輸煤系統(tǒng)控制的PLC硬件設(shè)計(jì)案例目錄TOC\o"1-3"\h\u28797輸煤系統(tǒng)控制的PLC硬件設(shè)計(jì)案例 126421.1硬件組成 111881.2設(shè)備選型 122221.2.1電動(dòng)機(jī)選型 110861.2.2檢測(cè)保護(hù)裝置選型 262581.2.3PLC選型 2116111.2.4網(wǎng)絡(luò)設(shè)備選型 319231.2.5上位機(jī)設(shè)備選型 3179401.3主電路及控制原理設(shè)計(jì) 372221.4輸煤系統(tǒng)控制電路設(shè)計(jì) 7147241.4.1I/O地址分配 8171291.4.2硬件組態(tài)及端子接線 81.1硬件組成（1）監(jiān)測(cè)上位機(jī)。本文的系統(tǒng)控制設(shè)計(jì)方案中配置有3臺(tái)上位機(jī)。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的集中控制和監(jiān)測(cè)，將這三臺(tái)上位機(jī)二一分設(shè)于總控操作間和生產(chǎn)線調(diào)度臺(tái)。（2）PLC中間控制層。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用兩臺(tái)PLC分別作為控制主站，并設(shè)有雙網(wǎng)絡(luò)冗余。（3）PLC的遠(yuǎn)程從站及分析模塊。本設(shè)計(jì)中配有3個(gè)遠(yuǎn)程I/O從站，彼此之間通過(guò)DP線纜進(jìn)行與主站之間的數(shù)據(jù)交換。各個(gè)從站配置有的分析模塊是將模擬量輸入PLC中間控制層的關(guān)鍵樞紐，實(shí)現(xiàn)了對(duì)設(shè)備信號(hào)的接收和轉(zhuǎn)換。（4）PLC特殊功能模塊。系統(tǒng)中配有部分特殊控制模塊以增強(qiáng)該控制系統(tǒng)的控制功能，使整個(gè)控制系統(tǒng)能夠執(zhí)行更為穩(wěn)定完善的生產(chǎn)控制。1.2設(shè)備選型1.2.1電動(dòng)機(jī)選型給煤機(jī)1A、1B對(duì)皮帶機(jī)1A進(jìn)行給煤，給煤機(jī)2A、2B對(duì)1B皮帶機(jī)給煤，各給煤機(jī)的電動(dòng)機(jī)型號(hào)均為Y100L2-4，功率為QUOTE=3kW；皮帶機(jī)1A、1B的傾角為α=0°，長(zhǎng)度L=35m，電動(dòng)機(jī)型號(hào)選擇Y132M-4，功率QUOTE=7.5kW；皮帶機(jī)2A、2B的傾角為α=0°~17°，長(zhǎng)度L=127m，電動(dòng)機(jī)型號(hào)選擇Y225M-4，功率QUOTE=45kW；皮帶機(jī)3A、3B的傾角為α=0°~17°，長(zhǎng)度L=180m，電動(dòng)機(jī)型號(hào)選擇Y280S-4，功率QUOTE=75kW；皮帶機(jī)4A、4B的傾角為α=0°，長(zhǎng)度L=65m，電動(dòng)機(jī)型號(hào)選擇Y200L-4，功率QUOTE=30kW；電動(dòng)三通擋板控制煤流方向，電動(dòng)機(jī)的型號(hào)選擇為Y90S-4，其功率為QUOTE=1.1kW；除鐵器下屬皮帶機(jī)的電動(dòng)機(jī)型號(hào)選擇為Y100L1-4，功率為QUOTE=2.2kW；分級(jí)篩電動(dòng)機(jī)型號(hào)選擇為Y180L-4，其功率QUOTE=22kW；碎煤機(jī)的電動(dòng)機(jī)型號(hào)選擇為Y315S-4，功率其QUOTE=110kW；本系統(tǒng)的配煤環(huán)節(jié)由16臺(tái)犁煤器分別控制對(duì)于8個(gè)煤倉(cāng)的分別配給，尺寸為適用帶寬B=800mm的皮帶機(jī)，其電動(dòng)機(jī)的型號(hào)選擇為Y90L-4，功率QUOTE=1.5kW。以上各設(shè)備中電動(dòng)機(jī)選型的額定工作電壓均為380V，額定電流頻率均為為50Hz，保護(hù)要求為B級(jí)絕緣。5kW以下選用Y型接線，5kW以上的電動(dòng)機(jī)選用△接線。各電動(dòng)機(jī)的型號(hào)、數(shù)量與主要參數(shù)詳情見(jiàn)表3-1。由于本表篇幅較長(zhǎng)不適用插入正文，特收入附錄。1.2.2檢測(cè)保護(hù)裝置選型本文所進(jìn)行的保護(hù)裝置選型可見(jiàn)表3-2。表3-2保護(hù)裝置選型表裝置型號(hào)接口功能速度傳感器GSH5數(shù)字DI皮帶機(jī)打滑或失速的報(bào)警保護(hù)煤位傳感器NYRD803模擬AI檢測(cè)倉(cāng)內(nèi)煤位跑偏傳感器GEJ30數(shù)字DI探測(cè)皮帶機(jī)跑偏與預(yù)警停機(jī)撕裂傳感器GVD1200數(shù)字DI檢測(cè)皮帶狀態(tài)發(fā)出撕裂報(bào)警拉繩開(kāi)關(guān)SPS-2D數(shù)字DI用于人工急停情形堆煤傳感器GUJ35數(shù)字DI檢測(cè)皮帶停機(jī)時(shí)是否發(fā)生堆煤1.2.3PLC選型由于不同火力發(fā)電廠對(duì)于輸煤控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需求不盡相同，PLC選型上具有較大差異。在進(jìn)行PLC選型時(shí)一般需要考慮如下因素：（1）結(jié)構(gòu)。不同結(jié)構(gòu)的PLC的功能與成本價(jià)格都有很大的差異。其中整體式結(jié)構(gòu)PLC一般用于獨(dú)立的小規(guī)?？刂葡到y(tǒng)，而結(jié)構(gòu)模塊化的PLC則具備更便捷強(qiáng)大的外擴(kuò)展能力，并且易于分模塊維護(hù)。本控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用了模塊化的技術(shù)成熟完善的西門子S7-300型號(hào)PLC。（2）安裝。輸煤控制系統(tǒng)的PLC設(shè)置分布通常分為集中式、遠(yuǎn)程站式和多系統(tǒng)互聯(lián)方式等。集中式是將PLC系統(tǒng)進(jìn)行集中化設(shè)計(jì)分布，這種安裝方式能夠有效地降低運(yùn)行維護(hù)成本，檢測(cè)故障非常高效。而遠(yuǎn)程站式的PLC設(shè)計(jì)布局一般見(jiàn)于較大規(guī)模的控制系統(tǒng)中，在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備較為集中的位置設(shè)有遠(yuǎn)程I/O站，從而有效減少信號(hào)傳送到主站的布線消耗與區(qū)域占用，降低系統(tǒng)的生產(chǎn)和管理成本。在本設(shè)計(jì)中對(duì)PLC的布局設(shè)計(jì)采用遠(yuǎn)程I/O站方案，便于設(shè)備參數(shù)的收集上傳以及生產(chǎn)空間的節(jié)約。（3）功能。不同型號(hào)的PLC具有各自獨(dú)特的主要優(yōu)勢(shì)應(yīng)用方向，這也導(dǎo)致了不同型號(hào)之間較大的能力差距，譬如內(nèi)存容量、定時(shí)計(jì)數(shù)器的質(zhì)和量、進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換的性能差距等。另外，在進(jìn)行PLC的選型時(shí)也需要考慮可靠性和響應(yīng)速度等硬性條件。綜上考慮，本文的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用了兩臺(tái)S7-300型號(hào)PLC作主控1.2.4網(wǎng)絡(luò)設(shè)備選型為實(shí)現(xiàn)控制主站與上位機(jī)控制中心之間的網(wǎng)絡(luò)通訊，在主站控制硬件的擴(kuò)展槽上設(shè)有CP343-1以太網(wǎng)通信模塊，并裝備有兩臺(tái)型號(hào)為西門子SCALANCEX-300工業(yè)交換機(jī)以連接PLC控制主站和上位機(jī)控制系統(tǒng)。1.2.5上位機(jī)設(shè)備選型前文提到本設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)裝配有3臺(tái)上位機(jī)，依托各種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備與主控PLC進(jìn)行通信，從而達(dá)成對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的各種設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)和控制的目的。故上位機(jī)的選型也是本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵因素之一。上位機(jī)借由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的強(qiáng)大運(yùn)算能力補(bǔ)充PLC控制系統(tǒng)的缺陷不足，實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)綜合管理的全面化和便捷化。本設(shè)計(jì)擬使用組態(tài)監(jiān)控WinCC來(lái)構(gòu)建與上位機(jī)控制系統(tǒng)與PLC控制層的通信控制，從而實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)對(duì)各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的監(jiān)控和管理?？紤]到控制系統(tǒng)在當(dāng)前生產(chǎn)環(huán)境中的運(yùn)行能力和后續(xù)擴(kuò)展生產(chǎn)規(guī)模的要求，需要選擇性能達(dá)標(biāo)并且保證后續(xù)系統(tǒng)能穩(wěn)定可靠運(yùn)行進(jìn)行功能拓展的上位機(jī)。其性能以及參數(shù)如表3-3所示。由于本表篇幅較長(zhǎng)不適用插入正文，特收入附錄。1.3主電路及控制原理設(shè)計(jì)通常情況下對(duì)于運(yùn)行功率低于5kW且啟停頻次需求較少的電動(dòng)機(jī)可以直接起動(dòng)。在前文中設(shè)計(jì)選擇電動(dòng)機(jī)選型中，低于5kW的電動(dòng)機(jī)接線方式采用星形接線，電源通過(guò)接觸器控制進(jìn)行直接啟動(dòng)。而5kW以上的電動(dòng)機(jī)采用△接線方式，電源通過(guò)軟啟動(dòng)器以及控制接觸器啟動(dòng)。可以進(jìn)行軟啟動(dòng)和軟停車，并且具有較好的適應(yīng)能力，可輔助電動(dòng)機(jī)完成穩(wěn)定無(wú)波啟動(dòng)。構(gòu)思的控制回路原理圖需要與主電路設(shè)計(jì)相結(jié)合從而對(duì)系統(tǒng)起到控制、轉(zhuǎn)換和保護(hù)等重要作用。由于系統(tǒng)的控制特點(diǎn)和各類生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)中設(shè)備信號(hào)的復(fù)雜多樣，控制回路的原理設(shè)計(jì)需要包括就地控制箱的狀態(tài)指示、就地/集控模式的轉(zhuǎn)換、啟停、合閘開(kāi)關(guān)等功能操作的設(shè)計(jì)以及其與主電路、電源控制柜和PLC控制柜的聯(lián)系，達(dá)成使生產(chǎn)設(shè)備既可就地控制，也可遠(yuǎn)程操作的控制要求，并能聯(lián)鎖切換這兩種控制模式。（1）皮帶機(jī)主電路圖以及控制回路原理圖。本輸煤控制系統(tǒng)設(shè)有8條皮帶機(jī)，各個(gè)皮帶機(jī)的電動(dòng)機(jī)均采用軟啟動(dòng)器進(jìn)行啟動(dòng)，主電路以及控制原理如圖3-3所示。出于對(duì)后續(xù)I/O進(jìn)行對(duì)應(yīng)分配的考量，所有圖紙均使用n代表該電動(dòng)機(jī)的控制元件，其中n=3，7，9，24，13，28，15，30分別代表皮帶機(jī)1A~皮帶機(jī)4B。（2）各個(gè)分級(jí)篩、碎煤機(jī)的主電路圖以及控制回路原理圖設(shè)計(jì)。本控制系統(tǒng)配備有分級(jí)篩及碎煤機(jī)各2臺(tái)，各個(gè)設(shè)備的電動(dòng)機(jī)均采用軟啟動(dòng)器進(jìn)行啟?？刂?。其主電路及控制原理圖如圖3-4，其中圖中n=11，26，12，27分別代表分級(jí)篩1A及分級(jí)篩1B、碎煤機(jī)1A和碎煤機(jī)1B。（3）給煤機(jī)以及除鐵器的主電路圖和控制原理圖設(shè)計(jì)。振動(dòng)給煤機(jī)和除鐵器的電動(dòng)機(jī)功率較低，故此均采用馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行簡(jiǎn)單保護(hù)后直接啟動(dòng)，主電路及控制原理圖如圖3-5所示，其中n=1，2，5，6，10，25分別代表給煤機(jī)1A、2A、1B、2B以及除鐵器1A、1B。（4）電動(dòng)三通擋板、犁煤器的主電路圖及控制原理圖設(shè)計(jì)。三通擋板和犁煤器的電動(dòng)機(jī)參數(shù)型號(hào)基本相同并且運(yùn)行功率均較低，所以在這里直接選擇對(duì)二者進(jìn)行正反轉(zhuǎn)控制直接啟動(dòng)。主電路圖及控制原理圖相同如圖3-6所示，n=4，8，14，29，16~23，31~38分別代表三通擋板1A、1B、2A、2B，犁煤器1A~8A、1B~8B。圖3-3皮帶機(jī)主電路和控制回路圖3-4碎煤機(jī)和分級(jí)篩的主電路與控制回路圖3-5除鐵器和給煤機(jī)的主電路與控制回路圖3-6電動(dòng)三通和犁煤器的主電路與控制回路1.4輸煤系統(tǒng)控制電路設(shè)計(jì)本控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中需要由PLC進(jìn)行控制的主要對(duì)象如表3-6所示表3-6控制對(duì)象表設(shè)備數(shù)量給煤機(jī)4皮帶機(jī)8三通擋板4除鐵器2分級(jí)篩2碎煤機(jī)2皮帶秤2犁煤器16聲波煤位計(jì)81.4.1I/O地址分配為了避免出現(xiàn)控制設(shè)備發(fā)生更新?lián)Q代而地址接口卻沒(méi)有了分配空間或者火力發(fā)電廠想要對(duì)生產(chǎn)線路進(jìn)行一定規(guī)模的擴(kuò)容卻無(wú)法在控制系統(tǒng)中進(jìn)行添加，所以本設(shè)計(jì)中的所有遠(yuǎn)程從站在進(jìn)行地址分配設(shè)計(jì)時(shí)都留有一定的接口端子容量余裕。不同的從站由于在生產(chǎn)線路中分布的位置和起到的信息交換作用各不相同，故本文中的3個(gè)從站對(duì)于數(shù)字量和模擬量的輸入輸出功能均有不同的分工。在這種條件下各DP從站的I/O地址分配如表3-7至3-9所示。由于本表篇幅較長(zhǎng)不適用插入正文，特收入附錄。1.4.2硬件組態(tài)及端子接線綜合已經(jīng)完成初步設(shè)計(jì)的控制方案，如圖3-10所示即為目前已完成設(shè)計(jì)構(gòu)思的組態(tài)層次與架構(gòu)。為了使組態(tài)軟件中設(shè)置好的硬件信息和PLC控制層中的地址信息準(zhǔn)確地對(duì)應(yīng)，在進(jìn)行組態(tài)操作和啟動(dòng)組態(tài)工具之前需要先通過(guò)STEP7組態(tài)軟件對(duì)所有的生產(chǎn)工控進(jìn)行信息注冊(cè)入表。在完成此操作的基礎(chǔ)上才能夠在軟件中的下行界面進(jìn)行詳盡地參數(shù)設(shè)定。圖3-10S7-300PLC的組態(tài)如圖3-11至圖3-13所示即為本文所選用的三個(gè)從站DP1至DP3的詳細(xì)輸入輸出模塊配置。為了避免長(zhǎng)距離通信布線帶來(lái)的信號(hào)交流穩(wěn)定性隱患以及出于減弱通信復(fù)雜程度的目的，本文通信網(wǎng)絡(luò)的架設(shè)根據(jù)就近原則縮短接線距離。生產(chǎn)線路中的各個(gè)控制設(shè)備均選擇與通信距離最短的相鄰PLC控制層主站進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接。在此之后使用組態(tài)軟件對(duì)DP1至DP3從站的配置設(shè)備信息和PLC控制地址信息進(jìn)行一一注冊(cè)對(duì)應(yīng)，完成所有控制模塊的入網(wǎng)。圖3-11DP1的模塊地址分配圖3-12DP