基于PLC控制的锅炉自动输煤系统标准设计.doc

摘 要
本论文关键是以锅炉自动输煤系统为研究对象，自动输煤系统出现不仅仅处理了在锅炉输煤过程中只能使用人力现实状况，也处理了工作强度大、工作时间长问题。论文首先简述了锅炉概况，对自动输煤系统工艺步骤进行分析设计，然后对输入输出点进行分配,设计了主电路，对PLC进行分析选择，最终画出梯形图。经过对原有锅炉输煤系统控制方面存在问题进行分析，采取PLC控制系统选择日本三菱F1-30MR型PLC，经过硬件选择，软件调试，实现整体控制系统结构合理，运转良好目标。个机械之间均包含安全连锁保护控制共嫩：系统输煤电机启停有严格控制次序，相互间有对应联锁互动关系，当启停某台输煤系统设备时。从该设备下面步骤最终输煤设备开始向上逐层启用，最终才能使该台设备开启；当停止某台输煤设备或某台设备故障时，从该设备上面步骤源头给煤设备开始向下逐层停机，左后才能使该台设备停止。这么就确保了上煤传输正常运行在线控制煤流量，避免了皮带上煤堆积，也保护了皮带。PLC控制系统硬件设计布局合理，工作可靠，操作，维护方便，工作良好。用PLC输煤程控系统。用PLC来对锅炉输煤系统进行控制。锅炉输煤系统，是指从卸煤开始，一直到将合格煤块送到煤仓整个工艺过程，它包含以下多个关键步骤：卸煤生产线、煤场、输煤系统、破碎和筛分、配煤系统和部分辅助生产步骤。本设计中关键研究是其中输煤系统部分，即煤块从给煤机传输到原煤仓过程。采取了次序控制方法。不仅实现了设备运行自动化管理和监控。提升了系统可靠性和安全性，而且改善了工作环境，提升了企业经济效益和工作效率。所以PLC电气控制系统含有一定工程引用和推广价值。

关键词：PLC；自动输煤系统；煤料 自动控制

目 录
绪论 ………………………………………………………………………………… 4
第1章 输煤电控系统概况……………………………………………………… 5
1.1 锅炉概述 ……………………………………………………………… 5
1.2自动输煤系统工艺过程………………………………………….5
第2章 输煤系统硬件电路设计……………………………………………… 7
2.1输入和输出点地址分配及设备选择……………………………………...7
2.2 主电路设计………………………………………………………….…10
2.3 PLC控制电路设计…………………………………………………..11
第3章 输煤系统软件控制设计………………………………………………12
3.1系统控制步骤图………………………………………………………...12
3.2 梯形图…………………………………………………………………13
3.3 指令表………………………………………………………….16
总结…………………………………………………………………………..18
致谢………………………………………………………………………………..19
参考文件………………………………………………………………………….20

绪 论
锅炉自动输煤系统关键任务就是实现对煤料输送、除杂、破碎、提升等工作过程，以达成按时保质保量为机组（原煤仓）提供原煤目标。整个输煤控制系统是锅炉安全可靠运行十分关键支持系统，它是确保系统正常运行关键条件。因为输煤控制系统在整个锅炉控制中心中关键性，且工作时间长、煤场面积大、工作环境恶劣、人工作业通讯难以通畅，利用现代技术可编程逻辑控制器（PLC）和现代总线网络通讯实现其控制功效。PLC是八十年代发展起来新一代工业控制装置，是自动控制、计算机和通信技术相结合产物，是一个专门用于多种工业生产过程自动控制现场设备。因为控制对象复杂性，使用环境恶劣性和运行长久连续性，使PLC在设计上有自己显著特点：可靠性高，适应性广，含有通信功效，编程方便，结构模块化。
自动输煤控制系统有程序控制、连锁手动、解锁手动三种控制方法。程序控制为系统最好控制方法，设备空载运行时间最短，操作员操作步序最少。连锁手动方法是对要开启步骤中设备按逆煤流方向一对一开启，按顺煤流方向一对一停车，设备保护动作均同自动控制方法。解锁手动是在设备间解除了连锁关系情况下，一对一开启设备，此方法绝不可带负载运行，因设备已经不存在联跳功效。锅炉输煤控制系统各关键任务就是卸煤，堆煤、上煤和配煤。已达成按时保质保量为机组提供燃煤目标。整个输煤系统是锅炉安全可靠运行十分关键支持系统，她是确保机组满发关键条件。基于输煤控制系统过载整个锅炉控制中心关键性，且煤场面积大，工作环境恶劣，人工作业通讯难以通畅，在故障停机情况下，可操作上位机急停按钮或同时按空盒子台右侧红色急停按钮，它将使现场全部运行中格收控设备立即停机。

第1章 输煤电控系统概况
1.1锅炉概况
锅炉燃料多分为煤和燃油，还有天然气等。按其蒸发能力大小可分为三类：小型锅炉、中型锅炉、大型锅炉。锅炉共有六大系统：点火系统、燃料配给系统、燃煤系统，水循环系统，补水系统，送引风系统。从控制角度，锅炉特点及注意事项以下：
(1)设备相互之间往往有一定时间限制控制次序。如点火时，给水泵先开启，然后除渣；引风机起动数秒后鼓风机开启；停炉时，先停鼓风和炉排，数秒后停引风和和除渣，最终停水泵。
(2)设备间往往有连锁 如给煤机和运输机、碎煤机；又如鼓风和引风机。
(3)设备间往往有联动，如锅炉故障时，汽泡极低水位；蒸汽压力过高时，应自动停止排风、炉排，起停给水泵等。
(4)通常锅炉属于二级负荷，无起动给水蒸汽锅炉，以补水定压高温热水锅炉给水泵应确保可靠供电。
(5)每台锅炉宜单独设置控制屏，宜由锅炉配套、宜设集控室，并将其置和室内。
(6)线缆宜穿金属管及金属桥架，必需注意敷设时和高温设备间距。
(7)锅炉间、除氧间、水处理和风机间，顶层料仓等检修照明，宜采取12V安全电压。
1.2 自动输煤系统工艺过程
1) 输煤系统组成
输煤系统组成图1-1所表示煤料经人工或抓煤机构送给给料器。给料器将煤料送到送煤机P1上皮带上，煤料随送煤机皮带进去破碎机上，皮带上有磁选料器，磁选料器目标是将煤料中杂质铁去除掉。送入破碎机中大块煤被破碎机打坏变成能够轻易使用小快煤，经过破碎煤料在经提升机运到高处，在经过送煤机P2将煤送至卸煤仓或直接送入锅炉中。控制系统对整个步骤进行控制，经过现场采样反馈和报警系统决定系统启停。

图1-1 输煤系统组成示意图
1、给煤间；2、提升机；3、送煤机P2；4、运转间; 5、破碎机；6、磁选料器；
7、送煤P1；8、受煤坑；9、给料器、电磁铁门、堵煤振动器；10、受煤斗
2) 输煤机工作过程
因为被控制对象使用环境特殊性和运行时间长久连续性，据供煤系统要求，步骤开启时，只按逆煤流方向逐台开启 开车次序：送煤机P2→提升机→破碎机→送煤机P1→给煤器→电磁铁门→堵煤振动器。当系统停车时，过程按顺煤流方向图1-2逐台停机，停车次序和开车次序相反。

图1-2 输煤机工作过程示意图

第2章 输煤系统硬件控制设计
2.1 输入和输出点地址分配及设备选择
1) 输入点确定
输煤系统中分为自动和手动两个部分，分别由旋转开关SA1-1、SA1-2控制，在整个过程中还需要有自动开车按钮、自动停车按钮、紧急停车按钮，分别用SB1、SB2、SB3表示。在手动控制中控制电动机按钮分别由SB4、SB5、SB6、SB7、SB8表示。在系统中有正常运行信号和过载保护信号装置分别由KM、FR表示。总而言之自动输煤系统输入端点需要12个。
2) 输出点确定
在输煤系统中有五台电动机分别由五个接触器控制，分别由KM1、KM2、KM3、KN4、KM5表示。在系统中各个电动机运行又有相对应单机运行指示灯HL1、HL2、HL3、HL4、HL5来指示。当系统开始运行或停止时报警电铃示警，报警电铃由HA表示。当按下自动开车按钮、自动停车按钮、紧急停车按钮时,相对应紧急停车指示灯、正常运行指示灯、故障指示灯指示，其分别由HL7 、HL8、HL9表示。总而言之自动输煤系统输出端点需要15个。
3) PLC选择
三菱企业FN系列PLC吸收了整体式和模块式可编程序控制器优点，它基础单元、扩展单元和扩展模块高度和宽度相同。它们相互连接不用基板，仅用扁平电缆连接，紧密拼装后组成一个整齐长方体。其体积小，很适适用于在机电一体化产品中。
在FX系列中，FX2N是其中功效最强、速度最快微型可编程序控制器。FX2N有3000多点辅助继电器，1000点状态继电器、200多点定时器、200点16位加计数器、35点32加/减计数器、8000多点16位数据寄存器、128点跳步指针、15点中止指针。这位应用程序设计提供了丰富资源。所以本文选择FX2N系列可编程控制器。
在选择PLC中FX2N是FX系列中功效最强，速度最快微型可编程序控制器。在输煤系统中确定使用13个输入端口和15个输入端口，又考虑到需要备用端口，所以选择三菱FX2N-48MS-001来完成硬件结构配置。
4) I/O分配表
由上述内容分析可知,共需要输入端点12个和输出端点15个,具体PLC分配如表2-1所表示：自动输煤系统是由五台三相异步电动机M1~M5和一台磁选料器YA组成,SA1为自动/手动转换开关,SB1和SB2为自动开车/停车按钮,SB3为事故紧急停车按钮,SB4~SB8为五个控制按钮。HA为开车/停车电铃示警,用来提醒在输煤机周围工作人员注意安全。八个指示灯HL1、HL2、HL3、HL4、HL5、HL7 、HL8、HL9，关键用于各电动机运行或停止指示。
表2-1 自动输煤系统输入/输出点地址分配表
输入
输出
1
SA1-1
系统手动控制开关
X0
KM1
给料器和磁选料器接触器
Y0
2
SA1-2
系统自动控制开关
X1
KM2
送煤机P1接触器
Y1
3
SB1
自动开车按钮
X2
KM3
破碎机接触器
Y2
4
SB2
自动停车按钮
X3
KM4
提升机接触器
Y3
5
SB3
紧急停车按钮
X4
KM5
送煤机P2接触器
Y4
6
SB4
给料器和磁选料器手动按钮
X5
HL1
给料器和磁选料器接触器运行指示
Y5
7
SB5
送煤机P1手动按钮
X6
HL2
送煤机P1运行指示
Y6
8
SB6
破碎机手动按钮
X7
HL3
破碎机运行指示
Y10
9
SB7
提升机手动按钮
X10
HL4
提升机运行指示
Y11
10
SB8
送煤机P2手动按钮
X11
HL5
送煤机P2运行指示
Y12
11
KA
磁选料器运行正常信号
X12
HA
报警电铃
Y13
12
FR1-FR5
电机过载保护信号
X13
HL6
手动运行指示灯
Y14
13

HL7
紧急停车指示灯
Y15
14

HL8
正常运行指示灯
Y16
15

HL9
故障指示灯
Y17

5)关键设备选择
A、电动机选择
依据实际考察估算，选择电动机型号为：
给料器、破碎机选择Y132S1-2，功率5.5KW，额定电压380V、额定电流11.1A。送煤机P1、送煤机P2，提升机选择Y225M-2,功率为45KW，额定电压380V、额定电流83.9A。
B、熔断器选择
熔断器熔体额定电流Ier选择必需满足下列条件：
熔体在线路中或电动机正常工作时不应熔断需满足：
Ier ≥ Ijs
式中Ijs为正常运行时流经熔体工作电流。对于单台电动机支线，Ijs就是
电动机额定电流（A）；
熔体在电动机开启时不应熔断需满足：
Ier ≧
式中为躲开电动机开启电流计算系数，其值和电动机开启情况（轻载或重载开启）、熔断器型号特征及熔体额定电流Ier值得大小因数相关。
依据上述条件，经查《工业企业供电》中表3-3，《电力工程电气设备手册》经计算所选对应熔断器。保护给料器、破碎机对应熔断器为RL1 50/30，保护送煤机P1、提升机、送煤机P2对应熔断器为RL1 200/150。
C、接触器选择
依据要求接触器选择SUNWORLD CJ20系列220V交流接触器，接触器适适用于不间断工作制，断续周期工作制，各设备所选对应接触器为给料器、破碎机对应接触器为CJ20-25型号，送煤机P1、提升机、送煤机P2对应接触器为J20-100型号。
D、继电器选择
电动机M1、M2、M3、M4、M5分别由继电器FR1、FR2、FR3、FR4、FR5来实现过载保护，使用中应该考虑电动机工作环境、开启情况、负载性质等原因具体应按以下多个方面来选择。
（1）依据被保护电动机实际开启时间选择6倍额定电流下含有对应可返回时间热继电器。通常热继电器可返回时间大约为6倍额定电流下动作时间50%~70%。
(2) 热元件额定电流通常可按式2-1确定
In= (0.95~1.05) Imn （2-1）
式中：In为热元件额定电流，Imn为电动机额定电流
依据电动机额定电流可选择给料器、破碎机所对应热继电器选择TR16-20/3D型号，送煤机P1、提升机、送煤机P2对应热继电器选择TR16-150/3型号。
E、电铃和指示灯选择
其中指示灯功率选择为0.25KW，电铃HA选择为8W,电源全部为交流电220V。
2.2 主电路设计
依据系统需要设计出电路图2-1所表示

图2-1 锅炉车间运煤机组系统主电路图
1)给料器、送煤机P1、破碎机、提升机、送煤机P2电动机分别为M1、M2、M3、M4、M5，它们分别由继电器FR1、FR2、FR3、FR4、FR5来控制实现电途经载保护。
2)QF为电源总开关，电源总开关既能够完成主电路短路保护，又起到分段三相交流电源作用，而且电源总开关使用和维护也很方便。
3)熔断器FU1、FU2、FU3、FU4、FU5分别实现系统中各负载回路短路保护。当发生过载时熔断器断掉，使系统不能工作。
4)主电路中接触器KM1、KM2、KM3、KM4、KM5分别控制三相异步电动机M1、M2、M3、M4、M5。
2.3 PLC控制电路
绘制PLC控制电路接线图以下图2-2所表示:

图2-2 PLC控制电路接线图

第3章 输煤系统软件控制设计
3.1 系统步骤图
依据输煤系统控制要求，建立自动输煤系统步骤图，以下图所表示，表示出各控制对象动作次序，相互制约关系。在明确PLC寄存器空间分配，进行控制程序设计，包含主程序编制，其它各功效子程序编制，其它辅助程序编制等。

图3-1 系统自动控制步骤图
1)正常开车 当按下系统自动开车按钮X2，报警电铃运行10S，送煤机P2电动机运行，对应单机运行指示灯HL1点亮，并延时10S；10S后，提升机电动机运行，对应单机运行指示灯HL2点亮，并延时10S；10S后，破碎电动机运行，对应按钮单机运行指示灯HL3点亮，并延时10S;10S后，送煤机P2电动机运行，对应单机运行指示灯HL4点亮，并延时10S；10S后，给料器和磁选料器电动机运行，对应单机运行指示灯HL5点亮，并延时10S；10S后，点亮系统正常运行指示灯HL6，输煤系统正常运行。
2)正常停车 当按下系统自动停车按钮X3, 报警电铃运行10S, 延时10S后，给料器和磁选料器电动机停车，对应单机运行指示灯HL5熄灭，并延时10S。10S后，送煤机P2电动机停车，对应单机运行指示灯HL4熄灭，并延时10S。 10S后，破碎电动机停车，对应单机运行指示灯HL3熄灭，并延时10S。 10S后，提升机电动机停车，对应单机运行指示灯HL2熄灭，并延时10S。 10S后，送煤机P2电动机停车，对应单机运行指示灯HL1熄灭，并延时10S，输煤机组全部正常停机。
3)过载保护 输煤系统中有三相异步电动机M1~M5，每台电动机全部有相对应过载保护装置热继电器，在系统中电动机假如发生故障必需立即全线停车，来保护电动机不被损害，停车后系统故障指示灯HL9，HA电铃连续报警20S，HL9一直亮到故障处理完成后，继续正常开车，恢复正常生产。
4)紧急停车 在输煤系统中，可能会有很多事故发生，假如不立即处理话，会造成很大损失，所以在系统中还需要设置紧急停车按钮，预防事故扩大化。当按下紧急停止按钮时，整个系统必需立即停止运行，HA报警电铃连续10S停止，相对应指示灯HL7连续闪亮，输煤系统停止。
5)系统正常运行指示 输煤系统假如正常运行时HL8点亮。
3.2 梯形图
依据自动输煤系统要求，画出梯形图图3-2所表示：0~44为主程序，45~80为保护程序，81~222为自动程序。

图3-2 梯形图

3.3 指令表

0 LD X001
1 CJ P0
4 LD X000
5 OUT Y014
6 MPS
7 AND X005
8 OUT Y000
9 OUT Y005
10 MRD
11 AND Y006
12 OUT Y001
13 OUT Y006
14 MRD
15 AND X007
16 OUT Y002
17 OUT YO10
18 MRD
19 AND X010
20 OUT Y003
21 OUT Y011
22 MPP
23 AND X011
24 OUT Y004
25 OUT Y012
26 LD Y000
27 OR Y001
28 OR Y002
29 OR Y003
30 OR Y004
31 PLS M0
33 PLF M1
35 LD M0
36 OR M1
37 SET Y013
38 LD Y013
39 OUT T2 K100
42 LD T20
43 RST Y013
44 FEND
45 LD X013
46 ANI T12
47 AND M8002
48 LD X000
49 ANI T13
50 ORBS
51 OUT Y014
52 LD X013
53 ZRST S20 S25
58 OUT Y017
59 OUT T12 S25
62 LD X000
63 ZRST S20 S25
68 MPS
69 ANI T13
70 OUT T13 K100
73 MRD
74 ANI T14
75 AND M8002
76 OUT Y015
77 MPP
78 OUT T14 K100
81 LD X002
82 PLS M0
84 LD M0
85 SET S0
87 STL S0
88 ZRST S20 S25
93 LD X002
94 ANI X000
95 ANI X013
96 SET S20
98 STL S20
99 OUT Y013
100 OUT T1 K100
103 LD T1
104 SET S21
106 STL S21
107 SET Y004
108 SET Y012
109 OUT T2 K100
112 LD T2
113 SET S22
115 STL S22
116 SET Y003
117 SET Y011
118 OUT T3 K100
121 LD T3
122 SET S22
124 STL S23
125 SET Y002
126 SET Y010
127 OUT T4 K100
130 LD T4
131 SET S24
133 STL S24
134 SET Y011
135 SET Y006
136 OUT T5 K100
139 LD T5
140 SET S25
142 STL S25
143 SET Y000
144 SET Y005
145 OUT T6 K100
148 LD T6
149 SET S26
151 STL S26
152 LD Y004
153 AND Y003
154 AND Y002
155 AND Y001
156 AND Y000
157 SET Y016
158 LD Y016
159 OUT Y017
160 LD Y017
161 ZRST S20 S25
166 LD X003
167 ANI Y016
168 SET S27
170 STL S27
171 OUT Y013
172 OUT T7 K100
175 LD T7
176 SET S28
178 STL S28
179 RST Y000
180 RST Y005
181 RST Y016
182 OUT T8 K100
185 LD T9
186 SET S29
188 STL S29
189 RST Y001
190 RST Y006
191 OUT T9 K100
194 LD T9
195 SET S30
197 STL S30
198 RST Y002
199 RST Y010
200 OUT T11 K100
203 LD T10
204 SET S31
206 STL S31
207 RST Y003
208 RST Y011
209 OUT T11 K100
212 LD T11
213 SET S32
215 STL S32
216 RST Y004
217 RST Y012
218 LD T12
219 OUT S0
220 RST Y016
221 RET
222 END

总 结
经过多个月艰苦努力，毕业论文就要告一段落，经过此次设计,令我学到了很多知识,仿佛又再次经历了一次系统学习。在毕业设计前一直认为没有什么困难，但在实际运作过称中才清楚认识到自己不足和短练，端正了学习态度。
此次设计使我加深巩固了理论知识,更深刻意识到理论知识关键性,了解了具体应用范围和应用方法。提升了动手和实际处理问题能力,提升了对问题系统处理意识。能够把握毕业论文关键,而且还提升了自己对资料查询能力。也认识到了人际交往在工作学习中关键性。
自动输煤系统是锅炉上关键组成部分,自动输煤系统中原煤经过给料器、送煤机P1、磁选料器、破碎机、提升机、送煤机P2送到工作地点,实现了煤料自动输送。处理了工作时间长、环境恶劣、工作强度大问题。
可编程控制器是一个将计算机、自动控制技术和通信技术相互结合在一起新型工业自动控制设备。它是把继电器控制优点，和计算机功效齐全、灵活性、通用性相结合，用计算机编程软件逻辑替换继电器接线逻辑通用性自动控制备。是一个较理想新型工业控制装置。
经过此次毕业设计锻炼，使我愈加自信，愈加智慧。使我愈加快融入到未来社会。经过两个多月努力，最终有了一个较成型设计展现在了我面前，加深了对PLC控制系统了解，愈加清楚认识到其在现代化工业中起到巨大作用。因为本人水平有限，难免有考虑不足之处，所以恳请老师和同学批评指正。

致 谢
毕业论文暂告收尾，这也意味着我在南通广播电视大学四年学习生活既将结束。回首既往，自己一生最宝贵时光能于这么校园之中，能在众多学富五车、才华横溢老师们熏陶下度过，实是荣幸之极。在这四年时间里，我在学习上和思想上全部受益非浅。这除了本身努力外，和各位老师、同学和好友关心、支持和激励是分不开
论文写作是枯燥艰辛而又富有挑战。写作是理论界一直探讨热门话题，老师谆谆诱导、同学出计划策及家长支持激励，是我坚持完成论文动力源泉。在此，我尤其要感谢我导师陆丽丽老师。本文从选题确实定，论文写作，修改到最终定稿得到了我指导老师陆丽丽老师悉心指导。尤其是她数次问询我写作进程，并为我指点迷津，帮助我开拓思绪，精心点拨，热忱激励。她严厉教学态度，严谨治学精神，精益求精工作作风深深感染和激励着我。在此，谨此向陆老师致以真挚谢意和高尚敬意，感谢陆老师对我帮助。
感谢机电系各位同学，和她们交流使我受益颇多。最终要感谢我家人和我好友们对我了解、支持、激励和帮助，正是因为有了她们，我所做一切才更有意义；也正是因为有了她们，我才有了追求进步勇气和信心。
谢谢！

参考文件
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