基于PLC的電廠輸煤控制系統(tǒng)設計與應用

[3]，在輸煤自動控制系統(tǒng)中，PLC常用于控制和監(jiān)測輸煤設備的運行狀態(tài)、傳感器信號的采集和執(zhí)行器的控制。PLC具有豐富的輸入輸出接口，能夠滿足各種傳感器和執(zhí)行器的連接需求。此外，PLC具備強大的計算能力和編程靈活性，能夠實現(xiàn)復雜的控制算法和邏輯功能。PLC的選擇應考慮到輸入輸出數(shù)量、速度、編程語言支持、可靠性、擴展性和對特殊功能模塊的需求等因素。DCS（分散控制系統(tǒng)）：DCS是一種廣泛應用于工業(yè)自動化的控制系統(tǒng)，用于對整個生產(chǎn)過程進行監(jiān)控和控制。DCS由多個分布式控制器組成，通過網(wǎng)絡連接，實現(xiàn)對分散設備和系統(tǒng)的集中控制和監(jiān)測。在輸煤自動控制系統(tǒng)中，DCS可用于整個火電廠的綜合控制，包括輸煤過程的監(jiān)控、調(diào)度和優(yōu)化控制。DCS具有強大的數(shù)據(jù)處理和通信能力，能夠實現(xiàn)數(shù)據(jù)的集中管理和分析，提供實時的運行信息和報警功能。DCS的選擇應考慮到系統(tǒng)規(guī)模、可靠性、通信性能、數(shù)據(jù)處理能力和對擴展性的需求等因素。在選擇主控器件時，還需要考慮到廠家的技術支持、設備的可靠性和穩(wěn)定性以及與其他系統(tǒng)的兼容性等因素。綜合考慮以上因素，選擇適合系統(tǒng)要求、性能穩(wěn)定可靠的主控器件，能夠確?；痣姀S輸煤自動控制系統(tǒng)的正常運行和高效控制。??

第3章控制系統(tǒng)硬件設計3.1可編程控制器可編程邏輯控制器（PLC）是一種專門用于工業(yè)自動化控制的設備，具有高性能、高可靠性和靈活性。PLC在輸煤自動控制系統(tǒng)中廣泛應用于控制和監(jiān)測輸煤設備的運行狀態(tài)、傳感器信號的采集和執(zhí)行器的控制。PLC具備豐富的輸入輸出接口，能夠滿足各種傳感器和執(zhí)行器的連接需求。PLC具有強大的計算能力和編程靈活性，能夠實現(xiàn)復雜的控制算法和邏輯功能。PLC的工作原理是通過讀取輸入信號，根據(jù)用戶編程的邏輯規(guī)則進行處理，再通過輸出信號控制執(zhí)行器的動作。PLC的選擇應考慮到輸入輸出數(shù)量、速度、編程語言支持、可靠性、擴展性和對特殊功能模塊的需求等因素。PLC在輸煤自動控制系統(tǒng)中可提供可靠的控制和監(jiān)測功能，實現(xiàn)精確的設備控制和數(shù)據(jù)采集，確保輸煤過程的穩(wěn)定性和安全性。PLC的優(yōu)勢在于其可靠性和靈活性。PLC具有工業(yè)級的可靠性，能夠在惡劣的工作環(huán)境下長時間穩(wěn)定運行。其硬件設計和組件選擇保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抗干擾能力。同時，PLC具備靈活的編程能力，可以根據(jù)實際需求進行定制化的編程，實現(xiàn)各種控制算法和邏輯功能。PLC支持多種編程語言，如梯形圖（LadderDiagram）、功能塊圖（FunctionBlockDiagram）、結構化文本（StructuredText）等，使得開發(fā)人員能夠根據(jù)自身經(jīng)驗和需求進行編程。此外，PLC還具備易于維護和調(diào)試的特點，便于系統(tǒng)的日常管理和故障排除。通過合理選擇PLC，結合系統(tǒng)需求和性能指標，可以實現(xiàn)輸煤自動控制系統(tǒng)的高效運行和可靠控制，提高火電廠的生產(chǎn)效率和安全性。圖3.1PLC掃描過程西門子公司的SIMATICS7-200系列屬于小型可編程控制器,可用來代替繼電器的簡單控??制場合?,也可以用于復雜的自動化??控制系??統(tǒng)。S7-200的可靠性高,可用梯形圖,語句表和功能塊語言來編程,它的指令豐富,指令功能強,易于掌握,操作方便,內(nèi)置有高速計數(shù)器,高速輸出PID控制器,RPPI通信協(xié)議,MPI通信協(xié)議和自由方式通信功能,I/O端子排可以很容易地拆卸,最大可擴展到248點數(shù)字量I/?O35路模擬量I/O,最多有26KB程序和數(shù)據(jù)存儲空間,如圖所示:圖3.2可編程控制器結構圖圖3.3主控電路3.2帶式輸送機控制模塊設計帶式輸送機是火電廠輸煤系統(tǒng)中的重要設備之一，其控制模塊設計對于實現(xiàn)輸煤過程的自動化控制至關重要。以下是帶式輸送機控制模塊設計的詳細描述：帶式輸送機的控制模塊首先需要采集與輸煤過程相關的傳感器信號，例如輸送帶的速度、位置、張力等參數(shù)。通過合適的傳感器，如編碼器、位置傳感器和張力傳感器等，實時采集這些參數(shù)的變化情況?？刂颇K需要監(jiān)測帶式輸送機的運行狀態(tài)，包括輸送帶的啟停、正轉和反轉等運動狀態(tài)。通過檢測電機的電流、位置傳感器的反饋信號等，實時監(jiān)測輸送機的運行狀態(tài)，確保其與系統(tǒng)預期的一致性?？刂颇K需要能夠控制帶式輸送機的運行速度，以適應不同的輸煤需求。通過調(diào)節(jié)電機的轉速或采用變頻器控制電機，實現(xiàn)對輸送帶的速度進行精確控制。根據(jù)輸煤量和工藝要求，自動調(diào)節(jié)輸送帶的速度，以保持穩(wěn)定的輸煤流量?？刂颇K需要能夠檢測輸送帶的異常情況，并及時報警或采取相應的故障處理措施。例如，當輸送帶出現(xiàn)偏移、張力異常或傳動鏈條斷裂等情況時，通過相應的傳感器和報警裝置，發(fā)出報警信號并采取緊急停機或報警措施。帶式輸送機的控制模塊還需要與系統(tǒng)的其他部分進行通信接口和集成，實現(xiàn)與整個輸煤控制系統(tǒng)的協(xié)同工作。通過合適的通信協(xié)議和接口，將輸送機的運行狀態(tài)、傳感器數(shù)據(jù)等信息傳輸給上位機或其他控制設備，以實現(xiàn)整個系統(tǒng)的一體化控制和監(jiān)測。通過以上控制模塊的設計，可以實現(xiàn)對帶式輸送機的精確控制、運行狀態(tài)的監(jiān)測、運行速度的調(diào)節(jié)以及報警和故障處理等功能。這樣的設計能夠提高輸煤過程的穩(wěn)定性、可靠性和安全性，確保帶式輸送機的正常運行和輸煤過程的順暢進行。圖3.4動力電路3.2.1帶式輸送機控制系統(tǒng)的特點帶式輸送機控制系統(tǒng)具有自動化和智能化的特點。通過傳感器的信號采集和控制模塊的實時處理，系統(tǒng)能夠實現(xiàn)對輸送帶速度、位置、張力等參數(shù)的自動監(jiān)測和調(diào)節(jié)。同時，系統(tǒng)具備自動啟停、正反轉等功能，根據(jù)實時需求自動調(diào)節(jié)輸送帶的運行狀態(tài)。這種自動化和智能化的特點使得帶式輸送機的運行更加高效、精確，減少了人工干預的需要，提高了生產(chǎn)效率。帶式輸送機控制系統(tǒng)具備安全性和故障診斷的特點。系統(tǒng)內(nèi)置報警裝置和故障檢測機制，能夠及時發(fā)現(xiàn)輸送帶的異常情況，如偏移、張力異常等，并采取相應的保護措施，如緊急停機、報警等。此外，系統(tǒng)還具備故障診斷和自動故障處理的能力，通過檢測和分析傳感器數(shù)據(jù)，能夠快速判斷故障原因，并采取相應的修復措施，減少了停機時間和生產(chǎn)損失。這種安全性和故障診斷特點確保了輸送帶的安全運行和生產(chǎn)的連續(xù)性。圖3.5動力電路3.2.2設備組成要求1)驅動部分：驅動部分是帶式輸送機的核心，負責提供動力和驅動輸送帶的運行。主要的設備組成要求包括：2）電動機：選擇適當?shù)碾妱訖C來提供足夠的動力，以驅動輸送帶的運行。電動機應具備適當?shù)墓β屎团ぞ剌敵?，以應對不同工況下的負載變化。常見的電動機類型包括三相異步電動機和直流電動機，選擇應根據(jù)具體需求和應用場景來確定。減速機：通過減速機將電動機的高速旋轉轉換為適合輸送帶的轉速。減速機的選型應考慮輸送帶的運行速度、負載要求和傳動效率等因素。聯(lián)軸器：用于連接電動機和減速機，傳遞動力并保證其同步運行。聯(lián)軸器應具備良好的扭矩傳遞和一定的軸向和徑向偏差吸收能力，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。3)制動部分：制動部分負責控制輸送帶的停止和制動，以保證輸送帶在需要時能夠迅速停止。主要的設備組成要求包括：制動器：用于產(chǎn)生制動力，使輸送帶停止或制動。常見的制動器類型包括機械制動器、電磁制動器和液壓制動器等。選擇合適的制動器應根據(jù)輸送帶的負載和運行速度來確定。制動控制裝置：用于控制制動器的工作狀態(tài)和制動力的大小。通過控制裝置，可以實現(xiàn)制動的啟動、停止和調(diào)節(jié)，以滿足系統(tǒng)的控制需求。制動電阻器：對于某些類型的電動機，特別是直流電動機，制動電阻器可用于提供制動力并吸收制動過程中產(chǎn)生的能量。制動電阻器的選型應考慮系統(tǒng)的電流和能量吸收需求。圖3.6動力電路表3-1PLCI/O端口定義（輸入）功能IO端口啟動I0.0停止I0.1急停I0.2自動手動I0.3給料器故障I0.4磁選料器故障I0.5送煤機1故障I0.6犁煤故障I0.7提升機故障I1.0送煤機2故障I1.1回收機2故障I1.2給料器手動I1.3磁選料器手動I1.4送煤機1手動I1.5犁煤手動I1.6提升機手動I1.7送煤機2手動I2.0回收機2手動I2.1表3.2PLCI/O端口定義（輸出）功能IO端口自動運行指示燈Q0.0故障指示燈Q0.1給料器Q0.2磁選料器Q0.3送煤機1Q0.4犁煤機Q0.5提升機Q0.6送煤機2Q0.7回收機2Q1.0報警聲音Q1.1

第4章輸煤控制系統(tǒng)軟件設計4.1輸煤控制軟件系統(tǒng)簡介煤是首先以S7-224為例介紹S7-200CPU存儲器的數(shù)據(jù)類型和尋址方式,其他機型編程的原理是相同的,只是I/O點數(shù)、容量大小等技術指標有所不同,可通過查閱相關資料得到。由于可編程控制器的核心組成部分既是計算機,所以指令和數(shù)據(jù)在存儲器當中也是按照一個個存儲單元存放的,而操作數(shù)是根據(jù)其數(shù)據(jù)類型分類存放,分類查找的。4.2主程序設計本系統(tǒng)中的皮帶、犁煤器、葉輪給煤機分別由三相異步電動機驅動，現(xiàn)就皮帶電機控制要求描述如下：皮帶電動機的啟、停控制要求控制按鈕控制電動機的起動、停止，指示燈顯示電動機的運行、停止狀態(tài)。開始開始結束輸煤和報警檢測輸煤報警檢修否否是是圖4.1主程序流程圖運行控制系統(tǒng)的目的是確保通過對輸送機單元的程序控制,能夠按照設計的啟動、運行和停止的方案運行。1)正常起動起動前，控制系統(tǒng)根據(jù)現(xiàn)場情況,采集各保護傳感器信號，當信號處于正常范圍內(nèi)時，發(fā)出起車指令，在警報發(fā)出后，延時一段時間各部分逐步啟動。上電復位上電復位起車指令開車報告護正常制動閥送電閘開主電機啟動延時潤滑泵啟動延時制動泵啟動比例閥電流清零拒啟動延時比例閥電流受控增加I=I運行信號輸出給煤機啟動打滑保護輸出啟車完成NYNYNY圖4.2正常啟動圖2）正常停車運行中，當帶式輸送機系統(tǒng)出現(xiàn)下列情況之一時，PLC控制系統(tǒng)將執(zhí)行正常停車程序：①后臺設備停車運行(有聯(lián)鎖關系時)；②手動按下急停按鈕；③自動開車條件失效。否是 正常停車指令潤滑泵開比例閥電流受控減小盤閘開I≈0主電機否是正常停車指令潤滑泵開比例閥電流受控減小盤閘開I≈0主電機、控制泵、潤滑泵斷電，比例閥電流清零延時制動器斷電停車結束否是圖4.3正常停車圖3）緊急停車在系統(tǒng)出現(xiàn)下列情況時，PLC控制系統(tǒng)會使系統(tǒng)停止，保護設備安全和工人的生命：①檢測到電流超出安全閾值;②遇突發(fā)事件，手動按動急停按鈕；急電指令急電指令主電機、控制泵斷電，比例閥電流清零潤滑泵開延時潤滑泵、制動器斷電停車結束圖4.4緊急剎車圖4.3程序模塊介紹4.3.1設置系統(tǒng)的控制方式為聯(lián)鎖手動圖4.5聯(lián)鎖手動聯(lián)鎖設備的主要作用是保證安全，它能夠確保機器在運行過程中不會因為外部因素而發(fā)生損壞，從而減少危險發(fā)生的機會。聯(lián)鎖設備也可以用于控制多個設備的同步，例如當一臺機器處于運行狀態(tài)時，其他機器將被自動喚醒。此外，聯(lián)鎖設備還可以用于控制多臺機器的供電。聯(lián)鎖設備還可以用于控制機器的啟動和停止，它可以確保機器在準確的時間啟動或停止，從而節(jié)省時間。4.3.2給煤機狀態(tài)確定圖4.6狀態(tài)確定4.3.3啟動3#輸煤皮帶圖4.73#皮帶啟動4.3.4啟動2#輸煤皮帶圖4.82#皮帶啟動皮帶啟動前應注意以下幾點：1.需要定期檢查輸煤皮帶的張緊度和松緊度，確保皮帶不會過緊或過松。2.輸煤皮帶的清洗和維護也非常重要。定期清理皮帶上的灰塵、煤渣等雜物，避免對輸煤系統(tǒng)的影響。3.檢查皮帶上的連接件、支撐架等部件是否完好，及時更換損壞的部件。4.需要關注皮帶的速度和負荷情況。皮帶速度過快或負荷過重都會對設備產(chǎn)生不利影響。4.3.5啟動1#輸煤皮帶圖4.91#皮帶啟動4.3.6啟動給煤機圖4.10啟動給煤機給煤機啟動前應檢查給煤機筒體光源能夠運行，給煤機皮帶沒有跑偏，裙帶沒有脫落，防堵裝置運行時，沒有異常聲響，且筒體無漏風、漏煤。4.3.7給煤機停止圖4.11給煤機停止停止原因：1）皮帶跑偏，會使煤的運輸處于危險狀態(tài)。2）計量故障：不準確的數(shù)據(jù)測量會對皮帶的轉動帶來不確定性，使煤量無法控制。3）溫度報警：使裝置在危險的溫度下運行，會觸發(fā)溫度警報，停止運轉。4）通道堵塞：在通道中沒有檢測到物體通過，只是空轉，也會使給煤機停止。4.3.8啟動失敗圖4.12啟動失敗在上述過程中任何一個設備不能啟動都會啟動失敗，以保證設備安全。

第5章成果展示5.1組態(tài)畫面部分該監(jiān)控程序主要分為監(jiān)控畫面、報警畫面、實時曲線、歷史曲線、參數(shù)設定界面五部分組成。圖5.1主屏幕當按下啟動按鈕時，開始啟動。操作員通過監(jiān)控畫面能夠看到現(xiàn)場的給煤情況。每個機器在一定延時后逐級啟動。每個電機都有自己的電流顯示，可以實時監(jiān)控電流量。當某個電機出故障時，該電機下方的報警燈會亮起。按下急停后，報警器啟動，機器停止運行。圖5.2輸煤啟動操作人員不但能夠通過監(jiān)控畫面實時監(jiān)測電機電流量、瞬時煤量、累計煤量,而且還能夠進行故障報警等其他操作。輸煤系統(tǒng)的報警屏可以幫助工作人員及時發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場異常情況,通過報警屏在設備顯示問題所以并發(fā)出聲音提醒工作人員,使其及時處理,降低系統(tǒng)故障率,提高設備運行可靠度。圖5.3實時曲線5.2系統(tǒng)硬件連接由指示燈的亮滅代表機器是否正常啟動，PLC的輸入通過編程電纜由仿真程序發(fā)出。PLC-200作為主控制器，型號為216-2AD23-0XB8通過與電腦相連接，模擬事故發(fā)生時的情況，檢測程序可不可以正常運行，做到控制系統(tǒng)啟動與急停，并且檢測電流，在超出設定的閾值后發(fā)出警報。如5.4連接進行展示。圖5.4操作展示圖5.4中的小燈從右上角到左下角依次為，報警指示燈、回收機、送煤機2、提升機、犁煤機、送煤機1、給料機、磁選料機、報警指示燈與自動/手動擋位指示燈。當按下啟動按鍵后，小燈經(jīng)過延時后逐個啟動完成起車。如圖5.5與5.6..圖5.5開車展示圖5.6開車展示在機器運行中，會實時監(jiān)測每個裝置的電流。如圖5.7所示。當某個機器發(fā)生故障時顯示屏中會在相應位置亮起紅燈，并且發(fā)出警告，在“報警畫面”界面中也會有顯示。如圖5.8與5.9所示。圖5.7電流監(jiān)測圖5.8故障展示系統(tǒng)中的任何故障都會造成系統(tǒng)無法進行工作，其中既有每個機器的原因，也有因為人的疏忽而導致的原因。在機器方面，監(jiān)測電流與溫度的變化是比較簡單且有效的方式。因為一些故障勢必會使電流發(fā)生改變增加發(fā)動機的功耗，進而使機器在不正常的溫度下運行。比如因操作人員疏忽未將開關旋停到指定位置，導致電路斷路，從而無法正常供電。另一種是開關本身損壞，無法正常開合，從而無法啟停設備。此外，如果控制回路發(fā)生故障，也會導致輸煤皮帶停運。這種故障的出現(xiàn)主要有以下兩個原因：一是在回路中出現(xiàn)了斷路情況（例如保險管熔斷）;二是隨著設備的使用，出現(xiàn)絕緣老化等問題。電氣設備出現(xiàn)故障將會導致輸煤皮帶等機器停止運作，甚至引起聯(lián)鎖保護動作，造成輸煤皮帶自鎖停機。圖5.9故障展示

第6章結論本次設計中我設計的項目是火電廠輸煤控制系統(tǒng)，對煤更好的控制與監(jiān)控可以提升輸煤效率，并在一定程度上保護工作人員。經(jīng)過研究和分析驗證，本PLC輸煤控制系統(tǒng)的設計使該小型火電廠的輸煤系統(tǒng)進一步提升，使它具備自動化控制特點。主要體現(xiàn)在：（1）系統(tǒng)可以自己上煤，減少了勞動人員的工作量，使他們處于更好的工作環(huán)境中。（2）實現(xiàn)了輸煤過程的設備遠程控制。通過屏幕可以清楚的了解設備運行狀態(tài)，并直接對它進行控制，減少耽誤時間，提高工作效率（3）系統(tǒng)預留了大量的備用I/O接口，可以根據(jù)后續(xù)企業(yè)要求對本裝置進行升級與趕緊以適應不同的工作場景。（4）該系統(tǒng)可以記錄數(shù)據(jù)，方便公司對數(shù)據(jù)的進一步分析以便在后續(xù)工作中積累經(jīng)驗，提升系統(tǒng)控制能力與監(jiān)控能力，促進企業(yè)的發(fā)展。

參考文獻詹昌義.基于PLC的火電廠輸煤控制系統(tǒng)研究與設計[D].合肥工業(yè)大學,2020.DOI:10.27101.馬冬寶,曲鳴飛.基于PLC的電廠輸煤自動化控制系統(tǒng)設計[J].煤炭技術,2018,37(07):237-239.DOI:10.13301.鄧鵬.廠外輸煤控制系統(tǒng)的設計與研究[D].湖南大學,2018.張英亮,隋濤.基于PLC的電廠輸煤控制系統(tǒng)的設計應用[J].工業(yè)控制計算機,2017,30(01):6-7.葉國印.火電廠輸煤電氣控制系統(tǒng)研究與設計[D].西安工業(yè)大學,2015.郭葆文,丁彥賓,殷玉恒.基于PLC的燃煤電廠輸煤控制系統(tǒng)的設計[J].應用能源技術,2015(01):45-49.張剛.基于PLC的現(xiàn)代電廠輸煤程控系統(tǒng)設計[J].內(nèi)蒙古石油化工,2014,40(24):57-58.周曉東.火電廠輸煤系統(tǒng)程控技術改造方案的研究[D].華北電力大學,2014.莫熙剛.基于PLC的電廠輸煤程控系統(tǒng)設計[D].西安建筑科技大學,2014.周海平.基于PLC的電廠輸煤控制系統(tǒng)的方案分析[J].科技傳播,2012(02):86+72.尚志強.基于組態(tài)技術全真模擬PLC控制對象的PLC電廠輸煤控制系統(tǒng)[J].科技傳播,2012(01):119+104.余奎江.基于PLC的輸煤程控系統(tǒng)的應用研究[D].華東理工大學,2011.烏云娜.PLC在電廠輸煤控制系統(tǒng)中的應用[J].內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟,2010(21):84+86.于學鵬.基于和利時LK大型PLC的電廠輸煤程控系統(tǒng)設計與研究[D].西安電子科技大學,2010.張海玲.PLC在火電輸煤程控系統(tǒng)中的應用研究[D].中國海洋大學,2009.張金姣.基于組態(tài)技術的PLC電廠輸煤控制系統(tǒng)的仿真[J].湖北工業(yè)大學學報,2009,24(04):31-33.葛修軍.PLC在電廠輸煤程控系統(tǒng)中的應用[J].煤炭技術,2009,28(08):25-27.李能菲,祝龍記.PLC在電廠輸煤系統(tǒng)中的應用[J].煤礦機械,2008(03):155-157.DOI:10.13436.WangWC.DesignofVariableFrequencyConstantPressureWaterSupply食品ControlSystemBasedonPLCandTouc