鍋爐車間輸煤機(jī)組控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)說(shuō)明書

...wd......wd......wd...摘要設(shè)計(jì)說(shuō)明了鍋爐自動(dòng)輸煤系統(tǒng)的根本構(gòu)成及特點(diǎn)，通過(guò)對(duì)基于繼電器鍋爐輸煤系統(tǒng)和基于PLC的鍋爐輸煤系統(tǒng)比照論證，分別闡述其優(yōu)缺點(diǎn)并且根據(jù)控制要求，本設(shè)計(jì)采用PLC控制，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。用PLC輸煤程控系統(tǒng)，不僅實(shí)現(xiàn)了設(shè)備運(yùn)行的自動(dòng)化管理和監(jiān)控，提高了系統(tǒng)的可靠性和安全性，而且改善了工作環(huán)境，提高了企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和工作效率。PLC不僅能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，還具有快速響應(yīng)，便于維修等諸多特點(diǎn)，比一般的繼電器接觸器控制系統(tǒng)優(yōu)越了很多。關(guān)鍵詞：鍋爐自動(dòng)輸煤系統(tǒng)、PLC、自動(dòng)化目錄第1章選題背景與課設(shè)要求11.1選題背景11.2設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求2第2章方案論證42.1PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則和方法42.2方案確實(shí)定4第3章PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)43.1硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)43.1.1控制系統(tǒng)主電路圖設(shè)計(jì)43.1.2電器元件的選擇53.2軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)73.2.1I/O地址分配表83.2.2PLC控制電路接線圖93.2.3系統(tǒng)工作流程圖93.2.4梯形圖11第4章系統(tǒng)調(diào)試18第5章設(shè)計(jì)心得19參考文獻(xiàn)19第1章選題背景與課設(shè)要求1.1選題背景煤是我們生產(chǎn)生活中的重要原料。輸煤系統(tǒng)是鍋爐車間燃料供給的有力保證。輸煤機(jī)組工作效率的提高是整個(gè)工藝過(guò)程的關(guān)鍵因素，但整個(gè)輸煤過(guò)程往往采用遠(yuǎn)程控制，這就對(duì)自動(dòng)控制的設(shè)計(jì)提出了很高的要求，因此，在輸煤系統(tǒng)中我們選擇PLC控制系統(tǒng)，使整個(gè)控制過(guò)程具有正常運(yùn)行、事故處理、故障報(bào)警、裝置調(diào)控、危險(xiǎn)保護(hù)等功能。輸煤系統(tǒng)的主要特點(diǎn)有：1.系統(tǒng)設(shè)備多。設(shè)備種類多。設(shè)備數(shù)量多。2.系統(tǒng)分部廣。3.系統(tǒng)故障點(diǎn)多。4.工藝流程復(fù)雜。之前用的繼電器控制有著十清楚顯的缺點(diǎn)：體積大、耗電多、可靠性、壽命短、運(yùn)行速度慢，尤其當(dāng)生產(chǎn)工藝發(fā)生變化時(shí)，就必須重新設(shè)計(jì)、重新安裝，造成時(shí)間和資金的嚴(yán)重浪費(fèi)。為了改變這一現(xiàn)狀，PLC控制系統(tǒng)產(chǎn)生了。PLC的優(yōu)點(diǎn)是：可靠性高，耗電少，適應(yīng)性強(qiáng)，運(yùn)行速度快，壽命長(zhǎng)等，為了進(jìn)一步提高輸煤機(jī)的功能和性能，我們選擇用PLC來(lái)控制輸煤機(jī)組這個(gè)課題。1.2設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求本課程設(shè)計(jì)任務(wù)主要是鍋爐車間輸煤機(jī)組系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，有多個(gè)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)，具體內(nèi)容如下:輸煤機(jī)組控控制系統(tǒng)示意圖如圖1-1所示。圖1-1輸煤機(jī)組示控制系統(tǒng)意圖輸煤機(jī)組的拖動(dòng)系統(tǒng)由6臺(tái)三相異步電動(dòng)機(jī)M1～M6和一臺(tái)磁選料器YA組成。SA1為手動(dòng)/自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)，SB1和SB2為自動(dòng)開車/停車按鈕，SB3為事故緊急停車按鈕，SB4～SB9為6個(gè)控制按鈕。HA為開車/停車時(shí)訊響器，提示物煤機(jī)準(zhǔn)備起動(dòng)請(qǐng)注意安全。HL1～HL6為Ml～M6電動(dòng)機(jī)運(yùn)行指示，HL7為手動(dòng)運(yùn)行指示，HL8為緊急停車指示，HL9為系統(tǒng)運(yùn)行正常指示，HL10為系統(tǒng)故障指示。輸煤機(jī)組控制要求如下1、手動(dòng)開車/停車功能

SA1手柄指向左45°時(shí)，接點(diǎn)SA1-1接通，通過(guò)SB4～SB9控制按鈕，對(duì)輸煤機(jī)組單臺(tái)設(shè)備獨(dú)立調(diào)試與維護(hù)使用，任何一臺(tái)單機(jī)開車/停車時(shí)都有音響提示，保證檢修和調(diào)試時(shí)人身和設(shè)備安全。2、自動(dòng)開車/停車功能

SA1手柄指向右45°時(shí)，接點(diǎn)SA1-2接通，輸煤機(jī)組自動(dòng)運(yùn)行。1)正常開車

按下自動(dòng)開車按鈕SB1，音響提示5s后，電動(dòng)機(jī)M6-M1逆序啟動(dòng)起動(dòng)運(yùn)行，并點(diǎn)亮指示燈HL6-HL1；10s后，點(diǎn)亮HL9系統(tǒng)正常運(yùn)行指示燈，輸煤機(jī)組正常運(yùn)行。2)正常停車

按下自動(dòng)開車按鈕SB2，音響提示5s后，電動(dòng)機(jī)M1-M6順序停車并熄滅HL1-HL6指示燈，同時(shí)，熄滅HL9系統(tǒng)正常運(yùn)行指示燈；并熄輸煤機(jī)組全部正常停車。3)過(guò)載保護(hù)

輸煤機(jī)組有三相異步電動(dòng)機(jī)M1～M6和磁選料器YA的過(guò)載保護(hù)裝置熱繼電器，如果電動(dòng)機(jī)、磁選料器在輸煤生產(chǎn)中，發(fā)生過(guò)載故障需立即全線停車并發(fā)出報(bào)警指示。系統(tǒng)故障指示燈HL10點(diǎn)亮，HA電鈴斷續(xù)報(bào)警20s，HL10一直點(diǎn)亮直到事故處理完畢，繼續(xù)正常開車，恢復(fù)生產(chǎn)。4)緊急停車

輸煤機(jī)組正常生產(chǎn)過(guò)程中，可能會(huì)突發(fā)各種事件，因此需要設(shè)置緊急停車按鈕，實(shí)現(xiàn)緊急停車防止事故擴(kuò)大。緊急停車與正常停車不同，當(dāng)按下紅色蘑菇形緊急停車按鈕SB3時(shí)，輸煤機(jī)組立即全線停車，HA警報(bào)聲持續(xù)10s停頓，緊急停車指示燈HL8連續(xù)閃亮直到事故處理完畢，回復(fù)正常生產(chǎn)。5)系統(tǒng)正常運(yùn)行指示

輸煤機(jī)組中，拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)M1～M6和磁選料器YA按照程序全部正常起動(dòng)運(yùn)行后，HL9指示燈點(diǎn)亮。如果有一臺(tái)電動(dòng)機(jī)或選料器未能正常起動(dòng)運(yùn)行，則視為故障，系統(tǒng)故障指示燈HL10點(diǎn)亮，輸煤機(jī)組停車。相關(guān)設(shè)備參數(shù)如下：(1)M1-M6及磁選料器YA。(2)指示燈HL：0.25W，DC24V。(3)電鈴HA：8W，AC220V。輸煤機(jī)組控制信號(hào)說(shuō)明：輸煤機(jī)組是一種為鍋爐供煤的設(shè)備,它的穩(wěn)定可靠工作直接關(guān)系到整個(gè)鍋爐的正常運(yùn)行.所以要進(jìn)展輸入輸出信號(hào)進(jìn)展詳細(xì)說(shuō)明,詳細(xì)情況見下表:輸入輸出文字符號(hào)說(shuō)明文字符號(hào)說(shuō)明SA1-1輸煤機(jī)組手動(dòng)控制開關(guān)KM1給料器和磁選料器接觸器SA1-2輸煤機(jī)組自動(dòng)控制開關(guān)KM21#送煤機(jī)接觸器SB1輸煤機(jī)組自動(dòng)開車按鈕KM3破碎機(jī)接觸器SB2輸煤機(jī)組自動(dòng)停車按鈕KM4提升機(jī)接觸器SB3輸煤機(jī)組緊急停車按鈕KM52#送煤機(jī)接觸器SB4給料器和磁選料器手動(dòng)按鈕KM6回收機(jī)接觸器SB51#送煤機(jī)按鈕HL7手動(dòng)運(yùn)行指示燈SB6破碎機(jī)手動(dòng)按鈕HL8緊急停車指示燈SB7提升機(jī)手動(dòng)按鈕HL9系統(tǒng)正常運(yùn)行指示SB82#送煤機(jī)手動(dòng)按鈕HL10系統(tǒng)故障指示燈SB9回收機(jī)手動(dòng)按鈕HA報(bào)警電鈴KMM1-M6,YA運(yùn)行正常信號(hào)HL1-HL6輸煤機(jī)組單機(jī)運(yùn)行指示FRM1-M6過(guò)載保護(hù)信號(hào)表1-1輸煤機(jī)組控制信號(hào)說(shuō)明第2章方案論證2.1PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則和方法對(duì)于電氣控制設(shè)備，任何PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)都是在控制方式和電動(dòng)機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)確定以后進(jìn)的是設(shè)備控制要求和工藝流程的具體化。PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)該遵循以下原則：應(yīng)最大限度地滿足生產(chǎn)機(jī)械的工藝要求，并能根據(jù)需要方便地進(jìn)展修改。容易掌握，便于操作。3〕整個(gè)PLC控制系統(tǒng)及控制電路安全可靠，簡(jiǎn)單，具有較高的性能價(jià)格比。4〕合理地選擇PLC機(jī)型及電器元件。2.2方案確實(shí)定由于該系統(tǒng)控制輸入點(diǎn)數(shù)較多，有2個(gè)輸入開關(guān)分別控制手動(dòng)控制，9個(gè)輸入按鈕分別為SB1和SB2為自動(dòng)開車/停車按鈕，SB3為事故緊急停車按鈕，SB4～SB9分為6個(gè)電動(dòng)機(jī)控制按鈕。輸出點(diǎn)數(shù)也較多，如果采用繼電-接觸器控制方式，控制電路將會(huì)很復(fù)雜，而且可靠性難保證。所以，用PLC進(jìn)展控制，不僅能滿足控制要求、控制方便簡(jiǎn)單，而且具有較高的可靠性。因此，本設(shè)計(jì)應(yīng)采用PLC進(jìn)展控制。第3章PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1.1控制系統(tǒng)主電路圖設(shè)計(jì)按照設(shè)計(jì)要求，給料器M1、1#送煤機(jī)M2、破碎機(jī)M3、提升機(jī)M4、2#送煤機(jī)M5和回收電動(dòng)機(jī)M6由6臺(tái)三相異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)。磁選料器YA由兩相電源提供。負(fù)載M2-M6由接觸器KM2-KM6控制，給料器M1和磁選料器YA共同由KM1控制。由于破碎機(jī)M3功率為13KW和2#送煤機(jī)M5功率為75KW都比7.5KW大，所以采用星—三角降壓?jiǎn)?dòng)。其余負(fù)載均采用直接啟動(dòng)方式。主電路圖見圖3-1.圖3-1鍋爐車間輸煤機(jī)組系統(tǒng)主電路圖1)主回路中交流接觸器KM1、KM2、KM3、KM4、KM5、KM6分別控制三相異步電動(dòng)機(jī)M1給料電動(dòng)機(jī)，M2送煤電動(dòng)機(jī)，M3破碎電動(dòng)機(jī)，M4提升電動(dòng)機(jī)，M5送煤電動(dòng)機(jī)，M6回收電動(dòng)機(jī)。2)熱繼電器FR1、FR2、FR3、FR4、FR5、FR6的作用是對(duì)電動(dòng)機(jī)M1、M2、M3、M4、M5、M6實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)。3)熔斷器FU1、FU2、FU3、FU4、FU5、FU6分別實(shí)現(xiàn)各負(fù)載回路的短路保護(hù)。4)QF為電源總開關(guān)，既可完成主電路的短路保護(hù)，又起到分?jǐn)嗳嘟涣麟娫吹淖饔?，使用較為方便。3.1.2電器元件的選擇〔1〕輸入/輸出接口〔I/O〕數(shù)量；輸入端口14個(gè)，輸出端口10個(gè)，SIMATICS7-200系列PLC硬件配置靈活，既可以用一個(gè)單獨(dú)的S7-200CPU構(gòu)成一個(gè)簡(jiǎn)單的數(shù)字量控制系統(tǒng)，也可通過(guò)擴(kuò)展電纜進(jìn)展數(shù)字量I/O模塊、模擬量I/O模塊或智能接口模塊的擴(kuò)展，構(gòu)成較復(fù)雜的中等規(guī)?？刂葡到y(tǒng)?！?〕因?yàn)樨?fù)載有直流供電有交流供電，所以采用輸出形式為繼電器?！?〕對(duì)于CPU224模塊，本機(jī)輸入地址為I0.0-I0.7和I1.1-I1.5,輸出地址為Q0.0-Q0.7和Q1.0-Q1.1。因?yàn)楦締卧詭У腎/O接口不能滿足控制系統(tǒng)要求，因此需要數(shù)字量I/O擴(kuò)展單元。，與根本的單元相連，并使根本單元的尋址功能對(duì)模塊上的I/O接口進(jìn)展控制。S7-200系列PLC目前可以提供的有3種類型的數(shù)字量輸入/輸出模塊，即EM221，EM222，EM223，查閱數(shù)字量輸入/輸出模塊各類型型號(hào)特點(diǎn)，首先采用一個(gè)EM222的8繼電器輸出；擴(kuò)展模塊EM222的I/O地址范圍是Q2.0-Q2.7,不能滿足控制要求，又因?yàn)镃PU224能夠擴(kuò)展7個(gè)模塊，因?yàn)榭刂埔筝敵鲇?1個(gè)，另需一個(gè)EM223的DI4/DO4*DC24V/繼電器；擴(kuò)展模塊EM223的I/O地址范圍是Q3.0-Q3.3，滿足系統(tǒng)控制要求。本機(jī)與擴(kuò)展連接形式見圖3-2模塊連接圖。圖3-2模塊連接圖3.2軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.2.1I/O地址分配表對(duì)軟件設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，分配I/O點(diǎn)地址以后才可以進(jìn)展編程，才可以繪制電氣接線圖、裝配圖，根據(jù)接線圖和安裝圖安裝控制柜。由上硬件系統(tǒng)的選擇可知控制系統(tǒng)由一個(gè)CPU224及兩個(gè)擴(kuò)展模塊EM222,EM223,各模塊各分配地址如下:CPU224根本單元的I/O地址如下：I0.0I0.1、IO.2、I0.3、I0.4、I0.5、I0.6、I0.7、I1.1、I1.2、I1.3、I1.4、I1.5、I1.6、I1.7、Q0.0、Q0.1、Q0.2、Q0.3、Q0.4、Q0.5、Q0.6、Q0.7、Q1.0、Q1.1第一個(gè)擴(kuò)展模塊EM222的I/O地址：Q2.0、Q2.1、Q2.2、Q2.3、Q2.4、Q2.5、Q2.6、Q2.7第二個(gè)擴(kuò)展模塊EM223的I/O地址：Q3.0、Q3.1、Q3.2PLC輸入輸出接口地址分配表見：序號(hào)工作名稱文字符號(hào)輸入口1輸煤機(jī)組手動(dòng)控制開關(guān)SA1-1I0.12輸煤機(jī)組自動(dòng)控制開關(guān)SA1-2I0.23輸煤機(jī)組自動(dòng)開車按鈕SB1I1.14輸煤機(jī)組自動(dòng)停車按鈕SB2I1.25輸煤機(jī)組緊急停車按鈕SB3I1.36給料器磁選料器手動(dòng)按鈕SB4I1.471#送煤機(jī)手動(dòng)按鈕SB5I1.58破碎機(jī)手動(dòng)按鈕SB6I1.69提升機(jī)手動(dòng)按鈕SB7I1.7102#送煤機(jī)手動(dòng)按鈕SB8I2.011回收機(jī)手動(dòng)按鈕SB9I2.112M1-M6,YA過(guò)載保護(hù)信號(hào)FRI0.0表3-5輸入接口地址分配表序號(hào)工作名稱文字符號(hào)輸出口1給料器磁選料器接觸器KM1Q0.121#送煤機(jī)接觸器KM2Q0.23破碎機(jī)接觸器KM3Q0.34提升機(jī)接觸器KM4Q0.452#送煤機(jī)接觸器KM5Q0.56回收機(jī)接觸器KM6Q0.67緊急停車指示燈HL8Q1.78系統(tǒng)正常運(yùn)行指示燈HL9Q2.19系統(tǒng)故障運(yùn)行指示燈HL10Q2.210報(bào)警電鈴HAQ2.011輸煤機(jī)組單機(jī)運(yùn)行指示HL1Q1.112輸煤機(jī)組單機(jī)運(yùn)行指示HL2Q1.213輸煤機(jī)組單機(jī)運(yùn)行指示HL3Q1.314輸煤機(jī)組單機(jī)運(yùn)行指示HL4Q1.415輸煤機(jī)組單機(jī)運(yùn)行指示HL5Q1.516輸煤機(jī)組單機(jī)運(yùn)行指示HL6Q1.6表3-6PLC輸出接口地址分配表3.2.2PLC控制電路接線圖繪制PLC控制電路接線圖，如圖2-2。圖3-3I/O接線圖3.2.3系統(tǒng)工作流程圖=1\*GB3①=2\*GB3②=3\*GB3③圖3-4系統(tǒng)工作流程圖3.2.4梯形圖輸煤機(jī)組的控制過(guò)程分為2個(gè)，分別是自動(dòng)運(yùn)行方式和手動(dòng)控制方式。在自動(dòng)控制模式下，要求各負(fù)載從M6到M1經(jīng)過(guò)同樣間隔時(shí)間逆序自動(dòng)啟動(dòng)，然后從M1到M6順序自動(dòng)經(jīng)過(guò)同樣間隔時(shí)間停頓。同時(shí)，該輸煤機(jī)組還能在手動(dòng)控制模式下進(jìn)展點(diǎn)動(dòng)，以便調(diào)試和維修。而且，該系統(tǒng)還能實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)、緊急停車和故障提醒。所以，我們應(yīng)該主要采用定時(shí)器指令和順序控制指令對(duì)本控制系統(tǒng)進(jìn)展程序設(shè)計(jì)。其梯形圖如下：第4章系統(tǒng)調(diào)試1、硬件調(diào)試：硬件調(diào)試是利用開發(fā)系統(tǒng)、根本測(cè)試儀器〔萬(wàn)用表、示波器等〕，檢查用戶系統(tǒng)硬件中存在的故障。①靜態(tài)調(diào)試第一步：用萬(wàn)用表測(cè)試。先用萬(wàn)用表復(fù)核可能有疑問(wèn)的連接點(diǎn)，再檢測(cè)各種電源線與地線之間是否有短路現(xiàn)象。第二步：加電檢測(cè)。檢測(cè)所有的插座或是器件的電源端是否符合要求的值.第三步：是聯(lián)機(jī)檢查。因?yàn)橹挥杏每删幊炭刂破鏖_發(fā)系統(tǒng)才能完成對(duì)用戶系統(tǒng)的調(diào)試。②動(dòng)態(tài)調(diào)試首先我們進(jìn)展了自動(dòng)的調(diào)試。按下SB1，自動(dòng)局部開場(chǎng)運(yùn)行，5秒后，第一個(gè)燈亮，10秒后第二個(gè)燈亮，直到最后一個(gè)燈亮。當(dāng)燈全部亮?xí)r，正常運(yùn)行指示燈HL9亮；如果又一個(gè)或幾個(gè)燈不亮，那么系統(tǒng)故障指示燈就會(huì)亮。按下手動(dòng)停頓按鈕SB2，5秒后，第一個(gè)燈熄滅，10秒后第二個(gè)燈熄滅，按此直到最后一個(gè)燈熄滅。2、軟件調(diào)試：通過(guò)對(duì)用戶程序的匯編、執(zhí)行來(lái)發(fā)現(xiàn)程序中存在的語(yǔ)法錯(cuò)誤加以排除糾正的過(guò)程。查看程序是否有邏輯的錯(cuò)誤。如果出現(xiàn)故障，應(yīng)返回編程環(huán)境，檢查梯形圖的錯(cuò)誤并修改程序再進(jìn)展調(diào)試。第5章設(shè)計(jì)總結(jié)這次的課程設(shè)計(jì)，讓我感受深刻，首先讓我對(duì)PLC有了進(jìn)一步的了解，而不是只是書本上的知識(shí)，還讓我懂得了如何用編程來(lái)編寫梯形圖和CAD,讓我學(xué)到了很多新的知識(shí)，復(fù)習(xí)了舊的知識(shí)。教師的幫助和同學(xué)的合作也是必不可少的，教師從根本上指出了很多設(shè)