电厂破碎输煤系统PLC控制.docx
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电厂破碎输煤系统PLC控制
电厂破碎输煤系统PLC控制
摘要:
结合SIEMENSS7-200型PLC可靠性高,适应性广,具有通信功能,编程方便,结构模块化的特点以及电厂输煤系统的特殊要求,介绍了PLC在电厂输煤系统中用于联锁控制的程序设计及应用。
在S7-200的编程环境中完成系统控制的梯形图编程实现自动化控制。
为了保证输煤系统的正常、可靠运行,该系统设计中还应包括主接线的设计,负荷的计算,根据结果选择供电设备。
实现电厂破碎输煤系统的运行,正常停车,紧急停车的功能。
启动时按反方向的顺序各个设备通过一定的延时逐一启动。
正常停车时按设备的不同要求而设定延时以正方向的顺序停车,以保证停车时破碎机为空载状态,各输煤皮带上无剩余煤。
运行过程中,当某一台设备发生故障时,应立即发出报警并自动停车,其前方(指供料方向)设备也立即停车。
其后方的设备按一定顺序及延时联锁停车。
关键词:
PLC;输煤系统;供电系统;软件编程
ThepowerplantsystemofthecrushingandthecoalhandingbecontrolledbyPLC
Abstract:
AccordingtotheSIEMENSS7-200light-PLChighreliabilityandwideadaptability,withcommunicationsfunctions,facilitateprogramming,modularstructureofthecharacteristicsofplantandthespecialrequirementsofcoalhandlingsystem,introducedthePLCinthecoalhandlingsystemforpowerplantInterlockingcontroloftheprogramdesignandapplication,IntheS7-200programmingenvironmenttocompletetheladdersystemandtheautomationcontroller.
Inordertoensurethenormalcoalhandlingsystem,reliableoperation,thesystemshouldalsoincludethedesignofthemainwiringdesign,loadcalculation,thechoiceofpowersupplyequipmentbasedontheresults.
Theprogramimplantedthefunctionofthenormalparking,emergencystopandtheoperationofthebrokenpowerplantandthecoalhandlingsystemtofinish.Whenstarts,allequipmentsmustbefollowtheorderofoppositedirectionthroughacertaindelaytostart.WhennormalParking,alltheequipmentissettledatthenormalorderwiththedifferentrequirementsofthedirectiontodelay.ToensurethatparkingattheBreakersfortheemptystate,thecoalhandlingbeltwiththeremainingcoal.Inthecourseofoperation,whenadevicefailure,shouldbeimmediatelysentalarmandautomaticallystopping,thefront(formaterialsthatdirection)equipmentimmediatelystop.Therearoftheequipmentstoppedbyacertainsequenceanddelaychain.
Keywords:
PLC;Coalhandlingsystem;Thesystemofpowersupply;Softwareprogramming
正文:
1.引言
电厂输煤系统是将翻车机、卸船机、斗轮机等设备运输的燃煤,经过皮带给煤机、叶轮给煤机等给煤设备,经皮带机、碎煤机等送到煤仓间,由卸煤器给每个煤仓卸煤。
输煤系统主要受控设备为给煤机、皮带机、碎煤机及煤源设备。
整个系统主要包括:
上煤程控,配煤程控,上位机监控三大部分。
2电厂破碎输煤系统的组成
2.1破碎机
常用的碎煤机械有环锤式破碎机,锤击式破碎机,反击式破碎机,颚式破碎机等几种。
在火电厂输煤系统中,一般使用环锤式碎煤机对燃煤进行破碎。
而该系统则使用颚式破碎机和圆锥式破碎机。
粗碎使用简单摆动式颚式破碎机。
中碎使用复杂摆动式颚式破碎机。
细碎使用圆锥式破碎机。
颚式破碎机
简单摆动型颚式破碎机主要是由破碎矿石的工作机构、使动颚运动的动作机构、超负荷的保险装置、排矿口的调整装置和机器的支承装置(即轴承)等部分组成。
复摆颚式破碎机与简摆型不同之处是少了一根动颚悬挂的心轴,动颚与连杆合为一个部件,少了连杆,肘板也只有一块。
可见,复摆型构造简单,但动颚的运动比简摆型复杂。
动颚在水平方向上有摆动,同时在垂直方向上也有运动,是一种复杂运动,故此类机械称为复杂摆动型颚式破碎机。
尽管结构类型有所不同,但是它们的工作原理基本上是相似的,只是动颚的运动轨迹有所差别罢了。
概而言之,当可动颚板围绕悬挂轴对固定颚板做周期性的往复运动,时而靠近时而离开,就在可动颚板靠近固定颚板时,处在两颚板之间的矿石,受到压碎、劈裂和弯曲折断的联合作用而破碎;当可动颚板离开固定颚板时,已破碎的矿石在重力作用下,经破碎机的排矿口排出。
图2.1复摆鄂式破碎机机构简图
圆锥破碎机
圆锥破碎机工作原理:
圆锥破碎机工作时,电动机通过伞齿轮驱动偏心套转动,使破碎锥作旋摆运动。
破碎锥时而靠近又时而离开固定锥,使矿石在破碎腔内不断受到冲击,挤压和弯曲作用而实现矿石的破碎。
1.主轴2.破碎壁3.偏心轴套4.调整套5.主机架6.弹簧7.传动轴
图2.2圆锥破碎机的结构简图
2.2皮带输送机
皮带输送机主要由机架、输送皮带、皮带辊筒、张紧装置、传动装置等组成。
机体框架可采用铝型材,不锈钢或碳钢制作。
皮带有橡胶、橡塑、PVC、PU等多种材质。
机身采用优质钢板连接而成,由前后支腿的高低差形成机架,平面呈一定角度倾斜。
机架上装有皮带辊筒、托辊等,用于带动和支承输送皮带。
有减速电机驱动和电动滚筒驱动两种方式。
输送机的速度可配置成定速或可调速的控制方式。
2.3落煤斗
随着生产维护与环境的需要,皮带机头部煤斗也应该满足一定的防磨与密封要求,皮带机头部煤斗及导流耐磨装置组成一个如漏斗装置,附属部件包括喷头、挡帘、检查门和头部篦形导流挡板等。
2.4振动筛
振动筛用于物料的分级处理,把各种不同大小的物料分开,根据用户需要分成几种大小的物料来选择层数,本系统中是把2种大小的物料分开就使用2层振动筛即可。
本系统中使用目前市场上比较广泛的圆振动筛,YZS系列圆振筛是一种新型筛分设备,振动轨迹为圆,在结构上采用筒体式偏心轴激振器及偏块调节振幅,先进的铆钉连接装配式机架结构提高了设备使用寿命及弹簧减振装置减小了对基础的冲击力,圆振动筛是一种多层、高效的新型振动筛。
该机型物料筛淌线长,筛分规格多,各档规格筛选清晰,筛分效率高,不易堵塞。
具有结构合理、激振力强、振动噪音小、坚固耐用、维修方便、使用安全等优点,广泛应用于各个行业的产品分级,是破碎筛分机组上的理想设备。
当安装了小孔径筛网时,必须加水喷淋才能筛分潮湿的粘性物料。
圆振动筛主要结构:
YZS系列圆振动筛由块偏心式激振器、筛箱、电动机、底座及支承装置组成。
圆振动筛工作原理:
电动机经三角带使激振器偏心块产生高速旋转。
运转的偏心块产生很大的离心力,激发筛箱产生一定振幅的圆运动,筛上物料在倾斜的筛面上受到筛箱传给的冲量而产生连续的抛掷运动,物料与筛面相遇的过程中使小于筛孔的颗粒透筛,从而实现分级。
圆振动筛使用和维护:
振动筛应在筛面没有物料的情况下启动,尽量避免带料开机,筛机运转平稳后才能给料。
停机前应先停止给料,待面物料排除后再停机。
表2.1电厂破碎输煤系统的设备名称
序号
设备名称
数量
功率(KW)
备注
1
给煤机
1
22
给煤
2
皮带输送机
9
7.5
输送煤
3
简单摆动鄂式破碎机
1
22
粗碎
4
复杂摆动鄂式破碎机
1
22
中碎
5
圆锥破碎机
1
55
细碎
6
圆振动筛
1
7.5
筛分
2.3破碎输煤工艺流程:
第一阶段是煤的粗碎过程:
原煤经落煤斗漏出后1#皮带输送机输送到2#皮带送入到单颚式破碎机经过粗碎;第二阶段是煤的中碎过程:
煤经过粗碎以后从单颚式破碎机中出来后经过3#皮带送入到复杂摆动型颚式破碎机经过进一步的破碎;第三阶段是破碎煤的细碎过程:
经过中碎后的煤再次由4#皮带送到5#皮带再送到圆锥碎煤机,经过破碎后的煤再通过5#皮带送入到振动筛,合格的煤通过振动筛的下方料斗送入到8#皮带送入到原煤仓,筛上的大块煤再通过6#皮带送到7#皮带再被送入到圆锥碎煤机进行二次破碎如此往复地进行破碎。
破碎煤流程简图:
图2.3破碎输煤系统流程简图
3破碎输煤系统的供电
设备容量确定之后,将用电设备进行分组,即将工艺性质相同,需要系数相近的用电设备划为一组进行负荷计算,其计算公式为
(3.3)
(3.4)
(3.5)
(3.6)Pc1——该用电设备组的有功功率计算负荷(kW);Qc1——该用电设备组的无功功率计算负荷(kVar);Sc1——该用电设备组的视在功率计算负荷(kVA)
Pe——该用电设备组的设备容量总和,不包括备用设备容量(kW);Kd——该用电设备组的需要系数Ic1——该用电设备组的计算电流(A)
——与运行功率因数角相对应的正切值;UN——该用电设备组的额定电压(kV)。
3.1负荷计算
1)单个用电设备的计算负荷
给煤机查表取得Kd=0.75
=0.8
=0.75;
Pc1`=KdPe=0.75
22=16.5kW;Qc1`=Pc1`
=16.5
0.75=12.375kVar
振动筛查表取得Kd=0.75
=0.8
=0.75
Pc1``=KdPe=0.75
7.5=5.625kW;Qc1``=Pc1``
=5.625
0.75=4.22kVar
2)同类用电设备组的计算负荷
皮带机组查表取得Kd=0.5
=0.7
=0.88
Pc1```=KdPe=0.5
60=30KW;Qc1```=Pc1```
=30
0.88=26.4kVar
破碎机组查表取得Kd=0.75
=0.8
=0.75
Pc1````=KdPe=0.75
99=74.25kW;Qc1``=Pc1``
=74.25
0.75=55.69kVar
3)配电线路上的计算负荷取K
=0.9
=0.9
(30+
74.25+5.625+16.5)=113.7kW;
=88.8kVar
=144.3kVA
3.2主接线的设计
输煤破碎系统的供电设计是一个综合性问题,必须结合电力系统和发电厂或变电所的具体情况,全面分析有关因素,正确处理它们之间的关系。
经过技术,经济比较,合理地选择主接线方案。
本系统为二级负荷10/0、4KV供电系统,因此采用单母线分段的接线方式,即用断路器(或分段隔离开关)将单母线分成两段。
3.3电力变压器的选择
3.3.1容量的选择
根据系统的实际要求变压器选择为10/0.4KV的主变压器。
装有一台主变压器的容量选择:
主变压器容量ST(设计时通常概略地用SNT来代替)应满足全部用电设备总计算负荷S30的需要,即:
ST
SNT
S30(3.7)
装有两台主变压器容量的选择:
每台变压器的容量ST应同时满足以下两个条件并择其中大者:
(1)一台变压器单独运行时,要满足总计算负荷S30的大约的60%-70%的需要,即
ST
SNT=(0.6-0.7)S30(3.8)
(2)任一台变压器单独运行时,应满足的需要,即ST
SNT
S30(I+II)(3.9)
根据上述变压器台数及容量的选择,本系统为二级负荷,故宜选择两台主变压器,其中一台以做备用。
任一台变压器单独运行时,应满足60%-70%的总负荷需要,即
SNT=(0.6-0.7)
144.3=101.01kVA
且任一台变压器应满足全部二级负荷的需要,所以,
SNT
S30(II)=144.3kVA
根据上述条件,可选两台容量为200kVA的变压器。
3.3.2型号的选择
变压器的分类方法比较多,常用的有:
1.按功能分:
有升压变压器和降压变压器两种。
2.按相数分:
单相和三相两类。
3.按绕组导体的材质分为有铜绕组变压器和铝绕组变压器。
4.按电压调节方式分有无载调压变压器和有载调压变压器两种;5.按冷却方式和绕组绝缘分有油浸式、干式和充气式(SF6)等,
3.3.3三相电力变压器的联结组别
变压器的联结组别是指变压器一、二次绕组因采取不同联结方式而形成变压器一、二次侧对应的线电压之间的不同相位关系。
6-10KV配电变压器(二次侧电压为220/380V)有Yyn0和Dyn11两种常用的联结组别。
Yyn0联结组别的一次绕组采用星形联结,二次绕组为带中性线的星形联结。
图3.1变压器Yyn0联结组a)一、二次绕组接线b)一、二次电压相量c)时钟表示
因此,本系统中电力变压器为
(1)结构:
三相铜绕组干式无载调压的降压型电力变压器
(2)型号:
S9-200/10
3.4供电设备的选型
按额定电压选择:
所选电气设备的允许最高工作电压Ualm不得低于所在电网的最高运行电压Usm,即Ualm
Usm(3.10)
按额定电流选择:
所选电气设备的长期允许电流Ial不得的低于所在回路在各种可能运行方式下的最大持续工作电流Imax,即Ial=KIN
Imax(3.11)
按设备的种类和形式选择:
按设备的使用、检修和运行条件,对设备进行种类和形式的选择。
3.4.1母线、导线和电缆的选择
按经济电流密度计算Aec的公式为
(3.12)
式中I30——线路计算电流(A),Jec——经济电流密度(A/mm2),Aec——经济截面(mm2)
由数值查表选择最接近的标准截面。
架空线根据实际情况为钢芯铝绞线LGJ-70/10。
电力电缆选为YJLV22-10004
120-1-25铝绞线、交联聚乙烯绝缘、聚氯乙烯内护套、钢带铠甲、聚氯乙烯外护套、四芯、截面为120mm2、电压为1KV、长度为25m的电力电缆。
母线选为硬铝母线LMY-20
3
3.4.2互感器的选择
互感器是一次系统和二次系统间的联络元件。
一、电流互感器(CurrentTransformer)
1、电流互感器的功用
(1)用来使仪表、继电器等二次设备与主电路绝缘
(2)用来扩大仪表、继电器等二次设备应用的电流范围。
常用的有户内低压500V的LMZJ1-0.5型母线式TA户内高压10KV的LQJ-10型线圈式TA
二、电压互感器(VoltageTransformer)
(一)电压互感器的功用和接线方案
1、电压互感器的功用
(1)用来使仪表,继电器等二次设备与主电路绝缘。
(2)用来扩大仪表,继电器等二次设备应用的电压范围。
3.4.3高电压开关电器
二.高压隔离开关(Switch-disconnector)功能:
隔离高压电源,以保证其他设备和线路的安全检修。
安装地点户内GN8-10(CS6型手力操动机构)户外GW4-35、GW2-35(杠杆传动的手力操动机构)(10kV及以下的采用绝缘操作棒)
三.高压断路器(Circuit-breaker):
功用:
不仅能通断正常负荷电流,而且能通断一定的短路电流,并能在短路保护的作用下自动跳闸,切除短路故障。
高压断路器的类型:
按灭弧介质分:
油断路器、SF6断路器、真空断路器、压缩空气断路器、磁吹断路器
高压SF6断路器:
1.灭弧、绝缘介质:
SF6气体2.结构:
SF6断路器灭弧室基本上有双压式(LW3)单压式(LN1、LN2)两种3.优点:
灭弧速度快,断流能力强,绝缘性能好,检修周期长。
适于频繁操作,无燃烧爆炸危险,但价格贵。
4.适用场所:
需频繁操作及有易燃易爆危险的场所。
四、低压刀开关QK(Knife-switch)
低压刀开关是一种最普遍的低压开关电器,适用于交流50Hz、额定交流电压380V,直流电压440V,额定电流1500A及以下的配电线路中,作不频繁手动接通和分断电路或作隔离电源以保证安全检修之用。
HD13是常用的带灭弧罩的单投刀开关。
五、低压断路器QF:
又称低压自动开关或空气开关。
1.功能:
既能带负荷通断电路,又能在短路、过负荷和欠电压情况下自动跳闸,切断电路。
它是低压供配电系统中最主要的电器元件。
2.分类:
按灭弧介质:
空气断路器,真空断路器,配电用断路器;用途:
电动机保护用断路器,照明用断路器,漏电保护断路器
万能式低压断路器:
又称“框架式断路器”。
结构型式:
一般型(DW16),高性能型(DW15、DW17),智能型(DW45、DW48)
1.DW16型万能式低压断路器的结构
由底座、触头系统、操作机构、过电流脱扣器、单相接地保护脱扣器及辅助触头等部分组成。
2.特点:
1)增加了单相接地保护脱扣器;2)过负荷保护用长延时过电流脱扣器;3)短路保护用的瞬时过电流脱扣器;3.用于不要求有保护选择性的低压配电系统中作控制保护电器。
3.4.4高低压熔断器和避雷器
一、高压熔断器(Fuse):
熔断器是一种应用极广的过电流保护电器。
当通过的电流超过某一规定值时,其熔体熔化而切断电路。
其功能是对电路及电路设备进行短路保护,有的也具有过负荷保护的功能。
6-10kV系统户内采用RN1、RN2型高压管式熔断器户外采用RW4、RW10(F型高压跌开式熔断器RW4和RW10(F)型户外高压跌开式熔断器(Drop-outFuse):
1.功能:
可作为6—10kV线路和设备的短路保护,且可在一定条件下,直接用高压绝缘棒操作熔管的分合。
2.操作要求:
一般型RW4-10(G)无负荷下操作,负荷型RW10-10(F)带负荷操作
3.特性:
灭弧能力不强,灭弧速度不快,属“非限流式熔断器”。
二.低压熔断器(Fuse):
串接在低压配电系统中用来进行短路保护,有的也能同时实现过负荷保护。
类型很多,有:
RC1A、RL6、RT0、RM10、NT等。
RT0型低压有填料管式熔断器
特性:
1)灭弧断流能力强,具有“限流”作用;2)保护性能好;3)熔体熔断后整个熔断体报废,不够经济。
三.高低压避雷器(Arrestor)功能:
用来防止雷电产生的过电压波沿线路侵入变配电所或其他建筑物内,以免危及被保护的电气设备的绝缘。
避雷器应与被保护设备并联,装在被保护设备的电源侧。
3.4.5无功补偿设备和成套配电装置
一、无功补偿设备:
1.并联电容器:
一种专用来无功补偿的电力电容器。
优点:
安装简单、运行维护方便、有功损耗小、组装灵活、扩容方便。
缺点:
损坏后不便修复,从电网中切除后有危险的残余电压(放电可消除)。
3.无功功率自动补偿装置:
采用并联电容器作为无功补偿元件。
通过自动控制装置,可根据电网的感性无功功率的变化情况,自动控制并联电容器组的投切,使电网的无功功率保持在最小的状态,从而提高电网的功率因数,保证电网的电压质量,降低供配电系统的电能损耗。
低压无功自动补偿屏有PGJ1型1(6路)、2(8路)屏为主屏3(6路)、4(8路)屏为辅屏
2.成套配电装置:
按一定的线路方案将有关一、二次设备组装为成套设备的产品,供供配电系统作控制、监测和保护之用。
其中安装有开关电器、监测仪表、保护和自动装置以及母线、绝缘子等。
成套配电装置高压配电装置;低压配电装置
低压配电屏结构型式:
固定式:
PGL1,PGL2,PGL3;抽屉式(抽出式):
BFC,GCL,GCK,GCS,GHT1;组合式:
GZL1、2、3型,DOMINO,CUBIC
动力和照明配电箱:
用于低压配电系统的终端,直接对用电设备配电、控制和保护。
4.系统的硬件设计
针对发电厂破碎输煤系统的要求设计了使输煤系统具有了实现输煤功能的硬件条件,而要使其发挥出应有的作用,还需要有好的输煤程序控制系统来实现。
由于输煤系统的现场分布较广,输煤线路较长,为了在控制室既能集中了解现场的运行情况又能对现场的设备进行操作控制,输煤系统的电机控制有两部分。
4.1皮带运输机的电机控制
输煤控制系统的控制方式有计算机控制方式、和就地控制方式,也就是自动和手动控制。
这两种控制方式可以通过万能转换开关进行选择。
计算机控制方式是操作人员通过计算机键盘选择和启动输入,将指令传送到PLC系统,PLC系统按照梯形图程序启动有关设备,并将相关信息传送给计算机。
就地控制方式是通过位于电机旁的控制箱进行现场控制。
对输煤控制系统的要求主要是根据生产工艺处理输煤顺序之间的连锁和输煤系统各电机启动和停止的顺序,当有紧急情况时能紧急停车。
皮带输送机就是通过自动和手动控制两种方式实现的电气控制。
当万能转换开关置于手动时合上开关SB2实现皮带的启动,断开开关SB1实现皮带的停车功能。
当置于自动时则通过计算机控制皮带的起停。
图4.1皮带运输机等电机的控制示意图
4.2圆锥破碎机的电机控制
对于大容量的电动机,即圆锥破碎机其容量已超过供电变压器的定值,为防止过大的启动电流引起电源电压的下降,采用降压启动方式进行启动。
图4.2定子串自耦变压器降压启动控制线路
串联自耦变压器启动和串电阻启动相比,其优点是在同样的启动转矩时,对电网的电流冲击小,功率损耗小。
这种线路主要用于启动较大容量的电动机,以减小启动电流对电网的影响。
5.PLC的设计
5.1的选型
根据输煤系统的自控要求,我们选用了德国SIEMENS公司最新推出的S7-200型PLC,具有可靠性高、体积小、扩展方便,使用灵活的特点。
基本CPU单元选用的是CPU226,性能如下:
2048程序存储器;2048数据存储器;24点输入,16点输出;可扩展7个模块;扩展模块选用两个EM223,16个输入点,16个输出点。
5.3编程
输煤控制系统的要求:
为了保证输煤系统的正常、可靠运行,该系统应满足以下要求:
·供煤时,各设备的启动、停止必须遵循特定的顺序,即对各设备进行联锁控制;
·各设备启动
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- 电厂 破碎 煤系 PLC 控制