自动输煤系统的PLC控制.docx
- 文档编号:26370828
- 上传时间:2023-06-18
- 格式:DOCX
- 页数:39
- 大小:769.99KB
自动输煤系统的PLC控制.docx
《自动输煤系统的PLC控制.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《自动输煤系统的PLC控制.docx(39页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
自动输煤系统的PLC控制
1.1课题来源
现代化的化工工业自动控制技术得到越练越广泛的应用,智能仪表控制系统,可编程控制系统(PLC),集散控制系统等控制系统已经成为如今生产工业中不可缺少的元素。
本文来源于化学工业中的煤气化炉原料输送系统作为研究对象,运用已学过的PLC、电力拖动自动控制系统、传感器与检测技术等知识,进行自动输煤系统的自动化设备选型和PLC系统设计,利用PLC控制系统实现煤气化炉原料(煤粉)的自动输送控制。
1.2选题依据
我国是一个石油和天然气资源较少,而煤炭资源相对丰富的国家。
作为占中国能源资源70%的煤炭,能否加快推进煤炭气化产业,在减少环境污染的前提下释放更大的能效出来,这对“十一五”发展计划的起步具有重要的战略意义。
煤炭气化是煤炭转化技术研究一个重要部分。
煤炭气化不仅是中国未来能源产业的重要出路,更是当前减少大气污染的重要途径。
煤气化技术对中国的意义:
1、煤气化技术对中国石油战略的重要意义:
替代石油。
2、煤气化技术对中国环境安全的重要意义:
清洁能源。
中石化南化公司采用美国德士古公司的水煤浆工艺新建30万吨煤气化炉,作为气化炉的原料需要把干煤库中的原煤磨成煤粉送往气化炉顶煤仓,本课题的目的就在于采用PLC自动控制技术将干煤库中的煤磨成煤粉后送往气化炉煤仓,作为整个装置的源头项目设计的好坏对整个装置的正常运行至关重要。
通过本课题的研究可以培养自己写作论文的能力,拓展和提升自己对PLC的理解和运用,不但深入了解PLC的硬件知识,而且通过PLC的软件编写不同要求的程序,从而初步具备工程设计和解决实际问题的能力,培养自己理论知识和实际知识的相互结合能力。
1.3课题的理论意义和应用价值
以往此类的物料输送都采用接触器控制,存在着以下不足之处:
1.各设备间连锁控制采用接触器连锁,线路复杂,一旦发生故障后排除难度大。
2.一旦某输送环节发生问题,很可能造成原煤的大量堆积,如果清理不及时原煤供应不上将造成整个装置的停车。
3.每条皮带均需要安排值班人员进行巡检和操作,增加劳动力成本支出,劳动效率不高。
采用PLC控制不仅可以有效克服上述缺点,而且简化了控制线路,故障率大大降低。
利用PLC控制系统实现自动输煤控制,操作人员在控制室就可以监控整个输煤过程,不仅劳动环境得到改善而且大大减少了劳动力,降低了劳动强度,提高劳动生产率,创造可观的经济效益。
2PLC控制输煤系统工艺介绍和控制要求
2.1PLC控制输煤系统的基本控制过程
本系统主要作用是将干煤库中的煤经过输送、破碎、筛分等处理后送往下一道制浆工序。
详细工艺流程如下:
干煤库中抓斗天车将煤块通过3个圆盘物料输送机(M3001A/B/C)和3条小皮带(A3001A/B/C)送往爬坡皮带(A3002),经过环锤破碎机粉碎(B3001A/B),粉碎后筛分后的煤粉通过管式皮带输送到离地30米高的气化炉顶部,通过犁式卸料器(A3101FJB)进入A仓或者B仓入口,工艺输送流程见图2-1,控制系统原理图见图2-2。
除抓斗天车外整个系统是由PLC可编程序控制器控制运行。
实现系统的自动运行和停止,PLC是整个系统的核心部分。
现场圆盘给料机、破碎机故障、自动/手动、电机运行状态信号;输送皮带电机故障、自动/手动、皮带保护、皮带运行状态信号;电动三通、梨式卸料电机故障、自动/手动、运行位置状态信号通过DI模块输入PLC,PLC根据预先设计好的程序根据上位监控机发出的指令对输入条件进行判断,按一定的控制要求输出信号驱动相应的继电器控制电机的开停。
整个输送系统的原煤输送量通过3个圆盘输送机(M3001A/B/C)的转速进行调整,3台圆盘给料机采用变频器驱动,变频器调速信号取自安装在3条小皮带(A3001A/B/C)上的拉姆齐MT2000皮带秤预先设定的控制信号,即在MT2000皮带秤设定好皮带的流量,皮带秤根据设定值自动控制圆盘给料机的转速。
图2-1PLC控制输煤系统工艺流程
图2-2PLC控制自动输煤系统控制原理图
2.2设计要求
2.2.1设计步骤
本控制系统是原煤输送的自动控制,设计步骤如下:
1.熟悉工艺控制过程、要求,并确定控制方案;
2.变频调速器、皮带秤、可编程控制器及上位控制机选型;
3.绘制图纸;
4.编制可编程控制器输入输出表;
5.编制可编程控制器程序;
6.系统调试。
2.2.2实现功能
1.自动输送系统具备自动手动切换功能,如果某台设备不在自动状态,其上游设备不能开启,一旦打到自动状态,上游设备才能逐台开启。
2.自动输送系统可以通过设定调整输煤的总量。
3.自动输送系统按原煤输送方向逆序启动顺序停止。
4.任何一台设备发生故障,其上游设备立即全部停车。
5.开车前有预警铃声(原煤输送方向),预警铃响后5秒设备启动,每台设备都有预警响铃,自动开时按顺序响铃。
6.开车时两台设备启动时间不少于5秒;停车时两台设备停车间隔不少于130秒。
3PLC控制自动输煤系统实施方案
3.1PLC外围电路设计概述
3.1.1PLC输入电路设计
1.根据输入信号类型合理选择输入模块
在本课题研究生产过程控制系统中,输入信号有开关量和模拟量等。
当为开关量输入信号时,应注意开关信号的频率,当频率较高时,应选择高速计数模块。
当为数字量输入信号时,应合理选择电压等级。
电压等级一般可分为交、直流24V,交、直流110V,交、直流220V或使用TTL或与TTL兼容的电平。
各公司PLC一般都有DC24V电源,但该电源容量小,为几十毫安或几百毫安,用其带负载时要注意容量,同时作好防短路的措施(因为该电流源的过载或短路都影响PLC的运行)。
若为模拟量输入信号,应首先将非标准模拟量信号转变为标准范围的模拟量信号,如1~5V,4~20mA,然后选择合适的A/D转换模块。
当信号长距离传送时,使用4~20mA的电流信号为佳。
若输入回路有DC24V供电的接近开关、光电开关等,则PLC上的24VDC电源容量是不够的,主要从外部提供DC24V电源,但该电源的“-”端不要与PLC的DC24V的“-”端以及“com”端相连,否则会影响PLC的运行。
2.输入元件的接线方式
要求所有开关、按钮均为常开状态。
(图3-1a)为PLC输入模块中含有内部电源的情况;(图3-1b)为输入模块中无电源,用户接电源的情况。
本PLC采用PLC内部电源,即采用图(图3-1a)的方式。
(a)有源PLC(b)无源PLC
图3-1开关元件的输入接线图
3.1.2PLC输出回路设计
1.各种输出方式之间的比较
继电器输出:
优点是不同公共点之间可带不同的交、直流负载,切换电压也不同,,但继电器输出方式不适用于高频动作负载,这是由继电器的寿命决定的。
其寿命随带负载电流的增加而减少,一般在几十万次之间,有的公司产品可达1000万次以上,响应时间为10ms。
晶闸管输出:
最大的优点是适应于高频动作,响应时间短,一般为0.2ms左右,但它只能带DC25-30V的负载,最大输出负载电流5A/点,但各点不得大于0.5A。
本课题选用的OC225输出模块采用继电器输出,额定输出电压250VAC带负载电流2A/点。
模块电路图见图4-3。
2.“com“点的选择
不同的PLC产品,其“com”点的数量是不一样的,有的一个“com”点带8个输出点,有的带4个输出点,也有带2个或1个输出点,在输出时应做好短路措施。
3.PLC外部驱动电路及其保护
为了确保PLC输出模块的安全,本课题中PLC输出模块不直接驱动负载,而是通过驱动外部中间继电器加以隔离。
3.2分配输入输出地址
根据本课题设计的输入、输出设备,分配PLC的输入输出继电器。
I/0地址分配表及FIX变量表如表3-1所示。
应注意,PLC的时间继电器由软件构成。
表3-1I/0地址分配表及FIX变量表
序号
位号
端子位置
名称
地址
FIX变量名
1
ZT-M3001A
DI1SX-02
M3001A圆盘给料机开停状态
0.00
DI0_00
2
GL-M3001A
DI1SX-04
M3001A圆盘给料机过流
0.01
DI0_01
3
ZD-M3001A
DI1SX-06
M3001A圆盘给料机手动/自动
0.02
DI0_02
4
ZT-M3001B
DI1SX-08
M3001B圆盘给料机开停状态
0.03
DI0_03
5
GL-M3001B
DI1SX-10
M3001B圆盘给料机过流
0.04
DI0_04
6
ZD-M3001B
DI1SX-12
M3001B圆盘给料机手动/自动
0.05
DI0_05
7
ZT-M3001C
DI1SX-14
M3001C圆盘给料机开停状态
0.06
DI0_06
8
GL-M3001C
DI1SX-16
M3001C圆盘给料机过流
0.07
DI0_07
9
ZD-M3001C
DI1SX-18
M3001C圆盘给料机手动/自动
0.08
DI0_08
10
ZT-A3001A
DI1SX-20
A3001A胶带输送机开停状态
0.09
DI0_09
11
GL-A3001A
DI1SX-22
A3001A胶带输送机过流
0.10
DI0_10
12
ZD-A3001A
DI1SX-24
A3001A胶带输送机手动/自动
0.11
DI0_11
13
LS-A3001A
DI1SX-26
A3001A胶带输送机拉绳
0.12
DI0_12
14
PP-A3001A
DI1SX-28
A3001A胶带输送机跑偏
0.13
DI0_13
15
SD-A3001A
DI1SX-30
A3001A胶带输送机速度
0.14
DI0_14
16
ZT-A3001B
DI1SX-32
A3001B胶带输送机开停状态
0.15
DI0_15
17
GL-A3001B
DI2SX-02
A3001B胶带输送机过流
1.00
DI1_00
18
ZD-A3001B
DI2SX-04
A3001B胶带输送机手动/自动
1.01
DI1_01
19
LS-A3001B
DI2SX-06
A3001B胶带输送机拉绳
1.02
DI1_02
20
PP-A3001B
DI2SX-08
A3001B胶带输送机跑偏
1.03
DI1_03
21
SD-A3001B
DI2SX-10
A3001B胶带输送机速度
1.04
DI1_04
22
ZT-A3001C
DI2SX-12
A3001C胶带输送机开停状态
1.05
DI1_05
23
GL-A3001C
DI2SX-14
A3001C胶带输送机过流
1.06
DI1_06
24
ZD-A3001C
DI2SX-16
A3001C胶带输送机手动/自动
1.07
DI1_07
25
LS-A3001C
DI2SX-18
A3001C胶带输送机拉绳
1.08
DI1_08
26
PP-A3001C
DI2SX-20
A3001C胶带输送机跑偏
1.09
DI1_09
27
SD-A3001C
DI2SX-22
A3001C胶带输送机速度
1.10
DI1_10
28
ZT-A3002
DI2SX-24
A3002胶带输送机开停状态
1.11
DI1_11
29
GL-A3002
DI2SX-26
A3002胶带输送机过流
1.12
DI1_12
30
ZD-A3002
DI2SX-28
A3002胶带输送机手动/自动
1.13
DI1_13
31
LS-A3002
DI2SX-30
A3002胶带输送机拉绳
1.14
DI1_14
32
PP-A3002
DI2SX-32
A3002胶带输送机跑偏
1.15
DI1_15
33
SD-A3002
DI3SX-02
A3002胶带输送机速度
2.00
DI2_00
34
GL-M3002
DI3SX-04
M3002电动三通阀过流
2.01
DI2_01
35
ZD-M3002
DI3SX-06
M3002电动三通阀手动/自动
2.02
DI2_02
36
ZW-M3002
DI3SX-08
M3002电动三通阀正到位
2.03
DI2_03
37
FW-M3002
DI3SX-10
M3002电动三通阀反到位
2.04
DI2_04
38
ZT-B3001A
DI3SX-12
B3001A环锤破碎机开停状态
2.05
DI2_05
39
GL-B3001A
DI3SX-14
B3001A环锤破碎机过流
2.06
DI2_06
40
ZD-B3001A
DI3SX-16
B3001A环锤破碎机手动/自动
2.07
DI2_07
41
ZT-B3001B
DI3SX-18
B3001B环锤破碎机开停状态
2.08
DI2_08
42
GL-B3001B
DI3SX-20
B3001B环锤破碎机过流
2.09
DI2_09
43
ZD-B3001B
DI3SX-22
B3001B环锤破碎机手动/自动
2.10
DI2_10
44
ZT-A3003
DI3SX-24
A3003胶带输送机开停状态
2.11
DI2_11
45
GL-A3003
DI3SX-26
A3003胶带输送机过流
2.12
DI2_12
46
ZD-A3003
DI3SX-28
A3003胶带输送机手动/自动
2.13
DI2_13
47
YJQ-A3003
DI3SX-30
A3003胶带输送机轻载
2.14
DI2_14
48
YJZ-A3003
DI3SX-32
A3003胶带输送机重载
2.15
DI2_15
49
1SB-1
1SX-01
柜上启M3001A
3.00
DI3_00
50
1SB-3
1SX-02
柜上停M3001A
3.01
DI3_01
51
2SB-1
1SX-03
柜上启M3001B
3.02
DI3_02
52
2SB-3
1SX-04
柜上停M3001B
3.03
DI3_03
53
3SB-1
1SX-05
柜上启M3001C
3.04
DI3_04
54
3SB-3
1SX-06
柜上停M3001C
3.05
DI3_05
55
4SB-1
1SX-07
柜上启A3001A
3.06
DI3_06
56
4SB-3
1SX-08
柜上停A3001A
3.07
DI3_07
57
5SB-1
1SX-09
柜上启A3001B
3.08
DI3_08
58
5SB-3
1SX-10
柜上停A3001B
3.09
DI3_09
59
6SB-1
1SX-11
柜上启A3001C
3.10
DI3_10
60
6SB-3
1SX-12
柜上停A3001C
3.11
DI3_11
61
7SB-1
1SX-13
柜上启A3002
3.12
DI3_12
62
7SB-3
1SX-14
柜上停A3002
3.13
DI3_13
63
8SB-1
1SX-15
柜上启B3001A
3.14
DI3_14
64
8SB-3
1SX-16
柜上停B3001A
3.15
DI3_15
65
12SB-1
2SX-01
柜上三通正开
4.00
DI4_00
66
13SB-1
2SX-02
柜上三通反开
4.01
DI4_01
67
9SB-1
2SX-03
柜上启B3001B
4.02
DI4_02
68
9SB-3
2SX-04
柜上停B3001B
4.03
DI4_03
69
10SB-1
2SX-05
柜上启A3003
4.04
DI4_04
70
10SB-3
2SX-06
柜上停A3003
4.05
DI4_05
71
11SB-1
2SX-07
柜上启A3101
4.06
DI4_06
72
11SB-3
2SX-08
柜上停A3101
4.07
DI4_07
73
14SB-1
2SX-09
柜上正开A3101FJB
4.08
DI4_08
74
15SB-1
2SX-10
柜上反开A3101FJB
4.09
DI4_09
75
19SB-1
2SX-11
顺控启
4.10
DI4_10
76
20SB-1
2SX-12
顺控停
4.11
DI4_11
77
21SB-1
2SX-13
复位
4.12
DI4_12
78
LS-A3003
DI6SX-02
A3003胶带输送机拉绳
5.00
DI5_00
79
DH-A3003
DI6SX-04
A3003胶带输送机打滑
5.01
DI5_01
80
SL-A3003
DI6SX-06
A3003胶带输送机撕裂
5.02
DI5_02
81
DS-A3003
DI6SX-08
A3003胶带输送机堵塞
5.03
DI5_03
82
ZT-A3101
DI6SX-10
A3101胶带输送机开停状态
5.04
DI5_04
83
GL-A3101
DI6SX-12
A3101胶带输送机过流
5.05
DI5_05
84
ZD-A3101
DI6SX-14
A3101胶带输送机手动/自动
5.06
DI5_06
85
LS-A3101
DI6SX-16
A3101胶带输送机拉绳
5.07
DI5_07
86
PP-A3101
DI6SX-18
A3101胶带输送机跑偏
5.08
DI5_08
87
SD-A3101
DI6SX-20
A3101胶带输送机速度
5.09
DI5_09
88
GL-A3101FJB
DI6SX-22
A3101FJB电动犁式卸料泵过流
5.10
DI5_10
89
ZD-A3101FJB
DI6SX-24
A3101FJB电动犁式卸料泵手动/自动
5.11
DI5_11
90
ZW-A3101FJB
DI6SX-26
A3101FJB电动犁式卸料泵正到位
5.12
DI5_12
91
FW-A3101FJB
DI6SX-28
A3101FJB电动犁式卸料泵反到位
5.13
DI5_13
3.3外部接线图
根据I/O点分配确定PLC输入/输出接线图,见图3-4、图3-5、图3-6。
3.4程序设计
3.4.1程序设计说明
1.控制对象:
本系统控制对象包括三台圆盘给料机,6台胶带输送机,两台环锤破碎机,一台三通,一台犁式卸料机。
2.控制设备包括一台上位机,一台控制柜。
控制柜内安装OMRONPLC一台,对全线设备进行控制,PLC输入输出见测点清单(表3-1)。
3.皮带机联锁控制功能。
本系统中每条皮带机等设备均可以实现就地控制和远程电脑控制。
远程控制时,各条皮带之间有联锁关系,下游皮带未开则上游皮带不能运行,若皮带运行中则其上游皮带全停,下游皮带不停。
每条皮带开车时先响铃五秒。
开车时可以按逆煤流方向手动开启每一条皮带也可以按下顺控启动按钮由程序自动启动各条皮带。
顺控启动时需要选择要启动的环锤破碎机和圆盘给料机。
停车时同样也可以手动停各条皮带也可以按下顺控停车按钮由程序自动停各条皮带。
若顺控启动过程中发生故障导致启动过程中止,或单台设备启动过程中发生故障则要按下复位按钮进行复位。
4.操作说明
设备启动、停止操作可以在上位机电脑画面上进行。
也可以在操作柜上进行。
在上位机上进行操作时,点击需要启动或停止的设备即会弹出一个操作的控制面板。
在控制面板上可以显示该设备的运行状态。
也可以进行启动或停止该设备。
在控制柜上进行操作时,各设备的启动、停止为旋钮操作。
按柜上标示操作即可启动、停止设备。
3.4.2PLC控制程序
1.圆盘给料机控制程序
2.皮带机控制程序
3.电动三通阀、及犁式卸料器控制程序
4.破碎机控制程序
3.5人机界面设计
利用欧姆龙C200HG系列PLC的RS232网络协议功能实现对整个输送过程的实时监控。
PLC程序输入采用CX-ProgrammerVer2.03,流程画面制作采用FIX7.0,流程画面见图3-2,连锁方框图见图3-3,流程设计要求如下:
1.流程图用方框、线显示,并标注设备位号、物料走向。
2.处在运行、正常停车、事故停车的设备要有明显区别。
3.当事故发生时,事故点显示画面立即弹出,同时流程图上的事故设备显示出来。
图3-2原煤输送工艺流程
图3-3联锁方框图
图3-4DI模块接线图
图3-5DO模块接线图
图3-6AI模块接线图
4基于PLC的自动输煤系统主要设备选型
4.1变频器原理介绍及选型
现今,随着晶体管及整流、逆变技术的提高,用变频器控制交流电动机速度已经十分普遍。
变频器在实际应用中十分可靠准确,可使用于不同场合的不同准确度等级的电机调速,变频调速将逐步代替直流机调速。
在变频器发展的过程中经历了直接U/F控制阶段,高性能U/F控制阶段及矢量控制、直接转矩控制阶段。
4.1.1ABB ACS400变频器的原理
通用普通U/F控制的原理
异步电动机的同步转速,即旋转磁场的转速为
式中 n—同步转速(r/min)
F—电源频率(Hz)
P—磁极对数
而异步电动机的轴转速为
式中 s—异步电动机的转差率,
可以看出,改变异步电动机的供电频率,可以改变其同步转速,实现调速运行。
对异步电动机进行调速控制时,希望电动机的主磁通保持额定值不变,磁通太弱,铁心利用不充分,在同样的转子电流下,电磁转矩小,电动机的负载能力下降;磁通太强,则处于过励磁状态,励磁电流过大,已有扰动,调速将非线性化。
为此应保证电动机调速过程中气隙磁通保持不变。
三相异步电动机定子每相电动势的有效值为
式中 E1—定子每相由气隙磁通感应的电动势值
f1—定子频率(Hz)
N1—定子相绕组匝数
φm—每极磁通量(Wb)
由上式可见,φm的值由E1和 f1共同决定的,对E1和 f1进行适当的控制,就可以使气隙磁通φm保持额定值不变。
有两种情况:
4.1.2基频以下的恒磁通变频调速
这是考虑从基频(电动机额定频率)向下调速的情况。
为了保持电动机的气隙主磁通不变,这就要求降低供电频率的同时降低感应电动势,保持E1/f1=常数,即保持电动势与频率之比为常数进行控制,这种控制又称为恒磁通变频调速,属于恒转矩调速方式一。
但是,E1难于直接检测和直接控制。
当E1和f1的值较高时,定子的漏阻抗压降相对比较小,如忽略不计,则可以近似的保持定子相电压U1和频率f1的比值为常数,即认为U1=E1,保持U1/f1=常数即可。
但当频率较低时,U1和E1都变小,定子漏阻抗压降(主要是定子电阻
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 自动 煤系 PLC 控制