《鍋爐輸煤PLC控制系統(tǒng)設計》10000字（論文）

鍋爐輸煤PLC控制系統(tǒng)設計摘要輸煤系統(tǒng)是各工廠發(fā)電廠鍋爐輔助控制工段，在鍋爐整個系統(tǒng)中有著至關(guān)重要的作用。傳統(tǒng)的輸煤系統(tǒng)是主要是由繼電器來組成相應系統(tǒng)的控制電路，具有結(jié)構(gòu)簡單易于操作的優(yōu)點，但同時也具有故障率高維修時間長等缺點。在工業(yè)自動化飛速發(fā)展的今天，工廠對于鍋爐輸煤系統(tǒng)的穩(wěn)定性的要求也越來越高。傳統(tǒng)輸煤系統(tǒng)漸漸已經(jīng)無法滿足鍋爐飛速增長的用煤量和穩(wěn)定性方面的要求。各個工廠的輸煤系統(tǒng)都具有場地范圍大、人工作業(yè)環(huán)境惡劣、運輸距離長等多重特點，因此，如何使用更先進的技術(shù)，來滿足工廠鍋爐安全可靠運行是研究的重中之重。本文主要研究了采用PLC對鍋爐輸煤系統(tǒng)進行控制的方案。開發(fā)了手動啟動自動和啟動兩種模式自由切換來滿足各種工作要求，不僅可以完成卸煤和輸煤環(huán)節(jié)的自動順序啟停和手動啟動而且可以完成故障報警事故急停和開機提醒等等功能。同時開發(fā)配套的WINCC上位機組態(tài)程序，不僅可以大大改善工人的工作環(huán)境而且能提高工作的安全性和舒適性。本論文所做的主要工作有以下幾點：1、對鍋爐輸煤系統(tǒng)進行分析和機型設備的選型，設計并繪制鍋爐輸煤控制系統(tǒng)的PLC控制電路和主電路，在硬件設計的基礎上，進一步完成了鍋爐輸煤系統(tǒng)PLC控制系統(tǒng)的程序設計。3、使用西門子WinCC組態(tài)軟件開發(fā)了鍋爐輸煤控制系統(tǒng)的上位機組態(tài)畫面。關(guān)鍵詞：鍋爐輸煤控制系統(tǒng)，PLC，上位機組態(tài)目錄第一章：緒論 61.1課題研究的意義 61.2國內(nèi)外鍋爐輸煤控制系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀 61.2.1國外鍋爐輸煤控制系統(tǒng)和發(fā)展現(xiàn)狀 71.2.2國內(nèi)鍋爐輸煤控制系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀 71.3PLC的發(fā)展 81.3.1PLC的發(fā)展 81.3.2PLC系統(tǒng)的特點 81.4本課題研究的主要內(nèi)容 9第二章：鍋爐輸煤系統(tǒng)的分析與方案設計 102.1鍋爐輸煤系統(tǒng)的分析 102.1.1鍋爐輸煤系統(tǒng)的組成及特點 102.1.2鍋爐輸煤系統(tǒng)的工藝流程 102.2鍋爐輸煤系統(tǒng)主要設備功能介紹 11第三章：鍋爐輸煤PLC控制系統(tǒng)的硬件設計 123.1鍋爐輸煤控制系統(tǒng)的硬件組成 123.2主要設備的選型 133.2.1PLC的選型 133.2.2上位機的的選型 143.3輸煤系統(tǒng)電動機選型 143.4鍋爐輸煤系統(tǒng)的控制電路和主電路設計 153.4.1主電路的接線設計 153.4.2控制電路接線設計 153.4.3其他器件選型 17第四章：鍋爐輸煤控制系統(tǒng)軟件設計 194.1PLC程序的設計 194.1.1輸煤系統(tǒng)控制的要求和IO點的分配 194.1.2WinCC組態(tài)畫面的設計 224.2程序的仿真 23第五章結(jié)論與展望 255.1結(jié)論 256.2展望 25第一章：緒論1.1課題研究的意義對比傳統(tǒng)的輸煤控制系統(tǒng)利用PLC控制的鍋爐輸煤系統(tǒng)有著無可比擬的優(yōu)勢。傳統(tǒng)的鍋爐輸煤系統(tǒng)是基于繼電器組成的控制系統(tǒng)，工人通過開關(guān)繼電器啟動皮帶運輸機來完成輸煤系統(tǒng)的啟動，經(jīng)常會因為誤操作而導致皮帶跑偏和堵煤的發(fā)生，而基于PLC的鍋爐輸煤控制系統(tǒng)。鍋爐作為工廠電廠的核心環(huán)節(jié)，鍋爐的穩(wěn)定運行關(guān)乎工廠的效益和安全，其最重要的配套設施鍋爐輸煤系統(tǒng)的穩(wěn)定性將直接影響鍋爐的運行。鍋爐輸煤控制系統(tǒng)的升級換代對于使用的廠家意義深遠。無論在任何地方安全都重于一切，而傳統(tǒng)鍋爐輸煤系統(tǒng)現(xiàn)場操作的環(huán)境往往都十分惡劣，夏天儲煤站的溫度甚至能高達五十度，碎煤機的現(xiàn)場粉塵很大往往需要佩戴防護口罩，在這樣惡劣的環(huán)境下工作即無法保證工人的健康也無法保證安全。對傳統(tǒng)輸煤系統(tǒng)進行升級改造不僅可以降低安全事故發(fā)生的概率，也能工廠降低工人的勞動強度。采用新型輸煤系統(tǒng)可以改善工人的工作環(huán)境的同時完成工廠的減員增效。鍋爐輸煤系統(tǒng)的升級也符合國家的政策和市場的需求。國家近幾年政策方面大力推進新舊動能的轉(zhuǎn)換，淘汰落后產(chǎn)能，推動工廠的轉(zhuǎn)型升級也是目前工廠的首要任務，輸煤系統(tǒng)的升級換代不僅符合國家的政策指引和也符合企業(yè)的轉(zhuǎn)型需要?？梢源蟠筇嵘髽I(yè)的自動化水平，完成企業(yè)的減員增效。1.2國內(nèi)外鍋爐輸煤控制系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀PLC是一種通過編程實現(xiàn)控制的工業(yè)控制器，與計算機一樣均以微型中央處理器（CPU）為核心，PLC產(chǎn)品研發(fā)涵蓋了通信、自控、計算機、監(jiān)視顯示等控制技術(shù)，專業(yè)用于工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場的主要過程控制裝置[1]?，F(xiàn)今，由于大批工業(yè)企業(yè)的生產(chǎn)過程自動化程度的提升和計算機控制技術(shù)的普及，PLC在火電廠輸煤控制系統(tǒng)的應用中得到了廣泛的推廣和發(fā)展[2]。PLC和其他工業(yè)控制系統(tǒng)相比具有更加靈活可靠的特性。鍋爐輸煤系統(tǒng)作為工廠的一個工段，使用PLC可以更靈活的去擴展和其他工段鏈接，讓工廠各工段既具有模塊化又方便整合管理。PLC在鍋爐輸煤控制系統(tǒng)方面有著無可比擬的優(yōu)勢。1.2.1國外鍋爐輸煤控制系統(tǒng)和發(fā)展現(xiàn)狀國外的工業(yè)自動化起步較早，工業(yè)1.0便是十九世紀開始發(fā)展的機械控制器，以機械控制元件為核心，可以利用機械實現(xiàn)反饋和簡單的PID控制。二十世紀初期電子管二極管三極管開始飛速發(fā)展，國外開始進入工業(yè)2.0時代，控制核心是電子管控制元件，信號的概念開始出現(xiàn)。二戰(zhàn)之后到如今發(fā)展的工業(yè)3.0核心是晶體管控制電路，這一階段主要是實現(xiàn)了工廠的信息化自動化，電子和IT系統(tǒng)在工業(yè)方面的發(fā)展推動了第三次工業(yè)革命?，F(xiàn)如今最先進的概念工業(yè)4.0和中國制造2025所依托的核心技術(shù)便是高速互聯(lián)網(wǎng)5G所實現(xiàn)的萬物互聯(lián)。國外的鍋爐輸煤系統(tǒng)當前相比于國內(nèi)較為先進，國外的大型輸煤控制系統(tǒng)主要是基于PLC和工業(yè)pc和智能儀表所所組成的DCS(分布式控制系統(tǒng))系統(tǒng)和FCS（現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)）系統(tǒng)。普遍建立于國外較高的自動化水平之上。這些工業(yè)控制系統(tǒng)經(jīng)過多年時間的檢驗磨合已經(jīng)發(fā)展得非常常熟，基本上實現(xiàn)了鍋爐輸煤系統(tǒng)和工廠其他工段之間的信息化和一體化。鍋爐輸煤系統(tǒng)和相關(guān)的檢測報警指示等等功能較為完備。1.2.2國內(nèi)鍋爐輸煤控制系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀我國自動化起步較晚與國外先進國家自動化程度有一定的差距，國內(nèi)早些年大多數(shù)工廠采用的是集中控制或就地手動的控制方式，這兩種控制方式是基于繼電器和工人手動操作的半自動化系統(tǒng)，在一般的情況下操作按鈕或操作室位于皮帶附近，需要工人隨時監(jiān)控現(xiàn)場的情況然后通過電話，傳呼機等形式實現(xiàn)信息的交流和設備的聯(lián)動。由于鍋爐輸煤系統(tǒng)的工作環(huán)境往往十分惡劣，很難保證工人的健康和安全。這種操作系統(tǒng)不僅效率較低而且會大大占用工人的數(shù)量和工作時間，而操作往往是機械的重復操作，會嚴重的降低工廠的效益。由于國內(nèi)的自動化起步較晚且對于輸煤等輔助工段不夠重視，大多數(shù)仍就采用集中程序控制方式，無法與其他工段完成統(tǒng)一的調(diào)度?；谀壳暗淖詣踊潭裙S想要一步升級成為最先進的鍋爐輸煤控制系統(tǒng)所需開銷和難度較大，PLC的可擴展性升級性十分優(yōu)秀，與其他設備工段的兼容性較好。是目前來說對大多數(shù)最為合理的升級方式，可以為日后發(fā)展其他現(xiàn)金的自動化系統(tǒng)，實現(xiàn)工廠的自動化信息化智能化鋪好堅實的道路。1.3PLC的發(fā)展1.3.1PLC的發(fā)展PLC是可編程序控制器（ProgrammableLogicController)的簡稱。在二十世紀中葉隨著工業(yè)革命的逐步進行，工廠的生產(chǎn)越來越離不開數(shù)據(jù)的采集和器件的開關(guān)控制，在PLC出現(xiàn)之前，實現(xiàn)這些功能需要機械控制或者繼電器來實現(xiàn)。在二十世紀七十年代美國的通用汽車公司提出了替代繼電器進行電氣控制的概念，在這一概念的推動下次年，美國的DEC公司于次年研制了世界第一臺可編程邏輯控制器，是世界公認的PLC的鼻祖，這種PLC基于電子技術(shù)和集成電路，讓電氣控制不僅僅限于手動，可以采用程序來進行控制?，F(xiàn)在的PLC基本可以分為兩種一種是固定式一種是模塊式（組合式），模塊式的cpu模塊，電源模塊，輸入輸出模塊，可以根據(jù)需求按照一定的規(guī)律組合配置而成，固定式的各個功能模塊集合在一起不可拆分，兩者各有優(yōu)缺點工廠可以根據(jù)需求選擇。1.3.2PLC系統(tǒng)的特點在自動化水平飛速發(fā)展的今天，PLC可以能廣泛的被各大廠家認可作為自動控制的核心使用，主要因為有以下五個優(yōu)勢。PLC的抗干擾能力強：在滿足控制的基本要求之后最重要的性能便是可靠性，工廠往往存在較大的強電弱電線路，系統(tǒng)的抗電磁干擾能力是決定系統(tǒng)可靠性的重要指標,PLC所采用的大規(guī)模集成電路和制造工藝，在抗電磁干擾的方面具有很高的可靠性，相同的系統(tǒng)PLC和傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)相比，開關(guān)數(shù)量和觸點的數(shù)量大大減少，并且PLC系統(tǒng)基本都帶有故障自檢系統(tǒng)，與傳統(tǒng)控制系統(tǒng)相比基于PLC的控制系統(tǒng)具有極高的可靠性。PLC的功能強大：PLC經(jīng)過半個多世紀的發(fā)展完善，已經(jīng)發(fā)展成為了種類齊全，適配性很高的產(chǎn)品。除了對邏輯變量的處理外，還可以實現(xiàn)運動控制和模擬量的控制，軸的控制。配套的人機交互界面和編程軟件也愈發(fā)高效人性化?；旧峡梢詽M足工業(yè)生產(chǎn)的各種要求。PLC的學習成本低：相比于其他的編程語言來說，PLC所采用的梯形圖編程語言更直接可視化，和電路圖有很高的相似性，對于工人和工程師來說上手會更加簡單，不需要花費很高的學習成本，入門的門檻低。PLC的后期維護升級成本低：系統(tǒng)程序編寫完成后，系統(tǒng)的故障率很低，發(fā)生故障的維護與只需要更換相應的配件，維修不僅方便而且可以大大減少維修的成本，適合產(chǎn)品線的升級改造，對產(chǎn)品線的升級難度小，更改程序和相應的觸點即可不需要對生產(chǎn)線大規(guī)模的改動。PLC的體積小功耗低：PLC的體積小不需要占用很大的空間可以很簡單的放入各種需要控制的器械內(nèi)部，而且PLC的功耗較低，在全天運行的生產(chǎn)線中可以很大程度上的降低能耗1.4本課題研究的主要內(nèi)容本文通過分析鍋爐輸煤系統(tǒng)的工作流程進行了PLC的選型和輸煤設備的選型，根據(jù)控制需要編寫PLC梯形圖程序，利用PLC來控制設備的順序啟動，本程序具有啟動提醒和事故預警、事故急停等功能?？稍赑LC控制下實現(xiàn)鍋爐輸煤系統(tǒng)各設備按流程依次啟停，避免了人工手動啟?？赡茉斐傻亩旅簤好旱惹闆r。并設計了手動啟停和自動控制兩種模式來滿足各種設備維護檢查和正常工作的需要。并設計配套的WINCC組態(tài)程序,使皮帶機、梨煤器等設備的啟停通過人機交互界面對應指示燈的亮滅來顯示。第二章：鍋爐輸煤系統(tǒng)的分析與方案設計2.1鍋爐輸煤系統(tǒng)的分析2.1.1鍋爐輸煤系統(tǒng)的組成及特點輸煤系統(tǒng)是鍋爐的重要組成部分，主要的功能是將廠外采購的煤炭運輸?shù)藉仩t，由鍋爐輸煤系統(tǒng)完成卸煤運煤的過程控制。主要包括卸煤部分、上煤部分、除雜和初步粉碎四部分組成。卸煤運煤主要依靠料斗電磁閥和皮帶機對煤進行運輸，通過磁選機來對煤礦進行除鐵，由碎煤機將大小不一的煤炭粉碎成統(tǒng)一大小。鍋爐輸煤控制系統(tǒng)的主要有以下三種特點：（1）組成設備種類繁多。鍋爐的輸煤系統(tǒng)往往配備了大量的種類繁多的設備，而且各設備之間的關(guān)聯(lián)性強，控制邏輯較為復雜，往往需要多種安全措施來保證各設備安全運行。（2）設備的位置跨度大。工廠的煤倉與鍋爐之間的距離往往較大，輸煤距離在幾百米到上千米不等。（3）系統(tǒng)故障率較高。輸煤線路的環(huán)境惡劣，系統(tǒng)在運行的過程中極易出現(xiàn)電機堵轉(zhuǎn)，皮帶跑偏撕裂等等故障，堵煤現(xiàn)象也經(jīng)常發(fā)生排查，由于輸煤距離長排查故障點較為困難。2.1.2鍋爐輸煤系統(tǒng)的工藝流程各工廠的鍋爐輸煤系統(tǒng)都不盡相同，安全可靠基本上都是鍋爐輸煤系統(tǒng)設計的第一要素。各輸煤系統(tǒng)往往與鍋爐的規(guī)模、煤炭的運輸方式、存儲地點與鍋爐的距離、工廠的工藝要求相關(guān)。大多數(shù)都可以分為四個部分：卸煤、堆煤、上煤和配煤。如圖2-1所示卸煤過程：通過陸運水運火車等交通運輸方式，將購買的煤炭堆卸在指的煤倉中，經(jīng)過碎煤機碎煤，磁選機除鐵，在經(jīng)過皮帶運輸機轉(zhuǎn)運到倉料斗中，當用煤時控制料斗電磁閥打開將煤倒入皮帶機，這就是卸煤的過程。堆煤過程：由卸煤皮帶機卸下的煤，通過大型工業(yè)器械轉(zhuǎn)運到指定堆煤場，以便下一步進行上煤操作。堆煤的設備一般用人操控，獨立于鍋爐輸煤系統(tǒng)之外每次轉(zhuǎn)運量較大，不需要每時每刻啟動因此并不在本文鍋爐輸煤控制系統(tǒng)設計之內(nèi)。上煤過程：皮帶機首先將煤堆好，再由犁煤機輸送到皮帶運輸機上，經(jīng)皮帶運輸機運輸至鍋爐的過程稱為上煤卸煤和上煤是鍋爐輸煤系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)也是設計的重點，主要設備有皮帶機、碎煤機、犁煤機磁選器等。通過對以上各設備的聯(lián)鎖控制，實現(xiàn)個器械的有序運行，是鍋爐輸煤系統(tǒng)完成輸煤選煤碎煤的基本要求。2.2鍋爐輸煤系統(tǒng)主要設備功能介紹皮帶輸煤機：輸煤皮帶機也叫膠帶機，是整個鍋爐輸煤系統(tǒng)中的重要設備，皮帶輸煤機通過電動機帶動通過，實現(xiàn)煤炭的層層轉(zhuǎn)運。皮帶輸煤機以電動機為動力源，通過傳動滾筒和拉緊裝置輔助來使電動機帶動傳送帶實現(xiàn)勻速轉(zhuǎn)動。一般的皮帶運輸機往往會有配套的保護裝置和制動裝置，使皮帶運輸機的運行安全可靠。碎煤機：儲煤場存放的煤炭往往存在單塊體積較大的煤炭，在皮帶運輸機運輸過程中角度過大容易從皮帶上滑落，需要碎煤機先進行處理，首先過篩把顆粒小的煤炭落入皮帶運輸機上，將大塊煤炭轉(zhuǎn)入碎煤機粉碎成體積均勻的小煤塊，再排放至皮帶運輸機上，在滿足運輸需求的同時剔除無法破碎的雜，使煤炭在到達鍋爐磨煤機時更易磨成粉末。磁選機：鐵質(zhì)雜質(zhì)往往是煤礦中含量最多的雜質(zhì)，不加以去除首先會影響皮帶運輸機的運輸，其次無法滿足進入鍋爐燃燒的條件，輕則降低效率重則發(fā)生安全事故，因此除去鐵質(zhì)雜志格外必要，一般處理方式便是在皮帶運輸機的上方和尾部安裝磁選機通過電磁吸力去除鐵質(zhì)雜質(zhì)。犁煤器：犁煤器即電動犁式卸料器，在煤倉頂部的配煤皮帶上方裝設，控制其抬落即實現(xiàn)煤是否卸入煤倉。犁煤器卸煤方式有多樣，可根據(jù)配煤控制要求選擇保護設備：鍋爐事故停機會對工廠造成很大的經(jīng)濟損失，所以鍋爐輸煤系統(tǒng)能否正常運行直接關(guān)系到工廠的效益和安全,所以鍋爐輸煤系統(tǒng)往往配備較多的保護裝置移位開關(guān)：移位開關(guān)通常設置在皮帶輸煤機的左右雙側(cè)，輸煤時一旦皮帶發(fā)生跑偏的情況，運輸皮帶便會帶動開關(guān)相關(guān)觸電，可以根據(jù)跑偏幅度來輸出相對應的信號。一級移位信號，表示此時皮帶輸煤機出現(xiàn)了跑偏的現(xiàn)象應及時排查處理安全隱患；二級位移信號發(fā)生，此時皮帶輸煤機緊急停機，皮帶跑偏的程度超出了正常工作的范圍，必須立刻停機檢修撕裂檢測器：皮帶撕裂檢測器一般安裝于皮帶的下方，通過光敏開關(guān)觸發(fā)，當皮帶被硬物損傷滑破時，光線透過破損的皮帶觸發(fā)警報開關(guān)，發(fā)出警報信號提醒操作人員存在的風險以便及時更換皮帶。急停開關(guān)：選擇時可選防爆式的急停開關(guān)，按易于緊急操作原則安裝，鄰近于輸煤皮帶機。當輸煤皮帶機出現(xiàn)運行故障時，按下急停按鈕急停皮帶機，以便工作人員進行檢修與維護，保障生產(chǎn)現(xiàn)場的安全[21]第三章：鍋爐輸煤PLC控制系統(tǒng)的硬件設計3.1鍋爐輸煤控制系統(tǒng)的硬件組成鍋爐輸煤控制系統(tǒng)的設計主要包括軟件的設計和硬件的設計，硬件設計首先要分析設備的組成和設備間的結(jié)構(gòu)關(guān)系。本文所設計的鍋爐輸煤控制系統(tǒng)主要由上位機操作系統(tǒng)和PLC控制系統(tǒng)兩者構(gòu)成，操作員通過上位機對鍋爐輸煤系統(tǒng)進行控制，PLC作為現(xiàn)場的核心樞紐，負責現(xiàn)場信號的采集傳輸，并對現(xiàn)場的設備進行控制。上位機：上位計算機的數(shù)量主要和控制的要求相關(guān)，本系統(tǒng)配備兩臺上位機，一臺位于輸煤系統(tǒng)控制室一臺位于總控室方便操作與全場的協(xié)調(diào)調(diào)度。PLC：PLC是鍋爐輸煤系統(tǒng)的核心，通過PLC完成上位機指令轉(zhuǎn)化為機器識別的電信號，再將設備運行的狀態(tài)信號轉(zhuǎn)換成上位機顯示的狀態(tài)信號。現(xiàn)場的輸煤設備：由PLC對現(xiàn)場的設備進行控制，儀表等檢測原件將設備運行狀態(tài)信號傳給PLC，在上位機電腦上進行顯示3.2主要設備的選型3.2.1PLC的選型PLC控制系統(tǒng)的硬件設計是指硬件選型。近十幾年來，國內(nèi)外眾多生產(chǎn)廠家提供了多種系列、功能各異的PLC產(chǎn)品，已有幾十個系列、幾百種型號。PLC品種繁多，其結(jié)構(gòu)形式、性能、I/O點數(shù)、用戶程序存儲器容量、運算速度、指令系統(tǒng)、編程方法和價格等各有不同，使用場合也各有側(cè)重。因此，合理選擇PLC，對提高PLC控制系統(tǒng)的技術(shù)、經(jīng)濟指標起著重要作用[8]。PLC的選型主要與設計的要求有關(guān)，設計對象不同所選的plc種類也千變?nèi)f化。PLC可以分為小型PLC中型PLC大型PLC，控制要求高設備更為復雜的往往采用大型PLC,由于本文設計的鍋爐輸煤系統(tǒng)主要面對中小型企業(yè)的鍋爐，出于性價比的考慮選用小型PLC,在實際施工過程中，成本的控制也是設備選型的重要方面在滿足控制要求的條件下盡量選用性價比高的PLC。同時也要考慮品質(zhì)的穩(wěn)定性和供貨的可靠。后期維護升級和技術(shù)支持應盡量全面，因此應選擇經(jīng)過市場多年檢驗的品牌。綜合考慮我選擇西門子S7-1200PLC。西門子系列PLC誕生于1958年，在我國工業(yè)體系中應用廣泛，并且經(jīng)受住了市場的檢驗，且技術(shù)支持全面能滿足各廠家對于工程控制的要求。本系統(tǒng)的控制對象如表4-2表4-1卸煤部分料斗電磁閥1個皮帶傳動電機3臺上煤部分犁煤機1臺皮帶傳動電機3臺本系統(tǒng)包括十二個輸入點，十九個輸出點綜上所述選擇的PLC是西門子的S7-1200。S71200是一款可擴展性強，設計靈活度高的小型PLC，最多可以連接八個信號模塊以便于支持其他數(shù)字量和模擬量IO接口，和豐富的通訊接口，可以方便的與其他設備進行通訊，內(nèi)部集成用于計算和測量的運動控制系統(tǒng)，完美的實現(xiàn)了通訊和組態(tài)。且配套的TIA-portal(博圖)功能強大，集成了WinCC、仿真軟件和編程功能，實現(xiàn)了程序編程，模擬仿真調(diào)試和組態(tài)軟件設計一體化。方便開發(fā)者對產(chǎn)品進行開發(fā)與設計。3.2.2上位機的的選型本設計系統(tǒng)包含兩個上位計算機，用于操作控制監(jiān)視鍋爐輸煤系統(tǒng)，依賴RS458信號線完成與PLC的通信。上位機的電腦應滿足穩(wěn)定可靠且性價比高的要求。由于上位機不需要復雜的圖像處理且近期顯卡價格溢價嚴重，所以上位計算機均采用核顯。具體上位計算機配置如表4-1所示表4-1序號元件名稱型號數(shù)量1CPUInteri5-495022主板華碩FM223內(nèi)存4G24硬盤1T23.3輸煤系統(tǒng)電動機選型鍋爐輸煤系統(tǒng)的電動機選擇主要依據(jù)輸煤量的實際情況，皮帶輸煤機的傾角及長度，參考電動機選型手冊來選擇合適功率的電機，本輸煤系統(tǒng)共有六條皮帶運輸機，每條皮帶均寬為80cm長度為50m，每小時運煤能力為250噸。皮帶輸煤機電動機型號選擇Y200L-4，功率為PN=30kW；在卸煤皮帶輸煤機頭設置一臺磁選機，磁選機的棄鐵膠帶選擇Y100L1-4，功率PN=2.2kW的電動機。卸煤過程中煤炭需經(jīng)過碎煤機，碎煤機包括篩煤機和碎煤機兩個電機，篩出的大塊煤炭進入碎煤機篩煤選擇Y180L-4，功率PN=22kW機的電動機型號；破碎機選擇Y315S-4，功率PN=110kW的電動機型號；電動機均工作在頻率為50HZ的380V電壓之下，采用B級絕緣，全部采用△接法，具體參數(shù)見表4-2表4-2電機型號額定功率額定電流額定轉(zhuǎn)速效率功率因數(shù)臺數(shù)Y200L-43056.8147092.70.886Y100L1-42.251430810.821Y180L-42242.5147091.50.861Y315S-4110201148093.50.8913.4鍋爐輸煤系統(tǒng)的控制電路和主電路設計3.4.1主電路的接線設計鍋爐輸煤控制系統(tǒng)的主電路設計需要首先確定設備的額定電壓、功率、電流，通過使用選型手冊選取適合的線路保護裝置來完成主電路的設計，使鍋爐輸煤系統(tǒng)安全運行并實現(xiàn)各種系統(tǒng)控制鍋爐輸煤系統(tǒng)各設備的工作環(huán)境相同，工作方式大體一致，各設備的主電路接線如下圖4-1所示圖4-1主電路3.4.2控制電路接線設計PLC通過IO接口來控制各設備的開關(guān)，接受傳感器的信號如重量傳感器檢測輸煤皮帶是否堆煤，皮帶位置傳感器檢測皮帶位置，速度傳感器檢測皮帶運輸機的運行狀況，plc負責處理相應的輸入信號做出對應的控制。PLC的輸出信號控制各繼電器開關(guān)的通斷，實現(xiàn)對鍋爐輸煤系統(tǒng)的設備檢測和保護并實現(xiàn)事故急停的功能。通過PLC控制的鍋爐輸煤系統(tǒng)的設備有：篩煤機一臺；皮帶運輸機六臺；磁選機一臺；犁煤機一臺；皮帶秤一臺經(jīng)過上述分析可以確定PLC的IO接口如下表4-1表4-1輸入輸出端子分配輸入設備輸入點輸出設備輸出點卸煤啟動按鈕卸煤停止按鈕卸煤急停按鈕料斗電磁閥1#皮帶傳動電機2#皮帶傳動電機3#皮帶傳動電機上煤啟動按鈕上煤停止按鈕上煤急停按鈕犁煤機電機(AD)犁煤機電機(BD)4#A皮帶傳動電機5#A皮帶傳動電機6#A皮帶傳動電機I0.0I0.1I0.2I0.3I0.4I0.5I0.6I0.7I0.8I0.9I1.0I1.1I1.2I1.3I1.4卸煤啟動預告電鈴上煤啟動預告電鈴卸煤故障電鈴上煤故障電鈴料斗電磁閥1#皮帶傳動電機2#皮帶傳動電機3#皮帶傳動電機犁煤機電機(AD)犁煤機電機(BD)4#A皮帶傳動電機5#A皮帶傳動電機6#A皮帶傳動電機Q0.0Q0.1Q0.2Q0.3Q0.4Q0.5Q0.6Q0.7Q0.8Q0.9Q1.0Q1.1Q1.2根據(jù)輸入輸出設計IO接口電路如下圖4-2圖4-2PLC接線圖3.4.3其他器件選型其他設備選型如下表所示表3-2元件列表序號元件名稱元件代號型號數(shù)量1低壓斷路器QFDZ1540/3901123熱繼電器FRJR16-6394熔斷器FUNGT0027(1)熔斷器選型熔斷器的功能是防止發(fā)生短路的設備，當線路瞬時電流過大時斷開主電路，熔斷器的選擇根據(jù)額定電流選擇，本文熔斷器保護單臺電動機，熔斷器的額定電流選擇根據(jù)公式4-1(4-1)：電動機額定電流(2)熱繼電器選型熱繼電器的功能是防止設備過載，當設備負載長時間過大溫度過高熱繼電器切斷電路實現(xiàn)過載的保護，熱繼電器的選擇根據(jù)電動機的接法和安裝是否要求斷相保護，熱繼電器的整定電流按公式4-2選?。?4-2)：熱元件整定電流：電動機的額定電流鍋爐輸煤系統(tǒng)工作環(huán)境惡劣，電機較為頻繁的啟動，熱繼電器可根據(jù)公式（4-3）選取(4-3)

第四章：鍋爐輸煤控制系統(tǒng)軟件設計根據(jù)鍋爐輸煤系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)，分析輸煤過程的工藝要求設計相應的PLC控制程序和上位機組態(tài)軟件。本設計采用以PLC為核心控制6臺皮帶運輸機一臺磁選機一臺破碎機，其中1#～3#皮帶機完成卸煤任務；4#～6#皮帶機完成上煤任務。共6臺皮帶運輸機、一臺犁煤機、一臺磁選機、一臺破碎機分別用9臺電動機(M1-M9)帶動。4.1PLC程序的設計4.1.1輸煤系統(tǒng)控制的要求和IO點的分配鍋爐輸煤控制系統(tǒng)的PLC梯形圖編寫主要分為兩個部分：上煤和卸煤部分，兩部分均包括手動啟動和自動啟動兩個部分，要求可以完成鍋爐輸煤系統(tǒng)的自動啟動、手動啟動、順序停止，緊急停機和故障停機四個部分。鍋爐輸煤系統(tǒng)的自動控制控制如下：(1)起動：鍋爐輸煤系統(tǒng)在輸煤過程中容易發(fā)生堆煤的現(xiàn)象，所以系統(tǒng)設計啟動時要求按運煤的反方向按一定時間的間隔依次順序起動，即應該先起動該段的最后一臺皮帶機和磁選機、破碎機，經(jīng)過5s延時后，再依次延時起動該段的其它皮帶機最后啟動犁煤機。在設備準備起動時，先預警各設備，經(jīng)5s的延時后各設備啟動保證安全。卸煤部分：首先啟動磁選機和碎煤機經(jīng)過5s的延時后，啟動3#皮帶機，再經(jīng)5s延時，啟動2#皮帶機，經(jīng)過5s延時，再啟動1#皮帶機，再經(jīng)過5s延時，起動料斗，完成卸煤部分的起動過程。上煤部分：首先啟動6#皮帶機，經(jīng)過5s延時，啟動5#皮帶機，再經(jīng)過5s延時，啟動4#皮帶機，最后經(jīng)過5s延時，犁煤機起動，完成上煤部分的啟動。(2)停止。停止時為了使運輸皮帶上不殘留煤料，清理皮帶機，系統(tǒng)要求順煤料流動方向按一定時間間隔依次順序停止，即應該先停止最前一臺皮帶機或設備，待10S延時后，在依次停止其它皮帶機或設備。卸煤部分：先停止料斗，經(jīng)過10s延時后，1#皮帶機停止，經(jīng)10s延時后，2#皮帶機停止，再經(jīng)10s延時，3#皮帶和磁選機碎煤機停止，完成卸煤部分的停止過程。上煤部分：先停止犁煤機，經(jīng)過10s延時后，4#皮帶機停止，經(jīng)過10s延時后，5#皮帶機停止，經(jīng)過10s延時后，6#皮帶機停止，完成上煤部分的停止過程。(3)緊急停止。當整個系統(tǒng)遇有緊急情況或故障時，系統(tǒng)將無條件的把全部皮帶機停止。(4)故障停止。皮帶運輸機的故障率較高所以當某臺皮帶機或設備發(fā)生故障時，該皮帶機及其前面的皮帶機立即停止，而該皮帶機以后的皮帶機待煤料運完后才停止，如卸煤部分1#皮帶輸煤機發(fā)生故障時，1#皮帶機和料斗立即停止，經(jīng)10s延時，2#皮帶機停止，再經(jīng)過10s延時，3#皮帶機停止。在設計中，首先將根據(jù)輸入輸出將PLC的輸入輸出點確定，分配所對應的觸點，其I/O分配如表4-1所示。表4-1輸入輸出端子分配輸入設備輸入點輸出設備輸出點卸煤啟動按鈕卸煤停止按鈕卸煤急停按鈕料斗電磁閥1#皮帶傳動電機2#皮帶傳動電機3#皮帶傳動電機上煤啟動按鈕上煤停止按鈕上煤急停按鈕犁煤機電機(AD)犁煤機電機(BD)4#A皮帶傳動電機5#A皮帶傳動電機6#A皮帶傳動電機I0.0I0.1I0.2I0.3I0.4I0.5I0.6I0.7I0.8I0.9I1.0I1.1I1.2I1.3I1.4卸煤啟動預告電鈴上煤啟動預告電鈴卸煤故障電鈴上煤故障電鈴料斗電磁閥1#皮帶傳動電機2#皮帶傳動電機3#皮帶傳動電機犁煤機電機(AD)犁煤機電機(BD)4#A皮帶傳動電機5#A皮帶傳動電機6#A皮帶傳動電機Q0.0Q0.1Q0.2Q0.3Q0.4Q0.5Q0.6Q0.7Q0.8Q0.9Q1.0Q1.1Q1.2整個鍋爐輸煤控制系統(tǒng)由一臺PLC控制，在實際的運行過程中，整個輸煤系統(tǒng)的卸煤部分和上煤部分其實是兩個不同的工作過程，其工作的過程互不受干擾和影響。此輸煤系統(tǒng)的卸煤部分和上煤部分分別可以完成單獨啟動和停止控制、也可以實現(xiàn)共同啟停的控制。軟件部分的設計主要是手動啟動、自動啟動程序部分，開始執(zhí)行自動程序時，要求系統(tǒng)處于與自動的順序功能圖中初始步對應的初始狀態(tài)。根據(jù)控制要求設計程序的控制流程圖4-1圖4-1鍋爐輸煤系統(tǒng)4.1.2WinCC組態(tài)畫面的設計組態(tài)畫面的設計軟件為西門子博圖軟件里面集成的WinCC,WinCC（windowscontrolcenter）是西門子開發(fā)的視窗控制中心，用來進行對PLC程序進行過程監(jiān)視，提供簡單便捷的人機交互界面，具有良好的開放性和靈活性。組態(tài)界面包括手動操作和自動兩部分。手動啟停部分為單按鈕的啟?？刂?，用來開機前檢測設備的狀