毕业设计(论文）基于PLC的热电厂输煤控制系统设计

1、毕业设计（论文）任务书 题目： 基于plc的热电厂输煤控制系统设计 姓名 专业 班级 指导老师 一、 基本任务及要求： 热电厂输煤系统分卸煤与上煤两大部分，料斗和1#-3#皮带负责把煤由铁路配煤场输送到发电房。煤在配煤场经碾碎去渣和铁硝后，由给煤机给煤经4a#-7a#到0#或4b#-7b#到0#送进锅炉，共12条皮带。 在我的此次设计中，综合考虑设计的实用性和其性价比，我采用了一台plc控制整个系统，有卸煤部分和上煤部分两个独立的部分；plc与pc机不通信。plc控制主要是输煤系统的自动控制和手动控制部分，皮带机和各设备的联机控制由联机控制面板操作。 二、 进度安排及完成时间：（1）2月20

2、日：指导老师布置任务、下达设计任务书（设计任务书上传到ftp）； （2）2月 20日3月11 日：查阅资料、撰写文献综述和开题报告并上传到ftp； （3）3月12 日3月25 日：毕业实习、撰写实习报告； （4）3月26 日4月15 日：整体设计； （5）4月16日4月26日： 卸煤硬件 （6）4月27日5月10日： 卸煤软件 （7）5月11日5月20日： 给煤硬件 （8）5月21日5月30日：给煤软件、撰写毕业设计论文； （9）6月1日6月16日：指导老师评阅、电子文档上传ftp； （10）6月17日6月20日：毕业设计答辩（公开答辩、分组答辩）； （11）6月20日6月25日：归档 目 录

3、摘要iabstracii第1章 绪论11.1 基于plc的输煤控制系统的意义11.2 煤矿皮带输送机的现状及发展11.2.1煤矿用皮带输送机的现状和研究目标11.2.2国外矿用皮带输送机技术的现状和发展趋势21.2.3国内煤矿用皮带输送机的现状及存在问题31.2.4皮带输送机运行中的问题与维护3第2章 可编程序控制器的概况72.1 plc的概念及发展72.1.1 可编程序控制器的历史72.1.2 可编程序控制器的特点82.2 可编程序控制器的硬件及工作原理92.2.1 可编程序控制器的基本结构92.1.2 可编程序控制器的物理结构102.2.3 可编程序控制器的工作原理10第3章 系统的硬件设

4、计133.1 plc机型选择133.1.1 plc容量选择133.1.2 i/o模块的选择133.1.3 电源模块的选择143.1.4 系统机型的选择153.2 电动机的选型173.3 硬件装置的选型173.4 电机主电路图的设计21第4章 系统的软件设计224.1 系统软件控制224.2 卸煤部分的控制244.3 上煤部分的控制32第5章 控制面板的设计49第6章 可编程控制器控制系统的可靠性措施516.1 外部干扰的来源516.2 对电源引入的干扰的处理516.3 对感性负载引入的干扰的处理526.4 对输入输出电路引入的干扰的处理536.5 对外部配线干扰的处理536.6 软件抗干扰措施

5、53第7章 plc系统的程序调试55结束语59参考文献60致谢61附录62基于plc的热电厂输煤控制系统设计热电厂输煤传送带控制系统摘要：传统的热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，传统的输煤系统己无法满足发电厂的需要。本文在充分考虑输煤系统的作用和运行可靠性基础上，设计了一条两路多段互为备用的输煤系统，从结构上保证了输煤系统的运行可靠性。根据输煤系统范围大、运行方式多

6、，提出了基于三菱公司plc的输煤控制系统实现方案，该方案不仅降低了开发的工作量，而且降低了维护的工作量，同时也以后的升级提供了条件。关键词：输煤控制系统 可编程序控制器 plciithe heat and power plant loses thecontrol system of a belt of coal summaryabstract:the traditional coal transfer system of power plant is a half-automation system based on relay connect and manual work. as the

7、environment of the coal transfer system is so execrable, it not only does harms to the workers health but also has problems like belt slide,belt avulsion,and jam of the coal-falling pipe and soon for its large scope. this sharply decreases the productive eficiency of the power plant. along with the

8、development in scale,the coal requirement of power plants increases greatly.and the traditional coal transfer system cant meet the needs of these power plants any more.this paper proposed a coalt ransfers ystem after careful consideration on the function and run reliability. it involves two subways,

9、 which consist of multiple segments and backup for each other. this can ensure the systems reliability on configuration. considering the large scope and multi work mode, this paper put forward an implemental scheme of coal transfer control system based on mitsubishis plc .the scheme reduces the work

10、load of the exploitation and the maintenance. it makes future promotion feasible.keywords:coal transfer system, programmable logic controlller ,plc第1章 绪论皮带传输系统因其结构简单，使用方便，造价低廉被广泛应用于工业、商业、农业、医药、军事等方面，在采矿运输、冶金送料、车站及码头的货物运输更是广泛使用，同样，发电厂的输煤系统也采用皮带传输。热电厂输煤系统是热工厂中较为庞大的一个公用系统，其任务是卸煤、配煤、上煤以达到按时、保质、保量的为机组提供燃

11、煤的目的。1.1 基于plc的输煤控制系统的意义传统的热电厂输煤控制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，现场环境十分恶劣，工人们通过开动承前起后的皮带运输机及取煤机向锅炉前的储煤仓输煤，经常有皮带跑偏、皮带撕裂及落煤管堵塞等等故障。但对热电厂而言，蒸汽工序的炉膛是不容许断煤的。输煤系统工作时尽量将煤装满储煤仓，不仅可以保证输煤系统故障时，工人们有足够的时间排除故障，也可以保证输煤设备有充分的时间检修。随着发电厂规模的迅速扩大，输煤系统的作用日益突出，而传统的输煤系统已无法满足热电厂的需要，因此需要对传统的发电厂输煤系统进行改造。传统输煤系统具有以下特点：（1）任务重 为了保证

12、工业用煤，输煤系统必须始终处于完好的状态。日累计运行时间达8-10h以上。（2） 运行环境差、劳动强度大 由于各种因素造成输煤系统的运行环境恶劣、脏污，需要占用大量的辅助劳动力。（3）一次起动设各多，安全联锁要求高 同时起动的设备高达20-30台以上，在起动或停机过程中有严格的联锁要求。1.2 煤矿皮带输送机的现状及发展1.2.1煤矿用皮带输送机的现状和研究目标皮带输送机是煤矿最理想的高效连续运输设备，与其他运输设备(如机车类)相比，不仅具有长距离、大运量、连续输送等优点，而且运行可靠,易于实现自动化、集中化控制，特别是对高产高效矿井，皮带输送机已成为煤炭高效开采机电一体化技术与装备的关键设备

13、。煤矿用皮带输送机的研究目标：（1）大型化、提高运输能力。为了适应高产高效集约化生产的需要，皮带输送机的输送能力要加大。长距离、高带速、大运量、大功率是今后发展的必然趋势。在今后的输送量要提高到30004000t/h，带速提高至46m/s，输送长度对于可伸缩带式输送机要加长至3000m，对于钢绳芯强力带式输送机须加长至5000m以上，单机驱动功率要达到10001500kw，输送带抗拉强度达到6000n/mm (钢绳芯)和2100n/mm(整芯)。（2）提高元部件性能和可靠性。设备开机率的高低主要取决于元部件的性能和可靠性。我们除了进一步完善和提高现有元部件的性能和可靠性，还要不断开发研究新的技

14、术和元部件，如高性能可控软起动技术、动态分析与监控技术、高效贮带装置、快速自移机尾、高速托辊等，使皮带输送机的性能得到进一步提高。（3）扩大功能，一机多用化。皮带输送机是一种理想的连续运输设备,并且有不能充分发挥其效能的可能，浪费资源。如将皮带输送机结构作适当修改，并采取一定的安全措施,就可拓展运人、运料或双向运输等功能，做到一机多用,使其发挥最大的经济效益。（4）开发专用机种。中国煤矿的地质条件差异很大，在运输系统的布置上经常会出现一些特殊要求，如弯曲、大倾角(25)直至垂直提升等。1.2.2国外矿用皮带输送机技术的现状和发展趋势国外皮带输送机技术的发展主要表现在两方面：皮带输送机的功能多元

15、化、应用范围扩大化，如高倾角带式输送机、管状带式输送机、空间转弯皮带输送机等各种机型；皮带输送机本身的技术与装备有了巨大的发展，尤其是长距离、大运量、高带速等大型输送机已成为其发展的主要方向。在煤矿井下，由于受环境条件的限制，通常使用的带式输送机的主要技术指标如表1.1所示，其关键技术与装备有以下特点：（1）设备大型化,其主要技术参数与装备均向着大型化发展，以满足年产300500万吨以上高产高效集约化生产的需要；（2）用动态分析技术和机电一体化、计算机监控等高新技术,采用各种软起动与自动张紧技术，对输送机进行动态监测与监控，大大降低了输送带的动张力，输送机始终处于最佳运行状态,设备性能好,运输

16、效率高；（3）多机驱动与中间驱动及其功率平衡、输送机变向运行等技术,使输送机单机运行长度在理论上已不受限制，并确保了输送系统设备的通用性、互换性及其单元驱动的可靠性；（4）新型、高可靠性关键元部件技术，如包含cst等在内的各种先进的大功率驱动装置与调速装置、高寿命高速托辊、自清式滚筒装置、高效贮带装置、快速自移机尾等。如英国fsw生产的fsw1200/（23）400（600）工作面顺槽带式输送机就采用了液粘差速或变频调速装置，运输能力达3000t/h以上，它的机尾与新型（如美国久益公司生产的s500e）配套，可随工作面推移而自动快速自移，人工作业少，生产效率高。表1.1 常用皮带输送机技术指标

17、 主参数国外300500万t/a高产高效矿井顺槽可伸缩带式输送机大巷、斜井固定式强力皮带输送机运距/（m）200030003000带速/（m/s）3.5445 （最高达8）输送量/（t/h）2500300030004000驱动总功率/（kw）1200200015003000 （最高达6000）1.2.3国内煤矿用皮带输送机的现状及存在问题80年代末期以来,我国煤矿用皮带输送机也有了很大的发展，对皮带输送机的关键技术研究和新产品开发都取得了可喜的成果。输送机产品系列不断增多，从定型的sdj、ssj、stj、dt等系列发展到多功能、适应特种用途的各种带式输送机系列，如国家“七五”、“九五”攻关项目

18、大倾角皮带输送机成套设备、高产高效工作面顺槽可伸缩皮带输送机等填补了多项国内空白,开发了大倾角、长距离输送原煤的新型皮带输送机系列产品，并对皮带输送机的关键技术及其主要元部件进行了理论研究和产品开发，应用动态分析技术和中间驱动与智能化控制等技术，研制成功了多种软起动和制动装置及以plc为核心的可编程电控装置。随着我国高产高效矿井的发展，煤矿井下皮带输送机目前已达到表1.2所示的主要特征指标。表1.2 煤矿井下皮带输送机主要指标主参数可伸缩带式输送机大巷与斜井固定式强离带式输送机运距/(m)1000200010004000带速/(m/s)2.532.54输送量/(t/h)800180010002

19、000驱动总功率/(kw)2507507501500与国外相比,其机型一般都偏小，特别是带速通常均不超过4m/s，对高带速输送机及其动态设计与计算机监控等关键技术问题缺乏实践经验，由于带速普遍较低,许多设计单位仍延用以往的静态设计法，用加大输送带安全系数的方法来提高设计的可靠性，其结果不仅增大了设备成本，而且降低了设备运行的可靠性。此外，我国输送机制造企业追求小而全模式，未能象国外一样形成大规模的元部件专业生产厂或加工中心，致使元部件设计与制造水平得不到有效提高。如德国dbt公司专业研制的自移机尾，设备性能好，自动化程度高，安全可靠，在市场上占有率很高，我国已引进了几十台，与高产高效工作面配套

20、使用。1.2.4皮带输送机运行中的问题与维护皮带输送机运行过程中经常出现输送带跑偏、断裂、驱动滚筒打滑等问题，不仅影响输送机的正常运行，降低生产效率，缩短使用寿命，严重时还会造成安全事故。（1）输送带跑偏故障输送机在运行过程中,由于输送带受力不均，使输送带向受力小的一方移动，引起跑偏。输送带在任何位置都可能发生跑偏，造成其边缘早期破损、撒料和托辊、滚筒、机架、设备等损坏，降低了输送机的使用寿命，而且会出现输送带撕裂等突发性事故，使输送带早期失效，造成经济损失。皮带输送机跑偏和调整的规律：“跑紧不跑松”：皮带输送机运行过程中，如果前、后滚筒不平行，造成输送带两侧的松紧程度不一致，则输送带向紧的一

21、边偏移；“跑高不跑低”：支承托辊不在与输送带运行方向平行的同一个水平位置上，而是一头高，一头低，则输送带向高的一端偏移；“跑后不跑前”：托辊不在与输送带运行方向垂直的截面上，而是一端前，一端后，则输送带向后的一端偏移。根据输送带跑偏的具体情况，具体的调整方法有：调偏托辊法：一般适用于皮带输送机跑偏范围不太大，用槽型调偏托辊自动调整，利用输送带“跑后不跑前”规律调整，当输送带跑偏时，碰到槽型调偏托辊上的小挡辊，因挡辊与输送带边缘的摩擦作用而沿皮带运行方向向前移动，另一侧向后移动，此时输送带朝后转的挡辊侧移动，直到回到正常位置。立辊调偏法：如果输送带运行时总向一边跑偏，可在输送带跑偏侧将托辊竖直安

22、装。一方面由于立辊的作用力使输送带强行复位，另一方面由于立辊与输送带的摩擦作用，降低了输送带跑偏侧的线速度，相对地增加了输送带另一侧的线速度直至输送带复位。重力调偏法：如输送带重负荷运行跑偏，可将输送带跑偏侧的滚筒和托辊支架适当加高，使输送带上的物料自重产生一个防止输送带跑偏的分力，直到输送带回到正常位置。垫高调偏法：如果输送带空转总向某一侧跑偏，利用“跑高不跑低”规律调整，可将相对跑偏的另一侧的托辊支架适当垫高，前后垫高的数值以第一个垫起的托辊为准，缓慢减少垫高，输送带的跑偏就会自然消失。托辊清洁法：如输送带运行在某一固定点上而且固定不变，就要求检查该点的托辊是否停转，粘泥使滚筒直径变大或异

23、径、托辊脱落等故障，根据具体情况采取相应的措施。调整装置法：如果输送带左右跑偏，无固定方向，说明输送带松驰，应调整拉紧装置、绷紧输送带，跑偏现象自然消失。窄输送带调偏法：如果输送带运行在机头或机尾处跑偏，应先调整头、尾滚筒的平行度误差后，在机头或机尾跑偏的另一侧，用2000200的窄输送带夹入滚筒并与之一起旋转，根据圆周运动学公式可知，滚筒处输送带线速度为v=wr，公式中w为滚筒旋转角速度，r为滚筒半径，因此跑偏的输送带不仅线速度小于另一侧，而且跑偏侧的输送带松于另一侧，输送带就会向较紧的一侧偏移，直到达到正常位置，然后取出窄输送带，带式输送机运转正常。滚筒调偏法：如果输送带运转在滚筒处跑偏，

24、说明滚筒转动有水平窜动，有粘料使滚筒外径变大或异径，或存在安装误差，应根据情况校正前后滚筒的水平度和平行度，跑偏就会消失。阻力消除法：如果输送带跑偏不太严重，应把输送带跑偏侧的托辊清扫干净，并在托辊轴承上滴几滴机械油，减少托辊转动的摩擦阻力，使托辊转动的角速度加快，即可消除跑偏。料流校正法：如果输送带空载不跑偏，重负荷运转跑偏，说明物料在输送带上分布不均匀，进料溜子不正，应校正进料溜子或安装导料板，改变落料位置，以达到调整料流方向，使输送带两边的物料分布均匀一致。接头校正法：如果输送带运行总是向一边跑偏、最大跑偏恰在接头处，而且跑偏位置不定。说明输送带接头不正，应重新校正接头或胶接新接头。支架

25、校正法：如输送带运行时向同一侧跑偏、并在同一位置较严重、说明托辊支架或机架扭曲不正，应校正支架或机架的水平度和垂直度，更换扭曲严重的支架或机架。输送带修补法：如果输送带边缘严重磨损，使输送带两边拉力不一致，输送带跑偏位置不固定，应根据实际情况及时修补或更新。托辊调偏法：如输送带空载总向一边跑偏，可在输送带跑偏侧中心位置将一组托辊支架与机架联接的四个固定螺栓卸掉三个，留下一个当轴，当输送带向人所站立的一侧跑偏时，可将支架沿输送带运行方向向前移动适当角度再固定。反之，当输送带朝另一侧跑偏时，可将支架送输送带运行方向移动适当角度再固定，输送带跑偏现象就会自然消失。拉紧装置法：如果输送带空载或重载运行

26、时，都向同一侧跑偏，说明输送带两侧松紧程度不一致，根据“跑紧不跑松”的规律调整前后滚筒处的丝杆或配重等拉紧装置，输送带将会复位正常运转。（2）输送带的断裂问题当输送带受到尖物划伤、接口处强度不够或被掀开、输送机被卡住、过负荷运行,都会出现输送带断裂，主要有如下一些情况：输送带本身存在的问题选型设计时计算错误或选型错误，使所选输送带不能满足正常运行时的工作张力；输送带质量未达到设计要求，许用荷载低于选型的数值；输送带太松。解决办法是在设计和使用时，保证输送带的强度和可靠性，并留有一定的富裕量；防止超载或受到大的冲击;保证带的下垂度，防止卡壳。钢丝绳输送带纵向割裂钢绳芯输送带在运行中，如被尖刃物卡

27、住后继续运行，输送带将被纵向割裂(目前钢绳芯输送带，芯体两钢绳之间的强度较弱)。解决办法是，在装料点装设纵向割裂保护装置。输送带接头质量输送带接头质量不好也容易造成断带,如机械法连接，操作时输送带的切口与带中心线不垂直,使接件歪斜，造成沿宽度方向受力不匀,运行时拉豁输送带;硫化法连接时，阶梯接头搭接的方向不正确，在运行时清扫刮板或犁式卸料器刮碰接头茬口，将接口掀开；接头所用材料性能不能满足要求等。解决这类断裂有效的方法是采用正确的接头方式,选用质量好的材料，保证输送带接头的质量，并经常检查输送带接头部位，发现有异常情况及时修补或更换输送带。（3）驱动滚筒打滑现象的处理驱动滚筒打滑在输送机运转过

28、程中，由于滚筒摩擦牵引力降低、超载或带子被卡死,经常出现驱动滚筒打滑的现象，滚筒打滑如持续得不到纠正，不仅会降低运输能力，影响生产，还可能因摩擦生热造成输送带着火，引发重大安全事故。即使采用阻燃带，驱动滚筒持续打滑也要冒烟污染空气。对输送带与滚筒在相遇点上需要的张力超过该点处最大张力，滚筒上的摩擦力不够造成的打滑。解决方法是采用增大分离点张力、增大摩擦系数、增加围包角来达到增加摩擦力。增大摩擦系数摩擦系数对所能传递的牵引力有很大影响，有效控制影响摩擦系数的因素，对于防止打滑有明显效果。决定摩擦系数的因素主要有输送带与滚筒接触面的材料、表面状态以及工作条件，对于功率大的带式输送机,还要考虑比压、

29、输送带覆盖胶和滚筒包覆层的硬度、滑动速度、接触面温度等。增加围包角对单滚筒驱动，围包角只能取2000-2300，双滚筒驱动可达4500-4800，增加围包角的方式主要有五种。增大分离点张力输送机在运行过程中会产生由于输送带太松,张力不够而引起打滑。解决办法是选择合适的拉紧装置，加大输送带的拉紧力，以增加输送带在驱动滚筒分离点的张力。在输送机运行中，克服了跑偏、断裂和打滑这几种情况，就能更充分地发挥输送机的优越性，这不但有利于安全生产，而且能够取得较大的经济效益。7第2章 可编程序控制器的概况2.1 plc的概念及发展现代社会要求制造业对市场需求作出迅速的反应，生产出小批量、多品种、多规格、低成

30、本和高质量的产品，为了满足这一要求，生产设备和自动生产线的控制系统必须具有极高的可靠性和灵活性，可编程序控制器正是顺应这一要求出现的，它是以微处理器为基础的新型工业控制装置，已经成为当代工业自动化的主要支柱之一。可编程序控制器（programmable controller）本来应简称pc，为了与个人计算机（personal computer）的简称pc相区别，现在一般将可编程序控制器简称为plc（programmable logic controller）。2.1.1 可编程序控制器的历史可编程序控制器的产生和发展与继电器控制系统又很大的关系。继电器已有上百年的历史，它是一种用弱电信号控制强

31、电信号的电磁开关。在复杂的继电器控制系统中，故障的查找和排除是非常困难的，可能会花费大量时间，严重地影响生产。1968年，美国最大的汽车制造厂家通用汽车公司（gm）提出了研制可编程序控制器的基本设想，即：（1）编程简单，可在现场修改程序；（2）维护方便，采用插件式结构；（3）可靠性高于继电器控制柜；（4）体积小于继电器控制柜；（5）成本可与继电器控制柜竞争；（6）可将数据直接送入计算机；（7）可直接使用115v交流输入电压；（8）输出采用115v交流电压，能直接驱动电磁阀、交流接触器等负载；（9）通用性强，扩展方便；（10）能存储程序，存储器容量可扩展到4kb。1969年，美国数字设备公司（d

32、ec）研制出了世界上第一台可编程序控制器。70年代初期出现了微处理器，它的体积小、功能强、价格便宜，很快被用于可编程序控制器，使它的功能增强、工作速度加快、体积减小、可靠性提高、成本下降。可编程序控制器不仅能实现对开关量的逻辑控制，还具有数学运算、数据处理、运动控制、模拟量pid控制、通信联网等功能。在发达的工业化国家，可编程序控制器已经广泛地应用在所有的工业部门，其应用已扩展到楼宇自动化、家庭自动化、商业、公用事业、测试设备和农业等领域。2.1.2 可编程序控制器的特点（1）编程方法简单易学梯形图是使用得最多的可编程序控制器的编程语言，其电路符号和表达方式与继电器电路原理图相似，梯形图语言形

33、象直观，易学易懂，熟悉继电器电路图的电气技术人员只要花几天时间就可以熟悉梯形图语言，并用来编程用户程序。（2）功能强，性能价格比高一台小型可编程序控制器内有成百上千个内部继电器、几十到几百个定时器和计数器、几十个特殊用途继电器，有很强的功能，可以实现非常复杂的控制功能。一台可编程序控制器可以同时控制几台设备，也可以通过联网通信，实现分散控制，集中管理。（3）硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强可编程程序控制器产品已经标准化、系列化、模块化，配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，用户能灵活方便地进行系统配置，组成不同功能、不同规模的系统。可编程程序控制器的安装接线也很方便，一般有接线端子连接外

34、部接线。可编程序控制器有较强的待负载能力，可以直接驱动一般的电磁阀和接触器。（4）无接触点免配线，可靠性高，抗干扰能力强可编程序控制器用软件代替大量的中间继电器和时间继电器，仅剩下和与输入和输出有关的少量接线，一般为继电器控制系统接线的十分之一到百分之一，因触点接触不良造成的故障减少了许多。可编程序控制器采取了一系列硬件和软件抗干扰措施，如滤波、隔离、屏蔽、自诊断、自恢复等，使之具有很强的抗干扰能力。（5）系统的设计、安装、调试工作量少可编程序控制器用软件功能代替了继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件，使控制柜的设计、安装、接线的工作量大大减少。可编程序控制器的用户程序可

35、以在实验室模拟调试，输入信号用小开关来模拟，输出信号的状态可以观察可编程序控制器上有关的发光二极管，调试好后再将可编程序控制器安装在现场统调。（6）维修工作量小，维修方便可编程序控制器的故障率很低，并且有完善的自诊断和显示功能。可编程序控制器或外部的输入装置和执行机构发生故障时，可以根据可编程序控制器上的发光二极管或编程器提供的信息迅速的查明故障的原因，用更换模块的方法可以迅速的排除故障。（7）体积小，能耗低对于复杂的控制系统，使用可编程序控制器后，可以减少大量的中间继电器和时间继电器，而可编程序控制器的体积仅相当于几个继电器的大小，因此可将开关柜的体积缩小到原来的1/21/10。2.2 可编

36、程序控制器的硬件及工作原理2.2.1 可编程序控制器的基本结构可编程序控制器主要由cpu模块、输入模块、输出模块和编程器组成（见图2.1）。cpu模块输出模块输入模块编程器可编程序控制器接触器电磁阀指示灯电 源按 钮选择开关限位开关电 源图2.1 plc控制系统示意图2（1）cpu模块cpu模块主要由微处理器（cpu芯片）和存储器组成。在可编程序控制系统中，cpu模块相当于人的大脑和心脏，它不断地采集输入信号，执行用户程序，刷新系统的输出；存储器用来储存和数据。（2）i/o模块输入（input）模块和输出（output）模块简称为i/o模块，它们是系统的眼、耳、手、脚，是联系外部现场和cpu模

37、块的桥梁。输入模块用来接收和采集输入信号，输入信号有两类：一类是从按钮、选择开关、数字拨码开关、限位开关、接近开关、压力继电器等来的开关量输入信号；另一类是由电位器、热电偶、测速发电机、各种变送器提供的连续变化的模拟量输入信号。（3）编程器编程器除了用来输入和编辑用户程序外，还可以用来监视可编程序控制器运行时各种编程元件的工作状态。（4）电源可编程序控制器使用220v交流电源或24v直流电源。可编程序控制器内部的直流稳压电源为各模块内的电路供电。某些可编程序控制器可以为输入电路和外部电子检测装置（如接近开关）提供24v直流电源，驱动现场执行机构的直流电源一般由用户提供。2.1.2 可编程序控制

38、器的物理结构根据硬件结构的不同，可以将可编程序控制器分为整体式、模块式和叠装式。（1）整体式可编程序控制器整体式又叫单元式或箱体式，cpu模块、i/o模块和电源装在一个箱状机壳内，机构非常紧凑。它的体积小、价格低，小型可编程序控制器一般采用整体式机构。（2）模块式可编程序控制器大、中型可编程序控制器和部分小型可编程序控制器采用模块式机构。模块式可编程序控制器用搭积木的方式组成系统，它由框架和模块组成。模块插在模块插座上，后者在框架中的总线连接板上。可编程序控制器厂家备有不同槽数的框架供用户选用，如果一个框架容纳不下所选用的模块，可以增设一个或数个扩展框架，各框架之间用i/o扩展电缆相连。有的可

39、编程序控制器没有框架，各种模块安装在基板上。（3）叠装式可编程序控制器三菱公司的fx系列可编程序控制器吸取了整体式和模块式可编程序控制器的优点，它的基本单元、扩展单元和扩展模块的高度和深度相同，但是宽度不同。它们不用基板，仅用扁平电缆连接，紧密拼装后组成一个整齐的长方体，输入、输出点数的配置也相当灵活，有人将这种结构称为叠装式。 内部处理通信服务 输入处理 程序执行 输出处理runstop2.2.3 可编程序控制器的工作原理可编程序控制器有两种基本的工作状态，即运行（run）状态与停止（stop）状态。在运行状态，可编程序控制器通过执行反映控制要求的用户程序来实现控制功能。为了使可编程序控制器

40、的输出及时地响应随时可能变化的输入信号，用户程序不是只执行一次，而是反复不断地重复执行，直至可编程序控制器停机或切换到stop工作状态。除了执行用户程序之外，在每次循环过程中，可 编程序控制器还要完成内部处理、通信处理等工作， 图2.2 扫描过程2一次循环可分为5个阶段（见图2.2）。可编程序控制器的 这种周而复始的循环工作方式称为扫描工作方式。由于计算机执行指令的速度极高，从外部输入/输出关系来看，处理过程似乎同时的。在内部处理阶段，可编程序控制器检查cpu模块内部的硬件是否正常，将监控定时器复位，以及完成一些别的内部工作。在通信服务阶段，可编程序控制器与别的带微处理器的智能装置通信，响应编

41、程器键入的命令，更新编程器 显示内容。当可编程序控制器处于停止（stop）状态时，只执行以上的操作。可编程序控制器处于运行（run）状态时，还要完成另外三个阶段的操作（见图2.3），图中仅画出了与用户程序执行过程有关的三个阶段。在可编程序控制器的存储器总，设置了一片区域用来存放输入信号和输出信号的状态，它们分别称为输入映像寄存器和输出映像寄存器。可编程序控制器梯形图中别的编程元件也有对应的映像存储区，它们统称为元件映像寄存器。在输入处理阶段，可编程序控制器把所有外部输入电路的接通/断开（on/off）状态读入映像寄存器。外接的输入触点电路接通时，对应的输入映像寄存器为“1”状态，梯形图中对应的

42、输入继电器的常开触点接通，常闭触点断开。外接的输入触点电路断开时，对应的输入映像寄存器为“0”状态，梯形图中对应的输入继电器的常开触点断开，常闭触点接通。在程序执行阶段，即使外部输入信号的状态发生了变化，输入映像寄存器的状态也不会随之而变，输入信号变化了的状态只能在下一个扫描周期的输入处理阶段被读入。可编程序控制器的用户程序由若干条指令组成，指令在存储器中按步序号顺序排列。在没有跳转指令时，cpu从第一条指令开始，逐条顺序地执行用户程序，直到用户程序结束之处。在执行指令时，从输入映像寄存器或别地元件寄存器中将有关编程元件的“0”/“1”状态读出来，并根据指令的要求执行相应的逻辑运算，运算的结果

43、写入到对应的元件映像寄存器中，因此，各编程元件的映像寄存器（输入映像寄存器除外）的内容随着程序的执行而变化。在输出处理阶段，cpu将输出映像寄存器的“0”/“1”状态传送到输出锁存器。梯形图中某一输出继电器的线圈“通电”时，对应的输出映像寄存器为“1”状态。信号经输出模块隔离和功率放大后，继电器型输出模块中对应的硬件继电器的线圈通电，其常开触点闭合，使外部负载通电工作。若梯形图中输出继电器的线圈“断电”，对应的输出映像寄存器为“0”状态，在输出处理阶段后，继电器型输出模块中对应的硬件继电器的线圈断电，其常开触点断开，输入端子输入映像寄存器x000x001输入处理y000x000元件映像寄存器y

44、000m0读出写入写入程序执行用户程序输出锁存器输出端子y000y001输出处理图2.3 扫描过程示意图2外部负载断电，停止工作。某一编程元件对应的映像寄存器为“1”状态时，称该编程元件为on，映像寄存器为“0”状态时，称该编程元件为off。13第3章 系统的硬件设计plc控制系统的硬件设计是指硬件选型。近十几年来，国内外众多生产厂家提供了多种系列、功能各异的plc产品，已有几十个系列、几百种型号。plc品种繁多，其结构形式、性能、i/o点数、用户程序存储器容量、运算速度、指令系统、编程方法和价格等各有不同，使用场合也各有侧重。因此，合理选择plc，对提高plc控制系统的技术、经济指标起着重要

45、作用。3.1 plc机型选择机型选择的基本原则是在满足控制功能要求的前提下，保证系统工作可靠、维护使用方便及极佳的性能价格比。具体应考虑的因素有：结构合理功能强、弱适当机型统一是否在线编程plc的环境适应性3.1.1 plc容量选择plc容量包括两个方面：一是i/o的点数；二是用户存储器的选择（字数）。plc容量的选择除满足控制要求外，还应留有适当的裕量，以做备用。根据经验，在选择存储容量时，一般按实际需要的1025考虑裕量。对于开关量控制系统，存储器字数为开关量i/o乘以8；对于模拟量控制功能的plc，所需存储器字数为模拟内存单元数乘以100。通常，一条逻辑指令占用存储器一个字。计时、计数、

46、移位及算术运算、数据传输等指令占用存储器两个字。各种指令占存储器的字数可查阅plc产品使用手册。i/o点数也应留有适当裕量。由于目前i/o点数较多的plc价格也教高，若备用的i/o点的数量太多，将使成本增加。根据被控制对象的输入信号和输出信号的总点数，并考虑到今后的调整和扩充，通常i/o点数按实际需要的1015考虑备用量。3.1.2 i/o模块的选择plc是一种工业控制系统，它的控制对象是工业生产设备或工业生产过程，它的工作环境是工业生产现场。它与工业生产过程的联系是通过i/o接口模块来实现的。通过i/o接口模块可以检测被控制对象进行控制的依据。同时控制器又通过i/o接口模块将控制器的处理结果

47、送给工业生产过程中的被控对象，驱动各种执行机构来实现控制。根据实际需要，plc相应有许多i/o接口模块，包括开关量输入模块、开关量输出模块、模拟量输入模块和模拟量输出模块，可以根据实际需要进行选择使用。（1）确定i/o点数i/o点数的确定要充分的考虑到裕量，能方便地对功能进行扩展。对一个控制对象，由于采用不同地控制方法或编程水平不一样，i/o点数就可能有所不同。（2）开关量i/o标准的i/o接口用于同传感器和开关（如按钮、限位开关等）及控制（开/关）设备（如指示灯、报警器、电动机起动器等）进行数据传输。典型的交流i/o信号为24240v（ac），直流i/o信号为524v（dc）。选择开关量输入

48、模块主要从下面两方面考虑：一是根据现场输入信号与plc输入模块距离的远近来选择电平的高低。二是高密度的输入模块，如32点输入模块，能允许同时接通的点数取决于输入电压和环境温度。选择开关量输出模块时应从以下三个方面来考：一是输出方式选择。二是输出电流的选择。三是允许同时接通的输出点数。（3）模拟量i/o模拟量i/o接口是用来传输传感器产生的信号的。这些接口能测量流量、温度和压力等模拟量的数值，并用于控制电压或电流输出设备。plc的典型接口量程对于双极性电压为1010v、单极性电压为010v、电流为420ma或1050ma。（4）特殊功能i/o在选择一台plc时，用户可能会面临需要一些特殊类型的且

49、不能用标准i/o实现的情况。用户应当考虑供货厂商是否提供一些特殊的有助于最大限度减小控制作用的模块。灵活模块和特殊接口模块，都应考虑使用。（5）智能式i/o当前，plc的生产厂家相继推出了一些智能的i/o模块。所谓智能型i/o模块。就是模块本身带有处理器，对输入/输出信号可做预先规定的处理，再将处理结果送入cpu或直接输出，这样可提高plc的处理速度和节约存储器的容量。3.1.3 电源模块的选择电源模块的选择一般只需要考虑 输出电流。电源模块的额定输出电流必须大于处理器模块、i/o模块、专用模块等消耗电流的总和。以下步骤为选择电源的一般规则：（1）确定电源的输入电压；（2）将框架中每块i/o模

50、块所需的总背板电流相加，计算出i/o模块所需的总背板电流值；（3）i/o模块所需的总背板电流值再加上以下各电流：框架中带有处理器时，则加上处理器的最大电流值；当框架中带有远程适配器模块或扩展本地i/o适配器模块时，应加上其最大电流值。（4）如果框架中留有空槽用来将来扩展时，可做以下处理：列出将来要扩展的i/o模块所需的背板电流；将所有扩展的i/o模块的总背板电流值与步骤3中计算出的总背板电流值相加。（5）在框架中是否有用于电源的空槽，否则将电源装到框架的外面。（6）根据确定好的输入电压要求和所需的总背板电流值，从用户手册中选择合适的电源模块。3.1.4 系统机型的选择在考虑上述因素后，还要根据

51、工程应用实际考虑其它一些因素，包括：性能价格比，毫无疑问，高性能的机型必然需要较高的价格，在考虑满足需要的性能后，还要根据工作的投资状况来确定机型；备品备件的统一考虑，无论什么样的设备，投入生产以后都要具有一定数量的备品备件，在系统软件设计时，对于一个工厂来说应尽量与原有设备统一机型们这样就可减少备品备件的种类和资金积压，同时还有考虑备品备件的来源，所选机型要有可靠的订货来源；计数支持，选定机型时还要考虑有可靠的计数支持，这些支持包括必要的技术培训，设计指导，系统维修等内容。以此为依据，我选用三菱公司的fx2n系列可编程序控制器。fx2n是fx系列中功能最强、速度最高的微型可编程序控制器，完全

52、符合此设计的要求。整个热电厂输煤控制系统由一台plc控制，共有0#7#等12条输送带，由一个控制室控制，将这一台plc放在此控制室，对其说明如下： （1）控制要求整个控制系统可以分为卸煤和上煤两个部分，而这两部分都包括自动和手动控制。1#、2#、3#输送带主要完成卸煤部分的工作，此部分具有自动控制和手动控制方式供选择，并且具有紧急停止和故障报警的功能。当运行方式确定为自动控制后，按下起动按钮，电铃向各岗位发出预告信号，电铃响60s后自动停止，然后起动3#输送带，再按逆煤流方向逐一起动每台联锁电机，最后一台电机起动完后，各台设备正常运行。正常停机按下停止按钮，料斗停止下煤，经一定延时后，各输送带

53、按顺煤流方向依次延时停机。如果遇其设备故障，该设备及其前面的设备立即停机，而该输送带以后的皮带待料运完后停机。0#、4#、5#、6#、7#输送带主要完成上煤部分的工作，其与卸煤部分的要求一致，只是有ad、bd两种方式选择来运行。（2）控制对象卸煤部分： 料斗电磁阀1个 拉绳开关1个 1#输送带皮带传动电动机1台拉绳开关1个 2#输送带皮带传动电动机1台拉绳开关1个 3#输送带皮带传动电动机1台拉绳开关1个上煤部分： 犁煤机2台 拉绳开关2个 4#a和4#b输送带皮带传动电动机2台拉绳开关2个 5#a和5#b输送带皮带传动电动机2台拉绳开关2个 6#a和6#b输送带皮带传动电动机2台拉绳开关2个 7#a和7#b输送带皮带传动电动机2台拉绳开关2个 0#输送带皮带传动电动机1台拉绳开关1个输入、输出点数分配如下：（1）输入点：卸煤、上煤时自动/手动切换需要2个输入点；卸煤、上煤时的联锁启动、停止、紧急停止需要6个输入点；控制料斗、1#3#