基于PLC的电厂输煤控制系统.doc

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1、摘 要输煤系统是电厂的重要组成部分，电厂输煤系统运作的性能关系到电厂生产效率以及工人的身体健康。由于早期的输煤系统的自动化水平不高，人工作业量大，维护困难等缺点，与现代化工业需求不相适应，因此提高输煤系统自动化程度是必然选择。电厂输煤以往的控制方式落后，本文采用S7-200系列的PLC，以PLC为核心，设计电厂输煤控制系统，实现输煤系统的启停，进煤量的检测与调节，及备用系统自动切换功能。首先从输煤系统工艺流程出发，对控制系统分析，设计合理的方案。其次，在硬件部分中对各设备选型，分析需要控制的量，有称重信号，速度信号，报警信号，各设备启停，进煤量调节。以S7-200 PLC作为主控制器，设计电机

2、和变频器的控制电路，绘制电气控制原理图，通过PLC对变频器的控制达到对皮带机运行速度的控制，从而实现进煤量的调节。最后，在软件部分，设计系统流程图和编写系统的控制程序，以及对组态监控界面的设计实现对系统的监控。在这输煤系统中，进煤量控制调节由触摸屏监控，不用在工业现场人工操作，减少工作量，提高输煤效率。关键词：输煤系统；PLC；变频器；监控AbstractThecoalhandlingsystemisanimportant part of power plant, and the operating performance of coal handling system will affect

3、 the productivity of a power plant and the health of its workers. Since the early coal handling systems have the defects such as low automationlevel,alargeamountofmanualworkand maintenance difficulties, which are incompatible with the needs of modern industry, increasing the automations level of coa

4、l handling system is inevitable.The previous control methodsofthecoalhandlingsystemare backward. This thesis used the S7-200 series of PLC as the core to design the coal handling control system which could realize start and stop of coal handling system, detection and regulation of coal feed and auto

5、matic switching of backup system. First, with the technological process of the coal handling system as a starting point, it analyzed the control system and designed a reasonable plan. Second, in the hardware part, it selected various devices and analyzed the amount to be controlled, such as weighing

6、 signal, speedsignal,alarmsignal,motorstart-stopas well as coal testing and regulation. With S7-200 PLC as the master controller, it designed the control circuit of motor and transducer, drew the electrical control schematics, and realized control over the belt conveyor speed through control over in

7、verter via PLC, so as to regulate the coal feed. Finally, in the software part, it designed the system flow chart, wrote the system control program, and designed the configuration monitoring interface to monitor the system.In the coal conveying system, coal feed control and regulation are monitored

8、via the touch screen, which requires no manual operation in the industrial field, reduces workload, and improves the coal handling efficiency.Key words：Coal handling system；PLC；Inverter；Monitor目 录第1章 绪论11.1 输煤系统的背景11.2 输煤系统的现状11.3 课题研究的内容及意义2第2章 方案设计42.1 概述42.2 系统方案分析设计42.2.1 系统工艺流程42.2.2 系统分析设计52.2

9、.3 进煤量控制算法72.3 系统组成总体结构9第3章 控制系统设计103.1 PLC简介及选型103.1.1 PLC的概念及发展103.1.2 工作原理103.1.3 基本结构113.1.4 PLC选型123.2 系统设备选型143.2.1 给煤机143.2.2 皮带机153.2.3 滚轴筛173.2.4 碎煤机183.2.5 犁煤器203.2.6 皮带秤213.2.7 锅炉233.2.8 温度传感器243.2.9 称重传感器253.2.10 速度传感器253.3 触摸屏通讯263.4 变频调速283.4.1 变频调速原理283.4.2 变频器选型303.4.3 变频器参数设置313.4.4

10、 变频器外部电路设计313.5 各设备主电路设计323.5.1 皮带机主电路设计333.5.2 其它设备主电路设计333.6 I/O地址分配343.7 I/O扩展模块343.8 PLC外部电路的设计34第4章 软件设计354.1 系统流程图设计354.1.1 主流程图设计354.1.2 停车流程图设计364.2 系统程序设计374.2.1 PLC编程软件374.2.2 程序设计38第5章 系统组态395.1 MCGS组态软件395.2 组态41第6章 结论43参考文献44致谢46附录I47附录II48附录III51IV第1章 绪论1.1 输煤系统的背景传统的电厂输煤系统由于自动化水平不高，输煤

11、系统现场的环境恶劣，严重损害工人身体的健康。同时由于系统范围大，遇到紧急情况无法及时报警，因此也降低了发电厂生产效率。随着现代工业用电量的增加，对发电厂发电要求也就相应提高，因此对电厂的输煤量与稳定性的要求大大提高，传统的输煤系统己无法满足发电厂的需要。随着工业自动化水平的不断提高，大型火电厂发电机组主机设备均被配备了先进可靠、协调统一、高度自动化的极其完善的控制系统。其良好的人机界面，优越的控制性能，准确的故障诊断与显示，大大提高了机组的运行效率，降低了劳动强度，简化了操作，也提高了故障处理速度。与先进的主机控制系统相比，输煤控制系统则显得较为落后，其自动化水平和工作效率与经济发展的要求不相

12、适应。特别是上个世纪年代及其以前建设的火力发电厂，其输煤控制系统多为强电集中就地控制方式，采用继电器和按钮组成逻辑电路。这种控制方式与程控系统相比：功能差、系统可靠性差，自动化程度低，需要运行人员数量多且劳动强度大。火电厂的输煤系统是火电厂的一个重要组成单元，特点是运行情况恶劣，条件复杂，转动机械多，作业线长，设备分散，尤其对运行人员来讲，现场冗员过多且工作强度大，并且粉尘，噪音等影响运行人眼的身心健康。因此，火电厂输煤程控技术是提高输煤系统自动化程度及可靠性程度的必然选择，也是火电厂提高市场竞争能力的必然要求。1.2 输煤系统的现状金融危机以来，国家围绕“保增长、扩内需、调结构”采取了一系列

13、宏观调控政策，为我国输煤系统设备行业提供了较为宽松的国内发展环境，使行业从2008年下半年以来的困境中得到了缓解和恢复。我国输煤系统设备行业也在加快产业结构调整、转变发展方式，为行业持续发展提供了动力和支撑。在全球经济不景气、国际市场持续低迷的情况下，我国输煤系统设备行业仍然呈现出了企稳回升、发展逐渐向好的良好局面。虽然输煤系统设备行业发展很快，但是市场存在的一些问题不容忽视，如市场无序竞争、产品质量下降、创新乏力等。输煤系统设备行业的规划和发展需要建立在充分市场调研的基础之上，输煤系统设备市场管理需要认清市场经济条件下政府和企业的角色定位，输煤系统设备市场有序运行需要完善市场交易规则和各项制

14、度。目前主要有以煤炭和燃油为能源的火力发电、水力发电以及其它利用核能、风力、潮汐和太阳能等新兴发电方式，发电企业在我国主要是依靠火力发电，它占据总发电量81%的份额。随着节能减排力度的加大火力发电也愈发成熟，对环境污染得到了有效的控制，成为最安全的发电方式。在火力发电厂的辅控系统中，煤炭的输送和分配工作量大、工作条件恶劣，实现输煤和配煤的自动化控制就显得尤为迫切和重要。在目前的电力设备中，由于PLC的控制性能稳定，因此在调速器、保护、监控等都得到了成功的应用，并取得了很好的经济效益。本设计结合某电厂输煤监控系统来说明SIEMENS S7-200系列的PLC具有的稳定性好、可靠性高、操作维护方便

15、、抗干扰能力强、性价比高等一系列的优点。现在的电厂输煤控制系统有两种：一种是基于PLC的自动控制，相对自动化水平有所提高；另一种是传统的热电厂输煤系统，主要是一种基于继电接触器和人工手动方式的半自动化系统。由于输煤系统现场环境十分恶劣，极大损害了工人的身体健康。由于输煤系统范围大，经常有皮带跑偏、皮带撕裂及落煤管堵塞等等麻烦，大大降低了发电厂的生产效率。传统的输煤系统己无法满足发电厂的需要。随着火力电厂单机容量和总装机容量的不断扩大，因此需要一个稳定、可靠的燃料供应。与先进的主机控制系统相比，目前的输煤控制系统则显得十分落后。基本上为集中加就地控制模式，其中PLC控制系统仅仅满足了皮带输送机的

16、集中控制功能。简言之，其PLC控制器仅仅代替了皮带输送机及其辅助设备的启、停按钮的功能，其完成的仅仅是部分设备的顺序控制功能，无法达到整个系统的协调控制，其斗轮机、翻车机、环式给煤机均处于各自相对独立的情况下运行，其结果是运行岗位人员设置过多，人员工效较低，系统设备间配合不协调，设备空转导致的电能损耗以及设备磨损等损耗较大。1.3 课题研究的内容及意义输煤系统是火力发电厂中较为庞大的系统。随着我国电力工业的迅速发展，火电厂的装机容量和单机容量都日益增大，输煤系统的规模也大幅度上升，对其控制方式、控制质量的要求也越来越高。PLC是60年代发展起来的基于集成电路和计算机技术基础上的一种用于逻辑控制

17、的专用计算机。它把计算机功能全、灵活性与通用性强的优点与继电器控制简单易懂、操作方便、抗干扰能力强、价格便宜的优点结合起来，是一种面向过程控制的控制器在现代集散控制系统中，PLC已经成为一种重要的基本控制单元，在工业控制领域中应用前景极其广泛。本次课题以PLC为核心，设计电厂输煤控制系统，控制系统实现输煤系统的启停，锅炉进煤量的检测与调节，进煤量超限报警及备用系统自动切换等功能。输煤系统是火力发电厂中较为庞大的系统。随着我国电力工业的迅速发展，火电厂的装机容量和单机容量都日益增大，输煤系统的规模也大幅度上升，对其控制方式、控制质量的要求也越来越高。控制领域中，明显的缺点继电器控制占有主导地位。

18、可编程序控制器问世以前，工业这种由继电器构成的控制系统有着十分体积大、耗电多、可靠性差、寿命短、运行速度不高，尤其是对生产工艺多变的系统适应性更差，如果生产任务或工艺发生变化，就必须重新设计，并改变硬件的结构，造成了时间和资金的严重浪费。PLC在输煤系统中的应用基本上限于设备级，各设备或系统处于各自的PLC控制之下，相互间基本独立。随着国内火电厂机组的扩建和PLC技术的迅速发展，与当初输煤设备的控制从就地走向集中一样，输煤系统的PLC控制也将从设备级发展到车间级。同时电厂输煤将会向更高水平的自动化方向发展，对于的电厂输煤系统而言，很多设备都是独自工作的，不受系统直接控制，因此增加了大量人工投入

19、。未来的电厂输煤系统将会向着更高水平的自动化方向发展。第2章 方案设计2.1 概述电厂输煤以往采用的继电器方式的逻辑控制，控制方式落后，系统复杂，发现和排除故障困难。所以，在此设计中我采用可编程序控制器PLC对热电厂的整体皮带机输煤控制系统进行控制，用软件实现系统的控制逻辑功能。本次设计主要是综合应用所学知识，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，利用 PLC控制，实现输煤系统各设备的启停，进煤量的检测与调节。通过皮带秤对皮带机上煤量的检测，将其反馈给PLC，由PLC处理后输出对应的模拟量给变频器，利用变频器实现对皮带机的驱动设备三相异步电

20、动机的调速，达到对皮带机的调速，从而实现对进煤量的调节。利用触摸屏与PLC通讯，对输煤系统进行监控，实现温度报警和进煤量超限报警，控制输煤系统的启停，从而实现对电厂输煤系统的自动控制。系统功能介绍：进煤量的检测与调节，进煤量超限报警等功能。2.2 系统方案分析设计2.2.1 系统工艺流程火电厂的输煤系统是辅机系统的一个重要组成部分，是保证火电厂稳定可靠运行的重要因素之一。一个可靠性和灵活性的燃料输送系统是机组乃至整个电厂稳定运行的重要保证，其运行的好坏直接影响到电厂的安全运行。输煤系统主要承担输煤，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

21、备。输煤系统的特点：1输煤系统设备较多，相互连锁繁杂。2控制过程具有很强的时序性。3现场环境恶劣，粉尘、潮湿、振动、噪声、电磁干扰都比较严重，给电设备运行及检修都带来不便。4整个系统控制分散，覆盖距离远。输煤系统是给煤机、皮带机、碎煤机、滚轴筛、犁煤器及辅助设备组成，燃料输送的生产任务主要是输煤、碎煤和清除煤中的杂质，保证及时供应足量合格的煤。图2.1系统流程框图2.2.2 系统分析设计输煤系统主要承担输煤，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

22、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

23、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

24、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：1.流程预启：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

25、。2.流程启动：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。3.流程停止：停止指令下达后，系统主设备按顺煤流方向延时顺序停止。4.故障联锁停机：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。5.重故障信号：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：1.给煤机：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

26、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。2.皮带机：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PL

27、C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。3.碎煤机：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

28、时。4.滚轴筛：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。5.皮带秤：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

29、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。2.2.3 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

30、（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2.2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： (2-1)控制器的输出为： (2-2)-PID回路输出-比例系数P-积分系数I-微分系数DPID调节的传输函数为 (2-3)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。皮带机PID控制环节r(t) e(t) u(t

31、) c(t) 皮带秤图2.2闭环控制系统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2.1所示：表2.1模拟与离散形式模拟形式离散化形式所以PID输出经过离散化后，它的输出方程为： （2-4）2.3 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2.3系统结构框图 第3章 控制系统设计3.1 PLC简介及选型

32、3.1.1 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，

33、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。3.1.2 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

34、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

35、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

36、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。3.1.3 基本结构（1）CPU模块CPU模块主要由微处理器（CPU芯片

37、）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，它不断地采集输入信号，执行用户程序，刷新系统的输出；存储器用来储存和数据。（2）I/O模块输入（Input）模块和输出（Output）模块简称为I/O模块，它们是系统的眼、耳、手、脚，是联系外部现场和CPU模块的桥梁。输入模块用来接收和采集输入信号，输入信号有两类：一类是从按钮、选择开关、数字拨码开关、限位开关、接近开关、压力继电器等来的开关量输入信号；另一类是由电位器、热电偶、测速发电机、各种变送器提供的连续变化的模拟量输入信号。（3）编程器编程器除了用来输入和编辑用户程序外，还可以用来监视可编程序控制器运行时各种编程元件

38、的工作状态。（4）电源可编程序控制器使用220V交流电源或24V直流电源。可编程序控制器内部的直流稳压电源为各模块内的电路供电。某些可编程序控制器可以为输入电路和外部电子检测装置（如接近开关）提供24V直流电源，驱动现场执行机构的直流电源一般由用户提供。3.1.4 PLC选型随着目前生产自动化水平的提高，以及各种监控系统的需要，PLC以其外部电路简单、模块化结构、软硬件开发周期短、可靠性高，尤其可以通过方便的编程和修改软件来实现顺序控制的功能等特点，将传统的继电器控制技术与计算机和通信技术融为一体，在工业的应用中越来越广泛。选择适当型号的PLC是应用设计中至关重要的一步。在功能满足要求的前提下

39、，应选择最佳的性能价格比，具体应考虑以下几点：（1）I/O点数的选择。输入、输出点数是衡量PLC规模大小的重要指标。选择时应在实际使用点数的基础上留出15%20%的备用量。（2）存储器容量的选择。一般小型的PLC存储器容量是固定的，无法随意扩充和调整，选购时一定要注意，是否能满足要求。（3）PLC功能的选择：1对于开关量控制的应用系统，对控制速度要求不高，选用一般的低档机就能满足要求。2对于以开关量控制为主，带有部分模拟量控制的应用项目，应选用带有A/D、D/A转换，四则运算功能的低档机。3对于控制比较复杂，功能要求较高的应用系统，低档机往往不能满足要求，这是可选用中型和大型的PLC以组成一个

40、分布式控制系统。4PLC运行速度的选择。PLC工作时，从输入信号到输出控制存在着滞后现象，这对于一般的工业设备是允许的，但有些设备的实时要求较高，不能容忍这种滞后现象。但一般滞后时间应控制在几十毫秒之内。（4）特殊I/O模块的选择。选择哪一种功能的输入/输出模块和哪一种输出形式，取决与控制系统中输入/输出信号的种类、参数要求和技术要求。另外，如果控制系统要求进行温度控制、位置控制、PID控制或波形控制，那么选择合适的智能控制模块会使系统设计变得简单。按输出方式不同，PLC可以分为继电器输出、晶体管输出和双向晶闸管输出三种。对于开关频繁、响应速度要求高、低功率因数的感性负载，可使用晶闸管输出（交

41、流输出）或晶体管输出（直流输出），但这两种模块过载能力稍差，价格也高。继电器输出模块承受过电压和过电流的能力较强，价格较便宜，缺点是响应速度较慢，在输出变化不是很快时，可优先考虑使用。（5）考虑对PLC通信联网功能的要求。如果PLC需要与别的设备通信，需要考虑PLC的通信联网功能，例如其有什么样的通信接口，最多可以配置多少个接口等。考虑到上述因素，结合“体积小巧、价格实惠”的原则，本文选用西门子S7-200PLC。其特点有以下几点：1逻辑指令、功能指令丰富。有超过200条的指令，除能实现一般逻辑控制外，还可进行运动控制、位置控制，模拟量控制，可直接控制变频器实现电动机调速控制。2是CPU处理速

42、度快。每个基本指令执行速度为0.22微秒。3是存放用户程序的存储器容量大。可用于复杂控制及大数据处理。4功能强大的V4.0STEP7-Micro/WINSP3编程软件。由西门子公司专为S7-200系列PLC设计开发，它功能强大，主要为用户开发控制程序使用，同时也可以实时监控用户程序的执行状态。5是强大的网络通信功能。本文选用西门子S7-200PLC，CPU224。CPU224：本机集成14输入/10输出，和前两者相比，程序存储容量扩大了一倍，数据存储容量扩大了四倍，它最多可以有七个扩展模块，有内置时钟，有更强的模拟量和高数计数的处理能力，是使用的最多的S7-200产品。图3.1西门子CPU22

43、43.2 系统设备选型3.2.1 给煤机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磨煤机相配的先进的计量给煤设备。（1）工作原理储煤仓中的煤通过煤闸门进入给煤机，由给煤机内部的输送计量胶带连续均匀输送磨煤机中，在输送计量胶带的下面装有电子称重装置，该装置主要由高精度的电子皮带秤组成，称重传感器产生一个与煤的重量成比例的电信号和速度传感器检测到的皮带速度信号，同时送入积算器，经积算后得到瞬时流量和累计量。（

44、2）结构特点圆筒密封结构，提高耐压 力，减少内部粉尘堆积；变频(或滑差)无级调速，运行平稳，节能隆耗；链条刮板清扫装置自动清扫机内的积尘和余煤；完善的报警系统可及时发现和排除堵煤、断煤过载和皮带跑偏等故障；配置的高温隔离闸门，可防止热风回流，安全性高，检修方便。（3）参数给煤机。主要技术参数包括：额定出力、给煤机距离、进煤口、落煤口、带宽、主驱电动机型号/功率、清扫电动机型号/功率、给煤机计量精度、给煤机控制精度。额定出力是指设备在额定参数下（压力、温度等）和保证一定效率下的连续的运行能力。给煤机距离是指给煤机进煤口中心至出煤口中心水平距离即中心距。（4）给煤机的操作流程开车前的检查1.检查各

45、紧固件是否牢固可靠，各联接螺栓是否松动。2.减速器润滑油位是否适当，各润滑部分润滑是否良好。3.检查行程销、联接销、给煤机滚轮、导轨是否完好。开车与运行1.接到开车信号后，待受煤设备转动正常后，按下起动按钮起动给煤机。2.运行中，应随时观察受煤设备的运行情况。3.观察出料口有无大矸和煤块堵塞，如发现有应发出信号，立即停机，同时将上山皮带即停开关关闭，然后进行处理。4.测听减速器和电机温度有无异常情况。停车1.接到停车信号后，按下停止按钮停机。2.工作结束后做好设备保养和文明生产。图3.2给煤机根据锅炉额定运行每日煤的需求量，选择K型往复式给煤机技术参数：表3.1给煤机品牌鹤工型号K1产品用途输

46、送煤，矿石等物料电动机功率4（kw）电动机转速970（r/min）外形尺寸2450*1360*1051（mm）重量1451（t）3.2.2 皮带机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。图3.3皮带机（1）基本信息皮带机是皮带输送机的简称。皮带机是皮带输送机的简称，皮带机运用输送带的连续或间歇运动来输送各种轻重不同的物品，既可输送各种散料，也可输送各种纸箱、包装袋等单件重量不大的件货，用途广泛。皮带机输送带的材质有：橡胶、硅胶、PVC、PU等多种材质，除用于普通物料的输送外，还可满足耐油、耐腐蚀、防静电等有特殊要求物料的输送。采用专用的食品级输送带，可满足食品、制药、日用化工等行