车间输煤机组控制系统设计毕业论文

1 目目录录 第第 1 章章引言引言错误！未定义书签。错误！未定义书签。 1.1 设计内容及要求错误！未定义书签。错误！未定义书签。 1.2 输煤机系统简介2 1.3 PLC 简介3 第第 2 章章PLC 控制系统设计控制系统设计4 2.1 硬件系统设计4 2.1.1 控制系统主电路图设计4 2.1.2 电器元件的选择 5 2.2 软件系统设计6 2.2.1 I/O 地址分配表 6 2.2.2 PLC 控制电路接线图 8 2.3 梯形图 8 2.4 语句表25 设计总结设计总结 30 谢辞谢辞31 参考文献参考文献 32 1 第第 1 章章前言前言 1.1 设计内容及要求设计内容及要求 本课程设计任务主要是锅炉车间输煤机组系统的设计，有多个电动机带动， 具体内容如下: 输煤机组控控制系统示意图如图 1-1 所示。 图 1-1 输煤机组示控制系统意图 输煤机组的拖动系统由6台三相异步电动机M1M6和一台磁选料器YA组 成。SA1 为手动/自动转换开关，SB1 和 SB2 为自动开车/停车按钮，SB3 为事故 紧急停车按钮，SB4SB9 为 6 个控制按钮。HA 为开车/停车时讯响器，提示在 输煤机组附近的工作人员物煤机准备起动请注意安全。 HL1HL6 为 MlM6 电 动机运行指示，HL7 为手动运行指示，HL8 为紧急停车指示，HL9 为系统运行 正常指示，HL10 为系统故障指示。 输煤机组控制要求如下 1、手动开车/停车功能 SA1 手柄指向左 45时，接点 SA1-1 接通，通过 SB4SB9 控制按钮， 对输煤机组单台设备独立调试与维护使用，任何一台单机 开车/停车时都有音响提示，保证检修和调试时人身和设备安全。 2、自动开车/停车功能SA1 手柄指向右 45时，接点 SA1-2 接通，输煤 机组自动运行。 1) 正常开车按下自动开车按钮 SB1，音响提示 5s 后，电动机 M6-M1 逆 序启动起动运行，并点亮指示灯 HL6-HL1； 10s 后，点亮 HL9 系统正常运行指 示灯，输煤机组正常运行。 2) 正常停车 按下自动开车按钮 SB2，音响提示 5s 后， 电动机 M1-M6 顺 序停车 并熄灭 HL1-HL6 指示灯，同时，熄灭 HL9 系统正常运行指示灯； 并熄 输煤机组全部正常停车。 2 3) 过载保护输煤机组有三相异步电动机 M1M6 和磁选料器 YA 的过载 保护装置热继电器，如果电动机、磁选料器在输煤生产中，发生过载故障需立即 全线停车并发出报警指示。系统故障指示灯 HL10 点亮，HA 电铃断续报警 20s， HL10 一直点亮直到事故处理完毕，继续正常开车，恢复生产。 4) 紧急停车输煤机组正常生产过程中，可能会突发各种事件，因此需要 设置紧急停车按钮，实现紧急停车防止事故扩大。紧急停车与正常停车不同，当 按下红色蘑菇形紧急停车按钮 SB3 时，输煤机组立即全线停车，HA 警报声持续 10s 停止，紧急停车指示灯 HL8 连续闪亮直到事故处理完毕，回复正常生产。 5) 系统正常运行指示输煤机组中，拖动电动机 M1M6 和磁选料器 YA 按照程序全部正常起动运行后， HL9 指示灯点亮。 如果有一台电动机或选料器未 能正常起动运行，则视为故障，系统故障指示灯 HL10 点亮，输煤机组停车。 相关设备参数如下： (1) M1-M6 及磁选料器 YA。 (2) 指示灯 HL：0.25W，DC24V。 (3) 电铃 HA：8W，AC220V。 1.21.2 输煤系统简介输煤系统简介 随着生产过程的控制规模不断增大，运行参数越来越高，生产设备及其相应 的热力设备和系统更加复杂。输煤系统是热力系统的重要组成部分，是锅炉车间 燃料供应的有力保证。输煤机组工作效率的提高是整个工艺过程的关键因素，而 整个输煤过程往往采用远程控制，这就对自动控制系统的设计提出了更高的要 求，传统方法不能得到满意的测控效果。因此，在输煤系统中往往选择比较有优 势的 PLC（可编程控制器）控制系统，使整个控制过程具有正常运行、事故处理、 参数监测、故障报警、装置调控、危险保护等功能。 输煤系统的主要特点有： 1.系统设备多。设备种类多。给煤机、翻车机、斗轮堆取料机、皮带输送机、 碎煤机、筛煤机、犁煤器、三通挡板、除尘器、取样机、煤味监测装置、皮带秤 等。设备数量多。电厂输煤系统设备数量一般均为 100 多台。 2.系统分部广。输煤系统设备布设分散、作业线长、运行方式灵活多变，分 部一般在几公里的范围内，有的大型火电厂甚至更远。 3.系统故障点多。皮带的拉断、跑偏、超载、撕裂；碎煤机的超温、超振； 三通挡板及犁煤器等的卡死或不到位；皮带、筛煤机的堵煤现象等。 4.工艺流程复杂。 多种煤源设备取煤通过电动三通挡板的切换经皮带输送机 （一般均为双路）传送到原煤仓。可以组成几十种甚至上百种工艺流程。 5 系统运行环境恶劣。输煤系统运行环境粉尘飞扬，水、灰、煤粉比比皆是， 3 特别市夏日煤仓气温高达 50。 1.31.3 PLCPLC 简介简介 在 PLC 问世之前，工业控制领域中是继电器占主导地位。但继电器控制领域 有着十分明显的缺点：体积大、耗电多、可靠性、寿命短、运行速度慢、适应性 差、尤其当生产工艺发生变化时，就必须重新设计、重新安装，造成时间和资金 的严重浪费。为了改变这一现状，PLC 控制系统产生了。继 1969 年美国数字设 备公司研制出世界第一台 PLC，并在通用汽车公司自动装配线上试用，获得了成 功，从而开创了工业控制新时期，从此，可编程控制器这一新的控制技术迅速发 展起来了。在许多领域都有广泛的应用。PLC 的优点是：可靠性高，耗电少，适 应性强，运行速度快，寿命长等，为了进一步提高输煤机的功能和性能，避免传 统控制的一些弊端，就提出了用 PLC 来控制输煤机组这个课题。 4 第第 2 2 章章 PLCPLC 控制系统设计控制系统设计 2.1 硬件系统设计硬件系统设计 2.1.12.1.1 控制系统主电路图设计控制系统主电路图设计 按照设计要求，给料器 M1、1#送煤机 M2、破碎机 M3、提升机 M4、2#送煤机 M5 和回收电动机 M6 由 6 台三相异步电动机拖动。磁选料器 YA 由两相电源提供。 负载 M2-M6 由接触器 KM2-KM6 控制，给料器 M1 和磁选料器 YA 共同由 KM1 控制。 由于破碎机 M3 功率为 13KW 和 2#送煤机 M5 功率为 75KW 都比 7.5KW 大，所以采 用星三角降压启动。其余负载均采用直接启动方式。主电路图见图 2-1. 电源回收机2#送煤机 提升 机 破碎 机 1#送煤机 给料 器及 磁选 料器 图 2-1 主电路图 5 1) 主回路中交流接触器 KM1、KM2、KM3、KM4、KM5、KM6 分别控制三相异步 电动机 M1 给料电动机，M2 送煤电动机，M3 破碎电动机，M4 提升电动机， M5 送煤电动机，M6 回收电动机。 2) 热继电器 FR1、FR2、FR3、FR4、FR5、FR6 的作用是对电动机 M1、M2、 M3、M4、M5、M6 实现过载保护。 3) 熔断器 FU1、FU2、FU3、FU4、FU5、FU6 分别实现各负载回路的短路保护。 2.1.2 电器元件的选择电器元件的选择 该控制系统由于控制输入点数较多，有 2 个输入开关分别控制手动控制，9 个输入按钮分别为 SB1 和 SB2 为自动开车/停车按钮， SB3 为事故紧急停车按钮， SB4SB9 分为 6 个电动机控制按钮。输出点数也较多， 有 6 个输出接触器 KM1、 KM2、KM3、KM4、KM5、KM6 分别控制三相异步电动机 M1 给料电动机，M2 送煤 电动机，M3 破碎电动机，M4 提升电动机，10 个输出指示灯其中 HL7 手动运行 指示灯、HL8 为紧急停车指示灯、HL9 为系统正常运行指示灯、HL10 为统故障指 示灯、HL1-6 为输煤机组单机运行指示灯和 1 个输出 HA 电铃。继电-接触器系统 虽然有较好的抗干扰能力，但使用了大量的机械触点，使得设备连线复杂，且触 电在开闭是易受电弧的危害，寿命短，系统可靠性差；所以如果采用继电-接触 器控制方式，控制电路将会很复杂，而且可靠性难以保证。而且按照本课题的控 制要求， 控制过程主要采用逻辑和顺序控制， 而 PLC 恰能满足此控制要求。 所以， 用 PLC 进行控制， 不仅能满足控制要求、 控制方便简单， 而且具有较高的可靠性。 因此，本设计应采用 PLC 进行控制。 （1） 输入/输出接口（I/O）数量；输入端口 14 个，输出端口 10 个， SIMATICS7-200 系列 PLC 硬件配置灵活，既可以用一个单独的 S7-200 CPU 构成 一个简单的数字量控制系统，也可通过扩展电缆进行数字量 I/O 模块、模拟量 I/O 模块或智能接口模块的扩展，构成较复杂的中等规模控制系统。西门子 S7-200 CUP224/AC/DC/RLY 有输入端口 14 个，输出端口 10 个，符合要求;所以 采用西门子 S7-200CUP224/AC/DC/RLY 完成 PLC 硬件结构配置。 （2）因为负载有直流供电有交流供电，所以采用输出形式为继电器。 （3）对于 CPU224 模块，本机输入地址为 I0.0-I0.7 和 I1.1-I1.5,输出地 址为 Q0.0-Q0.7 和 Q1.0-Q1.1。因为基本单元自带的 I/O 接口不能满足控制系统 要求，因此需要数字量 I/O 扩展单元。 ，与基本的单元相连，并使基本单元的寻 址功能对模块上的 I/O 接口进行控制。S7-200 系列 PLC 目前可以提供的有 3 种 类型的数字量输入/输出模块，即 EM221，EM222，EM223，查阅数字量输入/输出 模块各类型型号特点，首先采用一个 EM222 的 8 继电器输出；扩展模块 EM222 的 6 I/O 地址范围是 Q2.0-Q2.7,不能满足控制要求，又因为 CPU224 能够扩展 7 个模 块，因为控制要求输出有 21 个，另需一个 EM223 的 DI4/DO4*DC 24V/继电器； 扩展模块 EM223 的 I/O 地址范围是 Q3.0-Q3.3;满足系统控制要求。本机与扩展 连接形式见图 3-1 模块连接图。 图 2-1 模块连接图 2.2 软件系统设计软件系统设计 2.2.12.2.1 I/OI/O 地址分配表地址分配表 I/O 信号在 PLC 接线图端子的地址分配是进行 PC 控制系统设计的基础。对 软件设计来说，分配 I/O 点地址以后才可以进行编程；对控制柜和 PLC 的外围接 线来说，只有 I/O 点地址确定以后，才可以绘制电气接线图、装配图，让装配人 员根据接线图和安装图安装控制柜。 由上硬件系统的选择可知控制系统由一个 CPU224 及两个扩展模块 EM222,EM223,各模块各分配地址如下: CPU224 基本单元的 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 第一个扩展模块 EM222 的 I/O 地址： Q2.0、Q2.1、Q2.2、Q2.3、Q2.4、Q2.5、Q2.6、Q2.7 第二个扩展模块 EM223 的 I/O 地址： Q3.0、Q3.1、Q3.2 PLC 输入输出接口地址分配表见表 2-1 7 表 2-1 PLC 输入输出接口地址分配表 输入接口地址： 序号工作名称文字符号输入口 1输煤机组手动控制开关SA1-1I0.0 2输煤机组自动控制开关SA1-2I0.1 3输煤机组自动开车按钮SB1I0.2 4输煤机组自动停车按钮SB2I0.3 5输煤机组紧急停车按钮SB3I0.4 6给料器磁选料器手动按钮SB4I0.5 71#送煤机手动按钮SB5I0.6 8破碎机手动按钮SB6I0.7 9提升机手动按钮SB7I1.0 102#送煤机手动按钮SB8I1.1 11回收机手动按钮SB9I1.2 12M1-M6，YA 运行正常信号KMI1.3 13M1-M6,YA 过载保护信号FRI1.4 输出接口地址： 序号工作名称文字符号输出口 1给料器磁选料器接触器KM1Q0.0 21#送煤机接触器KM2Q0.1 3破碎机接触器KM3Q0.2 4提升机接触器KM4Q0.3 52#送煤机接触器KM5Q0.4 6回收机接触器KM6Q0.5 72#送煤机 Y 形启动接触器KM7Q0.6 82#送煤机三角形启动接触器KM8Q0.7 9破碎机 Y 形启动接触器KM9Q1.0 10破碎机三角形启动接触器KM10Q1.1 11手动运行指示灯HL7Q2.0 12紧急停车指示灯HL8Q2.1 13系统正常运行指示灯HL9Q2.2 14系统故障运行指示灯HL10Q2.3 15报警电铃HAQ2.4 16输煤机组单机运行指示HL1Q2.5 17输煤机组单机运行指示HL2Q2.6 18输煤机组单机运行指示HL3Q2.7 19输煤机组单机运行指示HL4Q3.0 20输煤机组单机运行指示HL5Q3.1 21输煤机组单机运行指示HL6Q3.2 8 2.2.22.2.2 PLCPLC 控制电路接线图控制电路接线图 根据上述硬件选型及工艺要求，绘制 PLC 控制电路接线图，如图 2-2。 图 2-2I/O 接线图 2.3 梯形图梯形图 输煤机组的控制过程分为自动和手动控制方式。在自动控制模式下，要求各 负载从 M6 到 M1 逆序自动启动，并能从 M1 到 M6 顺序自动停止。同时，该输煤机 组还能在手动控制模式下进行点动，以便调试和维修。而且，该系统还能实现过 载保护、紧急停车和故障提醒功能，并有相应的指示报警功能。 9 所以， 我们应该主要采用定时器指令和顺序控制指令对本控制系统进行程序 设计。其梯形图如下： 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 2.4 语句表语句表 ORGANIZATION_BLOCK 主程序:OB1 TITLE=程序注释 BEGIN Network 1 / 网络标题 / 网络注释 LDSM0.1 SS0.0, 1 RS0.1, 14 Network 2 LSCRS0.0 Network 3 LDI0.1 AI0.2 ANI0.4 ANI1.4 SCRTS0.1 Network 4 SCRE Network 5 LDSM0.1 SM2.0, 1 TONT37, 50 Network 6 LDT37 SCRTS0.2 RM2.0, 1 Network 7 SCRE Network 8 LSCRS0.2 Network 9 LDSM0.1 LPS SQ0.5, 1 SQ3.2, 1 TONT38, 100 AI1.4 SCRTS2.0 LPP AI0.4 SCRTS2.2 Network 10 LDT38 SCRTS0.3 Network 11 SCRE Network 12 LDSM0.0 LPS SQ0.4, 1 TONT203, 100 ANT203 SQ0.6, 1 LRD AT203 SQ0.7, 1 RQ0.6, 1 LPP LPS SQ3.1, 1 TONT39, 100 AI1.4 SCRTS2.0 LPP AI0.4 SCRTS2.0 Network 13 LDT39 SCRTS0.4 Network 14 SCRE Network 15 LSCRS0.4 Network 16 LDSM0.0 LPS SQ0.3, 1 SQ3.0, 1 TONT40, 100 AI1.4 SCRTS2.0 LPP AI0.4 SCRTS2.2 Network 17 LDT40 SCRTS0.5 Network 18 SCRE Network 19 LSCRS0.5 Network 20 LDSM0.0 LPS SQ0.2, 1 26 TONT204, 100 ANT204 SQ1.0, 1 LRD AT204 SQ1.4, 1 RQ1.0, 1 LPP LPS SQ2.7, 1 TONT41, 100 AI1.4 SCRTS2.0 LPP AI0.4 SCRTS2.2 Network 21 LDT41 SCRTS0.6 Network 22 SCRE Network 23 LSCRS0.6 Network 24 LDSM0.0 LPS SQ0.1, 1 SQ2.6, 1 TONT42, 100 AI1.4 SCRTS2.0 LPP AI0.4 SCRTS2.2 Network 25 LDT42 SCRTS0.7 Network 26 SCRE Network 27 LSCRS0.7 Network 28 LDSM0.0 LPS SQ0.0, 1 SQ2.5, 1 TONT43, 100 AI1.4 SCRTS2.0 LPP AI0.4 SCRTS2.2 Network 29 LDT43 SCRTS1.0 Network 30 SCRE Network 31 LSCRS1.0 Network 32 LDSM0.0 SQ2.2, 1 AI0.3 SCRTS1.1 Network 33 SCRE Network 34 LSCRS1.1 Network 35 LDSM0.0 SM2.1, 1 TONT44, 50 Network 36 LDT44 SCRTS1.2 RM2.1, 1 Network 37 SCRE Network 38 LSCRS1.2 Network 39 LDSM1.0 RQ0.0, 1 RQ2.5, 1 RQ2.2, 1 TONT45, 100 Network 40 LDT45 SCRTS1.3 Network 41 SCRE Network 42 LSCRS1.3 Network 43 LDSM0.0 RQ0.1, 1 RQ2.6, 1 TONT46, 100 Network 44 LDT45 SCRTS1.4 Network 45 27 SCRE Network 46 LSCRS1.4 Network 47 LDSM0.0 RQ0.2, 1 RQ1.1, 1 RQ2.7, 1 TOFT47, 100 Network 48 LDT47 SCRTS1.5 Network 49 SCRE Network 50 LSCRS1.5 Network 51 LDSM0.0 RQ0.3, 1 RQ3.0, 1 TONT48, 100 Network 52 LDT48 SCRTS1.6 Network 53 SCRE Network 54 LSCRS1.6 Network 55 LDSM0.0 RQ0.4, 1 RQ0.7, 1 RQ3.1, 1 TONT49, 100 Network 56 LDT49 SCRTS1.7 Network 57 SCRE Network 58 LSCRS1.7 Network 59 LDSM0.0 RQ0.5, 1 RQ3.2, 1 SCRTS0.0 Network 60 SCRE Network 61 LSCRS2.0 Network 62 LDI1.4 SCRTS2.1 Network 63 SCRE Network 64 LSCRS2.1 Network 65 LDSM0.0 LPS ANT205 =M2.2 LRD =Q2.3 LRD TONT205, 200 LRD RQ0.0, 10 LRD RQ2.5, 6 LPP RQ2.2, 1 Network 66 LDNI1.4 SCRTS0.0 Network 67 SCRE Network 68 LSCRS2.2 Network 69 LDI0.4 SCRTS2.3 Network 70 SCRE Network 71 LSCRS2.3 Network 72 LDSM0.0 LPS ANT206 =Q2.4 LRD TONT206, 100 LRD RQ2.2, 1 LRD RQ2.5, 6 LRD RQ0.0, 10 LRD ANT207 =Q2.1 28 LRD ANT208 TONT207, 10 LPP AT207 TONT208, 10 Network 73 LDNI0.4 SCRTS0.0 Network 74 SCRE Network 75 LDM2.0 OM2.1 OM2.2 OM2.3 =Q2.4 Network 76 LDSM0.1 AI0.1 SS0.0, 1 Network 77 LDI0.0 ANI0.4 ANI1.4 =M0.0 Network 78 LDM0.0 =Q2.0 AI0.5 =Q0.0 =Q2.5 Network 79 LDM0.0 AI0.6 =Q0.1 =Q2.6 Network 80 LDM0.0 AI0.7 LPS =Q0.2 TONT200, 100 ANT200 ANQ1.1 =Q1.0 LRD AT200 ANQ1.0 =Q1.1 LPP =Q2.7 Network 81 LDM0.0 AI1.0 =Q0.3 =Q3.0 Network 82 LDM0.0 AI1.1 LPS =Q0.4 TONT201, 100 ANT201 ANQ0.7 =Q0.6 LRD AT201 ANQ0.6 =Q2.7 LPP =Q3.1 Network 83 LDM0.0 AI1.2 =Q0.5 =Q3.2 Network 84 LDQ0.0 OQ0.1 OQ0.2 OQ0.3 OQ0.4 OQ0.5 LPS EU =M0.1 LPP ED =M0.2 Network 85 LDM0.1 OM0.2 SQ2.4, 1 Network 86 LDQ2.4 TONT202, 30 Network 87 LDT202 RQ2.4, 1 END_ORGANIZATION_BLO CK 29 SUBROUTINE_BLOCK SBR_0:SBR0 TITLE=子程序注释 BEGIN Network 1 / 网络标题 / 网络注释 END_SUBROUTINE_BLOCK INTERRUPT_BLOCK INT_0:INT0 TITLE=中断程序注释 BEGIN Network 1 / 网络标题 / 网络注释 END_INTERRUPT_BLOCK 30 设计总结设计总结 通过本次设计，我学到了不少东西，首先把机电传动第六章和第七章的内容 重新复习了下，这对以后的考试是很有帮助的。其次也学到了不少新东西，学会 了如何用编程软件来编写梯形图，刚学 PLC 时，感觉很陌生，现在感觉梯形图和 指令表不是那么难了。在用 CAD 画主电路和接线图时，又把 CAD 仔细复习了下， 总之这次设计不仅学到了新东西，也复习了以前的很多旧知识，很有意义。 在设计过程中通过同一控制对象两种控制方式的对比， 再一次直观地证明了 PLC 控制的优越性先进性，在实践中探索答案，具有极强地说服力。这次课程设 计使我加深巩固了基础知识，更加深刻的把握到基础知识的重要，了解了本专业 的具体应用范围和未来