2021-07-19

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我是靠谱客的博主大方吐司，最近开发中收集的这篇文章主要介绍2021-07-19，觉得挺不错的，现在分享给大家，希望可以做个参考。

概述

锅炉车间输煤机PLC电气控制系统设计

学院：机电与自动化学院

专业班级：电气工程及其自动化
（专升本）1901

姓名：马馨钥

学号：20192106021

指导教师：屈虹教授

2021年5月

锅炉车间输煤机组PLC
电气控制系统设计
Design of Electrical Control System for Coal Conveying Unit
in Boiler Workshop Based on PLC

摘要

随着现代科学技术（特别是计算机技术、通讯技术、电子科学等先进技术）的飞速发展，使得我国工业自动化和控制能力水平得以迅速提升。锅炉的广泛运用对于现代工业和生产的过程，以及我们的日常生活中都已经起到了一个相当重要的作用，许多工业生产的活动例如冶炼、印刷工业及一些人口稠密地区和城市中的公共场所，比如医院、学校等等都已经离不开这种锅炉。一是降低了工人的劳动强度,二是降低了煤炭运输过程的损耗。而锅炉的运行离不开一套完善的自动化输煤系统。
以往在锅炉车间输煤机组采用的控制线路都是由继电接触器进行控制的，可编程控制器(PLC)技术发明成功问世后，以其突出的控制优势，为基于传统的联锁控制操作方式及其发展方向提供了关键的技术支持。
近年来锅炉车间输煤机组已经开始使用PLC对输煤系统进行控制，在集中综合供热大型锅炉房，PLC控制系统广泛应用于工业输煤、除渣及工业污水处理等方面。本次毕业设计以三相电机驱动输煤系统为实际应用案例,设计一套由PLC控制的自动输煤系统，由6台三相异步输煤电动机和一台磁料器电机组成。先介绍输煤机组PLC电控系统的概况、特点与编程、使用中的注意事项、组成与工艺设计、硬件控制设计、软件控制设计以及输煤机组PLC电控系统在使用中所能够发挥的重要作用。

关键词：锅炉 PLC 自动输煤系统控制系统

Abstract

According to the rapid change of science and technology (especially computer technology, communication technology, electronic science and other advanced technologies), the level of industrial automation and control ability in China has been rapidly improved. The extensive use of boiler has played a very important role in modern industry and production process, as well as in our daily life. Many industrial production activities, such as smelting, printing industry and some densely populated areas and public places in cities, such as hospitals, schools and so on, have been inseparable from this kind of boiler. One is to reduce the labor intensity of workers, the other is to reduce the loss of coal transportation process. The operation of the boiler is inseparable from a complete set of automatic coal handling system.
In the past, the control circuit used in coal handling unit of boiler workshop was controlled by relay contactor. After the invention of programmable logic controller (PLC), with its outstanding control advantages, it provided key technical support for the traditional interlocking control operation mode and its development direction.
In recent years, the coal handling unit of boiler workshop has begun to use PLC to control the coal handling system. PLC control system is widely used in industrial coal handling, slag removal and industrial sewage treatment in large-scale boiler room with central comprehensive heating. This graduation project takes the three-phase motor-driven coal conveying system as the practical application case, designs a set of automatic coal conveying system controlled by PLC, which is composed of six three-phase asynchronous coal conveying motors and a magnetic feeder motor. This paper first introduces the general situation, characteristics and programming of PLC control system of coal handling unit, matters needing attention in use, composition and process design, hardware control design, software control design, and the important role of PLC control system of coal handling unit in use.

Key words: Boiler PLC Automatic coal handling system Control system

摘要 I
Abstract II
绪论 1
1 PLC控制的输煤机组的特点与编程 3
1.1 PLC应用技术的特点 3
1.2 PLC的介绍及编程 5
2 PLC控制的输煤机组系统简介 8
2.1 输煤机组的组成 8
2.2 输煤机组的拖动系统 8
2.3 突发事件应对措施 8
3 PLC控制的输煤机组的硬件设计 10
3.1 输煤机的工作过程 10
3.2 控制系统工作流程 10
3.3 主电路的设计及设备的选择 10
3.4 PLC选型 13
3.5 I/O分配表 15
3.6 PLC的输入输出分配 17
4 PLC控制的输煤机组软件设计 18
4.1 PLC运行流程 18
4.2 系统功能介绍 18
4.3 系统控制要求 19
5 输煤机组的PLC梯形图程序 21
6 研究或成果与环境、经济、环保的关系 31
结论 32
致谢 33
参考文献 35
附录 37
绪论

众所周知,由人工给锅炉输煤,必然会发现种种的弊端。比如疲劳强度太大、调整不够准确、且因为操作错误而导致的失误等各种情况,给人们带来较为严重的资源浪费和安全隐患。如何通过改进输煤机组锅炉中输煤设备的使用条件,提高它们的利用效率,创造更多的价值呢？输煤机组 PLC电气控制系统的实现与对锅炉输煤自控系统的应用有一些新的探析[1]。
输煤机组PLC电气控制系统由于具有很多的优点,在工业生产中已经得到越来越广泛的应用,而其系统的运行稳定性也是非常重要的,在系统设计中，我们需要对各种故障先提前设计好应对措施，使其系统具有较高的可靠性,并且这样才能够让它在所有的工业控制技术中的作用得到最大程度上的发挥。所以,输煤机组 PLC 电气控制系统的投入使用在给我们带来了很多经济效益的同时,也给我们带来了很多社会效益。
我国锅炉的燃料已经逐步由煤炭扩大至石油、气。但是,煤炭依旧是作为锅炉燃料的首选。如果我们采用传统的锅炉车间输煤机组 PLC 电气控制系统来代替传统常规的人工监控、人工操作输煤方式,不但能够大幅度地提高输煤机组的运转效率,降低问题发生的概率,还因为它能够有效地保证输煤机组运行稳定,节约资金,减少对环境的污染和资源的浪费,而且它还能够有效地减轻企业职工的劳动强度,改善企业职工的劳动环境,保障锅炉装置安全运行,确保职工的人身健康和财产安全,并为实现综合科学化管理服务提供了必要的条件。
目前,自动输煤系统就是一种支撑式设备,确保锅炉安全、可靠地运行是该自动化输煤系统非常关键的属性。由于输煤控制系统在整个锅炉系统中极为重要,且工作时间较长、煤场占地面积较大、工作环境恶劣、人员和作业之间的通信不畅通。本文将着重对车间输煤机组PLC电气控制系统在锅炉自动控制系统中的应用进行介绍并且设计一套切实可行的方案[2]。
在我国的大多数中小微型企业中,所需要采用的输煤机车间或者输煤机组的控制系统仍然是使用仪表或者继电器等来实现其控制,有的甚至是通过人工操作。锅炉车间输煤机组控制系统的自动化管理技术只是在极少数大中型企业锅炉车间中才能够广泛应用。大多数企业中,锅炉车间输煤机组的自动化投资比例相对较低,因为燃料运送的原因，直接造成燃烧效率不高,电站锅炉的正常运行条件也处于非常不稳定的地位,不仅严重影响了锅炉的正常经济运转,还给锅炉带来了巨大的安全隐患。因此,如何改善和提高中小型锅炉车间燃料输送设备的经济、运行管理水平、运行安全,并且改善和提高燃料输送设备运行的管理效率,降低火灾事故发生率,减少煤费、厂房用电比,就已经成为当前一个亟待解决的重点问题。当前,节约能源与环境保护等相关问题正逐渐受到全世界的关注,对于锅炉从正常设备的运行到燃料的补给运送各个阶段的控制都提出了新的更高要求[3]。

1 PLC控制的输煤机组的特点与编程

1.1 PLC应用技术的特点
随着PLC的发展，已经形成了不同规模不同大小的一系列产品，并且可以用于各种工业控制场合。现在的PLC不仅拥有复杂的逻辑处理功能，还拥有比较复杂的数据运算处理能力，并且还能应用于各种各类型的数字控制领域；现在PLC拥有了不同规模的功能单元，也加速了PLC在位置控制温度的控制等各种工业化场景中的应用。另外，PLC的通信能力得到不断的增强，人机交互界面技术更加完善，也使得PLC在各种控制系统的兼容性更强[4]。
PLC的组成方式包含了以下几个方面，其中CPU是最主要的核心部件，存储器也是非常重要的设备，还有一种非常重要的设备是电源，基本的结构如下所示，PLC的主要的编程结构是利用总线的设计思路，能够进行数据和指令的传输处理[5]。
外部的输入模块，以及输出模块也是PLC的非常重要的一部分。这些输入输出模块，构成了PLC与外界链接的通道，外部的一些传感器数据，或者其他的物理量的信号，可以通过输入模块输入到PLC中，存储在对应的位置里，然后经过CPU的处理之后，就可以将数据经过输出模块输出到外部，这些输出结果可以驱动外部的设备，比如外部的电磁装置，指示灯，电动机等，能够实现对外部设备的控制[6]。
（1）可靠性高
与目前普通工业计算机的实际使用工作环境条件和工业环境状况相比,工业生产使用过程的工作环境非常恶劣,因此针对控制系统设计要求提出了一个更高的工业技术标准要求：能够长期在恶劣环境下能够稳定运行,对于各种高压、低温和弱压的电磁干扰,能够具有很强的抵抗电磁干扰能力。PLC因为它的抗干扰的性能强、可靠度高,在各种大型工业生产设备中都被广泛应用[7]。
（2）使用方便
PLC 的操作十分简单和方便,这是 PLC 的另一个特点。它的操作简单方便主要是由于可以编写程序并可方便通过更改程序而达到改变控制线路的目的。同时, PLC 的编程也很便捷,有许多种类型的程序已经被设计好了可以支持许多种编程语言可供选择,例如梯形图、功能模块结构图、功能量表示框图等。再次, PLC 一旦发生故障,维修工作进行起来也是比较简单,能够直接进行自诊断,只需要充分运用与 PLC 相关的软件和硬件就已经可以轻松地完成。该软件系统会根据发生的故障,做出响应提示,从而有效帮助维护者及时找到发生的故障位置,节约了维护时间,提高了系统的工作效率。
（3）丰富的 I/O 模块
I/O 模块从 DI/DO 到 AI/AO，到各类的电偶与电阻模块、模拟量标准信号等模块，具备兼容性强和互换性强的特点。
（4）模块性能价格比高
在全国各主要城市均有维护经营商和成熟的管理框架,让企业用户以最便宜的价格就能获取到最高性能的自动控制系统的产品。
（4）完整的内部系统
内部含有中央处理器CPU、存储器模块、输入输出模块、编程器等。
CPU是整个PLC的核心设备，并能够执行用户编写的程序，以及实现其他的控制，CPU的主要作用是解释并执行用户及系统程序，通过运行用户及系统程序完成所有控制、处理、通信以及所赋予的其它功能，控制整个系统协调一致地工作。常用的CPU主要有通用微处理器、单片机和双极型位片机[8]。
随机存取存储器主要用于存储内部继电器，数据寄存器，定时器等的工作状态，以及PLC的一些输入、输出信息，还可以存储用于调试和修改的程序，以及中间的暂存数据等。只读存储器ROM的作用主要是存放系统程序。PLC的操作系统和监控类的程序主要存放在可擦除可编程程序控制器中，也可以将已经调试完成的程序存放于EPROM中。
可编程序控制器作为一种对工业生产过程的工业控制计算机系统，主要是通过输入输出接口的模块来实现和生产过程的联系，可以说I/O模块就是可编程序控制器和生产过程的一个桥梁。按照信号类型划分，PLC连接的过程可以分为开关量，模拟量和脉冲量等。相应输入输出模块可分为开关量输入模块、开关量输出模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块和脉冲量输入模块等。
编程器作为PLC不可或缺的外部设备之一，它的功能主要是将需要的功能程序语言输送到PLC的程序存储器中。编程器作为用户和PLC之间的人机交互界面，不仅可以对程序进行修改写入和读出，而且还能对工作状态进行实时的监控。目前PLC编程语言实现了多样化，并且也可以实现在计算机上完成编程，功能也得到了大量的提升。
1.2 PLC的介绍及编程
德国西门子作为一个老牌的生产可编程逻辑器件的公司，其业务范围也十分广阔，有冶金，化工等。西门子公司旗下的可编程逻辑器件分别有以下几款产品：LOGO，S7系列产品，其中包括200 300 400以及相关的工业软件和工业网络产品。同时也涉及HMI人机界面等。
可编程逻辑器件的结构分为中央处理器(CPU)、存储器、编程器、输入／输出接口、电源等几部分组成。
对于西门子旗下最重要的S7系列的可编程逻辑器件来说，因为其占地面积小以及运算速度快，收到了业内的广泛好评。并且相关产品也有网络通信等功能。其中根据其性能的要求，分别分为微型可编程逻辑器件，中性能可编程逻辑器件，高性能型可编程逻辑器件。分别对应了S7系列中的200 300 400产品。本次课题采用的是其中S7系列的1200型号。下面将具体介绍这三种产品的性能以及使用范围：
S7-200：（4种型号8种CPU）根据性能的划分，其属于的是微型可编程逻辑器件，因此它应用的场所十分广泛，应用的产品也十分广泛。对于各种场合中的工控行业可实现检测以及控制等功能。同时它既可以单机使用，也可以进行复杂的联网使用。
S7-300：根据性能划分的话，其属于是小型可编程逻辑器件。其特点采用的是单独模块，因此具有十分高效的运算速度。同时内部已经含有一个人机界面，因此可以根据相关的功能进行编写。由于内部也含有一个标准的接口，可以实现复杂的算术运算，同时也可以对其他模块进行赋值。该产品内部也有选择开关，它就像我们平时使用的钥匙一样，当开启时可以修改，当关闭时不允许修改。该产品通过工程组态的软件可以进行上位机的编写，从而传递到下位机。传递方式为从人机界面取得数据包之后，按照设定的速率进行传递，之后其内部的CPU进行自动处理，看是否会发现一些错误的事件，例如超时，其次进行多端口的控制。由于此款产品采用了多级口令，因此它相比于其他产品更具有机密性，可以防止未知的复制。因为其有多端口，所以可以进行通信。其中与工业以太网连接之后，通过串行通信可以实现多点进行CPU交换，继而可以连接上位机下位机。
S7-300：根据性能划分的话，是属于到中高型可编程逻辑器件。因此企业内部采用的也是模块化组。同时内部的风扇设计可以保证完美的散热，该产品更加可靠。内部的CPU也可以进行多种的通讯，可以根据用户的需求可以设计出不同的功能，也可以参考一定的模板。
S7-1200：该PLC定位于S7-200到S7-300之间，适用于低端的离散自动化系统和独立自动化系统，S7-1200 PLC是在2009年推出的小型PLC，拥有可提升和灵巧的设计理念、PROFINET接口，并且自带较为出众的计数功能和测量功能。
提供了各种各样的通信选项以满足网络通信要求，其可支持的通信协议如下：
DEVICE；
PROFINET；
PROFIBUS；
远距离控制通信；
点对点通信；
USS通信；
MODBUS RTU；
AS-I；
I/O Link MASTER。
S7-1500 PLC：定位于中高端系统，本处理器较为先进，是一款效率比较高的处理器，能够完美适用于任何装置，使用率不那么高，但是造价较高。
我们可以采取一个FP2进行软件编程。编程工具主要有两种，一个就是手持编程器，另一个就是PC编程软件。相对来说，联接总线编程器比较方便，在SIMATICS7-200系列中的PLC中，只要我们是直接使用一条RS232C专用的联接电缆，RAFB85853将PLC的电缆TOOL口与联接编程器IIC口进行总线联接之后即可正常进行操作。而如果需要使用OWPC连接软件，就可能需要与普通平板电脑进行总线联接，操作系统一般是OWMS-DOS5.0或者是OWINDOW3.0以上的发行版本，使用9针-9针或者9针-25针或者RS232C专用的总线电缆将连接PLC进行联接。

2 PLC控制的输煤机组系统简介

2.1 输煤机组的组成
输煤系统的基本结构由输煤履带、P2运煤器、运转履带、煤炭破碎器、磁选料器、P1运煤器、接煤斗、接煤器、送煤机、电磁门、堵煤振动机、提升机组成。煤料由自动运送系统将煤炭P1上。给料器将煤炭用皮带直接送入破碎机之中,皮带上分别配备了一台电动磁选料器,磁选料器的结构设计和主要任务就是将这些进入煤料皮带中的各种金属杂质用电磁技术将其中的杂质全部加以吸附，然后松紧煤炭破碎机之中击碎研磨，经过打碎后就形成了一种锅炉容易燃烧的小型快速破碎煤。经过打磨破碎后的碎煤再由煤车提升机运送到磁选料器,接着就直接送入运煤器之中通过提升机送入锅炉之中燃烧。
根据控制系统的检测信号实时反馈，自动报警控制系统软件会自动判断该控制系统软件是否开始工作或是否停止[9]。
2.2 输煤机组的拖动系统
整个系统为电机拖动传动方式来运作整个输煤机组，采用三相电动机和磁选料器将煤筛选后送至M1。单机直接操纵自动即可轻松使用。PB为进行开车/制动停止时的讯号音响器,在煤料输送期间，提示工作人员注意安全。PG1_{PG6为指示M1}M6机组正常运作的指示，PG7为手动机正常运作的只是，PG8为应急刹车的指示，PG9是整个电机系统的正常运行指示，PG为故障排查诊断操作指示。
输煤机组系统组成示意图如图2-1所示。
2.3 突发事件应对措施
（1）正常启动输煤机组，按照规定程序全部正常的执行起动指令后,正常的起动运行时间指示灯会亮起。假设机组中有一台输煤机因故障停止运行，则系统的起动故障报警指示灯开启,整个机组将会停止输送煤料。
（2）当系统出现重大事故或者停车时,系统可以能够发出相应的报警信号,为了方便地查找和处理事故所使用的设备,在监控室中设置了一个模拟显示盘，从模拟显示盘中的指示灯来显示各种装置的运转状态：正常工作运行时及正常情况下停车时，指示灯为熄灭状态；在发生事故的状态下,那些由于事故导致停车装置所对应的
图2-1 输煤系统组成示意图

指示灯是一个闪烁的状态。
（3）为了检测出现的故障,电路中将每台驱动电机的一个主控接触器中的一个辅助触头接至各个端口,它们的运行状态就可以用来反映每台驱动电机都是否在启动。如果一台驱动电机在启动时,接触器中有一个没有反应，则被认为是故障的运行状态,其后边的各台驱动电机均无法启动,然后再转至事故处理程序，并提示工作人员进行维护[10]。

3 PLC控制的输煤机组的硬件设计

3.1 输煤机的工作过程
输煤机的工作流程是：
煤料由机械手抓取煤料传输到给料器。给料器把煤料运输至送煤机P1的运输履带上，然后沿着履带再送入破碎机中，送煤机每条皮带上分别配备了一台小型磁性自动选料器，磁性自动选料器的主要功能就是将留在输送带的煤料管道中的各种杂质和钢铁屑清除掉[11]。
送入破碎机之中的煤料经过打磨破碎后的大块煤料变成破碎煤，然后送至提升机，就可以直接送至磁选料器。
3.2 控制系统工作流程
根据使用环境的特殊性和运行时间的长期连续性和输煤系统的要求设计输煤机组工作流程示意图如图3-1所示。

图3-1 输煤机组工作过程示意图
3.3 主电路的设计及设备的选择
根据系统流程设计出主电路如图3-2所示。
PLC运用循坏检测的工作方式，在PLC中可执行程序按顺序排列储存，CPU从首条控制指令进行程序运行，一直到碰到结束符后又回到首条，这样循环往复持续循坏。PLC的扫描流程可分为内部结构整理、通信操控、程序流程导入整理、程序运行、程序流程导出这些环节。整个过程检测1次所需要的時间被称作检测周期时间。当PLC处在停止情况时，只对其进行内部结构整理和通信操控服务等主要内容。在PLC处在运作情况时，从内部结构整理、通信操控、程序流程导入、程序运行、程序流程导出，不断循坏检测运行。

输入处理
输入整理也叫输入采样。在这个环节，顺序读取全部导入端子的导通情况，并将读取的信息内容存储到内存中所相对应的映像寄存器中与外部隔离开，即便导入信息产生变化，其映像寄存器中的主要内容也不会产生变化，只能在接下来一个检测周期时间的导入整理环节才可以被读取信息内容。
程序执行
按照PLC梯形图程序流程检测标准，按先左后右先上后下的步聚，逐字逐句检测，程序运行。碰到程序流程跳转控制指令，按照跳转条件是否能够符合来选择程序流程的跳转地址。从可执行程序涉及输入输出情况时，PLC从导入映象寄存器中中读取上一阶段采入的相对应导入端子情况，从导出映象寄存器中读取相对应映象寄存器中，按照可执行程序对其进行逻辑运算，存储到有关元器件寄存器中中。对各个元器件而言，元器件映象寄存器中中所寄存的主要内容，会根据程序运行流程而发生变化[12]。
输出处理
程序运行结束后，将导出映象寄存器中，即元器件映象寄存器中中的Y寄存器中的情况，在导出整理环节转存到导出锁存器，根据隔离开控制电路，驱动功率放大控制电路，使导出端子向外部导出控制信息，驱动外部负载。
相关设备的选择如下：
（1）电动机的选择
根据实际考察估算，选择电动机的型号为：
给料器、破碎机选择Y132S1-2，功率5.5KW，额定电压380V、额定电流11.1A。送煤机P1、送煤机P2，提升机选择Y225M-2,功率为45KW，额定电压380V、额定电流83.9A。
（2）熔断器选择
熔断器熔体的额定电流IER的选择必需满足下列条件：
图3-2 锅炉车间运煤机组系统主电路图
IER ≥ IJS式中IJS为正常运行时流经熔体的工作电流。对于单台电动机支线，IJS就是电动机的额定电流（A）。
熔体在电动机启动时不应熔断需满足：
式中为躲开电动机启动电流的计算系数，其值与电动机的启动情况（轻载或重载启动）、熔断器的型号特性及熔体的额定电流IER值得大小因数有关。
根据上述条件，经查《工业企业供电》、《电力工程电气设备手册》经计算所选相应熔断器：保护给料器、破碎机相应熔断器为RL1 50/30，保护送煤机P1、提升机、送煤机P2相应熔断器为RL1 200/150。
（3）接触器选择
根据要求接触器选择SUNWORLD CJ20系列220V交流接触器，接触器适用于不间断工作制，断续周期工作制，各设备所选对应接触器为给料器、破碎机对应接触器为CJ20-25型号，送煤机P1、提升机、送煤机P2对应的接触器为J20-100型号。
（4）继电器选择
电动机M1、M2、M3、M4、M5分别由热继电器FR1、FR2、FR3、FR4、FR5来实现过载保护，使用中应该考虑电动机的工作环境、启动情况、负载性质等因素具体应按以下几个方面来选择。
根据被保护电动机的实际启动时间选取6倍额定电流下具有相应可返回时间的热继电器。一般热继电器的可返回时间大约为6倍额定电流下动作时间的50%~70%。
热元件额定电流一般可如下公式确定
IN= (0.95~1.05) IMN
式中：IN为热元件额定电流，IMN为电动机的额定电流
根据电动机的额定电流可选择给料器、破碎机所对应的热继电器选择TR16-20/3D型号，送煤机P1、提升机、送煤机P2对应的热继电器选择TR16-150/3型号。
（1）电铃与指示灯的选择

3.4 PLC选型
本次的产品设计方案充分考虑了所有设备的需求，不同设备使用数量和适合应用不同场合，选择了西门子公司的PLC，选用该型号的PLC的理由是扩展方便，具体选择的是SIMATICS7-200，其主要硬件性能模块包括：2048程序扩展存储器，2048数据扩展存储器，13点数据输入，21点数据输出，可以同时携带3个大的扩展I/O模块。
（1）在预估I/O点数时，应充分的考虑留有一定的余量，一般根据需要的输入和输出点数基础上增加10%–20%的余量。
（2）存储器容量是PLC所拥有的硬件存储单元规模容量，程序容量是存储器中所使用项目所占的存储单元大小，所以程序容量应该小于存储系统的容量。在设计之初，程序的大小和容量是无法预测的，需要在最终设计完成调试之后才可以知道，所以在选型时，应该对程序的容量有一定的预判，一般情况下应该采用根据存储容量的大小来估算程序的容量大小。
（3）应充分考虑运算的特点和控制的需求、通信能力和编程功能以及自诊断功能和处理响应速度等。
（4）五种标准化的编程语言：顺序功能图（SFC）、梯形图（LD）、功能模块图（FBD）三种图形化语言和语句表（IL）、结构文本（ST）两种文本语言。最终选定使用的编程语言应该遵守IEC6113123标准，同时，还应该具备能够支持多种形式的语言编程要求，比如C或Basic等，用于实现特定生产应用场合的要走。
（5）PLC的处理速度和很多因素有关，比如用户程序的大小，CPU的响应速度和软件的好坏等。PLC在执行二进制指令时，通常采用的CPU有单片机，微处理器和双极型位片机，特点是响应速度快，响应时间短。
在选择PLC时，需要考虑不同的方面。比如输入和输出的端口数，多少功能模块，多少条指令，多大的内存，以及多快的扫描速度，同时，还要考虑它的性价比以及在生产应用过程当中其他环境对他的影响。
在应用PLC进行设计时首先应该考虑该方案的控制逻辑，其次就是针对控制逻辑对PLC进行选型。选型的依据主要考虑生产过程的特点和生产应用方面的需求。PLC选择应该是标准的易于集成的，容易和整个控制系统形成一个有效的整体，便于增加它的额外功能，并且还应该在一些工业生产领域有成熟可靠的案例，它的硬件系统和软件程序的设计应该与整体的装备规模大小和系统要求相一致。熟悉了它的功能图表和设计语言，有利于减少设计时间。所以在PLC选型过程中，应该充分的了解生产过程的特点，生产过程的需求，清楚了解生产任务的目标和生产的要求范围，确定最终的操作以及动作要求，最后，根据这些要求来估算应该具备的输入和输出的端口处，以及多大的存储和需要拓展的外部功能，以及外部设备对该PLC的影响，才能最终选择性价比高，并且能够适应该生产系统要求的PLC。
本设计采用PLC进行控制[13]。　　
（1）输入/输出接口（I/O）数量；输入端口13个，输出端口21个，SIMATICS7-200系列PLC硬件配置灵活，既可以用一个单独的S7-200 CPU构成一个简单的数字量控制系统，也可通过扩展电缆进行数字量I/O模块、模拟量I/O模块或智能接口模块的扩展，构成较复杂的中等规模控制系统。西门子S7-200 CUP224/AC/DC/RLY有输入端口13个，输出端口21个，符合要求；所以采用西门子S7-200CUP224/AC/DC/RLY完成PLC硬件结构配置。　　　
（2）因为负载有直流供电有交流供电，所以采用输出形式为继电器。　
（3）对于CPU224模块，本机输入地址为I0.0-I1.4,输出地址为Q0.0-Q3.6。因为基本单元自带的I/O接口不能满足控制系统要求，因此需要数字量I/O扩展单元，与基本的单元相连，并使基本单元的寻址功能对模块上的I/O接口进行控制。S7-200系列PLC目前可以提供的有3种类型的数字量输入/输出模块，即EM221，EM222，EM223，查阅数字量输入/输出模块各类型型号特点，首先采用一个EM222的8继电器输出；扩展模块EM222的I/O地址范围是Q2.0-Q2.7，不能满足控制要求，又因为CPU224能够扩展7个模块，因为控制要求输出有21个，另需一个EM223的DI4/DO4*DC 24V/继电器；扩展模块EM223的I/O地址范围是Q3.0-Q3.3;满足系统控制要求。本机与扩展连接形式见图3-3模块连接图。

                     图3-3 模块连接图

3.5 I/O分配表
I/O信号在PLC接线图端子的地址分配是进行PC控制系统设计的基础。对软件设计来说，分配I/O点地址以后才可以进行编程；对控制柜和PLC的外围接线来说，只有I/O点地址确定以后，才可以绘制电气接线图、装配图，让装配人员根据接线图和安装图安装控制柜[14]。
由上硬件系统的选择可知控制系统由一个CPU224及两个扩展模块EM222和EM223，各模块分配地址如下:　　　
CPU224基本单元的I/O地址如下：

第一个扩展模块EM222的I/O地址：　
第二个扩展模块EM223的I/O地址：

PLC输入输出接口地址分配表见表3-1。　　
表3-1 自动输煤系统输入/输出点地址分配表
输入量输入口输出量输出口
1 SA1-1　输煤机组手动控制开关　 I0.0　　　 1 KM1　给料器磁选料器接触器　　　 Q0.0　
2 SA1-2　输煤机组自动控制开关　 I0.1　　　 2 KM2　　送煤机接触器1　 Q0.1　　　
3 SB1　输煤机组自动开车按钮　 I0.2　　 3 KM3　　破碎机接触器　　 Q0.2　　　
4 SB2　输煤机组自动停车按钮　 I0.3　　 4 KM4　提升机接触器　　　 Q0.3　　
5 SB3　　输煤机组紧急停车按钮　　 I0.4　　 5 KM5　　　送煤机接触器2　　 Q0.4　　　
6 SB4　　　给料器磁选料器手动按钮　 I0.5　　　 6 KM6　　　回收机接触器　　　 Q0.5　
7 SB5　送煤机手动按钮　　　 I0.6　 7 KM7　送煤机Y形启动接触器　　 Q0.6　
8 SB6　　破碎机手动按钮　 I0.7　　　 8 KM8　送煤机三角形启动接触器　　　 Q0.7　　
9 SB7　　　提升机手动按钮　　　 I1.0　　　 9 KM9　　　破碎机Y形启动接触器　　　 Q1.0　　　
10 SB8　 2#送煤机手动按钮　　 I1.1　　 10 KM10　破碎机三角形启动接触器　　 Q1.1　　　
11 SB9　回收机手动按钮　　　 I1.2　 11 HL7　　　手动运行指示灯　 Q2.0　
12 KM　　　 M1-M6，YA运行正常信号　 I1.3　　 12 HL8　　　紧急停车指示灯　　　 Q2.1　　
13 FR M1-M6,YA过载保护信号 I1.4　 13 HL9　系统正常运行指示灯　 Q2.2　　
14 14 HL10　　　系统故障运行指示灯　 Q2.3　
15 15 HA　报警电铃　　　 Q2.4　　　
16 HL1　　输煤机组单机运行指示　　 Q2.5　　
17 HL2　输煤机组单机运行指示　　　 Q2.6　
18 HL3　　　输煤机组单机运行指示　　　 Q2.7　
19 HL4　　输煤机组单机运行指示　　 Q3.0　　
20 HL5　输煤机组单机运行指示　 Q3.1　
21 HL6　　输煤机组单机运行指示　　 Q3.2

3.6 PLC的输入输出分配
根据系统的需求设计出PLC的输入输出接线图如图3-4所示。

图3-4 PLC输入输出接线图

4 PLC控制的输煤机组软件设计

4.1 PLC运行流程
根据系统的控制要求,绘制出 PLC的状态流程图如图4-1所示。该流程图明确了各个动作的流程顺序,互相之间的制约以及PLC 寄存器的空间划分、程序设计、主要程序的编制、子程序编制、辅助程序编制等[15]。

图4-1 PLC的状态流程图
系统主要具有两种操作模式,一是手动/自动停止模式,设有独立按钮,可对机组之中单独的设备进行独立的维护与调整。每个单机开启的时候都会有提示音，每个流程均有指示灯闪烁，从而保障了工作人员的安全。
4.2 系统功能介绍
系统开启运行的流程如下：
（1）按下自动按键；
（2）指示灯在显现 5S 之后,回收电机装置将会开启指示灯；
（3） 10S 后, 2#送料电机也会跟着启动并且亮起指示灯；
（4） 10S后，提升机的指示灯亮起并且提升机开始运行；
（5） 10S后,破碎机的指示灯亮起并且提升机开始运行；
（6） 10S后,1#送料电机指示灯亮起并且提升机开始运行；
（7） 10S后,给料器和选料器指示灯亮起并且提升机开始运行；
（8） 10S后,系统正常运行指示灯亮起,以示整个机组正常工作。
系统关闭的运行流程如下：
（1）若在正常工作状态下按下SB2,在响铃5S后,给料机和选料机将会停止
运行并关闭指示灯,且正常运行的指示灯也会关闭；
（2） 10S后,1#送料机停止运行并且熄灭指示灯；
（3） 10S后,破碎机停止运行并且熄灭指示灯；
（4） 10S后,提升机停止运行并且熄灭指示灯；
（5） 10S后，2#送料机停止运行并且熄灭指示灯；
（6） 10S后，回收机停止运行并且熄灭指示灯；
（7）输煤机组全部正常关闭并停止运行；
4.3 系统控制要求
（1）设备的送料与破碎由设备的内呼信号和外呼信号确认，有的时候在运作的过程中会接到到很多信号，这个时候设备通过优先选择的标准，顺向优先选择执行工作。另外，呼叫信号需要始终保持记忆，直到设备复合特定的要求时信号灯才灭掉。
（2）当设备在提升阶段的过程中，下降阶段方向的呼叫信号均无法促使设备停车，必须响应高于现在所处高度的呼叫信号，并记忆其它高度的呼叫信号。下降阶段的过程一样。
（3）当设备另外接收几个其他信号时，利用首个信号确认运作方向，相同方向信号定向，相同方向的信号优先选择执行工作，同一方向任务全部执行工作结束以后改变方向。
（4）设备具备功能表明、方向表明的表明作用。需求显示灯亮表明有该需求的信号申请，灯灭则表明该需求申请信号消除。
（5）无需求选择时延时5s自动关门，但无法自动行车。

5 输煤机组的PLC梯形图程序

输煤机组的控制过程分为自动和手动控制方式。在自动控制模式下，要求各负载从M6到M1逆序自动启动，并能从M1到M6顺序自动停止[16]。同时，该输煤机组还能在手动控制模式下进行点动，以便调试和维修。而且，该系统还能实现过载保护、紧急停车和故障提醒功能，并有相应的指示报警功能。对于其中的部分梯形图进行阐述，同时对于此次设计的其他梯形图放在附录中。

图5-1(a) 输煤机组的PLC启动梯形图

图5-1(b) 输煤机组的PLC启动梯形图
如图5-1(a)与图5-1(b)首先，我们要在程序启动之前把M5这个按钮调整到驱动的正向或反向，这是在程序运行之前就要进行的操作，之后我们需要把I0.0按下，这样就可以使得Q0.2上电并且完成自锁，这样操作之后就会使得主轴电动机可以保持一直旋转，在主轴持续旋转的过程中，把按钮SQ7按压一下就可以发生主轴冲动现象，这样就可以让主轴电动机旋转速度发生改变。
在这个网络中我们可以发现，如果按压I0.1，就会让常闭触点I0.1处于打开的状态，那么，Q0.2就会失电，同时，Q0.2也会打开自锁，电动机也就不会在进行旋转了，在这个过程中按钮I0.1在这个过程中起到的其实是保护电路的作用。

图5-2(a) 输煤机组的PLC主轴控制梯形图

图5-2(b) 输煤机组的PLC主轴控制梯形图
上图是主轴电动机的启动过程，同时也是是主轴电动机的制动过程，在实际的操作过程中我们知道，不可避免的会有相磨损的过程，也或者是由于其它原因需要该机器停止工作，在这种情况下，我们就可以把按钮I0.1，I0.1按压之后Q0.1就会上电，电动机就可以串电阻反接制动，进过这个操作就可以使得主轴电动机停止旋转。

图5-3(a) 输煤机组的PLC破碎机梯形图

图5-3(b) 输煤机组的PLC破碎机梯形图
如图所示是实现课题的破碎机选择好方向，同时需要使电动机进行正反转，就可以实现该方向上的移动。如下所示，比如说要想实现工作台的上下进给，先在机身两侧选择好上下进给的转换开关，选择好之后，按下I0.5之后，Q0.3得电，进给电动机进行正转，便是向下运动，其他的也是如此。该程序上有对电路进行保护的措施，即每个方向上都有互锁，不会导致电路出现故障。

图5-4(a) 输煤机组的PLC送料机梯形图

图5-4(b) 输煤机组的PLC送料机梯形图

图5-4(d) 输煤机组的PLC送料机梯形图
在前面对于本次设计有一个要求就是将该设备要能够在三个维度六个方向上进行快速的运动，我们在主轴开始旋转的情况下，按压按钮I0.2,就可以使得Q0.5上电，这样就可以让快速进给继电器KM2合上，这样就可以让快速移动电磁铁发挥作用，就可以实现整个工作运行的快速操作。

6 研究或成果与环境、经济、环保的关系

该控制系统对环保的贡献
现如今可持续发展和节能环保观念已深入人心，各个领域和行业都开始转变发展方向，伴随着最近几年环境的恶化．霾已经严重困扰北方城市，以前的人工输煤因为效率低，损耗大已经开始被淘汰，随之而来的由PLC系统控制的自动输煤机组逐步嵯起，它是以PLC控制系统为中央控制单元，以人机对话方式与用户交换信息，能高效、安全、可靠的实现输煤系统的全自动化运行，以达到节能、环保的目的。
根据PLC系统控制的自动输煤机组的特点，可以对我国的政策方针。可持续发展观提供强有力的支持。
该控制系统对环境的贡献
目前PLC系统控制的自动输煤机组是现今我国轻工业和重工业能源使用的重要设备，具备完善的产业链和功能。完全应用自动输煤机组可以提高锅炉的燃烧效率，众所周知煤炭的燃烧存在较大的废料污染。但是如果从源头减少煤炭的浪费和利用率就能对环境污染的程度得到很大的控制，从而达到对环境的贡献。
该控制系统对经济的贡献
从第二次工业革命开始到PLC的产生之前，输煤都是人工操作来完成，后来加入继电器控制的方法但是依然改变不了需要消耗大量的人力和物力来完成煤炭输送到锅炉之中的损耗和浪费。后来人类意识到这种方式不是长久之计，就研发出了PLC来设计出一套完整的系统来控制继电器的控制系统，代替庞大人力，只需要少许的人力就能够完成输煤系统的运作。PLC采用循环工作方式，只要设计好了整套程序通过PLC这个载体，以CPU的指令开始循环往复，就能安全而又准确的实现全自动输煤系统的运作。对于经济上的贡献是巨大的。

结论

本次毕业设计通过对锅炉车间输煤机组PLC电气控制系统设计，使我进一步熟悉有关PLC电气控制的理论知识、PLC的结构、组成、工作原理，掌握根据生产工艺过程和自动控制要求用PLC进行控制的PLC系统及控制程序设计方法和步骤，培养工程意识和工程实践能力。
尽管PLC的设计比原来复杂了很多，但是，对工作人员来说，如今集成各种复杂功能的PLC与30年前简单的PLC 一样能够简单操作。
锅炉车间输煤机组 PLC 电气控制系统的顺利完成给我们带来了非常重要的经济效益和社会效益,受到了当今社会的追捧。 PLC 系统功能齐全、软件结构合理、扩展灵活方便、易于安装和维护、可靠度高。PLC系统在未来会有更加广阔的前景。利用PLC系统对输煤机组的控制,使煤炭输送方在一个自动化状态下,能够减少劳务力的安排、又减少了故障发生的概率。
PLC 技术除了能够具有如此高的经济效益,而且还能够具有明显的社会效益。提高了锅炉的效率，侧面来说将极大地降低了所排放出来的烟、灰尘等污染物。在我们倡导以人为本、环保减排、可持续发展的今天,具有深刻而重要的现实意义，值得我们去探索和研究，并对其进行更深刻的学习。
可编程逻辑控制器的控制能力强大，可操作性较强，操作简单灵活，且具有较高的可靠性。在锅炉自动输煤控制系统的应用中大大提升了锅炉效率，尤其在可编程逻辑控制器联合网络功能后，同时兼顾着传统控制器灵活的机变形和新科技的较高的自动化程度。能够有效提高能源利用效率从而达到能源在一定程度上的节约效果的PLC，是实现锅炉自动输煤控制系统自动化的不二之选。

致谢

六月是毕业的季节，每年的六月都是阳光灿烂，鸟语花香。明媚的阳光照耀着学子，好像在述说着四年在象牙塔里发生的点点滴滴，酸甜苦辣。每个走在校园的同学脸上都洋溢着快乐的笑容，好像在说，你看我们都会有光明的未来。过去的我看着大四即将毕业的学长学姐总会充满向往和幻想，期待着这一天的到来。今天的我，终于也迎来了心心念念的毕业季。然而这毕业季却也没我想的那么轻松。我遇到的第一个难题也是每年毕业季学生的一大难关：论文的完成。
论文要选题，这个题材往往与我们所学知识有关却在所学知识上又有一定的难度和创新空间。它是我们对这大学四年知识的汇总和呈现。选好论文的题材以后也要开始和导师进行联系并对这个论文的走向提出一个大致的想法。再进行下一步的工作。写论文的这段时间也是在慢慢积淀这大学四年所学过的知识，论文最终也修改结束了。在这段时间里，从一开始的敲定选题，任务书，开题报告，收集相关资料进行筛选总结，然后开始写论文。在我的论文最终的阶段里，我得到了太多太多的帮助了。在此我向他们献上最真挚的感谢！
论文的撰写既枯燥却有学术挑战性。我自己在论文的时间分配和处理方面都有着很多的问题，以至于给我的导师屈老师带来了很多麻烦，谢谢老师对我的不放弃，坚持耐心教导我，对我的论文进行仔细的批改。屈老师的谆谆教诲引导、同学的出谋划策及家长的支持鼓励，是我坚持完成论文的动力源泉。在此我再次向屈老师表示真挚的谢意。本文从选题的确定,论文的写作，修改至终稿的耐心指导以及屈老师悉心指导照顾。特别是老师多次来电询问我自己论文进程，并为我指点迷津，对于我不懂的问题不厌其烦的给我修改直至正确，帮助我重新打开自己的写作思路，精心对我地点评，热忱给我鼓励。并且从屈老师的身上我也学到了许多，她严肃教学态度，严谨求真务实的精神，精益求精的作风，深刻地启发着我。我也明白了，学术是不存在弄虚作假的，会的东西要落实，不懂的问题就是不懂，要搞明白，不能含糊也不能闪烁其词。做人亦是如此。我很感谢在大学的最后阶段遇到了屈老师，谢谢屈老师对我的帮助，在步入社会之前的最后一次校园经历里给我上了宝贵的一课，以及对我的耐心容忍，我明白等我参加工作了以后，不会有人像老师热爱学生这样包容指出我的错误了。所以我身上存在的错误我一定会改正。至此献上我的敬意。
同时，我也感谢我的同学们对我的帮助。论文的第一批材料也是她们和我一起查询收集。论文的完成，意味着我马上也要离开校园，离开和她们朝夕相处的地方，明明我们好像如同昨日一样嬉笑打闹，转眼间却要各奔东西，不能像以前一样一起去上课一起下课一起做实验一起做课设。或许这就是离开的痕迹，长大的代价。在这里我也道一声珍重，希望我的好姐妹们各自精彩，实现自己的梦想，为我们的母校争光！在此我也感谢她们对这次设计的大力帮助和支持。我还要感谢我的家人给予我的鼓励和简单的帮助，如果没有他们在精神上的鼓励，我也不会勇敢的面对困难，是他们给了我勇气！
最后我还要感谢论文答辩组的老师，感谢当我答辩时，你们的仔细倾听，这是对我这个研究成果最好的礼物，谢谢你们，给与我创作的肯定，我也能在我以后的人生方向上更上一层楼，答辩组的老师，我会在今后的工作上记得我创作论文时的初衷，并以最好的成绩汇报你们！

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