输煤机组系统的PLC控制.doc

JIUJIANG UNIVERSITY毕 业 设 计 题 目 锅炉车间输煤机组系统PLC控制英文题目 The PLC control unit for Boiler plant coal handling system 院 系 XXXXXXXXXXXXXXXXXXXX 专 业 机械设计制造及其自动化 姓 名 XXXXXX 年 级 XXXXXXXXXXXXXX 指导教师 XXX XXX年XXX月摘 要传统的发电厂输煤系统是一种基于继电接触器和人工手动方式的半自动化系统。由于输煤系统现场环境十分恶劣，不仅极大损害了工人的身体健康，而且由于输煤系统范围大，经常有皮带跑偏、皮带撕裂及落煤管堵塞等等麻烦，大大降低了发电厂的生产效率。随着发电厂规模的扩大，对煤量的需求大大提高，传统的输煤系统已无法满足发电厂的需要。通过对PLC的应用，对火电厂的配煤系统进行了设计，对原有的传统手动配煤方式进行了优化和改进。本课题的主要目标是改变以往配煤系统的传统手动配煤方式，提高运行人员工作效率，从煤源上进行煤量配比控制，解决电厂的配煤问题，提高电厂的燃煤效率和经济效益。现在电厂使用煤种的多样性和不稳定性，再加上各种工业环境的影响，我们要找出影响配煤效率的主要技术难点，利用PLC控制，尽可能的降低煤损耗，提高煤的利用率，提高电厂产值效益。【关键字】 PLC；输煤机组AbstractTraditional power plant coal handling system is based on relay contacts and artificial semi-automatic system manually. The coal handling system on-site environment is very bad, not only greatly damage the health of workers, and because the coal handling system range, wandering belt, belt tear and coal drop pipe plug trouble, greatly reduce the power plant productivity. With the expansion of power plants, the amount of the demand for coal has greatly improved the traditional coal handling system has been unable to meet the needs of power plants.PLC by the application of the blending system of thermal power plants were designed, blending the original traditional way of manually optimized and improved. The main objective of this project is to change the past, blending the traditional manual system of blending methods, improving the efficiency of operating personnel, the source from coal ratio control on the amount of coal. Now use the coal power plant diversity and instability, coupled with the environmental impact of various industries, we have to find the efficiency of blending the main technical difficulties, the use of PLC control, reduce coal consumption as much as possible to improve coal utilization, increase power output efficiency.【Key words】 PLC; Coal handling system目 录前 言1第一章 概论21.1 输煤系统的概述21.2可编程控制器（PLC）概述21.3本文的主要研究工作5第二章 输煤系统总体控制方案设计72.1 输煤系统的工艺分析72.2 锅炉车间输煤机组控制系统设计任务书72.2.1 锅炉车间输煤机组控制72.2.2 输煤机组控制要求82.3锅炉车间输煤机组控制系统总体方案设计92.4锅炉车间输煤机组控制原理图设计102.5 本章小结10第三章 锅炉车间输煤机组控制系统的PLC控制系统设计123.1 PLC控制系统设计的基本原则和机型的选择123.1.1 PLC控制系统设计的基本原则123.1.2 PLC机型的选择133.2 锅炉车间输煤机组PLC控制系统的硬件配置163.2.1 PLC控制系统的输入输出（I/O）设备及I/O点确定与分配163.2.2 PLC控制系统的外部I/O连接图和主电路图163.3 PLC控制系统的硬件配置183.4 本章小结20第四章 输煤机组控制的PLC控制系统程序设计214.1锅炉输煤机组的功能图图和步进梯形图设计214.2 车间运煤机组系统控制的PLC控制程序编写254.2.1 PLC控制程序的编程语言254.2.2 编程软件简单介绍264.2.3 PLC控制程序的编制274.3本章小结36第五章 锅炉车间输煤机组系统的PLC控制程序模拟仿真375.1锅炉车间输煤机组的梯形图窗口仿真375.2锅炉车间输煤机组的时序图窗口仿真395.3软元件数字仿真425.4本章小结43总 结44附 录45参考文献46谢 辞4825前 言 可编程控制器（Programmable Controller）和可编程序逻辑控制器(Programmable Logic Controller)简称PC或PLC。一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。并逐渐发展成为以微处理器为核心，将自动化技术、计算机技术、通讯技术融为一体的新型工业控制装置。并通过数字和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。目前，PLC被广泛应用于各种生产机械和生产过程的自动控制中。锅炉房输煤系统由多个环节组成，由于工作环境恶劣，因此要求尽可能实现远程控制。改造前锅炉房输煤系统采用继电器控制，继电器控制虽然在室内生产中应用广泛。但是电器控制系统有以下缺点：体积大、可靠性低、查找和排除故障困难等，特别是其接线复杂、不易更改，对生产工艺变化的适应性差。因此根据现场要求，对输煤控制系统改进为PLC控制。以适应当前高效、安全的控制要求。随着社会的发展，PLC在锅炉车间输煤机组系统的开发应用越来越广泛，用于编程、对系统作一些设定、监控等等。本论文主要讲述锅炉输煤机组电器控制要求为根据，进而为系统的PLC的控制做铺垫，编写PLC程序，同时运用PLC的仿真软件对其进行仿真。本论文的目的是让我们了解到了，PLC的方便的编程模式，及与电器控制电路简单的组合就可以发挥出其强大功能，让我对其有了更加深刻的了解。同时本论文也相当于对锅炉输煤机组控制的系统的进一步升级和优化，提高劳动人们的生产效率。第一章 概论1.1 输煤系统的概述(1)输煤系统定义从卸煤点至煤场及从煤场至锅炉煤仓之间煤的运送设备及其控制设备。(2)输煤系统设备给煤机，输送机， 环锤式碎煤机，筛分设备，提升机，除渣除铁器，仓壁振动器，电液动（可变槽角）犁式卸料器，锅炉辅机等 。（3）传统输煤系统设备传统的火力发电厂燃煤输送系统主要设备配置：储煤场、给煤机、1号皮带输送机、倾斜式滚轴筛、环锤式粗破机、2号皮带输送机、环锤式细破机、3号皮带输送机、除铁器、除尘器、采样器、卸料器、锅炉储煤仓。 （4）新型输煤系统设备新型带有Zndp型系列破碎机的新型燃煤输送系统，它的主要设备配置有：储煤场、给煤机、1号皮带输送机、倾斜式滚轴筛、Zndp型破碎机、2号皮带输送机、除铁器、除尘器、采样器、卸料器、锅炉储煤仓。 新型燃煤输送系统选配了, Zndp型系列破碎机作为燃煤输送系统主要设备，将粗破机和细破机合为一体，并减少了一组皮带输送机。这样就有以下几个突出的优点：第一，设备成本减少，系统布局紧凑，输送破煤楼占地缩小，整个基础设施经费投入得到有效压缩。第二，减少了破碎和输送环节，故障率就会得到有效降低，更加保证了整个系统设备的正常运转。第三，设备减少，整体能耗降低，单以破碎机与国内同类产品相比，一年可节约30多万元。 第四，密封性能好，设备环境优良，长时间稳定型好，检修周期约为一年，降低运行成本。1.2可编程控制器（PLC）概述（1）可编程控制器（PLC）的概念20世纪80年代，国际电工委员会（IEC）在PLC标准草案中对PLC的定义是：“可编程控制器（Programmable Logic Controller，PLC）是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下的应用而设计。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术操作等面向用户的指令，并通过数字式或模拟式的输入/输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关外围设备，都按易于工业系统联成一个整体，按易于扩充其功能的原则设计。”从定义可以看出PLC是“专为在工业环境下应用而设计”的工业计算机，而且采用“面向用户的指令”即编程方便，功能强大。目前，PLC的应用领域已经渗透到产业界的每个角落，包括机械制造、装卸、造纸、纺织、钢铁、采矿、水泥、石油、化工、电力、汽车、建材、船舶、高层建筑、交通运输、食品、环保和娱乐等行业5。（2）PLC的特点与分类在当前工控领域，PLC已经成为一种通用的工业自动化设备，不仅顺应了工业自动化的客观要求，而且还具有许多适合工业控制的独特优点。 PLC的生产厂家在硬件和软件方面都采用了一些抗干扰措施，使得其抗干扰能力强，可靠性高。 PLC产品已经成系列化生产，品种齐全，满足了用户的各种不同要求，适应性强，应用灵活。 PLC的通信接口和扩展总线接口均已实现标准化，可实现工业控制接口的方便连接。 PLC采用梯形图语言编程，容易掌握和编写，并且各个生产厂家均已推出自己的编程软件和仿真软件，使得控制系统的设计，调试更加方便。 PLC具有完善的自诊断、履历情报存储及状态运行监视功能，使用和维修都很方便。PLC产品的种类繁多，其规格和性能也各不相同。按其硬件的结构大致形式可分为：整体式、模块式和混合式。而按照其控制规模（主要指输入/输出的点数）可分为：微型（I/O总点数小于64）、小型（I/O总点数大于64小于256）、中型（I/O总点数大于256小于2048）和大型（I/O总点数大于2048）。一般地，微型和小型PLC采用整体式结构，即将所有电路安装于1个机箱内作为基本单元外，可以通过并行接口电路连接I/O扩展单元。而中型以上的PLC多采用模块式结构。PLC控制系统是以程序形式来体现其控制功能的，大量的工作时间将用在软件设计，也就是程序编程设计上。由于PLC内部继电器数量大，其接点在内存允许的情况下可重复使用，具有存储数量大、执行速度快等特点，所以采用此设计方法可缩短设计周期。（3）锅炉车间输配煤系统选用PLC的几大要素可靠性高，抗干扰能力强由于锅炉车间存在煤灰粉尘多，设备分散，场地面积大等各种特殊环境问题，再加上各种大型设备运行时的振动、温度等干扰，决定了火电厂所使用的控制系统必须具备很高的可靠性和超强的抗干扰能力，PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。施耐德公司的MODICON系列PLC在近年来一直受到国内各大型火电厂的青睐，它的PLC模块都具有可扩充的结构，并且所有的模块都能带电插拔，任何模块没有槽位的限制，机架板和模块分离，便于更换和维护，同时，可以避免现场感应电对其产生影响，很适合工业及生产过程的实时控制。使用冗余的CPU，PLC的无故障工作时间则可以达到更长，更加保证了整个系统的可靠性。从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点己减少到数百甚至数千分之一，可以大大降低故障发生率。除此之外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障的时候，PLC会自动发出故障警报，提示现场人员目前所出现的故障状态。在编程软件或者监控软件中，还可以根据现场情况，编写故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样一来，可以使PLC具有相当高的可靠性和稳定性，适合用于锅炉车间这种环境恶劣的现场。配套齐全，功能完善，适用性强锅炉车间辅助控制系统涉及到很多不同控制领域，包括温度，位置等，因此，单一的控制系统不能满足它复杂的控制要求，而PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。最近这些年来，各种PLC的功能单元大量涌现，使PLC可以大量应用到位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中，再加上PLC通信能力的增强，人机监控界面技术的大大发展，在各种控制系统中应用PLC都变得更加容易，除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。操作简单上手，便于电厂基层运行员工普及掌握锅炉车间由于分工细化，维护和运行操作人员是完全分开的，平时操作的运行人员不需要了解太多电气原理和内部结构，只需要操作方便，上手简单，处理问题快捷就可以;而维护人员有很多对计算机或者编程语言并不熟悉，因此，如果使用大批量的编程语言或者计算机汇编，对现场的基层人员来说相对较为困难。而PLC可以很好的解决这些问题，作为通用工业控制计算机，PLC本身就是面向工矿企业的工控设备，它接口容易，而程序大多数采用梯形图语言，其中的图形符号的表达方式和电器电路图相当接近，而且看上去简洁明了，对长期在电厂工作的电气工来说，他们只需要了解开关量逻辑控制指令就可以方便地看懂大部分程序及其功能。INTOUCH的中文人机界面也为运行人员提供了方便，可以让运行人员方便的找到所有需要操作的设备，操作简单，画面简单直接明了，报警和历史功能也便于操作人员作记录和反馈。硬件维护方便，容易改造锅炉车间的设备更新换代和设备损耗率较高，而且根据国家环保和发电要求，经常要出现硬件维护或者改造的情况，而PLC用存储逻辑代替接线逻辑，减少了控制设备外部的接线，即可以缩短建造工期，也可以降低维护的难度。同时，硬件维护很方便，特别是目前的施耐德的MODICON模块均支持热插拔，维护很方便，增加设备点和改换设备点，只需要柜内对应得线头和模块对应位置改换一下就可以了，便于维护，更有利于改造时候增减设备l。1.3本文的主要研究工作本文的主要研究工作是对锅炉车间输煤机组进行优化和修改，增加其使用性能和适用能力；对锅炉车间输煤机组系统的PLC控制，利用对应的专用仿真软件GX developer 7.0 对PLC编程仿真。具体研究的问题有：（1）锅炉车间输煤系统的工艺分析优化及修改，所以作总体控制方案设计和概述；（2）基于锅炉车间输煤机组的电气系统的设计；（3）基于PLC控制的输煤系统的PLC选型、程序设计、编程；（4）基于PLC控制的输煤系统的PLC程序的仿真软件GX Deverloper7.0对其进行仿真；（5）基于输煤系统和PLC控制的整体系统的连接。第二章 输煤系统总体控制方案设计2.1 输煤系统的工艺分析输煤控制系统是火力发电厂的重要组成部分，其作用就是将煤从煤场输送到煤仓。由于煤场离煤仓距离较远，所以组成输煤系统的环节较多。输煤系统由卸煤、上煤、配煤等环节所组成，设备分散且与控制室相距较远，又由于整个输煤过程中，不可避免的煤粉飞扬，使得整个系统环境非常恶劣，这些都决定了必须提高输煤系统的自动化水平。输煤系统国内普遍采用皮带运输的方式，该方式结构简单、运输的长短便于调整、负荷便于分担、便于添加中间环节。2.2 锅炉车间输煤机组控制系统设计任务书2.2.1 锅炉车间输煤机组控制 输煤机组控制系统示意图如图2-1所示，输煤机组控制信号说明见表2-2。图2-1 输煤机组控制系统示意图表2-1 输煤机组控制信号说明书 输 入输 出文字符号说 明文字符号说 明SA1-1输煤机组手动控制开关KM1给料器和磁选料器接触器SA1-2输煤机组自动控制开关KM21#送煤机接触器SB1输煤机组自动开车按钮KM3破碎机接触器SB2输煤机组自动停车按钮KM4提升机接触器SB3输煤机组紧急停车按钮KM52#送煤机接触器SB4给料器和磁选料器手动按钮KM6回收机接触器SB51#送煤机手动按钮HL7手动运行指示灯SB6破碎机手动按钮HL8紧急停车指示灯SB7提升机手动按钮HL9系统正常运行指示灯SB82#送煤机手动按钮HL10系统故障指示灯SB9回收机手动按钮HA报警电铃KMM1M6，YA运行正常信号HL16输煤机组单机运行指示FRM1M6，YA过载保护信号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，手动时单机操作使用。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。2.2.2 输煤机组控制要求(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。正常开车 按下自动开车按钮SB1，音响提示5s后，回收电动机M6起动运行并点亮HL6指示灯；10s后，2#送煤电动机M5电动机起动运行并点亮HL5指示灯；10s后，提升电动机M4起动运行并点亮HL4指示灯；10s后，破碎电动机M3起动运行并点亮HL3指示灯；10s后，1#送煤电动机M2起动运行并点亮HL2指示灯；10s后，给料器电动机M1和磁选料器YA起动运行并点亮HL1指示灯；10s后，点亮HL9系统正常运行指示灯，输煤机组正常运行。正常停车 按下自动开车按钮SB2，音响提示5s后，给料器电动机M1和磁选料器YA停车并熄灭HL1指示灯，同时，熄灭HL9系统正常运行指示灯；10s后，1#送煤电动机M2停车并熄灭HL2指示灯；10s后，破碎电动机M3停车并熄灭HL3指示灯；10s后，提升电动机M4停车并熄灭HL4指示灯；10s后，2#送煤电动机M5电动机停车并熄灭HL5指示灯；10s后，回收电动机M6停车并熄灭HL6指示灯；输煤机组全部正常停车。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。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。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。(3) 相关参数M1M6及磁选料器YA功率如图11-11中所示。指示灯HL：0.25W，DC24V。电铃HA：8W，AC220V。2.3锅炉车间输煤机组控制系统总体方案设计为了保证输煤系统的正常、可靠运行，该系统应满足以下要求；（1）供煤时，各设备的启动、停止必须遵循特定的顺序，即对各设备进行联锁控制；（2）各设备启动和停止过程中，要合理设置时间间隔（延时）。启动，停车延时统一设定为10s。启动延时是为保证无煤堆积以发生故障；停车延时是为保证停车时破碎机等为空载状态； （3）运行过程中，某一台设备发生故障时，应立即发出报警并自动停车，其整个输煤设备也立即停车。此外在现场也有控制系统装置运行的按钮； （4）可在线选择启动备用设备。在特殊情况下可开启另一套备用设备，由两条输煤线的有关设备组成交叉供煤方式； （5）可显示各机电设备运行状况，在集中控制室即可控制系统设备启停。2.4锅炉车间输煤机组控制原理图设计主电路设计如下； 锅炉车间运煤机组系统主电路图如图2-2所示图2-2 锅炉车间运煤机组系统主电路图主回路中交流接触器KM1、KM2、KM3、KM4、KM5、KM5分别控制三相异步电动机M1M6电动机M1、M2、M3、M4、M5、M6由热继电器FR1、FR2、FR3、FR4、FR5、FR6实现过载保护。 QF为电源总开关，既可完成主电路的短路保护，又起到分断三相交流电源的作用，使用和维修方便。熔断器FU1、FU2、FU3、FU4、FU5、FU6分别实现各负载回路的短路保护。 2.5 本章小结本章先对锅炉车间输煤机组控制系统作了简单的工艺分析，再根据锅炉车间输煤机组的实际工作要求，作出系统设计任务书，画出输煤系统控制示意图，和输煤机组输煤控制信号说明书。最后构思出锅炉输煤机组控制系统的总体设计方案和锅炉车间输煤机组控制原理图，将整个系统的电器控制部分设计出来，为下面章节的PLC系统设计作铺垫。第三章 锅炉车间输煤机组控制系统的PLC控制系统设计根据锅炉车间输煤机组的工作要求和运动循环过程，选用PLC作为控制系统的控制器，确定I/O点数，并对控制系统硬件进行设计，同时对PLC控制系统进行软件编程和模拟仿真。PLC控制系统是以程序形式来体现其控制功能的，大量的工作时间将用在软件设计，也就是程序编程设计上。由于PLC内部继电器数量大，其接点在内存允许的情况下可重复使用，具有存储数量大、执行速度快等特点，所以采用此设计方法可缩短设计周期。3.1 PLC控制系统设计的基本原则和机型的选择3.1.1 PLC控制系统设计的基本原则任何一种控制系统都是为了实现被控对象的工艺要求，以提高生产效率和产品质量。因此，在设计PLC控制系统时，应遵循以下基本原则：（1）最大限度地满足被控对象的控制要求充分发挥PLC的功能，最大限度地满足被控对象的控制要求，是设计PLC控制系统的首要前提，这也是设计中最重要的一条原则。这就要求设计人员在设计前就要深入现场进行调查研究，收集控制现场的资料，收集相关先进的国内、国外资料。同时要注意和现场的工程管理人员、工程技术人员、现场操作人员紧密配合，拟定控制方案，共同解决设计中的重点问题和疑难问题。（2）保证PLC控制系统安全可靠保证PLC控制系统能够长期安全、可靠、稳定运行，是设计控制系统的重要原则。这就要求设计者在系统设计、元器件选择、软件编程上要全面考虑，以确保控制系统安全可靠。例如：应该保证PLC程序不仅在正常条件下运行，而且在非正常情况下（如突然掉电再上电、按钮按错等），也能正常工作。（3）力求简单、经济、使用及维修方便一个新的控制工程固然能提高产品的质量和数量，带来巨大的经济效益和社会效益，但新工程的投入、技术的培训、设备的维护也将导致运行资金的增加。因此，在满足控制要求的前提下，一方面要注意不断地扩大工程的效益，另一方面也要注意不断地降低工程的成本。这就要求设计者不仅应该使控制系统简单、经济，而且要使控制系统的使用和维护方便、成本低，不宜盲目追求自动化和高指标。（4） 适应发展的需要由于技术的不断发展，控制系统的要求也将会不断地提高，设计时要适当考虑到今后控制系统发展和完善的需要。这就要求在选择PLC、输入/输出模块、I/O点数和内存容量时，要适当留有裕量，以满足今后生产的发展和工艺的改进。3.1.2 PLC机型的选择 随着PLC的推广普及，PLC产品的种类和型号越来越多，功能日趋完善。从美国，日本、德国等国家引进的PLC产品及国内厂商组装或自行开发的PLC产品已有几十个系列。上百种型号。其结构形式、性能、容量、指令系统，编程方法、价格等各有不同，适用的场合也各有侧重。因此，合理选择PLC产品，对于提高PLC控制系统的技术经济指标起着重要作用。一般来说，各个厂家生产的产品在可靠性上都是过关的，机型的选择主要是指在功能上如何满足自己需要，而不浪费机器容量。PLC的选择主要包括机型选择，容量选择，输入输出模块选择、电源模块选择等几个方面。（1）可编程控制器控制系统I/O点数估算I/O点数是衡量可编程控制器规模大小的重要指标。根据被控对象的输入信号与输出信号的总点数，选择相应规模的可编程控制器并留有10%15%的I/O裕量。估算出被控对象上I/O点数后，就可选择点数相当的可编程控制器。如果是为了单机自动化或机电一体化产品，可选用小型机，如果控制系统较大，输入输出点数较多，被控制设备分散，就可选用大、中型可编程控制器。（2）内存估计用户程序所需内存容量要受到下面几个因素的影响：内存利用率；开关量输入输出点数；模拟量输入输出点数。内存利用率 用户编的程序通过编程器键入主机内，最后是以机器语言的形式存放在内存中，同样的程序，不同厂家的产品，在把程序变成机器语言存放时所需要的内存数不同，我们把一个程序段中的接点数与存放该程序段所代表的机器语言所需的内存字数的比值称为内存利用率。高的利用率给用户带来好处。同样的程序可以减少内存量，从而降低内存投资。另外同样程序可缩短扫描周期时间，从而提高系统的响应。开关量输入输出的点数 可编程控制器开关量输入输出总点数是计算所需内存储器容量的重要根据。一般系统中，开关量输入和开关量输出的比为6：4。这方面的经验公式是根据开关量输入、开关量输出的总点数给出的。所需内存字数=开关量（输入+输出）总点数*10 模拟量输入输出总点数 具有模拟量控制的系统就要用到数字传送和运算的功能指令，这些功能指令内存利用率较低，因此所占内存数要增加。 在只有模拟量输入的系统中，一般要对模拟量进行读入、数字滤波、传送和比较运算。在模拟量输入输出同时存在的情况下，就要进行较复杂的运算，一般是闭环控制，内存要比只有模拟量输入的情况需要量大。在模拟量处理中。常常把模拟量读入、滤波及模拟量输出编成子程序使用，这使所占内存大大减少，特别是在模拟量路数比较多时。每一路模拟量所需的内存数会明显减少。下面给出一般情况下的经验公式：只有模拟量输入时：内存字数=模拟量点数*l00模拟量输入输出同时存在时：内存字数模拟量点数*200这些经验公式的算法是在10点模拟量左右，当点数小于10时，内存字数要适当加大，点数多时，可适当减小。综上所述，推荐下面的经验计算公式：总存储器字数（开关量输人点数+开关量输出点数）*l0+模拟量点数*150。然后按计算存储器字数的25%考虑裕量。（3）响应时间对过程控制，扫描周期和响应时间必须认真考虑。可编程控制器顺序扫描的工作方式使它不能可靠地接收持续时间小于扫描周期的输入信号。例如某产品有效检测宽度为5cm，产品传送速度每分钟50m，为了确保不会漏检经过的产品，要求可编程控制器的扫描周期不能大于产品通过检测点的时间间隔60ms（T5cm 50m60s）。系统响应时间是指输入信号产生时刻与由此而使输出信号状态发生变化时刻的时间间隔。系统响应时间输入滤波时间+输出滤波时间+扫描周期.（4）输入输出模块的选择可编程控制器输入模块是检测并转换来自现场设备（按钮、限位开关；接近开关等）的高电平信号为机器内部电平信号，模块类型分直流5、12、24、48、60V几种；交流115V和220V两种。由现场设备与模块之间的远近程度选择电压的大小。一般5、12、24V属低电平，传输距离不宜太远，例如5V的输入模块最远不能超过10m，也就是说，距离较远的设备选用较高电压的模块比较可靠。另外高密度的输入模块如32点、64点，同时接通点数取决于输入电压和环境温度。一般讲，同时接通点数不得超过60%。为了提高系统的稳定性，必须考虑门槛（接通电平与关断电平之差）电平的大小。门槛电平值越大，抗干扰能力越强，传输距离也就越远。输出模块的任务是将机器内部信号电平转换为外部过程的控制信号。对于开关频繁、电感性、低功率因数的负载，推荐使用晶闸管输出模块，缺点是模块价格高；过载能力稍差。继电器输出模块优点是适用电压范围宽，导通压降损失小，价格便宜，缺点是寿命短，响应速度慢。输出模块同时接通点数的电流累计值必须小于公共端所允许通过的电流值。输出模块的电流值必须大于负载电流的额定值。（5）结构型式的考虑PLC的结构分为整体式和模块式两种。整体式结构把PLC的I/O和CPU放在一块大印刷电路板上，节省了插接环节，结构紧凑，体积小，每一I/O点的平均价格也比模块式的便宜，所以小型PLC控制系统多采用整体式结构。模块式PLC的功能扩展，I/O点数的增减，输入与输出点数的比例，都比整体式方便灵活。维修时更换模块，判断与处理故障快速方便。因此，对于较复杂的要求较高的系统，一般选用模块式结构。（6）是否需要通讯联网的功能大部分小型PLC都是以单机自动化为目的，一般没有和上位计算机通讯的接口。如果用户要求将PLC纳入工厂自动化控制网络，就应选用带有通讯接口的PLC。一般大、中型PLC都具有通讯功能。近年来，一些高性能的小型机（如FX、C40H、S5-100U等）也带有通讯接口，通过RS-232串行接口，与上位计算机或另一台PLC相连，也可以连接打印机、CRT等外部设备。以上简要地介绍了PLC选型的依据和应考虑的几个问题，用户应根据生产实际的需要，综合考虑各种因素，选择性能价格比合适的产品，使被控对象的控制要求得到完全满足，也使PLC的功能得到充分发挥。3.2 锅炉车间输煤机组PLC控制系统的硬件配置硬件配置是PLC控制系统设计的重要内容，主要以PLC为核心来进行设计，设计内容包括确定I/O设备、I/O点的确定与分配、外部I/O连接图和主电路图的绘制（硬件设计）、PLC的硬件配置。3.2.1 PLC控制系统的输入输出（I/O）设备及I/O点确定与分配（1）输入设备输入设备是用以产生输入控制信号的设备，在本文的锅炉车间输煤机组的PLC控制系统中主要有：控制运行方式选择开关；急停按钮、启动按钮和停止按钮；手动运行操作方式下的各个手动开关；工作台1上的光电感应开关（传感器）；各个极限位置上的磁性限位开关；控制界面触摸屏（操作开关、按钮）。（2）输出设备与驱动控制器件输出设备与驱动控制器件是由PLC输出信号驱动的执行元件，在本文锅炉车间输煤机组的PLC控制系统中的输出设备与驱动控制器件是自动开车按钮SB，自动停车车按钮SB2；三相异步电动机M1M6和一台磁选料器YA；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；工作状态指示灯和其他指示灯；控制界面触摸屏（运行监控情况）。3.2.2 PLC控制系统的外部I/O连接图和主电路图硬件设计主要是绘制PLC的外部I/O连接图，以及其他的电气控制接线图。根据具体分配的I/O可以非常容易的绘制出PLC控制系统的外部I/O连接图。并结合PLC的运行要求和输煤机组控制的整体系统可以绘制出整个系统的主电路图。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。正常开车按下自动开车按钮SB1, 正常停车按下自动开车按钮SB2.为了保证在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。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. 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.(1)硬件结构设计。了解各个控制对象的驱动要求，如：驱动电压的等级为DC24V；分析对象的控制要求，确定输入/输出接口（I/O）数量；输入端口13个输出端口17个，确定所控制参数的精度及类型，选择适合的PLC机型及外设，PLC选择三菱FX2N-32MT-D完成PLC硬件结构配置.(2) 根据上述硬件选型及工艺要求，绘制PLC控制电路接线图，编制I/O接线图，编制I/O接口功能表。(3) PLC输入回路中，信号电源由PLC本身的24V直流电源提供，所有输入COM端短接后接入PLC电源DC24V的（）端。输入口如果有有源信号装置，需要考虑信号装置的电源等级和容量，最好不要使用PLC自身的24V直流电源，以防止电源过载损坏或影响其他输入口的信号质量。 表3-1和表3-2分别为输煤机组控制系统PLC输入和输出接口功能表。表3-1输煤机组控制系统PLC输入接口功能表序号工位名称文字符号输入口1输煤机组手动控制开关SA1-1X02输煤机组自动控制开关SA1-2X13输煤机组自动开车按钮SB1X24输煤机组自动停车按钮SB2X35输煤机组紧急停车按钮SB3X46给料器和磁选料器手动按钮SB4X571#送煤机手动按钮SB5X68破碎机手动按钮SB6X79提升机手动按钮SB7X10102#送煤机手动按钮SB8X1111回收机手动按钮SB9X1212M1M6，YA运行正常信号KMX1313M1M6，YA过载保护信号FRX14表3-2 输煤机组控制系统PLC输出接口功能表序号工位名称文字符号输入口1给料器和磁选料器接触器KM1Y021#送煤机接触器KM2Y13破碎机接触器KM3Y24提升机接触器KM4Y352#送煤机接触器KM5Y46回收机接触器KM6Y57手动运行指示灯HL7Y158紧急停车指示灯HL8Y169系统正常运行指示灯HL9Y1710系统故障指示灯HL10Y2011报警电铃HAY1412输煤机组单机运行指示HL1Y613输煤机组单机运行指示HL2Y714输煤机组单机运行指示HL3Y1015输煤机组单机运行指示HL4Y1116输煤机组单机运行指示HL5Y1217输煤机组单机运行指示HL6Y133.3 PLC控制系统的硬件配置根据输入元件和输出元件的型号和数量，确定PLC的硬件配置，包括PLC机型的容量的选择，输入模块的电压和接线方式，输出模块的输出形式等。根据前文的预选PLC的型号，可以确定已经满足了控制系统的要求，所以确定PLC的型号为FX2N-32MR-ES/UL，一台。而FX2N-32MR-ES/UL型可编程控制器输入模块上的接线端子包括可编程控制器的电源端子L和N（L和N间一般接交流220V）、接地端子、DC 24V端子（供传感器使用）、源型和漏型输入选择S/S、16个输入端子X。输出模块上的接线端子包括COM端子和16个输出端子Y。PLC的机型结构选择整体式的基本单元，因为这已经能够满足要求了。其他配置均按照上文的说明图3-1 PLC外部接口图3.4 本章小结本章首先论述了锅炉车间输煤机组系统的PLC设计原则和PLC机型的选择，其次论述了锅炉车间机组PLC控制系统的硬件配置，特别是外部I/O的连接图和主电路图，同时列出了输煤机组控制系统PLC输入接口功能表和输出接口功能表，为下面PLC程序的设计做出铺垫。第四章 输煤机组控制的PLC控制系统程序设计4.1锅炉输煤机组的功能图图和步进梯形图设计PLC的程序设计是指用户编写程序的设计过程，即以指令为基础，结合被控对象工艺过程的控制要求和现场信号，对照PLC软继电器编号，画出流程图，然后用编程语言进行编程的过程。由于PLC的控制功能以程序的形式体现，程序代表着各种器件之间的逻辑关系，所以程序设计是一个重要的环节。顺序控制就是按照生产工艺预先规定的顺序，在各个输入信号的作用下，根据内部状态和时间的顺序，使生产过程中各个执行机构自动而有序地工作。顺序控制设计法是一种先进的程序设计方法，主要根据控制设计梯形图的。如上所述，顺序控制设计法对本文设计的PLC程序更容易实现和编程简单。所以采用这种设计方法进行本文的程序设计。所以现在设计控制的功能流程图和状态转移图。（1）设计功能流程图 划分工作阶段，确定步根据输煤机组的顺序工作过程，把工作过程划分为几个工作阶段，即确定步。首先确定初始步，初始步就是标志着输煤机组的顺序工作过程的开始。根据输煤机组的顺序工作过程可知，其初始位置是整个系统处于初始状态，即各机组都处于停车状态。此时如果工作台1有工件，则开始下一次工作过程。每次工作过程完成后均处于初始位置。因此，把该位置时的状态作为初始步。其次确定工作步，由输煤机组的顺序工作过程可知，输煤机组一次工作自动循环中包含16个阶段：音响提示状态（启动），回收机进入运行状态，2号送煤机进入运行状态，提升机进入运行状态，破碎机进入运行状态，1号送煤机进入运行状态，给料器和磁选料器机入运行状态，进入自动停车状态，给料器和磁选料器进入自动停车状态，1号送煤机进入自动停车状态，破碎机进入自动停车状态，提升机进入自动停车状态，2号送煤机进入自动停车状态，回收机进入自动停车状态，。可将这16个工作阶段作为12个工作步。 确定转移和转移条件由输煤机组的顺序工作过程可知，控制过程进行的顺序如图4-1所示。图4-1锅炉机组的工作过程图图4-1表明了锅炉机组工作时的转移和转移条件。启动和停车过程可用定时器来控制其持续时间，即定时器的触点作为转移条件。 确定负载。由锅炉机组的控制原理图可知，各工作阶段的负载如表4-1所列。表4-1 锅炉机组各工作阶段及负载序号顺序工作阶段选定状态继电器负载1输煤机组自动运行的初始阶段S0无负载2音响提示状态S20电铃（Y14）；定时器13回收机进入自动运行阶段S21Y5通电；Y13通电；定时器242号送煤机进入自动运行阶段S22Y4通电；Y12通电；定时器35提升机进入自动运行阶段S23Y3通电；Y11通电；定时器46破碎机进入自动运行阶段S24Y2通电；Y10通电；定时器571号送煤机进入自动运行阶段S25Y1通电；Y7通电；定时器68给料器和磁选料器机进入自动运行阶段S26Y0通电；Y6通电；定时器79系统正常运行S27Y17通电10进入自动停车状态S28Y14通电；定时器811给料器和次选料器进入停车状态S29Y0失电；Y6失电；定时器9122号送煤机进入停车状态S30Y1失电；Y7失电；定时器1013破碎机进入停车状态S31Y2失电；Y10失电；定时器1114提升机进入停车状态S32Y3失电；Y11失电；定时器12151号送煤机进入停车状态S33Y4失电；Y12失电；定时器1316回收机进入停车状态S34Y5失电；Y13失电 根据步、转移、转移条件和负载，可以设计出锅炉机组的功能流程图，如图4-2所示图4-2 锅炉机组的功能流程（2）将功能流程图转换成