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基于组态软件的锅炉车间输煤机组控制系统设计-大学论文.doc
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2023-07-01
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基于组态软件的锅炉车间输煤机组控制系统设计-大学论文.doc
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I
摘 要
随着我国经济的发展,资源和环境矛盾同趋尖锐,使我国的现代化建
设面临严峻挑战。作为供热系统重要能源转换设备的燃煤锅炉能耗巨大,
占我国原煤产量的三分之一左右。然而,我国目前很多自动运行的锅炉控
制系统自动化水平不高、安全性低,工作效率和环境污染普遍低于国家标
准,因此实现锅炉的计算机自动控制具有重要的意义。本文基于西门子公
司的S7-200 PLC设计了锅炉输煤机组控制系统。该系统包括下位机控制和
上位机控制两部分,下位机控制系统采编用CPU224模块作为控制系统的
核心。采用V4.0 STEP 7 Micro/WIN程软件,进行PLC程序设计;选用组态
软件“组态王6.53”进行上位机监控画面设计。
关键词:PLC 输煤 皮带传送 组态王
II
目 录
1 引言 .......................................................................................................1
2 设计内容和要求 ....................................................................................1
3 设计方案 ...............................................................................................2
3.1 设计信号说明...............................................................................3
3.2 输煤机组运行过程 .......................................................................3
4 硬件电路设计 ........................................................................................4
4.1 系统控制主电路图设计 ................................................................4
4.2 电器元件的选择 ...........................................................................5
4.3 I/O 地址分配 ................................................................................6
4.4 PLC 控制电路接线图 ...................................................................7
5 软件设计 ...............................................................................................8
5.1 顺序功能图 ..................................................................................8
5.2 程序设计 ......................................................................................9
6 系统组态设计 ......................................................................................10
6.1 组态软件简介 .............................................................................10
6.2 定义设备变量 .............................................................................11
6.3 建立动画连接 .............................................................................13
6.4 配置运行系统 .............................................................................15
设计心得 ...................................................................................................17
参考文献 ...................................................................................................18
附录 1:PLC 梯形图程序 ..........................................................................19
附录 2:组态王应用程序命令语言............................................................27
0
1 引言
锅炉是工业生产或生活采暖的供热源,按其供热的方式分为蒸汽和热水两种。
前者主要用于发电、工业生产及间接供热;后者主要用于生活供暖和生活热水,多
用于集中供暖地区及宾馆、饭店等。从 80 年代石横工程[1]全套引进第一台 300MW
机组[1]到至今,锅炉厂房控制系统、控制思路发生了很大的变化,其设计逐渐成熟。
由原来的继电器实现控制功能转化为用 PLC 实现控制功能。随着电力系统市场的开
放,减人增效越来越得到工厂包括各级领导的重视,如何优化车间的控制已成为每
个工程所必须面临的问题。
所谓锅炉输煤系统,是指从送煤开始,一直到将合格的煤块送到原煤仓的整个
工艺过程,它包括以下几个主要环节:给煤生产线、选煤、皮带运输系统、破碎与
提升、回收系统以及一些辅助生产环节。本设计中主要研究的是其中的输煤系统部
分,即煤块从给煤机传输到原煤仓的过程。
2 设计内容和要求
本项目要求输煤机组主要由 6 台三相异步电动机 M1~M6 和一台磁选料器 YA
组成,最终实现对锅炉的输煤机组的运行控制,具备开车、停车的自动和手动控制功
能,需具备提醒、保护和紧急停车功能。此外要对供煤机组的运动过程实时监控,
在突发故障或意外情况是给予显示以便操作人员对系统故障能够及时排除,此次设
计基于以上控制目的。此外在操作台还将有一台触摸屏来监控电控系统运行的各个
过程参数。输煤机组控制系统示意图如图 2-1 所示。
输煤方向
给料器
磁选料器
送煤机P1 破碎机
提升机
煤回收方向
送煤机P2
输煤方向
煤送至卸煤仓
回收机P2
YA(15kVA)
M1(3kW)
M2(3kW) M3(13kW)
M4(5kW)
M5(75kW)
M6(3kW)
图 2-1 输煤机组控制系统示意图
锅炉车间输煤机组控制设计是根据工业锅炉供煤工艺要求进行设计的,其在工
业生产中的主要任务是:能够对电机进行启停,手/自动,紧急停车等基本控制要求。
针对以上设计目标,为了保证输煤系统的正常、可靠运行,该系统应满足以下
1
具体要求:
(1)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。
3 设计方案
本控制系统是基于 PLC 控制的设计,并且输煤系统的故障判断是建立在实时监
控的基础上的。首先它的硬件部分属于电气控制,软件部分是利用 PLC 的软件编程
对其进行控制
[6]
,同时利用组态软件建立上位机监测画面,通过与 PLC 的通信对运
行系统进行实时监测和控制。系统总体设计框图如图 3-1 所示。
P
L
C
控
制
器
上位机监控
接触器
电机
接触器
磁选料器
指示灯
报警电铃
手动控制
自动控制
紧急停车
过载保护
图 3-1 系统设计总体框图
2
3.1 设计信号说明
输煤机组的拖动系统由 6 台三相异 步 电 动 机 M1~M6 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,SB4~SB9 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,提示在输煤机组附近的工作人员,输煤机准备起动请注意安全。HL1 为
手动运行指示,HL2 为紧急停车指示,HL3 为系统运行状态指示。为保证输煤机组
输煤顺畅,开车采用逆煤流方向启动,停车时按顺煤流方向停车。输煤机组的控制
信号说明见表 3-1。
表 3-1 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
SA1-1
输煤机组手动控制开关
KM1
给料器和磁选料器接触器
SA1-2
输煤机组自动控制开关
KM2
1#送煤机接触器
SB1
输煤机组自动开车按钮
KM3
破碎机接触器
SB2
输煤机组自动停车按钮
KM4
提升机接触器
SB3
输煤机组紧急停车按钮
KM5
2#送煤机接触器
SB4
给料器和磁选料器手动按钮
KM6
回收机接触器
SB5
送煤机 P1 手动按钮
HL1
手动运行指示灯
SB6
破碎机手动按钮
HL2
紧急停车指示灯
SB7
提升机手动按钮
HL3
系统运行状态指示灯
SB8
送煤机 P2 手动按钮
HA
报警电铃
SB9
回收机手动按钮
FR
M1~M6,YA 过载保护信号
3.2 输煤机组运行过程
1.手动开车/停车功能
SA1 手柄指向左 45º时,接点 SA1-1 接通,通过 SB4~SB9 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 45º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;10s 后送煤机 P2 电动机 M5 电动机起动运行;10s 后提升电动机 M4 起动运行;
10s 后破碎电动机 M3 起动运行;10s 后送煤机 P1 电动机 M2 起动运行;10s 后给料
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