械的工藝要求，并能根據(jù)需要方便地進(jìn)行修改。2）容易掌握，便于操作。 3）整個(gè) PLC 控制系統(tǒng)及控制電路安全可靠，簡(jiǎn)單，具有較高的性能價(jià)格比。 4）合理地選擇 PLC 機(jī)型及電器元件。 2.2 方案的確定由于該系統(tǒng)控制輸入點(diǎn)數(shù)較多，有 2

10、個(gè)輸入開(kāi)關(guān)分別控制手動(dòng)控制，9 個(gè)輸入按鈕分別為 SB1 和 SB2 為自動(dòng)開(kāi)車/停車按鈕，SB3 為事故緊急停車按鈕，SB4SB9 分為 6 個(gè)電動(dòng)機(jī)控制按鈕。 輸出點(diǎn)數(shù)也較多，如果采用繼電-接觸器控制方式，控制電路將會(huì)很復(fù)雜，而且可靠性難保證。所以，用 PLC 進(jìn)行控制，不僅能滿足控制要求、控制方便簡(jiǎn)單，而且具有較高的可靠性。因此，本設(shè)計(jì)應(yīng)采用 PLC 進(jìn)行控制。第 3 章 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1.1 控制系統(tǒng)主電路圖設(shè)計(jì)按照設(shè)計(jì)要求，給料器 M1、1#送煤機(jī) M2、破碎機(jī) M3、提升機(jī) M4、2#送煤機(jī) M5和回收電動(dòng)機(jī) M6 由 6 臺(tái)三相異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)。磁選料

11、器 YA 由兩相電源提供。負(fù)載 M2-4M6 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(jī) M3 功率為 13KW 和 2#送煤機(jī) M5 功率為 75KW 都比 7.5KW 大，所以采用星三角降壓?jiǎn)?dòng)。其余負(fù)載均采用直接啟動(dòng)方式。主電路圖見(jiàn)圖 3-1. 圖 3-1 鍋爐車間輸煤機(jī)組系統(tǒng)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(dòng)機(jī) M1 給料電動(dòng)機(jī)，M2 送煤電動(dòng)機(jī)，M3 破碎電動(dòng)機(jī)，M4 提升電動(dòng)機(jī)，M5 送煤電動(dòng)機(jī)，M6 回收電動(dòng)機(jī)。2) 熱繼電器 FR1、FR2、FR3、FR4、

12、FR5、FR6 的作用是對(duì)電動(dòng)機(jī)M1、M2、M3、M4、M5、M6 實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)。3) 熔斷器 FU1、FU2、FU3、FU4、FU5、FU6 分別實(shí)現(xiàn)各負(fù)載回路的短路保護(hù)。4) QF 為電源總開(kāi)關(guān)，既可完成主電路的短路保護(hù)，又起到分?jǐn)嗳嘟涣麟娫吹淖饔?，使用較為方便。3.1.2 電器元件的選擇（1） 輸入/輸出接口（I/O）數(shù)量；輸入端口 14 個(gè)，輸出端口 10 個(gè)，SIMATICS7-200 系列 PLC 硬件配置靈活，既可以用一個(gè)單獨(dú)的 S7-200 CPU 構(gòu)成一個(gè)簡(jiǎn)單的數(shù)字量控制系統(tǒng)，也可通過(guò)擴(kuò)展電纜進(jìn)行數(shù)字量 I/O 模塊、模擬量 I/O 模塊或智能接口模塊的擴(kuò)展，構(gòu)成較復(fù)雜的中

13、等規(guī)?？刂葡到y(tǒng)。（2）因?yàn)樨?fù)載有直流供電有交流供電，所以采用輸出形式為繼電器。（3）對(duì)于 CPU224 模塊，本機(jī)輸入地址為 I0.0-I0.7 和 I1.1-I1.5,輸出地址為 Q0.0-Q0.75和 Q1.0-Q1.1。因?yàn)榛締卧詭У?I/O 接口不能滿足控制系統(tǒng)要求，因此需要數(shù)字量 I/O擴(kuò)展單元。 ，與基本的單元相連，并使基本單元的尋址功能對(duì)模塊上的 I/O 接口進(jìn)行控制。S7-200 系列 PLC 目前可以提供的有 3 種類型的數(shù)字量輸入/輸出模塊，即EM221，EM222，EM223，查閱數(shù)字量輸入/輸出模塊各類型型號(hào)特點(diǎn)，首先采用一個(gè)EM222 的 8 繼電器輸出；擴(kuò)展模塊

14、 EM222 的 I/O 地址范圍是 Q2.0-Q2.7,不能滿足控制要求，又因?yàn)?CPU224 能夠擴(kuò)展 7 個(gè)模塊，因?yàn)榭刂埔筝敵鲇?21 個(gè)，另需一個(gè) EM223的 DI4/DO4*DC 24V/繼電器；擴(kuò)展模塊 EM223 的 I/O 地址范圍是 Q3.0-Q3.3，滿足系統(tǒng)控制要求。本機(jī)與擴(kuò)展連接形式見(jiàn)圖 3-2 模塊連接圖。圖 3-2 模塊連接圖3.2 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.2.1 I/O 地址分配表 對(duì)軟件設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，分配 I/O 點(diǎn)地址以后才可以進(jìn)行編程，才可以繪制電氣接線圖、裝配圖，根據(jù)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)由一個(gè)CPU224 及兩個(gè)擴(kuò)展模塊 EM

15、222,EM223,各模塊各分配地址如下: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、I1.1、I1.2、I1.3、I1.4、I1.5、I1.6、I1.7、Q0.0、Q0.1、Q0.2、Q0.3、Q0.4、Q0.5、Q0.6、Q0.7、Q1.0、Q1.1第一個(gè)擴(kuò)展模塊 EM222 的 I/O 地址：Q2.0、Q2.1、Q2.2、Q2.3、Q2.4、Q2.5、Q2.6、Q2.7第二個(gè)擴(kuò)展模塊 EM223 的 I/O 地址：Q3.0、Q3.1、Q3.2PLC 輸入輸出接口地址分配表見(jiàn)：序號(hào)工作名稱文字符號(hào)輸入口1輸煤機(jī)

16、組手動(dòng)控制開(kāi)關(guān)SA1-1I0.12輸煤機(jī)組自動(dòng)控制開(kāi)關(guān)SA1-2I0.23輸煤機(jī)組自動(dòng)開(kāi)車按鈕SB1I1.164輸煤機(jī)組自動(dòng)停車按鈕SB2I1.25輸煤機(jī)組緊急停車按鈕SB3I1.36給料器磁選料器手動(dòng)按鈕SB4I1.471#送煤機(jī)手動(dòng)按鈕SB5I1.58破碎機(jī)手動(dòng)按鈕SB6I1.69提升機(jī)手動(dòng)按鈕SB7I1.7102#送煤機(jī)手動(dòng)按鈕SB8I2.011回收機(jī)手動(dòng)按鈕SB9I2.112M1-M6,YA 過(guò)載保護(hù)信號(hào)FRI0.0表 3-5 輸入接口地址分配表序號(hào)工作名稱文字符號(hào)輸出口1給料器磁選料器接觸器KM1Q0.121#送煤機(jī)接觸器KM2Q0.23破碎機(jī)接觸器KM3Q0.34提升機(jī)接觸器KM4

17、Q0.452#送煤機(jī)接觸器KM5Q0.56回收機(jī)接觸器KM6Q0.67緊急停車指示燈HL8Q1.78系統(tǒng)正常運(yùn)行指示燈HL9Q2.19系統(tǒng)故障運(yùn)行指示燈HL10Q2.210報(bào)警電鈴HAQ2.011輸煤機(jī)組單機(jī)運(yùn)行指示HL1Q1.112輸煤機(jī)組單機(jī)運(yùn)行指示HL2Q1.213輸煤機(jī)組單機(jī)運(yùn)行指示HL3Q1.314輸煤機(jī)組單機(jī)運(yùn)行指示HL4Q1.415 輸煤機(jī)組單機(jī)運(yùn)行指示HL5Q1.516輸煤機(jī)組單機(jī)運(yùn)行指示HL6Q1.6表 3-6 PLC 輸出接口地址分配表3.2.2 PLC 控制電路接線圖 7繪制 PLC 控制電路接線圖，如圖 2-2。圖 3-3 I/O 接線圖3.2.3 系統(tǒng)工作流程圖8 9

18、圖 3-4 系統(tǒng)工作流程圖3.2.4 梯形圖輸煤機(jī)組的控制過(guò)程分為 2 個(gè)，分別是自動(dòng)運(yùn)行方式和手動(dòng)控制方式。在自動(dòng)控制模式下，要求各負(fù)載從 M6 到 M1 經(jīng)過(guò)同樣間隔時(shí)間逆序自動(dòng)啟動(dòng)，然后從 M1 到 M6 順序自動(dòng)經(jīng)過(guò)同樣間隔時(shí)間停止。同時(shí)，該輸煤機(jī)組還能在手動(dòng)控制模式下進(jìn)行點(diǎn)動(dòng)，以便調(diào)試和維修。而且，該系統(tǒng)還能實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)、緊急停車和故障提醒。所以，我們應(yīng)該主要采用定時(shí)器指令和順序控制指令對(duì)本控制系統(tǒng)進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。其梯形圖如下：10111213141516第 4 章 系統(tǒng)調(diào)試1、硬件調(diào)試：硬件調(diào)試是利用開(kāi)發(fā)系統(tǒng)、基本測(cè)試儀器（萬(wàn)用表、示波器等） ，檢查用戶系統(tǒng)硬件中存在的故障。靜態(tài)調(diào)試

19、第一步：用萬(wàn)用表測(cè)試。先用萬(wàn)用表復(fù)核可能有疑問(wèn)的連接點(diǎn)，再檢測(cè)各種電源線與地線之間是否有短路現(xiàn)象。第二步：加電檢測(cè)。檢測(cè)所有的插座或是器件的電源端是否符合要求的值.第三步：是聯(lián)機(jī)檢查。因?yàn)橹挥杏每删幊炭刂破鏖_(kāi)發(fā)系統(tǒng)才能完成對(duì)用戶系統(tǒng)的調(diào)試。動(dòng)態(tài)調(diào)試首先我們進(jìn)行了自動(dòng)的調(diào)試。按下 SB1，自動(dòng)部分開(kāi)始運(yùn)行，5 秒后，第一個(gè)燈亮，10 秒后第二個(gè)燈亮，直到最后一個(gè)燈亮。當(dāng)燈全部亮?xí)r，正常運(yùn)行指示燈 HL9 亮；如果17又一個(gè)或幾個(gè)燈不亮，那么系統(tǒng)故障指示燈就會(huì)亮。按下手動(dòng)停止按鈕 SB2，5 秒后，第一個(gè)燈熄滅，10 秒后第二個(gè)燈熄滅，按此直到最后一個(gè)燈熄滅。2、軟件調(diào)試：通過(guò)對(duì)用戶程序的匯編、執(zhí)行來(lái)發(fā)現(xiàn)程序中存在的語(yǔ)法錯(cuò)誤加以排除糾正的過(guò)程。查看程序是否有邏輯的錯(cuò)誤。如果出現(xiàn)故障，應(yīng)返回編程環(huán)境，檢查梯形圖的錯(cuò)誤并修改程序再進(jìn)行調(diào)試。第 5 章 設(shè)計(jì)總結(jié)這次的課程設(shè)計(jì)，讓我感受深刻，首先讓我