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基于西门子PLC冗余系统的煤传输系统的设计.doc
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基于西门子PLC冗余系统的煤传输系统的设计.doc
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第 1 章 绪论 ..............................................................1
1.1 本课题现状及发展方向 .................................................1
1.2 煤传输技术的发展及应用。 .............................................2
1.2.1 煤传输思想的形成 ...............................................2
1.2.2 煤传输技术的发展 ...............................................2
1.3 PLC 技术的发展 .......................................................2
1.3.1 PLC 的产生 .....................................................3
1.3.2 PLC 系统的特点 .................................................3
1.4 PLC 系统在电厂煤传输系统中的应用现状 .................................3
1.5 本课题研究的主要内容 .................................................4
第 2 章 煤传输系统的研究 ................................................5
2.1 煤传输系统简介 .......................................................5
2.1.1 煤传输系统的概念 ...............................................5
2.1.2 煤传输系统的监控范围 ...........................................5
2.1.3 煤传输系统的工作任务 ...........................................5
2.2 煤传输系统的构成 .....................................................6
2.2.1 上位机人机界面系统 .............................................6
2.2.2 PLC 控制系统 ...................................................6
2.2.3 控制台、柜及附件 ...............................................7
2.2.4 设备就地操作、保护装置及信号传感器 .............................8
2.3 煤传输运煤系统的控制方式 .............................................9
2.3.1 程控自动控制方式 ...............................................9
2.3.2 联锁手动控制方式 ..............................................10
2.3.3 解锁手动控制方式 ..............................................10
2.3.4 上位机控制方式下的共有功能 ....................................10
2.3.5 就地手动控制方式 ..............................................11
2.4 煤传输配煤系统的的控制方式 ..........................................11
2.4.1 程序自动配煤控制方式 ..........................................11
2.4.2 上位机手动配煤控制方式 ........................................11
2.4.3 就地手动配煤控制方式 ..........................................12
第 3 章 PLC 在煤传输系统中的应用 .......................................12
3.1 煤传输系统中常用的 PLC ..............................................12
3.1.1 冗余配置的 PLC 系统 ...........................................12
3.1.2 常用于煤传输系统的 PLC 简介 ...................................13
3.2 SIEMENS S7 软件冗余系统的构架......................................13
3.3 SIEMENS S7 软件冗余系统的设定 .......................................14
3.3.1 软件冗余系统中的硬件组成 ......................................14
3.3.2 冗余系统中的应用软件 ..........................................15
1
3.3.3 软件冗余系统实例中的硬件及网络组态 ............................15
3.4 SIEMENS S7 软件冗余系统的用户程序编制 ...............................16
3.4.1 用户应用程序的构成 ............................................17
3.4.2 软件冗余系统实例中的用户程序 ..................................17
第 4 章:基于西门子 PLC 冗余系统的煤传输系统的设计 ..................20
4.1 工程简介 ............................................................20
4.2 煤传输系统组态方式 ..................................................20
4.2.1 系统结构 ......................................................20
4.2.2 通讯方式 ......................................................21
4.3 系统的硬件设计 ......................................................22
4.3.1 系统用到的设备的硬件选型: .....................................22
4.3.2 系统主电路分析及设计: .........................................23
4.3.3.PLC 控制系统的硬件选型机设计 ...................................24
4.4 系统软件设计 ........................................................28
4.5 监控系统的设计 ......................................................33
4.5.1 组态软件简介 ...................................................33
4.5.2 监控系统的设计 ................................................34
第 5 章 结束语 ...........................................................38
5.1 总结 ................................................................38
5.2 展望 ................................................................38
参考文献 ..................................................................40
致谢.......................................................................42
1
第 1 章 绪论
1.1 本课题现状及发展方向
对于火力发电厂而言,一般都包括三大辅助系统,即煤传输系统、水处理系统及粉灰
除尘系统。其中,煤传输系统是占地面积最大,所属设备最多、最零散,控制工艺最复杂
的一个;而煤传输系统程序控制也是创一流火力发电厂的单列项目之一。
目前,随着发电大机组的建设和投产,随着电厂对提高经济效益的不断追求,致使电
厂对煤传输系统的要求也日益提高,从硬件到软件,从自身的控制网络到外界的数据接口,
对现场执行原件、现场传感器、PLC 控制器和操作员计算机人机界面,都提出了高可靠性、
高稳定性、高灵敏度、高性价比的要求。目前,煤传输系统已经是一项相对成熟的监控技
术,从上位人机界面计算机软件、下位 PLC 系统、到现场传感器和执行机构,都有技术成
熟的产品与之配套。目前,电力系统的设计部门盲目追求煤传输系统的高可靠性、高稳定
性,所以造成了一些不必要的成本投入,主要表现在 PLC 系统的硬件冗余配置,传感原件
采用进口件,所有应用软件的平台都选用进口软件等。其实,对于煤传输系统说,PLC 系
统的软件冗余方式,完全可以满足系统连续控制的要求。
对于 SIEMENS S7-300 系统 PLC 软件冗余的方案和实现方法,在产品介绍中都有一些
必要的描述,但对于煤传输系统的具体配置和编程方式却没有系统的说明,所以就造成了
实际工程与技术理论的脱节。目前,在煤传输系统中应用 PLC 软件冗余配置的工程实例稀
少且零散,还没有人对其进行总结和系统化研究,暂时还不能形成应用领域内有成熟使用
经验的范本进行推广。不过,在不久的将来,随着电力企业建设和生产成本的不断压缩,
一定会有更多的煤传输系统需要使用 SIEMENS S7-300 系列 PLC 产品的软件冗余方案,一定
会有更多成熟的使用经验,最终使此种方式发展成为煤传输系统成熟的 PLC 成套插件。
1.2 煤传输技术的发展及应用。
2
1.2.1 煤传输思想的形成
20 世纪 80 年代初,由于我国当时自动化控制水平低下,当时的火力发电厂煤传输系
统设备只设计了现场就地操作方式进行控制。火力发电厂煤传输系统设备多且零散,一般
包括:运煤设备,如输煤皮带;运煤路线选择设备,如三通挡板;装卸煤设备,如斗轮堆
取料机;煤质净化设备,如除铁器;煤仓卸煤设备,如犁煤器;煤量计量设备,如电子皮
带秤。这些设备分布于整个输煤沿线,分散且运行环境恶劣,设备间的联锁保护功能不完
善,设备本身的维护量大,这在客观上增加了运行和检修人员的工作量和工作强度。为此,
把这些设备集中起来统一控制就成了煤传输系统的迫切需要,煤传输的早期思想也就此形
成。
1.2.2 煤传输技术的发展
20 世纪 80 年代中期,随着国外 PLC 技术在国内的推广和应用,煤传输系统具备了
向集中控制发展的技术基础。当时,煤传输系统的集中控制以 PLC 系统为控制核心,把需
要监控的信号全部引入 PLC 系统中,通过 PLC 主机的数学和逻辑运算后,输出一部分控
制信号到现场执行元件对设备进行操作,另一部分控制信号到控制室点亮模拟屏、光字牌
等操作显示终端。这就是早期煤传输系统的雏形。
20 世纪 90 年代中期到现在,煤传输系统的总体框架没有什么质的变化,只是随着自
动化技术水平的提高,细节上的变化越来越多。例如,PLC 系统由单 CPU 系统,改变到双
CPU 冗余系统;现场控制网络和上位监控网络由单网通讯,改变到双网冗余通讯等。目前,
煤传输系统已经成为一个重要的生产辅助控制系统,被广泛应用在各火力发电厂中。
1.3 PLC 技术的发展
1.3.1 PLC 的产生
在工业生产过程中,往往需要进行大量离散量数据的采集和开关量顺序控制,传统上,
3
这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。1969 年美国数字设备公司(DEC)研制出
了基于集成电路和电子技术的控制装置,首次采用程序化的手段应用于电气控制,这就是
第一代可编程序控制器,称 Programmable ,是世界上公认的第一台 PLC。
1.3.2 PLC 系统的特点
目前,随着生产自动化程度的日益提高,PLC 系统经常作为控制系统的核心进行使用,
总结起来其主要有以下几个特点:
(1)可靠性高,抗干扰能力强。PLC 由于采用现代大规模集成电路技术,采用严格的
生产工艺制造,内部电路采取了先进的抗干扰技术,具有很高的可靠性。
(2)配套齐全,功能完善,适用性强。PLC 发展到今天,已经形成了大、中、小各种
规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外,现代 PLC
大多具有完善的数据运算能力,可用于各种数字控制领域。(3)易学易用,深受工程技术
人员欢迎。PLC 作为通用工业控制计算机,是面向工矿企业的工控设备。它接口容易,编
程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当
接近,只用 PLC 的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。
(5)体积小,重量轻,能耗低。以超小型 PLC 为例,新近出产的品种底部尺寸小于
100mm,重量小于 150g,功耗仅数瓦。
1.4 PLC 系统在电厂煤传输系统中的应用现状
目前,PLC 系统作为电厂煤传输系统的控制核心,已经得到了用户的认可和大范围的
推广,总结其使用情况大致可归纳为如下几类:
(1)单机冷备、单网冷备系统。PLC 系统中只设置一个 CPU 主机,各 PLC 的 I/O 站之
间只靠一根通讯电缆连接,当 CPU 或通讯网络故障时,都必须把整个控制系统停下来,更
换 CPU 或通讯网络。此种工作方式可靠性低,不能保证系统的不间断运行,但投资很低。
(2)单机冷备、双网冗余热备系统。此类配置的 PLC 系统,虽然网络通讯采用冗余
热备方式,但只设置一个 CPU 主机,一旦 CPU 故障,就必须把整个控制系统停下来,更
换 CPU。因此,该工作方式的网络通讯可靠性很高,但整个系统的可靠性改变不大,也不
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