【正文】 效越來(lái)越得到工廠包括政府的重視，如何優(yōu)化工業(yè)設(shè)備的控制已成為每個(gè)工程所必須面臨的問(wèn)題。 大型鍋爐輸煤控制系統(tǒng)的主要任務(wù)就是卸煤、運(yùn)煤和上煤，以達(dá)到按時(shí)保質(zhì)保量為機(jī)組（原煤倉(cāng)）提供燃煤的目的。整個(gè)輸煤控制 系統(tǒng)是鍋爐安全可靠運(yùn)行十分重要的支持系統(tǒng)，它是保證機(jī)組穩(wěn)發(fā)滿(mǎn)發(fā)的重要條件?；谳斆嚎刂葡到y(tǒng)在整個(gè)鍋爐控制中的重要性，且煤場(chǎng)面積大、工作環(huán)境惡劣、人工作業(yè)通訊難以暢通，利用現(xiàn)代成熟 PLC 技術(shù)和現(xiàn)代總線網(wǎng)絡(luò)通訊實(shí)現(xiàn)其控制功能。 可編程邏輯控制器（ PLC）是八十年代發(fā)展起來(lái)的一種新一代工業(yè)控制裝置，是自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)和通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是一種專(zhuān)門(mén)用于工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程控制的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。由于控制對(duì)象的復(fù)雜性，使用環(huán)境的特殊性和運(yùn)行的長(zhǎng)期連續(xù)性，使 PLC 在設(shè)計(jì)上有自己明顯的特點(diǎn)：可靠性高，適應(yīng)性廣，具有通信功能，編程方便 ，結(jié)構(gòu)模塊化。 在現(xiàn)代控制系統(tǒng)中， PLC 已經(jīng)成為一種重要的基本控制單元，在工業(yè)控制領(lǐng)域中應(yīng)用前景極其廣泛?，F(xiàn)代程控輸煤系統(tǒng)要求在遠(yuǎn)離輸煤皮帶的主廠房控制室里，對(duì)輸煤線的眾多設(shè)備進(jìn)行控制，并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)等情況。 輸煤系統(tǒng)設(shè)備多，工作環(huán)境惡劣。為保證系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和可靠性，選用高可靠性的繼電器、接觸器等組件，通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)，大大減少了接點(diǎn)數(shù)，從而減少了故障點(diǎn)，使設(shè)備的可靠性、安全性和可擴(kuò)展性都大大提高 ， 實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)安全可靠的運(yùn)行。 本系統(tǒng)有遠(yuǎn)程自動(dòng)控制、現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)控制兩種控制方式。在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備狀態(tài)正常的情況下 ，遠(yuǎn)程自動(dòng)控制為系統(tǒng)的最佳控制方式，在此方式下，設(shè)備的空載運(yùn)行時(shí)間最短，操作員的操作步驟最少?，F(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)控制方式是對(duì)要啟動(dòng)的流程中設(shè)備按逆煤流方向一對(duì)一的啟動(dòng)，按順煤流方向一對(duì)一停車(chē)。在故障停機(jī)情況下，各設(shè)備均立即聯(lián)跳，故障解除后，可將停掉的設(shè)備以遠(yuǎn)程自動(dòng)控制再次啟動(dòng)。緊急情況下，可操作上位機(jī)（觸摸屏）的急停按鈕，它將使現(xiàn)場(chǎng)所有運(yùn)行中的受控設(shè)備立即停機(jī)。西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 2 設(shè)計(jì)任務(wù) 本設(shè)計(jì)要求完成一個(gè)關(guān)于熱電廠鍋爐程控輸煤系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作。要求首先熟悉可編程邏輯控制器 plc 的工作原理，輸煤系統(tǒng)的工藝流程圖以及相關(guān)工業(yè)設(shè) 備的功能。 設(shè)計(jì)完成鍋爐程控輸煤系統(tǒng)的硬件電路部分，收集相關(guān)的技術(shù)資料，選擇可編程邏輯控制器 plc，上位機(jī)（觸摸屏）以及相應(yīng)傳感器的型號(hào)。 完成可編程邏輯控制器 plc 梯形圖的編寫(xiě)，以此實(shí)現(xiàn)程控輸煤系統(tǒng)的自動(dòng)控制。 完成上位機(jī)（觸摸屏）的功能編寫(xiě)，實(shí)現(xiàn)和可編程邏輯控制器 plc 的有機(jī)組合，實(shí)現(xiàn)程控輸煤系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制。 在虛擬機(jī)上將程序正常運(yùn)行之后，購(gòu)買(mǎi)相關(guān)硬件設(shè)備，組裝出一個(gè)小型模型，在原理上模擬出真實(shí)程控輸煤系統(tǒng)。 本文主要研究?jī)?nèi)容 本文主要研究?jī)?nèi)容是硬件電路的設(shè)計(jì)及相關(guān)的軟件開(kāi)發(fā)，研究方案是利用可 編程邏輯控制器 plc 和基本的電路元件進(jìn)行組合，以實(shí)現(xiàn)程控輸煤系統(tǒng)的自動(dòng)控制。 本設(shè)計(jì) 針對(duì)某熱電廠程控輸煤系統(tǒng)的實(shí)際情況和工藝流程的要求 ， 對(duì)系統(tǒng)的硬件、軟件配置進(jìn)行研究和選擇 ， 最終形成一個(gè)先進(jìn)的控制方案。 本設(shè)計(jì)主要是由上位機(jī)（觸摸屏）管理、 PLC 控制、傳感器測(cè)量及保護(hù)裝置組成 。 實(shí)現(xiàn)輸煤系統(tǒng)的遠(yuǎn)程自動(dòng)、現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)操作與運(yùn)行。并實(shí)現(xiàn)上位機(jī)監(jiān)控軟件的設(shè)計(jì)。 本文研究的目的及意義 目前在我國(guó)，能源主要靠以煤為燃料的火力發(fā)電廠提供。由于煤產(chǎn)地與電廠間所處的地理位置不同，需要通過(guò)汽車(chē)、火車(chē)或者輪船把煤運(yùn)到火力發(fā) 電廠的儲(chǔ)煤場(chǎng)，然后通過(guò)輸煤系統(tǒng)運(yùn)送到鍋爐原煤倉(cāng)。大型鍋爐輸煤控制系統(tǒng)的主要任務(wù)就是卸煤、運(yùn)煤和上煤，以達(dá)到按時(shí)保質(zhì)保量為機(jī)組（原煤倉(cāng)）提供燃煤的目的。在傳統(tǒng)的熱電廠輸煤控制系統(tǒng)是一種基于繼電器，接觸器和人工手動(dòng)方式的半自動(dòng)化系統(tǒng)，現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境十分惡劣，工人們通過(guò)開(kāi)動(dòng)承前起后的皮帶運(yùn)輸機(jī)及給煤機(jī)向鍋爐前的儲(chǔ)煤倉(cāng)輸煤，經(jīng)常有皮帶堵西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 3 塞等故障。但對(duì)熱電廠而言，蒸汽工序的爐膛是不容許斷煤的。輸煤系統(tǒng)工作時(shí)盡量將煤裝滿(mǎn)儲(chǔ)煤倉(cāng)，不僅可以保證輸煤系統(tǒng)故障時(shí)，工人們有足夠的時(shí)間排除故障，也可以保證輸煤設(shè)備有充分的時(shí)間檢修。隨著發(fā) 電廠規(guī)模的迅速擴(kuò)大，輸煤系統(tǒng)的作用日益突出，而傳統(tǒng)的輸煤系統(tǒng)已無(wú)法滿(mǎn)足熱電廠的需要，因此需要對(duì)傳統(tǒng)的發(fā)電廠鍋爐輸煤系統(tǒng)進(jìn)行改造。 傳統(tǒng)輸煤系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)： （ 1） 任務(wù)重 為了保證工業(yè)用煤，輸煤系統(tǒng)必須始終處于完好的狀態(tài)。日累計(jì)運(yùn)行時(shí)間達(dá) 810h 以上。 （ 2） 運(yùn)行環(huán)境差、勞動(dòng)強(qiáng)度大 由于各種因素造成輸煤系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境惡劣、臟污，需要占用大量的輔助勞動(dòng)力。 （ 3） 一次起動(dòng)設(shè)各多，安全聯(lián)鎖要求高 同時(shí)起動(dòng)的設(shè)備高達(dá) 2030 臺(tái)以上，在起動(dòng)或停機(jī)過(guò)程中有嚴(yán)格的聯(lián)鎖要求。 隨著電力工業(yè)的飛速發(fā)展，以工控計(jì) 算機(jī)為核心的電廠生產(chǎn)自動(dòng)控制技術(shù)得到了大力的推廣及應(yīng)用，并逐步普及到輸煤系統(tǒng)。采用 PLC 控制的電廠輸煤系統(tǒng)具有自動(dòng)化水平高、控制和管理功能強(qiáng)大、操作簡(jiǎn)便、可靠性高等特點(diǎn)。與傳統(tǒng)的輸煤系統(tǒng)相比，其自動(dòng)化水平和可靠性都有了很大的提升，設(shè)備故障率也大大的降低了。減輕了檢修及運(yùn)行人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，強(qiáng)化了輸煤過(guò)程的運(yùn)行管理和節(jié)能管理。 2可編程邏輯控制器 PLC概況 4 2 可編程邏輯控制器 PLC 概況 的概念及發(fā)展 現(xiàn)代社會(huì)要求制造業(yè)對(duì)市場(chǎng)需求作出迅速的反應(yīng)，生產(chǎn)出小批量、多品種、多規(guī)格、低成 本和高質(zhì)量的產(chǎn)品，為了滿(mǎn)足這一要求，生產(chǎn)設(shè)備和自動(dòng)生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)必須具有極高的可靠性和靈活性，可編程序控制器正是順應(yīng)這一要求出現(xiàn)的，它是以微處理器為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置，已經(jīng)成為當(dāng)代工業(yè)自動(dòng)化的主要支柱之一。 可編程序控制器（ Programmable Controller）本來(lái)應(yīng)簡(jiǎn)稱(chēng) PC，為了與個(gè)人計(jì)算機(jī)（ Personal Computer）的簡(jiǎn)稱(chēng) PC 相區(qū)別，現(xiàn)在一般將可編程序控制器簡(jiǎn)稱(chēng)為 PLC（ Programmable Logic Controller）。 可編程序控制器的歷史 可編程序控制器的產(chǎn)生和發(fā)展與繼電器控制系統(tǒng)有很大的關(guān)系。繼電器已有上百年的歷史，它是一種用弱電信號(hào)控制強(qiáng)電信號(hào)的電磁開(kāi)關(guān)。在復(fù)雜的繼電器控制系統(tǒng)中，故障的查找和排除是非常困難的，可能會(huì)花費(fèi)大量時(shí)間，嚴(yán)重地影響生產(chǎn)。 1968 年，美國(guó)最大的汽車(chē)制造廠家 —— 通用汽車(chē)公司（ GM）提出了研制可編程控制器的基本設(shè)想，即： （ 1） 編程簡(jiǎn)單，可在現(xiàn)場(chǎng)修改程序； （ 2） 維護(hù)方便，采用插件式結(jié)構(gòu)； （ 3） 可靠性高于繼電器控制柜； （ 4） 體積小于繼電器控制柜； （ 5） 成本可與繼電器控制柜競(jìng)爭(zhēng)； （ 6） 可將數(shù)據(jù)直接送入計(jì)算機(jī)； （ 7） 可直接使用 110V 交流輸入電壓； （ 8） 輸出采用 110V 交流電壓，能直接驅(qū)動(dòng)電磁閥、交流接觸器等負(fù)載； （ 9） 通用性強(qiáng)，擴(kuò)展方便； （ 10） 能存儲(chǔ)程序，存儲(chǔ)器容量可擴(kuò)展到 4KB。 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 5 1969 年，美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司（ DEC）研制出了世界上第一臺(tái)可編程序控制器。 70年代初期出現(xiàn)了微處理器，它的體積小、功能強(qiáng)、價(jià)格便宜，很快被用于可編程序控制器，使它的功能增強(qiáng)、工作速度加快、體積減小、可靠性提高、成本下降。可編程序控制器不僅能實(shí)現(xiàn)對(duì)開(kāi)關(guān)量的邏輯控制，還具有數(shù)學(xué)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理、運(yùn)動(dòng)控制、模擬量 PID控制、通信聯(lián)網(wǎng)等功能。在發(fā)達(dá)的工業(yè)化國(guó)家，可編程序控制器已經(jīng)廣泛地應(yīng)用在所有的工業(yè)部門(mén)，其應(yīng)用已擴(kuò)展到樓宇自動(dòng)化、家庭自動(dòng)化、商業(yè)、公用事業(yè)、測(cè)試設(shè)備和農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域。 可編程序控制器的硬件及工作原理 可編程序控制器的基本結(jié)構(gòu) 可編程序控制器主要由 CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊和編程器組成（見(jiàn)圖 ）。 圖 PLC控制系統(tǒng)示意圖 （ 1） CPU 模塊 CPU 模塊主要由微處理器（ CPU 芯片）和存 儲(chǔ)器組成。在可編程序控制系統(tǒng)中， CPU模塊相當(dāng)于人的大腦和心臟，它不斷地采集輸入信號(hào)，執(zhí)行用戶(hù)程序，刷新系統(tǒng)的輸出；存儲(chǔ)器用來(lái)儲(chǔ)存和數(shù)據(jù)。 （ 2） I/O 模塊 CPU 模塊 輸 出 模塊 輸入模塊 編程器 ~ 可編程序控制器 接觸器 電磁閥 指示燈 電 源 按 鈕 選擇開(kāi)關(guān) 限位開(kāi)關(guān) 電 源 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 6 輸入（ Input）模塊和輸出（ Output）模塊簡(jiǎn)稱(chēng)為 I/O 模塊，它們是系統(tǒng)的眼、耳、手、腳，是聯(lián)系外部現(xiàn)場(chǎng)和 CPU模塊的橋梁。輸入模塊用來(lái)接收和采集輸入信號(hào)，輸入信號(hào)有兩類(lèi)：一類(lèi)是從按鈕、選擇開(kāi)關(guān)、數(shù)字撥碼開(kāi)關(guān)、限位開(kāi)關(guān)、接近開(kāi)關(guān)、壓力繼電器等來(lái)的開(kāi)關(guān)量輸入信號(hào)；另一類(lèi)是由電位器、熱電偶、測(cè)速發(fā)電機(jī)、各種變送器提供的連續(xù)變化的模擬量輸入信號(hào)。 （ 3） 編程器 編程器除了用來(lái)輸入和編輯用戶(hù)程序外，還可以用來(lái)監(jiān)視可編程序控制器運(yùn)行時(shí)各種編程元件的工作狀態(tài)。 （ 4） 電源 可編程序控制器使用 220V 交流電源或 24V 直流電源?？删幊绦蚩刂破鲀?nèi)部的直流穩(wěn)壓電源為各模塊內(nèi)的電路供電。某些可編程序控制器可以為輸入電路和外部電子檢測(cè)裝置（如接近開(kāi)關(guān)）提供 24V 直流電源，驅(qū)動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的直流電源一般由用戶(hù)提供。 可編程序控制器的物理結(jié)構(gòu) 根據(jù)硬件結(jié)構(gòu)的不同，可以將可編程序控制器分為整體式、模塊式和疊裝式。 （ 1） 整體式可編程序控制器 整體式又叫單元式或箱體式 ， CPU 模塊、 I/O 模塊和電源裝在一個(gè)箱狀機(jī)殼內(nèi)，機(jī)構(gòu)非常緊湊。它的體積小、價(jià)格低，小型可編程序控制器一般采用整體式機(jī)構(gòu)。 （ 2） 模塊式可編程序控制器 大、中型可編程序控制器和部分小型可編程序控制器采用模塊式機(jī)構(gòu)。模塊式可編程序控制器用搭積木的方式組成系統(tǒng)，它由框架和模塊組成。模塊插在模塊插座上，后者在框架中的總線連接板上?？删幊绦蚩刂破鲝S家備有不同槽數(shù)的框架供用戶(hù)選用，如果一個(gè)框架容納不下所選用的模塊，可以增設(shè)一個(gè)或數(shù)個(gè)擴(kuò)展框架，各框架之間用 I/O擴(kuò)展電纜相連。有的可編程序控制器沒(méi)有框架，各種模塊安裝在基 板上。 （ 3） 疊裝式可編程序控制器 西門(mén)子公司 C7系列可編程序控制器吸取了整體式和模塊式可編程序控制器的優(yōu)點(diǎn)，它的基本單元、擴(kuò)展單元和擴(kuò)展模塊的高度和深度相同，但是寬度不同。它們不用基板，僅用扁平電纜連接，緊密拼裝后組成一個(gè)整齊的長(zhǎng)方體，輸入、輸出點(diǎn)數(shù)的配置也相當(dāng)靈活，有人將這種結(jié)構(gòu)稱(chēng)為疊裝式。 3系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 7 3 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) PLC 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)是指硬件選型。近十幾年來(lái)，國(guó)內(nèi)外眾多生產(chǎn)廠家提供了多種系列、功能各異的 PLC 產(chǎn)品，已有幾十個(gè)系列、幾百種型號(hào)。 PLC品種 繁多，其結(jié)構(gòu)形式、性能、 I/O 點(diǎn)數(shù)、用戶(hù)程序存儲(chǔ)器容量、運(yùn)算速度、指令系統(tǒng)、編程方法和價(jià)格等各有不同，使用場(chǎng)合也各有側(cè)重。因此，合理選擇 PLC，對(duì)提高 PLC 控制系統(tǒng)的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)起著重要作用。 機(jī)型選擇 在考慮上述因素后，還要根據(jù)工程實(shí)際應(yīng)用考慮其它一些因素，包括： 性能價(jià)格比，毫無(wú)疑問(wèn)，高性能的機(jī)型必定需要較高的價(jià)格，在考慮滿(mǎn)足需要的性能后，還要根據(jù)資金狀況來(lái)確定機(jī)型；備品備件的統(tǒng)一考慮，無(wú)論什么樣的設(shè)備，投入生產(chǎn)以后都要具有一定數(shù)量的備品備件，同時(shí)還有考慮備品備件的來(lái)源，所選機(jī)型要有可靠 的訂貨來(lái)源；技術(shù)支持，選定機(jī)型時(shí)還要考慮有可靠的技術(shù)支持，這些支持包括必要的技術(shù)培訓(xùn)，設(shè)計(jì)指導(dǎo)，系統(tǒng)維修等內(nèi)容。 以此為依據(jù)，我選用西門(mén)子公司的 S7200 系列可編程序控制器。 S7200 是西門(mén)子微型可編程序控制器中的代表，完全符合此設(shè)計(jì)的要求。 整個(gè)熱電廠的程控輸煤系統(tǒng)由 3 號(hào)甲（乙）等 6條皮帶輸送機(jī)，兩臺(tái)破碎機(jī)，兩臺(tái)給煤機(jī)和溫度壓力傳感器組成。由一臺(tái) PLC 控制，將這臺(tái) PLC 放在控制室，對(duì)其說(shuō)明如下： （ 1） 控制要求 系統(tǒng)順序控制分為兩部分：卸煤部分和上煤部分。卸煤部分和上煤部分都有遠(yuǎn)程自動(dòng)、現(xiàn) 場(chǎng)手動(dòng)控制兩種方式，在這兩種控制方式中主要包括起動(dòng)、停止、緊急停止和故障停止四個(gè)部分。 系統(tǒng)的自動(dòng)控制如下： 1）起動(dòng) 。起動(dòng)時(shí)，為了避免在前段運(yùn)輸皮帶上因煤料堆積而造成事故，系統(tǒng)要求逆煤料的流動(dòng)方向按一定時(shí)間間隔順序起動(dòng)，即