精品資料（2021-2022年收藏）鍋爐車間輸煤機組控制系統(tǒng)設(shè)計

1、摘 要設(shè)計說明了鍋爐自動輸煤系統(tǒng)的基本構(gòu)成及特點，通過對基于繼電器鍋爐輸煤系統(tǒng)和基于 PLC 的鍋爐輸煤系統(tǒng)對比論證，分別闡述其優(yōu)缺點并且根據(jù)控制要求，本設(shè)計采用 PLC 控制，實現(xiàn)自動化控制。 用 PLC輸煤程控系統(tǒng)，不僅實現(xiàn)了設(shè)備運行的自動化管理和監(jiān)控，提高了系統(tǒng)的可靠性和安全性，而且改善了工作環(huán)境，提高了企業(yè)經(jīng)濟效益和工作效率。PLC不僅能實現(xiàn)自動化控制，還具有快速響應(yīng)，便于維修等諸多特點，比一般的繼電器接觸器控制系統(tǒng)優(yōu)越了很多。關(guān)鍵詞：鍋爐自動輸煤系統(tǒng) 、PLC、 自動化目 錄第 1 章 選題背景與課設(shè)要求 .11.1 選題背景.11.2 設(shè)計內(nèi)容及要求 .2第 2 章 方案論證.42

2、.1 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計的原則和方法 .42.2 方案的確定.4第 3 章 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計.43.1 硬件系統(tǒng)設(shè)計.43.1.1 控制系統(tǒng)主電路圖設(shè)計.43.1.2 電器元件的選擇.53.2 軟件系統(tǒng)設(shè)計.73.2.1 I/O 地址分配表.83.2.2 PLC 控制電路接線圖.93.2.3 系統(tǒng)工作流程圖 .93.2.4 梯形圖.11第 4 章 系統(tǒng)調(diào)試.18第 5 章 設(shè)計心得.19參考文獻.191第 1 章 選題背景與課設(shè)要求1.1 選題背景煤是我們生產(chǎn)生活中的重要原料。輸煤系統(tǒng)是鍋爐車間燃料供應(yīng)的有力保證。輸煤機組工作效率的提高是整個工藝過程的關(guān)鍵因素，但整個輸煤過程往往采用遠程

3、控制，這就對自動控制的設(shè)計提出了很高的要求，因此，在輸煤系統(tǒng)中我們選擇 PLC 控制系統(tǒng)，使整個控制過程具有正常運行、事故處理、故障報警、裝置調(diào)控、危險保護等功能。輸煤系統(tǒng)的主要特點有：1.系統(tǒng)設(shè)備多。設(shè)備種類多。設(shè)備數(shù)量多。2.系統(tǒng)分部廣。3.系統(tǒng)故障點多。4.工藝流程復(fù)雜。之前用的繼電器控制有著十分明顯的缺點：體積大、耗電多、可靠性、壽命短、運行速度慢，尤其當生產(chǎn)工藝發(fā)生變化時，就必須重新設(shè)計、重新安裝，造成時間和資金的嚴重浪費。為了改變這一現(xiàn)狀，PLC 控制系統(tǒng)產(chǎn)生了。PLC 的優(yōu)點是：可靠性高，耗電少，適應(yīng)性強，運行速度快，壽命長等，為了進一步提高輸煤機的功能和性能，我們選擇用 PLC

4、 來控制輸煤機組這個課題。1.2 設(shè)計內(nèi)容及要求本課程設(shè)計任務(wù)主要是鍋爐車間輸煤機組系統(tǒng)的設(shè)計，有多個電動機帶動，具體內(nèi)容如下: 輸煤機組控控制系統(tǒng)示意圖如圖 1-1 所示。圖 1-1 輸煤機組示控制系統(tǒng)意圖輸煤機組的拖動系統(tǒng)由 6 臺三相異步電動機 M1M6 和一臺磁選料器 YA 組成。SA1 為手動/自動轉(zhuǎn)換開關(guān)，SB1 和 SB2 為自動開車/停車按鈕，SB3 為事故緊急停車按鈕，SB4SB9 為 6 個控制按鈕。HA 為開車/停車時訊響器，提示物煤機準備起動請注意安全。HL1HL6 為 MlM6 電動機運行指示，HL7 為手動運行指示，HL8 為緊急停車指示，2HL9 為系統(tǒng)運行正常指

5、示，HL10 為系統(tǒng)故障指示。輸煤機組控制要求如下1、手動開車/停車功能 SA1 手柄指向左 45時，接點 SA1-1 接通，通過 SB4SB9控制按鈕，對輸煤機組單臺設(shè)備獨立調(diào)試與維護使用，任何一臺單機開車/停車時都有音響提示，保證檢修和調(diào)試時人身和設(shè)備安全。2、自動開車/停車功能 SA1 手柄指向右 45時，接點 SA1-2 接通，輸煤機組自動運行。1) 正常開車 按下自動開車按鈕 SB1，音響提示 5s 后，電動機 M6-M1 逆序啟動起動運行，并點亮指示燈 HL6-HL1； 10s 后，點亮 HL9 系統(tǒng)正常運行指示燈，輸煤機組正常運行。2) 正常停車 按下自動開車按鈕 SB2，音響提

6、示 5s 后， 電動機 M1-M6 順序停車 并熄滅 HL1-HL6 指示燈，同時，熄滅 HL9 系統(tǒng)正常運行指示燈； 并熄 輸煤機組全部正常停車。3) 過載保護 輸煤機組有三相異步電動機 M1M6 和磁選料器 YA 的過載保護裝置熱繼電器，如果電動機、磁選料器在輸煤生產(chǎn)中，發(fā)生過載故障需立即全線停車并發(fā)出報警指示。系統(tǒng)故障指示燈 HL10 點亮，HA 電鈴斷續(xù)報警 20s，HL10 一直點亮直到事故處理完畢，繼續(xù)正常開車，恢復(fù)生產(chǎn)。4) 緊急停車 輸煤機組正常生產(chǎn)過程中，可能會突發(fā)各種事件，因此需要設(shè)置緊急停車按鈕，實現(xiàn)緊急停車防止事故擴大。緊急停車與正常停車不同，當按下紅色蘑菇形緊急停車按

7、鈕 SB3 時，輸煤機組立即全線停車，HA 警報聲持續(xù) 10s 停止，緊急停車指示燈 HL8 連續(xù)閃亮直到事故處理完畢，回復(fù)正常生產(chǎn)。5) 系統(tǒng)正常運行指示 輸煤機組中，拖動電動機 M1M6 和磁選料器 YA 按照程序全部正常起動運行后，HL9 指示燈點亮。如果有一臺電動機或選料器未能正常起動運行，則視為故障，系統(tǒng)故障指示燈 HL10 點亮，輸煤機組停車。相關(guān)設(shè)備參數(shù)如下：(1) M1-M6 及磁選料器 YA。(2) 指示燈 HL：0.25W，DC24V。(3) 電鈴 HA：8W，AC220V。輸煤機組控制信號說明：輸煤機組是一種為鍋爐供煤的設(shè)備,它的穩(wěn)定可靠工作直接關(guān)系到整個鍋爐的正常運行.

8、所以要進行輸入輸出信號進行詳細說明,詳細情況見下表:輸入輸出文字符號說明文字符號說明SA1-1輸煤機組手動控制開關(guān)KM1給料器和磁選料器接觸器3SA1-2輸煤機組自動控制開關(guān)KM21#送煤機接觸器SB1輸煤機組自動開車按鈕KM3破碎機接觸器SB2輸煤機組自動停車按鈕KM4提升機接觸器SB3輸煤機組緊急停車按鈕KM52#送煤機接觸器SB4給料器和磁選料器手動按鈕KM6回收機接觸器SB51#送煤機按鈕HL7手動運行指示燈SB6破碎機手動按鈕HL8緊急停車指示燈SB7提升機手動按鈕HL9系統(tǒng)正常運行指示SB82#送煤機手動按鈕HL10系統(tǒng)故障指示燈SB9回收機手動按鈕HA報警電鈴KMM1-M6,YA

9、 運行正常信號HL1-HL6輸煤機組單機運行指示FRM1-M6 過載保護信號表 1-1 輸煤機組控制信號說明第 2 章 方案論證2.1 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計的原則和方法 對于電氣控制設(shè)備，任何 PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計都是在控制方式和電動機技術(shù)數(shù)據(jù)確定以后進的是設(shè)備控制要求和工藝流程的具體化。 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)該遵循以下原則： 1）應(yīng)最大限度地滿足生產(chǎn)機械的工藝要求，并能根據(jù)需要方便地進行修改。2）容易掌握，便于操作。 3）整個 PLC 控制系統(tǒng)及控制電路安全可靠，簡單，具有較高的性能價格比。 4）合理地選擇 PLC 機型及電器元件。 2.2 方案的確定由于該系統(tǒng)控制輸入點數(shù)較多，有 2

10、個輸入開關(guān)分別控制手動控制，9 個輸入按鈕分別為 SB1 和 SB2 為自動開車/停車按鈕，SB3 為事故緊急停車按鈕，SB4SB9 分為 6 個電動機控制按鈕。 輸出點數(shù)也較多，如果采用繼電-接觸器控制方式，控制電路將會很復(fù)雜，而且可靠性難保證。所以，用 PLC 進行控制，不僅能滿足控制要求、控制方便簡單，而且具有較高的可靠性。因此，本設(shè)計應(yīng)采用 PLC 進行控制。第 3 章 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計3.1 硬件系統(tǒng)設(shè)計3.1.1 控制系統(tǒng)主電路圖設(shè)計按照設(shè)計要求，給料器 M1、1#送煤機 M2、破碎機 M3、提升機 M4、2#送煤機 M5和回收電動機 M6 由 6 臺三相異步電動機拖動。磁選料

11、器 YA 由兩相電源提供。負載 M2-4M6 由接觸器 KM2-KM6 控制，給料器 M1 和磁選料器 YA 共同由 KM1 控制。由于破碎機 M3 功率為 13KW 和 2#送煤機 M5 功率為 75KW 都比 7.5KW 大，所以采用星三角降壓啟動。其余負載均采用直接啟動方式。主電路圖見圖 3-1. 圖 3-1 鍋爐車間輸煤機組系統(tǒng)主電路圖1) 主回路中交流接觸器 KM1、KM2、KM3、KM4、KM5、KM6 分別控制三相異步電動機 M1 給料電動機，M2 送煤電動機，M3 破碎電動機，M4 提升電動機，M5 送煤電動機，M6 回收電動機。2) 熱繼電器 FR1、FR2、FR3、FR4、

12、FR5、FR6 的作用是對電動機M1、M2、M3、M4、M5、M6 實現(xiàn)過載保護。3) 熔斷器 FU1、FU2、FU3、FU4、FU5、FU6 分別實現(xiàn)各負載回路的短路保護。4) QF 為電源總開關(guān)，既可完成主電路的短路保護，又起到分斷三相交流電源的作用，使用較為方便。3.1.2 電器元件的選擇（1） 輸入/輸出接口（I/O）數(shù)量；輸入端口 14 個，輸出端口 10 個，SIMATICS7-200 系列 PLC 硬件配置靈活，既可以用一個單獨的 S7-200 CPU 構(gòu)成一個簡單的數(shù)字量控制系統(tǒng)，也可通過擴展電纜進行數(shù)字量 I/O 模塊、模擬量 I/O 模塊或智能接口模塊的擴展，構(gòu)成較復(fù)雜的中

13、等規(guī)?？刂葡到y(tǒng)。（2）因為負載有直流供電有交流供電，所以采用輸出形式為繼電器。（3）對于 CPU224 模塊，本機輸入地址為 I0.0-I0.7 和 I1.1-I1.5,輸出地址為 Q0.0-Q0.75和 Q1.0-Q1.1。因為基本單元自帶的 I/O 接口不能滿足控制系統(tǒng)要求，因此需要數(shù)字量 I/O擴展單元。 ，與基本的單元相連，并使基本單元的尋址功能對模塊上的 I/O 接口進行控制。S7-200 系列 PLC 目前可以提供的有 3 種類型的數(shù)字量輸入/輸出模塊，即EM221，EM222，EM223，查閱數(shù)字量輸入/輸出模塊各類型型號特點，首先采用一個EM222 的 8 繼電器輸出；擴展模塊

14、 EM222 的 I/O 地址范圍是 Q2.0-Q2.7,不能滿足控制要求，又因為 CPU224 能夠擴展 7 個模塊，因為控制要求輸出有 21 個，另需一個 EM223的 DI4/DO4*DC 24V/繼電器；擴展模塊 EM223 的 I/O 地址范圍是 Q3.0-Q3.3，滿足系統(tǒng)控制要求。本機與擴展連接形式見圖 3-2 模塊連接圖。圖 3-2 模塊連接圖3.2 軟件系統(tǒng)設(shè)計3.2.1 I/O 地址分配表 對軟件設(shè)計來說，分配 I/O 點地址以后才可以進行編程，才可以繪制電氣接線圖、裝配圖，根據(jù)接線圖和安裝圖安裝控制柜。由上硬件系統(tǒng)的選擇可知控制系統(tǒng)由一個CPU224 及兩個擴展模塊 EM

15、222,EM223,各模塊各分配地址如下:CPU224 基本單元的 I/O 地址如下：I0.0 I0.1、IO.2、I0.3、I0.4、I0.5、I0.6、I0.7、I1.1、I1.2、I1.3、I1.4、I1.5、I1.6、I1.7、Q0.0、Q0.1、Q0.2、Q0.3、Q0.4、Q0.5、Q0.6、Q0.7、Q1.0、Q1.1第一個擴展模塊 EM222 的 I/O 地址：Q2.0、Q2.1、Q2.2、Q2.3、Q2.4、Q2.5、Q2.6、Q2.7第二個擴展模塊 EM223 的 I/O 地址：Q3.0、Q3.1、Q3.2PLC 輸入輸出接口地址分配表見：序號工作名稱文字符號輸入口1輸煤機

16、組手動控制開關(guān)SA1-1I0.12輸煤機組自動控制開關(guān)SA1-2I0.23輸煤機組自動開車按鈕SB1I1.164輸煤機組自動停車按鈕SB2I1.25輸煤機組緊急停車按鈕SB3I1.36給料器磁選料器手動按鈕SB4I1.471#送煤機手動按鈕SB5I1.58破碎機手動按鈕SB6I1.69提升機手動按鈕SB7I1.7102#送煤機手動按鈕SB8I2.011回收機手動按鈕SB9I2.112M1-M6,YA 過載保護信號FRI0.0表 3-5 輸入接口地址分配表序號工作名稱文字符號輸出口1給料器磁選料器接觸器KM1Q0.121#送煤機接觸器KM2Q0.23破碎機接觸器KM3Q0.34提升機接觸器KM4

17、Q0.452#送煤機接觸器KM5Q0.56回收機接觸器KM6Q0.67緊急停車指示燈HL8Q1.78系統(tǒng)正常運行指示燈HL9Q2.19系統(tǒng)故障運行指示燈HL10Q2.210報警電鈴HAQ2.011輸煤機組單機運行指示HL1Q1.112輸煤機組單機運行指示HL2Q1.213輸煤機組單機運行指示HL3Q1.314輸煤機組單機運行指示HL4Q1.415 輸煤機組單機運行指示HL5Q1.516輸煤機組單機運行指示HL6Q1.6表 3-6 PLC 輸出接口地址分配表3.2.2 PLC 控制電路接線圖 7繪制 PLC 控制電路接線圖，如圖 2-2。圖 3-3 I/O 接線圖3.2.3 系統(tǒng)工作流程圖8 9

18、圖 3-4 系統(tǒng)工作流程圖3.2.4 梯形圖輸煤機組的控制過程分為 2 個，分別是自動運行方式和手動控制方式。在自動控制模式下，要求各負載從 M6 到 M1 經(jīng)過同樣間隔時間逆序自動啟動，然后從 M1 到 M6 順序自動經(jīng)過同樣間隔時間停止。同時，該輸煤機組還能在手動控制模式下進行點動，以便調(diào)試和維修。而且，該系統(tǒng)還能實現(xiàn)過載保護、緊急停車和故障提醒。所以，我們應(yīng)該主要采用定時器指令和順序控制指令對本控制系統(tǒng)進行程序設(shè)計。其梯形圖如下：10111213141516第 4 章 系統(tǒng)調(diào)試1、硬件調(diào)試：硬件調(diào)試是利用開發(fā)系統(tǒng)、基本測試儀器（萬用表、示波器等） ，檢查用戶系統(tǒng)硬件中存在的故障。靜態(tài)調(diào)試

19、第一步：用萬用表測試。先用萬用表復(fù)核可能有疑問的連接點，再檢測各種電源線與地線之間是否有短路現(xiàn)象。第二步：加電檢測。檢測所有的插座或是器件的電源端是否符合要求的值.第三步：是聯(lián)機檢查。因為只有用可編程控制器開發(fā)系統(tǒng)才能完成對用戶系統(tǒng)的調(diào)試。動態(tài)調(diào)試首先我們進行了自動的調(diào)試。按下 SB1，自動部分開始運行，5 秒后，第一個燈亮，10 秒后第二個燈亮，直到最后一個燈亮。當燈全部亮?xí)r，正常運行指示燈 HL9 亮；如果17又一個或幾個燈不亮，那么系統(tǒng)故障指示燈就會亮。按下手動停止按鈕 SB2，5 秒后，第一個燈熄滅，10 秒后第二個燈熄滅，按此直到最后一個燈熄滅。2、軟件調(diào)試：通過對用戶程序的匯編、執(zhí)行來發(fā)現(xiàn)程序中存在的語法錯誤加以排除糾正的過程。查看程序是否有邏輯的錯誤。如果出現(xiàn)故障，應(yīng)返回編程環(huán)境，檢查梯形圖的錯誤并修改程序再進行調(diào)試。第 5 章 設(shè)計總結(jié)這次的課程設(shè)計，讓我感受深刻，首先讓我