现代电气控制及PLC应用技术课程设计-叶轮给煤机控制系统设计

1、沈沈 阳阳 工工 程程 学学 院院 课 程 设 计 设计题目：设计题目： 叶轮给煤机控制系统设计叶轮给煤机控制系统设计 系系 别别 自动控制工程系自动控制工程系 班级班级 学生姓名学生姓名 学号学号 指导教师指导教师 职称职称 起止日期：起止日期：20112011 年年 7 7 月月 2 2 日起日起20112011 年年 7 7 月月 1515 日止日止 沈阳工程学院 课程设计任务书课程设计任务书 课程设计题目：课程设计题目：叶轮给煤机控制系统设计叶轮给煤机控制系统设计 系 别 自动控制工程系 班级 学生姓名 学号 指导教师 职称 课程设计进行地点 任 务 下 达 时 间： 2011 年 7

2、 月 2 日 起止日期： 2011 年 7 月 2 日起2011 年 7 月 15 日止 教研室主任 年 月 日批准 沈沈 阳阳 工工 程程 学学 院院 现代电气控制及现代电气控制及 PLCPLC 应用技术应用技术课程设计成绩评定表课程设计成绩评定表 系（部）系（部） 班级：班级： 学生姓名：学生姓名： 指指 导导 教教 师师 评评 审审 意意 见见 评价 内容 具 体 要 求权重评 分 加权 分 调研 论证 能独立查阅文献,收集资料；能制定课程设计方案 和日程安排。 0.15 54 43 32 2 工作 能力 态度 工作态度认真，遵守纪律，出勤情况是否良好， 能够独立完成设计工作， 0.25

3、 54 43 32 2 工作 量 按期圆满完成规定的设计任务，工作量饱满，难 度适宜。 0.25 54 43 32 2 说明 书的 质量 说明书立论正确，论述充分，结论严谨合理，文 字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全， 图表完备，书写工整规范。 0.55 54 43 32 2 指导教师评审成绩指导教师评审成绩 （加权分合计乘以（加权分合计乘以 1212） 分分加权分合计加权分合计 指指 导导 教教 师师 签签 名：名： 年年 月月 日日 评评 阅阅 教教 师师 评评 审审 意意 见见 评价 内容 具 体 要 求权重评 分 加权 分 查阅 文献 查阅文献有一定广泛性；有综合归纳资料的能力

4、0.25 54 43 32 2 工作 量 工作量饱满，难度适中。 0.55 54 43 32 2 说明 书的 质量 说明书立论正确，论述充分，结论严谨合理，文 字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全， 图表完备，书写工整规范。 0.35 54 43 32 2 评阅教师评审成绩评阅教师评审成绩 （加权分合计乘以（加权分合计乘以 8 8） 分分加权分合计加权分合计 评评 阅阅 教教 师师 签签 名：名： 年年 月月 日日 课课 程程 设设 计计 总总 评评 成成 绩绩分分 中文摘要 PLC（可编程逻辑控制器）是一种专为工业环境设计的代替继电器实现逻辑控制功能 的数字设备。其特点是结构简单、编程方

5、便、修改容易；抗干扰能力强，可靠性高；体 积小、功能强大、通用性强、性价比高。目前，PLC及其控制技术几乎在所有工业领域中 普遍得到推广和应用。 西门子是世界上最大的电气和电子公司之一，其生产的S7-200系列PLC适用于各行各 业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化。S7-200系列的强大功能使其无论在独立运 行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。 叶轮给煤机是火力发电厂卸煤沟槽向带式输煤机上煤的唯一设备,其工作稳定性及实 时性直接影响电厂输煤系统安全有效的运行。 本文针对叶轮给煤机存在的能耗高，故障率高，维护工作量大，无法远方控制，运 行环境恶劣等问题，结合叶轮给煤机的工作环境和运行等

6、特点，以西门子公司生产的S7- 200系列PLC为主控设备，对火力发电厂叶轮给煤机控制系统原先的控制箱进行了改进， 实现叶轮给煤机的自动控制 关键词关键词： PLC, 叶轮给煤机，火力发电厂控制系统 目录 课程设计任务书.I 现代电气控制及 PLC 应用技术课程设计成绩评定表.II 中 文 摘 要.III 1 引言.1 2 设计内容.2 2.1 系统的主要功能.2 2.2 系统各设备作用.2 2.3 PLC 程序设计.2 2.3.1 输入继电器（I） .2 2.3.2 输出继电器（Q） .2 2.3.3 通用辅助继电器（M） .2 2.3.4 定时器（T）.3 2.4 外围设备.3 3 工艺分

7、析及控制要求.4 3.1 叶轮给煤机控制系统设计要求 .4 3.2 叶轮给煤机控制系统工艺分析 .4 3.2.1 叶轮给煤机的结构和工作原理.4 3.2.2 PLC 对叶轮给煤机的控制设计.4 4 硬件设计.6 4.1 主机模块 .6 4.2 实物图 .6 4.3 接线图 .6 5 PLC 程序设计及工作过程分析.8 5.1 PLC 程序设计 .8 5.2 叶轮给煤机工作过程分析 .11 5.2.1 梯形图网络分析 .11 5.2.2 工作过程分析 .11 6 结论.12 7 参考文献.13 附图 1.14 附图 2.14 1 引言 近年来PLC技术, 无线遥控技术在工业控制领域得到了广泛的应

8、用, 必将取代传统的 继电器控制, 这一点已得到了专业人员的一致认同。将这两项技术较好的结合起来, 应用 于工业控制领域,是现代工控界的发展方向。 SIMATICS7-200系列PLC在集散自动化系统中充分发挥其强大功能。使用范围可覆盖 从替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制。应用领域极为广泛，覆盖所有与自动 检测，自动化控制有关的工业及民用领域，包括各种机床、机械、电力设施、民用设施、 环境保护设备等等。如：冲压机床，磨床，印刷机械，橡胶化工机械，中央空调，电梯 控制，运动系统。 本设计是围绕火力发电厂叶轮给煤机控制系统进行设计的，实现了电厂输煤系统中 叶轮给煤机的自动控制。 叶轮给煤机

9、监控系统最初是手动就地控制模式, 给煤量的大小由人工测。由于该设备 安装在12 m 深的煤沟里, 其运行环境恶劣、环境潮湿、粉尘浓度大, 靠手动操作不仅艰 苦, 且经常发生事故。随着现代化生产的不断发展, 对设备的控制性能提出了更高的要求。 为此,发电厂将其改造成远方集控, 不仅提高了设备自动化水平, 而且减轻了运行人员的劳 动强度, 增加了电厂机组发电的安全可靠性。从技术方面看, 叶轮给煤机遥控技术, 使环 境效益、社会效益和经济效益达到较好的统一。这对合理利用资金, 增加企业的安全效益 和经济效益等方面都存在着重要的现实意义。 2 设计内容 2.1 系统的主要功能 系统的主要功能包括：AB

10、两段输煤皮带的起停、叶轮给煤机的运行控制。 叶轮给煤机分设于三个段内, 每段设四台能力为1000T/H 的设备: 1# 段四台; 2# 段四 台; 3# 段四台。以上每段设有两条皮带, 每条皮带上设置两台叶轮给煤机。（见附图1） 由A段输煤皮带与1号2号叶轮给煤机组成的A段叶轮给煤系统和由B段输煤皮带与3号 4号叶轮给煤机组成的B段叶轮给煤系统互为备用。当工况需要时也可同时使用（见附图 2） 2.2 系统各设备作用 整个系统由控制中心, 数据转发站, 执行终端三部分组成。 系统采用德国西门子S7- 200 可编程控制器进行控制。其作用是使叶轮给煤机实现自动输煤。 叶轮给煤机主要由叶轮、主电机、

11、煤槽、运煤皮带和行走机构等组成。叶轮和主电 机安装在行走机构上,主电机带动叶轮旋转。当给煤机沿着缝隙式煤沟轨道行走时,叶轮将 煤定量、均匀、连续地拨送到带式输送机皮带上,实现自动输煤。 数传电台等设备, 终端控制柜为双层全密闭结构。其作用是提高了可靠性及防潮,防 尘性能。另外, 控制终端还特别增加了调速控制, 调速切换功能, 即使被改造的叶轮给煤 机不增加变频调速器的情况下, 也能对叶轮给煤机进行多达三十二级的精确调节器速。 2.3 PLC 程序设计 PLC程序设计中用到了计时指令。 在PLC中用到输入继电器，输出继电器，通用辅助继电器，和定时器等。 2.3.1 输入继电器（I） 输入继电器位

12、于PLC存储器的输入过程映像寄存器区，其外部有一对物理的输入端子 与之对应，该触点用于接收外部的开关信号，比如按钮、行程开关、光电开关等传感器 的信号都是通过输入继电器的物理端子接入到PLC的。当外部的开关信号闭合，则输入继 电器的线圈的点，在程序中期常开触点闭合，常闭触点断开。这些触点可以在编程时任 意使用，使用次数不受限制。 2.3.2 输出继电器（Q） 输出继电器位于PLC存储器的输出过程映像寄存器区，都有一个PLC上的物理输出 端子与之对应。当通过程序时的输出继电器线圈得电时，PLC上的输出端开关闭合，可以 作为控制外部负载的开关信号。同时在程序中期常开触点闭合，常闭触点断开。这些内

13、部的触点可以在编程时任意使用，使用次数不受限制。 2.3.3 通用辅助继电器（M） 通用辅助继电器位于PLC存储器的位存储器区，其作用和继电器接触器控制系统中的 中间继电器相同，它在PLC中没有外部的输入端子或输出端子与之对应，因此它不能受外 部信号的直接控制，其触点也不能直接驱动外部负载。这是它与输入继电器的输出继电 器的主要区别。它主要用来在程序设计中处理逻辑控制任务。 2.3.4 定时器（T） 定时器是可编程序控制器其中重要的编程元件，是累计时间增量的内部器件。电气 自动控制的大部分领域都需要用定时器进行时间控制，灵活的使用定时器可以编制出复 杂动作的控制程序。 定时器的工作过程与继电接

14、触式控制系统的时间继电器基本相同，但它没有瞬动触 点。使用时要提前输入时间预设值，当定时器的输入条件满足时开始计时，当前值从0开 始按一定的时间单位增加；当定时器的当前值达到预设值时，定时器触点动作。利用定 时器的触点就可以完成所需要的定时控制任务。 2.4 外围设备 采用西门子S7-200系列CPU224XP PLC 输入端通过开关连接到电源，输出端通过接触器连接到电源。 3 工艺分析及控制要求 3.1 叶轮给煤机控制系统设计要求 根据实际情况，叶轮给煤机运行在给煤轨道上存在的能耗高，故障率高，维护工作 量大，无法远方控制，运行环境恶劣等问题，针对叶轮给煤机的工作环境和运行特点， 对于单条轨

15、道上叶轮给煤机的控制，应注意一下几点： 叶轮给煤机的电机应该实现正反转控制。 叶轮给煤机从起点到终点是应该自动回行，回到起点时又重新向前行驶。 叶轮给煤机控制系统设有启动，停止，故障时暂停，故障排除后继续运行等功能。 3.2 叶轮给煤机控制系统工艺分析 3.2.1 叶轮给煤机的结构和工作原理 叶轮给煤机是长缝隙式煤沟中不可缺少的主要配煤设备之一，叶轮给煤装置装在一 个可以沿煤沟纵向轨道行走的小车上，主传动部分由主电动机、安全联轴器、减速机、 柱销联轴器、伞齿减速机和叶轮等组成，主要机构是一个绕垂直轴旋转的叶轮伸入长缝 隙煤槽的缝隙中，用其放射状布置的叶片（也称犁臂），将煤沟底槽平台上面的煤拨漏

16、 到叶轮下面安装在机器构架上的落煤斗中，煤经落煤斗送到皮带上。给煤量可以方便地 调整，出力从100t/h到1000t/h以上。叶轮的工作面是圆弧状的，也有特殊曲面（如对数螺 线面、渐开线面等），故又称叶轮拨煤机。 行车传动部分由连轴器、行星摆线针轮减速机、涡轮减速机、叶轮组和弹性柱销联 轴器等组成。行走只有固定的速度，并由行车电动机通过传动系统使机器在轨道上往复 行走。小车行走机构和叶轮拨煤机构各自相对独立。 另外还通过除尘系统排除叶轮拨煤过程中产生粉尘。 3.2.2 PLC 对叶轮给煤机的控制设计 针对以上控制要求，本文给出比较理想化的简单设计。采用限位开关为主要控制模 块来控制叶轮给煤机的

17、前行和后行。 工作过程大体如下： 控制系统的I/O点及地址分配 表 3-2-2-1 叶轮给煤机系统流程图 图3-2-2-2 4 硬件设计 4.1 主机模块 CPU224XP 集成14输入/10输出共24个数字量I/O点，2输入/1输出共3个模拟量I/O点， 可连接7个扩展模块，最大扩展值至168路数字量I/O点或38路模拟量I/O点。20K字节程序 和数据存储空间，6个独立的高速计数器（100KHz），2个100KHz的高速脉冲输出，2个 RS485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力。本机还新增 多种功能，如内置模拟量I/O,位控特性，自整定PID功能，线性斜坡

18、脉冲指令，诊断 LED，数据记录及配方功能等。 4.2 实物图 图4-2 4.3 接线图 图4-3-1 给煤机一次线路接线图 图4-3-2 叶轮一次线路接线图 图 4-3-3 5 PLC 程序设计及工作过程分析 5.1 PLC 程序设计 根据以上的工作过程说明，本文给出如下梯形图设计： Network 1 Network 2 Network 3 Network 4 Network 5 Network 6 Nerwork 7 Network 8 Network 9 Network 10 Network 11 Network 12 Network 13 Network 14 Network 15

19、5.2 叶轮给煤机工作过程分析 5.2.1 梯形图网络分析 网络1、 用于一号叶轮给煤机给煤的启动控制； 网络2、 5、14用于一号叶轮给煤机叶轮先转动然后再前行控制，并禁止一号叶轮给 煤机的电机向运行的反方向转动； 网络3、 6、15用于一号叶轮给煤机后行控制，并禁止一号叶轮给煤机的电机向运行 的反方向转动； 网络4、 用于叶轮给煤机停机控制； 网络7、 用于一号叶轮给煤机叶轮转动； 网络8、 用于一号叶轮给煤机故障时紧急停机； 网络9、 用于一号叶轮给煤机故障排除后恢复运行； 网络10、前进方向限位开关信号输入； 网络11、后退方向限位开关信号输入； 网络12、前进时紧急停机记录运行方向；

20、 网络13、后退时紧急停机记录运行方向。 5.2.2 工作过程分析 1）当按下一号叶轮给煤机启动开关SF3时，给煤机叶轮先转动，然后一号叶轮给煤 机前行控制其停止前行，此时若没有其他输入和输出的干扰，给煤机会一直前行，到达 终点时，由限位开关SF1输出控制其停止前行，转而触发一号叶轮给煤机电机反转，即回 行。当回行到起点时，由限位开关SF2输出控制其停止向后行驶，而触发一号叶轮给煤机 电机反转再次前行。如此反复运行。 2）当按下叶轮给煤机停止按钮SF4，叶轮给煤机回到起点后再停止运行，同时叶轮 停止转动。 3）当叶轮给煤机在运行当中出于故障需要立即暂停并进行维修，这时可以按故障停 机按钮，当故障停机被解除后按故障接触按钮，叶轮给煤机将继续按照故障发生前的运 行方向继续运行。 6 结论 本设计针对叶轮给煤机存在的能耗高、故障率高、维护工作量大、无法远方控制、 运行环境恶劣等问题, 采用PLC技术,对火力发电厂叶轮给煤机控制系统进行改造,完成了 火力发电厂叶