基于西門(mén)子PLC冗余系統(tǒng)的煤傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、目錄第 1 章 緒論11.1本課題現(xiàn)狀及發(fā)展方向11.2 煤傳輸技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用。21.2.1 煤傳輸思想的形成21.2.2 煤傳輸技術(shù)的發(fā)展21.3 PLC 技術(shù)的發(fā)展21.3.1 PLC 的產(chǎn)生31.3.2 PLC 系統(tǒng)的特點(diǎn)31.4 PLC 系統(tǒng)在電廠煤傳輸系統(tǒng)中的應(yīng)用現(xiàn)狀31.5 本課題研究的主要內(nèi)容4第 2 章 煤傳輸系統(tǒng)的研究52.1 煤傳輸系統(tǒng)簡(jiǎn)介52.1.1 煤傳輸系統(tǒng)的概念52.1.2 煤傳輸系統(tǒng)的監(jiān)控范圍52.1.3 煤傳輸系統(tǒng)的工作任務(wù)52.2 煤傳輸系統(tǒng)的構(gòu)成62.2.1 上位機(jī)人機(jī)界面系統(tǒng)62.2.2 PLC 控制系統(tǒng)62.2.3 控制臺(tái)、柜及附件72.2.4 設(shè)備就

2、地操作、保護(hù)裝置及信號(hào)傳感器82.3 煤傳輸運(yùn)煤系統(tǒng)的控制方式92.3.1 程控自動(dòng)控制方式92.3.2 聯(lián)鎖手動(dòng)控制方式102.3.3 解鎖手動(dòng)控制方式102.3.4 上位機(jī)控制方式下的共有功能102.3.5 就地手動(dòng)控制方式112.4 煤傳輸配煤系統(tǒng)的的控制方式112.4.1 程序自動(dòng)配煤控制方式112.4.2 上位機(jī)手動(dòng)配煤控制方式112.4.3 就地手動(dòng)配煤控制方式12第 3 章PLC在煤傳輸系統(tǒng)中的應(yīng)用123.1 煤傳輸系統(tǒng)中常用的 PLC123.1.1 冗余配置的 PLC 系統(tǒng)123.1.2 常用于煤傳輸系統(tǒng)的 PLC 簡(jiǎn)介133.2SIEMENS S7 軟件冗余系統(tǒng)的構(gòu)架133.

3、3 SIEMENS S7 軟件冗余系統(tǒng)的設(shè)定143.3.1 軟件冗余系統(tǒng)中的硬件組成143.3.2 冗余系統(tǒng)中的應(yīng)用軟件153.3.3 軟件冗余系統(tǒng)實(shí)例中的硬件及網(wǎng)絡(luò)組態(tài)153.4 SIEMENS S7 軟件冗余系統(tǒng)的用戶(hù)程序編制163.4.1 用戶(hù)應(yīng)用程序的構(gòu)成173.4.2 軟件冗余系統(tǒng)實(shí)例中的用戶(hù)程序17第 4 章：基于西門(mén)子PLC冗余系統(tǒng)的煤傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)204.1 工程簡(jiǎn)介204.2 煤傳輸系統(tǒng)組態(tài)方式204.2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)204.2.2 通訊方式214.3系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)224.3.1系統(tǒng)用到的設(shè)備的硬件選型：224.3.2系統(tǒng)主電路分析及設(shè)計(jì)：234.3.3.PLC控制系統(tǒng)的硬件

4、選型機(jī)設(shè)計(jì)244.4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)284.5 監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)334.5.1組態(tài)軟件簡(jiǎn)介334.5.2 監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)34第 5 章 結(jié)束語(yǔ)385.1 總結(jié)385.2 展望38參考文獻(xiàn)40致謝4256第1 章 緒論1.1本課題現(xiàn)狀及發(fā)展方向?qū)τ诨鹆Πl(fā)電廠而言，一般都包括三大輔助系統(tǒng)，即煤傳輸系統(tǒng)、水處理系統(tǒng)及粉灰除塵系統(tǒng)。其中，煤傳輸系統(tǒng)是占地面積最大，所屬設(shè)備最多、最零散，控制工藝最復(fù)雜的一個(gè)；而煤傳輸系統(tǒng)程序控制也是創(chuàng)一流火力發(fā)電廠的單列項(xiàng)目之一。目前，隨著發(fā)電大機(jī)組的建設(shè)和投產(chǎn)，隨著電廠對(duì)提高經(jīng)濟(jì)效益的不斷追求，致使電廠對(duì)煤傳輸系統(tǒng)的要求也日益提高，從硬件到軟件，從自身的控制網(wǎng)絡(luò)到外界的數(shù)

5、據(jù)接口，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行原件、現(xiàn)場(chǎng)傳感器、PLC 控制器和操作員計(jì)算機(jī)人機(jī)界面，都提出了高可靠性、高穩(wěn)定性、高靈敏度、高性?xún)r(jià)比的要求。目前，煤傳輸系統(tǒng)已經(jīng)是一項(xiàng)相對(duì)成熟的監(jiān)控技術(shù)，從上位人機(jī)界面計(jì)算機(jī)軟件、下位 PLC 系統(tǒng)、到現(xiàn)場(chǎng)傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，都有技術(shù)成熟的產(chǎn)品與之配套。目前，電力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)部門(mén)盲目追求煤傳輸系統(tǒng)的高可靠性、高穩(wěn)定性，所以造成了一些不必要的成本投入，主要表現(xiàn)在 PLC 系統(tǒng)的硬件冗余配置，傳感原件采用進(jìn)口件，所有應(yīng)用軟件的平臺(tái)都選用進(jìn)口軟件等。其實(shí)，對(duì)于煤傳輸系統(tǒng)說(shuō)，PLC 系統(tǒng)的軟件冗余方式，完全可以滿(mǎn)足系統(tǒng)連續(xù)控制的要求。對(duì)于 SIEMENS S7-300系統(tǒng) PLC 軟件

6、冗余的方案和實(shí)現(xiàn)方法，在產(chǎn)品介紹中都有一些必要的描述，但對(duì)于煤傳輸系統(tǒng)的具體配置和編程方式卻沒(méi)有系統(tǒng)的說(shuō)明，所以就造成了實(shí)際工程與技術(shù)理論的脫節(jié)。目前，在煤傳輸系統(tǒng)中應(yīng)用 PLC 軟件冗余配置的工程實(shí)例稀少且零散，還沒(méi)有人對(duì)其進(jìn)行總結(jié)和系統(tǒng)化研究，暫時(shí)還不能形成應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)有成熟使用經(jīng)驗(yàn)的范本進(jìn)行推廣。不過(guò)，在不久的將來(lái)，隨著電力企業(yè)建設(shè)和生產(chǎn)成本的不斷壓縮，一定會(huì)有更多的煤傳輸系統(tǒng)需要使用 SIEMENS S7-300 系列 PLC 產(chǎn)品的軟件冗余方案，一定會(huì)有更多成熟的使用經(jīng)驗(yàn)，最終使此種方式發(fā)展成為煤傳輸系統(tǒng)成熟的 PLC 成套插件。1.2 煤傳輸技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用。1.2.1 煤傳輸思想的

7、形成20 世紀(jì) 80 年代初，由于我國(guó)當(dāng)時(shí)自動(dòng)化控制水平低下，當(dāng)時(shí)的火力發(fā)電廠煤傳輸系統(tǒng)設(shè)備只設(shè)計(jì)了現(xiàn)場(chǎng)就地操作方式進(jìn)行控制?；鹆Πl(fā)電廠煤傳輸系統(tǒng)設(shè)備多且零散，一般包括：運(yùn)煤設(shè)備，如輸煤皮帶；運(yùn)煤路線選擇設(shè)備，如三通擋板；裝卸煤設(shè)備，如斗輪堆取料機(jī)；煤質(zhì)凈化設(shè)備，如除鐵器；煤倉(cāng)卸煤設(shè)備，如犁煤器；煤量計(jì)量設(shè)備，如電子皮帶秤。這些設(shè)備分布于整個(gè)輸煤沿線，分散且運(yùn)行環(huán)境惡劣，設(shè)備間的聯(lián)鎖保護(hù)功能不完善，設(shè)備本身的維護(hù)量大，這在客觀上增加了運(yùn)行和檢修人員的工作量和工作強(qiáng)度。為此，把這些設(shè)備集中起來(lái)統(tǒng)一控制就成了煤傳輸系統(tǒng)的迫切需要，煤傳輸?shù)脑缙谒枷胍簿痛诵纬伞?.2.2 煤傳輸技術(shù)的發(fā)展20 世紀(jì)

8、80 年代中期，隨著國(guó)外 PLC 技術(shù)在國(guó)內(nèi)的推廣和應(yīng)用，煤傳輸系統(tǒng)具備了向集中控制發(fā)展的技術(shù)基礎(chǔ)。當(dāng)時(shí)，煤傳輸系統(tǒng)的集中控制以 PLC 系統(tǒng)為控制核心，把需要監(jiān)控的信號(hào)全部引入 PLC 系統(tǒng)中，通過(guò) PLC 主機(jī)的數(shù)學(xué)和邏輯運(yùn)算后，輸出一部分控制信號(hào)到現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行元件對(duì)設(shè)備進(jìn)行操作，另一部分控制信號(hào)到控制室點(diǎn)亮模擬屏、光字牌等操作顯示終端。這就是早期煤傳輸系統(tǒng)的雛形。20 世紀(jì) 90 年代中期到現(xiàn)在，煤傳輸系統(tǒng)的總體框架沒(méi)有什么質(zhì)的變化，只是隨著自動(dòng)化技術(shù)水平的提高，細(xì)節(jié)上的變化越來(lái)越多。例如，PLC 系統(tǒng)由單 CPU 系統(tǒng)，改變到雙 CPU 冗余系統(tǒng)；現(xiàn)場(chǎng)控制網(wǎng)絡(luò)和上位監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)由單網(wǎng)通訊，改變

9、到雙網(wǎng)冗余通訊等。目前，煤傳輸系統(tǒng)已經(jīng)成為一個(gè)重要的生產(chǎn)輔助控制系統(tǒng)，被廣泛應(yīng)用在各火力發(fā)電廠中。1.3 PLC 技術(shù)的發(fā)展1.3.1 PLC 的產(chǎn)生在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，往往需要進(jìn)行大量離散量數(shù)據(jù)的采集和開(kāi)關(guān)量順序控制，傳統(tǒng)上，這些功能是通過(guò)氣動(dòng)或電氣控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。1969 年美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司（DEC）研制出了基于集成電路和電子技術(shù)的控制裝置，首次采用程序化的手段應(yīng)用于電氣控制，這就是第一代可編程序控制器，稱(chēng) Programmable ,是世界上公認(rèn)的第一臺(tái) PLC。1.3.2 PLC 系統(tǒng)的特點(diǎn) 目前，隨著生產(chǎn)自動(dòng)化程度的日益提高，PLC 系統(tǒng)經(jīng)常作為控制系統(tǒng)的核心進(jìn)行使用，總結(jié)起來(lái)其主要

10、有以下幾個(gè)特點(diǎn)：（1）可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)。PLC 由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。（2）配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng)。PLC 發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品?？梢杂糜诟鞣N規(guī)模的工業(yè)控制場(chǎng)合。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代 PLC大多具有完善的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。（3）易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎。PLC 作為通用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。它接口容易，編程語(yǔ)言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語(yǔ)言的圖形符號(hào)與表達(dá)方式和繼電器電路圖相當(dāng)接近，只用 PLC 的少量開(kāi)關(guān)量邏輯

11、控制指令就可以方便地實(shí)現(xiàn)繼電器電路的功能。（4）系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建造工作量小，維護(hù)方便。PLC 用存儲(chǔ)邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及建造的周期大為縮短，同時(shí)維護(hù)也變得容易起來(lái)。（5）體積小，重量輕，能耗低。以超小型PLC為例，新近出產(chǎn)的品種底部尺寸小于100mm，重量小于 150g，功耗僅數(shù)瓦。1.4 PLC 系統(tǒng)在電廠煤傳輸系統(tǒng)中的應(yīng)用現(xiàn)狀目前，PLC 系統(tǒng)作為電廠煤傳輸系統(tǒng)的控制核心，已經(jīng)得到了用戶(hù)的認(rèn)可和大范圍的推廣，總結(jié)其使用情況大致可歸納為如下幾類(lèi)：（1）單機(jī)冷備、單網(wǎng)冷備系統(tǒng)。PLC 系統(tǒng)中只設(shè)置一個(gè) CPU 主機(jī)，各 PLC 的 I/O 站之間只靠一

12、根通訊電纜連接，當(dāng) CPU 或通訊網(wǎng)絡(luò)故障時(shí)，都必須把整個(gè)控制系統(tǒng)停下來(lái)，更換 CPU 或通訊網(wǎng)絡(luò)。此種工作方式可靠性低，不能保證系統(tǒng)的不間斷運(yùn)行，但投資很低。（2）單機(jī)冷備、雙網(wǎng)冗余熱備系統(tǒng)。此類(lèi)配置的 PLC 系統(tǒng)，雖然網(wǎng)絡(luò)通訊采用冗余熱備方式，但只設(shè)置一個(gè) CPU 主機(jī)，一旦 CPU 故障，就必須把整個(gè)控制系統(tǒng)停下來(lái)，更換CPU。因此，該工作方式的網(wǎng)絡(luò)通訊可靠性很高，但整個(gè)系統(tǒng)的可靠性改變不大，也不能保證系統(tǒng)的不間斷運(yùn)行，投資比第一種工作方式稍有提高。（3）雙機(jī)冗余熱備、雙網(wǎng)冗余熱備系統(tǒng)。此類(lèi) PLC 系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性大大提高，最大限度地實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的不間斷運(yùn)行，是目前電廠煤傳輸系統(tǒng)主

13、要采取的 PLC 運(yùn)用方式。對(duì)于冗余系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，硬件冗余系統(tǒng)投資很高，軟件冗余系統(tǒng)投資比第二種 PLC 工作方式有小幅度的提高。為了降低煤傳輸系統(tǒng)的投資，同時(shí)保證系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，提高系統(tǒng)運(yùn)行的性?xún)r(jià)比，進(jìn)一步推廣 PLC 軟件冗余系統(tǒng)變得十分必要。1.5 本課題研究的主要內(nèi)容本課題主要進(jìn)行了以下幾個(gè)方面的研究工作：1. 電廠煤傳輸系統(tǒng)的構(gòu)成、控制原則、控制功能及實(shí)現(xiàn)控制的手段。2. SIEMENS S7 系列 PLC 軟件冗余系統(tǒng)的配置：（1）CPU 主機(jī)部分的硬件選型；（2）現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集 I/O 模塊的具體配置方式，硬件選型；（3）PLC 軟件冗余系統(tǒng)中幾種不同的冗余網(wǎng)絡(luò)通訊方式；（4）整體

14、PLC 網(wǎng)絡(luò)的物理結(jié)構(gòu)及軟件設(shè)定方法；（5）整個(gè) PLC 系統(tǒng)在軟件中的配置方法和步驟；（6）對(duì)于在軟件中設(shè)定好的 PLC 系統(tǒng)，進(jìn)行硬件初始化的方法和步驟。3. 煤傳輸系統(tǒng)中 PLC 系統(tǒng)的控制程序編制原則和方法。4. 以實(shí)際工程為例，編制 SIEMENS 軟件冗余系統(tǒng)使用的控制程序。第 2 章 煤傳輸系統(tǒng)的研究2.1 煤傳輸系統(tǒng)簡(jiǎn)介2.1.1 煤傳輸系統(tǒng)的概念煤傳輸系統(tǒng)隸屬于火力發(fā)電廠的燃料車(chē)間，是火電廠輔助車(chē)間的重要組成部分，主要由卸煤、運(yùn)煤、配煤和堆煤四大部分組成。煤傳輸系統(tǒng)即是指輸煤的自動(dòng)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)一般以 PLC 模件為數(shù)據(jù)采集和信號(hào)處理中心，將整個(gè)工藝過(guò)程和輔助設(shè)備全部納入控

15、制，從而完成對(duì)輸煤全過(guò)程的自動(dòng)控制。2.1.2 煤傳輸系統(tǒng)的監(jiān)控范圍煤傳輸系統(tǒng)是我國(guó)評(píng)價(jià)一流火力發(fā)電廠的重要條件之一，監(jiān)控的設(shè)備主要包括以下幾類(lèi)：（1）卸煤設(shè)備，如葉輪給煤機(jī)、抓斗卸煤機(jī)等；（2）運(yùn)煤設(shè)備，如輸煤皮帶、碎煤機(jī)、 三通擋板等；（3）煤系統(tǒng)輔助設(shè)備，如除鐵器、皮帶秤、軌道衡、皮帶秤校驗(yàn)裝置等；（4）配煤設(shè)備，如犁式卸料器；（5）堆煤設(shè)備，如斗輪堆取料機(jī)、堆料機(jī)等。2.1.3 煤傳輸系統(tǒng)的工作任務(wù)根據(jù)火電廠燃煤運(yùn)送及存儲(chǔ)的工藝要求，煤傳輸系統(tǒng)一般需要完成以下幾項(xiàng)任務(wù)；（1）把進(jìn)廠煤從來(lái)煤處運(yùn)送到儲(chǔ)煤場(chǎng)儲(chǔ)存。當(dāng)采用汽車(chē)進(jìn)煤時(shí)，一般直接把來(lái)煤卸到儲(chǔ)煤場(chǎng)。（2）把儲(chǔ)煤場(chǎng)存煤運(yùn)送到原煤倉(cāng)中供

16、給鍋爐設(shè)備。此項(xiàng)任務(wù)是煤傳輸系統(tǒng)最主要的工作內(nèi)容，稱(chēng)為上煤工作。當(dāng)從儲(chǔ)煤場(chǎng)進(jìn)行上煤時(shí)，一般經(jīng)煤場(chǎng)取煤設(shè)備（如斗輪取料機(jī)、抓斗取料機(jī)等）把煤取至運(yùn)煤皮帶上，然后由運(yùn)煤皮帶、三通擋板、篩煤機(jī)、碎煤機(jī)等設(shè)備組成的上煤流程運(yùn)送后，最終通過(guò)犁式卸料器將煤卸入原煤倉(cāng)中。當(dāng)上煤流程工作時(shí)，煤系統(tǒng)的除鐵器、除木器等相關(guān)輔助設(shè)備也要參與進(jìn)來(lái)，以保障進(jìn)到原煤倉(cāng)的煤質(zhì)良好，不含其它雜質(zhì)。2.2 煤傳輸系統(tǒng)的構(gòu)成煤傳輸系統(tǒng)常由四部分組成：第一，上位機(jī)人機(jī)界面系統(tǒng)，包括上位計(jì)算機(jī)、人機(jī)界面操作軟件、煤傳輸系統(tǒng)管理件；第二，PLC 控制系統(tǒng)，包括 PLC 主機(jī)及數(shù)據(jù)采集模塊、PLC 控制軟件、PLC 各分站之間的通訊網(wǎng)絡(luò)

17、及通訊協(xié)議、PLC 與上位機(jī)人機(jī)界面系統(tǒng)的通訊網(wǎng)絡(luò)及通訊協(xié)議；第三，控制臺(tái)、柜及附件，包括安放上位機(jī)的控制操作臺(tái)、安放 PLC 的控制柜、安放信號(hào)隔離繼電器的控制柜、控制電源分配柜等；第四，設(shè)備就地操作、保護(hù)裝置及信號(hào)傳感器，包括設(shè)備的一次和二次控制執(zhí)行元件、皮帶保護(hù)裝置、信號(hào)檢測(cè)裝置等；2.2.1 上位機(jī)人機(jī)界面系統(tǒng)上位機(jī)人機(jī)界面系統(tǒng)，是煤傳輸系統(tǒng)的監(jiān)控和管理終端，是煤傳輸系統(tǒng)的人機(jī)互動(dòng)部分，是人為操作指令的輸入部分，也是現(xiàn)場(chǎng)控制信息和計(jì)算信息的存儲(chǔ)場(chǎng)地。在絕大多數(shù)煤傳輸系統(tǒng)中，都配置兩套上位機(jī)人機(jī)界面系統(tǒng)，一套作為系統(tǒng)運(yùn)行的操作員站，另一套作為系統(tǒng)維護(hù)的工程師站（該站兼有備用操作員站的功能

18、）。2.2.2 PLC 控制系統(tǒng)PLC 程序控制系統(tǒng)是煤傳輸系統(tǒng)的控制核心，主要用來(lái)采集現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的保護(hù)和狀態(tài)信號(hào)，然后經(jīng)過(guò) CPU 進(jìn)行邏輯和數(shù)學(xué)計(jì)算后，發(fā)出相應(yīng)的控制指令，從而對(duì)煤傳輸系統(tǒng)的所有設(shè)備進(jìn)行合理的控制。一般電廠煤傳輸系統(tǒng)使用的 PLC 系統(tǒng)都是比較流行的知名品牌，如德國(guó) SIEMENS 品牌S7-400S7-300 系列產(chǎn)品、美國(guó) AB 品牌 CONTROLLOGIX5500 系列產(chǎn)品等。22在煤傳輸系統(tǒng)中，PLC 控制系統(tǒng)大都配置有一個(gè)本地站（即含有工作主機(jī) CPU 的數(shù)據(jù)采集機(jī)站）和若干個(gè) I/O 遠(yuǎn)程分站（不含 CPU，僅含用于采集數(shù)據(jù)的輸入、輸出 PLC 模塊），本地站與

19、 I/O 分站之間根據(jù)不同的 PLC 品牌采用不同的冗余配置的數(shù)據(jù)總線進(jìn)行連接和通訊；常用的包括SIEMENS 品牌的 PROFIBUS-DP 總線（通訊介質(zhì)為屏蔽雙絞線，傳輸速率根據(jù)傳輸距離在 187.5K 到 12M 之間可調(diào)）、AB 品牌的 CONTROLNET 總線（通訊介質(zhì)為同軸電纜，傳輸速率可達(dá)到 5M）等。在PLC本地站中，常采用CPU冗余熱備工作方式，即配置兩臺(tái)CPU同時(shí)工作，一臺(tái)是主機(jī)，采集信號(hào)運(yùn)算后輸出指令到實(shí)際的 I/O 模塊，一臺(tái)是熱備用輔機(jī)，采集信號(hào)運(yùn)算后輸出同樣的控制指令，但指令不通過(guò) I/O 模塊輸出，一旦主機(jī)有故障時(shí)，熱備輔機(jī)指令立刻通過(guò) I/O 模塊進(jìn)行實(shí)際輸

20、出，從而使自己變?yōu)橹鳈C(jī)繼續(xù)工作。一般冗余配置的 CPU主、輔機(jī)切換時(shí)間在十幾到幾十毫秒。目前，PLC 控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集模塊一般都選用DC24V 供電模式，數(shù)字量的輸入、輸出模塊常選用 32 通道模塊，模擬量輸入模塊選用8或16 通道模塊，模擬量輸出模塊選用 4 或 8 通道模塊。PLC 系統(tǒng)與上位人機(jī)界面系統(tǒng)的通訊網(wǎng)絡(luò)，是操作員控制指令和受控設(shè)備工作狀態(tài)的傳輸通道，如果此網(wǎng)絡(luò)通訊不正常，就無(wú)法保證控制系統(tǒng)的真正受控。目前的輸煤控制系統(tǒng)中，PLC 系統(tǒng)與上位機(jī)之間通常采用冗余的工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行通訊，通訊協(xié)議為 TCP/IP，通訊介質(zhì)為普通網(wǎng)線或光纖，通訊速率采用 10/100M 自適應(yīng)方式。該通

21、訊方式組網(wǎng)方便，技術(shù)成熟，工作穩(wěn)定，上位機(jī)通訊硬件采用普通以太網(wǎng)卡采購(gòu)方便、成本低廉，且整個(gè)煤傳輸系統(tǒng)容易預(yù)留與電廠管理網(wǎng)絡(luò)的通訊接口。2.2.3 控制臺(tái)、柜及附件煤傳輸系統(tǒng)的控制臺(tái)、柜是系統(tǒng)正常使用的輔助設(shè)施，給上位機(jī)及 PLC 元件提供了安裝位置和必要的保護(hù)，包括操作臺(tái)、電源柜、PLC 控制柜、信號(hào)隔離控制柜等。操作臺(tái)通常設(shè)置在煤傳輸室內(nèi)，根據(jù)功能和安放空間進(jìn)行設(shè)計(jì)、制作，屬于非標(biāo)產(chǎn)品。一般采用前、后開(kāi)門(mén)方式，在臺(tái)上安置煤傳輸系統(tǒng)上位機(jī)顯示器，臺(tái)體內(nèi)放置煤傳輸系統(tǒng)上位主機(jī)，臺(tái)面上布置系統(tǒng)緊急停機(jī)按鈕和電話、廣播呼叫裝置。操作臺(tái)內(nèi)都設(shè)有電源插座和通風(fēng)冷卻風(fēng)扇。電源柜內(nèi)設(shè)置程控系統(tǒng)所需的成套控

22、制電源，隨 PLC 本地站和 I/O 遠(yuǎn)程分站分別配置，一般系統(tǒng)有幾個(gè) PLC 站就有幾套電源柜。電源柜內(nèi)的供電裝置都采用冗余配置，輸入電源一般為 AC220V，輸出電源一般為 AC220V 和 DC24V，為了保證電源系統(tǒng)的連續(xù)供電，電源柜的輸入端常采用雙路同時(shí)供電，一路是工作電源、一路是備用電源，在工作電源出現(xiàn)故障時(shí)，備用電源立即投入工作。PLC 控制柜主要用來(lái)安裝 PLC 系統(tǒng)，分布在 PLC 本地站和 I/O 遠(yuǎn)程分站內(nèi)。本地站的 PLC 控制柜內(nèi)，安裝有冗余配置的主機(jī)系統(tǒng)，一般包括主機(jī)架、電源模塊、遠(yuǎn)程 I/O接口模塊、CPU 控制器、與上位機(jī)通訊的以太網(wǎng)模塊及冗余數(shù)據(jù)同步模塊；另外

23、，還裝有本地站監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)采集的 I/O 模塊、模塊安裝機(jī)架、與 PLC 主機(jī)系統(tǒng)通訊的 I/O 適配裝置等。在各 I/O 分站的 PLC 控制柜內(nèi)，主要安裝了遠(yuǎn)程監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)采集的 I/O 模塊、模塊安裝機(jī)架、與 PLC 主機(jī)系統(tǒng)通訊的 I/O 適配裝置等。信號(hào)隔離控制柜，是信號(hào)隔離裝置的安置空間。2.2.4 設(shè)備就地操作、保護(hù)裝置及信號(hào)傳感器設(shè)備控制的就地執(zhí)行元器件、保護(hù)裝置及傳感器系統(tǒng)，是煤傳輸系統(tǒng)的重要組成部分，該部分元件如果選擇不當(dāng)或工作不正常，就要造成整個(gè)控制系統(tǒng)處于大腦發(fā)達(dá)四肢不靈的狀態(tài)。設(shè)備控制的執(zhí)行元器件通常選用優(yōu)質(zhì)的通用元器件，如空氣開(kāi)關(guān)、接觸器、熱繼電器（電流綜合保護(hù)器）、電流互

24、感器、按鈕、選擇開(kāi)關(guān)、信號(hào)繼電器、就地指示燈及顯示儀表等。煤傳輸系統(tǒng)的保護(hù)裝置及信號(hào)傳感器，主要是指運(yùn)煤皮帶的保護(hù)和信號(hào)檢測(cè)裝置，及煤倉(cāng)煤位的檢測(cè)裝置，總結(jié)起來(lái)包括以下幾類(lèi)裝置：28（1）運(yùn)煤皮帶跑偏信號(hào)檢測(cè)裝置，即跑偏保護(hù)開(kāi)關(guān)。（2）運(yùn)煤皮帶拉繩信號(hào)檢測(cè)裝置，即拉繩保護(hù)開(kāi)關(guān)。（3）運(yùn)煤皮帶縱向撕裂檢測(cè)裝置，即撕裂保護(hù)開(kāi)關(guān)。（4）運(yùn)煤皮帶斷帶檢測(cè)裝置，即斷帶保護(hù)開(kāi)關(guān)。（5）運(yùn)煤皮帶速度監(jiān)控儀，即速度、打滑檢測(cè)開(kāi)關(guān)（6）運(yùn)煤皮帶料流檢測(cè)開(kāi)關(guān)。（7）落煤管堵煤故障檢測(cè)開(kāi)關(guān)。（8）煤倉(cāng)煤位檢測(cè)裝置。2.3 煤傳輸運(yùn)煤系統(tǒng)的控制方式煤傳輸運(yùn)煤系統(tǒng)的控制方式一般可分為程控自動(dòng)、聯(lián)鎖手動(dòng)、解鎖手動(dòng)、就地手

25、動(dòng)四種控制方式。其中，程控自動(dòng)和聯(lián)鎖手動(dòng)是系統(tǒng)的主要控制方式；解鎖手動(dòng)一般用于單臺(tái)設(shè)備的檢修和測(cè)試；就地手動(dòng)常用于單臺(tái)設(shè)備的檢修和測(cè)試，有時(shí)也作為無(wú) PLC 控制的緊急上煤操作方式。29-32程控系統(tǒng)正常工作時(shí)，一般依照如下的控制原則：（1）正常運(yùn)行時(shí)，輸煤設(shè)備按逆煤流方向順序延時(shí)啟動(dòng)；（2）正常停機(jī)時(shí)，輸煤設(shè)備按順煤流方向順序延時(shí)停機(jī)；（3 ）故障停機(jī)時(shí)，從故障設(shè)備起所有逆煤流設(shè)備順序立即停機(jī)（碎煤機(jī)除本身事故外，不停機(jī)或延時(shí)停機(jī)）；（4）除鐵器只參與膠帶運(yùn)輸機(jī)聯(lián)鎖啟、停，但除鐵器有事故時(shí)不聯(lián)跳逆煤流方向的皮帶，除鐵器自跳；（5）由于緊急情況需立即停所有設(shè)備時(shí)，操作臺(tái)及上位機(jī)上均有急停按鈕，

26、此按鈕一旦動(dòng)作，主機(jī)能立即接到命令，使設(shè)備立即停下來(lái)（碎煤機(jī)、篩煤機(jī)延時(shí)停機(jī)）；（6）當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，輸出語(yǔ)音、文字報(bào)警。2.3.1 程控自動(dòng)控制方式程控自動(dòng)控制方式是煤傳輸系統(tǒng)的主要工作方式。此種方式下，所有設(shè)備的監(jiān)控工作都通過(guò)上位機(jī)和 PLC 系統(tǒng)完成，設(shè)備自身保護(hù)齊全，設(shè)備啟、停采用聯(lián)鎖自動(dòng)控制，是一種高可靠性、高智能化的設(shè)備控制方式。2.3.2 聯(lián)鎖手動(dòng)控制方式聯(lián)鎖手動(dòng)控制方式是煤傳輸系統(tǒng)的重要工作方式。此種方式下，所有設(shè)備的監(jiān)控工作都通過(guò)上位機(jī)和 PLC 系統(tǒng)完成，設(shè)備自身保護(hù)齊全，設(shè)備啟、停采用一對(duì)一手動(dòng)控制，是一種簡(jiǎn)單靈活的設(shè)備控制方式。2.3.3 解鎖手動(dòng)控制方式解鎖手動(dòng)控制

27、方式通過(guò)上位機(jī)和 PLC 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，是一種非常規(guī)控制方式，不允許帶載運(yùn)行，只適用于單臺(tái)設(shè)備的調(diào)試、校正及試驗(yàn)。解鎖手動(dòng)時(shí)，被選中解鎖的設(shè)備與整個(gè)系統(tǒng)將解除聯(lián)鎖關(guān)系，可以從上位機(jī)上一對(duì)一啟動(dòng)已經(jīng)解鎖的設(shè)備，此時(shí)設(shè)備的自身保護(hù)依然有效，但沒(méi)有聯(lián)鎖保護(hù)功能。2.3.4 上位機(jī)控制方式下的共有功能在煤傳輸系統(tǒng)中，程控自動(dòng)、聯(lián)鎖手動(dòng)、解鎖手動(dòng)的控制都是經(jīng)過(guò)上位機(jī)和 PLC 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的，在這三種控制方式中，設(shè)備的自身保護(hù)信號(hào)都是齊全可靠的，并都有效參與了設(shè)備的停機(jī)保護(hù)。為了提高程控系統(tǒng)的利用率，最大限度地保障煤倉(cāng)供煤的連續(xù)性，系統(tǒng)一般都設(shè)有設(shè)備故障信號(hào)人為解除功能。故障信號(hào)解除功能常于設(shè)備故障情況時(shí)的緊急

28、或臨時(shí)處理。例如，在運(yùn)煤皮帶正常工作時(shí)，如果出現(xiàn)重跑偏、拉繩、重打滑、撕裂等報(bào)警信號(hào)，則系統(tǒng)將立即對(duì)運(yùn)煤皮帶實(shí)施停機(jī)保護(hù)，并且在此類(lèi)故障信號(hào)未消除前，無(wú)法再次啟動(dòng)該運(yùn)煤皮帶。當(dāng)系統(tǒng)處于特殊情況時(shí)，如皮帶并未發(fā)生真正的類(lèi)似故障，而是保護(hù)裝置誤動(dòng)作或損壞后發(fā)出的報(bào)警信號(hào)，此時(shí)如該皮帶急需運(yùn)行起來(lái)，且在短時(shí)間內(nèi)無(wú)法對(duì)保護(hù)裝置進(jìn)行檢測(cè)和維護(hù)，就可以使用故障信號(hào)解除功能。此時(shí)，在上位機(jī)中把出現(xiàn)的故障設(shè)于“解除”狀態(tài)，并重新復(fù)位故障信號(hào)后，即可以把相應(yīng)的運(yùn)煤皮帶再次啟動(dòng)起來(lái)。2.3.5 就地手動(dòng)控制方式就地手動(dòng)控制方式是煤傳輸系統(tǒng)的后備手操控制方式，此時(shí)的設(shè)備控制完全使用繼電器硬線回路實(shí)現(xiàn)，而與上位機(jī)和

29、PLC 系統(tǒng)無(wú)關(guān)。就地操作時(shí)，設(shè)備的自身保護(hù)往往是不齊全的，設(shè)備間的聯(lián)鎖關(guān)系也沒(méi)有程控操作時(shí)完整，但此種控制方式可以用作上位機(jī)與 PLC 系統(tǒng)損壞情況下的緊急上煤。此時(shí)，需要運(yùn)行人員依照設(shè)備的聯(lián)鎖關(guān)系，到就地操作箱一對(duì)一操作設(shè)備的啟、停開(kāi)關(guān)，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)備的正常工作。通常，就地手動(dòng)控制方式與程控方式的切換靠設(shè)備的“就地/程控”控制方式轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)，此轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)有的系統(tǒng)設(shè)在設(shè)備就地控制箱內(nèi)，有的系統(tǒng)則直接將其設(shè)置在煤傳輸?shù)目刂乒駜?nèi)。該開(kāi)關(guān)的位置沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)可以遵循，一般是由系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)思路決定的。2.4 煤傳輸配煤系統(tǒng)的的控制方式煤傳輸中的配煤是指原煤倉(cāng)上的卸料設(shè)備把運(yùn)煤皮帶上的來(lái)煤分別加到各原煤倉(cāng)的

30、全過(guò)程。配煤系統(tǒng)涉及到的設(shè)備主要是犁式卸料器（即犁煤器）和原煤倉(cāng)。完整的煤傳輸系統(tǒng)都由運(yùn)煤系統(tǒng)和配煤系統(tǒng)兩部分內(nèi)容組成。配煤系統(tǒng)大都采用程序自動(dòng)配煤、上位機(jī)手動(dòng)配煤、就地手動(dòng)配煤三種控制方式；并以盡量加倉(cāng)均勻、盡量利用煤倉(cāng)儲(chǔ)煤空間為配煤原則。2.4.1 程序自動(dòng)配煤控制方式程序自動(dòng)配煤是一種全自動(dòng)配煤方式，一般包括低煤位優(yōu)先配，順序時(shí)間循環(huán)配和余煤配三部分工作內(nèi)容，整個(gè)配煤過(guò)程由 PLC 程序控制，加倉(cāng)均勻，原煤倉(cāng)儲(chǔ)煤空間利用率高，當(dāng)原煤倉(cāng)個(gè)數(shù)較多時(shí)，可大大降低煤倉(cāng)間值班人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。2.4.2 上位機(jī)手動(dòng)配煤控制方式上位機(jī)手動(dòng)配煤屬于人工配煤方式，此時(shí)，操作員通過(guò)參考各煤倉(cāng)的煤位信號(hào)，并一

31、對(duì)一點(diǎn)按上位機(jī)上的犁煤器抬、落按鈕來(lái)完成配煤工作。2.4.3 就地手動(dòng)配煤控制方式就地手動(dòng)配煤方式，是配煤系統(tǒng)的后備手操控制方式。此種配煤操作方式與上位機(jī)和PLC 系統(tǒng)無(wú)關(guān)，完全依賴(lài)操作人員的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)。操作人員通過(guò)犁煤器現(xiàn)場(chǎng)控制箱上的抬、落控制按鈕控制犁煤器的抬落，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)巡查的煤倉(cāng)煤位來(lái)決定配煤時(shí)間的長(zhǎng)短和配煤加倉(cāng)的先后順序。就地手動(dòng)配煤的優(yōu)先級(jí)別高于其它配煤控制方式，當(dāng)巡檢人員發(fā)現(xiàn)其它配煤方式下出現(xiàn)異常情況時(shí)，可以隨時(shí)在就地對(duì)配煤操作進(jìn)行干預(yù)。為了保證配煤系統(tǒng)正常工作，少出事故，有的煤傳輸系統(tǒng)對(duì)就地手動(dòng)配煤方式與上位機(jī)的配煤控制方式實(shí)施了并列共存。即煤倉(cāng)間犁煤器在通過(guò)上位機(jī)和 PLC

32、 系統(tǒng)控制的同時(shí)，也可以隨時(shí)接受并執(zhí)行現(xiàn)場(chǎng)就地控制箱的控制信號(hào)。第3 章PLC在煤傳輸系統(tǒng)中的應(yīng)用 3.1 煤傳輸系統(tǒng)中常用的 PLC3.1.1 冗余配置的 PLC 系統(tǒng)冗余配置的 PLC 系統(tǒng)，多是指雙網(wǎng)冗余熱備、雙機(jī)冗余熱備系統(tǒng)。雙網(wǎng)冗余熱備，即雙通道冗余通訊模式，是指在 PLC 系統(tǒng)中，各 PLC 的 I/O 站及CPU 之間通過(guò)兩根通訊電纜連接，占用兩個(gè)參數(shù)完全相同的通道進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，兩個(gè)通道同時(shí)工作，一主一輔互為備用，當(dāng)一條通訊線故障時(shí)，另一通訊網(wǎng)絡(luò)可以瞬間投入運(yùn)行，充分保障了網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的不間斷傳輸，降低了數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓收下?。雙機(jī)冗余熱備，是指在 PLC 系統(tǒng)中配置兩個(gè)完全相同的 CPU

33、 同時(shí)工作，一個(gè) CPU為主，另一個(gè) CPU 為輔，主 CPU 負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)實(shí)際的系統(tǒng)輸出；當(dāng) PLC 系統(tǒng)檢測(cè)到主 CPU故障或 CPU 切換命令時(shí)，立即把輔 CPU 的輸出鏈接到系統(tǒng)實(shí)際輸出上，把原主 CPU 替換下來(lái)，以便對(duì)其故障進(jìn)行處理。雙機(jī)冗余熱備系統(tǒng)中，CPU 的切換分為兩種方式，一種是通過(guò)專(zhuān)用同步模塊進(jìn)行切換，即硬件冗余系統(tǒng)，切換時(shí)間一般在十幾到幾十毫秒，此種 PLC 配置方式投資較高；一種是通過(guò)程序數(shù)據(jù)檢測(cè)進(jìn)行切換，即軟件冗余系統(tǒng)，切換時(shí)間在一百毫秒左右，SIEMENS S7-300/S7-400 系列 PLC 正是可以進(jìn)行軟件冗余配置的典型 PLC，此種 PLC配置方式的投資較硬

34、件冗余系統(tǒng)低很多，系統(tǒng)的運(yùn)行性?xún)r(jià)比很高。從 CPU 切換的時(shí)間上來(lái)看，軟件冗余系統(tǒng)的切換時(shí)間較長(zhǎng)，系統(tǒng)控制的跟隨性要比硬件冗余系統(tǒng)差一些；但實(shí)際上，電廠煤傳輸系統(tǒng)的監(jiān)控信號(hào)多為開(kāi)關(guān)量信號(hào)，PLC 系統(tǒng)主要進(jìn)行的是邏輯運(yùn)算，所以軟件冗余系統(tǒng)的切換時(shí)間完全能夠滿(mǎn)足運(yùn)煤系統(tǒng)連續(xù)控制的需要。為此，研究 SIEMENS S7-300/S7-400 系列 PLC 的軟件冗余配置就變得十分重要。3.1.2 常用于煤傳輸系統(tǒng)的 PLC 簡(jiǎn)介目前，火電廠煤傳輸系統(tǒng)中常用的 PLC 主要有三種：（1）美國(guó) MODICON 品牌 QUANTUM140 系列產(chǎn)品。主機(jī)部分采用冗余配置，各 PLC 分站與主機(jī)采用 RI

35、O 冗余網(wǎng)絡(luò)通訊，PLC 系統(tǒng)與上位機(jī)系統(tǒng)采用冗余以太網(wǎng)方式通訊。（2）德國(guó)SIEMENS品牌S7-400S7-300系列產(chǎn)品。主機(jī)部分采用S7-300產(chǎn)品，冗余配置；數(shù)據(jù)采集模塊采用 S7-300 產(chǎn)品，并以 SIEMENS 產(chǎn)品特有的 ET200M擴(kuò)展方式與主機(jī)系統(tǒng)相連；各 PLC 分站與主機(jī)系統(tǒng)間采用 PROFIBUS-DP 冗余網(wǎng)絡(luò)通訊，PLC 系統(tǒng)與上位機(jī)系統(tǒng)采用冗余以太網(wǎng)方式通訊。（3）美國(guó) AB 品牌 CONTROLLOGIX5500 系列產(chǎn)品。主機(jī)部分采用冗余配置，各 PLC 分站與兩個(gè)主機(jī)站采用 CONTROLNET 冗余網(wǎng)絡(luò)通訊，PLC 系統(tǒng)與上位機(jī)系統(tǒng)采用冗余以太網(wǎng)方式通

36、訊。綜上可見(jiàn)，電廠主流煤傳輸系統(tǒng)中的 PLC 系統(tǒng)一般選擇冗余配置 CPU 工作方式。3.2 SIEMENS S7 軟件冗余系統(tǒng)的構(gòu)架SIEMENS S7 系列 PLC 軟件冗余系統(tǒng)，在主機(jī)部分的配置中，往往因 CPU 的型號(hào)不同而有所差別，但對(duì)于 I/O 分站的配置則完全相同。在所有的軟件冗余系統(tǒng)中，I/O 分站都是按照 ET200M 的方式進(jìn)行擴(kuò)展，每個(gè)分站配有一對(duì)冗余的通訊模塊 IM153-2，且所有分站與主機(jī)系統(tǒng)的兩個(gè) CPU 都以 PROFIBUS-DP 方式進(jìn)行通訊，每個(gè)分站最多只允許配置 8 個(gè) I/O 模塊，每個(gè) PLC 系統(tǒng)則可以配置 127 個(gè) I/O 分站。對(duì)于 SIEM

37、ENS S7 系列 PLC 軟件冗余系統(tǒng)的主機(jī)部分，本文將按S7-300機(jī)型分別進(jìn)行介紹。S7-300 系列的 PLC，在構(gòu)成軟件冗余系統(tǒng)時(shí)，其 CPU 主機(jī)部分主要包括以下幾種組成構(gòu)件：（1）PLC 主機(jī)安裝導(dǎo)軌（2）PLC 主機(jī) CPU 模塊（3）PLC 冗余數(shù)據(jù)檢測(cè)模塊（4）PLC 數(shù)據(jù)傳送網(wǎng)絡(luò)3.3 SIEMENS S7 軟件冗余系統(tǒng)的設(shè)定目前，實(shí)際工程中常用的 SIEMENS S7 軟件冗余系統(tǒng)有兩種，一種是 MPIPROFIBUS 冗余方式，另一種是 TCP/IP 冗余方式。軟件冗余系統(tǒng)是一種特殊的 PLC 冗余系統(tǒng)，不但在硬件構(gòu)成上特點(diǎn)鮮明，其軟件設(shè)定更是舉足是輕重，如果沒(méi)有正確

38、的軟件組態(tài)和設(shè)定，軟件冗余系統(tǒng)就無(wú)法正常工作，甚至無(wú)法組建。對(duì)于 SIEMENS S7-300 系列的 PLC 軟件冗余系統(tǒng)，用到的軟件有用戶(hù)編程的專(zhuān)用軟件STEP 7 和進(jìn)行軟件冗余配置的專(zhuān)用冗余軟件SIMATIC SoftwareRedundancy。本文中用到的軟件版本為 STEP 7 V5.2+SP1 和 Redundancy V1.2。當(dāng)STEP 7 V5.2+SP1 和 Redundancy V1.2安裝完成后，即可根據(jù)實(shí)例中提到的硬件構(gòu)成，來(lái)創(chuàng)建和組態(tài)軟件冗余系統(tǒng)的應(yīng)用程序。3.4 SIEMENS S7 軟件冗余系統(tǒng)的用戶(hù)程序編制在 SIEMENS 的 PLC 系統(tǒng)中，當(dāng) CPU

39、 采用 S7-300/400 產(chǎn)品時(shí)，使用的軟件編輯程序都是 STEP7，該軟件最常用的語(yǔ)言表達(dá)方式為梯形圖（LAD）和語(yǔ)句表（STL）。為了提高編制 SIEMENS 用戶(hù)程序的靈活性，強(qiáng)大用戶(hù)程序的功能，提高程序的可讀性，STEP7 采用多種程序塊共同來(lái)組成用戶(hù)程序?？偨Y(jié)起來(lái)，程序塊主要包括以下幾種：（1）OB 塊（Organization Block），即程序組織塊，用戶(hù)程序的執(zhí)行都是靠 CPU 掃描OB 塊來(lái)實(shí)現(xiàn)的。（2）DB 塊（Data Block），即存儲(chǔ)程序數(shù)據(jù)的塊，數(shù)據(jù)塊的格式和內(nèi)容可以根據(jù)用戶(hù)的需要進(jìn)行設(shè)定，數(shù)據(jù)塊支持的數(shù)據(jù)類(lèi)型包括 BOOL、BYTE、WORD、DWORD、

40、INT、DINT、REAL、S5TIME、TIME、DATE、CHAR、TIME_OF_DAY，數(shù)據(jù)塊常用的定義結(jié)構(gòu)為數(shù)組結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)塊是用戶(hù)程序計(jì)算數(shù)據(jù)的存放空間，其內(nèi)沒(méi)有程序語(yǔ)句，對(duì)于不同的 CPU 來(lái)說(shuō)，可以定義的數(shù)據(jù)塊數(shù)量也不同。（3）FB 塊（Function Block），即帶有存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的程序功能塊，此類(lèi)功能塊需依附數(shù)據(jù)塊工作，每個(gè) FB 塊都需定義一個(gè) DB 塊與之配合使用，并通過(guò) OB 塊的調(diào)用來(lái)執(zhí)行。FB 塊有兩種，一種是用戶(hù)自行編制的，具有某種通用功能的程序塊；一種是軟件系統(tǒng)自帶的具有特定功能的程序塊，即 SFB 塊，在軟件冗余系統(tǒng)中，即用到了塊 SFB04IEC 接通延時(shí)計(jì)

41、時(shí)器功能塊。（4）FC 塊（Function），即不帶有存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的程序功能塊，此類(lèi)功能塊單獨(dú)存在，不需依附數(shù)據(jù)塊工作，是用戶(hù)開(kāi)發(fā)程序時(shí)最常用的程序塊，通過(guò) OB 塊的調(diào)用來(lái)執(zhí)行。一個(gè)軟件冗余系統(tǒng)的 PLC 程序往往由兩部分組成，一部分是具有特定意義的系統(tǒng)自帶的程序功能塊，包括相應(yīng)的 OB 塊、FB 塊、FC 塊、DB 塊，一般此類(lèi)程序塊不需要用戶(hù)自己編制，只要把對(duì)應(yīng)的程序塊從軟件程序庫(kù)中復(fù)制到用戶(hù)程序中即可；另一部分是用戶(hù)自己編制或配置的程序塊，包括 OB 塊、FB 塊、FC 塊、DB 塊等。（1）來(lái)自程序庫(kù)的特定程序塊圖 3.6 CP 400 文件夾內(nèi)的程序塊顯示圖 3.7 SWR_AGSE

42、ND_400 文件夾內(nèi)的程序塊顯示圖 3.8 SWR_400_MIN 項(xiàng)中含有的程序塊顯示（2）用戶(hù)自行編制的程序塊圖 3.9 數(shù)據(jù)塊傳輸指令圖 3.10 IEC 計(jì)時(shí)器指令圖 3.11 自行編制的計(jì)時(shí)器指令功能塊第 4 章：基于西門(mén)子PLC冗余系統(tǒng)的煤傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)4.1 工程簡(jiǎn)介本設(shè)計(jì)中的發(fā)電廠煤傳輸系統(tǒng)中，系統(tǒng)要求在程控室內(nèi)設(shè)置一個(gè)PLC 本地站，在煤倉(cāng)間設(shè)置一個(gè) PLC 遠(yuǎn)程 I/O 分站。本地站內(nèi)設(shè)有 PLC 系統(tǒng)的 CPU 和部分 I/O 模塊,主要監(jiān)控的設(shè)備包括廠外運(yùn)煤設(shè)備及廠內(nèi)煤倉(cāng)間之前的所有設(shè)備；遠(yuǎn)程 I/O 分站只設(shè)有 PLC 系統(tǒng)的 I/O 模塊，主要監(jiān)控的設(shè)備是煤倉(cāng)間皮

43、帶、擋板、犁煤器及煤倉(cāng)煤位信號(hào)。鑒于電廠煤傳輸系統(tǒng)的重要性，對(duì) PLC 系統(tǒng)采用了軟件冗余配置的雙 CPU 工作方式，并通過(guò) PLC 編程實(shí)現(xiàn)所有輸煤設(shè)備的聯(lián)鎖控制，工業(yè)控制計(jì)算機(jī)則作為上位機(jī)與PLC 互相配合，共同完成煤傳輸系統(tǒng)的監(jiān)控功能。本系統(tǒng)的上位機(jī)人機(jī)界面監(jiān)控、管理系統(tǒng)包括：兩臺(tái)上位監(jiān)控機(jī)（操作員站）和一臺(tái)工程師工作站。4.2 煤傳輸系統(tǒng)組態(tài)方式4.2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)整個(gè)煤傳輸系統(tǒng)由上位機(jī)系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)、PLC系統(tǒng)、就地設(shè)備控制系統(tǒng)組成，分為程控上煤和程控配煤兩大部分，分別完成上煤控制和配煤控制功能。設(shè)有一個(gè)主控制室，設(shè)在輸煤綜合樓，實(shí)現(xiàn)主要的控制任務(wù)。下設(shè)四個(gè)遠(yuǎn)程工/0站，在本系統(tǒng)

44、中，由于煤傳輸系統(tǒng)設(shè)備比較分散，所以在煤倉(cāng)間又設(shè)置一個(gè)遠(yuǎn)程站，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)起輔助監(jiān)視作用。整個(gè)煤傳輸系統(tǒng)配備了兩臺(tái)上位機(jī)，其中一臺(tái)可以兼做工程師站。上位機(jī)與PLC之間采用冗余結(jié)構(gòu)環(huán)型工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行通訊。在PLC系統(tǒng)與各遠(yuǎn)程1/0設(shè)備(ET一200、傳動(dòng)設(shè)備、執(zhí)行器、傳感器)等各網(wǎng)絡(luò)之間采用冗余的PROF工BUS一DP現(xiàn)場(chǎng)總線進(jìn)行通信。整個(gè)煤傳輸系統(tǒng)的系統(tǒng)配置如下圖所示：、圖4.1 煤傳輸系統(tǒng)配置圖4.2.2 通訊方式1.通過(guò)分析對(duì)比，上位機(jī)與PLC主站之間選用德國(guó)西門(mén)子公司研發(fā)的 SIMATICNET100Mbit/S工業(yè)以太網(wǎng)。它是利用帶傳輸技術(shù)，基于IEEESO2.3，利用CSMA/CD介質(zhì)

45、訪問(wèn)方法的單元級(jí)和控制級(jí)傳輸網(wǎng)絡(luò)。使用的物理傳輸介質(zhì)是光纖。2.PLC主站與各I/0分站之l選用冗余的PROFIBUS一DP現(xiàn)場(chǎng)總線。PROFIBUS一DP用于將現(xiàn)場(chǎng)層的數(shù)據(jù)高速傳送到PLC主站，PLC主站周期地讀取各分站的輸入信息并周期地向分站發(fā)送輸出信息?？偩€循環(huán)時(shí)間必須要比主站(PLC)程序循環(huán)時(shí)間短。除周期性數(shù)據(jù)傳輸外，PROFIBUS一DP還提供智能化設(shè)備所需的非周期性通信以進(jìn)行組態(tài)、診斷和報(bào)警處理。3.煤傳輸系統(tǒng)通訊網(wǎng)絡(luò)圖：圖4.2 煤傳輸系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通訊圖 4.2.3冗余系統(tǒng)實(shí)例中的硬件及網(wǎng)絡(luò)組態(tài)安裝STEP 7 V5.2+SP1 和 Redundancy V1.2后。根據(jù)系統(tǒng)的硬件

46、構(gòu)成，來(lái)創(chuàng)建和組態(tài)冗余系統(tǒng)的應(yīng)用程序。（1）應(yīng)用程序的創(chuàng)建（2）應(yīng)用程序的硬件及網(wǎng)絡(luò)組態(tài)圖 3.1 CPU 配置 PROFIBUS-DP 網(wǎng)后的程序顯示界面圖 3.2 配置第一個(gè) I/O 分站后的程序顯示界面（3）應(yīng)用程序的冗余數(shù)據(jù)檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)組態(tài)圖 3.3 含鏈接配置表的網(wǎng)絡(luò)編輯界面圖 3.4 配置 FDL 數(shù)據(jù)鏈接后的鏈接表顯示界面圖 3.5 配置 TCP/IP 數(shù)據(jù)鏈接后的鏈接表顯示界面4.3系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)4.3.1系統(tǒng)用到的設(shè)備的硬件選型： 1.系統(tǒng)元器件選型：序號(hào)元器件名稱(chēng)元器件代號(hào)型號(hào)數(shù)量1刀開(kāi)關(guān)QSHR1-60132按鈕開(kāi)關(guān)SBLA19-11B/D63轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)SASZLW5-1634

47、拉繩開(kāi)關(guān)SLRN5-II145熱繼電器FRJR16-20126熔斷器FUNGT0036圖4.3 系統(tǒng)元器件選型表 2.系統(tǒng)電機(jī)選型：電機(jī)代碼電機(jī)名稱(chēng)電機(jī)型號(hào)電機(jī)參數(shù)（功率）M1卸煤部分1#輸送帶電動(dòng)機(jī)Y200L1-230KWM2卸煤部分2#輸送帶電動(dòng)機(jī)Y16M1-211KWM3卸煤部分3#輸送帶電動(dòng)機(jī)Y200L1-230KWM4上煤部分4#A輸送帶電動(dòng)機(jī)Y132S1-25.5KWM 5上煤部分5#A輸送帶電動(dòng)機(jī)Y200L2-237KWM6上煤部分6#A輸送帶電動(dòng)機(jī)Y225M-245KWM7上煤部分7#A輸送帶電動(dòng)機(jī)Y160M2-215KWM8上煤部分4#B輸送帶電動(dòng)機(jī)Y132S1-25.5KW

48、M9上煤部分5#B輸送帶電動(dòng)機(jī)Y200L2-237KWM10上煤部分6#B輸送帶電動(dòng)機(jī)Y225M-245KWM11上煤部分7#B輸送帶電動(dòng)機(jī)Y160M2-215KWM12上煤部分O#輸送帶電動(dòng)機(jī)Y16M1-211KWM13上煤部分梨煤機(jī)電動(dòng)機(jī)（AD）Y132S2-27.5KWM14上煤部分梨煤機(jī)電動(dòng)機(jī)（BD）Y132S2-27.5KW圖4.4 系統(tǒng)電機(jī)選型表4.3.2系統(tǒng)主電路分析及設(shè)計(jì)：1. 系統(tǒng)主電路： 圖 4.5 系統(tǒng)主電路圖 2.系統(tǒng)主電路分析：本設(shè)計(jì)的煤傳輸系統(tǒng)主要是通過(guò)皮帶運(yùn)機(jī)完場(chǎng)卸煤及上煤任務(wù)，本設(shè)計(jì)采用以PLC為控制核心控制12臺(tái)皮帶運(yùn)輸機(jī)，其中1#3#皮帶完成卸煤任務(wù)；4#7

49、#（有AD 、BD兩條輸送線供選擇）皮帶完成上煤任務(wù)。12臺(tái)皮帶運(yùn)煤機(jī)、梨煤機(jī)分別用14臺(tái)電動(dòng)機(jī)（M1M14）帶動(dòng)。4.3.3.PLC控制系統(tǒng)的硬件選型機(jī)設(shè)計(jì)1.PLC控制系統(tǒng)的硬件選型：序號(hào)設(shè)備部件名稱(chēng)型號(hào)數(shù)量主要技術(shù)參數(shù)生產(chǎn)廠家1S7-300CPU模塊S7-300CPU模塊CPU313C-2DPCPU313C-2DP22最多處理模擬通量248通道，數(shù)字量992，模塊繼集成多個(gè)高速輸入計(jì)數(shù)通道和輸出脈沖通道。德國(guó)SIEMENS2S7-300數(shù)字輸量輸入模塊SM321116通道，24VDC信號(hào)德國(guó)SIEMENS3S7-300數(shù)字量輸出模塊SM322116通道，24VDC信號(hào)德國(guó)SIEMENS4

50、S7-300模擬量輸出模塊SM33212通道，電流電壓信號(hào)德國(guó)SIEMENS5S7-300以太網(wǎng)模塊CP343-11支持TCP/IP協(xié)議德國(guó)SIEMENS6S7-300PROFIBUS模塊CP342-51支持PROFIBUS從站協(xié)議德國(guó)SIEMENS7分布式I/O站接口模塊IM153-11支持PROFIBUS從站協(xié)議德國(guó)SIEMENS8PROFIBUS電纜CABLE10PROFIBUS標(biāo)準(zhǔn)電纜德國(guó)SIEMENS9PROFIBUS通訊卡CP56111程序編程調(diào)試，PROFIBUS通訊等德國(guó)SIEMENS10總線連接器BUS-CONNECTOR390度被插式德國(guó)SIEMENS11模塊前連接器20P

51、IN420PIN德國(guó)SIEMENS12德國(guó)SIEMENS13圖 4.6 PLC控制系統(tǒng)硬件選型2.PLC控制系統(tǒng)的I/O口分配：（1） 輸入點(diǎn)：卸煤、上煤時(shí)自動(dòng)/手動(dòng)切換需要2個(gè)輸入點(diǎn)；卸煤、上煤時(shí)的聯(lián)鎖啟動(dòng)、停止、緊急停止需要6個(gè)輸入點(diǎn)；控制料斗、1#3#皮帶機(jī)需要4個(gè)輸入點(diǎn)；AD、BD工作方式的選擇需要1個(gè)輸入點(diǎn)；梨煤機(jī)（2臺(tái)）、4A#7A#(4#B7#B)和0#皮帶需要11個(gè)輸入點(diǎn)，共24個(gè)輸入點(diǎn)。（2）輸出點(diǎn)：卸煤、上煤時(shí)的聯(lián)鎖啟動(dòng)預(yù)告電鈴和故障報(bào)警電鈴需要4個(gè)輸出點(diǎn)；控制料斗電磁閥和1#3#皮帶機(jī)需要4個(gè)輸出點(diǎn)；梨煤機(jī)（2臺(tái)）、4A#7A#(4#B7#B)和0#皮帶需要11個(gè)輸入點(diǎn)，

52、共19個(gè)輸入點(diǎn)。名 稱(chēng)代碼地址編碼輸 入 信 號(hào)卸煤自動(dòng)/手動(dòng)按鈕S0I0.0卸煤?jiǎn)?dòng)按鈕SB0I0.1卸煤停止按鈕SB1I0.2卸煤急停按鈕SB2I0.3料斗電磁閥I0.41#皮帶傳動(dòng)電機(jī)I0.52#皮帶傳動(dòng)電機(jī)I0.63#皮帶傳動(dòng)電機(jī)I0.7上煤自動(dòng)/手動(dòng)按鈕S1I1.0上煤?jiǎn)?dòng)按鈕SB3I1.1上煤停止按鈕SB411.2上煤急停按鈕SB5I1.3AD/BD運(yùn)行選擇按鈕S2I1.4梨煤機(jī)電機(jī)（AD）I1.5梨煤機(jī)電機(jī) (BD)I1.64#A皮帶傳動(dòng)電機(jī)I1.75#A皮帶傳動(dòng)電機(jī)I2.06#A皮帶傳動(dòng)電機(jī)I2.17#A皮帶傳動(dòng)電機(jī)I2.24#B皮帶傳動(dòng)電機(jī)I2.35#B皮帶傳動(dòng)電機(jī)I2.46

53、#B皮帶傳動(dòng)電機(jī)I2.57#B皮帶傳動(dòng)電機(jī)I2.60#皮帶傳動(dòng)電機(jī)IO.27圖 4.7 輸入信號(hào)表名稱(chēng)代碼地址編碼輸 出 信 號(hào)輸 出 信 號(hào)卸煤?jiǎn)?dòng)預(yù)告電鈴HA1Q0.0上煤?jiǎn)?dòng)預(yù)告電鈴HA2Q0.1卸煤故障電鈴HA3Q0.2上煤故障電鈴HA4Q0.31#皮帶傳動(dòng)電機(jī)Q0.52#皮帶傳動(dòng)電機(jī)Q0.63#皮帶傳動(dòng)電機(jī)Q0.7梨煤機(jī)電機(jī)（AD）Q1.0梨煤機(jī)電機(jī) (BD)Q1.14#A皮帶傳動(dòng)電機(jī)Q1.25#A皮帶傳動(dòng)電機(jī)Q1.36#A皮帶傳動(dòng)電機(jī)Q1.47#A皮帶傳動(dòng)電機(jī)Q1.54#B皮帶傳動(dòng)電機(jī)Q1.65#B皮帶傳動(dòng)電機(jī)Q1.76#B皮帶傳動(dòng)電機(jī)Q2.07#B皮帶傳動(dòng)電機(jī)Q2.10#皮帶傳動(dòng)

54、電機(jī)Q2.24.PLC控制系統(tǒng)I/O口連線圖圖 4.8 PLC控制系統(tǒng)I/O口連線圖4.4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)以下是系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)分析：1. 系統(tǒng)軟件控制： 系統(tǒng)軟件控制分為兩部分：卸煤部分和上煤部分。卸煤部分和上煤部分都有公共程序部以及自動(dòng)手動(dòng)控制部分。在這兩部分控制中主要包括起動(dòng)、停止、緊急停止和故障停止四個(gè)部分。系統(tǒng)的自動(dòng)控制控制如下：（1）起動(dòng)。起動(dòng)時(shí)，為了避免在前段皮帶上造成煤料堆積而造成事故，系統(tǒng)需要逆煤料的流動(dòng)方向按一定時(shí)間間隔順序起動(dòng)，即先起動(dòng)該段的最后一臺(tái)皮帶機(jī)活設(shè)備，經(jīng)5s延時(shí)后，在依次延時(shí)起動(dòng)該段的其它皮帶機(jī)和設(shè)備。起動(dòng)是時(shí)，先預(yù)警各設(shè)備，經(jīng)60s的延時(shí)后才起動(dòng)各設(shè)備。卸煤部分：

55、先起動(dòng)3#皮帶機(jī)，經(jīng)5s延時(shí)，起動(dòng)2#皮帶機(jī)，經(jīng)5s延時(shí)，起動(dòng)1#皮帶機(jī)，再經(jīng)5s延時(shí)，起動(dòng)料斗，完成卸煤部分的起動(dòng)過(guò)程。 上煤部分：先起動(dòng)0#皮帶機(jī)，同時(shí)選擇上煤路線，經(jīng)5s延時(shí)，起動(dòng)7#皮帶機(jī)，經(jīng)5s延時(shí)，起動(dòng)6#皮帶機(jī)，經(jīng)5s延時(shí)，起動(dòng)5#皮帶機(jī)，經(jīng)5s延時(shí)起動(dòng)4#皮帶機(jī)，再經(jīng)5s延時(shí)，梨煤及起動(dòng)，完成上煤部分的起動(dòng)過(guò)程。（2）停止。停止是為了使運(yùn)輸皮帶上不殘留煤料而造成事故，系統(tǒng)要求順煤料流動(dòng)方向按一定時(shí)間間隔順序停止，即先停止最前面一臺(tái)皮帶機(jī)或設(shè)備，待30s延時(shí)后，在依次停止其它皮帶機(jī)或設(shè)備。卸煤部分：先停止料斗，經(jīng)30s延時(shí)后，1#皮帶機(jī)停止，經(jīng)30s延時(shí)后2#皮帶機(jī)停止，再經(jīng)30s