第一篇：鐵嶺發電廠輸煤順序控制系統設計(下位機控制部分)

鐵嶺發電廠輸煤順序控制系統設計（下位機控制部分）

摘要

本文首先介紹了當前輸煤程控系統的控制方式與功能特點，然后講述了PLC在發電廠輸煤程控系統改造中的應用本文主要以鐵嶺電廠為例。火電廠輸煤系統設備種類多，分布松散，生產管理及設備自動化水平相對主機系統較為落后，耗用較多的人力物力隨著機組容量增大，如何提高燃料加系統管理水平和生產效率變得越來越迫切，這對安全生產和成本控制至關重要，該文從設備自動化角度對燃料系統輸煤自動化發展方向與實現方式作些探討。

介紹了PLC程序控制在火電廠的輸煤系統中的應用以及控制方式闡述了整個控制系統的結構和功能，并對其配置及組成部件作了系統的論述。同時也介紹了可編程控制器（PLC）梯形圖的順序控制設計法，梯形圖的順序功能圖的結構及邏輯表達式，并舉例說明設計的方法及應用。

關鍵詞：火電廠，輸煤系統，程控，梯形圖

I 沈陽工程學院畢業設計（論文）

Abstract

This paper introduces the controlling method and function characteristics.Then it explains the application of PLC in the procedure control system’s improving of coal transporting in power plant, for example, the TieLing power plant.There are many kinds of coal conveying systems in power plants.Their layout is scattered, relatively backward in manageability and also in production efficiency as compared to the plant’s principal machinery.Therefore, since the system is of utmost importance in safety of operation and in cutting production cost, we are confronted with the problem of how to raise its level of manageability and production efficiency.The paper for this purpose, from the point of view of automating the equipment explores direction of automation development of coal conveying in fuel supply systems and ways of realization.The paper mainly deals with the application of Programmable Controller(PLC)design in thermal power plant coal conveying system and its controlling method, and describes the function and construction for the whole control system.Furthermore, this paper details the configuration of its hardware & software and components further system.The sequential control design of PLC ladder-diagram, as well as the structure of the ladder-diagram and it’s logical formula were introduced, and some examples to explain design method, and application were also given.Key words: thermal power plant, coal conveying system, program controlled, Ladder diagram

II 鐵嶺發電廠輸煤順序控制系統設計（下位機控制部分）

目錄

摘要................................................................I ABSTRACT........................................................II 第一章 緒論.........................................................1 1.1 輸煤系統的構成和作用..........................................1 1.2 輸煤控制系統概況及工藝要求....................................1 1.3輸煤順序控制系統國內外發展趨勢................................2 第二章 輸煤控制系統中的控制設備原理簡介.............................4 2.1 可編程控制器的原理簡介........................................4 2.1.1可編程控制器的發展.........................................4 2.1.2 可編程控制器的功能........................................4 2.1.3 可編程控制器的特點及組成..................................5 2.1.4 可編程控制器的性能指標....................................5 2.1.5 可編程控制器的分類........................................6 2.2 上位機監控軟件性能功能簡介....................................6 第三章火電廠輸煤控制系統組成及工藝概述..............................9 3.1給煤部分介紹..................................................9 3.1.1斗輪堆取料機...............................................9 3.1.2葉輪給煤機................................................10 3.1.3輸煤翻車機................................................11 3.2.1輸煤程控系統的范圍、對象和系統構成........................12 3.2.2輸煤程控系統的運行方式....................................13 3.2.3輸煤程控系統的主要功能....................................14 3．3配煤部分介紹................................................14 3．4配煤部分介紹................................................17 3.4.1自動配煤..................................................17 3.4.2手動配煤、................................................18 3.4.3其他配煤方式..............................................19 第四章 鐵嶺電廠輸煤計算機監控系統設計..............................20 4.1鐵嶺電廠輸煤系統的組成.......................................20 4.2 鐵嶺電廠輸煤控制系統結構.....................................21 4.2.1 鐵嶺電廠輸煤控制系統功能.................................21 4.3 鐵嶺電廠控制系統硬件設計.....................................22 4.4鐵嶺電廠控制系統軟件設計.....................................23 第五章 鐵嶺電廠輸煤計算機梯形圖的設計..............................26 結論...............................................................30 致謝...............................................................31 參考文獻...........................................................32

III 沈陽工程學院畢業設計（論文）

IV 鐵嶺發電廠輸煤順序控制系統設計（下位機控制部分）

第一章 緒論

1.1 輸煤系統的構成和作用

火力發電廠的輸煤系統是輔機系統的重要部分，隨著火電廠中單機容量和總裝機容量的不斷擴大，一個高出力、高可靠性和靈活性的燃料輸送系統是機組乃至整個電廠穩定運行的重要保證。輸煤系統由卸煤、上煤、配煤、煤場的堆取和混煤等環節組成，系統有兩條輸煤線，包括斗輪機、翻車機、皮帶輸送機、給煤機、皮帶機、振動篩、碎煤機及犁煤器等主要設備組成。輸煤系統承擔從煤碼頭或卸煤溝至儲煤場或主廠房原煤倉的運煤任務。輸煤系統的始點是翻車機卸下來的煤，通過皮帶機既可輸送到煤罐，也可輸送到煤場儲備，然后再通過斗輪機和皮帶機再輸送到煤罐。煤罐中的粗煤通過位于煤罐低部的環式給煤機，連續均勻地分配給上煤皮帶輸送機，再經過篩分和碎煤機加工，進入原煤倉，為了使幾個原煤倉的煤量合理分配，可通過控制犁煤器的抬落，按照順序配煤和優先配煤原則，完成輸煤系統的任務。

輸煤系統的主要控制形式大致可分為三種：

（1）就地手動控制。主要控制設備是裝有一至數臺設備啟停控制按鈕的小型就地控制箱，并設有工況、報警狀態的簡單提示。就地手動控制不能實現系統復雜的聯鎖要求，現多數只作為設備檢修、調試時的輔助控制手段。

（2）集中手動控制。設備的啟停控制集中在一個控制屏上，其聯鎖保護通常由繼電器邏輯陣列實現。控制屏上有設備運行工況的模擬指示、信號報警等。集中手動控制能夠實現簡單運行方式控制及設備啟動聯鎖的一般要求。其缺點是電纜敖設量大，連線復雜，一旦制造完成其運行方式及不易改變。

（3）集中程序控制。這是以可編程控制器為主控設備的集中自動控制，它用可編程控制器的邏輯軟件取代繼電器的邏輯陣列，能夠實現輸煤系統復雜運行方式的控制要求。與其它控制方式相比，它具有可靠性高、控制方式靈活等優點，是目前輸煤控制系統的主流。

以上3種控制方式可以通過選擇開關選擇。

1.2 輸煤控制系統概況及工藝要求

輸煤系統的安全、可靠運行是保證電廠安全、高效運行不可缺少的環節。系統控制設備多、流程復雜分散與控制室相距較遠。又由于上煤過程中不可避免的煤粉飛揚，使得整個系統環境非常惡劣。同時輸煤系統中的設備、現有控制方式大部分為單獨直接控制方式操作，可靠性差，自動化水平低。為了提高火電廠自動化水平，為電廠安全穩定發電創造條件，這些都決定了必須提高輸煤系統的自動化平，這樣才能減輕勞動強度，改善勞動環境，提高輸煤系統的效率和管理水平。

為了保證輸煤系統的正常和可靠運行，該系統應滿足以下要求： 沈陽工程學院畢業設計（論文）

（1）供煤時，各設備的啟動、停止必須遵循特定的順序，即對個設備進行聯鎖控制。（2）各設備啟動和停止過程中，要合理設置時間間隔（延時）。啟動延時統一設定為12s,停車延時按設備的不同要求而設定，分為10s,20s,30s,40s,60s幾種，以保證停車時破碎機為空載狀態，各輸煤皮帶上無剩余煤。

（3）運行過程中，某一臺設備放生鼓掌時，應立即發出報警并自動停車，其前方（指供料方向）設備也立即停車。其后方的設備按一定順序及延時聯鎖停車。

（4）各輸煤皮帶設有雙向跑偏開關，跑偏15度時發出告警信號，跑偏30度時告警并自動停車。

（5）可在線選擇啟動設備用設備，在特殊情況下可由2條輸煤線的有關設備組成交叉供煤方式。

（6）可顯示各機電設備運行狀況，并對輸煤過程有關情況（報警、自動停機等）做出實時記錄。

1.3輸煤順序控制系統國內外發展趨勢

輸煤系統是火力發電廠中教為龐大的一貫餓公用系統。隨著我國電力工業的迅速發展，火電廠的裝機容量和單機容量都日益增大，輸煤系統的規模也大幅度的上升，對其控制方式、運行水平的要求也越來越高。

目前，國內大中型火力發電廠輸煤系統普遍采用PLC進行程序控制，以取代系統的繼電器強電集中控制方式。但多數火電廠輸煤程控系統僅利用了PLC基本開關量邏輯組合功能，其模擬量處理、回路調節等高級功能尚未開發應用。

輸煤程控系統主要是以可編程控制器（PLC）為主，實現輸煤系統的自動花控制，與強電集中控制相比，在技術上具有控制功能強，編程簡單，實現工藝聯鎖方便，可省去大量的硬件接線，維護方便，可在線修改等特點。PLC不僅能完成復雜的繼電器控制邏輯，而且也能實現模擬量的控制，甚至智能控制；并能實現遠程通訊，聯網及上位機監控等。可為全廠實現計算機控制和管理創造條件。對地域分布較廣的系統還可以增加遠程控制站及閉路電視監視系統。

隨著火電廠規模和單機容量的擴大，許多大型工況設備在輸煤系統得到廣泛應用，目前多數具備自動或半自動功能，如翻車機、斗輪機、入場煤采樣機、入爐煤采樣機和環式給煤機等都有各自的PLC控制系統。如何組織和管理好這些大型設備，使整個輸煤系統在最高效率狀態下運行，是國內火電廠輸煤專業發展中需要解決的首要問題。全集成化的輸煤過程控制器網絡是能夠滿足對輸煤設備的管理與控制要求的好途徑。

與先進的主機控制系統相比，目前的輸煤控制系統則顯得十分落后。以武漢陽邏電廠輸煤控制系統為例，基本上為集中加就地控制模式，其PLC控制系統僅僅滿足了皮帶輸送機的集中控制功能。簡言之，其PLC 控制器僅僅代替了皮帶輸送機及其輔助設備（如擋板、振打器等）的啟、停按鈕的功能，其完成的僅僅是部分設備的順序控制功能，無法達到整個系統的協調控制，而斗輪機、翻車機、環式給煤機均處于各自相對獨立的情況下運行，其結果是運行崗位人員設置過多，人員工效率低，系統設備間配合不協調、設備空轉導致 鐵嶺發電廠輸煤順序控制系統設計（下位機控制部分）的電能損耗、設備磨損等損耗較大。PLC在輸煤系統中的應用基本上限于設備級，各設備或系統處于各自的PLC控制之下，相互間基本獨立。隨著國內火電廠機組的擴建和PLC技術的迅速發展，與當初輸煤設備的控制從就地走向集中一樣，輸煤系統的PLC控制也將從設備級發展到車間級。

隨著電子技術、計算機技術、控制技術、信息網絡技術的迅速發展，現代工業生產正向著生產過程過程控制高度自動化、工藝設備及測控設備高度智能化、生產管理高度自動化等方向發展，作為大型火電廠的燃料輸煤系統也不例外，而且隨著電氣自動化的產品價格大幅度下降，可靠性大大提高，過去那種認為燃料輸煤系統不需要較高自動化程度的觀點已顯得非常落后，從率先實現設備程控化、現場聯網化和可視化，再到與MIS系統聯網，以及隨著WFT3嵌入技術深入到元件級和網速度可靠性的進一步提高，實現透明工廠和移動工業控制完全可能成為現實。沈陽工程學院畢業設計（論文）

第二章 輸煤控制系統中的控制設備原理簡介

2.1 可編程控制器的原理簡介

2.1.1可編程控制器的發展

1968年美國GM（通用汽車）公司提出取代繼電器控制裝置的要求，在改變幾何形狀和機械性能為特征的制造工業和以物理變化和化學變化將原料轉化成為產品為特征的過程工業中，除了以連續為住的反饋控制外，特別在制造工業中存在了大量的開關量為住的反饋控制外，特別在制造工業中存在了大量的開關量為住的順序控制，它按照邏輯條件進行順序動作號按照時序動作：另外還有與順序、時序無關的按照邏輯關系進行連鎖保護動作的控制；以及大量的開關量、脈沖量、計時、計數器、模擬量的越限報警等狀態量為住的—離散量的數據采集監控。由于這些控制和監視的要求，所以PLC發展成了取代繼電器和進行順序控制為住的產品。第二年美國數字公司研制出了第一代可編程控制器，滿足了GM公司裝配線的要求。隨著繼承電路技術和計算機技術的發展，現在已經有第五代PLC產品了。

可編程控制器（PLC）是新一代工業控制器裝置，是自動裝置、計算機和通信技術組合的產物，是一種專門用于工業生產過程控制的現場設備。由于控制對象的復雜、使用環境的特殊性和運行的長期連續性，使PLC在設計上有自己明顯的特點：可靠性高，適應性廣，具有通信功能，編程方便，結構模塊化，鑒于電廠輸煤系統的重要性，為了向國外無人化監控管理方向發展，以達到減員增效和提高管理水平的目的，輸煤系統采用PLC控制

2.1.2 可編程控制器的功能

可編程控制器的主要功能有：

（1）邏輯控制功能。用PLC的與、或、非指令取代繼電器觸點串聯、并聯和其他邏輯連接，進行開關控制。

（2）定時/計數控制功能。用PLC提供的定時器，計數器指令實現對某種操作的定時完成后，才能進行下一道工序操作的控制。

（3）數據處理功能。PLC能進行數據傳送，比較，移位，數制轉換，算術運算與邏輯運算以及編碼和譯碼等操作。

（4）順序控制功能。用步進指令來實現在有多道加工工序的控制中，只有前一道工序完成后，才能進行下一道工序操作的控制。

（5）A/D與D/A轉換功能，通過A/D，D/A模塊完成模擬量和數字量之間的轉換。（6）運動控制功能。通過告速成計數模塊和位置模塊等進行單軸或多軸控制。（7）擴展功能。可能通過附加各種智能單元通過連接輸入輸出擴展單元模塊來增加輸入輸出點數，也提高PLC控制能力。鐵嶺發電廠輸煤順序控制系統設計（下位機控制部分）

（8）過程控制功能。通過PLC的PID控制模塊實現對溫度，壓力，速度，流量等物理量進行閉環控制。

（9）遠程控制功能。通過遠程I/O單元將分散在遠距離的各種輸入輸出設備與PLC主機相連接進行遠程控制。

（10）通信聯網功能。通過PLC之間或與主控計算機的聯網，實現較大規模的系統控制。

（11）監控功能。PLC能夠監視系統運行的狀態，對異常情況進行報警，顯示，故障診斷以及自動終止其運行。

2.1.3 可編程控制器的特點及組成

輸煤自動化系統近幾年能不斷成功的投運，主要歸功于可編程控制器的發展和普及。根據《可編程控制器標準》，對可編程控制器定義為：“可變成序控制器是一種專為在工業環境應用而設計的電子系統，它采用可編程度的存儲器，用于存儲用戶的指令，控制數字或模擬的輸入/輸出，完成確定的邏輯、順序、定時、計數和運算等功能，控制各種類型的機械或過程。可編程控制器及其外圍設備的設計，使她非常方便集成到工業系統中，并很容易達到人們期望的目標。“可編程控制器也常簡稱為 PLC（Programmable Logic Controller）, 它有如下特點： 1)可靠性高，抗干擾能力強； 2)控制程序可變，編程簡單；

3)功能完善，包括數學運算、存儲、數字和模擬量的輸入輸出等； 4)體積小巧，均為標準模塊，任意擴充組合。可編程控制器主要包括三部分，如圖2-1所示。

1)輸入部分，它收集并儲存被控對象實際運行的數據和信息； 2)邏輯部分，即中央處理單元（CPU），由處理器、儲存器系統、電源系統組成； 3)輸出部分，實施邏輯部分的分析結果，對被控對象作實時處理。

可編程控制器提供了完整而標準的編程語言，以適應在各種工業環境下使用。PLC提供的編程語言通常有三種：梯形圖、功能圖和布爾邏輯編程。目前使用較多的是梯形圖編程法，主要原因是它和以往的繼電器控制線路相似，使對計算機不太了解的電氣技術人員能夠很容易學會掌握，編程時完全不必考慮微處理器內部復雜的結構，不必考慮計算機使用的語言，而把PLC內部看成許多“軟繼電器”等邏輯部件組成，編程過程相當于設計和改變繼電器控制的硬線路。

2.1.4 可編程控制器的性能指標

（1）輸入輸出電數。指可編程控制器外部輸入輸出端子數，這是PLC的一項非常重要的技術指標，常用輸入輸出點數來表征PLC的規模大小。

（2）掃描速度。一般指PLC執行一條指令的時間，單位為US/秒；有時也以執行一千條指令時間來計算，單位為MS/千步。沈陽工程學院畢業設計（論文）

（3）內存容量。一般指PLC存儲用戶程序的多少。

（4）指令條數。指令條數的多少是評價PLC功能強弱的指標。（5）內部寄存器的配置情況是評價PLC硬件功能的一個指標。

（6）高功能模塊。將高功能模塊與住模塊，通信模塊，高級語言編程模塊等等。

（7）另外使用PLC時，還應考慮電源電壓，直流輸出電壓，環境溫度，濕度，質量和外形尺等性能指標。

2.1.5 可編程控制器的分類

PLC裝置的形式多種多樣，功能各不相同。

按容量來分，可以分為“小”“中”“大”三種類型。

小型PLC，這類PLC的規模較小。I/O點數一般從20點到128點。這類PLC的主要功能有邏輯運算，計數，移位等。采用專用編程器。

中型PLC其I/O點數通常從129點到512點，內存在8K以下，適合開關量邏輯控制和過程參數檢測及調節，數據處理及A/D，D/A轉換，聯網通信，運程I/O等功能。1．按容量來分，可以分為“小”、“中”、“大”三種類型。

2．小型PLC，這類PLC的規模嬌小。I/O點數一般從20點到128點。這類PLC的主要功能有邏輯運算，計數，移位等。采用專用編程器。

3．中型PLC其I/O點數通常從129點到512點，內存在8K以下，適合開關量邏輯控制和過程參數檢測及調節，數據處理及A/D，D/A轉換，聯網通信，運程I/O等功能。大型PLC其I/O點數在513點以上，其中I/O點數在513點至896點為大型機，896點以上為超大型機。它具有高級功能的PLC，除了具有中小型PLC的功能外，還有PID運算及高速功能。配有CRT顯示及常規的計算機鍵盤，與工業空駛計算機相似，既有計算、控制、調節的功能。

從結構上分

按硬件結構不同，將PLC分為三類

整體式結構它是將PLC各組成部分集裝在一個機殼內，輸入輸出接線端子及電源進線分別在機箱的上，下兩側，并有相應的發光二極管顯示輸入輸出狀態。

模塊式PLC輸入輸出點數較多的大中型和部分小型PLC采用模塊絲結構。、疊裝式PLC。

2.2 上位機監控軟件性能功能簡介

計算機作為上位機可以提供良好的人機界面，進行全系統的監控和管理；PLC作為下位機進行通信，執行可靠有效的分散控制。在計算機與PLC之間通過通信網絡實現信息的傳送和交換。在控制系統中，一般計算機僅用于編程、參數設定和修改，圖形和數據在線顯示，并沒有直接參與顯示控制，現場上的控制執行者是PLC。因此，即使是計算機出了故障，也不會影響整個生產過程的正常進行，大大提高了系統的可靠性。應用實踐表明： 鐵嶺發電廠輸煤順序控制系統設計（下位機控制部分）

上述的分布式控制系統可以綜合計算機與PLC的長處，彌補它們各自功能上的不足，實現控制與管理一體化。這種分布式控制系統在工廠自動化（FA），柔性制造系統（MFS）以及計算機繼承制造系統（CIMS）中可以發揮重要的作用。由于當今世界是一個信息技術高度發展的世界，計算機監控軟件有INTUCH，組態王，百利等。由于學校的條件，本論文主要介紹紫金橋監控軟件。

紫金橋監控軟件簡介

紫金橋監控軟件是一個集成開發環境。工程人員在這個環境中可以完成界面的設計、動畫連接的定義、數據庫的配置等等。利用人機界面開發部分可以方便的生成各種復雜生動的畫面，可以逼真的反映現場數據。數據庫中在任何需要的時候把生產現場的新奇實時地傳送到控制室，并且通過局域網和Internet,可以在任何地方訪問實時和歷史產生數據，及時了解、評價生產情況和操作水平。它的基本功能是數據通訊、數據管理、數據交互。具體的說，數據通訊就是1）從現場獲取數據并將它們加工成可利用形式的基本功能、2）向把需要控制的信號通過計算機直接發送到現場的執行機構，這樣就建立了控制軟件所需的雙向連接。數據管理就是根據用戶的需要，對數據進行更深層次的加工，如量程交換、報警、統計、分析等。數據家戶就是根據不同用戶的需求，把數據以不用的形式提交給用戶以實現交互，如現場操作工需要監控，管理人員需要數據報表、工藝工程師要對數據進行分析等，紫金橋為不同的用戶提供了多種交互手段。

從功能上分，紫金橋可以分成組態和運行兩個部分；從結構層次上分，紫金橋包括IO驅動、實時數據庫、人機界面三個層次。

紫金橋各組成部分的功能介紹如下： 工程管理器。工程管理器是整個系統的管理器，用于創建、刪除、備份、恢復、選擇當前工程等。

實時數據庫（DB）。實時數據庫是紫金橋系統的數據處理核心，她一方面管理系統的數據處理，如實時數據的處理、歷史數據存儲、報警處理、統計數據管理等，另一方面它還要為紫金橋的其他組件提供數據服務，如View、IO驅動程序、網絡通訊組件等提供各種服務。因此實時數據庫是紫金橋系統的中樞部分、而且是紫金橋分布系統的服務器。

通信程序組件（NetClient/NetServer、TelClient/TelServer、ScomClient/SComServer）通信程序采用以太網（TCP/IP）、電話撥號、串口等多種通訊介質進行數據通訊，它是連接客戶端(View)和服務器（實時數據庫）的橋梁，是構成紫金橋分布式系統的重要組成部分。

I/O驅動程序。I/O驅動程序是紫金橋與現場IO通訊的中介，它把不同的IO設備虛擬成邏輯設備，用戶不必關心設備與計算機通訊的具體協議，它負責把數據從現場設備采集到實時數據庫、并把控制指令下達到實際的物理設備。紫金橋系統提供了大量的常用IO驅動，包括常見PLC、板卡、智能儀表、DCS等多種IO設備。

HMI開發系統（Draw）。開發系統是一個集成開發環境，可以進行系統的配置、組態（包括畫面組態、數據庫組態、IO驅動組態），用戶可以根據自己的需要和工程的實際情況來建立自己的應用系統。

HMI運行系統(View)。運行系統是用戶開發出來的應用系統的結果顯示，可以與最終 沈陽工程學院畢業設計（論文）

用戶（如現場操作人員等）進行交互，提供流程圖顯示、歷史/實時趨勢顯示、歷史/實時報警顯示、報表等多種數據表現方式。

Web服務器(Web Server)。Web服務器是為用戶提供Web服務的程序，用戶可以通過IE等標準瀏覽器來訪問紫金橋的數據，從遠程查看工業現場數據，及時了解工廠生產情況。鐵嶺發電廠輸煤順序控制系統設計（下位機控制部分）

第三章火電廠輸煤控制系統組成及工藝概述

3．1給煤部分介紹

3．1．1斗輪堆取料機

斗輪堆取料機是一種多斗、連續作業的大型散料處理設各，由于這種設備是由斗輪機演變而來的，所以，它們在結構上有相似之處，在外觀上也相象。斗輪堆取料機結構形式種類繁多，按照行走方式的不同，可以分為：軌道式、履帶式和輪船式等。目前，我國生產的斗輪機大多為軌道式，按照斗輪臂架的平衡方式斗輪堆取料機可分為：活配重式、死配重式、整體平衡式。這里以最為常用的軌道式斗輪堆取料機為例，說明該設備的結構著稱。如圖3-1所示是長春發電設備總廠研制的、集取料和堆料功能于一身的（雙1000/1500.45型）的斗輪取料機，它是斗輪堆取料機的一種典型的結構型式，其結構組成按用途分為四個主要部分：

工作機構 工作機構包括：①斗輪機構，是斗輪機的末端工作裝置，由斗輪及其驅動、傳動裝置構成，工作時，由該機構完成取料、料堆的動作。②受、卸和轉送物料裝置，負責接受和傳送物料。③變幅裝置，是斗輪機構的支撐裝置，由前臂架、中拉桿、平衡架及其配重、斜支撐和前拉桿I、前拉桿II組成，屬于物料傳送裝置的膠帶機沿縱向布置在前臂架上。④回轉個機構，負責帶動由斗輪機構、變幅裝置和立柱等在水平面內傳動，完成斗輪在水平面內的方位改變。另外，具體結構的斗輪機在工作裝置的著稱上還有較大差異。

行走裝置 行走裝置與門座一起支撐工作機構少}完成整機的移動。電氣設備 電器設備提供動力、照明和電控。尾車 尾車用與配合斗輪來完成取料和堆料工作。

斗輪堆取料機的作業方式一般有堆料作業和取料作業。對于懸臂式斗輪堆取料機，其 沈陽工程學院畢業設計（論文）

具體作業流程為：

機上自動或手動方式想料場堆煤； 機上自動或手動方式取煤； 通過斗輪機尾車向主廠房上煤。

斗輪堆取料機作業有以行走為主的、旋轉為之的及定點三種堆料方式。行走為主的堆料又有連續行走和間斷行走之分；旋轉為主的堆料可分為斷續旋轉加斷續行走堆料及連續旋轉堆料。

斗輪堆取料機取料作業有分層取料和斜坡取料兩種方法；若按臂架長短分則有旋轉取料法和槽式取料法。

3．1．2葉輪給煤機

葉輪給煤機工作于火電廠地下煤溝中。它可沿煤溝縱向向軌道行走或停在某一處，將煤從煤斗撥至輸煤皮帶上。除在電力部門使用外，葉輪給煤機還可以用于煤炭、采礦、冶金、建材、化工等需要對散裝物料進行裝卸輸送的部門。因為也稱之為葉輪撥料機。組成結構

葉輪給煤機一般由主傳動（葉輪傳動）、行車傳動、電纜牽引機構、除塵機構、電氣控制六部分組成。依據結構不同可分為橋式（QYG）、門式（MYG）、雙側式（SYG）和上傳動（QSG）葉輪給煤機，其工作原理大致相同。圖3-3為常用的橋式葉輪給煤機結構示意圖。鐵嶺發電廠輸煤順序控制系統設計（下位機控制部分）

（2）葉輪給煤機具有以下結構特點：

1在額定出力范圍內，葉輪撥煤可進行無級調速。2葉輪、行走有各自撥煤獨立的傳動機構。3可在原地或行走中撥煤，無空行程。（3）工作原理

1通過動力電纜對工作電機供電。

2通過電磁調速電機（主電機）拖動葉輪旋轉并在轉速范圍內進行無級調速。3通過行車傳動系統使機器在預定的軌道上往復行走。

4當機器行至煤溝端頭時，靠機側的行程使機器自動反向運行。5當兩機相遇時，靠機器端部的行程開關使兩機自動反向運桿。工作狀況

葉輪給煤機的工作環境十分惡劣，煤斗承臺距皮帶一般有1。3—1。5m，葉輪上的葉爪把煤撥到皮帶上時，由于煤的撥動和下落使煤灰飛揚，機器上與控制箱中會積下大量的煤灰。加上日常的水沖洗，煤溝內空氣濕度很大，易使電控部分的電氣元件受潮剩銹，絕緣降低，造成電氣短路和斷路的故障。由于煤斗內的煤松緊程度不均勻，葉輪給煤機在撥煤時會產生很大的振動和機械噪聲，長期的振動易使電氣元件產生松動、接觸不良、脫焊等不良現象。由上述情況可知，葉輪給煤機安全穩定運行的要求和惡劣的工作環境對電氣控制部分的可靠性提出了很高的要求。

3．1．3輸煤翻車機

火力發電廠及其它礦石燃料、原諒大用戶普遍經由鐵路進料，其卸料任務重、連續性強、勞動強度大，適于采用輸煤（料）翻車機系統進行“牽車解列一整車皮翻卸一空遍列”作業。近年來國產大型輸煤（料）翻車機系統已開始應用于大型火電廠、冶金化工企業、沈陽工程學院畢業設計（論文）

煤（原料）中轉碼頭等。

輸煤翻車機系統由重車調車機（簡稱重調機、夾輪器、翻車機、移軌臺、空車調車機）五部分和重車線、空車線兩條鐵路構成，見下圖。

輸煤翻車機系統對控制功能要求：

能完成輸煤翻車機系統全過程自動控制或由主控制室程控臺集中控制或分散就地手動控制。三種控制方式可靈活切換。

系統在任一控制方式下運行中遇到掉電、過載、危急指令、復位指令時，能就地停機并記憶當前狀態。重新上電或危急解除后，系統既能從當前狀態接續運行，亦可受“復位一啟動”指令從初始狀態開始運行。

運行中隨時監測各驅動電機的電壓電流、制動油泵油壓和各極限位置。及時實施缺相、過載、短路、低油壓及越限保護。

油畫運行曲線。重調機、翻車機、移軌臺都以低速啟動，逐級加速。制動前先減速。特別要保證移軌臺能準確對齊重車線（空車線），翻車機準確返回至“0”位。以減小對設備和車皮的機械撞擊和電沖擊。

自控悅性方式下能辨識末節車皮，重調機牽末節車中途不停不摘鉤，夾輪妻不動作，卸完末車后系統自動復位、停機。

集控運行方式下能辨識非法手動指令，防止誤操作。重調機速度分級、翻車機返回“0”位調整時間、移軌抬對齊重車線/空車線調整時間都應能靈活整定，以適應系統工作環境條件的變化。

3．2輸煤部分介紹

3．2．1輸煤程控系統的范圍、對象和系統構成

輸煤程控系統有控制部分、監測保護部分及管理部分組成。第一部分為外圍傳感器及各被 鐵嶺發電廠輸煤順序控制系統設計（下位機控制部分）

控對象執行環節，用來為系統提供各種運行狀態信息和執行控制系統發出的啟、停設備命令。第二部分為控制部分，由若干可變成控制器（PLC）組成。通過對可編程控制器的編程來完成現場傳感信號的采集，運行設備如皮帶機和碎煤機的啟、停程序控制，根據煤倉煤位的監測情況控制梨煤器拾、落，以實現煤倉自動配煤。第三部分為管理部分及原有的集中控制抬。主要由監控用工業級PC機、圖形顯示器及打印機組成。通過與可編程控制器通信獲得輸煤系統實時運行狀態信號，并將這些信號，以圖形方式顯示到圖形顯示器上，完成實時信號的各種管理及事故追憶功能。同時可通過通信方式從上位計算機發送程控啟停指令，實現控制。

3．2．2輸煤程控系統的運行方式

輸煤程控系統提供六種運行方式：

碼頭——煤場； 碼頭——筒倉；

碼頭——鍋爐原煤倉； 筒倉——鍋爐原煤倉； 煤場——鍋爐原煤倉； 地下煤斗——鍋爐原煤倉。

上述輸煤流程中，有三條可同時運行的流程，他們是：①碼頭——煤場；②碼頭——筒倉； 沈陽工程學院畢業設計（論文）

③碼頭、煤場、地下煤斗、筒倉至鍋爐原煤斗。

3.2.3輸煤程控系統的主要功能

系統控制可實現程控自動、程控單動和就地操作（調試方式）三種控制方式。

可由運行人員進行流程選擇，實現多余帶式輸送機的選線和切換。控制系統自動檢測流程中各個設備的工作狀況，待各個設備允許作業時，發出允許運行信號。禁忌的流程進行閉鎖。

流程中各設備按逆煤流方向逐條延時啟動；按順煤流方向逐條延時停止。

當流程中某設備發生故障時，則該設備及其上方所有設備一齊急停（碎煤機延時停止），下方設備順序逐條延時停止。

控制臺（操作鍵盤）設有緊急按鈕，在發生緊急情況時，按下該按鈕將流程中所有一起急停（碎煤機延時停止）。

對流程狀態及現場所有設備的狀態在控制室進行顯示，根據故障類型進行處理并發生生光報警。

3．3配煤部分介紹

配煤系統有自動配煤、手動配煤兩種運行方式。自動配煤完全根據現場的煤位信號和梨位信號，以及操作員根據現場要求所設的尾倉和檢修梨，自動控制梨的拾落，完成原煤倉的自動配煤，手動配煤則山操作員根據現場的煤位和梨位信號通過上位機一對一操作梨的拾落來完成原煤藏的各倉配煤。1皮帶機的控制

無論是手動還是自動啟動皮帶機前，都要先響警鈴20秒，通知在皮帶周圍的人員盡快遠離，以免發生事故。皮帶機是輸煤系統的主要運輸設備，因此對它的保護和要求也就相應的多了一些。在皮帶機兩側設事故拉線開關，巡檢人員發現皮帶及其附近設備有異常情況時，可直接拉事故拉線，使皮帶停止。

皮帶重跑偏、縱向撕裂、打滑、管道堵煤等信號都直接進入了PLC，一旦其中某一個事故出現時，都要使皮帶機立即停止。但是為了避免由于這些事故的假信號影響正常上煤，還設置了一些屏蔽這些信號的鍵，當操作人員能夠確認某個信號為誤動作時，就可以使用屏蔽鍵令這個信號不起作用，等信號處理好后，要馬上恢復此信號的功能，以免造成更大的損失。參看“一號甲皮帶控制狀態”圖，本設備的所有控制和狀態都可以在這一幅圖中顯示出來。鐵嶺發電廠輸煤順序控制系統設計（下位機控制部分）

本系統對每個設備都設置了一個“檢修”鍵，當現場設備需要檢修時,在上位機中設定此設備為“檢修”狀態，則PLC控制程序禁止此設備運行。

2）電動三通擋板的控制

為了使上煤系統更加靈活，設置了16個電動三通擋板，并且要求其參與系統聯鎖，且能就地、程控操作。在自動工作狀態下，當按下預啟動鍵時，三通擋板根據選定的在其前后兩條皮帶的位置，自動完成通甲路或通乙路的動作（例如現在選中的是1#甲皮帶和2#乙皮帶，按下預啟動鍵后，1#三通擋板就自動打在了通乙路的位置上），為下一步的程啟做好準備。

但是由于種種原因，甲、乙路到位信號有可能在使用過一段時間后失靈，因此就又增加了甲路通到位和乙路通到位的假信號，在到位信號失靈后替代實際信號工作。沈陽工程學院畢業設計（論文）

為了避免由于誤操作而引起上煤中斷，在已經運行的流程中對所有三通擋板操作無效（閉鎖操作）。

3）除塵器

系統設置了15個除塵器，自動時，在預啟動時啟動，但在啟動皮帶時不判斷除塵器是否運行。聯鎖手動時與所在帶式輸送機聯動，在啟動皮帶前先輸出啟動除塵器信號，但不論除塵器啟動與否，都繼續向下啟動皮帶機。除塵器自身故障不連跳主設備。

4）除鐵器

系統共有2個盤式除鐵器和8個帶式除鐵器，自動時，在預啟動時啟動，但在啟動皮帶時不判斷除塵器是否運行。聯鎖手動時與所在帶式輸送機聯動，在啟動皮帶前先輸出啟動除鐵器信號，但不論除鐵器啟動與否，都繼續向下啟動皮帶機。除鐵器自身故障不連跳主設備。

5）振動器

本系統共有30個振動器。它的功能是在出現堵煤的情況自動振打，或每隔20分鐘自動振打10秒，也可切換到手動方式，由操作人員手動隨時啟停。

6）皮帶秤

皮帶秤輸出的脈沖累加點用于計算累計上煤量。

7）葉輪給煤機

葉輪給煤機利用行走和撥動功能把在火車、汽車卸煤溝中的煤炭運送到皮帶上。自動工作狀態下，給煤機啟動和停止取決于在它后面的皮帶的動作，而給煤機的前進和后退，則需要操作人員根

據現場的實際情況進行手動操作。參見“一號葉輪給煤機控制狀態”畫面。

8）斗輪機

兩個斗輪機分別在兩個煤廠，負責煤廠煤炭的堆取工作。在機組使用煤炭量較少時，利用斗輪機的堆料功能，配合5#甲、7#甲皮帶正轉，把卸煤溝的煤炭存儲在煤廠中；當鍋 鐵嶺發電廠輸煤順序控制系統設計（下位機控制部分）

爐使用大量煤炭時，利用斗輪機的取料功能，配合5#甲、7#甲皮帶反轉，把存儲在煤廠中的煤炭運往原煤倉。

9）滾軸篩

滾軸篩位于8#皮帶和9#皮帶之間，其作用是把煤炭進行篩分，篩下物直接落到9#皮帶運往原煤倉，篩上物通過11#皮帶和碎煤機進行破碎后返回煤廠。當滾軸篩出現故障時，煤炭直接從8#皮帶落在9#皮帶上運往原煤倉，可保證原料的供應不會因為滾軸篩的故障而停止。

10）卸料小車

卸料小車共有兩個，10#甲帶和10#乙帶上面各一個，可在皮帶上行走。其功能是把10#皮帶上的煤炭卸到原煤倉中。

原煤倉共有12個，1~6#原煤倉給1#機組提供燃料，7~12#原煤倉給2#機組提供燃料，6#倉與7#倉之間有一段距離，其它倉都是并在一起的。原煤倉上裝有12個位置開關，可標識小車處于哪一個原煤倉上。

卸料小車上面有三個擋板，可以使小車處于卸料/直通狀態。初始位置為直通狀態，當開始卸料時，兩側的擋板打開，位于皮帶上的擋板關閉，煤炭從皮帶兩側落入選定的原煤倉；當小車經過6#倉與7#倉之間時，為了避免煤炭撒落到外面，兩側的擋板關閉，皮帶上的擋板打開，此時小車處于直通位置，煤炭經過小車后依然還落在皮帶上，最終進入12#原煤倉中。

小車有兩種卸料方式，定點/連續方式。定點方式是小車走到選定的原煤倉后，停止不動向原煤倉內卸料；連續方式是小車在選定的原煤倉上來回行走，把煤炭均勻地卸到原煤倉中。

3．4配煤部分介紹

3．4．1自動配煤

自動配煤又稱程控，既通過程序進行控制。自動配煤的情況如下：

①配煤程控是根據現場煤位信號進行自動配煤，有3種原則：既優先配、順序配、余額配煤。

②若某倉出現低煤位信號，不管原來配倉在哪里進行都將立即中止而轉入對低煤位信號的煤倉配煤，既出現低煤位信號的煤倉要優先配煤。如果是有兩個以上的煤倉同時出現低煤位的信號，則按煤流方向依次配煤至低煤位信號消失后延時一段時間。當全部低煤位消失時，各煤倉的配煤將按順煤流方向依次進行。對原煤倉，每個倉都配至高煤位報警信號出現為止。

③如正在進行順序配煤時，某煤倉又出現低煤位報警，則立即轉到低煤位煤倉進行低煤位優先配煤，配至低煤位消失后延時一段時間，然后返回到剛才順序配的煤倉進行順序配煤。④如遇到檢修梨自動跳過。

⑤如果落梨信號發出后10s，該梨仍未落到位，則發出梨煤器卡死信號，而轉入下一梨繼 沈陽工程學院畢業設計（論文）

續配煤。

⑥因過多的梨卡死而不能自動配煤，只能用手配方式對各倉進行配煤。或者，如果此梨不在落位，在上位機上設此梨為檢修梨，繼續程配。

當順序配煤到尾倉，尾倉出現給煤位時，配煤系統即發出“程配完畢”信號。程配完畢信號發出后，整個流程即要順煤流方向依次停運各個設備，將皮帶上的煤走空。在流程停運之前這一段時間，配煤將返回第一個倉開始余配煤，每個倉均分，配一段時間后才轉入下一倉。對檢修倉、檢修梨會跳過不配。這一輪配完后，下一輪再重復進行，直到皮帶聲的余煤配完或流程停下來。

⑧檢修梨的設置都在上位機上進行，尾倉的梨在程配時處于落下位置，后面的倉不參與配煤，設置檢修梨前，需要在就地將此梨打在拾起位置，在程配時不對此梨進行控制。鐵嶺電廠配煤系統如圖3—6所示。

3．4．2手動配煤、手動配煤和自動配煤操作方式的選擇，是通過“配煤方式”選擇開關來實現的。對于鐵嶺電廠輸煤系統。當把“配煤方式”選擇開關打到“集控”情況時，可進行手動配煤。鐵嶺發電廠輸煤順序控制系統設計（下位機控制部分）

手動配煤是系統提供的針對發生故障時的一種配煤方式。在此方式下，只能在控制臺上一對一操作梨煤器，不受程序控制。操作員可根據模擬屏上顯示的煤倉煤位信號由人工配煤。如：當煤帶漏煤時，由于輸煤皮帶的運轉已不能保證在程控的時間內實現配煤，如果繼續用程控配煤，有可能在同一時間有多個原煤倉發出低煤位報警信號，進行發生停爐的危險。

手動配煤是通過上位機手動操作每個梨的拾、落，進行配煤，手動配煤保護信號仍然有效，在設備出現故障的情況下，自動連跳相關設備。

3．4．3其他配煤方式

除了以上兩種配煤方式以外，皮帶上的余煤采用第三種配煤方式，即余煤配煤，即將余煤配給了高煤位信號消失的煤倉或尾倉。第一種方式和第二種方式是交叉進行的，只要一個煤倉出現就優先為其配煤。沈陽工程學院畢業設計（論文）

第四章 鐵嶺電廠輸煤計算機監控系統設計

4．1鐵嶺電廠輸煤系統的組成

鐵嶺發電廠輸煤系統包括：12臺皮帶機，38臺梨煤機，10臺除鐵器，4臺葉輪給煤機，2臺碎煤機，2臺概率篩，9臺電動擋板，4臺緩沖滾筒，煤位信號，堵煤信號，撕裂信號，欠速信號，葉輪給煤機位置信號在內的286套裝置信號。

由圖可見，上煤系統主要由皮帶機組成，上煤流程為：葉輪給煤機1G→1號皮帶機1P→電動擋板1D→2號→皮帶機2P→3號皮帶機3P→碎煤機SM→4號皮帶機4P→電動擋板2D→5號皮帶機5P→梨煤機→鍋爐原煤倉。

以上系統為雙路系統，可一路運行，也可雙路同時運行。在1P、2P及4P、5P皮帶機轉接點處經過1Da、1Db、2Da、2Db 4臺電動擋板實現系統的交叉運行。這些交叉點的設置為系統運行提供了靈活性，即使發生故障仍能保證燃料的可靠供給，但由于交叉點的設置使系統的運行方式的組合呈級數增加。

下面以上煤方式之一1Ga→1Pa→2Pa→3Pa→SM→4Pa→5Pa→煤倉為例說明系統的運行，從中找出系統控制程序基礎。正常啟動為逆煤流起動，其順序是：

5Pa啟動→4Pa啟動→3Pa啟動→···→1Ga啟動 按上述啟動的順序保證了當1Pa開始上煤時整個系統已正常運行，而不至于發生跑煤或皮帶上堆煤現象。

正常停止為順煤流停車，其順序是：

1Ga停→延時t1后1Pa停→延時t2后2Pa停→···→延時t5后5Pa停 延時的目的是使被停的皮帶上不存煤，計算公式： T≥s/v 式中：t該號皮帶機延時時間，s該號皮帶機長度，v該號皮帶機運行速度。

當系統中某一環節發生故障，在故障點前各皮帶機應立即停車，故障點后的各皮帶余煤按 鐵嶺發電廠輸煤順序控制系統設計（下位機控制部分）

順序停機方式進行。

5P皮帶下為多個鍋爐的原煤倉，煤倉內有高低煤位信號傳感器，配煤的要求是：每個煤倉都應保證有煤，且應在高低煤位之間，即煤倉出現低煤位則馬上要求配煤，出現高煤位則停止想該倉配煤。當所有煤倉都達到各個鍋爐的要求后，停止整個系統。

4.2 鐵嶺電廠輸煤控制系統結構

鐵嶺電廠輸煤系統采用可編程控制器（PLC）進行控制，通過工業計算機進行顯示、操作，結構如下圖。

該設計實現了全部皮帶機起停程序控制，全部煤倉煤位的連續監測及犁煤器程序控制自動配煤，用各種監測傳感器對輸煤系統運行進行實時監測及故障的實時緊急控制，實現各種實時信急的自動管理、圖形顯示及事故情況下參數的紀錄和追憶。

4.2.1 鐵嶺電廠輸煤控制系統功能

鐵嶺電廠為實現所要求達到的程控功能，采用了送煤程序控制。送煤的程序控制為正常狀態下優先采用的方式，按事先編好的程序選其一種運行方式，可以實現下述程控功能：（1）程序啟動，即逆煤流方向依次啟動。（2）程序停機，即順煤流方向依次延時停機。（3）聯鎖停機，當系統中某一設備或部位故障而停止運行時，該部位逆煤流方向的全部設備（碎 沈陽工程學院畢業設計（論文）

煤機除外）瞬時停機，順煤流方向的設備延時停機。（4）緊急停機，即全部停機，碎煤機延時40s 停機。（5）自動程序配煤，采用自動、手動和其他配煤方式。操作控制功能

鐵嶺電廠輸煤系統的運行具有程序自動控制、集中手動控制和就地手動控制功能，其中集中控制分為基于PT 的集控功能和原集控室的控制功能。

現場設備除堆取料機只參加聯鎖外均具有程控、集控和就地控制功能。

根據生產的需要和設備的備用狀態，操作人員可通過計算機鼠標或鍵盤對輸煤系統進行操作。彩色圖形化的操作界面令操作直觀準確。

程序控制狀態下，系統可對運行設備的啟停進行自編排、調整，從多種可能的運行方式中優選出一種進行執行。

1段上煤和5段上配煤均可作為獨立子站實現程控及就地操作。

1段葉輪給煤機按設定的給煤量恒定給煤，葉輪給煤機按程序在1 段遙控行走，給煤量可在就地及程控室進行設定和瞬時調整。

5段通過38 臺犁煤器的程控起落，以實現時間配煤、條件配煤、跳倉、強置、均煤等自動控制，按儲煤量設定對20 個儲煤倉進行最優化配煤。

輸煤現場各段的10臺除鐵器具有程控、就地控制功能。監視、提示、報警功能

在程控室具有同時動態監視卸煤車、1段、2段、3段、4段、5斷、6段、7段等8處設備及輸煤情況的功能，通過裝在現場的28臺工業攝像機輸煤程控人員及輸煤公司經理可隨時通過監視器自動或人工選擇，顯示各處現狀。

具有拉線開關狀態、皮帶打滑、皮帶跑偏、皮帶撕裂、；落煤筒堵塞、動力電機電流、除鐵器勵磁電流、碎煤機工作電流、皮帶秤測量結果等的直觀顯示功能，并通過對各個信號量的分析比較和計算，輸出聲報警CRT 提示報警。

通過PC機運行狀態模擬，以預知個部分可工作情況。故障檢測及保護聯鎖功能

輸煤系統各設備均可實現具有條件和時間相關的聯鎖，令系統運行穩定可靠，程序故障檢測具有對故障信號自動處理，數字濾波功能，以消除誤動作的干擾。

對皮帶機等大型設備進行過流檢測保護、對拉線開關狀態、皮帶打滑、皮帶跑偏、皮帶撕裂、落煤筒堵塞故障信號進行檢測

系統各開關量、模擬量及遠程通訊喘口具有繼電器或光電隔離保護措施，保證安全可靠工作。

系統具有設備故障診斷、自動提示報警、自動尋找切換工作坊式的能力，可進行模擬運行和預報。

4.3 鐵嶺電廠控制系統硬件設計

目前，國內外的PLC產品有幾十個系列，上百個型號，各個種類的PLC的容量、結構 鐵嶺發電廠輸煤順序控制系統設計（下位機控制部分）

形式、性能、指令系統、編程方法、價格各不相同，適應的工作場合也有差異。因此，對于每一個準備使用PLC的用戶來說，合理的選擇PLC是非常重要的，它直接影響幾個方面的內容，下面簡要介紹PLC的選型原則，并介紹本文所選用的PLC。選擇機型

目前國內使用的PLC以國外產品居多。美國是PLC的發源地，以大中型機為主，功能完備，單機價格高，GE公司、MODICON公司、AB公司是其代表。日本的PLC以中小型機為主，價格便宜，典型代表為OMRON公司、三菱（MITSUBISHI）公司的產品。德國SIEMENS公司的產品以可靠性高著稱，其主要產品有S5，S7兩個系列，包括了從大型機到小型機各個型號，在國內使用廣泛。選擇容量

PLC的容量包空主機用戶存儲器的內存容量和I/O控制點數兩個方面，選擇時應留有適當的裕量做備用。葉輪給煤機的控制點數在巧點左右，選擇20點左右工//0即可滿足要求。

選擇I/O模塊

輸入模塊是直流24V DC和交流220V AC兩種。本文選用24V DC輸入。

輸出模塊有三種形式：繼電器輸出，晶體管輸出和可控硅輸出。晶體管輸出模塊只能帶直流負載，是直流輸出模塊，用于高速小功率負載；可控硅輸出模塊是交流輸出模塊，只用于高速大功率負載；繼電器輸出模塊是交直流輸出模塊，即可帶直流也可帶交流，因其有觸點，故只能用于低速負載。葉輪給煤機電控部分控制對象為接觸器，屬于交流低速負載，故本文選用交流（220V AC）繼電器式輸出模塊

綜合考慮以上三點原則，本文選用S工EMENS公司的SIMATIC S7—200型PLC，該機屬于整體式PLC，主機集成了中央處理單元（CPU224），13KB程序和數據存儲器，24路數字量I/O點，P工D控制器和一個RS—485通訊編程口。并可連接7個擴展模塊（包括模擬量工//O模塊），最大數字量輸入/輸出映像區128/128，最大模擬量輸入/輸出映像區32/32。

SIMATIC S7-200型機的技術性能指標如下: 編程語言：STL，LAD和FBD 程序存儲器：8K字節/典型值為2.6K條指令 數據存儲器：2.5K字 掃描速度：0.37μs/指令

指令集：基本編程指令134條 本機I/O：14入/10出

通訊口數量：1（RS-485）支持協議：PP工，DP/T，自由口 特殊功能：PID控制器。內置高速計數器

4.4鐵嶺電廠控制系統軟件設計

鐵嶺電廠控制系統軟件的設計是本論文的重點，也是工作中心。在控制系統中的軟件 沈陽工程學院畢業設計（論文）

采用西門子的S7-200系列，通過編程梯形圖程序來進行控制。由于程序很大，只給出部分梯形圖程序，見下一章。上位機監控畫面的編程內容，下載到下位機PLC的FFPROM中運行

系統運行前，首先利用紫金橋軟件的工程管理器，繪制被控工藝流程圖，生成靜態畫面；再通過確定動態變量數及屬性、定義變量名TAGNAMF及T/O地址，以便通過現場控制與PLC進行聯結。系統運行時，通過紫金橋監視畫面進行控制。利用相應畫面操作按鈕對畫面進行控制，PLC存儲器中梯形圖程序決定紫金橋動態畫面狀態；也可查看操作指導、系統說明等輔控畫面。、對這樣一個復雜及工藝特點，優秀方案為采用PLC核心構成程序控制。PLC程序設計： 針對輸煤系統的控制要求以及具體控制方案的實現，兩段皮帶啟停設計的程序流程如圖4-3所示。程序說明如下：

子模塊0：初始化子程序。在PLC加電時根據各個開關的位置設立標志位，僅在第1個掃描周期執行。

子模塊1：并行一線聯鎖啟動、連鎖停車，并判斷事故停車信號以實現事故停車。子模塊2：并行一線連鎖啟停控制程序。根據啟動標志位1實現并行二線的連鎖啟動、連鎖停車，停車。并判斷事故停車信號以實現事故停車。

子模塊：交叉線連鎖啟停控制程序，根據啟動標志位3實現交叉線的連鎖啟動、連鎖停車，并判斷事故停車信號以實現事故停車。

PLC的輸出信號控制電機的接觸器，啟動送高電平，停止送低電平。程序特點： 特殊標志位的使用：使用特殊標志位SM0.1，使得初始化子程序（子模塊0）僅在第1個掃描周期執行，而在以后的掃描周期不再執行。這樣，個別標志位在PLC加電后不受開關變化的影響。例如，并行模塊和交叉模式對應標志位僅在關掉主控開關后才能改變。

內部標志位的使用：在程序中，利用標志位來表示不同的現場情況和程序狀態，增加了程序的可靠性和靈活性。

程序模塊化：程序由不同子模塊構成，各子模塊獨立完成各自功能，互不干擾，因而程序結構清晰，便于修改。

定時器的使用：程序中，利用不同的定時器來設定不同設備的延時時間，可以靈活地控制要求進行延時時間的設定。鐵嶺發電廠輸煤順序控制系統設計（下位機控制部分）沈陽工程學院畢業設計（論文）

第五章 鐵嶺電廠輸煤計算機梯形圖的設計

梯形圖是PLC的一種主要編程語言，設計好梯形圖程序是用好PLC的關鍵。在繼電器電路圖中，各繼電器可以同時動作，而PLC的CPU是串行工作的，即CPU同時只能處理一條指令，因此在設計梯形圖時應注意以下幾點：

應遵守梯形圖語言中的語法規定。

設置中間單元。在梯形圖若多個線圈都受到某一觸點串并聯電路的控制，為了簡化電路，在梯形圖中可以設置用該電路控制的存儲器位，它類似于繼電器電路中的中間繼電器。

盡量減少PLC的輸入信號和輸出信號。PLC的價格與I/O點數有關，每一輸入信號和輸出信號的點數是降低硬件費用的主要措施。

設立外部連鎖電路。為了防止控制正反轉的兩個接觸器同時動作造成三相電源短路，應在PLC外部設置硬件連鎖電路。

梯形圖的優化設計。為了減少語句表指令條數，在串聯電路中單個觸點應放在右邊，在并聯電路中單個觸點應放在下面。

外部負載的額定電壓。

對于鐵嶺電廠輸煤系統程序控制中的皮帶啟動，停止語句表如下，梯形圖見附錄1。//V0.0皮帶一段 啟動按鈕V1.0 //V0.1皮帶二段 停止按鈕V1.2 //V0.2皮帶三段 皮帶急停V1.2 //V0.3皮帶四段 復位按鈕V1.3 Network 1 //按下皮帶啟動按鈕V1.0，五段輸煤皮帶轉動。LD V1.0 V0.4 AN V1.1 AN V1.4 = V0.4 TON T37, +50 Network 2 //50s后四段輸煤皮帶轉動，定時器T38計時50s LD T37 = V0.3 TON T38 +50 Network 3 //50s后三段輸煤皮帶轉動，定時器T39計時50s LD T38 = V0.2 鐵嶺發電廠輸煤順序控制系統設計（下位機控制部分）

TON T39 +50 Network 4 //50s后三段輸煤皮帶轉動，定時器T40計時50s LD T39 = V0.1 TON T40 +50 Network 5 //50s后一段輸煤皮帶轉動 LD T40 = V0.0 Network 6 //按停止按鈕V1.2，計時開始 LD T1.2 V0.5 AN V1.3 //55s后二段停 LD T39 AN T42 = V0.3 Network 9 //105s后三段停 LD T38 AN T43 = V0.2 Network 10 //155s后四段停 LD T37 AN T44 = 0.3 Network 11 //205s后五段停 LD V1.0 V0.4 AN T45 = V0.4 輸煤順序控系統是以上位機和PLC為基礎，作為整個系統的控制中心。上位機和PLC之間通過PC/PPI通信電纜相連，PLC和輸煤系統中被控制設備之間通過電纜連接。整個控制系統的構成如圖5—1所示，及該控制系統的控制單元輸入輸出端分配5—1所示： 沈陽工程學院畢業設計（論文）

與任何控制系統一樣，輸煤控制系統要達到自動控制首先應有比較穩定的生產流程和較高的設備健康水平同時控制系統應具有一定的靈活性和可靠性。本系統采用了基于PLC的集中空駛方式，整個控制系統是將所有被控設備按照生產流程的要求次序和條件自動啟停和調節。以及各個被控設備的動作過程在上位機的模擬屏上均有顯示，且可通過計算機鼠標或鍵盤對輸煤系統進行操作。究其控制系統主要功能如下： 整個控制過程在上位機的模擬屏上有顯示。

按煤流方向自動起動和停止被控設備。

在程序控制中，任一設備啟動不成功，均能按逆煤流方向停機。在下常運行中，任一設備發生故障時，均能按逆煤流停機。

正常程序配煤的順序是從1號煤倉向3號煤倉依次進行。每個煤倉均設定一個低煤位信號和一個高煤位信號，當一個煤倉出現低煤位信號時對其進行配煤。

梯形圖完成的功能是：整個輸煤系統由4條輸煤皮帶機、1臺葉輪給煤機、2臺碎煤機、3個梨煤器及漏斗等設備組成，完成從煤礦到電廠煤倉的輸煤任務，輸煤系統的各個設備按照煤流方向順序動作。為了保證不發生堵煤現象，要求系統按逆煤流啟動，順煤流停止。鐵嶺發電廠輸煤順序控制系統設計（下位機控制部分）

葉輪給煤機以恒定的給煤量給煤。輸煤皮帶機帶動輸煤皮帶將煤一層一層通過碎煤機、漏斗直至最后一層再經梨煤器配煤輸送到電廠原煤倉。配煤順序為：優先1號爐煤倉配煤，優先下限煤倉配煤。

由于梯形圖比較大，請看附錄2。沈陽工程學院畢業設計（論文）

結論

本文全面分析了輸煤系統的基本知識，及其重要意義。并詳細的研究了順序控制的過程及方法，PLC在輸煤系統中的應用。同時在以下幾個方面作了探討：

文章通過對輸煤系統的介紹，分析了目前該系統控制的情況，詳細展望了輸煤系統發展的趨勢和方向。

通過探討可編程控制器的功能，及其和繼電器的比較，確定在輸煤控制系統中的使用地位，同時把它與位機監控配合，來共同控制輸煤系統，不僅提高效率，同時也大大提高了生產效益。故此，提出將大力改善可編程控制器在輸煤系統的使用范圍。

本文通過介紹輸煤系統主要設備的情況，對于可編程控制器的優越性，針對鐵嶺電廠輸煤現狀進行可編程控制分析，說明，尤其在送煤，配煤上，通過梯形圖和上位機進行聯合控制。鐵嶺發電廠輸煤順序控制系統設計（下位機控制部分）

致謝

在本文脫稿之際，我首先要感謝我的老師——李玉杰。老師淵博的知識，嚴謹的治學態度，開拓創新的工作作風，高昂的工作熱情以及執著的追求精神使我受益非淺。在整個課題階段，老師擠出寶貴時間為我答譯解難，在此對培育我的老師致以崇高的敬意和衷心的感謝。李老師不僅在學習，論文上給我很大的幫助和支持，而且在生活，思想上也給予極大的幫組。在調節過程中，得到了鐵嶺電廠的大力支持有關同志的熱情幫助，在次表示感謝。同時還要感謝繼續教育中心給予提供了電腦，讓我進行了程序的編寫和調試。也要感謝母校給予了我這次設計的機會！

沈陽工程學院畢業設計（論文）

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鐵嶺發電廠輸煤順序控制系統設計（下位機控制部分）

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第二篇：102基于西門子PLC熱電廠輸煤控制系統的設計

基于西門子PLC熱電廠輸煤控制系統的設計

鄧必文

學院：信息工程學院 班級：電氣2004-1班 學號：200440509102 摘要：目前在電力設備中，PLC得到了廣泛的應用，調速器、保護、監控等都成功的使用了PLC可編程控制器，并且取得了很好的經濟效益。本設計結合某熱電廠中輸煤監控控制系統來說明SIEMENS S7-200系列的PLC具有的穩定性好、可靠性高、操作維護方便、抗干擾能力強、很高的性價比等一系列的優點。

針對某熱電廠輸煤整個系統，設計了一套基于PLC控制網絡和上位機的輸煤程控系統，對其硬件構成和軟件實現做了介紹。同時主要研究的是基于SIEMENS S7-200系列的PLC在某熱電廠輸煤控制系統（上煤部分）皮帶跑偏監控系統中的運用。在軟件設計中,分析了各模塊的功能,給出了皮帶跑偏監控流程框圖，跑偏傳感器模擬量輸入的設計和相應的程序。在硬件設計中，分析了控制系統一般硬件的組成和擴展方法，給出了本設計PLC的輸入輸出配線示意圖。關鍵詞：S7-200；輸煤系統；監控；抗干擾

Coal Handling Control System Design Based on Siemens PLC Thermal Power Plant

Abstract At present in the power equipment, PLC has been widely used, the governor, protection, surveillance and so successful use of the PLC programmable logic controller, and achieved good economic benefits.The design of a thermal power plant in the coal handling monitoring control system to illustrate SIEMENS S7-200 series of the PLC has good stability, high reliability and easy operation and maintenance, anti-interference capability and a high price and a series of advantages.Against a thermal power plant coal handling system as a whole, designed a PLC-based control network and the host computer program-controlled coal handling system, its hardware and software was introduced.At the same time the study is mainly based on SIEMENS S7-200 series PLC in a coal handling thermal power plant control system(coal)belt deviation monitoring system in use.In software design, analysis of the functions of the various modules are given a belt deviation monitoring process diagram, the deviation sensor analog input in the design and the corresponding procedures.On the hardware design, analysis of the general control system hardware components and expansion of methods, given the design of the PLC input and output wiring diagram.Key words: S7-200;coal handling system;monitoring;anti-interference 1前言

1.1 課題的來源及意義

火力發電廠燃料輸煤系統是電廠的輔助系統，主要負責對發電機組燃煤的卸載、儲存、上煤和配煤。輸煤系統受控設備多，分布范圍廣，工藝流程復雜，環境惡劣。隨著電力工業的飛速發展，以計算機為核心的電廠生產過程自動控制技術得到了大力的推廣應用，并逐步普及到輸煤系統。本設計根據目前火力發電廠燃料輸煤控制系統發展的趨勢，結合某熱電廠燃料輸煤系統采用的集中控制模式，對輸煤控制系統技術改造方案的設計進行充分研究論證，提出了具體的系統升級改造方案：采用微機分級控制系統，充分利用計算機、可編程控制器PLC及以太網等先進控制技術，實現對輸煤系統設備的數據采集、集中操作、實時監視、數據存儲、故障報警、煤量統計、語音呼叫和電視畫面切換等功能。該系統具有自動化水平高、控制和管理功能強大、操作簡便、可靠性高等特點，能很好地適應燃料輸煤系統的環境特點。系統經過升級改造后，自動化控制水平和可靠性都得到了明顯提高，設備故障率大大降低，減輕了檢修及運行人員的勞動強，加強輸煤過程的運行管理和節能管理，實現狀態檢修具有非常重要的意義。1.2本課題所做的工作 本課題任務是以某熱電廠的輸煤系統為例說明基于SIEMENS S7-200系列的PLC在熱電廠中小型控制系統中的運用，充分表明其具有的很強的性價比。為輸煤系統的安全穩定的運行提供了很好的保障。輸煤程控系統主要是以可編程控制器(PLC)為主，實現輸煤監控系統的自動化控制。與強電集中控制相比，在技術上具有控制功能強，編程簡單，實現工藝聯鎖方便，可省去大量的硬接線，維護方便，可在線修改等特點。PLC不僅能完成復雜的繼電器控制邏輯，而且也能實現模擬量的控制，甚至智能控制；并能實現遠程通訊，聯網及上位機監控等。可為全廠實現計算機控制和管理創造條件。可編程序控制器PLC概述 2.1 PLC的產生與發展

1969年，美國數字設備公司(DEC)研制出第一臺PLC，在美國通用汽車自動裝配線上試用，獲得[6]了成功。這種新型的工業控制裝置以其簡單易懂，操作方便，可靠性高，通用靈活，體積小，使用壽命長等一系列優點，很快地在美國其他工業領域推廣應用。到1971年，己經成功地應用于食品，飲料，冶金，造紙等工業。雖然PLC問世時間不長，但是隨著微處理器的出現，大規模，超大規模集成電路技術的迅速發展和數據通訊技術的不斷進步。2.2 PLC的基本結構

1、CPU模塊

在可編程序控制器控制系統中，CPU模塊不斷地采集輸入信號，執行用戶程序，刷新系統的輸出，統一命令和協調整個PLC控制系統的工作過程。CPU模塊的工作電壓一般是DC 5V。CPU模塊主要由微處理器（CPU芯片）和存儲器組成。

2、微處理器

微處理器分為：通用微處理器、單片微處理器和位片式微處理器。其主要有如下功能： ①接收從編程器輸入的用戶程序和數據，送入存儲器存儲； ②用掃描方式接收輸入設備的狀態信號，并存入相應的數據區；

③監測和診斷電源、PLC內部電路工作狀態和用戶程序編程過程中的語法錯誤； ④執行用戶程序、完成各種數據的運算、傳遞和存儲等功能；

⑤根據數據處理的結果，刷新有關標志位的狀態和輸出狀態寄存器表中的內容，以實現輸出控制、制表打印或數據通信等功能。

3、存儲器

存儲器分為：系統程序存儲器和用戶程序存儲器。系統程序存儲器存放著系統程序，系統程序是由可編程序控制器生產廠家設計并固化只讀存儲器ROM中，能完成可編程序控制器設計者規定的工作，且用戶不能讀取；用戶程序存儲器存放著用戶編制的控制程序，其容量以字為單位，用戶程序由用戶設計，使可編程序控制器完成用戶要求的特定功能。

4、I/O模塊

輸入模塊和輸出模塊簡稱為I/O模塊，聯系著外部現場和CPU模塊之間的橋梁。輸入模塊用來接收和采集輸入信號。數字量輸入模塊用來接收從按鈕、選擇開關、數字撥碼開關、限位開關、接近開關、光電開關、壓力繼電器等來的數字量輸入信號；模擬量輸入模塊用來接收電位器、測速發電機和各種變送器提供的連續變化的模擬量電流電壓信號。輸出模塊用來發送輸出信號。數字量輸出模塊用來控制接觸器、電磁閥、電磁鐵、指示燈、數字顯示裝置和報警裝置等輸出設備；模擬量輸出模塊用來控制調節閥、變頻器等執行裝置。I/O模塊除了傳遞信號外，還有電平轉換與隔離的作用。

5、編程裝置

編程裝置是PLC不可缺少的一部分，用來生成用戶程序，并對其進行編輯、檢查和修改，還可以在線監視PLC的工作狀態。編程裝置通過接口與CPU模塊聯系，實現人機對話。使用編程軟件不僅可以設置可編程序控制器的各種參數，還可以在屏幕上直接生成和編輯梯形圖、指令表、功能塊圖和順序功能圖程序，并可以實現不同編程語言的相互轉換。程序被編譯下載到可編程序控制器，也可以將可編程序控制器中的程序上傳到計算機。程序可以存盤或打印，還可以通過網絡實現遠程編程和傳送。

6、電源

可編程序控制器使用220V交流電源或24V直流電源。內部的開關電源為各模塊提供DC 5V、±12V、24V等直流電源。驅動可編程序控制器負載的直流電源一般有用戶提供。2.3西門子S7-200 PLC簡介

2.3.1西門子S7-200 PLC的功能概述

西門子S7-200 PLC系列屬于小型可編程序控制器，可用于簡單的控制場合，也可用于復雜的自動化控制系統。由于它具有極強的通信功能，即使在大型的網絡控制系統中也能充分發揮作用S7-200 PLC系統是緊湊型可編程序控制器。系統的硬件構架是由成系統的CPU模塊和豐富的擴展模塊組成。它能夠滿足各種設備的自動化控制需求。應用領域極為廣泛，覆蓋所有與自動檢測，自動化控制有關的工業及民用領域，包括各種機床、機械、電力設施、民用設施、環境保護設備等等。如：沖壓機床、印刷機械、中央空調、電梯控制、運動系統等等。

2.3.2西門子S7-200 PLC的特點S7-200系列具有鮮明的特點：①極高的可靠性；②極豐富的指令集；③數據安全性；④易于掌握，操作便捷；⑤豐富的內置集成功能；⑥實時特性；⑦強勁的通訊能力；⑧豐富的擴展模塊。2.3.3西門子S7-200 PLC的硬件結構

[13]西門子S7-200系列PLC具有牢固緊湊的塑料外殼，通過安裝孔垂直或水平地安裝在板上或安裝在標準DIN導軌上。利用總線連接電纜，可以把CPU模塊和其他擴展模塊，如數字量I/O模塊、模擬量I/O模塊、通訊模塊等等，連接起來。采用可選的端子排作為固定的接線配件，易于接線。2.3.4 西門子S7-200硬件基本擴展及通訊方式

1985年，國際電工委員會IEC對PLC作了如下規定:可編程控制是一種數字運算操作的電子系統，專為工業環境下應用而設計。它采可編程序的存儲器，用來在其內部存儲執行邏輯運算、順序控制、定計數和算術運算等操作的指令，并通過數字式模塊式的輸入和輸出，制各種類型的機械或生產過程。PLC具有高可靠性，編程方便，易于使與外部控制器件接口方便，功能強大等優點。因此，PLC得到迅速的發和越來越廣泛的應用。SIEMENS7-200控制器是當前小型PLC領域內技術先進、性能/價格比高、單元/模塊。SIEMENS7-200由硬件系統和工業軟件兩大分構成。2.3.5西門子S7-200 PLC的工作原理

S7-200 PLC具有兩種工作模式，分別是：運行（RUN）模式和停止（STOP）模式。在運行模式下，通過執行反映控制要求的用戶程序來實現控制功能；在停止模式下，S7-200 CPU不執行用戶程序，此時可設置CPU系統的硬件功能，并將用戶程序、數據以及硬件設置信息下載到S7-200 CPU。其中用戶程序用編程軟件創建和編輯。CPU模塊上的模式開關用于改變和轉換S7-200 PLC的工作模式。開關撥到RUN位置時，CPU運行，啟動用戶程序的運行；當開關撥到STOP位置時，CPU停止，用戶程序的運行也停止；開關撥到TERM位置時，不改變當前操作模式。此外還可以通過Step7-Micro/MIN32編程軟件控制S7-200 CPU的運行和停止。S7-200 CPU前面板上的LED顯示著當前的工作模式。

1、分析設計法

這種設計方法主要依靠經驗直接用PLC設計電氣控制系統,來滿足生產機械和工藝過程的控制要求。分析設計法多用于比較簡單的控制系統的設計,它要求設計人員具有一定的實踐經驗,熟悉工業現場中最常用的典型控制環節,需設計大量的線路圖并經多次修改后才能得到符合要求的梯形圖,并且方案不是惟一的。

①系統原先無控制方案,現要求直接用PLC控制。此種情況下,設計梯形圖程序大致可按下面幾步進行：分析控制要求；設計主令元件和檢測元件,確定輸入輸出信號；設計控制程序；檢查、修改和完善程序。設計時,首先按所給的要求將生產機械的運動劃分成各自獨立的簡單運動,分別設計這些簡單運動的基本控制程序,然后將這些基本控制程序組合在一起；接下來,分析剛才組合的程序是否滿足控制要求,若不滿足時,在此基礎之上繼續對梯形圖進行完善,直至滿足功能；最后,根據制約關系,選擇聯鎖觸點,設計聯鎖程序并設置必要的保護措施。編程時要掌握長、短信號的作用,必要時須對兩種信號時行轉換。

②用PLC對原有繼電—接觸控制系統進行改造。此種情況下,系統本身提供了電氣控制原理圖,設計過程可相對簡單一些,主要是確定輸入輸出,設計程序,完善程序。設計時將控制原理圖中的硬繼電器用PLC中對應的軟繼電器替代,對梯形圖中出現的橋式結構進行改造,設置必要的聯鎖和保護措施即可設計出滿足控制功能的梯形圖。編程時要注意將輸入設備統一按動合觸點方式接入,梯形圖中所采用觸點和控制線路中觸點形式一致,否則梯形圖中所用觸點要和控制線路中所用觸點形式相反。

2、邏輯設計法

這種設計方法的基本含義是以邏輯組合的方法和形式設計梯形圖,它既有嚴密可循的規律性和明確可行的設計步驟,又具有簡單、直觀和十分規范的特點。主要設計過程是分析要求,取得電氣執行元件功能表；繪制系統狀態轉換表；進行邏輯設計；完善和補充程序。其過程類似于數字電子技術的電路設計,要求設計者具備一定的邏輯函數知識,因而對設計者的要求較高,所以不易掌握。

3、狀態流程圖設計法

這種方法主要用于大型順序控制系統的設計,它具有簡單、規范、通用的優點,不僅使梯形圖設計變得容易,大大節約設計時間,而且初學者容易掌握,有一定的方法和步驟可遵循。設計時首先畫狀態流程圖,然后將其改畫為梯形圖。

①狀態流程圖的畫法。狀態流程圖主要由工步、有向連線、轉換條件和動作四部分組成,它是狀態流程圖設計法的難度所在。畫狀態流程圖時,先將整個工作過程根據系統狀態劃分為若干個獨立的控制工步,在流程圖中常用PLC內部輔助繼電器對工步編號,系統處于某個狀態時,可在程序中將代表該工步的內部輔助繼電器線圈接通,則稱此工步為活動工步,其它工步則稱為不活動步；各工步根據動作順序用不帶箭頭的直線連接,此直線稱為有向連線,默認方向從上而上,當直線的方向向上時,需用向上箭頭表示；相鄰兩上工步之間畫一條短橫線,表示轉換條件,當轉換條件滿足時,上一步被封鎖,下一步被激活；在每個步的右側,畫上要被執行的控制程序。②狀態流程圖轉換為梯形圖。畫梯形圖時,先將系統的第一個工步也就是初始工步激活,一般常采取系統所提供的初始化脈沖作為啟動信號,然后根據狀態流程圖的工步發展,激活下一個工步,復位上一個工步,將所有工步的程序設計完成后,集中用代表各工步內部輔助繼電器的動合觸點去驅動各工步的動作。典型的轉換方法有啟—保—停法；置位復位法；移位寄存器法；步進指令法等。

4、計算機輔助編程法

計算機輔助編程可以把梯形圖直接譯成指令形式,可進行在線編程、遠程編程、也可離線編程,同時還具備網絡監控功能,是今后PLC應用程序設計的發展方向。3 輸煤控制系統的組成及程控設計

輸煤系統是火力發電廠中較為寵大的一個輔助系統。隨著我國電力工業的迅速發展，火電廠的裝機容量和單機容量都日益增大，輸煤系統的規模也大幅度的上升。對其控制方式、運行水平的要求也越來越高。輸煤程控系統主要是以可編程控制器為主，實現輸煤系統的自動化控制。與強電集中的控制相比，在技術上具有控制功能強，編程簡單，實現工藝聯鎖方便，可省去大量的硬接線，維護方便，可在線修改等特點。PLC不僅能完成復雜的繼電器控制邏輯，而且也能實現模擬量的控制，甚至智能控制；并能實現遠程通訊，聯網及上位機監控等。對地域分布較廣的實現計算機控制和管理創造條件，可為全廠實現計算機控制和管理創造條件。對地域分布較廣的系統還可以增加遠程控制站及閉路電視監視系統。目前，PLC在輸煤系統中的應用基本上限于設備級，各設備或系統處于各自的PLC控制之下，相互間基本獨立。與當初輸煤設備的控制從就地走向集中一樣，輸煤系統的PLC控制也將從設備級發展到車間級，甚至工廠級，這是輸煤系統降耗、增效的需要，也是生產管理和監控的需要。輸煤系統實現程序控制和工業電視系統監視對提高輸煤系統的可靠性、動化程度，減少崗位人員和他們的勞動強度，加強輸煤過程的運行管理和節能管理，實現狀態檢修具有非常重要的意義。3.1 輸煤系統組成 3.1.1卸煤系統

某熱電廠燃煤采用火車運至電廠的電3和電4線，由2臺橋式抓斗起重機將煤卸至能容納20000噸貯煤場內儲存，由橋式抓斗起重機或推煤機將煤卸落在2個地下受煤斗內，地下受煤斗下對應的2臺電機振動給煤機將煤均勻配給l、2號甲、乙運煤皮帶。3.1.2上煤系統 1、2號皮帶來煤至地下轉運站后經三通擋板、落煤管、3號甲、乙皮帶進入碎煤機室，來煤經甲、乙波動篩煤機、篩下細煤經甲、乙緩沖滾筒至4號甲、乙皮帶；篩上大塊煤經甲、乙環錘式碎煤機將大塊煤砸碎后至4號甲、乙皮帶。然后煤經高位轉運站、三通擋板、落煤管、煤倉間，至5號甲、乙皮帶。地下轉運站落煤管下設2臺倉壁振打器，碎煤機室落煤管下設4臺倉壁振打器，高位轉運站落煤管下設4臺倉壁振打器，1號甲、乙皮帶各設1臺電子皮帶秤，5號甲、乙皮帶分別設l臺電子皮帶秤。3號甲、乙皮帶尾各設1臺噴淋電動閥門、4號甲、乙皮帶尾各設l臺噴淋電動閥門、5號甲、乙皮帶尾各設1臺噴淋電動閥門噴水降塵。3.1.3 配煤系統

煤倉間來煤落到5號甲、乙皮帶，沿5號甲皮帶設4臺單側犁煤器，沿5號乙皮帶設4臺雙側犁煤器，來煤依次落入#1a煤倉、#2a煤倉、#3a煤倉；#1b煤倉、#2b煤倉、#3b煤倉；煤至皮帶末端直接落到終端煤倉。預留甲備用煤倉和乙備用煤倉各1個煤斗，并預留備用1臺單側犁煤器，1臺雙側犁煤器。

3.3 輸煤系統程控設計

綜合分析OMRON,MODICON, SIEMENS三種品牌PLC組件及其軟件功能后,從開發簡單、使用方便、組態靈活、功能強大幾方面考慮選用了SIEMENS SIMATIC S7系列PLC組件。3.3.1上位機監控系統

系統采用上位機監控方式取代原來的模擬盤控制方式，整個輸煤系統的運行操作和監視全部由上位機實現。上位機不僅顯示設備的運行狀態、過程參數、故障報警等,也進行與運行有關的各種信息的收集、整理及存檔管理。上位機還應具備與MIS系統聯網的能力。該系統配置2臺工控機作為上位機,1臺作為工程師站, 1臺作為操作員站,且2臺互為熱備用,并通過PROFIBUS-DP網與主PLC連接。監控軟件選用SIEMENS公司的WinCC V4.02。

系統主PLC采用2臺SIEMENS S7-300，CPU315-2DP，互為熱備用，負責下級PLC控制器的控制和皮帶機輸送系統的控制。另外還有4臺PLC選用SIEMENS S7-200，分別負責卸煤系統PLC3、上煤系統PLC4、配煤系統PLC5和皮帶機監控系統PLC6的控制。3.3.3 遠程I/O站

系統設置兩個遠程I/O站，分別負責圓筒倉和原煤倉的犁煤器配煤I/O控制。遠程站的通信電纜采用光纜。設置遠程站極大地減少了控制電纜的數量和長度，將大大減少因電纜接地或接線不良引起的故障；采用光纜作為通信電纜將消除電壓、電流信號的干擾。3.3.4 一次儀表

系統取消所有一次儀表，現場測量信號經變送器后，直接送主PLC，在上位機上顯示，當超過定值時，提示報警信息或直接控制停機。本設計中的皮帶監控系統采用皮帶跑偏傳感器。當跑偏度≧12°時在上位機上顯示報警信息，當皮帶進一步跑偏達到≧30°時上位機顯示報警，皮帶機監控系統PLC6報警并連鎖停機，同時上位機發出相應的控制信息控制其他系統的停機。3.4軟件配置

1、上位機監控軟件 系統上位機監控軟件選用SIEMENS公司的W inCC V4.02作為開發平臺。利用該軟件的變量存檔編輯器和報表設計器可以很方便地將過程數據生成用戶檔案庫及報表。

2、PLC控制軟件

PLC控制軟件選用SIMATIC STEP7作為控制軟件開發平臺。STEP7編程軟件是一個全集成的、標準統一的、采用全局關系型數據庫的組態工具。它采用了現代化的軟件體系結構，對項目進行管理、處理、歸檔和建立文件。3.5 PLC網絡的組建

為提高控制性能，往往要把處于不同地理位置的PLC與PLC、PLC與計算機、PLC與智能裝置通過傳送介質連接起來，實現通訊，以構成功能更強、性能更好的控制系統。PLC聯網之后，還可進行網與網相聯，以組成更為復雜的系統。PLC網還可與計算機相聯，成為它的一個子網。通過PLC的組網，可以實現控制規模的提高、控制過程的綜合與協調以及計算機的遠程監控等，在相關系統的布線、維護和資源共享以及聯網管理方面也可以實現較大的改善。3.3.2 PLC系統

(1)整套網絡采用SIEMENS的設備這樣可以使用現場總線技術，實現完全的分布式結構；

(2)網絡最上層為以太網, 2臺PLC直接掛接在網上，實現雙機熱備，以便可靠地將輸煤系統的狀態和參數傳送至全廠MIS（信息管理系統）是一個由人、計算機及其他外圍設備等組成的能進行信息的收集、傳遞、存貯、加工、維護和使用的系統。同時通過以太網將化驗站、皮帶秤來的信息也送至MIS；

(3)網絡第2層為PROFIBUS-DP網，4臺PLC分別為卸煤子系統、上煤系統、配煤子系統、皮帶監控子系統，它們在運行子系統的同時通過PROFIBUS-DP網絡與PLC1和PLC2進行通信，以便接收參數或發送狀態。操作員站和工程師站連接在PROFIBUS總線上作為監控站，可完成遠程編程、修改參數及在線監控功能；

(4)網絡第3層為遠程I/O鏈路：AS-I接口層，遠方現場的一些執行器、傳感器或小型模塊(LOGO)通過DP/AS-I鏈接器和PROFIBUS-DP網絡進行通信，以便接收參數或發送狀態；通常用簡單的兩芯電纜進行連接，造價很低，使用很方便。(5)具體配置如下：

PLC1,PLC2采用S7-300系列CPU315-2DP，外加以太網通信模塊CP342-5；PLC3, PLC4, PLC5,PLC6采用S7-200系列CPU226；操作員站和工程師站采用功能強大的臺式計算機，外加.MPI接口。選擇CP5611網卡可連接到PROFIBUS-DP上。配置STEP7編程軟件包可作為編程設備使用。.通常還要配置WinCC等軟件包作為監控操作站使用。4 S7-200在輸煤監控系統中的應用

上煤系統的組成可分為皮帶運輸機、碎煤、篩煤設備、三通擋板（除鐵、除木）、除塵設備和計量設備等。皮帶運輸機在火力發電廠輸煤系統中，承擔了全廠來煤的運輸、提升、分配等工作，是輸煤系統的主線設備。因此，皮帶運輸穩定可靠及控制方式的合理選擇，直接關系到整個輸煤系統的安全運行。目前，在我國火力發電廠輸煤系統中，皮帶運輸機的控制方式有三種:就地控制、集中單獨控制、集中微機程序控制。同時對皮帶的跑偏狀況進行實時監控。包括采用跑偏傳感器和工業電視監視。

4.1某熱電廠現有的輸煤上煤系統簡介與控制要求

某熱電廠要求在遠離輸煤走廊的主廠房控制室里,對2條輸煤線的18臺設備進行控制,并實時監測設備的運行狀態及皮帶跑偏的情況。我們采用PLC實現輸煤設備的聯鎖控制以保證其可靠性和特殊性,工業控制計算機則作為上位機與PLC互相配合,共同完成輸煤系統的監控功能,本設計將主要介紹PLC在熱電廠輸煤系統中的控制應用。該熱電廠輸煤系統有2條輸煤線，包括給煤機、皮帶機、振動篩、破碎機等共18臺設備,在電廠中有著極為重要的地位,一旦不能正常工作,發電就會受到影響。為了保證生產運行的可靠性,輸煤系統采用自動(聯鎖)、手動(單機)兩種控制方式,自動、手動方式由開關進行切換。由于輸煤走廊環境惡劣,全部操作控制都在主廠房的主控制室里進行,儀表盤上設有各個設備的啟、停按鈕,還有為PLC提供輸入信號的控制開關。輸煤設備控制功能由PLC實現,設備狀態監測和皮帶跑偏監測以及事故紀錄功能則由上級工業控制計算機完成。

為了保證輸煤系統的正常、可靠運行,該系統應滿足以下要求:①供煤時,各設備的啟動、停止必須遵循特定的順序,即對各設備進行聯鎖控制；②各設備啟動和停止過程中,要合理設置時間間隔(延時)，啟動延時統一設定為10s即給煤機啟動之前所有的皮帶機，碎煤機，篩煤機，梨煤器延時10s啟動；停車延時按設備的不同要求而設定,分為10 s,20 s,30 s,40 s,60 s幾種,以保證停車時破碎機為空載狀態,各輸煤皮帶上無剩余煤；③運行過程中,某一臺設備發生故障時,應立即發出報警并自動停車,其前方(指供料方向)設備也立即停車,其后方的設備按一定順序及延時聯鎖停車；④各輸煤皮帶設有雙向跑偏開關,跑偏12°時發出告警信號,跑偏30°時告警并自動停車；停車要求：發生事故的皮帶及之前的所有設備要求馬上停機，而事故點后面的設備按順序以一定的時延停機；⑤可在線選擇啟動備用設備,在特殊情況下可由2條輸煤線的有關設備組成交叉供煤方式；⑥上位機可顯示各機電設備運行狀況,并對輸煤過程有關情況(報警、自動停機等)做出實時紀錄。4.2 PLC控制系統設計 4.2.1 PLC選型

根據輸煤監控系統的自控要求,我們選用了德國SIEMENS公司推出的S7-200型PLC,它具有可靠性高、體積小、擴展方便、使用靈活的特點。基本CPU單元選用的是CPU224,型號為6ES7 214-1AD23-0XB0 DC/DC/DC。性能如下：

2048程序存儲器；2048數據存儲器；14點輸入,10點輸出； 可擴展7個模塊；128個定時器；128個計數器；4個硬件中斷、1個定時器中斷；實時時鐘；高速計數器；

可利用PPI協議或自由口進行通信；3級密碼保護； 擴展模塊的選擇：

①輸出數字量擴展模塊選用一塊EM223, 因為系統輸出量變化不是很頻繁。型號為6ES7 223-1BL22-0XA0 16個DC輸入點,16個繼電器輸出點。由于信號傳輸距離長，在輸出模塊上再外加一 DC 24V 直流電源，且單獨接地，以免影響信號的正確輸出。

②輸入模擬量擴展模塊選用三塊EM231，型號為6ES7 231-0HC22-0XA0 每塊4路模擬量輸入。③皮帶跑偏檢測傳感器選用立德公司生產的DPK-12-30皮帶跑偏開關。兩級輸出，一級跑偏報警為12°，二級跑偏為30°。更多信息參看第五章第一節 傳感器。4.2.2 硬件系統關系

在輸煤自控系統中,工業控制計算機作為上位機和輸煤控制PLC進行通信,對皮帶跑偏信號和設備的運行狀態進行實時采樣,并在屏幕上顯示輸煤系統仿真畫面,可以直觀地察看設備的狀態。當皮帶跑偏(跑偏12°)時,在屏幕上顯示報警畫面；當設備發生故障或皮帶嚴重跑偏(跑偏30°)時,在屏幕上顯示報警畫面并向PLC發送事故停車信號。輸煤控制PLC則根據控制開關的輸入信號,執行對應程序塊,控制電機實現對應的功能:向上級工業控制計算機發送工作組態信息，接收上級工業控制計算機發送的事故停車信號,實現事故停車處理功能并啟動報警設備。二者配合共同實現輸煤系統的監測和控制功能。上級工業控制計算機同時實現對電廠其他系統的監控,由工業控制計算機、輸煤系統PLC和其他系統的現場設備(PLC、監控儀表)共同構成分布式系統(DCS)。4.2.3 運行模式

根據輸煤過程的要求,本系統在一般情況下設計了兩種運行模式情況,采用并行模式,可根據需要獨選用或同時運行輸煤一線和輸煤二線。交叉模式是由輸煤一線和輸煤二線的有關設備組成的,僅在特殊情況下選用。并行模式 ①并行一線：聯鎖開車順序:#5a皮帶機→#4a皮帶機→甲篩煤機→甲碎煤機→#3a皮帶機→#2a皮帶機→#1a皮帶機→甲給煤機。聯鎖停車順序:與開車順序相反,延時時間按上述要求設定。

②并行二線：聯鎖開車順序:#5b皮帶機→#4b皮帶機→乙篩煤機→乙碎煤機→#3b皮帶機→#2皮帶機→#1b皮帶機→乙給煤機。聯鎖停車順序:與開車順序相反,延時時間按上述要求設定。4.4 PLC程序設計

1、程序總體設計

本程序總體采用的模塊化設計，各個模塊采用狀態流程圖設計方法來實現，即用順序功能圖編程后轉為梯形圖，主要是狀態量較多，適合采用步進控制來實現。步進指令的要點有： ⑴只有已激活的步的程序才被掃描、被執行。

⑵在已激活步中，如果激活了后續步，則自然處于非激活狀態。⑶在程序中，可把任意某步激活。

⑷當某步激活后，原來激活它的條件變化，不再對其產生影響。

① 程序模塊1:初始化子程序.在PLC加電時根據各個開關的位置設立標志位.它僅在第一個掃描周期執行。程序的開機掃描，程序運行方式的選擇并判斷事故停車信號以實現事故停車。② 程序模塊2：并行一線程序。③ 程序模塊3：并行二線程序。

④PLC的輸出信號控制電機的接觸器,啟動送高電平,停止送低電平。但是,碎煤機功率達90kW,給煤機功率達110 KW,需要變頻降壓啟動,所以啟動時PLC送一個正脈沖,停車時PLC送一個負脈沖。

2、程序特點.①特殊標志位的使用:使用特殊標志位SM0.1,使得初始化子程序(子模塊0)僅在第1個掃描周期執行,而在以后的掃描周期不再執行。

②程序模塊化:程序由不同子模塊構成,各子模塊獨立完成各自功能,互不干擾,因而程序結構清晰,便于修改。

③定時器的使用:程序中,利用不同的定時器來設定不同設備的延時時間,可以靈活地根據控制要求進行延時時間的設定。5 模擬量控制系統的設計 5.1傳感器

5.1.1跑偏傳感開關的原理與應用

跑偏開關是帶式輸送機中關鍵的控制元件，主要應用在冶金、電力、煤巖、礦山及化工等行業的輸送系統中。結合PLC控制，為輸送系統自動化控制提供了可靠的傳感元件。5.1.2 DPK系列的兩級跑偏傳感開關

1、概述

DPK系列的跑偏傳感開關是立德公司研制的新一代產品，可用于輸送機膠帶跑偏的檢測，防止由于膠帶跑偏而造成物料溢出等故障。是輸送機自動化控制不可缺少的傳感元件。

3、技術參數

①使用環境條件 a.環境溫度：-30℃～70℃ b.相對濕度不大于85%

4、結構特點

6、產品安裝使用注意事項 ①產品外殼設有接地端子，用戶在安裝使用時必須可靠接地。②安裝現場應不存在對鋁合金有腐蝕作用的有毒氣體。③產品的維修必須在安全場所進行，或當現場確認無可燃性粉塵存在時方可進 行。④本拉繩開關外殼必須保持清潔，粉塵堆積厚度不大于3mm。5.2 模擬量的PLC設計

5.2.1 模擬量輸入在PLC編程中的設計

模擬量控制系統是指輸入信號為模擬量的控制系統。控制系統的控制方式可分為開環控制和閉環控制。開環控制是根據控制的設定值直接向控制對象輸出控制信號。閉環控是使用控制的設定值與反饋值的差進行控制的，以求得設定值與反饋值的偏差最小。模擬量控制系統的設計中，應該注意抗干擾問題。解決干擾的辦法有4個。其一是接地問題，這里包括PLC接地端的接地，要真接地不要假接地，即直接接大地。其二是模擬信號線的屏蔽問題，屏蔽線的始端和終端都要接地，信號線的屏蔽是防止干擾的重要措施。其三是對某些高頻信號要解決匹配問題，如果不匹配，很容易在信號傳輸中引送中引進干擾，使信號失真。其四是對信號進行濾波，可以采用硬件濾波和軟件濾波。軟件濾波主要是數字濾波。本設計中的皮帶跑偏30°報警并停機的模擬量輸入設計采用的開環控制，因為實踐證實可以滿足要求。

MOVW AIW0,VW0 #5a皮帶跑偏傳感器檢測到的跑偏值傳送到PLC寄存器VW0。–I +6552,VW0 VW0的內容減去6552，送VW0。

/I +131,VW4 VW0的內容被131除，得出皮帶跑偏結果送 VW4。MOVW +30,VW2 #5a皮帶機跑偏報警并停機值設定為30°。

W≧ VW4，VW2 檢測值與設定值進行比較，若成立則繼電器M0.0輸出。6 PLC的抗干擾、維護和故障診斷

由于輸煤設備的運行環境十分惡劣，大多數電氣控制柜置于地平線以下，其濕熱、高粉塵環境大大增加了電氣接線和繼電器吸合方面的故障。火電廠輔助系統空間往往十分狹小,控制系統設備、配電裝置往往同室布置；電纜通道十分有限,經常是電氣設備高壓、低壓動力電纜與控制電纜以及PLC控制系統信號電纜同向并排敷設。高電壓、大電流的電氣設備在啟動接通和停運斷開時產生的強電干擾可能會在PLC輸入線上產生很強的感應電壓和感應電流,足以使PLC輸入端的光電耦合器中的發光二極管發光,使光電耦合器的抗干擾作用失效,導致PLC產生誤動作，造成偶然性的誤信號。輸煤系統運行中，各種干擾信號多，是影響輸煤程控系統穩定運行的重要因素。要使輸煤程控系統安全穩定運行，增加其抗干擾能力是十分重要的。由于輸煤系統運行條件惡劣，各類干擾信號較多，使得抗干擾問題成為輸煤程拴設計、調試及運行中的一大難題。許多電廠輸煤程控系統不能長期穩定運行，抗干擾能力差是其最主要的原因。6.1 PLC控制系統抗干擾措施

一般來說，PLC系統故障可分為內部故障和外部故障兩大類，內部故障指PLC本身的故障，外

[9]部故障指系統與實際過程相連的傳感器、檢測開關、執行機構等部分的故障。系統中只有5%的故障發生在PLC內部，說明PLC的可靠性遠遠高于外部設備，提高系統可靠性的重點應放在外部設備方面。因此我們從硬件和軟件兩方面考慮，對外部設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。6.1.1硬件措施

1、信號隔離

目前在電廠輸煤程控系統中，現場設備與I/0模塊之間的開關量信號是否需經繼電器隔離，一直是設計中爭論的焦點。有觀點認為不需經繼電器隔離，可將現場信號直接送到I/0模塊，理由是I/0模塊本身具有一定抗干擾能力，模塊內的光電隔離器使信號在其內部、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，系統接線簡化，系統故障點也隨之減少。我們通過對我廠輸煤系統外部環境、PLC裝置內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。

2、電纜選擇與敷設

開關量信號一般對信號電纜無嚴格的要求,可選用一般的電纜,信號傳輸距離較遠時,可選用屏蔽電纜。模擬信號和高速信號線應選擇屏蔽電纜。通信電纜要求可靠性高,有的通信電纜的信號頻率很高,一般應選用PLC生產廠家提供的專用電纜,在要求不高或信號頻率較低時,也可以選用帶屏蔽的雙絞線電纜。

3、接地屏蔽 傳送模擬信號的屏蔽線,其屏蔽層應一端接地。為了泄放高頻干擾,數字信號線的屏蔽層應并聯電位均衡線,其電阻應小于屏蔽層電阻的1/10,并將屏蔽層兩端接地。如果無法設置電位均衡線,或只考慮抑制低頻干擾時,也可以一端接地。不同的信號線最好不用同一個插接件轉接,如必須用同一個插接件,要用備用端子或地線端子將它們分隔開，以減少相互干擾。

4、模擬信號采用直流輸入/輸出

如果模擬量輸人/輸出信號距離PLC較遠,應采用4-20mA或0-10mA的電流傳輸方式,而不是易受干擾的電壓傳輸方式。

5、PLC應遠離強干擾源

如大功率可控硅裝置、高頻焊機和大型動力設備等。PLC不能與高壓電器安裝在同一個開關柜內,在柜內PLC應遠離動力線(二者之間的距離應大于200mm)。與PLC裝在同一個開關柜內的電感性元件,如繼電器、接觸器的線圈,應并聯RC消弧電路。6.2 PLC的檢修與維護

PLC的主要構成元器件是以半導體器件為主，考慮到環境的影響，隨著使用時間的增長，元器件總是要老化的。因此定期檢修與做好日常維護是非常必要的。[6]對檢修工作要定個制度，按期執行，保證設備運行狀況最佳。每臺PLC都有確定的檢修時間，一般情況下檢修時間以每6個月至一年為宜，當外部環境較差時，可根據具體情況縮短檢修間隔時間。參考文獻: 1.陳立定等

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本論文是在導師張繼紅老師的悉心指導下完成的。導師嚴謹的科研態度、淵博的知識、高尚的人格以及為人師表的風范使我受益匪淺。大學四年期間，在我的學習、課題設計中，張老師給了我大量的幫助和寶貴的意見，在這里謹向辛勤培育我的導師表示最真摯的感謝。在課題設計和完成論文的過程中，也得到了教研室其他老師和同學的幫助，在此一并表達我真誠的感謝!謝謝所有給過我幫助和鼓勵的朋友！