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正文內(nèi)容

畢業(yè)設(shè)計(jì)論文-基于plc的電廠輸煤控制系統(tǒng)(編輯修改稿)

2024-12-22 18:28 本頁面
 

【文章內(nèi)容簡介】 系統(tǒng)主要承擔(dān) 輸煤,碎煤,分篩 任務(wù)?;痣?廠輸煤程控系統(tǒng)主要控制的對象包括:給煤機(jī)、皮帶機(jī)、碎煤機(jī)、 滾軸篩 、犁煤器等設(shè)備 。 輸煤系統(tǒng)在電廠中有著極為重要的地位,一旦不能正常工作,發(fā)電就會受到影響。為了保證生產(chǎn)運(yùn)行的可靠性,輸煤系統(tǒng)采用自動(聯(lián)鎖)、手動(單機(jī))兩種控制方式,自動、手動方式由開關(guān)進(jìn)行切換。由于輸煤環(huán)境惡劣,全部操作控制都在主廠房的主控制室里進(jìn)行,儀表盤上設(shè)有各個設(shè)備的啟、停按鈕,還有為 PLC 提供輸入信號的控制開關(guān)。輸煤設(shè)備控制功能由 PLC 實(shí)現(xiàn),設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測和皮帶跑偏監(jiān)測以及事故紀(jì)錄功能則由 觸摸屏 完成。 煤 由給煤機(jī) 通過皮帶運(yùn)輸機(jī)送到碎煤機(jī) 房, 再經(jīng)過滾軸篩分篩后最終將煤送到鍋爐煤倉,這個過程叫作輸煤。輸煤 控制主要通過選擇輸煤順序,在相應(yīng)的連鎖條件下,實(shí)現(xiàn)皮帶運(yùn)輸機(jī)的自動啟動、停止和保護(hù),自動確定皮帶給煤機(jī)的運(yùn)行方向,并對這些設(shè)備的運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)視,發(fā)送報(bào)警和連鎖信號。 鍋爐 是否需要加煤 ,由 鍋爐溫度 決定 進(jìn)煤量 。煤倉上煤由皮帶上面的犁煤器來實(shí)現(xiàn),配煤控制就是控制犁煤器的抬起落下,它屬于輸煤控制的一部分,但必須參與系統(tǒng)的連鎖運(yùn)行。 電機(jī)的啟停及速度需要實(shí)時變化來改變傳送帶轉(zhuǎn)速控制進(jìn)煤量,所以通過對電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制實(shí)現(xiàn)對進(jìn)煤量的調(diào)節(jié)。 在 監(jiān)控系統(tǒng) 中 ,觸摸屏 與 PLC 進(jìn)行通訊,讀取輸煤系統(tǒng)的狀態(tài) (運(yùn)行狀態(tài)、報(bào)警狀態(tài) ),寫命令控制各設(shè)備的啟動、停止;同時程序與各儀表進(jìn)行通訊,煤料在輸送狀態(tài)下,皮帶秤利用重量傳感器和速度傳感器把皮帶上的煤料重量與輸送帶速度轉(zhuǎn)換成電信號反饋給 PLC,由 PLC處理輸出控制。 為了保證輸煤系統(tǒng)的正常、可靠運(yùn)行,該系統(tǒng)應(yīng)滿足以下要求: 供煤時,各設(shè)備的啟動、停止必須遵循特定的順序,即對各設(shè)備進(jìn)行聯(lián)鎖控制; 各設(shè)備啟動和停止過程中,要合理設(shè)置時間間隔(延時)。啟動延時統(tǒng)一設(shè)定為 12s。停車延時按設(shè)備的不同要求而設(shè)定,分為 10s、 20s、 30s、 40s 幾種,以輸煤 分篩分篩 碎煤 進(jìn)煤量檢測與 調(diào)節(jié) 6 保證停車時 碎煤機(jī) 為空載狀態(tài),各輸煤皮帶上無剩余煤; 運(yùn)行過程中,某一臺設(shè)備發(fā)生故障時,應(yīng)立即發(fā)出報(bào)警并自動停車,其前方設(shè)備也立即停車。其后方的設(shè)備按一定順序及延時聯(lián)鎖停車; 各輸煤皮帶設(shè)有雙向跑偏開關(guān),跑偏 15 度時發(fā)出告警信號,跑偏 30 度時告警并自動停車; 可顯示各機(jī)電設(shè)備運(yùn)行狀況,并對輸煤過程有關(guān)情況(報(bào)警、自動停機(jī)等)做出實(shí)時紀(jì)錄。 同時輸煤系統(tǒng)控制原則有: :進(jìn)行流程選擇,并啟動相應(yīng)流程上的預(yù)啟動設(shè)備,做好啟動準(zhǔn)備。 :接收到流程啟動允許信號后系統(tǒng)主設(shè)備按逆煤流方 向延時順序啟動。 :停止指令下達(dá)后,系統(tǒng)主設(shè)備按順煤流方向延時順序停止。 :當(dāng)所選流程上的系統(tǒng)主設(shè)備發(fā)生故障時,立即聯(lián)鎖跳停設(shè)備故障點(diǎn)上游逆煤流方向的主設(shè)備。 :急停,拉繩,重跑偏,重堵塞,打滑等指令或信號將直接導(dǎo)致系統(tǒng)聯(lián)鎖跳停。 輸煤系統(tǒng)主要設(shè)備: : 給煤機(jī)適用于火力發(fā)電廠燃煤爐制粉系統(tǒng),能在很大的負(fù)荷變動范圍內(nèi)改善鍋爐性能,使過熱溫度、再熱溫度和壓力溫度的控制更為穩(wěn)定,使燃料與所需空氣量更為匹配,所需的空氣過剩量減少,連續(xù)給煤,稱量準(zhǔn)確,工作穩(wěn)定,節(jié)能 高效,是燃煤鍋爐制粉系統(tǒng)中與 碎 煤機(jī)相配的先進(jìn)的計(jì)量給煤設(shè)備。本系統(tǒng)煤由給煤機(jī)經(jīng)皮帶機(jī)送往其余設(shè)備,由 PLC 控制啟停。 : 皮帶機(jī)是 帶式輸送機(jī) 的簡稱,有固定式和移動式,結(jié)構(gòu)簡單,效率高。以撓性 輸送帶 作物料承載和牽引構(gòu)件的 連續(xù)輸送機(jī)械 。一條無端的輸送帶環(huán)繞驅(qū)動滾筒和 改向滾筒 。兩滾筒之間的上下分支各以若干 托輥 支承。物料置于上分支上,利用驅(qū)動滾筒與帶之間的摩擦力曳引輸送帶和物料運(yùn)行。適用于水平和傾斜方向輸送散粒物料和成件物品,也可用于進(jìn)行一定工藝操作的流水作業(yè)線。結(jié)構(gòu)簡單,工作平穩(wěn)可靠,對物料適應(yīng)性強(qiáng),輸送能力較大,功耗小,應(yīng)用廣泛。本系統(tǒng) 需要兩個 皮帶機(jī) , 皮帶機(jī)的運(yùn)行必不可少牽扯到皮帶機(jī)的啟動與停車順序。設(shè)計(jì)所要完成的是對其進(jìn)行 PLC 編程,對于本系統(tǒng) PLC 編程必不可少需要在皮帶機(jī)啟動與停止過程中使用定時器對其進(jìn)行必要延時 , 以保證停車時各輸煤皮帶上無 剩余煤 。 : 碎煤機(jī)是一種帶有破碎環(huán)的沖擊轉(zhuǎn)子式破碎機(jī),破碎環(huán)吊帶在隨轉(zhuǎn)子一起旋轉(zhuǎn)的懸軸上,破碎環(huán)隨轉(zhuǎn)子作旋轉(zhuǎn)沖擊運(yùn)動,而且還有繞懸軸自旋運(yùn) 7 動;破碎過程是通過破碎環(huán)的兩段工作來完成。當(dāng)物料進(jìn)入破碎腔后,在第一段旋轉(zhuǎn)的破碎環(huán)沖擊破碎。在第二段,落在篩板上的初碎顆粒,受破碎環(huán)擠壓進(jìn)一步破碎,同時通過篩孔排出。少量不能被破碎的物料則進(jìn)入廢料室,而后定期從廢料室清除。 供煤時, 對 設(shè)備的啟動、停止必須遵循特定的順序 ,為 保證停車時碎煤機(jī) 為空載狀態(tài) ,對于本系統(tǒng) PLC 編程必不可少對其 停車延時 。 : 滾軸篩的篩 面由很多根平行排列的、其上交錯地裝有篩盤的輥軸組成,滾軸通過鏈輪或齒輪傳動而旋轉(zhuǎn),其轉(zhuǎn)動方向與物料流動方向相同。為了使篩上的物料層松動以便于透篩,篩盤形狀有偏心的和異形的。為防止物料卡住篩軸,裝有安全保險(xiǎn)裝置。滾軸篩全部為座式,有左傳動和右傳動之分,又分帶走輪和不帶走輪的,帶走輪的可在鋼軌上移動。 本系統(tǒng)由 PLC 對其控制,為保證停車時為空載狀態(tài),對其停車延時。 : 皮帶秤,是指對放置在皮帶上并隨皮帶連續(xù)通過的松散物料進(jìn)行自動稱量的衡器。在皮帶秤上有一個稱重傳感器裝在稱重橋架上,工作時,將檢測到皮帶上的 物料重量送入稱重儀表,同時由測速傳感器皮帶輸送機(jī)的速度信號也送入稱重儀 表,儀表將速度信號與稱重信號進(jìn)行積分處理,得到瞬時流量及累計(jì)量 ,送入 PLC 中。 進(jìn)煤量控制算法 通過進(jìn)煤量設(shè)定值輸入,經(jīng) PLC 分析輸出,對皮帶機(jī)的驅(qū)動設(shè)備交流電動機(jī)進(jìn)行調(diào)速,從而達(dá)到對皮帶機(jī)的調(diào)速,通過對進(jìn)煤量的檢測,將進(jìn)煤量反饋給PLC,實(shí)現(xiàn)進(jìn)煤量的 控制,采用 PID 算法。 比例控制 (P)是一種最簡單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差信號成比例關(guān)系。其特點(diǎn)是具有快速反應(yīng),控制及時,但不能消除余差。 在積分控制 (I)中,控制器的輸出與輸 入誤差信號的積分成正比關(guān)系。積分控制可以消除余差,但具有滯后特點(diǎn),不能快速對誤差進(jìn)行有效的控制。 在微分控制 (D)中,控制器的輸出與輸入誤差信號的微分(即誤差的變化率)成正比關(guān)系。微分控制具有超前作用,它能猜測誤差變化的趨勢。避免較大的誤差出現(xiàn),微分控制不能消除余差。 PID 控制, P、 I、 D 各有自己的 優(yōu)點(diǎn) 和缺點(diǎn),它們一起使用的時候又和互相制約,但只有合理地選取 PID 值,就可以獲得較高的控制質(zhì)量。 如圖 所示, PID 控制器可調(diào)節(jié)回路輸出,使系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。偏差 e和輸入量 r、輸出量 c 的關(guān)系 : )()()( tctrte ?? (21) 控制器的輸出為: 8 ])()(1)([)( 10 dttdeTdtteTteKtu dip??? ? (22) )(tu PID 回路輸出 pK 比例系數(shù) P iT 積分系數(shù) I dT 微分系數(shù) D PID 調(diào)節(jié)的傳輸函數(shù)為 ]11[)( )()( STSTKsE sUsD dip ???? (23) r(t)為進(jìn)煤量設(shè)定值,被控對象為 皮帶機(jī) , c(t)為進(jìn)煤量實(shí)際值, 反饋環(huán)節(jié)為皮帶秤。 r(t) e(t) u(t) c(t) + - 圖 數(shù)字計(jì)算機(jī)處理這個函數(shù)關(guān)系式,必須將連續(xù)函數(shù)離散化,對偏差周期采樣后,計(jì)算機(jī)輸出值。其離散化的規(guī)律如表 所示: 表 模擬形式 離散化形式 )()()( tctrte ?? )()()( nrne ?? dTtde)( T nene )1()( ?? ?t dtte0 )( ?? ?? ?nini ieTTie 00 )()( 所以 PID 輸出經(jīng)過 離散化后,它的輸出方程為 : PID 控制環(huán)節(jié) 皮帶機(jī) 皮帶秤 9 00)()()()]}1()([)()({)(ununununeneTTdieTTneKnudipniip????????? ?? ( 24) 系統(tǒng)組成總體結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì)基于 PLC 的電廠輸煤控制系統(tǒng),以給煤機(jī)、皮帶機(jī)、碎煤機(jī)、滾軸篩、犁煤器等設(shè)備為被控對象,采用西門子公司 200 系列 PLC 控制,通過數(shù)字量模擬量的輸入輸出,實(shí)現(xiàn)輸煤系統(tǒng)的啟停,進(jìn)煤量的檢測與調(diào)節(jié),并用 觸摸屏 進(jìn)行監(jiān)控, 實(shí)現(xiàn) 進(jìn)煤量超限報(bào)警及備用系統(tǒng)自動切換等功能。 圖 速度傳感器稱重傳感器滾軸篩可編程控制器P LC犁煤器碎煤機(jī)傳送帶電機(jī)觸摸屏給煤機(jī)溫度傳感器 10 第 3章 控制系統(tǒng) 設(shè)計(jì) PLC 簡介及 選型 PLC 的概念及發(fā)展 現(xiàn)代社會要求制造業(yè)對市場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,為了滿足這一要求,生產(chǎn)設(shè)備和自動生產(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)自動化的主要支柱之一。 可編程序控制器( Programmable Controller)本來應(yīng)簡稱 PC,為了與個人計(jì)算機(jī)( Personal Computer)的簡稱 PC 相區(qū)別,現(xiàn)在一般將 可編程序控制器簡稱為PLC( Programmable Logic Controller)。 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??删幊绦蚩刂破鞑粌H能實(shí)現(xiàn)對開關(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)動控制、模擬量 PID 控制、通信聯(lián)網(wǎng)等功能。 它采用可編程的存儲器,用于其內(nèi)部存儲程序,執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時、計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令,并通過數(shù)字或模擬式輸入 /輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。 在發(fā)達(dá)的工業(yè)化國家,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,其應(yīng)用已擴(kuò)展到樓宇自動化、家庭自動化、商業(yè)、公用事業(yè)、測試設(shè)備和農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域。 工作原理 當(dāng)可編程邏輯控制器投入運(yùn)行后,其工作過程一般分為三個階段,即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運(yùn)行期間,可編程邏輯控制器的 CPU 以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個階段。 ( 1) 輸入采樣階段 在輸入采樣階段,可編程邏輯控制器以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù),并將它們存入 I/O 映象區(qū)中的相應(yīng)的單元內(nèi)。輸入采樣 結(jié)束后,轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個階段中,即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化, I/O 映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會改變。因此,如果 11 輸入是脈沖信號,則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期,才能保證在任何情況下,該輸入均能被讀入。 ( 2) 用戶程序執(zhí)行階段 在用戶程序執(zhí)行階段,可編程邏輯控制器總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序 (梯形圖 )。在掃描每一條梯形圖時,又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點(diǎn)構(gòu)成的控制線路,并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點(diǎn)構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算,然后根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果,刷新 該邏輯線圈在系統(tǒng) RAM 存儲區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài);或者刷新該輸出線圈在 I/O 映象區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài);或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。即,在用戶程序執(zhí)行過程中,只有輸入點(diǎn)在 I/O 映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會發(fā)生變化,而其他輸出點(diǎn)和軟設(shè)備在 I/O 映象區(qū)或系統(tǒng) RAM 存儲區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化,而且排在上面的梯形圖,其程序執(zhí)行結(jié)果會對排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用;相反,排在下面的梯形圖,其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個掃描周期才能對排在其上面的程序起作用。 在程序執(zhí)行的過程 中如果使用立即 I/O 指令則可以直接存取 I/O 點(diǎn)。即使用 I/O 指令的話,輸入過程影像寄存器的值不會被更新,程序直接從 I/O模塊取值,輸出過程影像寄存器會被立即更新,這跟立即輸入有些區(qū)別。 ( 3) 輸出刷新階段 當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后,可編程邏輯控制器就進(jìn)入輸出刷新階段。在此期間, CPU 按照 I/O 映象區(qū)內(nèi)對應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路,再經(jīng)輸出電路驅(qū)動相應(yīng)的外設(shè)。這時,才是可編程邏輯控制器的真正輸出。 基本結(jié)構(gòu) ( 1) CPU 模塊 CPU 模塊主要由微處理器( CPU 芯片)和存儲器組成。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
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