锅炉车间输煤机组控制系统设计

摘要设计说明了锅炉自动输煤系统的基本构成及特点，通过对基于继电器锅炉输煤系统和基于PLC的锅炉输煤系统对比论证，分别阐述其优缺点并且根据控制要求，本设计采用PLC控制，实现自动化控制。用PLC输煤程控系统，不仅实现了设备运行的自动化管理和监控，提高了系统的可靠性和安全性，而且改善了工作环境，提高了企业经济效益和工作效率。PLC不仅能实现自动化控制，还具有快速响应，便于维修等诸多特点，比一般的继电器接触器控制系统优越了很多。关键词：锅炉自动输煤系统、PLC、自动化目录第1章选题背景与课设要求...................................................11.1选题背景...................................................11.2设计内容及要求......................................................1第2章方案论证...................................................32.1PLC控制系统设计的原则和方法........................................32.2方案的确定..........................................................3第3章PLC控制系统设计.............................................33.1硬件系统设计........................................................33.1.1控制系统主电路图设计..........................................33.1.2电器元件的选择................................................43.2软件系统设计........................................................53.2.1I/O地址分配表................................................53.2.2PLC控制电路接线图...........................................63.2.3系统工作流程图................................................73.2.4梯形图........................................................9第4章系统调试...................................................16第5章设计心得...................................................17参考文献.........................................................171第1章选题背景与课设要求1.1选题背景煤是我们生产生活中的重要原料。输煤系统是锅炉车间燃料供应的有力保证。输煤机组工作效率的提高是整个工艺过程的关键因素，但整个输煤过程往往采用远程控制，这就对自动控制的设计提出了很高的要求，因此，在输煤系统中我们选择PLC控制系统，使整个控制过程具有正常运行、事故处理、故障报警、装置调控、危险保护等功能。输煤系统的主要特点有：1.系统设备多。设备种类多。设备数量多。2.系统分部广。3.系统故障点多。4.工艺流程复杂。之前用的继电器控制有着十分明显的缺点：体积大、耗电多、可靠性、寿命短、运行速度慢，尤其当生产工艺发生变化时，就必须重新设计、重新安装，造成时间和资金的严重浪费。为了改变这一现状，PLC控制系统产生了。PLC的优点是：可靠性高，耗电少，适应性强，运行速度快，寿命长等，为了进一步提高输煤机的功能和性能，我们选择用PLC来控制输煤机组这个课题。1.2设计内容及要求本课程设计任务主要是锅炉车间输煤机组系统的设计，有多个电动机带动，具体内容如下:输煤机组控控制系统示意图如图1-1所示。图1-1输煤机组示控制系统意图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。HA为开车/停车时讯响器，提示物煤机准备起动请注意安全。HL1～HL6为Ml～M6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2统运行正常指示，HL10为系统故障指示。输煤机组控制要求如下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，电动机M6-M1逆序启动起动运行，并点亮指示灯HL6-HL1；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，电动机M1-M6顺序停车并熄灭HL1-HL6指示灯，同时，熄灭HL9系统正常运行指示灯；并熄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M1～M6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SB3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M1～M6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。相关设备参数如下：(1)M1-M6及磁选料器YA。(2)指示灯HL：0.25W，DC24V。(3)电铃HA：8W，AC220V。输煤机组控制信号说明：输煤机组是一种为锅炉供煤的设备,它的稳定可靠工作直接关系到整个锅炉的正常运行.所以要进行输入输出信号进行详细说明,详细情况见下表: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KM21#送煤机接触器3SB1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KM52#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SB51#送煤机按钮HL7手动运行指示灯SB6破碎机手动按钮HL8紧急停车指示灯SB7提升机手动按钮HL9系统正常运行指示SB82#送煤机手动按钮HL10系统故障指示灯SB9回收机手动按钮HA报警电铃KMM1-M6,YA运行正常信号HL1-HL6输煤机组单机运行指示FRM1-M6过载保护信号表1-1输煤机组控制信号说明第2章方案论证2.1PLC控制系统设计的原则和方法对于电气控制设备，任何PLC控制系统的设计都是在控制方式和电动机技术数据确定以后进的是设备控制要求和工艺流程的具体化。PLC控制系统设计应该遵循以下原则：1）应最大限度地满足生产机械的工艺要求，并能根据需要方便地进行修改。2）容易掌握，便于操作。3）整个PLC控制系统及控制电路安全可靠，简单，具有较高的性能价格比。4）合理地选择PLC机型及电器元件。2.2方案的确定由于该系统控制输入点数较多，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，SB4～SB9分为6个电动机控制按钮。输出点数也较多，如果采用继电-接触器控制方式，控制电路将会很复杂，而且可靠性难保证。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。第3章PLC控制系统设计3.1硬件系统设计3.1.1控制系统主电路图设计按照设计要求，给料器M1、1#送煤机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-M64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。主电路图见图3-1.图3-1锅炉车间输煤机组系统主电路图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。4)QF为电源总开关，既可完成主电路的短路保护，又起到分断三相交流电源的作用，使用较为方便。3.1.2电器元件的选择（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系列PLC硬件配置灵活，既可以用一个单独的S7-200CPU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。（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-Q0.75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，首先采用一个EM222的8继电器输出；扩展模块EM222的I/O地址范围是Q2.0-Q2.7,不能满足控制要求，又因为CPU224能够扩展7个模块，因为控制要求输出有21个，另需一个EM223的DI4/DO4*DC24V/继电器；扩展模块EM223的I/O地址范围是Q3.0-Q3.3，满足系统控制要求。本机与扩展连接形式见图3-2模块连接图。图3-2模块连接图3.2软件系统设计3.2.1I/O地址分配表对软件设计来说，分配I/O点地址以后才可以进行编程，才可以绘制电气接线图、装配图，根据接线图和安装图安装控制柜。由上硬件系统的选择可知控制系统由一个CPU224及两个扩展模块EM222,EM223,各模块各分配地址如下:CPU224基本单元的I/O地址如下：I0.0I0.1、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第一个扩展模块EM222的I/O地址：Q2.0、Q2.1、Q2.2、Q2.3、Q2.4、Q2.5、Q2.6、Q2.7第二个扩展模