毕业设计论文-基于plc的电厂输煤控制系统

毕业设计论文-基于plc的电厂输煤控制系统内容摘要：

系统主要承担 输煤，碎煤，分筛 任务。 火电 厂输煤程控系统主要控制的对象包括：给煤机、皮带机、碎煤机、 滚轴筛 、犁煤器等设备。 输煤系统在电厂中有着极为重要的地位，一旦不能正常工作，发电就会受到影响。 为了保证生产运行的可靠性，输煤系统采用自动（联锁）、手动（单机）两种控制方式，自动、手动方式由开关进行切换。 由于输煤环境恶劣，全部操作控制都在主厂房的主控制室里进行，仪表盘上设有各个设备的启、停按钮，还有为 PLC 提供输入信号的控制开关。 输煤设备控制功能由 PLC 实现，设备状态监测和皮带跑偏监测以及事故纪录功能则由 触摸屏 完成。 煤 由给煤机 通过皮带运输机送到碎煤机 房， 再经过滚轴筛分筛后最终将煤送到锅炉煤仓，这个过程叫作输煤。 输煤 控制主要通过选择输煤顺序，在相应的连锁条件下，实现皮带运输机的自动启动、停止和保护，自动确定皮带给煤机的运行方向，并对这些设备的运行情况进行监视，发送报警和连锁信号。 锅炉 是否需要加煤 ，由 锅炉温度 决定 进煤量。 煤仓上煤由皮带上面的犁煤器来实现，配煤控制就是控制犁煤器的抬起落下，它属于输煤控制的一部分，但必须参与系统的连锁运行。 电机的启停及速度需要实时变化来改变传送带转速控制进煤量，所以通过对电机转速的控制实现对进煤量的调节。 在 监控系统 中 ，触摸屏 与 PLC 进行通讯，读取输煤系统的状态 (运行状态、报警状态 )，写命令控制各设备的启动、停止；同时程序与各仪表进行通讯，煤料在输送状态下，皮带秤利用重量传感器和速度传感器把皮带上的煤料重量与输送带速度转换成电信号反馈给 PLC，由 PLC处理输出控制。 为了保证输煤系统的正常、可靠运行，该系统应满足以下要求： 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； 各设备启动和停止过程中，要合理设置时间间隔（延时）。 启动延时统一设定为 12s。 停车延时按设备的不同要求而设定，分为 10s、 20s、 30s、 40s 几种，以输煤 分筛分筛 碎煤 进煤量检测与 调节 6 保证停车时 碎煤机 为空载状态，各输煤皮带上无剩余煤； 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，其前方设备也立即停车。 其后方的设备按一定顺序及延时联锁停车； 各输煤皮带设有双向跑偏开关，跑偏 15 度时发出告警信号，跑偏 30 度时告警并自动停车； 可显示各机电设备运行状况，并对输煤过程有关情况（报警、自动停机等）做出实时纪录。 同时输煤系统控制原则有： ：进行流程选择，并启动相应流程上的预启动设备，做好启动准备。 ：接收到流程启动允许信号后系统主设备按逆煤流方 向延时顺序启动。 ：停止指令下达后，系统主设备按顺煤流方向延时顺序停止。 ：当所选流程上的系统主设备发生故障时，立即联锁跳停设备故障点上游逆煤流方向的主设备。 ：急停，拉绳，重跑偏，重堵塞，打滑等指令或信号将直接导致系统联锁跳停。 输煤系统主要设备： ： 给煤机适用于火力发电厂燃煤炉制粉系统，能在很大的负荷变动范围内改善锅炉性能，使过热温度、再热温度和压力温度的控制更为稳定，使燃料与所需空气量更为匹配，所需的空气过剩量减少，连续给煤，称量准确，工作稳定，节能 高效，是燃煤锅炉制粉系统中与 碎 煤机相配的先进的计量给煤设备。 本系统煤由给煤机经皮带机送往其余设备，由 PLC 控制启停。 ： 皮带机是 带式输送机 的简称，有固定式和移动式，结构简单，效率高。 以挠性 输送带 作物料承载和牵引构件的 连续输送机械。 一条无端的输送带环绕驱动滚筒和 改向滚筒。 两滚筒之间的上下分支各以若干 托辊 支承。 物料置于上分支上，利用驱动滚筒与带之间的摩擦力曳引输送带和物料运行。 适用于水平和倾斜方向输送散粒物料和成件物品，也可用于进行一定工艺操作的流水作业线。 结构简单，工作平稳可靠，对物料适应性强，输送能力较大，功耗小，应用广泛。 本系统 需要两个 皮带机 ， 皮带机的运行必不可少牵扯到皮带机的启动与停车顺序。 设计所要完成的是对其进行 PLC 编程，对于本系统 PLC 编程必不可少需要在皮带机启动与停止过程中使用定时器对其进行必要延时 ， 以保证停车时各输煤皮带上无 剩余煤。 ： 碎煤机是一种带有破碎环的冲击转子式破碎机，破碎环吊带在随转子一起旋转的悬轴上，破碎环随转子作旋转冲击运动，而且还有绕悬轴自旋运 7 动；破碎过程是通过破碎环的两段工作来完成。 当物料进入破碎腔后，在第一段旋转的破碎环冲击破碎。 在第二段，落在筛板上的初碎颗粒，受破碎环挤压进一步破碎，同时通过筛孔排出。 少量不能被破碎的物料则进入废料室，而后定期从废料室清除。 供煤时， 对 设备的启动、停止必须遵循特定的顺序 ，为 保证停车时碎煤机 为空载状态 ，对于本系统 PLC 编程必不可少对其 停车延时。 ： 滚轴筛的筛 面由很多根平行排列的、其上交错地装有筛盘的辊轴组成，滚轴通过链轮或齿轮传动而旋转，其转动方向与物料流动方向相同。 为了使筛上的物料层松动以便于透筛，筛盘形状有偏心的和异形的。 为防止物料卡住筛轴，装有安全保险装置。 滚轴筛全部为座式，有左传动和右传动之分，又分带走轮和不带走轮的，带走轮的可在钢轨上移动。 本系统由 PLC 对其控制，为保证停车时为空载状态，对其停车延时。 ： 皮带秤，是指对放置在皮带上并随皮带连续通过的松散物料进行自动称量的衡器。 在皮带秤上有一个称重传感器装在称重桥架上，工作时，将检测到皮带上的 物料重量送入称重仪表，同时由测速传感器皮带输送机的速度信号也送入称重仪 表，仪表将速度信号与称重信号进行积分处理，得到瞬时流量及累计量 ，送入 PLC 中。 进煤量控制算法 通过进煤量设定值输入，经 PLC 分析输出，对皮带机的驱动设备交流电动机进行调速，从而达到对皮带机的调速，通过对进煤量的检测，将进煤量反馈给PLC，实现进煤量的 控制，采用 PID 算法。 比例控制 (P)是一种最简单的控制方式。 其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。 其特点是具有快速反应，控制及时，但不能消除余差。 在积分控制 (I)中，控制器的输出与输 入误差信号的积分成正比关系。 积分控制可以消除余差，但具有滞后特点，不能快速对误差进行有效的控制。 在微分控制 (D)中，控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系。 微分控制具有超前作用，它能猜测误差变化的趋势。 避免较大的误差出现，微分控制不能消除余差。 PID 控制， P、 I、 D 各有自己的 优点 和缺点，它们一起使用的时候又和互相制约，但只有合理地选取 PID 值，就可以获得较高的控制质量。 如图 所示， PID 控制器可调节回路输出，使系统达到稳定状态。 偏差 e和输入量 r、输出量 c 的关系 ： )()()( tctrte  (21) 控制器的输出为： 8 ])()(1)([)( 10 dttdeTdtteTteKtu dip  (22) )(tu PID 回路输出 pK 比例系数 P iT 积分系数 I dT 微分系数 D PID 调节的传输函数为 ]11[)( )()( STSTKsE sUsD dip  (23) r(t)为进煤量设定值，被控对象为 皮带机 ， c(t)为进煤量实际值， 反馈环节为皮带秤。 r(t) e(t) u(t) c(t) ＋ － 图 数字计算机处理这个函数关系式，必须将连续函数离散化，对偏差周期采样后，计算机输出值。 其离散化的规律如表 所示： 表 模拟形式 离散化形式 )()()( tctrte  )()()( nrne  dTtde)( T nene )1()(  t dtte0 )(   nini ieTTie 00 )()( 所以 PID 输出经过 离散化后，它的输出方程为 ： PID 控制环节 皮带机 皮带秤 9 00)()()()]}1()([)()({)(ununununeneTTdieTTneKnudipniip  （ 24） 系统组成总体结构 设计基于 PLC 的电厂输煤控制系统，以给煤机、皮带机、碎煤机、滚轴筛、犁煤器等设备为被控对象，采用西门子公司 200 系列 PLC 控制，通过数字量模拟量的输入输出，实现输煤系统的启停，进煤量的检测与调节，并用 触摸屏 进行监控， 实现 进煤量超限报警及备用系统自动切换等功能。 图 速度传感器称重传感器滚轴筛可编程控制器P LC犁煤器碎煤机传送带电机触摸屏给煤机温度传感器 10 第 3章 控制系统 设计 PLC 简介及 选型 PLC 的概念及发展 现代社会要求制造业对市场需求作出迅速的反应，生产出小批量、多品种、多规格、低成本和高质量的产品，为了满足这一要求，生产设备和自动生产线的控制系统必须具有极高的可靠性和灵活性，可编程序控制器正是顺应这一要求出现的，它是以微处理器为基础的新型工业控制装置，已经成为当代工业自动化的主要支柱之一。 可编程序控制器（ Programmable Controller）本来应简称 PC，为了与个人计算机（ Personal Computer）的简称 PC 相区别，现在一般将 可编程序控制器简称为PLC（ Programmable Logic Controller）。 70 年代初期出现了微处理器，它的体积小、功能强、价格便宜，很快被用于可编程序控制器，使它的功能增强、工作速度加快、体积减小、可靠性提高、成本下降。 可编程序控制器不仅能实现对开关量的逻辑控制，还具有数学运算、数据处理、运动控制、模拟量 PID 控制、通信联网等功能。 它采用可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入 /输出控制各种类型的机械或生产过程。 在发达的工业化国家，可编程序控制器已经广泛地应用在所有的工业部门，其应用已扩展到楼宇自动化、家庭自动化、商业、公用事业、测试设备和农业等领域。 工作原理 当可编程逻辑控制器投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。 完成上述三个阶段称作一个扫描周期。 在整个运行期间，可编程逻辑控制器的 CPU 以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。 （ 1） 输入采样阶段 在输入采样阶段，可编程逻辑控制器以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入 I/O 映象区中的相应的单元内。 输入采样 结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。 在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化， I/O 映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。 因此，如果 11 输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。 （ 2） 用户程序执行阶段 在用户程序执行阶段，可编程逻辑控制器总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序 (梯形图 )。 在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新 该逻辑线圈在系统 RAM 存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在 I/O 映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。 即，在用户程序执行过程中，只有输入点在 I/O 映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在 I/O 映象区或系统 RAM 存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。 在程序执行的过程 中如果使用立即 I/O 指令则可以直接存取 I/O 点。 即使用 I/O 指令的话，输入过程影像寄存器的值不会被更新，程序直接从 I/O模块取值，输出过程影像寄存器会被立即更新，这跟立即输入有些区别。 （ 3） 输出刷新阶段 当扫描用户程序结束后，可编程逻辑控制器就进入输出刷新阶段。 在此期间， CPU 按照 I/O 映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。 这时，才是可编程逻辑控制器的真正输出。 基本结构 （ 1） CPU 模块 CPU 模块主要由微处理器（ CPU 芯片）和存储器组成。 在可编程序控制系统中， CPU 模块相当于人的大脑和心脏，它不。