【導(dǎo)讀】PLC控制系統(tǒng)的研究設(shè)計。3月7日:指導(dǎo)老師布置任務(wù)、下達設(shè)計任務(wù)書；3月7日—3月26日：查閱資料、撰寫文獻綜述和開題報告并上傳到FTP；3月27日—4月9日：畢業(yè)實習(xí)、撰寫實習(xí)報告；4月10日—5月30日：畢業(yè)設(shè)計；6月1日—6月14日：撰寫畢業(yè)設(shè)計論文；6月15日—6月17日：指導(dǎo)老師評閱、電子文檔上傳FTP；6月17日—6月20日：畢業(yè)設(shè)計答辯；PLC的最新發(fā)展現(xiàn)狀····················

　　

【正文】 0 T12 T RST Y1 RST Y3 RST Y14 S33 RST Y3 T13 S22 SET Y1 T1 S23 S24 S25 SET Y14 RST Y14 T4 T5 S26 R RST Y1 T6 S27 RST Y2 T10 RST Y3 K600 K600 K600 K600 K600 K600 K600 K600 K600 K600 K600 X0 T0 T3 T2 T1 T4 T5 T6 T11 T12 X20+X4 X21 X22 X3 湖南工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文 19 圖 卸煤系統(tǒng)梯形圖及 指令表 基于 PLC 的熱電廠輸煤控制系統(tǒng)設(shè)計 20 湖南工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文 21 基于 PLC 的熱電廠輸煤控制系統(tǒng)設(shè)計 22 S34 S35 S36 S37 S40 S41 S42 S43 S45 S46 SET Y0 T14 K600 S50 Y34 RST Y15 RST Y0 RST Y4 RST Y5 RST Y6 RST Y7 RST Y10 RST Y11 RST Y12 RST Y13 T15 SET Y7 K600 SET Y13 S51 Y34 RST Y15 RST Y4 RST Y5 RST Y6 RST Y10 RST Y11 S52 Y34 RST Y15 RST Y4 RST Y5 RST Y10 RST Y11 SET S45 RST Y12 SET S46 T15 SET Y6 K600 SET Y12 T17 SET Y5 K600 SET Y11 S53 Y34 RST Y15 RST Y4 RST Y10 SET S43 T20 SET Y4 K600 SET Y10 SET Y15 T21 RST Y4 K600 RST Y10 T22 RST Y5 RST Y11 T23 RST Y6 RST Y12 K600 K600 T24 RST Y13 RST Y0 K600 RST Y7 X5 T14 T15 T16 T17 T20 X23+X34 T21 T22 T23 X40+X30 X37 X36 X35 圖 上煤系統(tǒng)順序功能圖 湖南工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文 23 控制面板的設(shè)計 由于整個控制系統(tǒng)卸煤和上煤兩個部分在實際工作環(huán)境中距離較遠，為了現(xiàn)場的操作方便和安全，在總控制室設(shè)計一個控制柜，它的操作面板上有卸煤和上煤部分的聯(lián)動起動、停止、急停按鈕 ，當系統(tǒng)處于聯(lián)動工作方式時，按下 卸煤系統(tǒng)啟動 X0、上煤啟動按鈕 X5系統(tǒng)開始按程序運 行，按下卸煤停止按鈕 X上煤啟動按鈕 X23系統(tǒng)按程序正常停止，當按下卸煤系統(tǒng)急停按鈕 X4或上煤系統(tǒng)急停按鈕 X30時相應(yīng)設(shè)備緊急停止運行。當系統(tǒng)處于單機工作方式時，各臺電機單獨手動啟動。 圖 操作面板 系統(tǒng)調(diào)試 （ 1） 控制系統(tǒng)外圍接口檢查 在火電廠輸煤程控系統(tǒng)進行現(xiàn)場調(diào)試時，首先對皮帶傳感器信號、擋板到位信號、犁煤器上下位信號、高低煤位信號及設(shè)備狀態(tài)等所有現(xiàn)場輸人信號線路進行測試。由現(xiàn)場發(fā)來模擬信號，在控制室中依次觀察對應(yīng)的輸人繼電器、輸人模塊及編程器中該接點的狀態(tài)是否一致 。如不一致可順序排查找出故障點，并及時排除。 對輸出信號線路的測試可以在編程器中對設(shè)備啟停、犁煤器抬落等輸出信號進行強制，然后順序觀察輸出模塊、輸出繼電器及就地接點的狀態(tài)，并保持一致。 （ 2） 程序調(diào)試 經(jīng)過上述輸入、輸出信號測試即可保證程控系統(tǒng)接線正確無誤，下一步對整個輸煤系統(tǒng)進行程序調(diào)試，根據(jù)現(xiàn)場設(shè)備的實際運行情況，對程序作出相應(yīng)修改，最終得到針對現(xiàn)場設(shè)備的應(yīng)用程序?，F(xiàn)場調(diào)試時經(jīng)常遇到到貨設(shè)備與原設(shè)計不一致的情況，此時應(yīng)根據(jù)實際設(shè)備的原理接線對其控制程序進行修改，同時還應(yīng)全面考慮對與之有聯(lián)鎖關(guān)系 的其它設(shè)備是否產(chǎn)生影響 。另外，當某個現(xiàn)場信號不可靠時可以考慮采用其它信號代基于 PLC 的熱電廠輸煤控制系統(tǒng)設(shè)計 24 替，如速度信號對皮帶來說必不可少，但經(jīng)常工作不穩(wěn)定，這時可采用運行信號加一定時間的延時來代替。雖然從本質(zhì)上講兩者有一定差別，但從實際運行效果出發(fā)，這種替代做法尚行得通 。暫停 v0 服務(wù)指令可通過程序?qū)⒖刂破髋c現(xiàn)場隔開，免除拆除接線或切除外部電源，給調(diào)試程序帶來極大方便。用戶程序必須經(jīng)過一定時間的運行考驗，才可以投入實際現(xiàn)場工作。 湖南工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文 25 第 3章 熱電廠輸煤控制系統(tǒng)的抗干擾措施 概 述 輸煤設(shè)備的運行環(huán)境十分惡劣，大多數(shù)電氣控制柜置于地平線以下，其濕熱、高粉塵環(huán)境大大增加了電氣接線和繼電器吸合方面的故障，控制電纜接地也是經(jīng)常發(fā)生的故障，同時，由于控制電纜與高壓動力電纜在一個電纜溝內(nèi)遠距離傳輸產(chǎn)生較高的感應(yīng)電壓，造成偶然性的誤信號。新系統(tǒng)應(yīng)盡可能地縮短電纜敷設(shè)距離和盡量少地使用電纜。輸煤系統(tǒng)運行中，各種干擾信號多，是影響輸煤程控系統(tǒng)穩(wěn)定運行的重要因素。要使輸煤程控系統(tǒng)安全穩(wěn)定運獰，增加其抗千擾能力是十分重要的。作為一種應(yīng)用于工業(yè)控制的自動裝置， PLC本身具有一定抗干擾能力，比較 適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境。盡管如此，由于我廠輸煤系統(tǒng)運行條件惡劣，各類干擾信號較多，使得抗干擾問題成為輸煤程控設(shè)計、調(diào)試及運行中的一大難題。許多電廠輸煤程控系統(tǒng)不能長期穩(wěn)定運行，抗千擾能力差是其最主要的原因。 實際分析 一般來說， PLC系統(tǒng)故障可分為內(nèi)部故障和外部故障兩大類，內(nèi)部故障指 PLC本身的故障，外部故障指系統(tǒng)與實際過程相連的傳感器、檢測開關(guān)、執(zhí)行機構(gòu)等部分的故障，PLC系統(tǒng)的故障分布情況如圖所示 : 圖 故障分布 由圖可知，系 統(tǒng)中只有 5%的故障發(fā)生在 PLC內(nèi)部。說明 PLC的可靠性遠遠高于外部設(shè)基于 PLC 的熱電廠輸煤控制系統(tǒng)設(shè)計 26 備，提高系統(tǒng)可靠性的重點應(yīng)放在外部設(shè)備方面。因此我們從硬件和軟件兩方面考慮，對外部設(shè)備綜合運用以下幾種抗干擾措施，在實際運行中收到了良好效果。 抗干擾措施 硬件措施 （ 1） 信號隔離 目前在電廠輸煤程控系統(tǒng)中，現(xiàn)場設(shè)備與 1/0模塊之間的開關(guān)量信號是否需經(jīng)繼電器隔離，一直是設(shè)計中爭論的焦點。有觀點認為不需經(jīng)繼電器隔離，可將現(xiàn)場信號直接送到 1/0模塊，理由是 1/0模塊本身具有一定抗千擾能力，模塊內(nèi)的光電隔離器使信 號在其內(nèi)部、外部電路上完全隔離，再加上阻容濾波電路，便可有效防止干擾的侵入。同時，由于省去了中間繼電器，系統(tǒng)接線簡化，系統(tǒng)故障點也隨之減少。我們通過對我廠輸煤系統(tǒng)外部環(huán)境、 PLC裝置內(nèi)部電路的分析以及實地運用的考察，認為 PLC自身有良好的抗干擾性能，但在輸煤控制時采用繼電器隔離仍是十分必要，理由如下 : 1) 現(xiàn)場設(shè)備至 PLC輸入棋塊間的信號電纜較長，阻抗較大，電纜間的分布式電容充放電效應(yīng)使信號電纜上產(chǎn)生干擾信號，加之輸入模塊的輸入阻抗大 (內(nèi)阻約 2. 5K歐 )動作功率小 (小于 0. 5W)因此輸煤系統(tǒng)中干擾信號 易使輸入模塊誤動作。采用繼電器隔離后，繼電器動作功率較大 (大于 1W)而現(xiàn)場干擾信號僅有足夠的電壓而沒有足夠的電流，難以使繼電器動作，從而有效解決了輸入回路的抗干擾問題。 2) 繼電器與 PLC輸入模塊相比，耐過電壓、過電流沖擊的能力較強，可避免引入過壓、過流信號而損壞 PLC模塊。迄今為止，國內(nèi)己有多個電廠輸煤程控系統(tǒng)在運行和調(diào)試過程中有過這方面的教訓(xùn)，如宏偉熱電廠輸煤程控調(diào)試中發(fā)現(xiàn)，采用繼電器隔離及直流電源供電，可有效地減少干擾信號的產(chǎn)生，從而減少誤動信號。對于輸出模塊，采用繼電器隔離增加了輸出接點容量，可將 繼電器接點方便地接 入設(shè)備控制回路中。 3) 現(xiàn)場 1/0信號經(jīng)繼電器隔離，與 PLC系統(tǒng)本體在電路上分開，切斷干擾噪聲的通道，避免形成接地環(huán)路引入的電位差。同時使控制室內(nèi)、外自成系統(tǒng) .便于檢修和維護。 4) 輸煤控制系統(tǒng)增加大量繼電器是否會相應(yīng)增加工程投資，答案是否定的。采用繼電器隔離后， PLC與繼電器之間采用 DC24V電源供電，繼電器與現(xiàn)場設(shè)備間采用 AC220V供電，因此 PLC系統(tǒng)可選用 DC24V,32點 1/0模塊 。而不采用繼電器隔離，則需選用 AC220V, 16點 1/0模塊?？梢娗罢呖晒?jié)省一半 1/0模塊， 對于信號繁多的電廠輸煤系統(tǒng)來說，其價值與增加的繼電器相當，總投資并未增加。 （ 2） 接地屏蔽 湖南工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文 27 在輸煤控制系統(tǒng)中。良好接地可消除各電路電流經(jīng)公共地線阻抗時產(chǎn)生的噪聲電壓。避免磁場及電位差的影響，使其形不成地環(huán)路。接地是抑制干擾使系統(tǒng)可靠工作的重要方法，和屏蔽結(jié)合起來使用即可解決大部分干擾問題。 在低頻電路中，布線和元件間的電感并不是大問題，而接地形成的環(huán)路千擾影響卻很大，因此通常采用單點接地的方式。 PLC控制系統(tǒng)屬于低頻范疇 (1MHZ以下 )。也應(yīng)遵循單點接地的原則。為防止不同類型地線之間的干擾，設(shè)計時將 系統(tǒng)中的數(shù)字地、模擬地、屏蔽地分別相連，然后匯集到總的接地點，接入輸煤系統(tǒng)接地網(wǎng)。 在輸煤控制系統(tǒng)中， PLC模塊、電源設(shè)備、繼電器都放在控制柜內(nèi)。對電磁場的屏蔽較好。噪聲主要由傳輸導(dǎo)線引入，因此對導(dǎo)線采取屏蔽措施也十分必要。對 1/0信號采用完全屏蔽的信號申給。并且電纜的金屬屏蔽層采用一點接地。若接地點超過一個，接地點之間的電位差將產(chǎn)生噪聲電流，形成噪聲干擾源。 （ 3） 采用兩路電源分別供電 愉煤控制兩路電源都取自輸煤綜合樓 MCC上，而輸煤綜合樓 MCC電源取自輸煤段，輸煤系統(tǒng)中的碎煤機電源也取自 輸煤段，在程控狀態(tài)下啟動碎煤機，因碎煤機啟動電流大(380V,1000A左右 )，對系統(tǒng)沖擊大，電壓瞬間降低大，經(jīng)常造成 PLC主機死機，導(dǎo)致碎煤機不能啟動。通過多次現(xiàn)場試驗和實際操作，單獨取一路電源 (與碎煤機不在同一電壓系統(tǒng)上 )，就會消除這一問題，保證了程控系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。 （ 4） 電纜選擇與敷設(shè) 信號傳輸線之間的相互千擾主要來自導(dǎo)線間分布電容、電感引起的電磁禍合，防止干擾的有效方法首先是注意電纜的選擇，應(yīng)選用金屬銷裝屏蔽型的控制、信號電纜，一方面減少了噪聲干擾，另一方面也培增強了電纜的機械強度 :其次， 電纜的敷設(shè)施工也是一項重要的工作，施工時應(yīng)將動力電纜和控制電纜分開，控制電纜中將強電電纜和弱電電纜分開。同時還要注意盡量把模擬量信號線開頭量 信號線、直流信號線和交流信號線分開布線，以減少不同類型信號間的干擾。 圖 抗干擾示意圖 軟件措施 在 PLC控制系統(tǒng)中，除采用硬件措施提高系統(tǒng)的抗干擾能力外，我們還利用其計算速度快的特點，充分發(fā)揮軟件優(yōu)勢，以確保系統(tǒng)既不會因千擾而停止工作，又能滿足工程所要求的精度和速度。數(shù)字濾波和軟件容錯是達到這一目的的兩種經(jīng)濟、有效的方法 基于 PLC 的熱電廠輸煤控制系統(tǒng)設(shè)計 28 （ 1） 數(shù)字 濾波 對于較低信噪比的模擬里信號，常因現(xiàn)場瞬時千擾而產(chǎn)生較大波動，若僅用瞬時采樣值進行控制計算，會產(chǎn)生較大誤差，為此我們采用了數(shù)字濾波方法?，F(xiàn)場模擬量信號經(jīng) A/D轉(zhuǎn)換后變?yōu)殡x散的數(shù)字量信號，然后將形成的數(shù)掘按時間序列存入 PLC內(nèi)存，再利用數(shù)字濾波程序?qū)ζ溥M行處理，濾去噪聲部分獲得單純信號。 我們在程序設(shè)計時，要求廠家對設(shè)備工作電流、皮帶秤煤量、碎煤機溫度及振動、煤倉煤位等模擬量信號采取了平均值濾波的方法進行預(yù)處理 .對輸入信號用 10次采樣值的平均值來代替當前但并不是通常的每采樣 10次求一次平均值 ，而是每采樣一次與最近的 9次歷史采樣值相加，即 : 其中 Yn為濾波值， Xi為采樣值 這種方法反映速度快，具有更好的實時性。輸入信號經(jīng)處理后用于信號顯示或回路調(diào)節(jié)，有效降低了噪聲干擾 . （ 2） 軟件容錯 由于輸煤系統(tǒng)現(xiàn)場環(huán)境惡劣，干擾信號較多， 1/0信號傳送距離也較長，常常會使傳送的信號有誤 .為提高系統(tǒng)運行可靠性，使 PLC在信號出錯的情況下能及時發(fā)現(xiàn)錯誤，并能排除錯誤的影響繼續(xù)工作 .在程序編制中還應(yīng)用了軟件容錯技術(shù)。 1) 在目前現(xiàn)場設(shè)備信號不完全可靠的情況下，對于非嚴重影響設(shè)備運行的故障信號 ，在程序中采取不同時間的延時判斷，以防止輸入接點抖動而產(chǎn)生“偽報警”。若延時后信號仍不消失，再執(zhí)行相應(yīng)動作。如皮帶的打滑、跑偏信號，我們結(jié)合現(xiàn)場調(diào)試的實際情況，總結(jié)出在程序中分別設(shè)定 15s和 2s的延時，可有效防止“偽信號”的干擾。 2) 充分利用信號間的組合邏輯關(guān)系構(gòu)成條件判斷，使個別信號出現(xiàn)錯誤時，系統(tǒng)不會因錯誤判斷而影響其正常的邏輯功能。如在程序編制中，皮帶的打滑跑偏及拉繩開頭等均于皮帶運行信號串聯(lián)使用，即只有皮帶啟動后才能發(fā)揮作用。若單純使用故障信號則可能無法啟動皮帶。這種方法在現(xiàn)場調(diào)試時具有很大靈活 性。 3) 原煤倉煤位傳感器在配煤過程有誤發(fā)信號的現(xiàn)象，程序設(shè)計時結(jié)合原煤倉配煤的特點，采取順序配煤方式，并且只設(shè)置高、低煤位信號，取消超高、超低煤位信號，減少對傳感器的依賴性。由于現(xiàn)場調(diào)試時系統(tǒng)硬件配置己經(jīng)確定，對其增加和修改都比較困難，而從軟件方面入手則無需增加任何設(shè)備，根據(jù)具體情況采用不同的容錯技術(shù)，使用方便、靈活，可作為硬件容錯的補充，進一步提高系統(tǒng)抗干擾能力。現(xiàn)場實際應(yīng)用表明，數(shù)字濾波和軟件容錯技術(shù)在程序設(shè)計中必不可少，且行之有效。 湖南工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文 29 總結(jié) 本論文分析和設(shè)計了熱電廠輸煤控制系統(tǒng)。輸煤系統(tǒng)運行條件 惡劣，各種干擾信號多，是影響輸煤控制系統(tǒng)穩(wěn)定運行的重要因素。要使輸煤程控系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行，增加其抗干擾能力是十分重要的。作為一種應(yīng)用于工業(yè)控制的自動裝置， PLC 本身具有一定 抗干擾能力，比較適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境。不僅如此，通過 采用可編程序控制器 PLC 的自動 控制系統(tǒng)對原有的繼電器 接觸器的控制系統(tǒng)進行技術(shù)改造還體現(xiàn)出以下優(yōu)點。 （ 1） 采用 PLC程序控制系統(tǒng)使整個輸煤系統(tǒng)的自動化水平有了很大的提高，實現(xiàn)了輸煤系統(tǒng)的自動、安全和穩(wěn)定運行。 （ 2） 通過 PLC 系統(tǒng)的應(yīng)用，提高了控制系 統(tǒng)的可靠性，解決了繼電器控制系統(tǒng)因誤動作而影響生產(chǎn)的問題。通過應(yīng)用軟件中的故障顯示，操作人員可隨時糾正操作中的失誤并快速診斷設(shè)備的故障。 （ 3） 由于 PLC 系統(tǒng)的靈活性，可方便地通過改變應(yīng)用軟件隨時改變工藝參數(shù)，增加控制功能，故最終必然取代傳統(tǒng)的繼電器控制。 由于本人知識水平有限，又是第一次搞這樣的設(shè)計，所以在設(shè)計上存在一些不足，很多地方還有待提高和進一步簡化。