課程設計--1.20mta選煤廠自動控制設計

1、<p><b>　　課程設計說明書</b></p><p>　　題目: 1.20Mt/a選煤廠自動控制設計</p><p>　　課程設計（論文）任務書</p><p>　　材料科學與工程 學院 礦物加工工程 教研室</p><p><b>　　目錄<

2、;/b></p><p><b>　　摘要1</b></p><p><b>　　一、 緒論2</b></p><p>　　1.1 工業(yè)生產自動化的基本內容2</p><p>　　1.2 選煤廠生產自動化基本內容2</p><p>　　二、 選煤廠集中控制3&

3、lt;/p><p>　　2.1 選煤廠集中控制的類型3</p><p>　　2.2 選煤廠生產工藝系統(tǒng)對集中控制系統(tǒng)的要求3</p><p>　　2.3系統(tǒng)集中控制5</p><p>　　2.3.1 系統(tǒng)硬件配置和軟件及系統(tǒng)功能5</p><p>　　2.3.2 PLC控制原理6</p><p

4、>　　三、 可編程控制器（PLC）6</p><p>　　3.1 可編程序控制器的定義6</p><p>　　3.2 可編程序控制器的分類6</p><p>　　3.3 可編程序控制器的特點和應用范圍6</p><p>　　3.3.1 可編程序控制器的主要特點6</p><p>　　3.3.2 可編程序

5、控制器的應用范圍7</p><p>　　3.4 可編程序控制器的主要技術性能7</p><p>　　3.5可編程序控制器的發(fā)展與展望8</p><p>　　3.6 可編程控制器（PLC）與其他控制系統(tǒng)的比較8</p><p>　　3.6.1 與繼電器控制系統(tǒng)的比較8</p><p>　　四、 二次控制回路9

6、</p><p>　　4.1 二次回路的種類9</p><p>　　4.2二次回路原理的特點13</p><p>　　五、 控制系統(tǒng)選擇13</p><p>　　5.1 控制系統(tǒng)的選擇14</p><p>　　5.2 選煤廠各設備的分布14</p><p>　　5.3 各設備的控制回路

7、的確定16</p><p>　　5.4 輸入輸出模塊的選擇16</p><p>　　5.5 電源模塊的選擇20</p><p>　　5.6 通訊模塊的選擇22</p><p>　　5.7 CPU模塊的選擇24</p><p>　　5.8 PLC控制系統(tǒng)配置圖25</p><p>　　

8、5.9 控制程序的編輯27</p><p>　　5.10 程序設計29</p><p>　　六、 參考文獻31</p><p>　　附：課程設計程序31</p><p>　　1.20Mt/a選煤廠集中控制</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　

9、　選煤廠是加工煤礦礦井原煤的工廠，它由各種不同的作業(yè)環(huán)節(jié)和工藝設備組成，其生產過程基本上實現(xiàn)了機械化生產。隨著選煤工藝和設備的不斷革新和自動化技術的發(fā)展，選煤廠自動化水平也愈來愈高，由初期只能對生產設備及工藝參數(shù)進行監(jiān)視和事故報警，發(fā)展到能對設備和工藝參數(shù)進行自動控制和調節(jié);從實現(xiàn)單機自動化、作業(yè)線自動化，逐步向全廠綜合自動化發(fā)展 。隨著PLC技術的發(fā)展，將PLC技術應用于選煤廠集中控制，設計出一套新型選煤廠的PLC控制系統(tǒng)，目的是滿足

10、現(xiàn)代選煤工業(yè)控制的要求，生產高品質的產品。本次設計的是某1.20Mt/a選煤廠集中控制系統(tǒng)，通過對該選煤廠工藝流程和主廠房布置的分析，確定該廠集中控制系統(tǒng)的分站數(shù)目，通過對各設備控制要求的了解，確定各設備的控制回路，最后確立各分站模塊的型號和數(shù)目。在硬件完成的基礎上，利用CONCEPT軟件編寫集中控制系統(tǒng)的程序。設計基本能夠滿足控制系統(tǒng)的要求，較好的完成設計任務。</p><p>　　關鍵詞：選煤廠自動化，集中控

11、制，Quantum系列PLC，CONCEPT2.6 </p><p><b>　　緒論</b></p><p>　　1.1 工業(yè)生產自動化的基本內容</p><p>　　在現(xiàn)代化工廠中，操作工人和生產管理人員已不能單純依靠個人經(jīng)驗和體力，而必須更多的通過自動化儀表和裝置對整個生產過程進行全面的監(jiān)控和管理。</p><p>

12、;　　自動化技術對工業(yè)和科學技術的發(fā)展起著極為重要的作用。它在國民經(jīng)濟的其他領域也有著不可缺少的作用。工業(yè)生產過程自動化是保證生產穩(wěn)定、高質、低耗、安全、改善勞動條件、提高勞動效率、減少環(huán)境污染等的重要手段，也是工業(yè)企業(yè)現(xiàn)代化的重要標志之一。</p><p>　　工業(yè)生產過程自動化系統(tǒng)一般包括下列內容：</p><p><b>　　自動檢測系統(tǒng)</b></p&g

13、t;<p>　　現(xiàn)代生產是連續(xù)的過程，為了了解控制生產，就必須了解生產過程中的各種參數(shù)，</p><p>　　因此，人們利用各種檢測儀表自動的連續(xù)的對各種參數(shù)進行測量，這也是實現(xiàn)自動控制生產過程的前提條件。</p><p>　　自動信號聯(lián)鎖保護系統(tǒng)</p><p>　　為了安全生產，保證質量，常對一些關鍵性參數(shù)設有自動聯(lián)鎖保護裝置，在事故發(fā)生前信號系統(tǒng)

14、就能發(fā)出報警信號。</p><p><b>　　自動操縱系統(tǒng)</b></p><p>　　自動操控系統(tǒng)可以按照預先規(guī)定的步驟，自動的對生產設備或生產過程進行某種周期性的操作。</p><p><b>　　自動調節(jié)系統(tǒng)</b></p><p>　　為了保證生產的穩(wěn)定，就必須采用自動調節(jié)裝置對生產中的重

15、要參數(shù)進行自動調節(jié)，使它們恢復到正常狀態(tài)。</p><p>　　1.2 選煤廠生產自動化基本內容</p><p>　　選煤廠是加工礦井原煤的工廠，它由各種不同的作業(yè)環(huán)節(jié)和工藝設備組成，其生產過程基本上實現(xiàn)了機械化生產。隨著選煤工藝和設備的不斷革新和自動化技術的發(fā)展，選煤廠自動化水平也愈來愈高，由初期只能對生產設備及工藝參數(shù)進行監(jiān)視和事故報警，發(fā)展到能對設備和工藝參數(shù)進行自動控制和調節(jié);從實

16、現(xiàn)單機自動化、作業(yè)線自動化，逐步向全廠綜合自動化發(fā)展。</p><p>　　選煤廠自動化的內容十分廣泛，根據(jù)選煤工藝和設備及生產管理的要求而確定，一般包括以下內容：</p><p>　　1.對生產設備和工藝過程的自動監(jiān)控、自動保護和報警</p><p>　　在生產過程中，對生產設備的運行情況進行自動監(jiān)控，并設有必要的保護裝置，實現(xiàn)事故自動排除或自動報警。</p

17、><p>　　2.對生產工藝參數(shù)的自動檢測和自動調節(jié)</p><p>　　對生產過程中的參數(shù)如介質密度、礦漿濃度、流量等進行虧快速檢測和自動調節(jié)，使生產能夠在接近最佳的條件下進行，確保產品數(shù)量、質量和其他選煤指標的穩(wěn)定。</p><p>　　3.對生產設備自動控制和集中控制</p><p>　　全廠各作業(yè)的設備都要實現(xiàn)自動控制，并根據(jù)全廠運行情況

18、及時轉換運行流程；故障時按程序緊急停車；檢修和處理故障時可轉換為就地操作。</p><p><b>　　選煤廠集中控制</b></p><p>　　2.1 選煤廠集中控制的類型</p><p>　　選煤廠集中控制是指對選煤系統(tǒng)中有聯(lián)系的生產設備，按照規(guī)定的程序在集中控制室內進行啟動、停止或者事故處理的控制。集中控制多設在選煤廠主廠房附近，集中控

19、制室中一般設有反映全廠設備工作情況的模擬盤。對于采用可編程序控制器集中控制的系統(tǒng)，可用高分辨率的大屏幕圖形顯示器代替模擬盤，從模擬盤上的燈光和音響信號或大屏幕顯示器上的設備圖形將符號顏色的變化可以直觀地觀察到全廠設備的工作情況。集中控制室還設有安裝各種顯示儀表、控制開關和控制按鈕的集中操作太，可以隨時利用這些控制開關和控制按鈕來啟和停相應的生產設備，在發(fā)生設備故障時可以及時停掉部分或者全部設備，以避免事故的擴大。</p>

20、<p>　　選煤廠生產的特點是設備臺數(shù)多且相對集中，拖動方式簡單，生產連續(xù)性強。因此，實現(xiàn)設備的集中控制，可以縮短全廠設備的啟、停車時間，提高勞動生產率。例如，采用單機就地控制的選煤廠啟車一次大約需要30min，而采用集中控制時只需要幾分鐘即可啟動全廠設備。模擬盤或者大屏幕圖形顯示器可以及時地顯示設備的運行處理，大大方便了生產調度，并能夠及時對設備故障進行處理，提高了生產的安全性。</p><p>　　

21、我國選煤廠集中控制系統(tǒng)的類型大體有這樣幾種：</p><p>　?。?）繼電器——接觸集中控制系統(tǒng)。這種控制系統(tǒng)自50年代起開始使用，有些選煤廠至今乃沿用這種控制系統(tǒng)。其優(yōu)點是系統(tǒng)的控制原理簡單，操作維護人員容易掌握。但這種控制系統(tǒng)的缺點也很明顯，體積大，使用電纜芯線多，觸點多，故障率大，維護工作量大，勞動強度也很高。</p><p>　?。?）無觸點邏輯元件集中控制系統(tǒng)。60年代至70年

22、代在選煤廠中使用的半導體表上元件或者集成電路元件組成的無觸點控制系統(tǒng)縮小了控制系統(tǒng)的體積，性能也得到了很大的提高，同時也大大降低了系統(tǒng)的造價。</p><p>　?。?）矩陣式順序控制器控制系統(tǒng)。前兩種控制系統(tǒng)，其控制線路一經(jīng)完成后，邏輯關系就固定下來，在改動就很困難了。而60年代末出現(xiàn)的矩陣式順序控制器克服了這個缺點，采用一塊二極管矩陣可以靈活地實現(xiàn)各種邏輯組合關系，更改極為方便，且配線簡單。</p>

23、;<p>　?。?）一位計算機集中控制系統(tǒng)。采用大規(guī)模集成電路組成，一位微處理器具有集成度高、體積小、指令少，原理簡單易學等優(yōu)點。用一位微處理器組成的一位微型計算機稱為一位機。一位機載80年代被廣泛用于各種工業(yè)自動化裝置。</p><p>　?。?）可編程序控制器（PLC）控制系統(tǒng)能夠。可編程序控制器是一種主要針對開關量控制的工業(yè)控制微型計算機。具有編程簡單、使用操作方便、抗干擾能力強、能夠適應惡劣

24、的工業(yè)環(huán)境等特點，較前幾種可靠性要高得多。因此，可編程序控制器集中控制系統(tǒng)將逐步取代其他幾種控制系統(tǒng)。</p><p>　　2.2 選煤廠生產工藝系統(tǒng)對集中控制系統(tǒng)的要求</p><p>　　選煤廠工藝流程的連續(xù)性使生產設備之間的制約性強，一般均為連續(xù)生產，不能單獨開某一臺設備進行生產。在儲存及緩沖裝置設備之后的任何一臺設備的突然停車，都將會造成堆煤、壓設備、跑煤和跑水等現(xiàn)象，引起事故范圍

25、擴大。因此，選煤廠集中控制系統(tǒng)應遵循如下原則。</p><p>　?。?）啟動、停車順序</p><p>　　選煤廠生產工藝流程的連續(xù)性要求選煤廠設備的啟動、停車必須嚴格按順序進行。 </p><p><b>　　1）啟車順序</b></p><p>　　原則上時逆

26、煤流逐臺延時啟動，啟動延時時間一般為3-5s，以避開前臺電動機啟動時的沖擊電流，減小對電網(wǎng)的沖擊。逆煤流逐臺延時啟動的優(yōu)點是在生產機械未帶負荷之前能夠對生產機械的運行情況進行檢查，待所有其他設備運轉正常后啟動給煤設備，可以避免因某臺設備故障而造成壓煤等現(xiàn)象。若采用順煤流啟動，則能夠減少設備的空轉時間，從而節(jié)省電能，減少機械磨損，但無法避免因設備故障而引起的壓煤現(xiàn)象。因此，選煤廠一般采取逆煤流方向啟動設備。</p><

27、p><b>　　停車順序</b></p><p>　　正常時，應順煤流方向逐臺延時停車，延長時間為該臺設備上的煤全部被轉運到下臺設備所需的時間；故障時，應在最短的時間內停掉全部設備或故障設備至給煤機之間的所有設備。</p><p><b>　?。?）閉鎖關系</b></p><p>　　集中控制系統(tǒng)應有嚴格的閉鎖關系

28、，以確保某臺設備故障時不至于引起事故</p><p>　　圍的擴大，同時還應能方便的解鎖。</p><p>　?。?）控制方式的轉換</p><p>　　集中控制應能方便的地轉換成單機就地手動控制，以確保集中控制系統(tǒng)故障不至于影響生產。一般在選煤廠集中控制室的集中控制臺上都裝有控制方式轉換開關。</p><p>　?。?）工藝流程及設備選擇&

29、lt;/p><p>　　當生產系統(tǒng)有并行流程或多臺并行設備時，集控系統(tǒng)應具有對并行流程或并行設備選擇的能力，以滿足不同情況的工藝要求。</p><p><b>　?。?）信號系統(tǒng)</b></p><p><b>　　1）預告信號 </b></p><p>　　在啟動前，集中控制室應發(fā)出啟動預告信號，提醒

30、現(xiàn)場操作人員回到各自工作崗位，靠近設備的人員遠離即將開車的設備，有關操作人員應檢查設備，向集中控制室發(fā)出允許啟動的應答信號（應答制）或者禁啟信號（禁啟制），以保障啟動前人員與設備的安全。同樣，在停車前也應發(fā)出停車預告信號。</p><p><b>　　2）事故報警信號</b></p><p>　　當系統(tǒng)中某臺設備發(fā)生故障時，集中控制系統(tǒng)應能夠及時發(fā)出報警信號提醒工作人

31、員注意。</p><p><b>　　3）運轉顯示 </b></p><p>　　為了及時掌握全廠設備運行情況，集中控制室應裝有顯示全廠設備的模擬盤或者大屏幕圖形顯示器。模擬盤或者大屏幕圖形顯示器上各臺設備正常運行和事故狀態(tài)的顯示要反差明顯，宜于判斷。選煤廠集中控制系統(tǒng)除了滿足上述要求外，還應具有較高的卡靠性和較強的抗干擾能力。</p><p>

32、;　　集中控制系統(tǒng)是以PLC為核心完成全廠設備控制的。由于PLC具有抗干擾能力強、模塊化結構、可靠性高、簡單易學等優(yōu)點，近十年來，在我國工業(yè)控制領域，尤其是在選煤廠集中控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應用。PLC是以微處理器為基礎，綜合計算機技術與自動化技術，在傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)的基礎上開發(fā)的工業(yè)控制器，已廣泛應用于各種生產過程控制。PLC與繼電器控制系統(tǒng)相比較，控制方式由硬接線改為軟件控制，方便了設計與維護，并增強了復雜的運算功能，為復雜的過程

33、控制提供了硬件手段。與計算機相比，由于PLC硬件的模塊化設計，增強了抗干擾能力，更適合于工業(yè)現(xiàn)場控制。上述的幾種系統(tǒng)集中控制可分別運行，各自獨立，互不影響；又可將幾種系統(tǒng)所有設備組成一體，形成集中控制系統(tǒng)。</p><p>　　在操作臺上安裝按鈕、開關等設備，方便地進行系統(tǒng)集中/就地轉換，以及流程的選擇，單臺設備的遠程啟、停車操作等功能。所有的設備運行情況可以通過模擬盤進行顯示模擬；也可以用PLC上位計算機代替?zhèn)?/p>

34、統(tǒng)的按鈕、開關等設備，用大屏幕高分辨率顯示器反映全系統(tǒng)生產狀況，顯示實時報警信息，圖形符號形象逼真，人機界面友好，操作容易方便，易學易用。</p><p>　　PLC與上位計算機、編程計算機通過HUB與以太網(wǎng)連為一體，當然也可以用Modbus或者Modbus plus等網(wǎng)絡技術。完善的控制系統(tǒng)，旨在提高產品的質量、數(shù)量以及全員工作效率。集中控制、上位機系統(tǒng)，配合監(jiān)視系統(tǒng)、呼叫對講系統(tǒng)，使得選煤系統(tǒng)達到了減人提效的

35、目的。（此次課程設計中我們不對上位機軟件程序進行設計，即不適用上位機軟件對選煤廠進行控制。）</p><p><b>　　2.3系統(tǒng)集中控制</b></p><p>　　選煤廠集控系統(tǒng)可分為原煤系統(tǒng)、選煤系統(tǒng)、裝車系統(tǒng)等各工藝設備的控制和管理。根據(jù)選煤廠工藝流程圖，以及工藝對控制的要求，將整個大系統(tǒng)劃分為若干小系統(tǒng)，并均設為集中/單起/就地三種控制方式。小系統(tǒng)相對獨立

36、，互不影響，既可以單獨實現(xiàn)集控，又可將所有設備組成一體參加集控。本次設計只對主廠房內的選煤系統(tǒng)進行集中控制設計。</p><p>　　2.3.1 系統(tǒng)硬件配置和軟件及系統(tǒng)功能</p><p><b>　　1．硬件配置</b></p><p>　　集控系統(tǒng)由硬件、軟件協(xié)同完成控制功能。所必須的硬件有操作臺和PLC主機、PC柜和PLC遠程站、就地控

37、制裝置以及其它儀器儀表等組成。操作臺完成指令的發(fā)送，監(jiān)控及控制系統(tǒng)的電源通斷。</p><p>　　操作臺臺面放置大屏幕高分辨率上位機和編程計算機，生產調度擴音電話，報表、數(shù)據(jù)打印機，工業(yè)電視監(jiān)視系統(tǒng)等。PC柜內部安裝PLC遠程站及各種電源模塊、通訊模塊、各種輸入輸出模塊其它部件。</p><p><b>　　2．系統(tǒng)功能</b></p><p&g

38、t;　　上微機系統(tǒng)具有如下功能：圖形顯示、報警記錄、數(shù)據(jù)傳輸、故障診斷、自動控制的遠程操作、后備操作等。</p><p><b>　?。?）圖形顯示功能</b></p><p>　　圖形顯示功能是一個實時動畫顯示功能。通過觀察顯示器畫面上系統(tǒng)對設備（如皮帶、跳汰機等）狀態(tài)描述來監(jiān)視生產過程的運行狀況。</p><p>　　系統(tǒng)采用動畫圖形對某些

39、設備進行描述，采用不同顏色來表示設備的各種運行狀態(tài)。系統(tǒng)可集中顯示全車間工藝流程系統(tǒng)圖，采用翻頁方式顯示以保持系統(tǒng)的完整性，也可以分系統(tǒng)顯示各獨立的工藝流程，也可以采用循環(huán)分頁顯示。</p><p>　　不論在任何顯示方式下，一旦設備發(fā)生故障，計算機自動調出故障報警畫面定格，同時發(fā)出聲音報警、顯示有關信息，并存儲在硬盤中。</p><p><b>　?。?）數(shù)據(jù)顯示功能</

40、b></p><p>　　數(shù)據(jù)顯示功能主要以各種方式顯示數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)所采集的各種參數(shù)。倉、水位以直方圖動態(tài)顯示原煤倉、緩沖倉、產品倉倉位的連續(xù)變化，并在直方圖上實時顯示，并以百分數(shù)以數(shù)字顯示。</p><p>　　2.3.2 PLC控制原理</p><p>　　在一個PLC控制系統(tǒng)都由PLC主機及與其連接的I/O模塊組成，I/O模塊采用電纜和開關設備與傳感器相

41、連，并通過I/O總線與PLC聯(lián)接形成以個完整的控制系統(tǒng)。對于大多數(shù)公司的PLC，其I/O系統(tǒng)可以是駐留本地機架，也可以是遠程的（可離開PLC主機最遠達4.5Km）。</p><p>　　在完成用戶的轉載后，PLC在接受人機接口及I/O模塊數(shù)據(jù)的基礎上實現(xiàn)現(xiàn)場設備的控制。在運行過程中，PLC的CPU以高速、從頭至尾有規(guī)則、周期性的解算用戶邏輯，進行預期的控制，用戶邏輯根據(jù)調度員的命令及輸入模塊的狀態(tài)數(shù)據(jù)，決定輸出模

42、塊的動作狀態(tài)，驅動設備完成起?？刂?。并根據(jù)設備運行后返回輸入模塊的狀態(tài)，來判斷設備的運轉情況是否正確，以實現(xiàn)工藝系統(tǒng)的順序控制功能。</p><p>　　可編程控制器（PLC）</p><p>　　3.1 可編程序控制器的定義</p><p>　　可編程序控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計，它采用了可編程序的存儲器，用來在其內部存儲執(zhí)行邏

43、輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術運算等操作的指令，并通過數(shù)字式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P外圍設備，都按易于與工業(yè)系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于擴充其功能的原則設計。</p><p>　　3.2 可編程序控制器的分類</p><p>　　PLC發(fā)展很快，全世界有幾百家工廠正在生產幾千種不同型號的PLC，它們品種多，性能規(guī)格不一，又沒有一個權威的統(tǒng)一的分類標準

44、，給用戶選擇、使用、研究、學習帶來一定的困難。目前一般按一下幾種方法分類：</p><p>　　（1）按結構形式分類</p><p>　　PLC按結構形式一般分為整體式和模塊式（模板式）兩類。</p><p>　?。?）按輸入輸出點數(shù)分類</p><p>　　按照PLC的I/O點數(shù)，可將PLC分為小型（I/O點數(shù)在256點以下，有的還將64點

45、及以下的稱為微型）、中型（I/O總點數(shù)在256點~2048點）和大型（I/O總點數(shù)在2048點及以上）。</p><p><b>　?。?）按功能分類</b></p><p>　　PLC按功能強弱可分為低檔機、中檔機、高檔機三類。</p><p>　　3.3 可編程序控制器的特點和應用范圍</p><p>　　3.3.1

46、 可編程序控制器的主要特點</p><p>　?。?）可靠性高、抗干擾能力強。</p><p>　　PLC是專門為工業(yè)環(huán)境而設計的，具有很高的可靠性。從硬件設計、元件的選擇到工藝制造均極為嚴格。而且采取了一系列的抗干擾措施，如I/O電路中都采用了光電隔離，另外還有常規(guī)模擬器濾波，在加上軟件數(shù)字濾波；內部采用了電磁屏蔽措施，防止輻射干擾；采用了較先進的電源電路，以防止由電源回路竄入的干擾信號

47、；采用了較合理的電路程序，一旦某模塊出現(xiàn)了故障，進行在線插拔調試時，不會影響整機的正常工作。對有些模塊還設置了連鎖保護、自診斷電路等。 </p><p>　　（2）通用性好，I/O接口豐富。</p><p>　　PLC是一種通用工業(yè)控制裝置，絕大多數(shù)PLC系統(tǒng)特別是模塊式結構均可按用戶需要配置，變更、擴展均很方便。有豐富的I/O接口模塊以滿足不同工業(yè)現(xiàn)場信號（如交流或直流、電流或電壓、脈沖

48、或電位、強電或弱電、開關量或模擬量等）和工業(yè)現(xiàn)場的不同器件或設備（如按鈕、行程開關、接近開關、傳感器及變送器、電磁線圈、電機啟動期、控制閥等）的需要并直接連接。此外，還開發(fā)了很多特殊功能模塊，供用戶選擇。</p><p>　?。?）編程簡單、使用方便。</p><p>　　PLC有不同的編程語言以適應不同對象的需要。如梯形圖編程語言就很容易為電氣工程技術人員所掌握，配套的簡易編程器的操作和

49、使用很簡單。</p><p>　?。?）設計、安裝容易，維修工作量少。</p><p>　　由于PLC已實現(xiàn)了產品的系列化、標準化和通用化，用PLC組成控制系統(tǒng)，在設計、安裝、調試和維修等方面，表現(xiàn)出了明顯的優(yōu)越性。設計部門能在規(guī)格繁多、品種齊全的系列PLC產品中，選出高性能價格比的產品。PLC用軟件功能取代了繼電器控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器、時間繼電器、計數(shù)器等器件，控制柜的設計、安裝接

50、線工作量大為減少。</p><p>　?。?）體積小、能耗低。</p><p>　?。?）聯(lián)網(wǎng)方便、便于系統(tǒng)集成。</p><p>　　經(jīng)過多年的努力，PLC的聯(lián)網(wǎng)通信能力已有了很大的增強，不少PLC均配置有各種通信接口模塊。</p><p>　　3.3.2 可編程序控制器的應用范圍</p><p>　　（1）開關量的

51、邏輯控制。</p><p>　　PLC有大量的內部元件、控制接線時通過程序實現(xiàn)，從適應性、靈活性、可靠性、方便性及設計、調試、安裝、維護等各方面比較，PLC都有顯著的優(yōu)勢。用PLC控制取代多數(shù)傳統(tǒng)的繼電器控制，實現(xiàn)邏輯控制、順序控制已是大家的共識。</p><p><b>　?。?）位置控制。</b></p><p>　　大多數(shù)的PLC制造商，

52、目前都提供拖動步進電機或伺服電機的單軸或多軸位置控制模塊。</p><p><b>　?。?）過程控制。</b></p><p>　　過程控制是指對溫度、壓力、流量等連續(xù)變化的模擬量的閉環(huán)控制。PLC通過模擬量I/O模塊，實現(xiàn)模擬量與數(shù)字量之間的A/D、D/A轉換，并對模擬量進行閉環(huán)PID控制。</p><p><b>　　（4）數(shù)據(jù)

53、處理。</b></p><p>　　現(xiàn)代的PLC具有數(shù)學運算，數(shù)據(jù)傳遞、轉換、排序和查表、位操作等功能，能完成數(shù)據(jù)的采集、分析和處理。這些數(shù)據(jù)還可通過通信接口傳送到其他智能裝置。</p><p>　?。?）組成大型控制網(wǎng)絡。</p><p>　　PLC聯(lián)網(wǎng)、通信能力很強，不斷有新的聯(lián)網(wǎng)的結構推出。</p><p>　　PLC可與個

54、人計算機相連接進行通信，可用計算機參與編程及對PLC進行控制和管理，使PLC用起來更方便。</p><p>　　PLC與PLC也可通信?？梢粚σ贿M行通信，可在多個PLC之間通信等等。</p><p>　　3.4 可編程序控制器的主要技術性能</p><p>　?。?）結構形式與外形尺寸。 （2）輸入輸出點數(shù)。</p><p>　

55、?。?）指令種類。 （4）存儲器容量。</p><p>　　（5）內部寄存器。 （6）掃描速度。</p><p>　　（7）編程語言。 （8）通信和聯(lián)網(wǎng)。</p><p><b>　?。?）特殊功能。 </b></p><p&g

56、t;　　3.5可編程序控制器的發(fā)展與展望</p><p>　　可編程序控制器從1968年產生以來，隨著微電子技術、計算機技術、自動控制技術、通信技術的發(fā)展而迅猛發(fā)展。產品已經(jīng)歷了四次換代，其發(fā)展過程大致為:</p><p>　　第一代PLC（1969—1972年）</p><p>　　特點是：大多用一位機開發(fā)，用磁芯存儲器存儲；功能簡單，主要是邏輯運算、定時、計數(shù)；

57、機種單一，沒有形成系列。</p><p>　　第二代PLC（1973—1975年）</p><p>　　特點是：原件上采用了8位微處理器和半導體存儲器（EPROM）；功能上增加了數(shù)字運算、傳送、比較及模擬量控制等；產品初步形成系列。</p><p>　　第三代PLC（1976—1983年）</p><p>　　特點是：20世紀70年代后期超大

58、規(guī)模集成電路和高性能微處理器的出現(xiàn)及引入PLC，使PLC的功能及處理速度大大增加，如增加了浮點數(shù)運、平方、三角函數(shù)、相關數(shù)、查表、列表、脈寬調制變換等功能，增加了遠程I/O、一些特殊功能模塊和通信、自診斷等功能。</p><p>　　第四代PLC（1984—現(xiàn)在）</p><p>　　特點是：進入20世紀80年代中、后期以來，超大規(guī)模集成電路迅速發(fā)展，微處理器價格大幅下降，PLC中16位、

59、32位片式高性能微處理器全面使用。而且一臺PLC中配置多個CPU，進行多通道處理。PLC已發(fā)展成為一種具有邏輯控制、過程控制、運動控制、數(shù)據(jù)處理、聯(lián)網(wǎng)通信等功能的名符其實的“多功能控制器”。</p><p>　　PLC及其網(wǎng)絡已被公認為實現(xiàn)現(xiàn)代工業(yè)自動化三大支柱之一（PLC、機器人、CAD/CAM）。當然，為了適應大中小型企業(yè)的不同需要，進一步擴大其應用范圍，PLC正朝以下方向發(fā)展：</p><

60、;p>　　1）抵擋PLC向小型、簡易、廉價方向發(fā)展。</p><p>　　2）中、高檔PLC向大型、高速、多功能方向發(fā)展。</p><p>　　3）工廠綜合自動化、消滅自動化孤島、方便自動化系統(tǒng)集成是現(xiàn)代化工業(yè)生產的需要，增強PLC的聯(lián)網(wǎng)通信能力。</p><p>　　4）編程語言不斷豐富。</p><p>　　3.6 可編程控制器（P

61、LC）與其他控制系統(tǒng)的比較</p><p>　　3.6.1 與繼電器控制系統(tǒng)的比較</p><p>　?。?）PLC控制邏輯靈活、可擴展</p><p>　　繼電器控制采用硬接線邏輯，靈活性和可擴展性差。PLC采用存儲邏輯，控制邏輯以程序的方式在PLC的內存中，即使邏輯復雜也只是程序較長。當需要改變控制邏輯時，只要修改程序即可。</p><p&g

62、t;　?。?）PLC控制速度快</p><p>　　繼電器邏輯控制依靠觸點的閉合和斷開實現(xiàn)控制，觸點的動作時間一般在幾十毫秒數(shù)量級，而且繼電器越多，反應速度就越慢，PLC的內部接點均是電子觸發(fā)器，無機械延時時間。</p><p>　?。?）PLC計時控制精度高 </p><p>　　繼電器控制是依靠時間繼電器的滯后動作來進行延時實現(xiàn)控制，常用的如空氣阻尼式、電磁式、

63、晶體管式時間繼電器等，定時精度不高，定時時間受環(huán)境影響，時間調整不方便。PLC使用的是CPU中的內部定時器，時鐘脈沖有石英振蕩器產生，定時范圍是0.1s—999.9s或0.01s—99.99s時間不受環(huán)境影響，用戶可在程序中任意設定或更改定時值。</p><p>　　（4）PLC計數(shù)控制響應快、可靠性強</p><p>　　繼電器控制中一般采用機械或電磁式計數(shù)的數(shù)量少，計數(shù)的速度較低。PL

64、C提供的軟件計數(shù)器較多，計數(shù)位數(shù)幾乎不受限制。 </p><p>　　（5）PLC的可靠性和可維護性高</p><p>　　PLC采用微電子技術，使用集成電路和微處理器其核心部分是無觸點的，外部連線少 ，能夠自檢自身的故障并隨時顯示。操作員可以通過顯示器動態(tài)監(jiān)視控制程序的執(zhí)行情況。</p><p>　　3.6.2 與單片機的比較</p><p&g

65、t;　?。?）學習和掌握的難易程度不同</p><p>　　使用單片機來實現(xiàn)自動控制，一般要應用微處理器的機器語言或匯編指令進行編程，這要求設計人員有較高的計算機硬件和軟件知識，而PLC為用戶提供的是電氣技術人員熟悉的梯形圖語言，大部分指令與繼電器接點的串聯(lián)、并聯(lián)等相對應，技術人員一目了然。</p><p>　?。?）硬件工作量不同</p><p>　　使用單片機來

66、實現(xiàn)自動控制，一般要在輸入輸出接口上作大量的工作，而PLC得輸入輸出接口已經(jīng)做好，使用方便。</p><p><b>　　二次控制回路</b></p><p>　　控制系統(tǒng)中的二次控制回路，是PLC I/O的接口線路，其設計的合理性、電器元件的質量、對系統(tǒng)的的可靠性有著決定性的作用。在設計中充分考慮到不同設備、操作規(guī)程、使用環(huán)境等其它因素，盡量減少中間環(huán)節(jié)?？刂葡到y(tǒng)具

67、有高度自動化和較為完善的保護系統(tǒng)。</p><p>　　4.1 二次回路的種類</p><p>　　選煤廠的設備所采用的二次控制回路不盡相同，大致常用的有一般就地設備、一般集控設備和一些存在各種保護的二次回路。在設計新集礦選煤廠集中控制系統(tǒng)過程中，我對不同設備采用了一下幾種二次回路：</p><p>　　圖4-1-1 一般集控設備的二次回路圖</p>

68、<p><b>　　圖中標注：</b></p><p>　　FU：熔斷器 TA：停車按鈕（TA1與禁啟TA2為一組） KM:交流接觸器 </p><p>　　QA:起車按鈕 QJ:啟動繼電器 J/D：集中/就地轉換繼電器</p><p>　　圖4-1-2 長皮帶的二次控制回路圖&l

69、t;/p><p><b>　　圖中標注：</b></p><p>　　FU：熔斷器 TA：停車按鈕（TA1與禁啟TA2為一組） KM:交流接觸器 </p><p>　　QA:起車按鈕 QJ:啟動繼電器 PP1:一級跑偏 PP2：二級跑偏 </p><p>　　LS：拉繩開關 DH：

70、打滑保護 DS：堵塞保護</p><p>　　J/D：集中/就地轉換繼電器</p><p>　　圖4-1-3 備用設備的二次控制回路圖</p><p><b>　　圖中標注：</b></p><p>　　FU：熔斷器 TA：停車按鈕（TA1與禁啟TA2為一組） KM:交流接觸器 </p>

71、;<p>　　QA:起車按鈕 QJ:啟動繼電器 JD：中間繼電器 J/D：集中/就地轉換繼電器</p><p>　　圖4-1-4 閉鎖設備的二次控制回路圖</p><p><b>　　圖中標注：</b></p><p>　　FU：熔斷器 TA：停車按鈕（TA1與禁啟TA2為一組） KM:交流接觸器

72、 QA:起車按鈕 J/D：集中/就地轉換繼電器</p><p>　　圖4-1-5 短皮帶的二次控制回路圖</p><p><b>　　圖中標注：</b></p><p>　　FU：熔斷器 TA：停車按鈕（TA1與禁啟TA2為一組） KM:交流接觸器 </p><p>　　QA:

73、起車按鈕 QJ:啟動繼電器 LS：拉繩開關 DH：打滑保護 </p><p>　　DS：堵塞保護 J/D：集中/就地轉換繼電器</p><p>　　圖4-1-6 刮板機的二次控制回路圖</p><p><b>　　圖中標注：</b></p><p>　　FU：熔斷器 TA：停車按鈕（

74、TA1與禁啟TA2為一組） KM:交流接觸器 QA:起車按鈕 QJ:啟動繼電器 KL:開鏈 J/D：集中/就地轉換繼電器</p><p>　　4.2二次回路原理的特點</p><p>　　(1) 能夠滿足選煤廠效率高、自動化水平高的要求。</p><p>　　(2) 傳統(tǒng)控制方式分為集中和就地。就地方式時，設備操作獨立于PLC，確保在控制系統(tǒng)

75、發(fā)生嚴重故障情況下，不影響正常生產，提高了系統(tǒng)的可靠性。</p><p>　　(3)起車前，集控室能夠清楚的知道設備的主回路是否送電。</p><p>　　(4)起車后，集控室能夠從監(jiān)控機、工業(yè)電視知道設備是否運行。</p><p>　　(5)在上位機里方便地記錄下設備的名稱、故障類型、故障時間等內容.</p><p>　　(6)PLC輸出與

76、控制回路隔離，通過中間繼電器驅動接觸器線圈，提高了系統(tǒng)的可靠性。以防I/0模塊過負荷損壞。</p><p>　　(7)設備在工作狀態(tài)由控制室統(tǒng)一調度決定，便于生產的管理。</p><p>　　(8)在起車預告過程中，對已選擇集中起車的設備，由TA2按鈕完成禁起指令的發(fā)送，并在硬接線中封鎖PLC輸入口，提高了系統(tǒng)的安全性。</p><p>　　(9)無擾動切換功能。集

77、中和就地方式，系統(tǒng)聯(lián)鎖方式和系統(tǒng)無聯(lián)鎖方式任何時候均實現(xiàn)無擾動互相切換而不影響設備的運行狀態(tài)。</p><p><b>　　控制系統(tǒng)選擇</b></p><p>　　現(xiàn)階段，我國選煤廠的控制系統(tǒng)基本上都是使用施耐德自動化公司Modicon TSX Quantum系列可編程序控制器，根據(jù)新集礦選煤廠生產工藝和管理需要，對一些控制系統(tǒng)進行比較，我決定在設計新集礦選煤廠的集

78、中控制系統(tǒng)選用施耐德自動化公司Modicon TSX Quantum系列可編程序控制器。</p><p>　　5.1 控制系統(tǒng)的選擇</p><p>　　Quantum系統(tǒng)是具有數(shù)字量及模擬量處理能力的專用計算機系統(tǒng)，該機具備模塊化和可擴展的體系結構，特別適合于工業(yè)和制造過程的實時控制。配合大屏幕監(jiān)視生產過程的運行狀況，可滿足生產系統(tǒng)對控制的全部要求。它包括系列CPU、I/O模塊、I/O接

79、口、通訊模塊、電源和底板等。</p><p>　　該可編程序控制器是模塊式PLC，它的特點是將PLC的各部分以模塊的形式分開，如電源模塊、CPU模塊、開關量I/O模塊、模擬量I/O模塊等。</p><p>　　模塊式PLC組成示意圖如圖5-1-1</p><p>　　圖5-1-1 模塊式PLC組成示意圖</p><p>　　5.2 選煤廠各

80、設備的分布</p><p>　　5.3 各設備的控制回路的確定</p><p>　?。?）下列設備使用一般集控二次回路</p><p>　　350-351鼓風機 354離心液水池泵 345-346風包 320-322精煤分級篩 325-326末精煤脫水篩 323-324撈坑斗提機 309再選矸石斗提機 310再選中煤斗提機 311主選矸石斗提機 3

81、12主選中煤斗提機 313主選矸石斗提機 314主選中煤斗提機 </p><p>　　下列設備使用短皮帶二次控制回路：</p><p><b>　　316再選中煤皮帶</b></p><p>　?。?）下列設備使用長皮帶二次控制回路：</p><p>　　331精煤出廠皮帶 318中煤出廠皮帶 319矸石出廠皮帶

82、 301入廠原煤皮帶</p><p>　　（4）下列設備使用備用二次控制回路：</p><p>　　328-330立式離心脫水機</p><p>　　下列設備使用閉鎖二次控制回路：</p><p>　　303-305電磁振動給料機 306再選跳汰機 307-308主選跳汰機</p><p>　　下列設備使用刮板機

83、二次控制回路：</p><p>　　317矸石刮板運輸機 327末精煤刮板輸送機 315中煤刮板輸送機 302原煤配倉刮板輸送機</p><p>　　5.4 輸入輸出模塊的選擇</p><p>　　首先確定各個電機的二次回路，通過確定其輸入輸出點，計算出輸出點數(shù)和輸入點數(shù)，選擇合適的輸入輸出模塊。同時我們要注意，過流保護信號要另外用輸入模塊，其公共端接火線。&

84、lt;/p><p><b>　　主廠房四樓配電室：</b></p><p>　　表5-4-1四樓配電室輸入輸出模塊</p><p><b>　　主廠房二樓配電室：</b></p><p>　　表5-4-3二樓配電室輸入輸出模塊</p><p>　　我們所使用的輸入輸出模塊的技術參

85、數(shù)如下：</p><p>　　1.輸入模塊--140 DAI 740 00 交流230V 16點輸入模塊接收230VAC輸入電壓</p><p>　　表5-4-5 140 DAI 74000技術參數(shù)</p><p>　　注：輸入信號必須是正弦波，THD小于6%，最大頻率63Hz</p><p>　　140 DAI 74000 接線圖如下：&l

86、t;/p><p>　　圖5-4-6 140 DAI 74000接線圖</p><p>　　輸出模塊--140 DAO 84000 交流230V.16點輸出 模塊用于控制230VAC電源負載</p><p>　　表5-4-7 140 DAO 84000技術參數(shù)</p><p>　　140 DAO 84000 接線圖如下：</p>&l

87、t;p>　　圖5-4-8 140 DAO 84000接線圖</p><p>　　5.5 電源模塊的選擇</p><p>　　在不同類型的 Quantum 電源之間存在著一些重要的設計差異，為了達到最好的系統(tǒng)性能，要求系統(tǒng)設計人員對它們進行仔細認真地考慮。原則區(qū)別在于底板的電源中所產生的一些重要信號，這些信號與電源的情況以及輸入電源的狀態(tài)有關。</p><p>

88、　　所有 Quantum 電源都含有早期電源故障檢查邏輯，它用于向底板上所有其它模板發(fā)出信號，告知輸入電源已發(fā)生故障。該信號稱之為POK（電源OK）并且是高電平信號（即：當信號為高電平時，電源OK）。POK信號具有兩種型式，一種內部的（對電源來說），另一種是外部的（從底板和所有其它模板來看）。內部POK信號用電源面板上的Pwr ok LED（發(fā)光二極管）來表示。系統(tǒng)POK信號的產生使在系統(tǒng)POK的負向邊緣（電源已發(fā)生故障）至底板電源的實

89、際中斷之間存在充分的時間。電源故障的早期報警對Quantum 執(zhí)行系統(tǒng)進行順序的系統(tǒng)關閉時很必要的。</p><p>　　Quantum 電源有三種，分別是獨立電源、可累加電源和冗余電源。每一種電源又有很多種型號。三種電源各有各的優(yōu)缺點。</p><p>　　獨立電源：在底板上安裝的獨立電源必須是唯一的，在獨立型電源供電的系統(tǒng)中不存在故障冗限或冗余性能。</p><p&

90、gt;　　可累加電源：對于由CPS、NOM、專家和I/O模板混合構置成的系統(tǒng)來說，如果總電流消耗超過由一個可累加電源提供的電流，再單個底板上采用兩個可累加電源。在這樣的系統(tǒng)中，底板上能提供的總電流是兩個電源的容量之和（即2×8A=16A）?？衫奂与娫词沁@樣設計的，它提供給負載的電流幾乎是均等分流，另外還能增加整個系統(tǒng)的MTBF，均勻分配經(jīng)過底板的熱負載?？衫奂与娫磻惭b在 Quantum 底板上的邊緣模板位置以取得最好的散熱效

91、果。</p><p>　　當兩個內部POK信號（在140 CPS X14 X0 中）是真實時，由兩個可累加電源供電的 Quantum 系統(tǒng)POK信號才是真實的（電源POK）。Quantum 可累加電源使不可電插拔。</p><p>　　冗余電源：與可累加電源相似，Quantum 冗余電源也含有這樣的電路，它強制所安裝的電源幾乎是均等地分擔輸出電流?？衫奂与娫春腿哂嚯娫粗g的重要區(qū)別在于系統(tǒng)

92、POK產生電路不同。</p><p>　　如果其中一個或兩個內部POK是真實的，則由冗余電源供電的 Quantum 系統(tǒng)POK信號亦是真實的（電源OK）。</p><p>　　與可累加電源的另一個重要區(qū)別是總系統(tǒng)底板負載。如果在底板上裝有N個冗余電源，總的底板負載必須不超過N-1個電源的容量。</p><p>　　綜合考慮三種類型的電源，選擇冗余電源，因為這種電源不

93、僅有冗余性能，且可以帶電插拔，方便了日后的生產和管理。在冗余電源中還有很多型號的電源，有直流的還有交流的。直流電源在現(xiàn)場需要經(jīng)過將日常用電轉化直流，不僅投資增大，同時維護量也會增加。選擇交流的很方便，現(xiàn)場可以直接提供，不用任何轉化。綜合以上考慮選擇140 CPS 114 10 115～230VAC 輸入 8A 輸出。技術規(guī)格如下：</p><p>　　表5-5-1 140 CPS 114 10技術規(guī)格</p

94、><p>　　140 CPS 114 1O的接線圖如下：</p><p>　　圖5-5-2 140 CPS 114 10接線圖</p><p>　　5.6 通訊模塊的選擇</p><p>　　RIO單通道和雙通道接口模板安裝于用作系統(tǒng)控制的CPU模板的同一個底板內，該模板用于在CPU和安裝于另外機架的RIO遠程站模板之間雙向傳送數(shù)據(jù)。RIO接口模

95、板和一個或者多個RIO分支模板之間采用同軸電纜網(wǎng)絡互相連接。</p><p>　　在本設計中，通信模塊選取的是CRP 932 00。CRP 93X 00模板的技術規(guī)格如下：</p><p>　　表5-6-1 CRP 93X 00技術規(guī)格</p><p>　　圖5-6-2 140 CRP 932 00示意圖</p><p>　　5.7 CPU模

96、塊的選擇</p><p>　　CPU是PLC系統(tǒng)中最為核心的東西，PLC性能的優(yōu)劣直接影響著系統(tǒng)的工作狀態(tài)，故選擇CPU是須全面考慮，因為CPU的選擇根用戶程序的大小有關，故依據(jù)最終程序的大小來選擇CPU，在本設計中所選用的CPU型號是140 CPU 434 12。其技術規(guī)格如下：</p><p>　　表5-7-1 140 CPU 434 12技術規(guī)格</p><p&g

97、t;　　5.8 PLC控制系統(tǒng)配置圖</p><p>　　5.9 控制程序的編輯</p><p>　　我們使用的PLC編程軟件是Concept2.6軟件，首先我們進入Concept運行環(huán)境，界面如下, 新建一個文件，打開進入配置界面如下：</p><p>　　5-9-1 新建工程</p><p>　　圖5-9-2 配置界面</p>

98、<p>　　開始編輯總站和分站：</p><p><b>　　主站：</b></p><p><b>　　一分站：</b></p><p><b>　　二分站：</b></p><p><b>　　三站分配：</b></p>&

99、lt;p>　　圖5-9-3 各站建立界面及各模塊地址定義界面</p><p><b>　　打開程序編輯界面：</b></p><p>　　圖5-9-4 新建程序文件界面</p><p><b>　　5.10 程序設計</b></p><p>　　在進行程序設計前，首先要分析其需要滿足的各項功能

100、，通過對現(xiàn)場資料的分析，我們知道，該選煤廠需要將其生產系統(tǒng)分為幾個小系統(tǒng)，分別為重選系統(tǒng)、浮選系統(tǒng)、濃縮壓濾系統(tǒng)和原煤系統(tǒng)。我們所編的程序要分別滿足各個系統(tǒng)的要求，還要實現(xiàn)各個系統(tǒng)之間的聯(lián)系。</p><p>　　在選煤廠集中控制系統(tǒng)中，其啟停車都是有順序的，一般是逆煤流啟車，順煤流停車，逆煤流啟車能在生產機械未帶負荷之前能夠對生產機械的運行情況進行檢查，待所有其他設備運轉正常后啟動給煤設備，可以避免因某臺設備故

101、障而造成壓煤等現(xiàn)象，順煤流停車的延長時間為該臺設備上的煤全部被轉運到下臺設備所需的時間；而在故障時，應在最短的時間內停掉全部設備或故障設備至給煤機之間的所有設備。</p><p>　　而且在各設備的啟車和運行過程中，存在許多保護，比如說預告，禁啟保護，還有皮帶等設備的特殊保護。</p><p>　　預告，在選煤廠里，啟車前需要先按預告開關，并且有一定的預告時間后才允許啟車，沒到達所定的時間

102、按啟車按鈕是無效的，這樣做的原因是防止在啟車過程中有檢修工在設備內部而導致事故的發(fā)生。預告一定的時間，使他沒有足夠的時間出來按下禁啟按鈕。在程序中式通過計時器來滿足該要求的。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]John W.Webb Ronald A.Reis.可編程邏輯控制器—原理與應用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2005.

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