锅炉车间输煤机组控制系统设计以及实现Word文件下载.docx
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在硬件方面,本文着重对PLC、继电器、电动机等选型进行了设计,同时给出了各高级单元的使用及设定情况;
在软件方面,提供了原理图、接线图和梯形图。
除此之外,也充分考虑了实际应用中的要求,设计时考虑到了成本、功耗、安全性、稳定性、等诸多问题,具有一定的合理性和可行性。
用PLC输煤程控系统,不但实现了设备运行的自动化管理和监控,提高了系统的可靠性和安全性,而且改善了工作环境,提高了企业经济效益和工作效率。
因此PLC电气控制系统具有一定的工程应用和推广价值。
PLC不仅能实现自动化控制,还具有快速响应,便于维修等诸多特点,比一般的继电器接触器控制系统优越了很多,而且单机运行时都有音响提示,因此安全性也较好,程序设计也不是十分复杂。
关键词:
锅炉自动输煤系统;
PLC;
自动化;
可靠性
第1章前言
1.1设计内容及要求
本课程设计任务主要是锅炉车间输煤机组系统的设计,有多个电动机带动,具体内容如下:
输煤机组控控制系统示意图如图1-1所示。
图1-1输煤机组示控制系统意图
输煤机组的拖动系统由6台三相异步电动机M1~M6和一台磁选料器YA组成。
SA1为手动/自动转换开关,SB1和SB2为自动开车/停车按钮,SB3为事故紧急停车按钮,SB4~SB9为6个控制按钮。
HA为开车/停车时讯响器,提示在输煤机组附近的工作人员物煤机准备起动请注意安全。
HL1~HL6为Ml~M6电动机运行指示,HL7为手动运行指示,HL8为紧急停车指示,HL9为系统运行正常指示,HL10为系统故障指示。
输煤机组控制要求如下
1、手动开车/停车功能
SA1手柄指向左45°
时,接点SA1-1接通,通过SB4~SB9控制按钮,对输煤机组单台设备独立调试与维护使用,任何一台单机开车/停车时都有音响提示,保证检修和调试时人身和设备安全。
2、自动开车/停车功能
SA1手柄指向右45°
时,接点SA1-2接通,输煤机组自动运行。
1)正常开车
按下自动开车按钮SB1,音响提示5s后,电动机M6-M1逆序启动起动运行,并点亮指示灯HL6-HL1;
10s后,点亮HL9系统正常运行指示灯,输煤机组正常运行。
2)正常停车
按下自动开车按钮SB2,音响提示5s后,电动机M1-M6顺序停车并熄灭HL1-HL6指示灯,同时,熄灭HL9系统正常运行指示灯;
并熄输煤机组全部正常停车。
3)过载保护
输煤机组有三相异步电动机M1~M6和磁选料器YA的过载保护装置热继电器,如果电动机、磁选料器在输煤生产中,发生过载故障需立即全线停车并发出报警指示。
系统故障指示灯HL10点亮,HA电铃断续报警20s,HL10一直点亮直到事故处理完毕,继续正常开车,恢复生产。
4)紧急停车
输煤机组正常生产过程中,可能会突发各种事件,因此需要设置紧急停车按钮,实现紧急停车防止事故扩大。
紧急停车与正常停车不同,当按下红色蘑菇形紧急停车按钮SB3时,输煤机组立即全线停车,HA警报声持续10s停止,紧急停车指示灯HL8连续闪亮直到事故处理完毕,回复正常生产。
5)系统正常运行指示
输煤机组中,拖动电动机M1~M6和磁选料器YA按照程序全部正常起动运行后,HL9指示灯点亮。
如果有一台电动机或选料器未能正常起动运行,则视为故障,系统故障指示灯HL10点亮,输煤机组停车。
相关设备参数如下:
(1)M1-M6及磁选料器YA。
(2)指示灯HL:
0.25W,DC24V。
(3)电铃HA:
8W,AC220V。
1.2输煤系统简介
随着生产过程的控制规模不断增大,运行参数越来越高,生产设备及其相应的热力设备和系统更加复杂。
输煤系统是热力系统的重要组成部分,是锅炉车间燃料供应的有力保证。
输煤机组工作效率的提高是整个工艺过程的关键因素,而整个输煤过程往往采用远程控制,这就对自动控制系统的设计提出了更高的要求,传统方法不能得到满意的测控效果。
因此,在输煤系统中往往选择比较有优势的PLC(可编程控制器)控制系统,使整个控制过程具有正常运行、事故处理、参数监测、故障报警、装置调控、危险保护等功能。
输煤系统的主要特点有:
1.系统设备多。
设备种类多。
给煤机、翻车机、斗轮堆取料机、皮带输送机、碎煤机、筛煤机、犁煤器、三通挡板、除尘器、取样机、煤味监测装置、皮带秤等。
设备数量多。
电厂输煤系统设备数量一般均为100多台。
2.系统分部广。
输煤系统设备布设分散、作业线长、运行方式灵活多变,分部一般在几公里的范围内,有的大型火电厂甚至更远。
3.系统故障点多。
皮带的拉断、跑偏、超载、撕裂;
碎煤机的超温、超振;
三通挡板及犁煤器等的卡死或不到位;
皮带、筛煤机的堵煤现象等。
4.工艺流程复杂。
多种煤源设备取煤通过电动三通挡板的切换经皮带输送机(一般均为双路)传送到原煤仓。
可以组成几十种甚至上百种工艺流程。
5系统运行环境恶劣。
输煤系统运行环境粉尘飞扬,水、灰、煤粉比比皆是,特别市夏日煤仓气温高达50℃。
1.3PLC简介
在PLC问世之前,工业控制领域中是继电器占主导地位。
但继电器控制领域有着十分明显的缺点:
体积大、耗电多、可靠性、寿命短、运行速度慢、适应性差、尤其当生产工艺发生变化时,就必须重新设计、重新安装,造成时间和资金的严重浪费。
为了改变这一现状,PLC控制系统产生了。
继1969年美国数字设备公司研制出世界第一台PLC,并在通用汽车公司自动装配线上试用,获得了成功,从而开创了工业控制新时期,从此,可编程控制器这一新的控制技术迅速发展起来了。
在许多领域都有广泛的应用。
PLC的优点是:
可靠性高,耗电少,适应性强,运行速度快,寿命长等,为了进一步提高输煤机的功能和性能,避免传统控制的一些弊端,就提出了用PLC来控制输煤机组这个课题。
第2章PLC控制系统设计
2.1硬件系统设计
2.1.1控制系统主电路图设计
按照设计要求,给料器M1、1#送煤机M2、破碎机M3、提升机M4、2#送煤机M5和回收电动机M6由6台三相异步电动机拖动。
磁选料器YA由两相电源提供。
负载M2-M6由接触器KM2-KM6控制,给料器M1和磁选料器YA共同由KM1控制。
由于破碎机M3功率为13KW和2#送煤机M5功率为75KW都比7.5KW大,所以采用星—三角降压启动。
其余负载均采用直接启动方式。
主电路图见图2-1.
电源
回收机
2#送煤机
提升
机
破碎
1#送煤机
给料器及磁选料器
图2-1主电路图
1)主回路中交流接触器KM1、KM2、KM3、KM4、KM5、KM6分别控制三相异步电动机M1给料电动机,M2送煤电动机,M3破碎电动机,M4提升电动机,M5送煤电动机,M6回收电动机。
2)热继电器FR1、FR2、FR3、FR4、FR5、FR6的作用是对电动机M1、M2、M3、M4、M5、M6实现过载保护。
3)熔断器FU1、FU2、FU3、FU4、FU5、FU6分别实现各负载回路的短路保护。
2.1.2电器元件的选择
该控制系统由于控制输入点数较多,有2个输入开关分别控制手动控制,9个输入按钮分别为SB1和SB2为自动开车/停车按钮,SB3为事故紧急停车按钮,SB4~SB9分为6个电动机控制按钮。
输出点数也较多,有6个输出接触器KM1、KM2、KM3、KM4、KM5、KM6分别控制三相异步电动机M1给料电动机,M2送煤电动机,M3破碎电动机,M4提升电动机,10个输出指示灯其中HL7手动运行指示灯、HL8为紧急停车指示灯、HL9为系统正常运行指示灯、HL10为统故障指示灯、HL1-6为输煤机组单机运行指示灯和1个输出HA电铃。
继电-接触器系统虽然有较好的抗干扰能力,但使用了大量的机械触点,使得设备连线复杂,且触电在开闭是易受电弧的危害,寿命短,系统可靠性差;
所以如果采用继电-接触器控制方式,控制电路将会很复杂,而且可靠性难以保证。
而且按照本课题的控制要求,控制过程主要采用逻辑和顺序控制,而PLC恰能满足此控制要求。
所以,用PLC进行控制,不仅能满足控制要求、控制方便简单,而且具有较高的可靠性。
因此,本设计应采用PLC进行控制。
(1)输入/输出接口(I/O)数量;
输入端口14个,输出端口10个,SIMATICS7-200系列PLC硬件配置灵活,既可以用一个单独的S7-200CPU构成一个简单的数字量控制系统,也可通过扩展电缆进行数字量I/O模块、模拟量I/O模块或智能接口模块的扩展,构成较复杂的中等规模控制系统。
西门子S7-200CUP224/AC/DC/RLY有输入端口14个,输出端口10个,符合要求;
所以采用西门子S7-200CUP224/AC/DC/RLY完成PLC硬件结构配置。
(2)因为负载有直流供电有交流供电,所以采用输出形式为继电器。
(3)对于CPU224模块,本机输入地址为I0.0-I0.7和I1.1-I1.5,输出地址为Q0.0-Q0.7和Q1.0-Q1.1。
因为基本单元自带的I/O接口不能满足控制系统要求,因此需要数字量I/O扩展单元。
,与基本的单元相连,并使基本单元的寻址功能对模块上的I/O接口进行控制。
S7-200系列PLC目前可以提供的有3种类型的数字量输入/输出模块,即EM221,EM222,EM223,查阅数字量输入/输出模块各类型型号特点,首先采用一个EM222的8继电器输出;
扩展模块EM222的I/O地址范围是Q2.0-Q2.7,不能满足控制要求,又因为CPU224能够扩展7个模块,因为控制要求输出有21个,另需一个EM223的DI4/DO4*DC24V/继电器;
扩展模块EM223的I/O地址范围是Q3.0-Q3.3;
满足系统控制要求。
本机与扩展连接形式见图3-1模块连接图。
图2-1模块连接图
2.2软件系统设计
2.2.1I/O地址分配表
I/O信号在PLC接线图端子的地址分配是进行PC控制系统设计的基础。
对软件设计来说,分配I/O点地址以后才可以进行编程;
对控制柜和PLC的外围接线来说,只有I/O点地址确定以后,才可以绘制电气接线图、装配图,让装配人员根据接线图和安装图安装控制柜。
由上硬件系统的选择可知控制系统由一个CPU224及两个扩展模块EM222,EM223,各模块各分配地址如下:
CPU224基本单元的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
第一个扩展模块EM222的I/O地址:
Q2.0、Q2.1、Q2.2、Q2.3、Q2.4、Q2.5、Q2.6、Q2.7
第二个扩展模块EM223的I/O地址:
Q3.0、Q3.1、Q3.2
PLC输入输出接口地址分配表见表2-1
表2-1PLC输入输出接口地址分配表
输入接口地址:
序号
工作名称
文字符号
输入口
1
输煤机组手动控制开关
SA1-1
I0.0
2
输煤机组自动控制开关
SA1-2
I0.1
3
输煤机组自动开车按钮
SB1
I0.2
4
输煤机组自动停车按钮
SB2
I0.3
5
输煤机组紧急停车按钮
SB3
I0.4
6
给料器磁选料器手动按钮
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