目录
第一章 前言 .............................................................................................................. 1
1.1 锅炉系统概述 ............................................................................................. 1 1.2 锅炉输煤研究意义 ..................................................................................... 1 第二章 系统方案设计 ............................................................................................... 3
2.1 设计内容及目标 ......................................................................................... 3 2.2 设计要求 .................................................................................................... 3 2.3 设计方案 .................................................................................................... 4
2.3.1 设计信号说明 .................................................................................. 4 2.3.2 输煤机组运行过程 .......................................................................... 5 2.3.3程序流程图 ...................................................................................... 6 2.3.4 上位机监控 ..................................................................................... 7
第三章 下位机设计 ................................................................................................... 8
3.1 硬件电路设计 ............................................................................................. 8
3.1.1 系统控制主电路图设计 ................................................................... 8 3.1.2 电器元件的选择 .............................................................................. 9 3.1.3 I/O地址分配 ................................................................................... 9 3.1.4 PLC控制电路接线图 ....................................................................... 10 3.2 软件设计 ................................................................................................... 11
3.2.1 顺序功能图 .................................................................................... 11 3.2.2 程序设计 ........................................................................................ 12
第四章 上位机界面设计 .......................................................................................... 16
4.1 组态软件简介 ............................................................................................ 16 4.2 上位机监控画面的设计 ............................................................................. 17
4.2.1 新建工程 ........................................................................................ 17 4.2.2 通道连接 ........................................................................................ 21 4.2.3 定义设备变量 ................................................................................. 24 4.2.4 画面设计 ........................................................................................ 26 4.2.5 建立动画连接 ................................................................................. 29 4.2.6 配置运行系统 ................................................................................. 31
第五章 调试 ............................................................................................................ 32
5.1 设置PLC通信 ............................................................................................ 32
5.1.1 设置PG/PC接口 ............................................................................. 32 5.1.2 设置通信 ........................................................................................ 33 5.1.3 系统块参数设置 ............................................................................. 34 5.2 设置组态王通信 ........................................................................................ 35 5.3 调试中的问题 ............................................................................................ 35 5.4 调试结果 ................................................................................................... 36 结束语...................................................................................................................... 37 参考文献 .................................................................................................................. 38 致 谢 ..................................................................................................................... 39 附录1：PLC梯形图程序 .......................................................................................... 40 附录2：设计过程结果图 ......................................................................................... 47
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第一章 前言
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。
1.1 锅炉系统概述
锅炉是化工、炼油、发电等工业生产过程中必不可少的重要的动力设备，它所产生的高压蒸汽，既可作为风机、压缩机、大型泵类的驱动的动力源，又可作为蒸馏、化学反应、干燥和蒸发等过程的热源。随着工业生产规模的不断扩大、生产设备的不断革新，作为动力和热源的锅炉，亦向着大容量、高效率发展。为了确保安全、稳定生产，锅炉设备的控制系统就显得更加重要。
输煤系统是整个系统的第一关。燃料是工厂安全经济生产，全面完成任务的物质基础，没有了燃料，一切将无从谈起。燃料费用占成本的75%左右，这就奠定了输煤系统是工厂经营管理的重要组成部分，也是安全生产管理的主要环节。随着能源供需矛盾的发展变化，输煤系统的地位显得更加重要。
1.2 锅炉输煤研究意义
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[2]、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。
传统的输煤系统是一种基于继电接触器和人工手动方式的半自动化系统。由于输煤系统现场环境十分恶劣，不仅极大损害了工人的身体健康，而且由于输煤系统范围大，经常有皮带跑偏、皮带撕裂及落煤管堵塞等等麻烦，大大降低了发电厂的生产效率。随着发电厂规模的扩大，对煤量的需求大大提高，传统的输煤系统已无法满足发电厂的需要。
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随着生产过程的控制规模不断增大，运行参数越来越高，生产设备及其相应的热力设备和系统更加复杂。输煤系统是热力系统的重要组成部分，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，而整个输煤过程往往采用远程控制，这就对自动控制系统的设计提出了更高的要求，传统方法不能得到满意的测控效果。因此，在输煤系统中往往选择比较有优势的PLC（可编程控制器）控制系统，使整个控制过程具有正常运行、事故处理、参数监测、故障报警、装置调控、危险保护等功能。由于PLC控制器优越的控制性能和高度可靠性,使得其在工业自动化生产领域的应用越来越广泛[3]。通过对PLC的应用，对锅炉的配煤系统进行了设计，对原有的传统手动配煤方式进行了优化和改进。本课题的主要目标是改变以往配煤系统的传统手动配煤方式，提高运行人员工作效率，从煤源上进行筛选比控制，解决锅炉的配煤问题，提高锅炉的燃煤效率和经济效益。通过利用PLC实现锅炉输煤机组的自动控制[4]，可以提升输煤技术的自动化水平，尽可能的降低煤损耗，提高煤的利用率，从而提高生产效益。.
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第二章 系统方案设计
2.1 设计内容及目标
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。
磁选料器输煤方向YA(15kVA)给料器送煤机P1破碎机M4(5kW)提升机输煤方向送煤机P2煤送至卸煤仓M1(3kW)M2(3kW)M3(13kW)煤回收方向M5(75kW)回收机P2M6(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；能够对对电控系统的各个运行环节进行监控；能够对突发故障进行报警显示。
2.2 设计要求
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。
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2.3 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，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。
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2-1。
表2-1输煤机组控制信号说明
文字 符号 SA1-1 输煤机组手动控制开关 SA1-2 输煤机组自动控制开关 SB1 输煤机组自动开车按钮 SB2 输煤机组自动停车按钮 SB3 输煤机组紧急停车按钮 SB4 给料器和磁选料器手动按钮 SB5 送煤机P1手动按钮 SB6 破碎机手动按钮 SB7 提升机手动按钮 SB8 送煤机P2手动按钮 SB9 回收机手动按钮 FR M1～M6，YA过载保护信号 输 入 说 明 文字符号 KM1 KM2 KM3 KM4 KM5 KM6 HL1 HL2 HL3 HA 输 出 说 明 给料器和磁选料器接触器 1#送煤机接触器 破碎机接触器 提升机接触器 2#送煤机接触器 回收机接触器 手动运行指示灯 紧急停车指示灯 系统运行状态指示灯 报警电铃 4