基于PLC的锅炉变速输煤系统的设计.docx

1、基于 PLC 的锅炉变速输煤系统的设计 摘要 目前，在我国经济高速发展的形势下，我国的电力行业也随之进入了飞快的发展时期，火电厂的生产规模不断扩大 ,对系统的稳定性、可靠性等要求也越来越高。在火电厂中，锅炉的输煤系统是电厂辅助系统中必不可少的组成部分，它是从卸煤点至煤场及从煤场至锅炉煤仓之间煤的运送设备及其控制设备，它和其它相应的机电设备承担火电厂电力生产燃料供应任务。在火电厂的运行过程中，输煤系统工作效率的提高是整个火电厂工作效率提高的关键因素，整个输煤过程的远程监控也对自动控制系统的设计提出了更高的要求 。在 传统发电厂中，其 使用的继电器在生产方面的电力 控制和输煤控制系统中已经越来越难

2、以满足火电厂输煤系统的工作需要和生产需求。因此在输煤系统中我们选用了的编程简单、可靠性高且工作能力强的 PLC（ 可编程序控制器 )控制系统。 本文首先阐述了课题背景 和意义 ， 接着详细的分析了 PLC 在国内外的研究现状 ， 以及它在输煤系统控制方面的优势 ， 针对电厂的实际情况及工艺流程的要求 ， 从系统结构 、 系统设计原则 及 主要系统构成等方面进行了综合的阐述 ， 确定了合适的输煤程控系统方案 。 根据火电厂的实际情况对系统的配置组态，传感器及其控制系统进行了设计 。最后对系统的控制方式 PLC 控制 以及整个系统的干扰进行了 研究 ， 实现了对整个输煤程控系统方案的集成 。 关键

3、词 :火力发电厂；输煤系统；可编程程序控制器；程序控制 Abstract 目录 第 1 章 绪论 . 3 1.1 课题背景和意义 . 3 1.2 国内研究状况 . 4 1.3 研究的主要内容 . 6 第二章 火电厂输煤系统的简介 . 7 2.1 输煤系统工艺概述 . 7 2.2 输煤系统控制要求概述 . 10 2.2.1 输煤系统的特点 . 10 2.2.2 输煤系统的控制原则 . 11 第三章 输煤系统的设计规划 . 13 3.1 输煤控制系统的组成 . 13 3.2 一次回路电路 . 14 3.3 二次回路接线 . 15 3.4 PLC I/O 口规划列表 . 20 3.5 硬件控制信号连

4、接 . 23 3.6 PLC 及扩展模块选型分析 . 24 第四章 输煤系统的系统实 现 . 25 4.1 系统配置组态 . 25 4.2 传感器及其控制系统的设计 . 26 4.2.1 煤位信号测量装置设计 . 26 4.2.2 犁煤器状态 信号测量装置设计 . 27 4.2.3 三通挡板控制设计 . 28 4.3 逻辑控制编程 . 29 4.4 输煤系统的干扰 . 34 第五章 总结 . 36 5.1 总结 . 36 5.2 发展与展望 . 37 第 1 章 绪论 1.1 课题背景和意义 世界 正 处于 电子信息技术发展 的 新 时代 , 其中的程序控制技术作为一种高新技术产业发展迅猛 ,

5、过程控制中的自动控制以及过程优化可以获得好的经济效益和社会效益 。 火力发电厂设备众多 ,控制对象的特性复杂 ,一般无法以整个过程为对象加以控制 , 而且需要长时间不间断运行 ,不宜频繁启动停止 。其 事故停机常常会带来巨大的经济损失 ,这就需要有效的运行优化手段来 带来可观的经济效益 。在 整个火电厂生产管理 中，其 核心 是 安全生产 、 节能降耗 、设备的健康水平以及机组运行的经济性。 因此 ,以 提高企业整体效益 和设备经济运行为目的 ,采用适用、可靠、先进 的自动控制方法 ,实现设备的 长期 安全可靠 运行 ， 改善 工人的 工作环境 以及减轻工人的劳动强度，实现生产过程的实时信息监

6、控及调度 意义重大 。 目前 ，火力发电依旧是我国的电力的来源， 其中燃煤是主要能量来源。 随着我国 生产力水平的不断提高 ,电力能源的需求也越来越大，这 就需要一个 可靠稳定、工作效率高 的输煤控制系统。 在输煤系统中我们选用了 可编程序控制器系统 ，它 一般都具有如下特点 ： 编程简单 ； 抗干扰能力强 ,可靠性高； 体积小 ,维护方便 ,便于安装； 控制系统构成简单 ,通用性强； 缩短了设计 、 施工 、 投产调试的周期 。 除了以上 特点 ,PLC 功能也非常齐全 。 在软件方面 ， 除了保持原有的逻辑运算之外 ， 还增加了 数据处理和传输、 算术运算 、 通信 、 自诊断等功能 ；

7、硬件方面 ， 除了保持原有的开关量以外 ,增加了模拟量 、远程 I/O和各种特殊功能模块 ， 例如 PID控制模块、 高速计数器模块 、定位控制子模块和通信模块等等 ， 并扩大了存储器的容量 。 正是基于PLC 上述的优点和可提供的持续改进空间 ， 把它应用到输煤系统控制是非常合适的 。 1.2 国内研究状况 PLC（ 可编程序 控制器 ） 是进入 80 年代才发展起来的 用于工业的新一代 控制装置 ， 它是由早期的继电器控制逻辑技术结合计算机控制技术发展出来的产品 。 早期的 PLC 产品基本上只是用来代替控制装置中的 一些定时器 、 计数器 及 中间逻辑继电器 的功能 。 随着电子及计算机

8、技术的迅速发展 ， 为适应用户的要求 ， PLC 的控制功能不断提高 。现在的 PLC 是以微处理器为基础 ， 综合了计算机技术与自动化控制技术而开发的新一代工业控制器产品 ， 广泛应用于各种生产机械的过程控制 ， 被认为是构成机电一体化产品的重要装置 ,是一种专门用于工业生产过程控制的现场设备 。 在大多数工业控制中控制对象的特性复杂 ,环境的特殊性并且需要长期连续的运行 ,这 要求 PLC 在设计上有自己明显的特点 ： 可靠性高 ,适应性广 ,具有通信功能 ,编程方便 ,结构模块化 。 在现代 DCS（ 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

9、前景极其广泛 ,特别是进入 90 年代以来 ,PLC的性价 比大幅度地提高 ,以计算机和通信网络等为硬件基础 ， 具有公共的组态和编程软件 ， 通过优化组合 ， 能够形成一个有机系统 ,实现实时的数据采集和集中监测 ，从而使企业获得最好的市场经济 和社会效益 。 由于高可靠性 、 高实用性和扩展灵活性 ， PLC 控制系统己经成为监控与管理系统的首选方案 。 现在越来越多的工 业生产过程引入了自动化生产技术和计算机的监控技术 ， 所以 PLC 己经成为新一代工业控制的首选装置 ，并在火电厂的输煤控制系统中得到了大量的应用。 我国从六十年代就 开始了对输煤 系统 自动化的研究 ， 至今大约 经历

10、了以下几个阶段 ： 第一个阶段为继电器集中控制时期 ， 它是以继电器为主要设备的简单联锁控制系统 ， 也就是把就地操作箱的开关 、 按钮移到控制室 ，加上些简单的联锁 ， 实现控制室的集中控制 。 第二阶段为晶体管 、 集成电路逻辑控制时期 ， 即所谓的弱电控制系统 ,它是用晶体管 、 集成电路搭起来的逻辑电路 ， 实现对输煤系统的控制对象进行联锁 自动控制 。 这个阶段的控制范围已大幅扩大 ， 但仍要配备庞大的操作台 、 控制柜和模拟显示屏 。 第三阶段为 PLC 控制时期 ， 1984 年前后 ,PLC 开始在火电厂输煤系统中使用 ， 给工程设计人员 、 使用人员 、 检修人员带来很大的方

11、便 ，促使输煤自动化产生了巨大的飞跃 。 但仍然需要控制台 !操作按钮及模拟显示屏 。 第四阶段就是 PLC+上位机 +工业电视阶段 ,在 1994年前后 ,计算机在输煤火电厂输煤程控系统的设计与实现系统中使用 ,这时输煤系统已经取消了控制台上的开关 、 按钮的操作历史 ,取消了庞大的模拟显示屏 ,取而代之的是鼠标 、 键盘 、 CRT 和工 业电视监视系统 ,使输煤自动化水平达到了一个新的水平 ， 基本上无人或少人值守 ， 达到了减员增效的目的 。 这个阶段系统中采用了可靠性极高的工业控制计算机作为上位机 ,下位机是可靠性高 、 搞干扰能力极强的 PLC 系统 。 1.3 研究的主要内容 在

12、设计的输煤程控系统中 ,要求技术人员在远离输煤廊的输煤综合楼控制室里 ， 对各个输煤设备进行控制 ,并实时监测设备的运行状态等情 况。 我们针对该电厂输煤控制系统的设备实际情况和工艺流程要求 ,考虑到电厂输煤程控系统的发展前景 ,本着安全 、 可靠 、 经济 、 实用的原则 ,考虑到将来的可扩展性 ,对系统的硬件 、 软件配置进行了研究和选择 ， 最终确定一个以 PLC 为主的控制方案 ,该控制系统方案采用集散型结构 ,开放性好 、 易于扩展 、 系统的可靠性高 ,风险小 ； 控制系统 (包括主机 、 通讯 、 电源等 )采用冗余配置 ,可以大大提高可靠性 ；控制系统具有完善友好的人机界面 ,

13、采用国际上流行的上位机监控作为主要的人机接口 。 整个系统的运行操作全部在上位机上实现 ,通过工业电视 、 CRT 画面 、 键盘和鼠标对整个过程进行监控 ； 系统具有联锁保护功能 ,故障响应及时准确 ,可自动显示故障的发生时间 、 地点及性质 ,并进行声光报警 ； 可根据需要实现输煤程控系统与电厂辅助系统 及厂级监控信息系统的联网 ， 使整个控制过程具有正常运行及事故处理 ,各种参数的监测 、 报警信号的发出 、 装置的调节 、 控制系统及设备危险时的保护功能 。 本课题的主要研究任务 ： 了解输煤系统设备的属性 ,完成对各个部分的电气硬件控制设计 ， 确定整体电气控制系统方案 ,上位机能够

14、对各个输 煤设备进行实时监控 ,达到现代输煤控制系统的工艺要求。 第二章 火电厂输煤系统的简介 2.1 输煤系统工艺概述 火电厂的发电过程 ,总的来说是 能量在不同形态间转化的过程 ,燃料在燃烧的之前 ,要经过 皮带机的输送过程、粗细碎煤机的粉碎过程 ,这样可 以使燃料更加充分的燃烧，从而保证 最大程度释放 能量 ,并且可 以 减少污染气体的释放 ， 降低单位能源的消耗率 ,符合生态 可持续发展 的理念 。输煤系统的稳定性关系到对于整个火电厂的安全可靠运行 ,它的正常运 行是电厂安全生产的前提 ， 关系到整个电厂的经济效益。随着电力 工业的快速发展进步 ,为满足社会对越来越多 稳定电量的 需求

15、 ,输煤系统也 随 着 时代潮流发生了日新月异的改进 ， 从简单的的推煤机配合输煤胶皮带的输煤模式 ， 改进为 将 现代自动化水平高且智 能化的大型输煤设备应用于输煤控制系统。如各种大型的整火车箱翻车机、成套 的斗轮给煤机、智能化的舉煤 器 ，输煤皮带也越来越节能且 自我检测能力 变 强 ，他们之间通 过现代的信息化连接 ,相互协作完成这项较为复杂的控制系统。 不同的火电厂由于各自的差异在输煤方式上可能略有不同，但 总的来说 ,输煤控制系统基本上可以 分为四个部分： 卸煤 系统 、堆煤 系统 、上煤 系统 、配煤 系统 。 如图 2.1 所示。 图 2.1 输煤系统的框图 1)卸煤系统 在整个

16、输煤系统中， 煤先经过卸煤流程 ,将燃煤保存到储 煤场、储煤站内 ,以 备后 序使用。现在， 配套 的卸煤装置 大量应用 ，翻车机可将整节火车箱内的煤卸到煤沟内。 卸煤 的部分已经比较 独立 ,从而使输煤系统 整体 的复杂程度 得到降低 ,整体故障率 也随之下降 2)堆煤系统 随着 卸到煤站的煤在 不断的使用 ， 剩余的煤需要不断的整理来 提高煤站的空间利用 率。 由配套的设备供应商 将 煤 进行处理从而更加易于 上煤流程运煤。设 备包括 : 3)上煤系统 经过 上述堆煤流程处理过的方便 皮带运输 的 煤在这个流程 从煤场运送到原煤仓上 方 。这部 分作为整个输煤系统的重点控制部分 ,有着相当

17、复杂的工艺要求 ,并配有不同的辅助设备。 由于这 部分设备的分布较为分散 ， 采用程控系统 ，突显了现代科技给不同设备 间的协作做出的贡献。如皮带上 方除铁器、粗细碎煤机、电子称重机等自动化装置将要 分别对燃煤进 行处理、粉碎、采样、计量等操作 ,来 满足炉膛的用煤规定。这些设备一起构 成了整个上 煤 4)配煤系统 由于发电机组要 根据上级发电规划进行发电 ， 为了避免能源的浪费 ，需 要能控制原煤仓 的多少。这就需要有 足够处理过的燃煤 ,易于炉膛使用 ,这就是原煤仓的作用。 经过 碎煤机粉碎、输煤皮带机运送到原煤仓上方的煤依据原定规划分配到 圆形储煤筒 的过程 ， 就是配煤过程。这个 过程

18、还要时刻检测煤料位的变化和煤仓设备的状态。执行设备主要 是 圆形煤筒顶部的犁 煤 器。 以电液驱作为动力源进行对推杆 ,并驱动犁煤器犁 头下降 ,并促 使连杆驱动托辊 组抬起 ，使犁 头与输煤皮带面紧密结合 ,使胶带上的煤料不能继续向后传 输 ， 将其通过落煤管卸入该设备下方的原煤仓内。卸煤到一定量后 ， 驱动杆向后动作 ,驱 使使犁 头抬起 ,并使托辊组 下降 ， 燃煤正常向后方运送 ,便于后方原煤仓配煤。有时也有 清理输煤皮带的作用 。 2.2 输煤系统控制要求概述 2.2.1 输煤系统的特点 在锅炉的 输煤系统 中，需要控制的设备 之间有一定的间隔距离 ,运行环境恶劣 ,使得 工作人员

19、的 维护检修工 作复杂 ,工作量 也随之增 大 。1)锅炉输煤 系统运行环境恶劣 ,需要 大量的辅助劳动力 。 现场环境恶劣 ,粉尘 、 噪声 、 振动 、 潮湿 、 电磁干扰都比较严重 ,给电 气设备运行带来不便 ，使得 维护检修工作量大 2)整个输煤系统覆盖 范围广 ，控制分散 3)系统设备多， 一次启动设备 较 多且安全连锁要求高 ,相互连锁繁杂4)整个锅炉输煤系统的 工艺流程复杂 ，控制过程有很强的时序性，这便要求整个系统安全稳定的长时间运行 管理技术、自动控制技术、经营管理理念等技术对于输煤控制系统是 非常有必要的 ， 可 以 有效的解决众多设备故障检测的工作。 虽然一次投入较大 ,但从长远利益来说还是非常经济高 效的。这将对提高管理能力 ,降低 单位能耗 ,提高系统的运行 效率是非常有用的 ,