输煤系统仿真实训装置
PLC控制系统设计输煤系统仿真实训装置
锅炉输煤系统的背景
1系统各组成部分编号原则
图1.1供暖锅炉输煤系统设计示意图
1、给煤间: 2、1"皮带; 3、转运间: 5、破碎机: 6、除铁器: 7、3"皮带;8、受煤坑: 9、给煤机,电磁铁门,堵煤振动器; 10、受煤斗。
1.1.2系统操作步骤
由于控制对象使用环境的特殊性和运行的长期连续性根据供煤系统要求,流程启动时,只按逆煤流方向逐台启动。联锁开车顺序: 1"皮带机一破碎机一除铁器3"皮带机一给煤机一电磁铁门一堵煤振动器。当系统停车时,流程按顺煤流方向逐台停机,联锁停车顺序:与开车顺序相反,延时时间按要求设定。
1.1.3故障显示
输煤系统输煤线,包括给煤机、皮带机、振动筛、破碎机、除铁器、堵煤振动器、电磁铁门、低位煤发生器,受煤斗共九台设备,在锅炉生产中有着极为重要的地位,一旦不能正常工作,供暖就会受到影响。为了保证生产运行的可靠性,输煤系统采用自动(联锁)控制方式。由于输煤廊环境恶劣,全部操作控制都在主厂房的集中控制室里进行,仪表盘上设有各个设备的状态显示指示器以监测设备状态并设相应控制按钮,还有为PLC提供输入信号的控制开关。输煤设备控制功能由PLC实现,由传感器件反馈信号做系统输煤运行信号。设备状态监视为了保证输煤系统的正常、可靠运行,该系统应满足以下要求:
(1)供煤时,各设备的启动、停止必须遵循特定的顺序,即对各设备进行联锁控制;
(2)各设备启动和停止过程中,要合理设置时间间隔(延时) 。启动,停车延时统一设定为10s。启动延时是为保证无煤堆积以发生故障;停车延时是为保证停车时破碎机等为空载状态,各输煤皮带上无剩余煤;
(3)运行过程中,某台设备发生故障时,应立即发出报警并自动停车,其整个输煤(指供料方向)设备也立即停车。此外在现场也有控制系统装置运行的按钮
(4)可在线选择启动备用设备。在特殊情况下可开启另一套备用设备,由两条输煤线的有关设备组成交叉供煤方式;
(5)可显示各机电设备运行状况,在集中控制室即可控制系统设备启停。
控制系统在上位机操作现场及集中控制室均可控制。在故障停机情况下,各设备均立即联跳,故障解除后,可将停掉的设备以自动控制再次启动。紧急情况下,可操作集中控制室中控制面板上的急停掉电按钮,它将使现场所有运行中的受控设备立即停机。
1.1.4其他设备运行规则
(一)输煤机的选择
选用GZG系列自同步惯性振动输煤机是一种经济技术先进的给煤设备,经济效益和社会效益十分显著,与普遍采用的传统的电磁振动给料机比较:
(1)生产率提高50%;
(2)节电59%以上
(3)整机功率因数可达0.98:
(4)维修工时减少30%;
(5)噪声由180分贝减少到80分贝
(6)设备重量减少50%以上;
(7)提高工艺自动化水平、煤炭、电力、轻工等部门普遍推广这一高效节能型变频调速惯性振动给料机,以取代目前普遍采用的效率低、能耗大、维修困难的电磁振动给料机;
(8)本设备在远超共振状态下工作,因而振幅稳定,运行可靠,对各种物料适应性较强。
(二)破碎机的选择
选用我国电力部推广RP型婉式中中速磨,其优点是粉碎电耗低、钢材耗量少、设备紧凑和噪声小。RP粉碎机的磨盘为碗形,有电动机带动旋转,粉碎轴绕固定轴在磨盘上滚动。磨棍用液压加载,在研煤表面之间产生所需要的压力。其出粉细度能满足烟煤或劣质烟煤着火与吻燃做需的细度。在粉碎机出力范围内其出粉细度与给煤速度无关。采用机械和空气双重密封,适用于锅炉制粉系统正负运行。其出力是给煤量和进风量来控制的,调节范围大,对载流大,对载荷变化反应迅速。RP碗式粉煤机配有完整的温度、压力检测和控制元件,在出现异常时能够及时报警并自动进行控制。RP碗式粉煤机具有连续作业率高、出力和细度稳定及研煤广泛等特点,被广泛应用在锅炉输煤系统中。
(三)皮带机的选择
选用大倾角挡边胶带输煤机,它是一种新型带式输煤机,即是在平型胶带输送带的两侧粘有泼型挡边,中间部按需要加上横隔板,使物料在一个厘状的容器中进行输送,与普通的胶带输送相比,输送能力提高2-2.5倍,输送倾角最大可达90°，70°以下最好。使用该设备可减少占地,提高运送量, 且易变向输送、不洒落煤。波形挡边高度从60至240mm共八种。装在波形挡板边之间的横隔板有T型、C型两种基本形式,在输送机倾角小于40°,使用T型横隔板;倾斜角大于40°,使用C型横隔板。具体选哪种型号横挡板视实际现场而定。
(四)压力传感器
压力传感器选用指针式电接点压力传感器,其输出信号为开关信号。按实际要求设定好预定压力值后即可。
地位煤发生器与PLC独立, 白配电源,当受煤斗中的煤达到地位线时,地位煤发生器立即得电其自身警报铃立即发出报警,提醒工作人员进行相应操作。在集中控制室的控制面板也设有该设备相应控制及状态显示。如图1.2所示。
图1.2低位煤发生器位置示意图
1.2按系统要求设计工艺流程
1.2.1启动过程
初始状态各部分都出于停机状态如图1.3,当流程启动时各部分按照逆煤流方向逐台启动。如果压力传感器达到指定压力,系统不能启动。启动过程为:皮带机M5首先启动,延时10S破碎机M4开始启动,同时除铁器MO启动,延时10S后皮带机M3启动, 10S后给煤机M2启动, 10S后电磁铁门得电打开,开始有煤送出,同时堵煤振动器M1得电处于待机状态,整个系统启动完毕处于正常运行。在整个过程中的由于每个阶段与下一阶段都有延时,可以避免煤炭堆积。
图1.3系统启动过程示意图
1.2.2停止过程
当系统要停车时,流程要按照顺煤流方向停车如图1.4。当压力传感器得到指定压力后,堵煤振动器M1掉电,延时10S后电磁铁门关闭,送煤结束,延时10S后给煤机M2停止, 10S后皮带机M3停机,延时10S后除铁器M0关,延时10S后破碎机M4停止, 10S后皮带机M5停止,各部分重回初始状态。停车完毕。在整个过程中的由于每个阶段与下一阶段都有延时,可以避免煤炭堆积。
图1.4系统停止过程示意图
1.3按实际I/O点数进行地址的分配
1.3.1输入部分(如表1.1)
表1.1输入地址
|
输入点 |
作用 |
|
I0.0 |
皮带机M5保护 |
|
I0.1 |
破碎机M4保护 |
|
I0.2 |
除铁器Mo保护 |
|
I0.3 |
皮带机M3保护 |
|
I0.4 |
给煤机M2保护 |
|
I0.5 |
电磁铁门M6保护 |
|
I0.6 |
堵煤振动器M1保护 |
|
I0.7 |
紧急停止开关 |
|
I1.1 |
压力传感器信号 |
|
I1.2 |
启动开关 |
|
I1.3 |
停止开关 |
1.3.2输出部分(见表1.2)
表1.2系统内部输出地址
|
输出点 |
作用 |
|
Q0.0 |
除铁器KM0 |
|
Q0.1 |
堵煤器KM1 |
|
Q0.2 |
给煤机KM2 |
|
Q0.3 |
皮带机KM3 |
|
Q0.4 |
破碎机KM4 |
|
Q0.5 |
皮带机KM5 |
|
Q0.6 |
电磁铁门KM6 |
|
Q0.7 |
系统故障指示灯L1 |
1.4根据系统要求编写梯形图程序
程序作用及功能:该程序包括启动程序、停止程序和紧急停止程序。
启动程序有保证系统启动和系统正常运行的功能,该段程序中的延时程序具有防止系统中各部分设备出现堆煤的现象的功能。
停止程序在系统未出现异常现象时使系统正常停止,该部分同样包含延时程序,防止停车后各设备堆煤现象出现。
紧急停止程序,在系统出现异常时可以使所有设备紧急停车,避免意外发生[6]具体程序如下:
(1) 启动程序
LD I0.9 启动按键
OR Q0.9 KM5自锁
AND NOT TIM110
OUT Q0.5 KM5(皮带机M5)启动
LD Q0.5 KM5(皮带机M5)与启动开关互锁
OR I0.9
AND Q2.2
TIM 104
#100 延时10s
LD Q0.4
AND NOT TIM109
OR TIM104
OUT Q0.4 破碎机M4启动
OUT Q0.0 除铁器MO开启
AND NOT Q0.3
AND NOT Q2.5
TIM 103
#100 延时10s
LD TIM112
TIM 110
#100 延时10s
LD TIM103
OR Q0.3
AND NOT TIM108
OUT Q0.3 皮带机M3启动
LD TIM113
OR Q0.3
AND NOT Q0.2
AND NOT Q2.3
TIM 102
#100 延时10s
LD TIM113
TIM 109
#100
TIM 112
#100
OUT Q2.2
LD TIM102
OR Q0.2
AND NOT TIM107
OUT Q0.2 给煤机M2启动
LD TIM102
OR Q0.2
AND NOT Q0.6 电磁铁门未关闭(互锁)
TIM 105
#100
LD TIM114
TIM 108
#100
TIM 113
#100
OUT Q2.5
LD TIM105
OR Q0.7
AND NOT TIM106
OUT Q0.6 电磁门启动
LD TIM105
OR Q0.7
AND NOT Q0.1
AND NOT Q2.1
TIM 101
#100
LD TIM115
TIM 107
#100
TIM 114
#100
OUT Q2.3
LD Q0.1
AND NOT Q2.4
OR TIM101
OUT Q0.1 堵煤震动器M1启动，给煤停止
(2)停止程序
ILC(03)
LD I1.0 停止按键启动
OR Q2.0
TIM 106
#100 堵煤振动器启动
TIM 111
#100 10s后电磁铁门关闭
OUT Q2.0 延时10s后KM2关闭
OUT Q2.1 延时10s后KM3关闭
OUT Q2.4 延时10s后KM5关闭停止完毕
(3)紧急停止程序(报警程序)
LD I0.0
AND I0.1
AND I0.2
AND I0.3
AND I0.4
AND I0.5
AND I0.6
OUT Q0.7 指示灯显示(报警)
AND NOT I0.7
AND I0.8
IL(02)
END(01) 程序结束
1.5工业通用组态软件一组态王的应用
1.5.1组态王6.0的功能
组态软件是指一些数据采集与过程控制的专用软件,它们是在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境,使用灵活的组态方式,为用户提供快速构建工业自动控制系统监控功能的、通用层次的软件工具。组态软件应该能支持各种工控设备和常见的通信协议,并且通常应提供分布式数据管理和网络功能。对应于原有的HMI (人机接口软件, Human Machine Interface)的概念,组态软件应该是一个使用户能快速建立自己的HMI的软件工具,或开发环境。在组态软件出现之前,工控领域的用户通过手工或委托第三方编写HMI应用,开发时间长,效率低,可靠性差;或者购买专用的工控系统,通常是封闭的系统,选择余地小,往往不能满足需求,很难与外界进行数据交互,升级和增加功能都受到严重的限制。组态软件的出现,把用户从这些困境中解脱出来,可以利用组态软件的功能,构建一套最适合自己的应用系统。随着它的快速发展,实时数据库、实时控制、SCADA、通讯及联网、开放数据接口、对I/O设备的广泛支持已经成为它的主要内容,随着技术的发展,监控组态软件将会不断被赋予新的内容
目前看到的所有组态软件都能完成类似的功能:比如,儿乎所有运行于32位Windows平台的组态软件都采用类似资源浏览器的窗口结构,并且对工业控制系统中的各种资源(设备、标签量、画面等)进行配置和编辑;都提供多种数据驱动程序;都使用脚本语言提供二次开发的功能等等。但是,从技术上说,各种组态软件提供实现这些功能的方法却各不相同。从这些不同之处,以及PC技术发展的趋势,可以看出组态软件未来发展的方向。
随着企业提出的高柔性、高效益的要求,以经典控制理论为基础的控制方案已经不能适应,以多变量预测控制为代表的先进控制策略的提出和成功应用之后,先进过程控制受到了过程工业界的普遍关注。先进过程控制(Advanced ProcessControl, APC)是指一类在动态环境中,基于模型、充分借助计算机能力,为工)获得最大理论而实施的运行和控制策略。先进控制策略主要有:双重控制及阀位控制、纯滞后补偿控制、解耦控制、自适应控制、差拍控制、状态反馈控制、多变量预测控制、推理控制及软测量技术、智能控制(专家控制、模糊控制和神经网络控制)等,尤其智能控制已成为开发和应用的热点。日前,国内许多大企业纷纷投资,在装置自动化系统中实施先进控制。
1.5.2变量定义、图形编辑工具箱与动画链接的使用
(1)变量定义
在控制系统中,需要采用变量来存放外部设备传来的检测信号,这些变量需要同外部设备进行数据交换。
作为上位机,需要与外部设备交换数据。这些外部设备包括:下位机如PLC,仪表等,一般通过串行口和上位机交换数据。只有定义了外部设备之后,可以使用数据词典定义需要的变量,对于输煤系统至少需要一个模拟量和一个数字量。
模拟变量的定义。单击“数据库”大纲的“数据词典”成员名,然后在目录中点击“新建”图标,出现“定义变量”窗口。在“基本属性”页输入名称,变量为"I/O实数” ,连接设备为“新I/O设备”寄存器设置为"DICREA100",数据类型为"Float",读写数据为只读,采集频率为1000ms,最小值0,最大值3.5,最小原始值0,最大原始值3。
数字量变量定义。在目录内容显示区中双击“新建”图标,再次出现“定义变量”窗口。在“基本属性,”页输入名称,变量为"I/O离散”,初始值设置为“关”,连接设备为“新I/O设备”寄存器设置为"CommErr",数据类型为"Bit",采集频率为1000ms.然后点击“记录和安全区”选项卡,点击选中“数据变化记录”单选按键,点击确定,完成变量设置。如图1.5
图1.5变量定义对话框图
(2)图形编辑工具箱
单击“工具箱”中的“文本”工具按钮,然后将鼠标移动到画面适当的位置单击,用户便可入文字。输入完毕,单击鼠标,文字输入完成。
利用组态王的图库绘制需要的图素。单击“图库”中的“打开图库”,出现“图库管理器”从中选择自己需要的图素选中,双击后将鼠标移动到画面适当位置单击,图素就会出现在画面上,用鼠标将其大小调试到适合的尺寸,同样的方法将白己需要的所有图素找到,完成该次绘制。
(3)动画链接
图1.6启动按键的动画连接设置
启动按键的动画连接设置:双击“启动”按钮,出现“动画连接”对话框,单击命令语言连接中的“弹起时”按钮,出现“命令语言窗口”,输入如下命令语言:"\\本站点\启动=1:"单击确定,返回动画连接对话框,再单击“确定”按钮,则“启动”按钮的动画连接完成。如图3.6。
指示灯的动画连接设置:双击“指示灯”按钮,出现“指示灯向导”对话框。将变量名设为“\1本站点\启动”,将“正常色”设为绿色, "报警色”设为红色,单击确定,完成设置。如图1.7。
图1.7指示灯的动画连接设置
1.5.3系统的操作界面
(1) 未启动状态界面如图1.8
图3.8煤输系统上位机界面(未启动状态界面)
(2)启动切正常运行状态界面如图1.9
图1.9煤输系统上位机界面(启动切正常运行时状态界面)
(3)系统运行异常界面如图1. 10
图1.10煤输系统上位机界面(运行异常报警)
3.6上下位机的通信
上下位机通信采用RS232串行通信分式格式,遵循Modbus协议,使用计算机自带的coM端口,通讯参数(波特率、数据位、停止位、奇偶校验)设置一致[25本系统设置为
波特率: 19 200。
奇偶校验:无校验。
数据位:8。
停止位:1。
4实验结果
用组态王上位机界面可以对PLC下位机进行全方位监控,按下启动按键后系统各部分依次启动,启动过程为:皮带机M5首先启动,延时10S破碎机M4开始启动,同时除铁器MO启动,延时10S后皮带机M3启动, 10S后给煤机M2,启动,延时10S后电磁铁门得电打开,开始有煤送出,同时,堵煤振动器M1得电,处于待机状态,整个系统启动完毕处于正常运行。在整个过程中的由于每个阶段与下一阶段都有延时,可以避免煤炭堆积。
按下停止键后系统正常停止,当出现意外时按下紧急停止按键系统会紧急停车.当压力传感器得到指定压力后,堵煤振动器M1掉电,延时10S后电磁铁门关闭,送煤结束,延时10S后给煤机M2停止, 10S后皮带机M3停机,延时10S后除铁器M0关,延时10S后破碎机M4停止, 10S后皮带机M5停止,各部分重回初始状态。
绿灯亮表示系统设备运行正常,变为红灯时表示运行异常。
相关信息
