可編程控制器在輸煤斗輪機中的應用_圖文

1、可編程控制器(Programmable Controller是計算機家族中的一員,是為工業(yè)控制應用而設計制造的。早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller,簡稱PLC,它主要用來代替繼電器實現(xiàn)邏輯控制。隨著技術的發(fā)展,這種裝置的功能已經(jīng)大大超過了邏輯控制的范圍,因此,今天這種裝置稱作可編程控制器,簡稱PC。但是為了避免與個人計算機(Personal Computer的簡稱混淆,所以將可編程控制器簡稱PLC。關鍵詞斗輪機可編程控制器PLC 可編程終端PT 矩陣控制器編碼器2.1課題背景:斗輪機作為重要的輸煤設備現(xiàn)已廣泛用于電廠的燃料儲運煤場

2、。我國是從六十年代中期開始設計制造斗輪堆取料機的,主要用在大型散貨港口,火力發(fā)電廠的儲煤場、大型鋼鐵公司的礦石煤炭原料場、大型水泥廠等大型企業(yè)。斗輪機總體結(jié)構(gòu)分為:斗輪機構(gòu)、懸臂膠帶機、仰俯機構(gòu)、回轉(zhuǎn)驅(qū)動機構(gòu)、行走機構(gòu)等設備如圖一所示 2.3本文所作工作:我廠輸煤燃料四期系統(tǒng)目前共有二臺斗輪機,于1996年投入,由于整機電氣控制越來越不能適合現(xiàn)代生產(chǎn)功能,再加上目前電氣產(chǎn)品發(fā)展迅速,一些備品備件將無法購置。2004年我廠基于今后發(fā)電發(fā)展需要,對這二臺斗輪機進行整機電氣部分重新設計改造,并由我廠設備部全權負責整機電氣控制設計工作;因斗輪機整機機構(gòu)及各設備工作原理較為熟悉,我廠設備部歷時半年,完成

3、了對這二臺斗輪機電氣整機改造工作,目前已投入正常運行。4.斗輪機控制系統(tǒng)設計4.1整機電氣設計簡述整機供電電源為三相四線,電壓為380V,供電頻率50Hz,供電方式為拖鏈(即電源從地面通過拖鏈引機。整機電氣設計共分三大塊:外圍傳感器電氣部分、PLC組態(tài)及程序編程部分、工業(yè)電視監(jiān)視部分。根據(jù)整機結(jié)構(gòu)及設備布置情況,將機上共設二個電氣房及一個司機操作室,電氣房分為上部、下部二個位置,下部電氣房主要為行走及整機電源部分,上部電氣房為回轉(zhuǎn)、俯仰、皮帶及PLC系統(tǒng)。在司機室操作臺旁增加一只可編程終端(簡稱PT,型號為OMRON NT631C ,用來顯示整機設備位置信號、控制操作各設備啟、停命令和故障報警

4、、歷史報警查詢等。為確保斗輪機設備運行安全性、可靠性,考慮到我廠輸煤設備電氣選型質(zhì)量情況,將所有外圍電氣傳感器為OMRON系列產(chǎn)品,操作按鈕、指示燈及轉(zhuǎn)換開關、各極限保護開關為施耐德產(chǎn)品,所有電氣控制元件為西門子產(chǎn)品。具體一次接線圖如附錄一所示。4.2可編程控制器組態(tài)設計:4.2.1系統(tǒng)配置原則:a完整性:PLC系統(tǒng)必須完整,該配的都得配齊。如果丟項,在安裝或使用時再增加,不僅將帶來諸多麻煩,還將可能延誤工期。b可靠性:PLC系統(tǒng)必須可靠,可從四個方面考慮:一是PLC自身產(chǎn)品質(zhì)量;二是供貨方的技術服務;三是重要或特殊場合下的工作要求能否達到;四是要否冗余配置。c發(fā)展性:PLC的工作壽命較長,但

5、技術壽命并不長。PLC往往不是使用壞了,而是還示用壞,由于落后了,不得不淘汰。為此,PLC系統(tǒng)配置應堅持發(fā)展性原則。有兩個要點:設計系統(tǒng)配置時要留有發(fā)展的余地;對PLC選型時應盡可能用新型號。d繼承性:系統(tǒng)配置還要考慮到曾經(jīng)使用過PLC的歷史情況。如果新配置的系統(tǒng)與原有的有繼承關系,編程器及一此編程軟件還可再用;所積累的寶貴經(jīng)驗也可派上用場;甚至有的程序模塊還可移植,這對縮短編程時間,正確地使用PLC都大有好處。e經(jīng)濟性:經(jīng)濟上是否合算,也應作為是否采用PLC,要用什么樣PLC的重要評價標準。顯然,進行系統(tǒng)配置,最后還應由效益作評價。4.2.2系統(tǒng)配置步驟系統(tǒng)配置過程也是從粗到細一步步推進,要

6、分步驟進行。一個配置完成后,又可能再返回來,再逐步完美,直到從多個方案中挑選一個最為滿意的方案為止。系統(tǒng)配置步驟用類比法大致確定可選用的廠家產(chǎn)品及機型;確定時要遵循發(fā)展性及繼承性原則。a用估算法估算I/O點數(shù)及模擬量路數(shù),并確定要選用的機型。b用計算法依完整性原則計算所需的模塊數(shù),這里可能有多個方案,那就應計算出各個方案的結(jié)果。c可靠性的考慮依可靠性原則考慮必要的冷備份、熱備份或冗余配置;若為一般系統(tǒng),這個步驟可省略。d經(jīng)濟對比計算各個方案的投入費用,并依經(jīng)濟性原則選其中最優(yōu)者。e最后修正必要時再進一步作性能計算或進行實物測試。再根據(jù)計算或測試結(jié)果,對原有的配置作修正。4.3 PLC選型:我廠

7、早在90年就接觸過PLC,從使用情況及可靠性性能分析,斗輪機PLC選用OMRON 產(chǎn)品還是比較理想。原因一;早期接觸OMRON產(chǎn)品28點固體式(CPU、電源、I/O點合在一起,質(zhì)量好,可靠性穩(wěn)定,缺點擴充性能差。原因二;對OMRON產(chǎn)品PLC軟件及硬件較熟悉,尤其隨著PLC不斷改進、升級,與其配套編程軟件也越來越直觀化,并且很適合工廠企業(yè)需用,例軟件中文化,同時也可在編程圖程序中加注中文注釋等功能,使得程序較直觀,維修更方便、明了化。最終我廠選用OMRON系列C200HG的PLC,根據(jù)設計思路,在設備中增加PT后,一些設備操作控制按鈕可設計在PT中,則大大減少了I/O 輸入點數(shù)。根據(jù)實際現(xiàn)場設

8、備需要統(tǒng)計PLC點數(shù):開關量輸入點為70點,開關量輸出為40點,模擬量輸入為5路(作為電機電流信號,因行走、回轉(zhuǎn)及變幅部分裝設旋轉(zhuǎn)編碼器后,則增加二塊特殊輸入模塊作為與之相配套。4.3.1開關量輸入模塊選型: 根據(jù)OMRON安裝手冊查之,C200H-IA222模塊較適合現(xiàn)場,其接線如圖,選擇理由:a輸入工作電壓為200V-264VAC,這樣現(xiàn)場開關量接點直接進輸入模塊,不要加裝外圍繼電器,節(jié)省成本,提高可靠性,同時也使得在控制二次回路設計中簡單明了,減輕今后設備維護工作量。b 該模塊輸入點數(shù)較多(16點,減少模塊數(shù)量,節(jié)約成本。4.3.2開關量輸出模塊選型: 根據(jù)OMRON 安裝手冊查之,C2

9、00H-OC225模塊較適合現(xiàn)場,其接線如圖,選擇理由:a 模塊最大通斷能力 2A 250V 的繼電器型,輸出不易損壞且一旦損壞后可自已更換內(nèi)部繼電器就可修復。b 輸出點數(shù)較多(16點,減少模塊數(shù)量,節(jié)約成本。4.3.3模擬量模塊選擇:模擬量輸入模塊是采集420mA 電流量,且整機需5路,根據(jù)硬件手冊且配置原則(冗余后選用AD003。4.3.4特殊模塊選擇:由于采用旋轉(zhuǎn)編碼器(外型如圖如示,根據(jù)編碼器說明要求,選用高速計數(shù)模塊CT001(選用模塊CT001,其接線方式如下圖,主要用于回轉(zhuǎn)、及行走旋轉(zhuǎn)編碼器,旋轉(zhuǎn)編碼器即為各設備位置數(shù)值顯示, 它直接進入PLC ,然后通過編程軟件計算得出實際數(shù)值

10、并相應在可編程終端PT 中顯示出來。根據(jù)現(xiàn)場設備工況,回轉(zhuǎn)、行走旋轉(zhuǎn)等部位裝設光電編碼器(型號為E6C2-CWZ26C ,俯仰為絕對值編碼器(型號為E6F-AB3C ,絕對值編碼器輸出的是格雷碼,與它相配套模塊為ID501。4.3.4 CPU 、底板選擇:根據(jù)PLC 組態(tài)配置原則及以上所選模塊、實際統(tǒng)計點數(shù),最終確定CPU 為C200HG-CPU43,其主要參數(shù):用戶程序存儲器為15.2K ,數(shù)據(jù)存儲器為6K,指令處理時間旋轉(zhuǎn)編碼器外形為0.15us ,受支持的I/O 最大實用點數(shù)880點。底板所用C200HW-BC101(10槽及擴充底板C200HW-BC051(5槽。整機系統(tǒng)組態(tài)見附錄二:

11、針對斗輪機設備運行特性,整機配置了一套工業(yè)電視監(jiān)視系統(tǒng),工業(yè)電視監(jiān)視器放置在司機室操作臺上方,以便方便司機了解現(xiàn)場設備圖像畫面,同時將工業(yè)電視矩陣切換器(飛利浦LTC5108中的報警口與PLC 輸出模塊通訊聯(lián)絡來實現(xiàn)監(jiān)視畫面圖像跟蹤切換功能(跟蹤切換就是當某個設備運行后,PLC 輸出一路至矩陣切換器報警口并相應畫面圖像自動切換之該設備鏡頭中。5.程序設計部分在程序設計之前首先確定被控設備系統(tǒng)做什么、按什么順序且何時動作。把輸入輸出設備分配給單元上的I/O 點,確定如何分配及特殊I/O 單元或鏈接系統(tǒng),最后繪制一張整機I/O 表及各被控設備之間邏輯關系網(wǎng)絡圖,根據(jù)I/O 表中點號及邏輯網(wǎng)絡圖方可

12、著手編制程序。OMRON 產(chǎn)品PLC 編程軟件采用CX-Programmer 中文版,整機編程共分為三大塊:數(shù)據(jù)采集換算程序、整機電氣操作系統(tǒng)程序、機上輔機設備控制部分(包括機上設備故障報警、水噴霧裝置及工業(yè)電視跟蹤等。5.1數(shù)據(jù)采集換算:數(shù)據(jù)采集又為過程控制,主要是對一系列摸擬量實施控制。模擬量是連續(xù)量,一個完整的模擬量PLC 控制,一般講其過程是:用傳感器采集信息,并把它變換成標準電信號,送給模擬量輸入單元;模擬量輸入單元把標準電信號轉(zhuǎn)換成CPU 可處理的數(shù)字信;其控制過程如圖: 本程序中主要用在機上電動機電流數(shù)據(jù)采集換算,將電機模擬量電流信號(由CT 電流變送器-模擬量輸入模塊420mA

13、 送入PLC 模擬量模塊,并通過程序計算出實際值送至觸摸屏畫面顯示,同時將數(shù)值在程序中與實際額定電流值比較輸出控制外圍繼電器起到電動機過流保護作用具體見如圖三 圖三程序分析:上圖中將CH144通道(即外圍電流輸入模擬量模塊通道號保存在DM0140中,再將DM0140通道中十進制數(shù)值轉(zhuǎn)換成BCD碼至DM0141中,根據(jù)電流輸入CT變比換算成實際值而保存在DM0800中并在觸摸屏PT畫面顯示出來。DM400及DM401指通過計算后的實際電機電流值與DM1700(設定數(shù)值比較,若DM400(或DM401大于DM1700值時,則TIM016延時常開點(延時主要避開起動瞬間電流值動作輸出模塊3005點驅(qū)

14、動繼電器輸出起到過電流保護作用。其次它還用于旋轉(zhuǎn)編碼器數(shù)據(jù)采集換算及觸摸屏數(shù)據(jù)顯示(俯仰、回轉(zhuǎn)角度及斗輪機整機位置數(shù)值等等。5.2整機電氣操作編程操作編程是工程設計法編程,就是運用自動控制理論與方法,分析與設計邏輯量輸入與輸出間的順序控制關系。其目的是弄清所控制的對象,是怎樣按要求的順序工作的。它主要有三大類型:a 分散控制 其控制命令是由分散的動作完成法反饋信號提供。b 集中控制 其控制命令是由集中控制器提供。集中控制沒有反饋信號,控制是開環(huán)的,它的次一個命令的了發(fā)出與前一個命令執(zhí)行與否無關。前一個命令不被執(zhí)行,后的命令仍照發(fā)不誤。用這一原則進行控制,其程序容易設計,效率高。缺點是它沒有反饋

15、,如果協(xié)調(diào)不好或采取的措施不當,系統(tǒng)易出現(xiàn)問題。c 混合控制 它的控制命令由集中控制器發(fā)出,而什么時候命令,則是由分散的反饋信號控制。取決于反饋的條件滿足與否。 本機操作編程主要用在設備手動操作及聯(lián)鎖操作方式,使其在這二種操作方式下啟動、停止機上各設備。手動操作作為設備調(diào)試,單獨啟動、停止設備,聯(lián)鎖操作作為設備在正常運行操作方式,各設備相互聯(lián)系的聯(lián)鎖關系,如圖五所示。 圖五程序分析:斗輪泵運行它分為手動操作和聯(lián)動操作,手動操作即在PT畫面操作,上圖中35.05、36.03點為PT上控制操作斗輪泵啟動、停止(作為設備調(diào)試用,0.14、0.02、2.11、2.05、11.08為輸入模塊外圍點號,3

16、0.05點為程序中間變量即上面所述過流保護。當手動操作時(0.14點接通,操作PT畫面啟動斗輪泵運行(35.05點接通,該點為即時通點, 11.08接通輸出,斗輪泵電機啟動,同時由35.05并聯(lián)11.08自保。當聯(lián)動操作時,即31.04點接通,當與斗輪泵聯(lián)鎖關系設備取料皮帶運行后(即2.01點接通,時間繼電器TIM012計時,計時30秒后,常開點TIM012接通,斗輪泵運行。5.3機上輔機設備控制輔機設備控制編程也是工程設計法編程,它在程序中主要用于機上水噴霧系統(tǒng)、工業(yè)電視跟蹤系統(tǒng)及與地面皮帶設備聯(lián)鎖部分等如圖六。 圖六說明:上圖為工業(yè)電視切換跟蹤程序,它分為手動切換畫面及自動切換畫面,手動切

17、換就是在PT 操作切換畫面,自動切換就是自動跟蹤設備運行(或設備故障后畫面自動切換。圖中37.00、37.05、37.02為PT 畫面點,它作為手動切換畫面。與PT 畫面點并聯(lián)的點為某設備運行后輸入點。6.觸摸屏畫面設計部分OMRON 可編程終端產(chǎn)品主要型號為NT631C ,它具有:體積小(薄形,屏厚50mm,通信電纜連接器裝在單元內(nèi)部使它們不突出于單元;畫面數(shù)據(jù)自動檢查功能(不用連接到支持工具;用一個內(nèi)存單元即可快速修改畫面數(shù)據(jù)(修改畫面可在計算機制作后存放到內(nèi)存單元,并在現(xiàn)場將內(nèi)存單元傳送至PT 即可。PT 是一個功能強大的顯示單元和自動顯示信息,同時還具有可操作控制功能。根據(jù)斗輪機設備需

18、要及特性,畫面設計總體分為一個母畫面、五個子畫面,其邏輯關系如圖: 子畫面共分三大類:一是畫面操作部分(在觸摸屏上操作各設備啟動、停止;二是各設備執(zhí)行返回狀態(tài)顯示部分(顯示設備到位位置及電源開關合、跳的狀態(tài)及數(shù)據(jù)顯示部分(顯示機上各電機運行電流、俯仰、回轉(zhuǎn)、行走位置數(shù)值;三是故障顯示及故障報警列表、歷史報警列表(顯示各設備故障指示及故障查詢等。 操作畫面設計思路: PT 畫面: 設備狀態(tài)顯示設計思路: PT 畫面: 說明:報警指示畫面指當設備在運行發(fā)生故障時,該畫面自動切至,同時操作臺旁蜂鳴器響起提醒操作人員。報警列表畫面作用為設備發(fā)生故障后記錄、查詢。 電流趨勢畫面設計思路: PT 畫面:

19、7.整機調(diào)試方案及要求為確保整機調(diào)試安全,針對機上設備特性,制定以下調(diào)試方案,具體見表二、三所示:表二斗輪機分步試運轉(zhuǎn)方案 可編程控制器應用論文 順 序 4 設備部位 設備調(diào)試步驟 技術標準 斗輪及斗臂皮 帶系統(tǒng)調(diào)試 合上斗輪泵電機、斗臂皮 帶主電源及控制電源空氣開 關。 手動操作啟動斗輪泵、及 斗臂皮帶。 斗輪泵二臺電機方向一致且各運行 指示正常。 斗輪泵熱偶設定數(shù)據(jù)正確（設定為 70A） 。 確定斗臂皮帶電機方向正確且煤控 運行指示應與現(xiàn)場一致。 斗臂皮帶熱偶設定數(shù)據(jù)正確（設定 為 100A） 。 斗臂皮帶外圍保護（拉繩、跑偏開 關）動作正常。 5 導煤槽及擋扳 系統(tǒng)調(diào)試 合上導煤槽、尾車

20、擋扳主 電源及控制電源空氣開關。 手動操作導煤槽、擋扳。 手動操作導煤槽、擋扳動作及各限 位動作正常。 電機轉(zhuǎn)向正確，且各運行指示正常 （煤控上位機指示與實際一致） 。 導煤槽、 擋扳熱偶數(shù)據(jù)設定準確 （設 定為 3A） 6 整機工業(yè)電視 系統(tǒng)調(diào)試 合上工業(yè)電視電源開關 (包括司機室監(jiān)視器電源。 手動操作切換各攝像頭畫 面 各攝像頭位置應合適且固定穩(wěn)定。 各攝像頭圖像應清淅無抖動。 起動相關設備后圖像應自動跟蹤切 換。 電氣房、司機室頂部無滲水裂，室 內(nèi)裝飾板平整、無脫落。 燈具固定牢固，布置合理。能滿足 工作現(xiàn)場所需照明亮度的要求。 司機室操作臺及樓梯照明控制按鈕 能實現(xiàn)整機照明集中控制功能

21、。 7 電氣房、司機室 及整機照明 目視電氣房、司機室 合上各照明電源開關(包 括照明控制電源 操作整機照明控制按鈕 16 / 19 可編程控制器應用論文 表三 斗輪機整機試運轉(zhuǎn)要求 順 序 1 2 內(nèi) 容 要 求 合上機上所有電源開關， 具備 整機運行條件 俯仰極限調(diào)試 操作把扳至上升，俯仰上升并一直到上極限位后俯仰 自動停止。 相反操作下降同上。 注：在俯仰動作時密切注意電纜槽盒是否與欄桿有踫 撞現(xiàn)象。 3 回轉(zhuǎn)極限調(diào)試 啟動回轉(zhuǎn)泵電機。 操作把扳至左轉(zhuǎn)后，回轉(zhuǎn)動作，并一直到左轉(zhuǎn)極限到 位后停止。 相反操作右轉(zhuǎn)同上。 注：在回轉(zhuǎn)動作時密切注意中間及相關電纜槽盒是否 有踫撞現(xiàn)象。 4 行走系

22、統(tǒng)調(diào)試 行走固定措施解除。 操作行走前進 （或后退） 檢查各組電機轉(zhuǎn)向是否一致、 ， 檢查防爬器是否全部提起。檢查各組制動器是否全部 打開。 行走前進（或后退） ，行走前進（或后退）到位后自動 停止。 注：在行走前一定要檢查拖鏈有無雜物等東西。 5 自動堆料系統(tǒng)調(diào)試 操作臺“聯(lián)動”選擇開關扳至聯(lián)動控制位置。 操作臺“堆取料”選擇開關扳至堆料控制位置。 導煤槽、擋扳自動到位（堆煤位置）后斗臂皮帶響鈴 30 秒啟動皮帶。 煤控上位機得知斗輪機運行后啟動地面皮帶，斗輪機 整機堆料工作開始。 將操作臺堆取料選擇開關扳至零位則斗臂皮帶自動停 止及#25B 皮帶緊跟停止，自動堆料調(diào)試結(jié)束 6 自動取料系統(tǒng)調(diào)試 操作臺“聯(lián)動”選擇開關扳至聯(lián)動控制位置，系統(tǒng)“聯(lián) 鎖”開關扳至聯(lián)鎖位置。 操作臺“堆取料”選擇開