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务I 匐 化 基于P L C 的火电厂自动排故输煤系统设计与仿真 Aut om at i c f ai l ur e el i m i na t i on of coal handi ng s ys t em o f po w er p l ant s basi c on PL C 樊琛，曹凡，杨振坤 F AN Ch e n ， CAO F an ． Y ANG Zh e n k u n 西安交通大学 城市学院机械工程系，西安 7 1 0 0 1 8 摘要电厂锅炉输煤系统主要任务是输煤与存储。为避免滞留煤粉，通常启动和停车方向相逆。 为提高效率并降低成本 ，输煤系统必需自动、及时、有效地排除故障。本文介绍了自动排 故输煤系统的组成及控制要求，选用西门子7 -2 0 0 型P L C，设计了系统的硬件连接，运用 S T E P 7 - Mi o r o ／ WI N 编译软件程序 ，在s 7 2 0 0 P L C 环境下实现脱机仿真。程序运行良好， 得 到预期的效果。 关键词 S 7 - 2 0 0 P L O； 输煤系统；自动排故；P L O 仿真 中图分类号T P2 7 3 文献标识码 B O o i 1 0 ． 3 9 6 I／ J ． i s s n ． 1 0 0 9 - 0 1 3 4 ． 2 0 1 3 ． 1 1 下 ． 3 8 0 引言 锅炉是火力发电厂的三大主机 中最基本 的能 量转换设备。输煤系统是其重要的辅助机构，与其 它相应的机电设备共同担负着火电厂电力生产燃料 的供应任务，完成从煤源 卸船机、翻车机 、卸车 机、汽车卸煤沟等至储煤场，再由储煤场到主机 煤仓 ，或者直接到主机煤仓的卸煤、贮煤、上煤和 配煤任务川。输煤系统具有控制设备多、分布广、 工作环境恶劣 ，操作频繁及维护工作量大等特点。 传统的控制方法依靠人工手动启、停及检修输 煤 系统 ，大大落后于电厂向自动化、一体化发展的步 伐。随着工矿企业的发展及其生产规模不断扩大， 发电量 日渐增加 ，对输煤系统的稳定性 、自动化、 多功能、安全可靠等要求越来越高 ，这就迫切需要 一 种具备 自动启动、停止、排除故障、便于检修及 运行稳定等特点的的锅炉输煤系统 。 本文在充分 了解 国内外火 电厂燃料输煤控制 系统 发展趋势 的前提下 ，结合小型火力发 电厂输 煤 系统 的运 行模 式 ，充 分考 虑输煤 系统 的控 制 要求及其可靠性 ，对输煤控制系统 的组成 、工作 特点、控 制方式等做 了全面的分析 ，设计 了基于 P L C 控制的锅炉 自动输煤 系统 。通过西门子S 7 2 0 0 的编程与仿真软件运行 了锅炉输 煤系统的控制程 序，程序运行 良好 ，达到了预期的设计 目标 。 1 输煤系统的硬件设计 1 ．1锅炉输煤系统的组成 文章编号1 0 0 9 -0 1 3 4 2 0 1 3 1 1 下 一0 1 2 8 -0 4 小型火电厂输煤系统将煤场输送来 的未经处 理的煤粉经给煤机送往 1 皮带运输机，然后经过 筛煤机筛选，筛下细煤经缓冲滚筒至2 皮带运输 机 ；筛上的大块煤经碎煤机砸 碎后送至2 皮带运 输机 。然后煤粉经高位转运站、三通挡板 、落煤 管、煤仓间，送至3 皮带运输机 。1 、2 、3 样 皮 带为T D7 5 型带式输送机 ，主要参数为带宽 1 0 m； 输送量3 0 0 t ／ h ；带速2 ． O m／ s ；输送机长分 1．1 6 0 m、 4 0 m、3 0 m。数量设为2 台，其 中l 台为备用机 。锅 炉输煤系统组成如图1 所示 。 1给煤机；2 ． 1 皮带 ；3 ． 除铁器 ；4 ． 筛煤机 ；5 ． 三通挡板 6 ． 碎煤机 ；7 ． 皮带；8 ． 刮板器 ；9 ． 原煤仓1 0 ． 3 皮带 ；1 1 ． 制粉 系统 图1 输煤系统的组成图 1 ．2输入／ 输出模块地址分配 系统 选 用 西 门子 S 7 2 0 0 型 P LC， 型 号 为 CP U2 2 6 CN。根据分析 ，输入模 块包括启动 按 钮 、停止按钮 、继电保护、故障保护、模式切换按 钮等。P L C系统数字量输入点分配表如表1 所示 。 收穗日硼2 0 1 3 - 0 8 - 0 9 作者简介樊琛 1 9 8 3～ ，女，山东济南人，讲师，硕士研究生，主要从事智能检测与监测控制等方面的研究。 [ 1 2 8 ] 第3 5 卷第1 1 期2 0 1 3 1 1 下 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 表1 P L C 系统数字量输入点分配表 数字量输入信号功能 地 址 独立， 联锁工作方式切换开关 1 0 ． 0 联锁启动按钮 1 0 ． 1 联锁停机按钮 1 0 ． 2 设备 急停拉线 开关 1 0 - 3 给煤机启动按钮 1 0 - 4 给煤机停机按钮 1 0 ． 5 1 皮带启动按钮 1 0 ． 6 1 皮带停机按钮 I O ． 7 筛煤机启动按钮 I 1 ． 0 筛煤机停机按钮 I 1 ． 1 碎煤机启动按钮 I 1 ． 2 碎煤机停机按钮 I 1 ． 3 2 皮带启动按钮 I 1 ． 4 2 皮带停机按钮 I 1 ． 5 3 皮带启动按钮 I 1 ． 6 3 皮带停机按钮 I 1 ． 7 给煤机热继电器保护 I 2 ． 0 l 皮带热继电器保护 I 2 ． 1 筛煤机故障保护 1 2 ． 2 碎煤机热继 电保 护 1 2 _ 3 2 皮带热继电保保护 I 2 ． 4 3 皮带热继电器保护 I 2 ． 5 输 出模 块包括电铃、给煤机 、1 皮带 、筛煤 机 、碎煤机 、2 样 皮带 、3 皮带及相应的故障指示 灯 。数字量输出点分配表如表2 所示。 表2 P L C系统数字量输出点分配表 数字 量输 出功 能 地址 电铃 QO ． 0 给煤机运 行控 制 QO ． 1 1 井 皮带运 行控制 QO ． 2 筛煤机运 行控制 QO ． 3 碎煤机 运行控制 QO ．4 2 皮带运行控制 QO ． 5 3 皮带运 行控 制 Q O ． 6 给煤机故障指示灯 Q O ． 7 1 皮带故障指示灯 Q1 ． 0 筛煤机故障指示灯 Q1 ． 1 碎煤机故障指示灯 Q1 ． 2 2 样 皮带故障指示灯 Q1 ． 3 3 样 皮带故障指示灯 Q1 ． 4 1 ． 3 设计P L C 外 围硬件线路 P L C利用 集成技术 ，大幅度 减少机械触点和 硬 件连线的数量 ，降低 了硬件故障发生率 ，具有 硬件故障 自我检测功能， I ／ O接 口设置光电隔离， 有效克服电气和辐射等干扰 。图2 为P L C 外部接线 图 。 自 动 厍动 r 、 电 铃 运 行 切 换 按 钮 1 0 ．O Q 0．0 ＼ _ ， 控制 一／一 I 联 锁 启 动 按 钮l S B 0 1 1 0 ．1 l l ／一 K M0 1 J 联 锁 停 机 按 钮 J S B 0 2 Q O ．1 ，、 l 给 煤 机 ／一 I o ．2 ]√ l 运行 控制 l S B 0 3 l 急 停 拉 线 开 关 l ／ 一 IO ．3 K M 02 S R n 4 Q O ． 2 ， 、 l 1 皮带 给 煤 机 启 动 按 钮l 厂 1 0 ．4 ]√ l 运 行 控 制 l SB05 _ 给 煤 机 停 机 按 钮I ／一 I O ． 5 K M 0 3 Q 0 ． 3 ， _ 、 I 筛煤机 S B 0 6 ] √ I 运行控制 l 皮带启动按钮 I O ．6 ／ l M 0 4 SB07 1 0 ．7 Q 0 ．4 r 、 l碎 煤 机 l 皮 带 停 机 按 钮 ／ 一 U l 运行 控 制 SB1 C 碲煤 机 启动 按钮 I 1 ．0 ／一 K M0 5 Q O ． 5 ， 、 l 2 皮带 I 1 ． 1 、_ ， l 运行控制 碲 煤机停机按钮 厂 SB12 KM O 6 I 1 ．2 I 3 皮 带 碎 煤 机 启 动 按 钮l 厂 QO ． f I运行 控 制 I l - 3 碎 煤机 停机按 钮 ／一 K MO 7 SB1 4 Q0 ．7 厂 、 l 给煤机 I 1 ．4 ] √ l 故障指示 2 皮带启动按钮 ／一 SB 1 5 I 1． 5 K M l O 厂 、 1 皮带 2 皮带停机按钮 ／一 Q1 ．o 故 障指 示 ； 皮带 启动 按钮 SR1 I l 6 厂 } 煤 机 热 继 电 保 护 l R J 1 7 K M1 l I 1 ．7 厂 Q1 ．1 ， 、 l 筛煤机 R J 2 0 ] √ l 故障指示 皮带热继电保护 ／ I 2 0 KM 1 2 R J 2 1 Q1 ．2 ， _ 、 ] J 碎煤机 f 煤 机热继电 保 护 厂 I 2 ． 1 故障 指示 RJ22 KM 1 3 煤机热继电保护 ／ I 2．2 RJ 20 Q1 ．3 ， _ 、 2 皮带 故 障指 示 厂 I 2 -3 皮 带热 继 电保护 RJ 21 厂 I 2 ．4 KM1 4 R J 2 2 Q1 4 ， 、 3 皮} 皮带热继电保护 ] √ 故障指示 厂 I 2 ．5 图2 p L C b 部接线图 2 P L C的软件设计 2 ． 1软件总体设计 根 据被控对象 输煤设备和输送过程 控制 要求及设计 目标，编写程序流程 图，应用P L C 编程 语言、指令模块化设计 。流程 图主要 由工步 、有 向连 线、转换条件和动作 四部分组成 。程序总流 程图如图3 所示。 第3 5 卷第1 1 期2 0 1 3 1 1 下 [ 1 2 9 1 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 务l 匐 似 图3 程序流程 图 2 ． 3梯形图语句设计 根 据程 序 总流 程 图分 别设 计 系统 初始 化 模 块 、顺序启动模块 、顺序停车模块 、故障排 除模 块及独立运行模块 。 图4 顺序启动梯形图语句 [ 1 3 0 1 第3 5 卷第1 1 期2 0 1 3 1 1 下 给 煤 机 故 障 输 出 ．1 O1 ．0 } _ I 皮 带 运 }禽 机 故 障 输 出 ．2 01 ． 1 _ 筛 煤 机 『厦 输 出 3 Q1 -2 _ _ { 碎 煤 机 故 障 输 出 4 Q1 3 } - 一 2 度 带 运 输 机 故 障 输 出 ． 5 Q1 ． 4 卜 3 皱 带 运 输 机 故 障 输 出 “ 图5故障排 除梯形 图语句 3 编译与仿真 3 ． 1软件编译与调试 S TEP 7 一 Mi C r o ／ w I N是 西 门子 公 司专 为 S I MAT I C S 7 2 0 0 P L C研发的编程软件 ，它基于 Wi n d o ws 的应用软件，功能强大、简单易学 】 。编 译程序，检查语法错误，将L AD 转换为S T I ，如图 6 所示 。 图6 编译调试 图 3 ． 2 S 7 - 2 0 0 P L C 程序仿真 S 7 2 0 0 P L C 仿真软件对程序进行脱机仿真 ，模 拟P L C的工作状态，检验程序是否达到 目标要求 。 仿真软件运行界面图如图7 所示 。 {丽 露 磐 I j l ～_。一 寰黪 0 图7 仿真软件运行界面图 系统出现故 障后，故障点提示信号输入 ，故 障设备及其 前级设备立 即停车 ，不再向故 障设备 输送煤粉 ，避免煤粉堆积 ；按运行顺序故 障设备 【 下转第1 3 4 页】 一 满 ～ 罄 聪 鼍 巍 爱霞 ～ 融 隧器 隧 麟 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m I 匐 ,t la 以极大地提高 自动焊接装备 的作业效率 ，减少维 修费用 。回转支承是回转机构 的核心部分 ，其选 型工作的开展及合理 的参数分配尤为重要 ，是 自 动焊接装备回转机构设计的关键 。 2 与 回转支承 大齿 圈啮 合 的小 齿轮在大功 率 、大负荷和变载荷下工作 ，低速重载 ，齿根弯 曲应力及齿面接触应力均很大 。通过对其进行的 分析计算及讨论，对该工况下的齿轮传动设计具 有较好的指导意义 。 3 通过 对 回转平 台的实体 建模及 有限元分 析 ，可以看出回转平 台的结构设计合理，在满足 强度的同时，也具有足够 的刚度 ，这为回转平 台 机械结构的具体设计提供了有益的科学依据 。 参考文献 ⋯ 1 迟 永滨， 等． 液压 挖掘机 回转支承选型计算需注意 的问题 『 J ] ． 工程机械， 2 0 0 1 ， 7 1 6 1 8 ． [ 2 】成大先主， 编． 机械设 计手册 第3 卷【 M】 ． 北京 化学工业 出 版社， 2 0 0 8 ． 【 3 】何 西泠． 回转支承装置的摩擦 阻力矩 【 J 】 ． 中国机械工程学 报 ，加 0 6 ，4 2 1 8 3 1 8 6 ． [ 4 】鲁军． 八钢 3 号板坯 连铸机 回转 台加盖机 传动 问题分析 [ J 】 ． 新疆钢铁， 2 0 0 9 ， 1 0 9 1 3 2 3 4 ． f 5 ]5 马月 月， 等 ． 悬臂式 掘进机 回转 台有 限元分析 【 J 】 ． 煤矿机 械 ，2 0 0 8 ， 2 9 1 0 5 8 5 9 ． 童‘ 囊‘ 囊 矗‘ 童‘ 童 j蠡‘ 奠● 童‘ {蠡‘ 出‘ 蠡‘ 重● 出 出● 生‘ ＆‘ 量‘ 蠡‘ 盎‘ 童‘ 鑫‘ 盎I 【 上接第1 3 0 页】 至3 撑 皮带 包括3 皮带 将继续运行 ，按照联锁 停车顺序停机 ，由相应的指示灯指示发生故障的 设备 ，便于工作人员及 时检修 。以仿真筛煤机故 障 自动排除语句为例如图8 所示 。 图8 筛煤机故障 自排仿真图 4 结束语 本文分析 了小型火 力发 电厂输煤控制 系统的 组成 、工艺流程和控制要求，制定控制 目标 。起 动 时 ，为 了防止 堆煤 、堵 煤 ，按逆 煤流 方 向起 动 ；停 止 时 ，为 了避 免 出现剩 煤 ，按顺 煤方 向 [ 1 3 4 1 第3 5 卷第1 1 期2 0 1 3 1 1 下 停止 。选用德国S I E ME NS 公司推出的S 7 ． 2 0 0 型 P L C，分配输入／ 输 出点地址，设计硬件连线，利 用S T E P 7 - Mi c r o ／ wI N编程软件编 译调试程序 ， 并利用S 7 2 0 0 P L C仿真软件对系统程序进行了仿 真，得到了预期的效果。 参考文献 【 1 】叶江明． 电厂锅炉原理及设备第三版【 M】 ． 北京 中国电力 出版社， 2 0 1 0 ． 1 ． [ 2 】薛迎成， 何坚 强． P L C基础与实践[ M】 ． 北京 电子工业 出版 社， 2 0 1 0 ． 8 ． [ 3 】严俊杰 ， 黄锦 涛， 张 凯． 电厂热 力系统及设 备【 M】 ． 西 安 西 安交通大学出版社， 2 0 0 3 ． 8 ． 【 4 ]屠珊． 发电厂辅助设备及 电气 系统【 M] ． 西 安 西 安交通大 学城市学院， 2 0 1 2 ． 9 ． [ 5 J5 杨振坤． 电工技术与 电子技术 第二 版[ M】 ． 西安 西安 交通 大学出版社， 2 0 1 0 ． 7 ． 【 6 】王永华． 现 代电气控 制及P L C应用技术 【 M】 。 北 京 北 京航 空航天大学出版社， 2 0 1 0 ． [ 7 J刘连杰． 带式熟料P L C控制 系统 【 D】 ． 济南 山东大学， 2 0 0 4 ． 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m
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