1、PLC控制系统课程设计东 北 石 油 大 学课 程 设 计课 程 PLC控制系统课程设计 题 目 锅炉车间输煤机组控制 学 院 电气信息工程学院 专业班级 自动化10-01班 学生姓名 XXXX 学生学号 100601140128 指导教师 杨莉 任伟建 2013年11月22日东北石油大学课程设计任务书课程: PLC控制系统课程设计 题目: 锅炉车间输煤机组控制 专业: 自动化 姓名: XXX 学号: 100601140128 主要内容、基本要求、主要参考资料等主要内容: 1、进行电气控制系统硬件电路设计。 2、编制输煤机组PLC控制程序。 3、编写设计说明书。基本要求:1、熟悉PLC控制系统
2、的基本构成和工作原理。 2、设计基于PLC的输煤机组电气控制系统电路图。 3、掌握电器元器件的选择和有关计算。 4、掌握PLC控制程序(梯形图和指令表)。 参考资料: 1 廖常初.FX系列PLC编程及应用M.北京:机械工业出版社.2005.1127. 2 罗宇航.流行PLC实用程序及设计(西门子S7-200系列)M.西安:西安电子科技大学出版社.2006.246252. 3 钱锐.PLC应用技术M.北京:科学出版社.2006.112113.完成期限 2013.11.182013.11.22 指导教师 专业负责人 2013年10月25日 第1章 控制工艺流程分析1.1 PLC控制系统设计的基本原
3、则任何一种控制系统都是为了实现被控对象的工艺要求,以提高生产效率和产品质量。因此,在设计PLC控制系统时,应遵循以下基本原则:1. 最大限度地满足被控对象的控制要求充分发挥PLC的功能,最大限度地满足被控对象的控制要求,是设计PLC控制系统的首要前提,这也是设计中最重要的一条原则。这就要求设计人员在设计前就要深入现场进行调查研究,收集控制现场的资料,收集相关先进的国内、国外资料。同时要注意和现场的工程管理人员、工程技术人员、现场操作人员紧密配合,拟定控制方案,共同解决设计中的重点问题和疑难问题。2. 保证PLC控制系统安全可靠保证PLC控制系统能够长期安全、可靠、稳定运行,是设计控制系统的重要
4、原则。这就要求设计者在系统设计、元器件选择、软件编程上要全面考虑,以确保控制系统安全可靠。例如:应该保证PLC程序不仅在正常条件下运行,而且在非正常情况下(如突然掉电再上电、按钮按错等),也能正常工作。3. 力求简单、经济、使用及维修方便一个新的控制工程固然能提高产品的质量和数量,带来巨大的经济效益和社会效益,但新工程的投入、技术的培训、设备的维护也将导致运行资金的增加。因此,在满足控制要求的前提下,一方面要注意不断地扩大工程的效益,另一方面也要注意不断地降低工程的成本。这就要求设计者不仅应该使控制系统简单、经济,而且要使控制系统的使用和维护方便、成本低,不宜盲目追求自动化和高指标。4. 适应
5、发展的需要由于技术的不断发展,控制系统的要求也将会不断地提高,设计时要适当考虑到今后控制系统发展和完善的需要。这就要求在选择PLC、输入/输出模块、I/O点数和内存容量时,要适当留有裕量,以满足今后生产的发展和工艺的改进。1.2 控制过程描述输煤机组控制系统示意图如图1-1所示,输煤机组控制信号说明见表1-1。图1-1 输煤机组控制系统示意图表1-1 输煤机组控制信号说明输 入输 出文字符号说 明文字符号说 明SF0-1输煤机组手动控制开关QA1给料器和磁选料器接触器SF0-2输煤机组自动控制开关QA21#送煤机接触器SF1输煤机组自动开车按钮QA3破碎机接触器SF2输煤机组自动停车按钮QA4
6、提升机接触器SF3输煤机组紧急停车按钮QA52#送煤机接触器SF4给料器和磁选料器手动按钮QA6回收机接触器SF51#送煤机手动按钮MB1磁选料器SF6破碎机手动按钮PG7手动运行指示灯SF7提升机手动按钮PG8紧急停车指示灯SF82#送煤机手动按钮PG9系统正常运行指示灯SF9回收机手动按钮PG10系统故障指示灯PB报警电铃PG16输煤机组单机运行指示输煤机组的拖动系统由6台三相异步电动机M1M6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,SB4SB9为6个控制按钮,手动时单机操作使用。HA为开车/停车时讯响器,提示在输煤
7、机组附近的工作人员物煤机准备起动请注意安全。HL1HL6为MlM6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。1.3 控制工艺分析(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SB4SB9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,回收电动机M6起动运行并点亮HL6指示灯;10s后,
8、2#送煤电动机M5电动机起动运行并点亮HL5指示灯;10s后,提升电动机M4起动运行并点亮HL4指示灯;10s后,破碎电动机M3起动运行并点亮HL3指示灯;10s后,1#送煤电动机M2起动运行并点亮HL2指示灯;10s后,给料器电动机M1和磁选料器YA起动运行并点亮HL1指示灯;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,给料器电动机M1和磁选料器YA停车并熄灭HL1指示灯,同时,熄灭HL9系统正常运行指示灯;10s后,1#送煤电动机M2停车并熄灭HL2指示灯;10s后,破碎电动机M3停车并熄灭HL3指示灯;10s后,提升电
9、动机M4停车并熄灭HL4指示灯;10s后,2#送煤电动机M5电动机停车并熄灭HL5指示灯;10s后,回收电动机M6停车并熄灭HL6指示灯;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M1M6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SB
10、3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M1M6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。(3) 相关参数1) M1M6及磁选料器YA功率如图2-1中所示。2) 指示灯HL:0.25W,DC24V。3) 电铃HA:8W,AC220V第2章 控制系统总体方案设计2.1 锅炉车间输煤机组控制系统总体方案设计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: (1
11、)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; (2)各设备启动和停止过程中,要合理设置时间间隔(延时)。启动,停车延时统一设定为10s。启动延时是为保证无煤堆积以发生故障;停车延时是为保证停车时破碎机等为空载状态; (3)运行过程中,某一台设备发生故障时,应立即发出报警并自动停车,其整个输煤设备也立即停车。此外在现场也有控制系统装置运行的按钮; (4)可在线选择启动备用设备。在特殊情况下可开启另一套备用设备,由两条输煤线的有关设备组成交叉供煤方式; (5)可显示各机电设备运行状况,在集中控制室即可控制系统设备启停。2.2 系统硬件组成按照设计要求,给料器M1、1#送
12、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。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
13、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.2.2.1 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,SB4SB9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
14、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
15、系列PLC硬件配置灵活,既可以用一个单独的S7-200 CPU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S7-200 CUP224/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