PLC在傳送帶輸煤系統(tǒng)中應(yīng)用2012畢業(yè)論文

1、摘 要 可編程控制器(Programmable Logic Controller)簡(jiǎn)稱(chēng)PLC，是一種新型的工業(yè)控制器，是自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)三者有機(jī)結(jié)合的高科技產(chǎn)品。它不僅能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的邏輯運(yùn)算，還能完成各種順序控制、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、定時(shí)的閉環(huán)控制功能，并具有體積小、可靠性高、組裝靈活、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，且具備編程方便、安裝調(diào)試工作量少等優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)前合理安排布置輸煤系統(tǒng)的各個(gè)設(shè)備，充分發(fā)揮設(shè)備的工作潛力，實(shí)現(xiàn)設(shè)備高效、協(xié)調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)，是非常必要的。而開(kāi)發(fā)研究適用于中小型鍋爐自動(dòng)輸煤系統(tǒng)的PLC控制也具有很高的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值和推廣價(jià)值，能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)簡(jiǎn)單、便捷的控制。關(guān)鍵詞：PLC控制、皮帶輸送、自

2、動(dòng)化1 PLC的基礎(chǔ)知識(shí)1.1 PLC的概述（1）PLC簡(jiǎn)介自60年代末第一臺(tái)PLC問(wèn)世以來(lái)，已很快被應(yīng)用到機(jī)械制造、冶金、礦業(yè)、輕工等各個(gè)領(lǐng)域，大大推進(jìn)了機(jī)電一體化進(jìn)程，被人們稱(chēng)為現(xiàn)代工業(yè)控制三大支柱之一。它具有高可靠性，能適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的高溫、沖擊震動(dòng)等惡劣環(huán)境，廣泛應(yīng)用于機(jī)械設(shè)備、生產(chǎn)流水線和生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)控制。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的發(fā)展和完善，PLC的編程概念和控制思想已為廣大的自動(dòng)化行業(yè)人員所熟悉，可以說(shuō)在目前它已成為任何其他工業(yè)控制器都無(wú)法與之相提并論的巨大知識(shí)資源。PLC主要具有邏輯運(yùn)行的功能，可以代替繼電器進(jìn)行開(kāi)關(guān)控制、具有定時(shí)控制功能、計(jì)數(shù)控制功能、步進(jìn)控制功能、A/D、D/A轉(zhuǎn)換功能（

3、對(duì)模擬量控制）、數(shù)據(jù)處理功能、通信、聯(lián)網(wǎng)功能，并配置了較強(qiáng)的監(jiān)控功能。這些功能造就了PLC的旺盛生命力。（2）PLC的優(yōu)點(diǎn)可編程控制器具有諸多優(yōu)點(diǎn)：（1）PLC的生產(chǎn)廠家都著力于提高可靠性的指標(biāo)。（2）PLC還具有編程方便、易于使用的優(yōu)點(diǎn)。（3）PLC控制功能極強(qiáng)，除基本的邏輯控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)、算術(shù)運(yùn)算等功能外，配合特殊功能模塊還可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)位控制、PID運(yùn)算、過(guò)程控制、數(shù)字控制等功能，為方便工廠管理又可以與上位機(jī)通信，通過(guò)遠(yuǎn)程模塊可以控制遠(yuǎn)方設(shè)備。（4）PLC的擴(kuò)展以及與外部聯(lián)接極為方便。所以由可編程控制器（PLC）組成的燃油鍋爐控制系統(tǒng)對(duì)鍋爐實(shí)行全自動(dòng)控制方便、可靠，主要包括對(duì)鍋爐水位、蒸汽壓

4、力、燃燒系統(tǒng)的參數(shù)檢測(cè)、指示、報(bào)警、調(diào)節(jié)等進(jìn)行控制。（3）PLC的構(gòu)成從結(jié)構(gòu)上分，PLC分為固定式和組合式（模塊式）兩種。固定式PLC包括CPU板、I/O板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，這些元素組合成一個(gè)不可拆卸的整體。模塊式PLC包括CPU模塊、I/O模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機(jī)架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。1）CPU的構(gòu)成CPU是PLC的核心，起神經(jīng)中樞的作用，每套PLC至少有一個(gè)CPU，它按PLC的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場(chǎng)輸入裝置送來(lái)的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時(shí)，診斷電源和PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過(guò)程中的語(yǔ)法錯(cuò)誤等。進(jìn)入

5、運(yùn)行后，從用戶程序存貯器中逐條讀取指令，經(jīng)分析后再按指令規(guī)定的任務(wù)產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)，去指揮有關(guān)的控制電路。CPU主要由運(yùn)算器、控制器、寄存器及實(shí)現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線構(gòu)成，CPU單元還包括外圍芯片、總線接口及有關(guān)電路。內(nèi)存主要用于存儲(chǔ)程序及數(shù)據(jù)，是PLC不可缺少的組成單元。在使用者看來(lái)，不必要詳細(xì)分析CPU的內(nèi)部電路，但對(duì)各部分的工作機(jī)制還是應(yīng)有足夠的理解。CPU的控制器控制CPU工作，由它讀取指令、解釋指令及執(zhí)行指令。但工作節(jié)奏由震蕩信號(hào)控制。運(yùn)算器用于進(jìn)行數(shù)字或邏輯運(yùn)算，在控制器指揮下工作。寄存器參與運(yùn)算，并存儲(chǔ)運(yùn)算的中間結(jié)果，它也是在控制器指揮下工作。CPU速度和內(nèi)存容量

6、是PLC的重要參數(shù)，它們決定著PLC的工作速度，IO數(shù)量及軟件容量等，因此限制著控制規(guī)模。2）I/O模塊PLC與電氣回路的接口，是通過(guò)輸入輸出部分（I/O）完成的。I/O模塊集成了PLC的I/O電路，其輸入暫存器反映輸入信號(hào)狀態(tài)，輸出點(diǎn)反映輸出鎖存器狀態(tài)。輸入模塊將電信號(hào)變換成數(shù)字信號(hào)進(jìn)入PLC系統(tǒng)，輸出模塊相反。I/O分為開(kāi)關(guān)量輸入（DI），開(kāi)關(guān)量輸出（DO），模擬量輸入（AI），模擬量輸出（AO）等模塊。常用的I/O分類(lèi)如下：開(kāi)關(guān)量：按電壓水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔離方式分，有繼電器隔離和晶體管隔離。模擬量：按信號(hào)類(lèi)型分，有電流型（4-20mA,0-20mA）、

7、電壓型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。  除了上述通用IO外，還有特殊IO模塊，如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。按I/O點(diǎn)數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量，I/O模塊可多可少，但其最大數(shù)受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或機(jī)架槽數(shù)限制。3）電源模塊PLC電源用于為PLC各模塊的集成電路提供工作電源。同時(shí)，有的還為輸入電路提供24V的工作電源。電源輸入類(lèi)型有：交流電源（220VAC或110VAC），直流電源（常用的為24VDC）。4）底板或機(jī)架大多數(shù)模塊式PLC使用底板或機(jī)架，其作用是：電氣上，實(shí)現(xiàn)各模塊間的聯(lián)系，使CPU能

8、訪問(wèn)底板上的所有模塊，機(jī)械上，實(shí)現(xiàn)各模塊間的連接，使各模塊構(gòu)成一個(gè)整體。（4）PLC的工作原理PLC是以微機(jī)處理器為核心的數(shù)值式電子、電氣自動(dòng)控制裝置,也可以說(shuō)是一種專(zhuān)用微型計(jì)算機(jī)。各種PLC的具體結(jié)構(gòu)雖然多種多樣,但組成的一般原理基本相同，即都是以微處理器為核心，并輔以外圍電路和I/O單元等硬件所構(gòu)成的。正像通用的微機(jī)一樣,PLC的各種功能的實(shí)現(xiàn),不僅基于其硬件的作用,而且要靠其軟件的支持。實(shí)際上，PLC就是一種工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，其系統(tǒng)組成、工作原理、操作使用原理都與計(jì)算機(jī)相同。PLC的操作是按其程序要求進(jìn)行的，而程序是用程序語(yǔ)言表達(dá)的。表達(dá)方式有多種多樣，不同的PLC生產(chǎn)廠家，不同的機(jī)種，采

9、用的表達(dá)方式也不相同。但基本上可歸納為字符表達(dá)式(即用文字符號(hào)來(lái)表達(dá)程序,如語(yǔ)句表程序表達(dá)方式)和圖形符號(hào)表達(dá)方式(即用圖形符號(hào)來(lái)表達(dá)程序,如梯形圖程序表達(dá)方式)這兩大類(lèi)。也有將這兩種方式結(jié)合起來(lái)表示PLC的程序。1）梯形圖 PLC的梯形圖編程語(yǔ)言與傳統(tǒng)的“繼電、接觸”控制原理圖十分相似，它形象、直觀、實(shí)用,為廣大電氣技術(shù)人員所熟知。這種變成語(yǔ)言繼承了傳統(tǒng)的繼電器控制邏輯中使用的框架結(jié)構(gòu)、邏輯運(yùn)算方式和輸入輸出形式，使得程序直觀易讀。當(dāng)今世界各國(guó)的PLC制造家所生產(chǎn)的PLC大都采用梯形圖語(yǔ)言編程。2）指令表 用指令表所描述的編程方式是一種與計(jì)算機(jī)匯編語(yǔ)言相類(lèi)似的助記符編程方式。由于不同型號(hào)的P

10、LC的表識(shí)符和參數(shù)表示方法不一，所以無(wú)千篇一律的格式。3）邏輯符號(hào)圖 采用邏輯符號(hào)圖表示控制邏輯時(shí),首先要定義某些邏輯符號(hào)的功能和變量函數(shù)，它類(lèi)似于“與”、“或”、“非”邏輯電路結(jié)構(gòu)的編程方式。一般來(lái)說(shuō)，用這三種邏輯能夠表達(dá)所有的控制邏輯。這是國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)頒布的PLC編程語(yǔ)言之一。4）高級(jí)語(yǔ)言編程 隨著軟件技術(shù)的發(fā)展，近年來(lái)推出的PLC，尤其是大型的PLC，已開(kāi)始用高級(jí)語(yǔ)言進(jìn)行編程。許多PLC采用類(lèi)似PASCAL語(yǔ)言的專(zhuān)用語(yǔ)言，系統(tǒng)軟件具有這種專(zhuān)用語(yǔ)言編程的自動(dòng)編譯程序。采用高級(jí)語(yǔ)言編程后，用戶可以像使用普通微型計(jì)算機(jī)一樣操作PLC。除了完成邏輯控制功能外，還可以進(jìn)行PID調(diào)節(jié)、數(shù)

11、據(jù)采集和處理以及與計(jì)算機(jī)通信等。1.2 PLC系統(tǒng)的其它設(shè)備（1）編程設(shè)備編程器是PLC開(kāi)發(fā)應(yīng)用、監(jiān)測(cè)運(yùn)行、檢查維護(hù)不可缺少的器件，用于編程、對(duì)系統(tǒng)作一些設(shè)定、監(jiān)控PLC及PLC所控制的系統(tǒng)的工作狀況，但它不直接參與現(xiàn)場(chǎng)控制運(yùn)行。小編程器PLC一般有手持型編程器，目前一般由計(jì)算機(jī)（運(yùn)行編程軟件）充當(dāng)編程器。也就是我們系統(tǒng)的上位機(jī)。（2）人機(jī)界面最簡(jiǎn)單的人機(jī)界面是指示燈和按鈕，目前液晶屏（或觸摸屏）式的一體式操作員終端應(yīng)用越來(lái)越廣泛，由計(jì)算機(jī)（運(yùn)行組態(tài)軟件）充當(dāng)人機(jī)界面非常普及。1.3 PLC的通信聯(lián)網(wǎng)依靠先進(jìn)的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以迅速有效地收集、傳送生產(chǎn)和管理數(shù)據(jù)。因此，網(wǎng)絡(luò)在自動(dòng)化系統(tǒng)集成工程中

12、的重要性越來(lái)越顯著，甚至有人提出"網(wǎng)絡(luò)就是控制器"的觀點(diǎn)說(shuō)法。PLC具有通信聯(lián)網(wǎng)的功能，它使PLC與PLC 之間、PLC與上位計(jì)算機(jī)以及其他智能設(shè)備之間能夠交換信息，形成一個(gè)統(tǒng)一的整體，實(shí)現(xiàn)分散集中控制。多數(shù)PLC具有RS-232接口，還有一些內(nèi)置有支持各自通信協(xié)議的接口。PLC的通信現(xiàn)在主要采用通過(guò)多點(diǎn)接口（MPI）的數(shù)據(jù)通訊、PROFIBUS 或工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)。1.4 PLC應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟PLC應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)一般按下述幾個(gè)步驟進(jìn)行：（1）熟悉被控對(duì)象 首先要全面詳細(xì)地了解被控對(duì)象的機(jī)械結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)工藝過(guò)程，了解機(jī)械設(shè)備的運(yùn)動(dòng)要求、運(yùn)動(dòng)方式和步驟

13、,歸納出工作循環(huán)圖或狀態(tài)(功能)圖。（2）明確控制任務(wù)與設(shè)計(jì)要求 要了解工藝過(guò)程和機(jī)械運(yùn)動(dòng)與電氣執(zhí)行元件之間的關(guān)系和對(duì)控制系統(tǒng)的要求，歸納出電氣執(zhí)行元件的動(dòng)作節(jié)拍表。PLC控制系統(tǒng)的根本任務(wù)就是正確實(shí)現(xiàn)這個(gè)節(jié)拍表。（3）指定電器控制方案 根據(jù)生產(chǎn)工藝和機(jī)械運(yùn)動(dòng)的控制要求，確定控制系統(tǒng)的工作方式，還要確定系統(tǒng)應(yīng)有的其它功能。（4）確定控制系統(tǒng)的輸入輸出信號(hào) 通過(guò)研究工藝過(guò)程或機(jī)械運(yùn)動(dòng)的各個(gè)步驟、各種狀態(tài)、各種功能的發(fā)生、維持、結(jié)束、轉(zhuǎn)換和其它的相互關(guān)系，來(lái)確定各種控制信號(hào)和檢測(cè)反饋信號(hào)、相互的轉(zhuǎn)換和聯(lián)系信號(hào)。并且確定哪些信號(hào)需要輸入PLC，哪些信號(hào)要由PLC輸出或者哪些外部負(fù)載要由PLC驅(qū)動(dòng)，分

14、類(lèi)統(tǒng)計(jì)出各輸入輸出量的性質(zhì)及參數(shù)。（5）PLC的選型與硬件配置 根據(jù)以上步驟得到的結(jié)果，選擇合適的PLC型號(hào)并確定各種硬件配置。（6）PLC元件的編號(hào)分配 對(duì)各種輸入輸出信號(hào)占用PLC輸入、輸出端點(diǎn)及其它PLC元件進(jìn)行編號(hào)分配，并設(shè)計(jì)出PLC的外部線路圖。（7）程序設(shè)計(jì) 程序設(shè)計(jì)是PLC系統(tǒng)應(yīng)用中最關(guān)鍵的問(wèn)題，也是整個(gè)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心，其主要工作就是要設(shè)計(jì)出梯形圖和語(yǔ)句表程序。（8）模擬運(yùn)行與調(diào)試程序 將設(shè)計(jì)好的程序通過(guò)編程器或微機(jī)傳送至PLC內(nèi)部之后，首先要逐條進(jìn)行檢查和驗(yàn)證，改正程序設(shè)計(jì)中的邏輯、語(yǔ)法、數(shù)據(jù)錯(cuò)誤或輸入過(guò)程中的按鍵及傳輸錯(cuò)誤，然后，可以在實(shí)驗(yàn)室里進(jìn)行模擬運(yùn)行與調(diào)試程序，觀察

15、在可能的情況下個(gè)輸入量、輸出量之間的變化關(guān)系是否符合設(shè)計(jì)要求，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)修改設(shè)計(jì)，并改正傳送到PLC 中去的程序，直到完成滿足工作循環(huán)圖或狀態(tài)流程圖的要求。在進(jìn)行程序設(shè)計(jì)和模擬運(yùn)行調(diào)試的同時(shí)，可以進(jìn)行平行地進(jìn)行控制系統(tǒng)的其它部分的設(shè)計(jì)、裝配、安裝和接線工作。（9）現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行調(diào)試 完成以上各種工作之后，即可將已初步調(diào)試好的程序傳送到現(xiàn)場(chǎng)使用的PLC存儲(chǔ)器中，PLC接入實(shí)際輸入信號(hào)與實(shí)際負(fù)載，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行調(diào)試，即解決調(diào)試中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，直到完全滿足設(shè)計(jì)要求，即可交付使用。1.5 PLC的應(yīng)用領(lǐng)域與發(fā)展趨勢(shì)PLC已廣泛應(yīng)用于國(guó)內(nèi)外的機(jī)械、冶金、化工、汽車(chē)、輕工等行業(yè)中。若按應(yīng)用類(lèi)型來(lái)劃分,PLC的應(yīng)用

16、領(lǐng)域大致可分為如下幾個(gè)領(lǐng)域。1、開(kāi)關(guān)邏輯控制2、閉環(huán)構(gòu)成控制3、位置控制4、監(jiān)控系統(tǒng)5、分布式系統(tǒng)。PLC的發(fā)展趨勢(shì)：1、向高速度、大存儲(chǔ)容量方向發(fā)展；2、向多品種方向發(fā)展；3、編程語(yǔ)言多樣化；4、發(fā)展智能模塊；5、加強(qiáng)聯(lián)網(wǎng)和通信功能。已廣泛應(yīng)用于國(guó)內(nèi)外的機(jī)械、冶金、化工、汽車(chē)、輕工等行業(yè)中。若按應(yīng)用類(lèi)型來(lái)劃分,PLC的應(yīng)用領(lǐng)域大致可分為如下幾個(gè)領(lǐng)域。1、開(kāi)關(guān)邏輯控制2、閉環(huán)構(gòu)成控制3、位置控制4、監(jiān)控系統(tǒng)5、分布式系統(tǒng)。PLC的發(fā)展趨勢(shì)：1、向高速度、大存儲(chǔ)容量方向發(fā)展；2、向多品種方向發(fā)展；3、編程語(yǔ)言多樣化；4、發(fā)展智能模塊；5、加強(qiáng)聯(lián)網(wǎng)和通信功能。2 PLC的特點(diǎn)及作用（1）可靠性高，

17、抗干擾能力強(qiáng)高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。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。例如三菱公司生產(chǎn)的F系列PLC平均無(wú)故障時(shí)間高達(dá)30萬(wàn)小時(shí)。一些使用冗余CPU的PLC的平均無(wú)故障工作時(shí)間則更長(zhǎng)。從PLC的機(jī)外電路來(lái)說(shuō)，使用PLC構(gòu)成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開(kāi)關(guān)接點(diǎn)已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC帶有硬件故障自我檢測(cè)功能，出現(xiàn)故障時(shí)可及時(shí)發(fā)出警報(bào)信息。在應(yīng)用軟件中，應(yīng)用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除PLC以外的電路及設(shè)備也獲得故障自診斷保護(hù)。這樣，

18、整個(gè)系統(tǒng)具有極高的可靠性也就不奇怪了。（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。近年來(lái)PLC的功能單元大量涌現(xiàn)，使PLC滲透到了位置控制、溫度控制、CNC等各種工業(yè)控制中。加上PLC通信能力的增強(qiáng)及人機(jī)界面技術(shù)的發(fā)展，使用PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。（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

19、電路圖相當(dāng)接近，只用PLC的少量開(kāi)關(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實(shí)現(xiàn)繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計(jì)算機(jī)原理和匯編語(yǔ)言的人使用計(jì)算機(jī)從事工業(yè)控制打開(kāi)了方便之門(mén)。（4）系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建造工作量小，維護(hù)方便，容易改造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)。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過(guò)改變程序改變生產(chǎn)過(guò)程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場(chǎng)合。（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。由于體積小很容易裝入機(jī)械內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)

20、備。3 火電廠概況火力發(fā)電廠簡(jiǎn)稱(chēng)火電廠，是利用煤、石油、天然氣等燃料的化學(xué)能產(chǎn)生出電能的工廠。按其功用可分為兩類(lèi)，即凝汽式電廠和熱電廠。前者僅向用戶供應(yīng)電能，而熱電廠除供給用戶電量外，還向熱用戶供應(yīng)蒸汽和熱水，即所謂的“熱電聯(lián)合生產(chǎn)”?；痣姀S的容量大小各異，具體形式也不盡相同，但就其生產(chǎn)過(guò)程來(lái)說(shuō)卻是相似的。燃煤用輸煤皮帶從煤場(chǎng)運(yùn)至煤斗中。大型火電廠為提高燃煤效率都是燃燒煤粉。因此，煤斗中的原煤要先送至磨煤機(jī)內(nèi)磨成煤粉。磨碎的煤粉由熱空氣攜帶經(jīng)排粉風(fēng)機(jī)送入鍋爐的爐膛內(nèi)燃燒。煤粉燃燒后形成的熱煙氣沿鍋爐的水平煙道和尾部煙道流動(dòng)，放出熱量，最后進(jìn)入除塵器，將燃燒后的煤灰分離出來(lái)。潔凈的煙氣在引風(fēng)機(jī)的

21、作用下通過(guò)煙囪排入大氣。助燃用的空氣由送風(fēng)機(jī)送入裝設(shè)在尾部煙道上的空氣預(yù)熱器內(nèi)，利用熱煙氣加熱空氣。這樣，一方面除使進(jìn)入鍋爐的空氣溫度提高，易于煤粉的著火和燃燒外，另一方面也可以降低排煙溫度，提高熱能的利用率。從空氣預(yù)熱器排出的熱空氣分為兩股：一股去磨煤機(jī)干燥和輸送煤粉，另一股直接送入爐膛助燃。燃煤燃盡的灰渣落入爐膛下面的渣斗內(nèi)，與從除塵器分離出的細(xì)灰一起用水沖至灰漿泵房?jī)?nèi)，再由灰漿泵送至灰場(chǎng)。 在除氧器水箱內(nèi)的水經(jīng)過(guò)給水泵升壓后通過(guò)高壓加熱器送入省煤器。在省煤器內(nèi)，水受到熱煙氣的加熱，然后進(jìn)入鍋爐頂部的汽包內(nèi)。在鍋爐爐膛四周密布著水管，稱(chēng)為水冷壁。水冷壁水管的上下兩端均通過(guò)聯(lián)箱與汽包連通，汽

22、包內(nèi)的水經(jīng)由水冷壁不斷循環(huán)，吸收煤燃燒過(guò)程中放出的熱量。部分水在冷壁中被加熱沸騰后汽化成水蒸汽，這些飽和蒸汽由汽包上部流出進(jìn)入過(guò)熱器中。飽和蒸汽在過(guò)熱器中繼續(xù)吸熱，成為過(guò)熱蒸汽。過(guò)熱蒸汽有很高的壓力和溫度，因此有很大的熱勢(shì)能。具有熱勢(shì)能的過(guò)熱蒸汽經(jīng)管道引入汽輪機(jī)后，便將熱勢(shì)能轉(zhuǎn)變成動(dòng)能。高速流動(dòng)的蒸汽推動(dòng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，形成機(jī)械能。 汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)子與發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子通過(guò)連軸器聯(lián)在一起。當(dāng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)便帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的另一端帶著一太小直流發(fā)電機(jī)，叫勵(lì)磁機(jī)。勵(lì)磁機(jī)發(fā)出的直流電送至發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子線圈中，使轉(zhuǎn)子成為電磁鐵，周?chē)a(chǎn)生磁場(chǎng)。當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，磁場(chǎng)也是旋轉(zhuǎn)的，發(fā)電機(jī)定子內(nèi)的導(dǎo)

23、線就會(huì)切割磁力線感應(yīng)產(chǎn)生電流。這樣，發(fā)電機(jī)便把汽輪機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。電能?jīng)變壓器將電壓升壓后，由輸電線送至電用戶。 釋放出熱勢(shì)能的蒸汽從汽輪機(jī)下部的排汽口排出，稱(chēng)為乏汽。乏汽在凝汽器內(nèi)被循環(huán)水泵送入凝汽器的冷卻水冷卻，從新凝結(jié)成水，此水成為凝結(jié)水。凝結(jié)水由凝結(jié)水泵送入低壓加熱器并最終回到除氧器內(nèi)，完成一個(gè)循環(huán)。在循環(huán)過(guò)程中難免有汽水的泄露，即汽水損失，因此要適量地向循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)補(bǔ)給一些水，以保證循環(huán)的正常進(jìn)行。高、底壓加熱器是為提高循環(huán)的熱效率所采用的裝置，除氧器是為了除去水含的氧氣以減少對(duì)設(shè)備及管道的腐蝕。 以上分析雖然較為繁雜，但從能量轉(zhuǎn)換的角度看卻很簡(jiǎn)單，即燃料的化學(xué)能蒸汽的熱勢(shì)能機(jī)械

24、能電能。在鍋爐總，燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)檎羝臒崮?；在汽輪機(jī)中，蒸汽的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)檩喿有D(zhuǎn)的機(jī)械能；在發(fā)電機(jī)中機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。爐、機(jī)、電是火電廠中的主要設(shè)備，亦稱(chēng)三大主機(jī)。與三大主機(jī)相輔工作的設(shè)備成為輔助設(shè)備或稱(chēng)輔機(jī)。主機(jī)與輔機(jī)及其相連的管道、線路等稱(chēng)為系統(tǒng)?；痣姀S的主要系統(tǒng)有燃燒系統(tǒng)、汽水系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)等。 除了上述的主要系統(tǒng)外，火電廠還有其它一些輔助生產(chǎn)系統(tǒng)，如燃煤的輸送系統(tǒng)、水的化學(xué)處理系統(tǒng)、灰漿的排放系統(tǒng)等。這些系統(tǒng)與主系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作，它們相互配合完成電能的生產(chǎn)任務(wù)。大型火電廠的保證這些設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，火電廠裝有大量的儀表，用來(lái)監(jiān)視這些設(shè)備的運(yùn)行狀況，同時(shí)還設(shè)置有自動(dòng)控制裝置，以便及時(shí)地對(duì)主

25、輔設(shè)備進(jìn)行調(diào)節(jié)?，F(xiàn)代化的火電廠，已采用了先進(jìn)的計(jì)算機(jī)分散控制系統(tǒng)。這些控制系統(tǒng)可以對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行控制和自動(dòng)調(diào)節(jié)，根據(jù)不同情況協(xié)調(diào)各設(shè)備的工作狀況，使整個(gè)電廠的自動(dòng)化水平達(dá)到了新的高度。自動(dòng)控制裝置及系統(tǒng)已成為火電廠中不可缺少的部分。4 自動(dòng)輸煤系統(tǒng)介紹目前，國(guó)內(nèi)外自動(dòng)輸煤系統(tǒng)多是針對(duì)大型電廠設(shè)計(jì)的，大規(guī)模的硬件和軟件配置的PLC控制系統(tǒng)得到廣泛的應(yīng)用，并且取得較好的效果。而對(duì)于應(yīng)用更為廣泛的是中小型燃煤鍋爐，仍然以采用繼電器控制為主，可靠性差，工作精度低，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足實(shí)際需要。因此采用PLC控制可以實(shí)現(xiàn)啟停程序控制、自動(dòng)配煤控制、故障時(shí)的保護(hù)和緊急控制、運(yùn)行狀態(tài)顯示和管理非常必要。4.1

26、自動(dòng)上煤系統(tǒng)設(shè)計(jì)與布置針對(duì)某廠區(qū)鍋爐房進(jìn)行輸煤系統(tǒng)設(shè)計(jì)，因采用分層鍋爐房，要求環(huán)境衛(wèi)生，且儲(chǔ)煤場(chǎng)與鍋爐房之間有一定的距離，因此綜合考慮多種因素，整個(gè)輸煤系統(tǒng)主一要由如下幾部分組成:鏟車(chē)將燃煤經(jīng)過(guò)格篩送待往復(fù)式給煤機(jī)，經(jīng)過(guò)斜皮帶運(yùn)輸機(jī)輸送到破碎機(jī)，破碎以后的燃煤再經(jīng)斗式提升機(jī)運(yùn)至高處的平皮帶輸送機(jī)，最后通過(guò)平皮帶機(jī)上的卸料器將燃煤分至各鍋爐的貯煤斗，輸煤系統(tǒng)裝備布置示意圖如圖1所示;圖1 輸煤系統(tǒng)裝備布置示意圖燃煤的輸煤流程圖如圖2所示圖2 燃煤的輸煤流程圖4.2 輸煤系統(tǒng)控制要求輸煤系統(tǒng)有兩條輸煤線，包括給煤機(jī)、皮帶機(jī)、振動(dòng)篩、破碎機(jī)等共18臺(tái)設(shè)備，在電廠中有著極為重要的地位，一旦不能正常工作

27、，發(fā)電就會(huì)受到影響。為了保證生產(chǎn)運(yùn)行的可靠性，輸煤系統(tǒng)采用自動(dòng)（聯(lián)鎖）、手動(dòng)（單機(jī)）兩種控制方式，自動(dòng)、手動(dòng)方式由開(kāi)關(guān)進(jìn)行切換。由于輸煤廊環(huán)境惡劣，全部操作控制都在主廠房的主控制室里進(jìn)行，儀表盤(pán)上設(shè)有各個(gè)設(shè)備的啟、停按鈕，還有為PLC提供輸入信號(hào)的控制開(kāi)關(guān)。輸煤設(shè)備控制功能由PLC實(shí)現(xiàn)，設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)和皮帶跑偏監(jiān)測(cè)以及事故紀(jì)錄功能則由上級(jí)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)完成。為了保證輸煤系統(tǒng)的正常、可靠運(yùn)行，該系統(tǒng)應(yīng)滿足以下要求：供煤時(shí)，各設(shè)備的啟動(dòng)、停止必須遵循特定的順序，即對(duì)各設(shè)備進(jìn)行聯(lián)鎖控制；各設(shè)備啟動(dòng)和停止過(guò)程中，要合理設(shè)置時(shí)間間隔（延時(shí)）。啟動(dòng)延時(shí)統(tǒng)一設(shè)定為12s。停車(chē)延時(shí)按設(shè)備的不同要求而設(shè)定，分為1

28、0s、20s、30s、40s、60s幾種，以保證停車(chē)時(shí)破碎機(jī)為空載狀態(tài)，各輸煤皮帶上無(wú)剩余煤；運(yùn)行過(guò)程中，某一臺(tái)設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，應(yīng)立即發(fā)出報(bào)警并自動(dòng)停車(chē)，其前方（指供料方向）設(shè)備也立即停車(chē)。其后方的設(shè)備按一定順序及延時(shí)聯(lián)鎖停車(chē)；各輸煤皮帶設(shè)有雙向跑偏開(kāi)關(guān)，跑偏15度時(shí)發(fā)出告警信號(hào)，跑偏30度時(shí)告警并自動(dòng)停車(chē)；可在線選擇啟動(dòng)備用設(shè)備。在特殊情況下可由兩條輸煤線的有關(guān)設(shè)備組成交叉供煤方式；可在線選擇啟動(dòng)備用設(shè)備。在特殊情況下可由兩條輸煤線的有關(guān)設(shè)備組成交叉供煤方式；可顯示各機(jī)電設(shè)備運(yùn)行狀況，并對(duì)輸煤過(guò)程有關(guān)情況（報(bào)警、自動(dòng)停機(jī)等）做出實(shí)時(shí)紀(jì)錄。4.3 PLC選型據(jù)輸煤系統(tǒng)的自控要求，我們選用了德國(guó)

29、SIEMENS 公司最新推出的S7-200型PLC，具有可靠性高、體積小、擴(kuò)展方便，使用靈活的特點(diǎn)。基本CPU單元選用的是CPU214，性能如下：2048程序存儲(chǔ)器；2048數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器；14點(diǎn)輸入，10點(diǎn)輸出；可擴(kuò)展7個(gè)模塊；128個(gè)定時(shí)器；128個(gè)計(jì)數(shù)器；4個(gè)硬件中斷、1個(gè)定時(shí)器中斷；實(shí)時(shí)時(shí)鐘；高速計(jì)數(shù)器；可利用PPI協(xié)議或自由口進(jìn)行通信；3級(jí)密碼保護(hù)。擴(kuò)展模塊選用EM221,8個(gè)輸入點(diǎn)；EM223,16個(gè)輸入點(diǎn)，16個(gè)輸出點(diǎn)。4.4 系統(tǒng)關(guān)系系統(tǒng)關(guān)系如圖3所示。圖3 系統(tǒng)關(guān)系圖在輸煤自控系統(tǒng)中，工業(yè)控制計(jì)算機(jī)作為上位機(jī)和輸煤控制PLC進(jìn)行通信，對(duì)皮帶跑偏信號(hào)和設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣，并

30、在屏幕上顯示輸煤系統(tǒng)仿真畫(huà)面，可以直觀地察看設(shè)備的狀態(tài)。當(dāng)皮帶跑偏（跑偏15度）時(shí)，在屏幕上顯示報(bào)警畫(huà)面；當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障或皮帶嚴(yán)重跑偏（跑偏30度）時(shí)，在屏幕上顯示報(bào)警畫(huà)面并向PLC發(fā)送事故停車(chē)信號(hào)。 輸煤控制PLC則根據(jù)控制開(kāi)關(guān)的輸入信號(hào)，執(zhí)行對(duì)應(yīng)程序塊，控制電機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)的功能：向上級(jí)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)發(fā)送工作組態(tài)信息，接收上級(jí)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)發(fā)送的事故停車(chē)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)事故停車(chē)處理功能并啟動(dòng)報(bào)警設(shè)備。二者配合共同實(shí)現(xiàn)輸煤系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)和控制功能。上級(jí)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)電廠其他系統(tǒng)的監(jiān)控，由工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、輸煤系統(tǒng)PLC和其他系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備（PLC、監(jiān)控儀表）共同構(gòu)成分布式系統(tǒng)（DCS）。4.5 運(yùn)

31、行模式根據(jù)輸煤過(guò)程的要求，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了兩種運(yùn)行模式。在一般情況下，采用并行模式，可根據(jù)需要單獨(dú)選用或同時(shí)運(yùn)行輸煤一線和輸煤二線。交叉模式是由輸煤一線和輸煤二線的有關(guān)設(shè)備組成的，僅在特殊情況下選用。(1)并行模式并行一線：聯(lián)鎖開(kāi)車(chē)順序：10皮帶機(jī)8皮帶機(jī)6皮帶機(jī)2破碎機(jī)2振動(dòng)篩4皮帶機(jī)2皮帶機(jī)2（3）給煤機(jī)4給煤機(jī)。聯(lián)鎖停車(chē)順序：與開(kāi)車(chē)順序相反，延時(shí)時(shí)間按上述要求設(shè)定。2、3給煤機(jī)某中一臺(tái)備用。并行二線聯(lián)鎖開(kāi)車(chē)順序：9皮帶機(jī)7皮帶機(jī)5皮帶機(jī)1破碎機(jī)1振動(dòng)篩3皮帶機(jī)1皮帶機(jī)1給煤機(jī)。聯(lián)鎖停車(chē)順序：與開(kāi)車(chē)順序相反，延時(shí)時(shí)間按上述要求設(shè)定。(2)交叉模式交叉線聯(lián)鎖開(kāi)車(chē)順序：9皮帶機(jī)7皮帶機(jī)6皮帶機(jī)2破

32、碎機(jī)2振動(dòng)篩4皮帶機(jī)2皮帶機(jī)2（3）給煤機(jī)。聯(lián)鎖停車(chē)順序：與開(kāi)車(chē)順序相反，延時(shí)時(shí)間按上述要求設(shè)定。2、3給煤機(jī)其中一臺(tái)備用。 4.6 PLC程序設(shè)計(jì)針對(duì)輸煤系統(tǒng)的控制要求以及具體控制方案的實(shí)現(xiàn)，設(shè)計(jì)程序流程如圖4所示。圖4 主程序流程圖(1)程序說(shuō)明子模塊0：初始化子程序。在PLC加電時(shí)根據(jù)各個(gè)開(kāi)關(guān)的位置設(shè)立標(biāo)志位。僅在第一個(gè)掃描周期執(zhí)行。子模塊1：并行一線聯(lián)鎖啟?？刂瞥绦?。根據(jù)啟動(dòng)標(biāo)志位1實(shí)現(xiàn)并行一線的聯(lián)鎖啟動(dòng)、聯(lián)鎖停車(chē)，并判斷事故停車(chē)信號(hào)以實(shí)現(xiàn)事故停車(chē)。子模塊2：并行二級(jí)聯(lián)鎖啟?？刂瞥绦颉８鶕?jù)啟動(dòng)標(biāo)志位2和實(shí)現(xiàn)并行二線的聯(lián)鎖啟動(dòng)、聯(lián)鎖停車(chē)，并判斷事故停車(chē)信號(hào)以實(shí)現(xiàn)事故停車(chē)。子模塊3：交叉線

33、聯(lián)鎖啟?？刂瞥绦?，根據(jù)啟動(dòng)標(biāo)志位3實(shí)現(xiàn)交叉線的聯(lián)鎖啟動(dòng)、聯(lián)鎖停車(chē)，并判斷事故停車(chē)信號(hào)以實(shí)現(xiàn)事故停車(chē)。PLC的輸出信號(hào)控制電機(jī)的接觸器，啟動(dòng)送高電平，停止送低電平。但是，1破碎機(jī)功率達(dá)90kW，2破碎機(jī)功率達(dá)110KW，需要降壓?jiǎn)?dòng)，所以啟動(dòng)時(shí)PLC送一個(gè)正脈沖，停車(chē)時(shí)PLC送一個(gè)負(fù)脈沖。(2)程序特點(diǎn)特殊標(biāo)志位的使用：使用特殊標(biāo)志位SM0.1，使得初始化子程序（子模塊0）僅在第一個(gè)掃描周期執(zhí)行，而在以后的掃描周期不再執(zhí)行。這樣，個(gè)別標(biāo)志位在PLC加電后不受開(kāi)關(guān)變化的影響。例如，并行模式和交叉模式對(duì)應(yīng)標(biāo)志位僅在關(guān)掉主控開(kāi)關(guān)后才能改變。內(nèi)部標(biāo)志位的使用：在程序中，利用標(biāo)志位來(lái)表示不同的現(xiàn)場(chǎng)情況和程

34、序狀態(tài)，增加了程序的可靠性和靈活性。程序模塊化：程序由不同子模塊構(gòu)成，各子模塊獨(dú)立完成各自功能，互不干擾，因而程序結(jié)構(gòu)清晰，便于修改。定時(shí)器的使用：程序中，利用不同的定時(shí)器來(lái)設(shè)定不同設(shè)備的延時(shí)時(shí)間，可以靈活地根據(jù)控制要求進(jìn)行延時(shí)時(shí)間的設(shè)定。4.7 部分程序梯形圖（1）IO分配表T37啟動(dòng)延時(shí)T40T46停車(chē)延時(shí)Q0.31#破碎機(jī)的啟動(dòng)控制輸出通道Q0.72#給煤機(jī)的控制輸出通道Q1.03#給煤機(jī)的控制輸出通道M0.1內(nèi)部標(biāo)志位M0.2內(nèi)部標(biāo)志位（2）程序梯形圖圖5 部分聯(lián)鎖啟?？刂铺菪螆D圖5所示為部分聯(lián)鎖啟停控制梯形圖，T37用于控制設(shè)備的啟動(dòng)延時(shí)，T40T46用于控制相應(yīng)設(shè)備的停車(chē)延時(shí)，接收到停車(chē)信號(hào)時(shí)，經(jīng)過(guò)相應(yīng)的延時(shí)，對(duì)應(yīng)定時(shí)器置位從而實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖停車(chē)。Q0.3是1#破碎機(jī)的啟動(dòng)控制輸出通道，啟動(dòng)1破碎機(jī)時(shí)送出一個(gè)寬度為2s的正脈沖。Q0.7、Q1.0分別是2給煤機(jī)、3給煤機(jī)的控制輸出通道，M0.1、M0.2 是內(nèi)部標(biāo)志位，用于保證2、3給煤機(jī)始終為一臺(tái)工作，一臺(tái)備用