PLC在胶带传输机中的应用

 摘要    2

第1章 前言    3

1.1 输煤系统简介    3

1.2 PLC简介    4

第2章 锅炉车间输煤机组控制PLC电气控制系统    4

2.1  锅炉车间输煤机组控制    4

2.2  锅炉车间输煤机组控制系统总体方案设计    7

 2.21锅炉车间输煤机组控制原理图设计    7

 2.23 PLC控制程序设计    12

 2.24 梯形图程序调试    21

第3章心得体会    22

第4章参考文献    23

电气工程学院

课 程 设 计 说 明 书

设计题目： PLC在胶带传输机中的应用        

系    别：  电气工程学院                   

年级专业：                   

学    号：                

学生姓名：                         

指导教师：                         

                                                                                              摘要

本设计首先阐述了锅炉自动输煤系统的基本构成及特点，然后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，根据控制要求，本设计采用PLC控制，实现自动化控制。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，而且单机运行时都有音响提示，因此安全性也较好，程序设计也不是十分复杂。在硬件方面，本文着重对PLC、继电器、电动机等选型进行了设计，同时给出了各高级单元的使用及设定情况；在软件方面，提供了原理图、接线图和梯形图。除此之外，也充分考虑了实际应用中的要求，设计时考虑到了成本、功耗、安全性、稳定性、等诸多问题，具有一定的合理性和可行性。PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。PLC在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的将来，是无法取代的。用 PLC输煤程控系统，不但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。因此PLC电气控制系统具有广泛的工程应用和推广价值。

关键词：  锅炉自动输煤系统；PLC；自动化；梯形图；可编程控制器

         第1章 前言 

1.1 输煤系统简介

  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、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。给煤机、翻车机、斗轮堆取料机、皮带输送机、碎煤机、筛煤机、犁煤器、三通挡板、除尘器、取样机、煤味监测装置、皮带秤等。设备数量多。电厂输煤系统设备数量一般均为100多台。

2.系统分部广。输煤系统设备布设分散、作业线长、运行方式灵活多变，分部一般在几公里的范围内，有的大型火电厂甚至更远。

3.系统故障点多。皮带的拉断、跑偏、超载、撕裂；碎煤机的超温、超振；三通挡板及犁煤器等的卡死或不到位；皮带、筛煤机的堵煤现象等。

4.工艺流程复杂。多种煤源设备取煤通过电动三通挡板的切换经皮带输送机（一般均为双路）传送到原煤仓。可以组成几十种甚至上百种工艺流程。

5系统运行环境恶劣。输煤系统运行环境粉尘飞扬，水、灰、煤粉比比皆是，特别市夏日煤仓气温高达50℃。

                 1.2 PLC简介

在PLC问世之前，工业控制领域中是继电器占主导地位。但继电器控制领域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、适应性差、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。继1969年美国数字设备公司研制出世界第一台PLC，并在通用汽车公司自动装配线上试用，获得了成功，从而开创了工业控制新时期，从此，可编程控制器这一新的控制技术迅速发展起来了。在许多领域都有广泛的应用。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，避免传统控制的一些弊端，就提出了用PLC来控制输煤机组这个课题。

第2章 锅炉车间输煤机组控制PLC电气控制系统

  2.1  锅炉车间输煤机组控制 

 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:

输煤机组控制系统示意图如图1所示，输煤机组控制信号说明见表1。

图1  输煤机组控制系统示意图

表1 输煤机组控制信号说明

输煤机组控制要求:

   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。

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。

2.2  锅炉车间输煤机组控制系统总体方案设计

  为了保证输煤系统正常可靠的运行，该系统应该满足以下要求：

1）各设备启动停止过程中要设置合理的时间间隔，启动停车延时统一设定为十秒。启动延时是为了保证无煤堆积以发生故障：停车延时是为了保证停车时破碎机等为空载状态。

2）运行过程中某一台设备发生故障时，应立即发出警报并立即停车，此外现场也有控制运行装置的按钮。

2.21锅炉车间输煤机组控制原理图设计

1.主电路设计  

锅炉车间运煤机组系统主电路图如图2所示

图2    锅炉车间运煤机组系统主电路图

1) 主回路中交流接触器KM1、KM2、KM3、KM4、KM5、KM5分别控制三相异步电动机M1～M6。

2) 电动机M1、M2、M3、M4、M5、M6由热继电器FR1、FR2、FR3、FR4、FR5、FR6实现过载保护。                       

3) 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，使用和维修方便。

4) 熔断器FU1、FU2、FU3、FU4、FU5、FU6分别实现各负载回路的短路保护。 

该控制系统由于控制输入点数较多，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，有6个输出接触器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，10个输出指示灯其中HL7手动运行指示灯、HL8为紧急停车指示灯、HL9为系统正常运行指示灯、HL10为统故障指示灯、HL1-6为输煤机组单机运行指示灯和1个输出HA电铃。继电-接触器系统虽然有较好的抗干扰能力，但使用了大量的机械触点，使得设备连线复杂，且触电在开闭是易受电弧的危害，寿命短，系统可靠性差；所以如果采用继电-接触器控制方式，控制电路将会很复杂，而且可靠性难以保证。而且按照本课题的控制要求，控制过程主要采用逻辑和顺序控制，而PLC采用循环扫描的工作方式，即顺序扫描，不断循环这种工作方式是在系统软件控制下进行的。当PLC运行时，CPU根据用户按控制要求编写好并存于用户存储器中的程序，按序号作周期性的程序循环扫描，程序从第一条指令开始，逐条顺序执行用户的程序直到程序结束。然后重新返回第一条指令，再开始下一次扫描；如此周而复始。实际上，PLC扫

描工作除了执行用户程序外，还要完成其他工作，整个工作过程分为自诊断、通讯服务、输入处理、输出处理、程序执行五个阶段。恰能满足此控制要求。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。

2.22 PLC硬件控制电路设计

1) 硬件结构设计。了解各个控制对象的驱动要求，如：驱动电压的等级为DC24~V；分析对象的控制要求，确定输入/输出接口（I/O）数量；输入端口17个输出端口17个，确定所控制参数的精度及类型，选择适合的PLC机型及外设，PLC选择三菱FX2N-48MR完成PLC硬件结构配置。                                                                                 

2) 根据上述硬件选型及工艺要求，绘制PLC控制电路接线图，编制I/O接口功能表。    

                              图 3

  3) PLC输入回路中，信号电源由PLC本身的24V直流电源提供，所有输入COM端短接后接入PLC电源DC24V的（＋）端。输入口如果有有源信号装置，需要考虑信号装置的电源等级和容量，最好不要使用PLC自身的24V直流电源，以防止电源过载损坏或影响其他输入口的信号质量。         

表2-1和表2-2分别为输煤机组控制系统PLC输入和输出接口功能表。

表2-1  输煤机组控制系统PLC输入接口功能表

1) 程序设计。根据控制要求，如图4所示,建立输煤机组控制系统流程图，表达出各控制对象的动作顺序，相互间的制约关系。

             图4  车间运煤机组系统控制流程图

2）梯形图

通过梯形图编程软件进行梯形图的绘制。梯形图跟控制回路图的运行过程大体相似。需要将控制回路图中的按钮开关常开和常闭的符号转化成梯形图的表示方式。

 锅炉车间运煤机组系统PLC控制程序如图5所示

图2-6   车间运煤机组系统PLC控制梯形图程序

2.24 梯形图程序调试

由于实验箱上没有相应的实物控制模型，因此，在调试系统控制程序时，所有的输入信号均用开关信号来代替，所有的输出均用指示灯来表示。由于实验室的PLC输出端口过少，不能完全满足连线要求，所有我将程序分开调试。调试时，首先按控制系统PLC接线图完成硬件接线，并仔细检查接线是否有误。 

首先我进行了自动部分的调试。按下X1，选择到程序的自动部分，接着按下X2，自动部分开始运行，5秒后，第一个灯亮，10秒后第二个灯亮，直到最后一个灯亮。当灯全部亮时，正常运行指示灯Y17亮；如果又一个或几个灯不亮，那么系统故障指示灯就会亮。按下手动停止按钮X3，5秒后，最后一个灯熄灭，10秒后倒数第二个灯熄灭，按此直到第一个灯熄灭。

然后进行手动部分的调试，按下X0，下面就可以进行手动控制了。接着按下X6则Y1和Y012灯亮。同样，按下其它手动开关相应的灯会亮。再次按下手动开关即按下停止按钮，相应的灯就熄灭。

第3章 心得体会

 通过两周的课设，我对PLC有了更加深刻的理解。我做的是锅炉车间输煤机组控制。在设计之前，我通过查阅资料对锅炉车间输煤机组的工作流程有了大体的了解并确定了设计流程。在设计过程中通过同一控制对象两种控制方式的对比，再一次直观地证明了PLC控制的优越性和先进性，在实践中探索答案，具有极强地说服力。

在这次设计过程中，我理解了锅炉车间输煤机组的基本工作原理，对梯形图，状态转移图，接口电路等有了进一步的理解，在学习过程中提高了动手和实际解决问题的能力，提高了对问题整体规划的意识。能把握重点设计的核心，并提高查阅资料的能力，培养了团队合作精神和人际交往能力，认识到人际交往在工作学习中的重要性。虽然时间很紧，有的时候为了一个问题绞尽脑汁、冥思苦想，但是当问题解决的那一刹那还是很高兴的。希望以后有更多的机会接触PLC，因为它和日常生产更贴近，更有实践性。 

经过两个星期的努力，终于有了一个较成型的设计展现在了我面前，这使我更加自信，更加积极。在以后的工作和学习中，我会继续学习PLC，更好的把它应用到实践当中去。

        第4章 参考文献

 PLC电气控制技术  漆汉宏 主编    机械工业出版社  

电气工程学院课程设计评审意见表

指导教师评语：

(1)、学习态度及平时表现 ( 出勤等)    □A  □B □C □D □E

(2)、查阅资料，分析、解决问题的能力 □A  □B □C □D □E

平时成绩：