毕业设计基于PLC的热电厂采样控制系统文档格式.docx

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设计要求

1、可编程序控制器PLC概述；

2、输煤系统工艺流程；

3、电气控制；

4、热电厂汽车运煤工作流程

5、项目总结

完成毕业课题的计划安排

序号

内容

时间安排

1

分组、发放任务书

1月22日至1月25日

2

调查研究,确定总体设计方案

1月26日至3月7日

3

进行技术设计,绘制出流程图

3月8日至3月25日

4

编写程序

3月26日至4月1日

5

写论文，资料整理

4月2日至4月15日

答辩提交资料

外文资料翻译，毕业设计调研报告，

毕业设计说明书，相关图纸

计划答辩时间

2013.4.15

无锡职业技术学院

2013年3月

关于PLC模块在电力行业应用的调查报告

电力行业自动化主要包括电网调度系统自动化、厂站自动化（火电厂自动化、水电厂自动化、变电站综合自动化）两个领域。

电网调度系统采用的工控产品主要是SCADA系统和RTU（一些终端站点也采用IPC、PLC等控制方式）；

厂站自动化方面，对于大型火、水电站都采用DCS，小型用DCS、IPC、PLC等。

一、PLC在电力系统中的应用现状PLC在火力发电中主要用于设备控制和辅助系统的控制，包括水系统（给水、凝结水处理、化学水处理、废水处理）、煤系统（输煤、磨煤）、脱硫系统、灰渣系统、电除尘等，以子站的形式控制整个系统，通过以太网与主控DCS通讯。

在水电中，PLC也大量用于电站的监控系统中。

此外，电力行业的变电站自动化、配电自动化的SCADA系统也对PLC有大量需求，常用于过程层的数据采集与控制。

在火力电厂辅助系统中主要包括化学补给水处理系统、输煤系统、除渣系统和除灰系统等，这些系统的工艺流程多以顺序控制和开关量控制为主。

1.1顺序控制目前,我国大型火电站的辅助系统（输煤、化水、除灰、除渣、燃油泵房、循环水泵房等）已由继电器控制过渡到完全由PLC监控。

随着机组容量的不断增大、自动化程度的不断提高以及网络技术、软件技术、光纤技术的日趋成熟，采用PLC构成的独立控制子系统不仅单独控制某个工艺流程，同时PLC子系统还可以通过相应的通信模块挂在通信总线上，实现全厂数据通信，以便电厂控制中心掌握各辅助工艺系统情况，协调全厂工作。

目前，PLC技术在电站辅助系统中得到了越来越广泛的应用。

1.2开关量控制由于PLC的本质是用内部已定义的各种辅助继电器代替机械触点继电器，这些内部继电器的节点变位时间可理想化地认为等于零，只需考虑它的0-1状态而无需考虑传统继电器所固有的返回系数，所以用PLC来进行开关量控制是非常合适的。

2.3闭环控制在电力系统自动化的控制中，经常要用到闭环控制方式来实现温度、压力、流量、速度等连续变化的模拟量控制。

初期的PLC在闭环控制方面并不擅长，而当前新型的PLC也兼有闭环控制功能，并且已十分成熟。

各PLC生产厂家推出的中、小型PLC模块均提供了PID指令，可以实现PID控制，这种模块的PID控制程序是PLC生产厂家设计的，并存放在模块中，用户使用时序只需要设置一些参数，使用起来非常方便，一个模块可以控制几路甚至几十路闭环回路。

直接应用PID指令来实现基于PLC的PID控制，是一种易于实现且经济实用的方法。

摘要

目前在电力设备中，PLC得到了广泛的应用，调速器、保护、监控等都成功的使用了PLC可编程控制器，并且取得了很好的经济效益。

本设计结合某热电厂中输煤监控控制系统来说明SIEMENSS7-200系列的PLC具有的稳定性好、可靠性高、操作维护方便、抗干扰能力强、很高的性价比等一系列的优点。

电厂输煤程控系统一般包括卸煤系统、储煤系统、上煤系统和配煤系统几个部分，具有组成设备多且位置分散、设备间联锁关系强、设备运行环境恶劣、安全性可靠性要求高等方面特点，一般采用以可编程控制器（PLC）为主要控制设备的监控系统来实现对整个工艺过程的控制。

可编程控制器（PLC），是一种新型的通用自动控制装置，他将传统的继电器控制技术、计算机技术和通信技术融为一体，专门为工业控制而设计，具有功能强，通用性好、灵活，可靠性高，环境适应性好，编程简单、使用方便，以及体积小重量轻能耗低等一系列优点，因此在工业上的应用越来越广泛。

火力发电厂燃料输煤系统是电厂的辅助系统，主要负责对发电机组燃煤的卸载、储存、上煤和配煤。

输煤系统受控设备多，分布范围广，工艺流程复杂，环境恶劣。

随着电力工业的飞速发展，以计算机为核心的电厂生产过程自动控制技术得到了大力的推广应用，并逐步普及到输煤系统。

本设计根据目前火力发电厂燃料输煤控制系统发展的趋势，结合某热电厂燃料输煤系统采用的集中控制模式，对输煤控制系统技术改造方案的设计进行充分研究论证，提出了具体的系统升级改造方案：

采用微机分级控制系统，充分利用计算机、可编程控制器PLC及以太网等先进控制技术，实现对输煤系统设备的数据采集、集中操作、实时监视、数据存储、故障报警、煤量统计、语音呼叫和电视画面切换等功能。

该系统具有自动化水平高、控制和管理功能强大、操作简便、可自动化控制水平和可靠性都得到了明显提高，设备故障率大大降低，减轻了检修及运行人员的劳动强，加强输煤过程的运行管理和节能管理，实现状态检修具有非常重要的意义。

关键词：

S7-200；

输煤系统；

监控；

抗干扰

Summary

Atpresentintheelectricpowerequipment,PLChasbeenwidelyused,governor,protection,monitoring,thesuccessfuluseofthePLCprogrammablecontroller,andachievedgoodeconomicbenefit.CombinedwiththecontrolofcoalhandlingcontrolsystemofathermalpowerplanttoillustratethestabilityofSIEMENSS7-200seriesPLCisgood,highreliability,convenientoperationandmaintenance,stronganti-interferenceability,highpriceandaseriesofadvantages.

Controlsystemofcoalpowerplantincludescoalunloadingsystem,coalstoragesystem,severalcoalsystemandcoalsystem,iscomposedofequipmentmorescattered,equipmentinterlockingrelationshipstrong,equipmentconditions,safetyandreliabilityrequirementhighercharacteristic,thegeneraluseofprogrammablelogiccontroller（PLC）monitoringsystemforthemaincontrolequipmenttorealizethecontrolofthewholeprocess.Programmablelogiccontroller（PLC）,isanewgeneralautomaticcontroldevice,hewillbethetraditionalrelaycontroltechnology,computertechnologyandcommunicationtechnologycom.,designedspecificallyforindustrialcontrol,withstrongfunctions,goodversatility,flexibility,highreliability,environmentaladaptability,simpleprogramming,easytouse,aswellasthevolumesmalllightweight,lowenergyconsumptionandaseriesofadvantages,soapplicationsinindustrymorewidely.Thefuelofcoalhandlingsysteminthermalpowerplantauxiliarysystemofpowerplant,ismainlyresponsibleforgeneratingunitscoalunloading,storage,coalandcoalblending.Coalhandlingsystemcontrolledequipment,widedistribution,complexprocess,badenvironment.Withtherapiddevelopmentofpowerindustry,powerplantautomaticcontrolofproductionprocessbasedonthecoreofcomputertechnologyhasbeenwidelypopularized,andgraduallyspreadtothecoalconveyingsystem.Thisdesignaccordingtothecurrenttrendofsystemdevelopmentofcoalfuelthermalpowerplantcontrol,combinedwiththecentralizedcontrolmodeoffuelcoalhandlingsysteminthermalpowerplant,andfullystudyprovesthedesignofcoalconveyingcontroltechnicaltransformationprojectofsystem,putforwardtheconcretesystemupgradeprogram:

theuseofhierarchicalcontrolsystemofmicrocomputer,makefulluseofthecomputer,programmablecontrollerPLCandEthernetandotheradvancedcontroltechnology,implementationofthecoalhandlingsystemequipmentdatacollection,centralizedoperation,real-timemonitoring,datastorage,faultalarm,theamountofcoalstatistics,voicecallsandtelevisionpictureswitchingfunction.Thissystemhashighautomationlevel,controlandmanagement,powerful,simpleoperation,automaticcontrollevelandreliabilityhavebeenimprovedobviously,equipmentfailurerateisgreatlyreduced,reducingthelaborintensityofmaintenanceandoperation,tostrengthentheoperationmanagementandenergysavingmanagementhandlingprocess,hasveryimportantsignificancetorealizeconditionmaintenance.

Keywords:

S7-200;

coalhandlingsystem;

monitoring;

anti-interference

第一章引言

众所周知，火力发电厂的主要燃料是煤。

随着电力事业的发展与人们对用电量的需求不断增加，大容量、大机组火力发电厂在我国己逐渐占据主导地位。

燃料运输、堆卸、配给等环节，是保证机组正常运行发电的基本条件。

过去电厂输煤系统的工作任务重、压力大、困难多，已是制约电厂安全发电的一个突出问题。

因此，重视输煤系统的工作，深化输煤系统综合治理，是火力发电厂安全、文明、经济、科学管理的重要保证。

输煤系统的主要工作任务是：

进场煤的接卸；

燃料的储存；

煤场整型压实；

燃料除铁；

除杂物；

碎粒；

将燃煤输送到锅炉原煤仓配煤。

主要设备包括：

翻车机；

推煤机；

抓斗起重机；

碎煤机；

采样机；

除铁器；

筛煤机；

犁煤器；

皮带秤；

输煤皮带机以及除尘设备等。

其控制系统一般采用输煤程序控制，负责输煤系统所有设备的运行和调度。

正如前面所说，大型火电厂燃料输煤系统设备种类繁多，分布较为分散一般都分布在几公里范围内，由于其实时性要求不高，不是24小时都需要运行，所以其在电厂的被重视程度往往不如主机系统，导致其生产管理及设备自动化水平相对滞后，而不得不使用较多的人力物力，有的电厂甚至出现燃料运行人员超过主机运行人员的现象。

另外，通常输煤系统的设计方案，注重按装机容量耗用额定燃料量来计算，决定输煤系统的供、卸煤能力。

但是理论上计算能够满足发电要求的燃料量，因为未把可能发生影响供、卸煤正常工作的因素考虑进去，往往造成输煤系统投产运行后满足不了发电要求。

在考虑输煤系统的设计中，往往缺乏对大容量电厂输煤系统实际存在问题的了解，为了降低造价，把输煤系统的标准压低，认为能具备发电供煤的条件就行，从而忽视了工作中的实际问题，而一旦一个环节出现问题后，就会直接影响到整个输煤系统的运行，以致影响发电厂的发电量。

因此，随着火力发电厂容量的不断增大，仍采用过去常规的继电控制方式已远远不能满足生产发展的需要，新型控制方式的输煤系统才能有利于火力发电厂的经济运行。

第二章可编程序控制器PLC概述

2.1PLC的产生与发展

1969年，美国数字设备公司（DEC）研制出第一台PLC，在美国通用汽车自动装配线上试用，获得了成功。

这种新型的工业控制装置以其简单易懂，操作方便，可靠性高，通用灵活，体积小，使用寿命长等一系列优点，很快地在美国其他工业领域推广应用。

到1971年，己经成功地应用于食品，饮料，冶金，造纸等工业。

虽然PLC问世时间不长，但是随着微处理器的出现，大规模，超大规模集成电路技术的迅速发展和数据通讯技术的不断进步。

2.2PLC的概念

PLC是ProgrammablelogicController的缩写，即可编程逻辑控制器，是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。

它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。

2.3PLC的特点

1．可靠性高，抗干扰能力强

高可靠性是电气控制设备的关键性能。

PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。

此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。

在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。

这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。

2．配套齐全，功能完善，适用性强

PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。

可以用于各种规模的工业控制场合。

除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。

近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。

加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。

3．易学易用，深受工程技术人员欢迎

PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。

它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。

梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。

为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。

4．系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造

PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。

更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。

这很适合多品种、小批量的生产场合。

5．体积小，重量轻，能耗低

以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦。

由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。

小型可编程控制器结构框图

2.4PLC的内部工作方式

PLC采用循环扫描的工作方式，包括内部处理、通讯操作、输入处理、程序执行、输出

扫描过程

处理几个阶段。

全过程扫描一次所需的时间称为扫描周期。

当处于

RUN状态时，上述扫描周

期不断循环，扫描过程。

虽然PLC所使用之阶梯图程式中往往使用到许多继电器、计时器与计数器等名称，但PLC内部并非实体上具有这些硬件，而是以内存与程式编程方式做逻辑控制编辑，并借由输出元件连接外部机械装置做实体控制。

因此能大大减少控制器所需之硬件空间。

实际上PLC执行阶梯图程式的运作方式是逐行的先将阶梯图程式码以扫描方式读入CPU中并最后执行控制运作。

在整个的扫描过程包括三大步骤：

1．输入采样阶段

在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应得单元内。

输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。

在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。

因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。

2．用户程序执行阶段

在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序（梯形图）。

在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；

或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；

或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。

即，在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；

相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。

3．输出刷新阶段

当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。

在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。

这时，才是PLC的真正输出。

此三步骤称为PLC之扫描周期，而完成所需的时间称为PLC之反应时间，PLC输入讯号之时间若小于此反应时间，则有误读的可能性。

每次程式执行后与下一次程式执行前，输出与输入状态会被更新一次，因此称此种运作方式为输出输入端“程式结束再生”。

2.5PLC的应用

目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类。

1．开关量的逻辑控制

这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。

如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。

2．模拟量控制

在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。

为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的A/D转换及D/A转换。

PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。

3．运动控制

PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。

从控制机构配置来说，早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。

如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。

世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。

4．过程控制

过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。

作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。

PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。

大中型PLC都有PID模块，目前许多小型PLC也具有此功能模块。

PID处理一般是运行专用的PID子程序。

过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。

5．数据处理

现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。

这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。

数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；

也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。

6．通信及联网

PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。

随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。

新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常

第三章采样控制系统主要设备

主要由门架总成及大车总成、PLC控制柜、采样头、螺旋输送机、破碎机、缩分器、集样器等

采样机

3.1门架总成及大车总成

门架总成是整个采样装置运行的载体，采样时实现纵向移动。

大车总成主要由主梁、端梁、支腿、支柱、顶梁总成、拉杆、行走机构等部件组成。

3.2小车总成

小车总成由小车构架、吊架以及安装在吊架里的螺旋输送机、破碎机、缩分器、集样器等组成。

吊架固定在小车构架上，由小车带着行走，并实现煤样的采集、均匀给料、破碎、