PLC在火电厂输煤系统中的应用.docx

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PLC在火电厂输煤系统中的应用

PLC在火电厂输煤系统中的应用

摘要：

本设计依据PLC的功能强，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将PLC技术应用到热电厂输煤系统中。

利用三菱FX1N—14MR型号的PLC内部的软元件代替皮带输送机输送过程中的各时间继电器和中间继电器,在上煤时，使他们依次启动每台电动机，避免系统遭受过分冲击，稳定启动过程;在停止上煤时，使各皮带机反顺序停机，保证煤的稳定输送，避免皮带机的积料。

从而使得常规继电器控制系统硬件结构大为简化，系统的可靠性和灵活性都大为提高。

关键词：

输煤系统；PLC；控制

1引言

1.1本文研究的主要目的和意义

在火电厂上煤系统中，皮带输送机是一种非常重要的传送工具，目前在很多的上煤输送系统中，许多还是在使用传统的继电器接触器控制方式，这种控制方式如果长期地使用运行，就会出现故障率高，各种元器件包括继电器的老化，检修和维护困难等众多缺点[1]。

本设计的目的:

运用新技术，减少设备的维修时间使企业顺利生产，对提高企业的劳动生产率，提高经济效率，降低生产成本。

本设计研究的PLC输煤控制系统的意义：

使用可编程控制器上煤皮带输送机的继电器控制系统的改造。

使得常规继电器控制系统硬件结构大为简化，系统的可靠性和灵活性都大为提高。

1.2输煤系统的研究现状

众所周知，当前我国的大多数的火电厂的主要燃料仍然是煤。

火电厂的输煤系统作为火电厂的一个重要环节，是保证机组正常运行发电的一个基本条件。

但是火电厂输煤系统困难多、任务重、压力大。

这些问题已经很大程度上影响了火电厂输煤系统正常运行。

因此，对输煤系统的改进工作也就显得尤为重要[2]。

火电厂输煤系统的硬件设备种类很多，分布也比较分散。

锅炉上煤系统自从实现了机械化后，节约了人力和物力，提高了劳动生产率。

但是如果不能完全实现自动化，操作维护还将会很困难。

因为锅炉上煤终点高，设备多，粉尘大，过去的继电器，接触器控制系统故障率高，检查线路，排除故障费时费力，影响生产的正常运行

由于以上的众多问题的存在，所以，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。

2输煤系统的工艺流程

2.1锅炉上煤皮带输送机系统的全自动控制

该系统是由3条连续九十度排列的皮带输送机和ZD振动给料机组成。

至于要用多条皮带输送机，其具体是因为要输送的高度比较高,而且一般需要占用的场地比较大，很难采用直线传送的皮带输送机系统，所以采用多条皮带输送机系统，其际的工艺布置如图1所示：

图1上煤皮带机示意图

2.2皮带输送机的工艺流程

煤经料口至ZD振动给料机经振动粉碎后煤变的均匀，保证系统可连续稳定地进行。

如图1所示，皮带机输送机输煤流程中有4台驱动电机（M0、M1、M2、M3），各驱动电机的控制回路由3个过载保护热继电器（FR1、FR2、FR3）和4个交流接触器（KM0、KM1、KM2、KM3）组成。

皮带输送机会因为煤的各种性状产生过载停机的情况，例如当某一段皮带上积攒的原料比较多时，ZD振动机给料机、上游的皮带输送机和及其过载电动机都必须进行停电处理，防止系统产生堵塞的情况，并造成扩大故障范围的严重后果[3]。

2.3皮带输送机电控原理

（1）按下按钮开关SB1使系统启动，皮带输送机3的电动机M3开始运行，此后，依次启动电动机M2、M1、M0。

时间间隔设定为5秒。

（2）上煤时，按下启动按钮SB1，中间继电器KA0通电自锁，KM3接通，皮带机M3启动运行，5秒后，KT0延时常开触点闭合，中间继电器KA1接通，KM2接通皮带机2启动运行，KT1通电5秒后，延时常开触点接通，KA2接通，KM1接通，皮带机1启动运行，同时，KT2接通5秒后，KA3通电，KM0接通，ZD振动给料机启动，开始上煤。

这种时间延时是分别采用通电延时时间继电器KTO~KT2完成的。

使他们依次启动每台电动机的目的是为了避免系统遭受过分冲击，稳定启动过程[4]。

当停止上煤时，按下停止按钮SB2，各皮带机反顺序停机，先停止ZD振动给料机，依次停止电动机M1、M2,、M3,其时间的延时是采用时间继电器KT3、KT4、KT5,完成的，其延时时间均设定为5秒，这种操作的目的是在于保证煤的稳定输送，避免皮带机的积料。

电动机M3停下后，各皮带机应没有残留煤渣，上煤结束[5]。

3PLC的介绍

3.1PLC的概念及特点

PLC的全名是ProgrammablelogicController，中文名称是可编程控制器，它是一种通过数字运算来操作的系统。

PLC采用可编程的存储器，专为在工业环境下应用而设计，它通过数字或者模拟式输入/输出控制硬件设备控制并检测生产的过程[1]。

PLC兼有接触器、继电器控制的优点并具备计算灵活、方便的优点，这就使PLC具有其他控制器所没有的一些特性。

PLC具有以下特点：

（1）可靠性高、抗干扰能力强

由PLC的定义知道，PLC是专门为工业环境下应用而设计的，因此人们在设计PLC时，从硬件和软件上都采用了抗干扰的措施，提高了其可靠性。

（2）适用性强、使用方便

PLC产品已系列化和模块化，PLC的开发制造商为用户提供了品种齐全的配套部件和I/O模块。

用户在进行控制系统的设计时，只需根据控制要求进行模块的配置。

用户所做的工作只是设计满足控制对象的控制要求的应用程序。

对于一个控制系统，只需修改程序，就能变更控制功能。

当前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）采用模块化结构，系统组合灵活方便

PLC的各个部件，均采用模块化设计，各模块之间可由机架和电缆连接。

系统的功能和规模可根据用户的实际需求自行组合，使系统的性能价格更容易趋于合理。

（4）编程语言简单、易学，便于掌握

PLC是由继电器、接触器控制系统发展而来的一种新型的工业自动化控制装置，其主要的使用对象是广大的电气技术人员。

PLC的开发制造商为了便于工程人员方便学习和掌握PLC的编程，采取了与继电器、接触器控制原理相似的梯形图语言，从而使之易学、易懂。

PLC的原理中接线逻辑是被存储逻辑代替，这样就很大程度上减少了控制设备外部的接线数量，从而使得控制系统的设计所需要的周期得到大程度的缩短。

（5）安装简单方便、维护工作量较小

PLC控制系统的安装接线工作量比继电器、接触器控制系统少得多。

由于PLC本身的可靠性高，又有完善的自诊断能力，一旦发生故障，可以根据提高了维护的工作效率，保证了生产的正常进行。

3.2PLC的基本结构

3.2.1CPU模块

CPU主要由微处理器（CPU芯片）和存储器组成。

在PLC控制系统中，　中央处理单元（CPU）是可编程逻辑控制器的控制中枢，它不断的接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态。

存储器用来存储程序和数据，并存入规定的寄存器中。

当可编程逻辑控制器进入运行后，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。

等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。

图2PLC的CPU模块

控制器是用来控制CPU工作的，由控制器来读取指令、解释指令并执行指令。

寄存器的作用是参与运算，并且即时存储运算的中间结果。

运算器是用来进行数字或者逻辑的运算，它也是在控制器的指挥下工作。

3.2.2I/0模块

输入（Input）模块和输出（Output）模块简称I/O模块，他们相当于人的眼、耳、鼻、手、脚，是联系外部现场设备和CPU模块的桥梁。

可编程控制器的CPU所处理的信号只能是标准电平，正是通过输入输出单元实现了这些信号电平的转换。

I/O口单元实际上是PLC与被控对象间传递输入输出信号的接口部件。

3.2.3PLC的工作原理

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、输出处理等五个阶段。

整个过程扫描一次所需要的时间叫作扫描周期。

当处于RUN状态时，上述扫描周期不断循环，扫描过程。

在内部处理阶段时，PLC检测CPU模块的硬件是否正常、复位监视定时器等情况。

在通信操作阶段，PLC的工作包括响应编程器键入的命令、与一些智能模块通信、更新编程器的显示内容等。

PLC内部实际上是以程式编程方式与内存做逻辑控制编辑的，故能够很大程度上减少控制器所必需的硬件空间。

PLC执行阶梯图的运行方式是首先逐行地将阶梯图程式码用扫描的方式读取到到CPU中然后执行该程序并运行。

扫描的过程有以下三步；

图3扫描过程

（1）输入处理

输入处理也叫输入采样，在输入处理过程中，PLC以扫描方式顺序读入所有输入端子的通断状态，同时将所读入的信息存入到内存中所相对应的映像寄存器中。

当输入处理结束后，接着进入用户程序执行和输出刷新阶段。

在程序执行时，输入映像寄存器与外界隔离，即使输入信号发生变化，其映像寄存器的内容也不会发生变化。

（2）用户程序执行

　　在用户程序执行时，PLC梯形图的扫描原则是先左后右、先上后下的顺序，逐句扫描，执行程序。

遇到程序跳转命令，根据跳转的条件是否满足来决定程序的跳转地址。

如果用户程序涉及到了输入输出的状态时，PLC就从输入映像寄存器中读出上一阶段采入的对应输入端子的状态，从输入映像寄存器读出对应映像寄存器的当前状态。

根据用户的程序进行逻辑运算，运算结果再存入有关器件寄存器中。

器件映像寄存器中所寄存的内容，会随着程序的执行过程而不断变化。

（3）输出处理

当扫描程序执行完毕后，将输出映像寄存器的状态信息，在输出处理阶段转存到输出锁存器，通过隔离电路，驱动功率放大电路，使输出端子向外界输出控制信号，驱动外部负载。

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”。

3.2.4PLC的编程语言

本设计中的系统程序使用的编成语言是梯形图。

梯形图是使用得最多的PLC编程语言，有时又被称为电路或程序。

它是一种反映PLC的输入输出控制逻辑关系的程序软件，是一种软件信息，它与传统的继电器控制系统的梯形图（硬件）电路不同，它不是真正的物理（硬件）电路，一定不能把它们当作硬件电路。

由于梯形图与继电器控制系统的电路图非常相似，具有直观易懂等优点，因此很容易被工厂熟悉继电器控制的电气技术人员掌握，特别适用于开头量逻辑控制。

1、梯形图的主要特点

（1）PLC梯形图是的某些编程元件沿用了继电器这一名称，如输入继电器、输出继电器、内部辅助继电器等。

但是它们不是真实物理继电器（即硬件继电器），而是在软件中使用的编程元件。

（2）根据梯形图中各触点的状态和逻辑关系，求出与图中各线圈对应的编程元件的状态，称为梯形图的逻辑解算。

逻辑运算是按梯形图中从上到下、从左到右的顺序进行的。

解算的结果立即可以被后面的逻辑解算所利用。

逻辑结算是根据输入映象寄存器中的值，而不是根据解算瞬时外部输入触点的状态来进行的。

（3）梯形图中各编程元件的常开触点和常闭触点均可无限次的使用。

2、梯形图经验设计方法：

（1）可根据原有的继电逻辑控制图进行转化设计；

（2）没有固定的方法和步骤可遵循，试探性和随意性强；

（3）由于需要中间变量完成记忆联锁互锁，需要考虑的因素很多；

（4）设计耗时长，且修改麻烦；

3、梯形图编程规则：

（1）在同一个程序中，当同一个元件线圈使用两次时，即称为双线圈输出，这时前面的输出无效，只有最后一次才有效。

这种输出很容易产生误操作的情况。

（2）触点不能出现在垂直梯形图线上。

若有应重新安排

（3）每个继电器的线圈和其触点都必须用同一个编号，元件的触点没有数量上的限制。

（4）梯形图中实际上是没有真实的电流的，只是为了方便分析PLC的周期扫描原理和逻辑上的因果关系，刻意假设在梯形图中有“电流”流动，这个“电流”只能在梯形图中从左向右流动，层数的改变从上向下。

如下图的桥式电路梯形图就是错误的典型。

图4

（5）梯形图每一行都是从左边开始，线圈接在最右边，如下图图（b）是正确的，（a）是错误的，。

图5

3.3FX1N—14MR型PLC介绍

3.3.1FX1N—14MR系列PLC简介

FX1N系列是一种卡片大小的PLC，适合在小型环境中进行控制。

它具有卓越的性能、串行通讯功能以及紧凑的尺寸，这使得它们能用在以前常规PLC无法安装的地方。

图6FX1N-14MR-001

3.3.2FX1N—14MR型PLC的特点

FX1N-14MR-001内置8个点输入/6个点输出（继电器）,AC电源。

具体有以下特点：

（1）成本低廉

无需任何布线，节约资源。

在避免对公用设施、建筑物、家庭装潢的破坏的同时也节省了人力。

PLC的成本低廉，可扩展性和可管理性都显得更强[6]。

（2）结构非常灵活

FX1N-14MR-001不会受到环境的限制，只要有电就可以建成一个网络，除此之外还可以非常灵活地扩展接入端口数量，最终使资源保持很高的利用效率。

（3）传输质量高、速度快、带宽稳定

FX1N-14MR-001的带宽是14Mbps，这个贷款可以使大部分的应用平台的提供得到保证。

（4）应用范围广泛

　电力线是最基础的网络，它的规模非常的强大。

针对这个特点，运营商可以轻松地把这种网络接入服务渗透到每一处有电力线的地方，从而使得这些地方可以普遍的到这种电力线的服务。

当此种技术全面步入商业化阶段，届时将会给互联网的普及带来极大发展动力与空间。

4PLC控制系统设计

4.1系统的硬件设计

4.1.1系统的输入、输出配置：

表1输入输出配置

启动按钮SB1X0

电机KM0Y0

停止按钮SB2X1

电机KM1Y1

停止按钮SB3X2

电机KM2Y2

电机KM3Y3

4.1.2外部接线图：

本设计中的PLC外部接线图如下图所示：

图7PLC的外部接线图

图中Y003、Y002、Y001、Y000分别代替了继电器KA0、KA1、KA2、KA3。

考虑到本控制系统中实际用到的输入点数只有3点，输出点数也只有4点，故选用三菱FX1N—14MR型号的PLC，该PLC适用于小规模系统的控制，其输入点数为8点，输出为继电器触点点数为6点适当考虑企业的实际情况，故选用三菱FX1N—14MR作为本电路的主控制器。

按照相关说明书完成了系统的接线并经检查无误后，就可把梯形图输入PLC，然后进行运行操作，并进行调试，整个动作过程应和继电器控制的操作系统是一致的。

如果出现不能正常运行的情况，必须检查接线和程序的输入是否有错误[7]。

4.1.3PLC使用注意事项

（1）RUN端的接线

PLC都具有RUN端，在RUN端和COM端接入一个按钮开关，可以控制PLC进入运行状态执行控制程序，如果按钮断开，PLC停止运行[10]。

最后用软件编程完成后，先仔细检查程序是否有误，核对无误后，再将程序写入PLC中。

先用模拟开关代替原电路中的输入器件，反复检查程序能否满足现场实际控制的要求，确定完全正确后，才能把他装入控制柜中，按图中所示接线，并进行良好接地。

主回路不需做任何改动，因主回路相对简单。

最后通电试运行成功，圆满完成任务[8]。

每个输入、输出回路增加保险，这样就可以保证元件短路时，不会烧毁电源电路及PLC[10]。

在实际接线方式上，输出负载电流不能过大，否则容易烧毁输出触点。

解决办法，采用将系统改造成输出经继电器过渡，实际使用中效果非常好，减少了PLC的故障[9]。

（2）电源接线

严格按照说明书要求接线，有条件的话采用隔离变压器引进电源、电压，这样可以减少外界设备对PLC的影响。

交流电源应单独从机顶进入控制柜中，不能与其他直流信号线、模拟信号线捆在一起走线，以减少对其他控制线路的干扰[11]。

4.2系统的软件设计

本PLC系统的梯形图如下图所示：

图8皮带机的梯形图

5结论

本设计采用PLC来控制3个皮带运输机后，使原来的控制电路的复杂联线和时间继电器等元件在其内部进行软连接，可以很大程度提高设备的可靠性，有效地减少故障发生率。

此外，本设计也说明了PLC可以广泛应用于各工业控制领域，用于替代那些原控制电路相当复杂的老式继电器回路并使安装和维修都更为方便。

只要把提供输入信号的按钮、限位开关、光电开关和无触点开关等元件与PLC的输入接口相连，把功率输出元件如电磁阀、电磁铁和接触器等与PLC的输出口相连，既安装完毕，检修也一目了然，只要观察PLC的输入、输出口的指示灯，就能正确判断故障所在。

参考文献：

[1]邱公伟.可编程控制器网络通讯及应用.北京：

清华大学出版社，2000：

30-45，

[2]胡绍林，孙国基．过程监控技术及其应用.北京：

国防工业出版社，2001：

33—35．

[3]廉晓霞.电厂输煤系统皮带秤的改造及应用.中国仪器仪表，2003，20（22）：

45—58．

[4]廖延常.可编程序控制器在电厂输煤程控系统中的戍用.广西电力技术，2001，16（20）：

20—30．

[5]高亮.火电厂输煤程序控制和监测保护系统设计.电站系统工程，2003，22（24）：

42-35．

[6]王华.可编程序控制器在运煤自动化中的应用.中国电力出版社，2003.

[7]刘志远.可编程序控制器原理及在电厂中的应用.中国电力出版社，1999.

[8]崔国会.燃料设备运行与维护技术问答.北京：

化学工业出版社，2009.

[9]叶涛.热力发电厂.中国电力出版社，2009.

[10]Pauliielsen．StaetacontrolSystemInc．news，2004，25（53）：

25—32．

[11]万兰风.电子称重式皮带自动配煤控制系统.包钢科技，2003，23

（2）：

28—35．

Program-controlledSystemDesignofaPowerPlant

MengDawei

（MechanicalandElectronicEngineeringDepartmentofDezhouUniversity,DezhouShandong,253023）

Abstract:

ThedesignbasisforPLCfunction,versatility,flexibility,highreliability,environmentaladaptability,simpleprogrammingandeasytouse,aswellassmallsize,lightweight,lowpowerconsumptionrangeofthePLCtechnologyisappliedtothethermalpowerplantcoalhandingsystem.MitsubishiFX1N-14MRmodelsthesoftcomponentofthePLCinternalinsteadofrelaysandinfermediaterelayinthetimeofthebeltconveyortransport,coal,sothattheystarteachmotorinturn,toavoidthesystemfromexcessiveimpacttostablestartprocess;stoponcoalbeltconveyorinthereverseorderdowntoensurethestabilityofthecoalconveyortoavoidtheplotmaterialofthebeltconveyor.Conventionalrelaycontrolsystemhardwarestructureisgreatlysimplifiedthereliabilityandflexibilityofthesystemaregreatlyimproved.

KeyWords:

Coalhandlingsystem；PLC；Control

谢辞

在临近毕业之际，我要借此机会向给予了我帮助和指导的贺老师表示由衷的谢意，感谢她的辛勤栽培。

不积跬步何以至千里，贺老师认真负责，从最初的定题，到资料收集，到写作、修改，到论文定稿，她给了我耐心的指导和无私的帮助。

在我完成初稿时候，老师为了指导我们的毕业论文放弃了自己的休息时间，使我的毕业论文更加的完善。

老师在论文遇到困难时得到了贺廉云老师耐心指导，她学识渊博和为人亲和的态度帮助我解决了论文中许多难题，在她的悉心帮助和支持下，我能够很好的掌握和运用专业知识，并在设计中得以体现，顺利完成毕业设计。

另外，感谢所有任课老师和所有同学在这四年来给自己的指导和帮助，是他们教会了我许多的专业知识。

由于他们，我才能在各方面取得显著的进步。

此外，感谢我的毕业论文所参考的书籍及期刊文献的作者们。

时间的仓促及自身专业水平的不足，整篇论文肯定存在尚未发现的缺点和错误。

恳请阅读此篇论文的老师、同学，多予指正，不胜感激。

通过这次设计，对本科阶段四年的学习做了进一步的总结，更加明确了自己学习的目标和方向。

在设计过程中，自己也学到了许多新的知识，有很多感悟和体验心得。

而且，对工程设计的流程和步骤有了清晰的认识，为自己日后的学习和研究打下了坚实的基础。

院　（系）：

机电工程系专　业：

自动化

学生姓名：

孟大伟学号：

200801702050

题目：

PLC在火电厂输煤系统中的应用

指导教师评语：

评定成绩：

　　　　　　　　　　　　　　　指导教师签名：

年月日

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自动化

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200801702050

题目：

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评阅人评语：

评定成绩：

　　　　　　　　　　　　　　　评阅人签名：

年月日

院　（系）：

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200801702050

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答辩小组评语：

评定成绩：

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指导教师评定成绩

（30%）

评阅人评定成绩

（30%）

答辩小组评定

成绩（40%）

答辩委员会主任签字：

年月日

综合评定成绩