电气化铁路PLC下灰装置设计

1、I存档号： 124094142 学号： 200904041043 石家庄铁路职业技术学院毕 业 设 计 下灰装置PLC控制系统设计 系 部 信息工程系 专业名称 供用电技术 指导教师 霍俊仪 学生姓名 王茜南 二一一年 十一 月 31I 石家庄铁路职业技术学院信息工程系2009级毕业设计（论文）任务书题目名称下灰装置PLC控制系统设计课题来源自拟指导教师霍俊仪起止日期2011年 11月28日 至 2011年 12 月24日设计内容、主要技术参数与工作量（计算说明书、论文字数、图纸张数、外文翻译、计算机应用）具体说明和要求见附页。课题要求及目标1、课题要求：1）认真分析下灰控制装置的工作过程，利

2、用PLC实现其控制要求； 2）绘制主电路图、控制原理图、器件布置图和接线图；3）编写PLC控制程序；4）用组态监控软件实现系统监控。2、目标：用PLC及组态监控系统实现下灰控制系统的工作要求。使用的工具软件AutoCAD绘图软件，PLC编程软件，组态监控软件。提交的设计资料毕业设计说明书一份；进 度 计 划阶段日期计划完成工作量指导教师检查意见备注11月28日12月4（1周）进行控制任务分析，查阅资料，掌握整个系统的工作原理、工作过程。12月5日12月7（0.5周）进行PLC选择，功能配置，I/O分配，元器件选择。12月8日12月11（0.5周）进行PLC控制系统的外部电路设计。12月12日1

3、2月20（1.5周）进行PLC控制系统的程序设计及监控系统设计，模拟调试。12月21日12月24（0.5周）编写设计说明书及需要提交的其它设计资料，准备答辩。 自动化 教研室2011年11月4日I附页：初始状态如图所示。“废气回收阀”、“煤气回收阀”、“蒸汽阀”、“吹风阀”、“左下灰阀”、“右下灰阀”均处于关闭状态，“左上灰阀”、“右上灰阀”处于打开状态。当“燃烧炉”内加好煤后，按下“启动”按钮，燃烧炉开始燃烧，各个阀门的状态如下。1.启动后，打开“吹风阀”和“废气回收阀”，将燃烧炉吹旺。2. 10s后将“吹风阀”和“废气回收阀”关闭，打开“蒸汽阀”和“煤气回收阀”，开始制作回收煤气，这个过程

4、持续30s。煤气基本制作回收完毕，关闭“蒸汽阀”和“煤气回收阀”。发出“允许下灰”声光信号。3.按下“左下灰”按钮，“左上灰阀”关闭，“左下灰阀”打开，开始下灰，“左下灰中”灯亮。按下“左下灰完成”按钮，“左上灰阀” 打开，“左下灰阀”关闭，停止下灰，“左下灰中”灯灭。4.按下“右下灰”按钮，“右上灰阀”关闭，“右下灰阀”打开，开始下灰，“右下灰中”灯亮。按下“右下灰完成”按钮，“右上灰阀” 打开，“右下灰阀”关闭，停止下灰，“右下灰中”灯灭。5.按下“下灰”按钮，“左、右上灰阀”关闭，“左、右下灰阀”打开，开始下灰，“左、右下灰中”灯亮。按下“下灰完成”按钮，“左、右上灰阀” 打开，“左、右

5、下灰阀”关闭，停止下灰，“左、右下灰中”灯灭。系统中电磁阀线圈的工作电压均为交流220V，线圈额定工作电流为2.3A。制作一个PLC控制系统实现上述控制要求，并为这个系统设计一套监控系统。I摘 要 实际下灰系统在使用过程中，要严格要求其各个电磁阀的动作顺序，传统的下灰装置结构简单，人工控制其动作在安全事故隐患，而采用PLC驱动下灰装置电磁阀能有效改善这一问题。本设计就是在分析下灰装置的工作特性和工作要求的基础上，采用PLC控制实现对下灰装置的顺序控制，并利用力控组态软件对下灰过程进行监控。关键词：PLC；OMRON；力控组态目 录第一章 下灰装置的应用背景1第二章 控制任务分析22.1 任务分

6、析22.2 I/O分配5第三章 控制系统设计63.1 控制系统原理图设计63.2器件选择63.2.1 断路器QF的选择63.2.2 中间继电器KA的选择83.2.3 开关电源的选择93.2.4 按钮SB的选择103.2.5 指示灯HL的选择113.2.6 接线端子的选择123.2.7 线槽的选择133.2.8 导轨的选择143.2.9器件清单143.3 布置图153.4 外观设计图163.5 接线图16第四章 系统控制程序设计184.1 PLC的编程设计184.2 组态监控的编程设计194.2.1监控任务分析194.2.2工程框架204.2.3数据对象204.2.4图形制作204.2.5 监控

7、设计图20工作总结22致 谢23参考文献24附录26附录一 下灰装置控制系统梯形图26附录二 下灰装置监控装置图27附录三 下灰装置控制系统原理图28附录四 下灰装置控制系统接线图29附录五 下灰装置控制系统布置图（面板）30附录六 下灰装置控制系统布置图（底板）31附录七 下灰装置控制系统外观设计图32 第一章 下灰装置的应用背景本下灰装置，是一种造气炉不停炉下灰装置。它主要包括一个成漏斗形的圆筒体，所述圆筒体上端设有废气回收阀、煤气回收阀出气处，出气口处设有排空管，废弃气体得以回收不外泄污染空气，有用煤气回收利用，不与外界空气接触发生故障。所述圆筒体的底部两侧为出灰口，出灰处分为上灰阀与下

8、灰阀，在运用中为保证造气炉不停炉下灰能够实现上下灰处顺序启动，逆序停止。所述圆筒体的圆筒底部设有蒸汽阀与吹风阀的连接口。此装置的各个控制阀都是通过电磁阀与气缸阀的互相作用来实现其动作的。本装置与现有技术相比，具有如下优点： 有效的降低减少污染，利于环保； 煤气炉的生产能力提高，不停炉下灰； 原料的利用率得到提高； 下灰效果良好。在制造煤气装置中使用，能有效清除炉，大大减少了检修前清理积灰的工作量，改善了制造煤气炉内的检修工作环境； 日常维护量小，只需每季度清理1次空气过滤器，其他不需维护； 利用电磁阀控制安全性好。第二章 控制任务分析2.1 任务分析 下灰装置系统的任务，包括煤气回收、左下灰、

9、右下灰、下灰这四部分，这四部分的动作设置都要满足一个条件即使下灰装置在任何情况下不得使装置内气体与外部空气接触。以下我将在这四方面作详细的任务分析。1. 煤气回收30S后允许下灰声光信号按下启动按钮SB110S后初始：吹风阀、废气回收阀、蒸汽阀、煤气回收阀均关闭吹风阀打开废气回收阀打开吹风阀废气回收阀关闭，蒸汽阀煤气回收阀打开蒸汽阀关闭煤气回收阀关闭图 2-1 煤气回收过程示意图2. 左下灰装置初始：左上灰阀打开左下灰阀关闭左下灰按钮SB1左上灰阀关闭左下灰阀打开，左下灰灯亮左上灰阀打开左下灰阀关闭，左下灰灯灭左下灰完成按钮SB2 图 2-2 左下灰过程示意图注意：为避免装置内气体与外界空气接

10、触在按下SB1时，应先让“左上灰阀”先关闭，"左下灰阀“后打开，同理在按下SB2时应先让“左下灰阀”先打开，"左上灰阀“后关闭。在这先后相差时间设为10S。3. 右下灰装置初始：右上灰阀打开右下灰阀关闭右下灰按钮SB3右上灰阀关闭右下灰阀打开，右下灰灯亮右上灰阀打开右下灰阀关闭，右下灰灯灭右下灰完成按钮SB4 图 2-3 右下灰过程示意图 注意：为避免装置内气体与外界空气接触在按下SB3时，应先让“右上灰阀”先关闭，"右下灰阀“后打开，同理在按下SB4时应先让“右下灰阀”先打开，"右上灰阀“后关闭。在这先后相差时间设为10S。 4. 下灰 装置初始：左右

11、上灰阀打开左右下灰阀关闭下灰按钮SB5左右上灰阀关闭左右下灰阀打开，左右下灰灯亮左右上灰阀打开左右下灰阀关闭，右下灰灯灭下灰完成按钮SB6图 2-4 下灰过程示意图注意：为避免装置内气体与外界空气接触在按下SB5时，应先让“左右上灰阀”先同时关闭，"左右下灰阀“后同时打开，同理在按下SB6时应先让“左右下灰阀”先同时打开，"左右上灰阀“后同时关闭。在这先后相差时间设为10S。综上分析可以得出共有7个输入，11个输出。输入/输出分析：表 1 输入输出分析表 输入输出启动按钮SB0吹风阀 YV0左下灰按钮SB1废气回收阀 YV1左下灰完成按钮SB2蒸汽阀 YV2右下灰按钮SB3

12、煤气回收阀 YV3右下灰完成按钮SB4允许下灰声光信号下灰按钮SB5左上灰阀 YV5下灰完成按钮SB6左下灰阀 YV6左下灰灯 HL1右上灰阀 YV7右下灰阀 YV8右下灰灯 HL2参考2.1的设备任务分析,本设计选择的C系列P型机的PLC型号为C28P-CDR-A。参数、图表如下：图 2-5 C系列P型机的外观及参数由上可知型号为C28PCDRA的PLC输入节点为18，输出节点为12，额定电压为240V符合本题目的设计要求。此型号的PLC安装尺寸为：85*110*602.2 I/O分配 由2.1任务分析可知输出电磁阀有11个，相对过多，并且电磁阀所承受的额定电压为220V，额定电流2.3A，

13、考虑到PLC所承受电压，电流不宜过大等因素因此用中间继电器来连接PLC与电磁阀。此课题中输出端“左下灰灯”与”“左下灰阀”共同得失电，所以可用同一个中间继电器控制。同理“右下灰灯”与”“右下灰阀”也可用同一个中间继电器控制。所以在I/O分配中有7个输入，8个输出，如下表： 表 2 I/O分配表输入输出SB00000KA00500SB10001KA10501SB20002KA20502SB30003KA30503SB40004KA40504SB50005KA50505SB60006KA60506KA70507KA80508第三章 控制系统设计3.1 控制系统原理图设计本课题主要的技术要求就是通过

14、PLC控制各个电磁阀,保证在下灰过程中炉内气体不与外界气体接触，由第二章的任务分析可知在按下启动按钮后自动完成制造气体和收集气体的过程，然后发出允许下灰的声光信号。下灰开始、完成按钮实现上灰阀与下灰阀的顺序启动逆序停止。在控制线路中我们主要用到断路器、中间继电器、PLC等器件。通过原理图，接线图，布置图等设计体现元件的链接及位置关系从而实现设备的设计技术要求。在原理图中利用图形符号和项目代号表示出按钮、PLC、中间继电器及电磁阀等元器件和控制电路的链接关系及工作原理。通过此图可详细的了解下灰装置的控制电路和设备的组成和工作原理。图3-1下灰装置原理图 3.2器件选择3.2.1 断路器QF的选择

15、对于断路器的选择主要考虑以下几点：1 首先根据额定电压选，额定电压要一致，本设计中的下灰装置额定电压为220V。2 断路器的额定电流要大于等于所用电路的额定电流本设计中的下灰装置额定电流为2.3V。3 断路器的额定开断电流要大于等于所用电路的短路电流。4 根据环境条件选，如海拔、温度、湿度，选择符合要求的断路器。5 根据品牌选质量、性价比较高的断路器。6 对特殊开断情况，进行校验断路器，此装置只是简单的电磁阀控制无需校验。以下为DZ47系列断路器的参数及型：图3-2 DZ系列断路器基本参数参数图 3-3 2P断路器型号 根据任务要求主电路应用的是2P的断路器，经过分析得出额定电流为2.3A，所

16、以选择的断路器为DZ472B3型号的断路器。此断路器的图形尺寸如下： 图 3-4 DZ472B3型号断路器图形尺寸3.2.2 中间继电器KA的选择在下灰装置设计中用到了9个中间继电器，对于中间继电器我选用正泰小型中间继电器，本文中间继电器的功率，额定电压220V。以下为中间继电器的参数及技术性能。图 3-5 中间继电器相关参数1 图 3-6 中间继电器相关参数2 下灰装置的控制电路中部需要大量触点，选用的中间继电器型号为JZX-22F(D)/2Z，其功率，电压均符合要求。其外观图如图所示： 图 3-7 2Z中间继电器外观图 图 3-8 中间继电器安装方式及尺寸 此中间继电器是拔插式的,所以选用

17、JZX-22F(D)/2Z型中间继电器的配套插座，其参数如下：图 3-9 中间继电器配套插座参数可知插座型号为CZY08A-01，其安装尺寸为72×30×31mm。3.2.3 开关电源的选择选择的开关电源是德力西通用开关电源，它有SA、DA、TA、QA四种型号，其技术参数如下表所示。下灰装置的控制电路中只需要一路输出，所以选择SA系列开关电源。由下表可知SA系列具有5V、12V、24V三种输出电压，下灰装置控制线路中需要24V的输出电压。在根据线路负荷的估算选择电源的输出功率为25W。即所选开关电源型号SA-25-24。图 3-10 各类型开关电源的输出电压图 3-11 开

18、关电源基本参数其外形尺寸如图所示，L=99mm，W=97mm，H=36mm。图 3-12 开关电源安装尺寸3.2.4 按钮SB的选择本题中用到4个启动按钮，绿色，额定电压220V，3个停止按钮红色，额定电压220V。以下是德力西LAY3系列指示灯参数：图 3-13 LAY3系列按钮技术参数本装置选用的是此种系列中平钮，其中4个绿色启动按钮型号为LAY320BN3，3个红色停止按钮型号为LAY302BN3，外观图形及安装尺寸图如下：图 3-14 LAY302BN3型号按钮参数及安装尺寸3.2.5 指示灯HL的选择本设计中需要两个下灰指示灯颜色为红色，额定电压220V。以下是LD11系列的指示灯的

19、技术参数:表4 LD11系列指示灯技术参数额定工作电压(Ue) V612243648110220220380220380电源种类AC.DCAC. DC(F)AC额定工作电流(Ie) mA505020连续工作寿命 h30000绝缘电阻 2光亮度40相比漏电超痕指数(CTI) 00工作耐压 KV2.5(交流有效值)工作寿命(放电灯) h30000发光颜色红、绿、黄、白、蓝(浅、纯)防护等级IP65根据以上的指示灯的参数，在下灰装置的控制系统中，指示灯的电压为220V，其中那个额定工作电流小于50mA，符合LD11系列的指示灯的技术参数，所以选择的是LD11-22A型号的指示灯。其外观图及安装尺寸图

20、如下所示： 图 3-15 LD11-22型号指示灯安装尺寸及外形图3.2.6 接线端子的选择接线端子的定义：接线端子是为了方便导线的连接而应用的，它其实就是一段封在绝缘塑料里面的金属片，两端都有孔可以插入导线，有螺丝用于紧固或者松开，比如两根导线，有时需要连接，有时又需要断开，这事就可以用端子把它们连接起来，并且可以随时断开，而不必把它们焊接起来或者缠绕在一起，很方便快捷。而且适合大量的导线互联，在电力行业就有专门的端子排，端子箱，上面全是接线端子，单层的、双层的，电流的，电压的，普通的，可断的等等。一定的压接面积是为了保证可靠接触，以及保证能通过足够的电流。TD系列的接线端子，其绝缘材料采用

21、聚碳酸酯或ABS阻燃，金属件采用铜板式组合螺钉压接，额定交流电压500V，其主要参数如下：图 3-16 接线端子技术参数此题中我所选用的接线端子型号为TD-15A，其外观图及安装尺寸图如下：图 3-17 TD-15A型号接线端子安装尺寸及额定参数图 3-18 TD-15A型号接线端子及外观图3.2.7 线槽的选择选择型号为VDR2530，出线孔8mm，宽×高25×30（mm)。构造：由底槽及槽盖两部份组成，底槽两侧设出线孔。特点1：底座两侧出线孔互相对齐，任何处锯断或接成L型，均可保持盘面美观、整齐。 特点2：槽盖经特殊设计，与底座组合后绝不脱落，且接合面平滑，不割伤手及擦

22、损附近配线。 特点3：出线孔低、组合容易、拆卸简单，易于配线其外形如图所示：图3-19 接线槽外形图3.2.8 导轨的选择导轨：控制电路中需要导轨的有断路器、PLC和中间继电器（配套插座）。这类导轨为DIN钢材，规格为35×7.5×455mm。3.2.9器件清单序号器件名称型号数量单位备注1PLCC28PCDRA1个2开关电源SA-25-241个3断路器DZ47N2B101个4中间继电器JZX-22F/2Z9个5中间继电器配套插座CZY08A-019个6接线端子TD-15A1个7导轨FH-2003180mm接线端子配套用DIN钢材455mm普通8线槽VDR25251610m

23、m9指示灯LD11-22A21M42个红色10声光信号灯M3217681个11按钮LAY320BN34个红色LAY320BN33个绿色3.3 布置图 控制图中绘出下灰装置控制线路中所有电气设备和电气元件的实际位置及各自安装尺寸。是生产制造、按装和维修必不可少的技术文件。图3-20 下灰装置面板布置图图3-21 下灰装置底板布置图3.4 外观设计图 在这里应用了3个灯:HL1，HL2,HL3分别表示声光信号、上下灰电磁阀的通断状态。还用了七个按钮：SB0，SB1，SB2，SB3，SB4，SB5，SB6分别是控制系统的启动，左上灰的启动，左下灰的停止，右上灰的启动，右下灰的停止，上灰启动，下灰完成

24、。根据布置图底板的尺寸为500*530，所以面板的尺寸为550*580，面板的厚度是按照最厚的中间继电器及插座的尺寸设计的为150。灯的布置是以面板的中心了基础，两边对称的原则放置，按钮的放置同样也是遵循这样的原则。图3-22 下灰装置外观设计图3.5 接线图在接线图中画出了设备中各单元和各元器件间的接线关系，并标出接线端子号、连接导线参数等。主要用于安装接线、线路检查、线路维护和故障处理，实际应用中通常与电路图和布置图一起使用。在下灰装置的接线图中表明了该装置的电源进线、用电设备和各电器元件之间的接线关系，并用虚框画出电器柜、操作台等接线板上的电器元件。如下图: 图3-23 下灰装置接线图

25、第四章 系统控制程序设计4.1 PLC的编程设计 PLC的各种功能主要通过软件实现的，为是炉内气体不与外界气体接触，在按下启动按钮后利用时间继电器完成吹风阀，废气回收阀、蒸汽阀、煤气回收阀的顺序自动的启动与停止。程序如下：蒸汽阀煤气回收阀声光信号废弃回收阀吹风阀图4-1 待到允许下灰的声光信号得电后，按下下灰按钮实现上灰阀先得电，下灰阀后得电，而按下下灰完成按钮后要实现下灰阀先失电，上灰阀后失电的技术要求。所以我的编程如下：（具体编程见附录）左上灰阀左下灰阀图4-24.2 组态监控的编程设计4.2.1 监控任务分析在装置运行中为避免炉内气体与外界空气接触发生事故，除了在PLC软件编程中严格控制

26、各个电磁阀的得失电先后顺序，还要对设备中各个程序步骤进行监控。在这里我主要在四部分进行监控。第一是制造煤气与回收煤气的过程是否完成，所以用声光信号HL1监控此部分，当制造煤气与回收煤气的过程完成后则发出允许下灰信号。第二部分则是左上下灰阀的动作过程的监控，当下灰阀得电时，左指示灯HL2亮，而失电后此灯灭。第三部分则是右上下灰阀的动作过程的监控，当下灰阀得电时，右指示灯HL3亮，而失电后此灯灭。第四部分则是左右上下灰阀的动作过程的监控，当下灰阀得电时，左右指示灯HL2、HL3同时亮，而失电后灯灭。4.2.2 工程框架1. 用户窗口：一是监控各个电磁阀的开闭状态，二是监控燃烧炉是否在燃烧。2. 策

27、略：“启动按钮”、“左下灰按钮”、“右下灰按钮”、“下灰按钮”作为启动策略；“左下灰完成按钮”、“右下灰完成按钮”、“下灰完成按钮”作为停止策略。4.2.3 数据对象燃烧炉、吹风阀、废气回收阀、蒸汽阀、煤气回收阀、左上灰阀、右上灰阀、左下灰阀、右下灰阀、声光信号灯、左下灰中灯、右下灰中灯。4.2.4 图形制作1. 燃烧炉、各个电磁阀、声光信号灯、左下灰中灯、右下灰中灯：由对象原件库引入。2. 管道：通过流动块构件实现。3. 信号指示：通过信号显示构件实现。4.2.5 监控设计图 图4-3 下灰装置监控设计工作总结毕业设计可以说是对我大学三年学习和实践成果的考核和总结，是每一个大学毕业生必修的课

28、程，它不仅让我们学到了很多在课堂上没有学到的知识，还让我们从实践中探索经验，增长了动手能力。在这一个月里我通过自己的努力和思考以及霍老师的耐心指导和帮助，本着严谨求实、开拓创新的精神，完成了这次大学三年里最后的设计实践。本次设计的目的是通过对本课题的设计，使自己了解用PLC控制相比用传统电气控制的优点，以及下灰装置的作用原理，掌握控制系统中元器件的选择，控制系统的PLC编程和控制柜的设计图。达到对所学专业知识的综合运用，提高分析问题、解决问题和独立工作的能力，为将来从事工程控制工作打下良好基础。下灰装置的控制系统的任务分配，原理图设计，元器件的选择，控制程序设计，控制柜设计，以及监控系统设计是这段时间的主要任务。虽然查阅了很多资料，自己也进行了认真的分析，但因为自己对基本知识的掌握不够牢固，而且有些知识因为学习时间太长而导致遗忘，所以相关细节的设计进行的不是很顺利，但在霍老师的指导下，将这些问题顺利的一一解决了。但自己仍然还有很多地方需要进一步加强学习。以上就是我对本次毕业设计的总结，也是对人生的总结。致 谢本文从拟定题