锅炉车间输煤机控制系统设计概述

过程操纵系统

课程设计

题目:基于组态软件的锅炉车间输煤机组操纵系统设计

院系名称：电气工程学院

专业班级：自动化1304 学生姓名：付成龙

学号： 201323020414 指导教师：张杰

设计地点： 31520 设计时刻：

摘要

随着我国经济的进展，资源和环境矛盾同趋尖锐，使我国的现代化建设面临严峻挑战。作为供热系统重要能源转换设备的燃煤锅炉能耗巨大，占我国原煤产量的三分之一左右。然而，我国目前专门多自动运行的锅炉操纵系统自动化水平不高、安全性低，工作效率和环境污染普遍低于国家标准，因此实现锅炉的计算机自动操纵具有重要的意义。本文基于西门子公司的S7-200 PLC设计了锅炉输煤机组操纵系统。该系统包括下位机操纵和上位机操纵两部分，下位机操纵系统采编用CPU224模块作为操纵系统的核心。采纳V4.0 STEP 7 Micro/WIN程软件，进行PLC程序设计；选用组态软件“组态王6.53”进行上位机监控画面设计。

关键词：PLC 输煤皮带传送组态王

目录

1 引言 (1)

2 设计内容和要求 (1)

3 设计方案 (3)

3.1 设计信号讲明 (4)

3.2 输煤机组运行过程 (5)

4 硬件电路设计 (6)

4.1 系统操纵主电路图设计 (6)

4.2 电器元件的选择 (8)

4.3 I/O地址分配 (9)

4.4 PLC操纵电路接线图 (11)

5 软件设计 (11)

5.1 顺序功能图 (12)

5.2 程序设计 (13)

6 系统组态设计 (15)

6.1 组态软件简介 (15)

6.2 定义设备变量 (17)

6.3 建立动画连接 (19)

6.4 配置运行系统 (21)

设计心得 (23)

参考文献 (25)

附录1：PLC梯形图程序 (27)

附录2：组态王应用程序命令语言 (36)

1 引言

锅炉是工业生产或生活采暖的供热源，按其供热的方式分为蒸汽和热水两种。前者要紧用于发电、工业生产及间接供热；后者要紧用于生活供温顺生活热水，多用于集中供暖地区及宾馆、饭店等。从80年代石横工程[1]全套引进第一台300MW机组[1]到至今，锅炉厂房操纵系统、操纵思路发生了专门大的变化，其设计逐渐成熟。由原来的继电器实现操纵功能转化为用PLC实现操纵功能。随着电力系统市场的开放，减人增效越来越得到工厂包括各级领导的重视，如何优化车间的操纵已成为每个工程所必须面临的问题。

所谓锅炉输煤系统，是指从送煤开始，一直到将合格的煤块送到原煤仓的整个工艺过程，它包括以下几个要紧环节：给煤生产线、选煤、皮带运输系统、破裂与提升、回收系统以及一些辅助生产环节。本设计中要紧研究的是其中的输煤系统部分，即煤块从给煤机传输到原煤仓的过程。

2 设计内容和要求

本项目要求输煤机组要紧由6台三相异步电动机M1～M6和一台磁选料器YA组成，最终实现对锅炉的输煤机组的运行操纵,具备开车、停车的自动和手动操纵功能，需具备提醒、爱护和紧急停车功

能。此外要对供煤机组的运动过程实时监控，在突发故障或意外情况是给予显示以便操作人员对系统故障能够及时排除，此次设计基于以上操纵目的。此外在操作台还将有一台触摸屏来监控电控系统运行的各个过程参数。输煤机组操纵系统示意图如图2-1所示。

图2-1 输煤机组操纵系统示意图

锅炉车间输煤机组操纵设计是依照工业锅炉供煤工艺要求进行设计的，其在工业生产中的要紧任务是：能够对电机进行启停，手/自动，紧急停车等差不多操纵要求。

针对以上设计目标，为了保证输煤系统的正常、可靠运行，该系统应满足以下具体要求：

（1）供煤时，各设备的启动、停止必须遵循特定的顺序，即对各设备进行联锁操纵；

（2）各设备启动和停止过程中，要合理设置时刻间隔（延时）。启动，停车延时统一设定为10s。启动延时是为保证无煤堆积以发生故障；停车延时是为保证停车时破裂机等为空载状态；

（3）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，其整个输煤设备也立即停车。此外在现场也有操纵系统装置运行的按钮；

（4）可在线选择启动备用设备。在专门情况下可开启另一套备用设备，由两条输煤线的有关设备组成交叉供煤方式。

3 设计方案

本操纵系统是基于PLC操纵的设计，同时输煤系统的故障推断是建立在实时监控的基础上的。首先它的硬件部分属于电气操纵，软件部分是利用PLC的软件编程对其进行操纵[6]，同时利用组态软件建立上位机监测画面，通过与PLC的通信对运行系统进行实时监测和操纵。系统总体设计框图如图3-1所示。

图3-1 系统设计总体框图

3.1 设计信号讲明

输煤机组的拖动系统由6台三相异步电动机M1～M6和一台磁选料器YA组成。SA1为手动/自动转换开关，SB1和SB2为自动开车/停车按钮，SB3为事故紧急停车按钮，SB4～SB9为6个操纵按钮，手动时单机操作使用。HA为开车/停车时讯响器，提示在输煤机组附近的工作人员，输煤机预备起动请注意安全。HL1为手动运行指示，HL2为紧急停车指示，HL3为系统运行状态指示。为保证输煤机组输煤顺畅，开车采纳逆煤流方向启动，停车时按顺煤流方向停车。输煤机组的操纵信号讲明见表3-1。

表3-1输煤机组操纵信号讲明

3.2 输煤机组运行过程

1.手动开车/停车功能

SA1手柄指向左45o时，接点SA1-1接通，通过SB4～SB9操纵按钮，对输煤机组单台设备独立调试与维护使用，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45o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后回收电动机M6起动运行；10s后送煤机P2电动机M5电动机起动运行；10s 后提升电动机M4起动运行；10s后破裂电动机M3起动运行；10s后送煤机P1电动机M2起动运行；10s后给料器电动机M1和磁选料器YA起动运行并；10s后，点亮HL3系统运行状态指示灯，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后给料器电动机M1和磁选料器YA停车，同时，熄灭HL3系统运行状态指示灯；10s后送煤机P2电动机M2停车；10s后破裂电动机M3停车；10s后提升电动机M4停车；10s后送煤机P1电动机M5电动机停车；10s后，回收电动机M6停车；至此输煤机组全部正常停车。

(3) 过载爱护输煤机组有三相异步电动机M1～M6和磁选料器YA的过载爱护装置热继电器，假如电动机、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，HA电铃断续报警20s，到事故处理完毕，接着正常开车，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HL2连续闪亮10s，直到事故处理完毕，恢复正常生产。

(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，HL3指示灯点亮。假如有一台电动机或选料器未能正常起动运行，则视为故障，输煤机组停车。

4 硬件电路设计

4.1 系统操纵主电路图设计

按照设计方案，给料器M1、P1送煤机M2、破裂机M3、提升机M4、P2送煤机M5和回收电动机M6由6台三相异步电动机拖动。磁选料器YA由两相电源提供。负载M2-M6由接触器KM2-KM6操纵，给

料器M1和磁选料器YA共同由KM1操纵。由于破裂机M3功率为13KW 和2#送煤机M5功率为75KW都比7.5KW大，在实际使用中要采纳星—三角降压启动。其余负载均采纳直接启动方式，本设计考虑实验室PLC I/O口数限制，只做直接启动。主电路图见图4-1。

图4-1 输煤机操纵主电路图

（1) 主回路中交流接触器KM1、KM2、KM3、KM4、KM5、KM6分不操纵三相异步电动机M1给料电动机，M2送煤电动机，M3破裂电动机，M4提升电动机，M5送煤电动机，M6回收电动机。