1、重慶科技學院畢業設計（論文） 題 目 垃圾焚燒爐液壓站hmi-plc控制系統的設計 院 （系） 電氣與信息工程學院 專業班級 測控普2007-01 學生姓名 孫良磊 學號 2007440782 指導教師 胡文金 職稱 教 授 評閱教師 職稱 2011年 6 月 6 日 注 意 事 項 1.設計（論文）的內容包括： 1）封面（按教務處制定的標準封面格式制作）2）原創性聲明3）中文摘要（300字左右）、關鍵詞4）外文摘要、關鍵詞 5）目次頁（附件不統一編入）6）論文主體部分：引言（或緒論）、正文、結論7）參考文獻8）致謝9）附錄（對論文支持必要時）2.論文字數要求：理工類設計（論文）正文字數不少于

2、1萬字（不包括圖紙、程序清單等），文科類論文正文字數不少于1.2萬字。3.附件包括：任務書、開題報告、外文譯文、譯文原文（復印件）。4.文字、圖表要求：1）文字通順，語言流暢，書寫字跡工整，打印字體及大小符合要求，無錯別字，不準請他人代寫2）工程設計類題目的圖紙，要求部分用尺規繪制，部分用計算機繪制，所有圖紙應符合國家技術標準規范。圖表整潔，布局合理，文字注釋必須使用工程字書寫，不準用徒手畫3）畢業論文須用a4單面打印，論文50頁以上的雙面打印4）圖表應繪制于無格子的頁面上5）軟件工程類課題應有程序清單，并提供電子文檔5.裝訂順序1）設計（論文）2）附件：按照任務書、開題報告、外文譯文、譯文原

3、文（復印件）次序裝訂3）其它學生畢業設計（論文）原創性聲明 本人以信譽聲明：所呈交的畢業設計（論文）是在導師的指導下進行的設計（研究）工作及取得的成果，設計（論文）中引用他（她）人的文獻、數據、圖件、資料均已明確標注出，論文中的結論和結果為本人獨立完成，不包含他人成果及為獲得重慶科技學院或其它教育機構的學位或證書而使用其材料。與我一同工作的同志對本設計（研究）所做的任何貢獻均已在論文中作了明確的說明并表示了謝意。 畢業設計（論文）作者（簽字）： 年 月 日摘要 摘 要隨著城市經濟建設的持續發展和市民生活水平的不斷提高，城市生活垃圾源不斷大量產生，生活垃圾已成為一個污染環境、影響人們生活和經濟發

4、展的社會問題。通過垃圾焚燒發電是實現垃圾減量化、資源化和無害化的主要方法之一。垃圾焚燒爐驅動控制系統是垃圾焚燒發電廠的核心部分，其運行狀況直接影響垃圾的燃燒過程及其效率和二次污染的排放。因此，對垃圾焚燒爐驅動控制系統的研究具有重要的現實意義。本文以成都九江環保發電廠液控系統為依托，在分析垃圾焚燒技術現狀的基礎上，根據垃圾焚燒控制系統的工藝要求，結合現場實際情況，提出了基于plc和wincc實現焚燒爐控制系統的基本方案，設計了整個系統的電氣連接圖、端子接線圖等。采用西門子step7、plcsim和wincc完成了plc控制程序和wincc人機界面程序的設計，并為遠程dcs控制系統提供接口。通過仿

5、真調試，本課題的設計結果能夠達到預期的目標，可以實現焚燒爐液壓站就地控制、hmi控制和dcs遠程控制。關鍵詞：plc hmi 液壓站 垃圾焚燒發電 驅動控制 i重慶科技學院本科生畢業設計 abstract abstractwith the continuous development of city economy and the peoples living level, a source of urban living garbage is produced, this has become a environment problem,which influences peoples li

6、fe and economic development. through waste incineration is one of the main method and is harmless. wastes incinerator driving control system is the core of msw incneration power plant, the operation status of directly affected trash burning process and its efficiency and secondary pollution emission

7、s. therefore, the wastes incinerator drive control system has an important practical significance.this paper for incinerator driving control system design and research is based on chengdu jiujiang power plant, under analyzing garbage incineration technology based on the present situation of msw cont

8、rol system, according to the technical requirements, wincc is proposed based on plc and realize the basic scheme of incinerator control system. secondly, design the system electrical diagram, terminal hookup , etc. finally, plcsim and step7, by siemens wincc finished with plc control program and win

9、cc human-computer interface program design, and provide interfaces for remote dcs control system. through the simulation debug, this topic design can achieve the desired goals, and can achieve incinerator hydraulic station local control and hmi, dcs remote control.keywords: plc; hmi; hydraulic stati

10、on; waste to energy; driver and controlii目錄目 錄摘 要iabstractii1 緒 論11.1 垃圾焚燒發電技術現狀與發展趨勢11.2 課題的目的及意義11.3 課題的主要內容21.4 本章小結22 焚燒爐液壓站控制系統方案設計32.1工藝需求分析及控制方案32.2 控制系統結構32.3 主要器件選型設計32.3.1 plc電源容量計算與選型32.3.2 電機空開容量計算與選型42.3.3 電機接觸器容量計算與選型52.3.4 電機熱繼電器容量計算與選型62.3.5 雙電源容量計算與選型72.3.6 直流電源容量計算與選型72.4 控制系統開發平臺9

11、2.4.1 plc開發平臺92.4.2 hmi開發平臺92.5 本章小結93 控制系統電氣圖設計103.1設備之間的信號關聯103.2 輸入輸出信號編址103.3 主要電氣接線圖的設計113.3.1 主電路圖113.3.2 輸入輸出接線圖113.4 本章小結114 plc控制程序的設計124.1 程序結構分析與設計124.2 程序塊與數據塊規劃124.3 典型程序塊設計134.3.1 主油泵程序設計134.3.2 冷卻泵程序設計144.3.3 加熱器程序設計154.3.4 隔離門程序設計164.3.5 料層程序設計174.3.6 除渣機程序設計184.3.7 爐排、給料器程序設計194.4 本

12、章小結195 hmi監控程序的設計205.1 基于組態軟件開發hmi的方法和步驟205.1.1創建項目205.1.2組態變量205.1.3組態畫面205.2 畫面組態設計205.2.1 主監控畫面的設計205.2.2 主油泵控制畫面的設計215.2.3 冷卻泵控制畫面的設計215.2.4 加熱器控制畫面的設計215.2.5 隔離門、料層控制畫面的設計225.2.6 爐排控制畫面的設計225.2.7 給料器控制畫面的設計235.2.8 除渣機監控畫面的設計235.3 本章小結246 系統調試256.1 西門子全仿真調試技術簡介256.1.1 s7-plcsim仿真調試技術256.1.2 winc

13、c仿真調試技術簡介256.1.3 全仿真調試的系統配置256.2 控制程序仿真調試過程266.2.1 主油泵控制程序調試266.2.2 冷卻泵、電加熱器控制程序調試276.2.3 隔離門調試方法與步驟276.2.4 除渣機調試方法與步驟286.2.5 爐排/給料器控制程序調試286.2.6 料層控制程序調試296.3 本章小結297 總 結30參考文獻31致 謝32附錄1 程序清單33附錄2 電氣連接圖100緒論1 緒 論1.1 垃圾焚燒發電技術現狀與發展趨勢焚燒法處理城市生活垃圾已有100多年的歷史，但出現有控制的焚燒（煙氣處理、余熱利用等）只是近幾十年。20世紀90年代，由于全球經濟的飛速

14、發展和城市生活垃圾處理技術的不斷提高，各國城市生活垃圾處理方式的比例也發生了明顯的變化，用于生活垃圾處理的技術多種多樣，包括回收利用技術、填理技術、焚燒技術和堆肥技術。近年來，世界各國紛紛開發多種生活垃圾資源化技術，通過回收生活垃圾中的有用成分實現生活垃圾的減量化和資源化。生活垃圾的再生利用包括啤酒瓶等玻璃容器的再利用，廢紙、廢塑料、廢金屬容器等的再生利用。利用生活垃圾中的有機物進行堆肥，利用可燃性物質燃燒產生熱能，實現熱電聯供也是生活垃圾綜合利用的形式1。由于經濟水平的限制，長期以來焚燒法處理垃圾在我國的應用還相對較少。20世紀80年代，深圳垃圾焚燒發電廠從國外引進成套焚燒處理設備建成了我國

15、第1座現代化的焚燒廠。該廠1998年投入運行，日處理垃圾300t，并配有發電設備，裝機容量為3000kw，多年來運行良好，為垃圾焚燒發電積累了一定的經驗2。目前，我國在生活垃圾焚燒技術方面正處于快速發展階段，我國的生活垃圾焚燒技術主要應用于經濟發達、人口密集的城市，包括直轄市、東部沿海經濟發達城市和中西部省會城市。其中80%以上的生活垃圾焚燒廠是在近5年建設的，若干從事生活垃圾焚燒廠投資或供貨的龍頭企業已經開始形成，生產垃圾通過焚燒發電進行處理的比重已接近國際平均水平。由于城市固體廢棄物數量急劇增加而且產生周期不斷縮短，我國城市正面臨著固體廢棄物處理的巨大壓力3。焚燒是一種對城市生活垃圾進行高

16、溫熱化學處理的技術。垃圾燃燒產生的熱量可用來發電，性質穩定的殘渣可直接填埋處理。經過焚燒處理，各種惡臭氣體得到高溫分解，煙氣中的有害氣體經過處理達標后排放。因此，可以說焚燒處理是實現城市生活垃圾無害化和資源化的最有效手段之一4。1.2 課題的目的及意義隨著垃圾日益增長與處理能力有限之間的矛盾不斷加劇，通過垃圾焚燒發電，是實現垃圾減量化、資源化和無害化的主要方法。由于生活垃圾焚燒減容效果顯著、無害化程度徹底，在垃圾熱值較高、處理達到一定規模時，可以回收廢熱發電，而且占地面積小，對周圍環境的影響較小，近十年來生活垃圾焚燒處理在我國發展很快，特別是在城市化進程快、經濟較為發達、人口密集、人均可利用土

17、地資源少的大城市以及南方和沿海地區更是如此5。 目前，國內用于焚燒處理生活垃圾的焚燒技術主要是機械爐排爐技術，機械爐排爐技術較為成熟，運行較為穩定，性能得到保證，我國在爐排爐焚燒技術方面現在還主要是靠引進國外的生產技術，但總的來說，對引進的技術消化吸收不夠，運行結果不理想，歸納起來主要還有以下幾個問題：對熱值低、水分高、成分復雜的生活垃圾適應性不好。引進的爐排爐一般適應處理國外成分相對簡單、低位熱值高的生活垃圾，不適應中國垃圾的主要組成成分。工程投資大。目前國內利用國外先進焚燒技術建造的焚燒廠普遍建設工程投資大，折合噸工程投資約5075萬元，而引進技術，關鍵設備國內生產的噸工程投資約3545萬

18、元，技術和設備全國產化的噸工程投資只要2530萬元。運行成本高。我國目前運轉基本正常的國外技術建造的焚燒廠的運行費用為180300元/噸6。綜上所述，開發出具有自主知識產權，符合中國國情的垃圾焚燒爐控制系統具有重要的現實意義。1.3 課題的主要內容本課題旨在設計一套基于s7-300plc垃圾焚燒爐液壓站人機界面（hmi）控制系統，實現液壓站、給料器、爐排、隔離門、撈碴機、冷卻泵電機、主油泵電機等設備的啟停邏輯控制和狀態監測，以及爐排和給料器的運動速度控制和狀態監測等。1.4 本章小結本章通過對垃圾焚燒發電的國內外現狀的分析對比，闡述了開發符合我國國情的垃圾焚燒控制系統的重要意義。1焚燒爐液壓站

19、控制系統方案設計2 焚燒爐液壓站控制系統方案設計2.1工藝需求分析及控制方案本課題旨在設計一套基于s7-300plc垃圾焚燒爐液壓站人機界面（hmi）控制系統，實現液壓站、給料器、爐排、隔離門、撈碴機、冷卻泵電機、主油泵電機等設備的啟停邏輯控制和狀態監測，以及爐排和給料器的運動速度控制和狀態監測等。整個焚燒爐液壓站控制系統由主油泵電機、冷卻泵電機、電加熱器、4列上、下爐排、4列給料器、4個隔離門、2個料層和2套除渣機等設備組成，其運動分別由8只爐排油缸、8只給料器油缸、2只料層油缸、4只隔離門油缸和2只除渣機油缸驅動，其驅動源來自液壓系統，控制系統必須有效的控制液壓站和油缸的運行，并具有故障聯

20、鎖、故障識別和自動投切兩臺主油泵和兩臺冷卻泵的功能以及完善的狀態顯示功能及其監控功能。其次，在實際控制中，主要是由dcs遠程控制，因此必須確保通信具有實時性和可靠性，并且配備有人機界面或狀態監控系統。同時，為了方便修護和故障排除，必須設置就地控制箱，以方便整個系統的調試。2.2 控制系統結構 該系統的結構關系如圖2.1所示，該系統具有三種控制方式：就地控制（現場控制箱）、人機界面控制方式（wincc監控）、遠程dcs控制，模式可以通過plc控制柜上的模式切換旋鈕來選擇，三種控制系統都可以對整個液壓系統進行控制。圖2.1 控制系統結構框圖2.3 主要器件選型設計2.3.1 plc電源容量計算與選

21、型與國內電網電壓一致，一般plc系統的電源應選用220vac電源。重要的應用場合，應采用不間斷電源或穩壓電源供電。對于沒有零線的控制現場，應通過隔離變壓器將380vac轉換為220vc。對于有模擬量的plc系統，可以選用直流供電的plc，配備相應的線性電源，這樣可以提高數據采集的精度，減小開關電源高頻噪聲對模擬量的影響。plc系統的輸入和輸出最好采用不同的電源供電，既可避免輸入回路和輸出回路之間的交叉影響，又可以防止外部高壓電源因誤操作而引入plc7。電源模塊的選擇主要考慮電源輸出額定電流和電源輸入電壓。電源模塊的輸出額定電流必須大于cpu模塊、i/o模塊和其它特殊模塊等消耗電流的總和，同時還

22、應考慮今后i/o模塊的擴展等因素；電源輸入電壓一般根據現場的實際需要而定10。在本系統中plc電源模塊為cpu，di，ai和遠程模塊供電。在本系統中總共數字量輸入點位為128點，但留有冗余量，所以設計為160點，模擬量輸入為1路，由于數字量需要接接近開關，液位開關等，它們的輸入最大電流為10ma，為了計算方便，數字量輸入電流按最大值進行計算為10ma，數字量輸入點數總共為160點，所以 (2.1)由此得plc系統的數字量輸入電流容量為： (2.2)315-2dp模塊的額定電流為0.85a, sm321數字量輸入模塊供電電流為0.015a，則5塊輸入總電流為，sm322數字量輸出模塊額定電流為0

23、.16a，模擬量模塊sm331額定電流為0.08a，模擬量輸出模塊sm332額定電流為0.34a，兩塊總電流為0.68a，cp342-5的額定電流為0.25a，所以plc電源模塊的最大電流為 (2.3)由于ps307有2a、5a和10a三種型號，根據計算結果選擇ps307-5a的plc電源，該電源已經能夠滿足控制要求。2.3.2 電機空開容量計算與選型當線路、電器發生嚴重的過載、短路及失壓等故障時，空開能夠自動切斷故障電路或電器，有效地保護供電線路和電氣設備安全。有些型號的產品還兼有漏電脫扣功能，可用作觸電和漏電保護之用。所以空開的選擇對系統的安全保護具有很大的作用。如果空開的容量選擇過大，在

24、故障時就不能及時的切斷主電路，不能起到保護系統的作用。如果容量選擇過小則在系通過工作的過程中經常會發上跳閘現象，所以空開的容量大小選擇對系統的工作非常重要。空開選用原則： 低壓斷路器的額定電流和額定電壓應大于或等于線路、設備的正常工作電壓和工作電流。低壓斷路器的極限分斷能力應大于或等于電路最大短路電流。欠電壓脫扣器的額定電壓等于線路的額定電壓。過電流脫扣器的額定電流大于或等于線路的最大負載電流8。55kw電機正常工作時電機電流為： (2.4)其中,按0.75取，則算出 由于電機的啟動電流很大，電機啟動電流為： (2.5)為電機啟動倍數 ,因此取值,滿足設計要求。啟動電流是工作電流的倍，所以還要

25、考慮電機的啟動電流,由此可得：由于電機采用y/啟動，星形啟動為三角形啟動電流的1/3，所以啟動沖擊將會比計算值更小，所以 (2.6)由此可得：但啟動電流的時間不是很長，一般在選擇時只按倍的而定電流的系數考慮。我這取1.5，那么電流: (2.7)由此可得： 。此電流為選擇空開及其連接電纜的最小電流。查施耐德低壓電器選型表所可知，型號為ns160n-tm160d 3p3t的空開可以滿足要求，其額定電流為160a。2.3.3 電機接觸器容量計算與選型接觸器作為通斷負載電源的開關設備，接觸器的選用應按滿足被控制設備的要求進行，除額定工作電壓與被控設備的額定工作電壓相同外，被控設備的負載功率、使用類別、

26、控制方式、操作頻率、工作壽命、安裝方式、安裝尺寸以及經濟性是選擇的依據。不同負載下交流接觸器的選擇為了使接觸器不會發生觸頭粘連燒蝕，延長接觸器壽命，接觸器要躲過負載啟動最大電流，還要考慮到啟動時間的長短等不利因數，因此要對接觸器通斷運行的負載進行分析，根據負載電氣特點和此電力系統的實際情況，對不同的負載啟停電流進行計算校合。繞線式電動機接通電流及分斷電流都是2.5倍額定電流，一般啟動時在轉子中串入電阻以限制啟動電流，增加啟動轉矩，使用類別ac-2，可選用轉動式接觸器。當電動機處于點動、需反向運轉及制動時，接通電流為6ie，使用類別為ac-4，它比a c-3嚴酷的多。根據電動機保護配合的要求，堵

27、轉電流以下電流應該由控制電器接通和分斷。大多數y系列電動機的堵轉電流7ie，因此選擇接觸器時要考慮分、合堵轉電流。規范規定：電動機運行在ac-3下，接觸器額定電流不大于630a時，接觸器應當能承受8倍額定電流至少10秒。對于一般設備用電動機，工作電流小于額定電流，啟動電流雖然達到額定電流的47倍，但時間短，對接觸器的觸頭損傷不大，接觸器在設計時已考慮此因數，一般選用觸頭容量大于電動機額定容量的1.25倍即可。對于在特殊情況下工作的電動機要根據實際工況考慮。如電動葫蘆屬于沖擊性負載，重載啟停頻繁，反接制動等，所以計算工作電流要乘以相應倍數，由于重載啟停頻繁，選用4倍電動機額定電流，通常重載下反接

28、制動電流為啟動電流2倍，所以對于此工況要選用8倍額定電流9。根據以上原則主油泵電機不是頻繁啟動，因此在次按系數1.25選取接觸器。則電流im ： (2.8)由此可得： 。由于星三角啟動的沖擊電流將會大大減小,查施耐德低壓電器選型表所可知，型號為lc1-d15000m7c的接觸器可以滿足設計要求，其額定電流為150a，可以配輔助觸點，按照相似的計算，可以選出其三角形接觸器和星形接觸器。2.3.4 電機熱繼電器容量計算與選型在電動機實際的運行中，常會遇到過載或欠電壓情況，但只要不嚴重、時間短，電機繞組不超過允許的溫度，這些情況是允許的。但若出現長期帶負載欠電壓運行、長期過載運行及長期斷相運行等不正

29、常情況時，就會加速電動機絕緣老化過程，縮短電動機的使用壽命，甚至會導致燒毀電動機繞組。為了充分發揮電動機的過載能力，保證電動機的正常啟動和運轉，當電動機一旦出現長時間過載等情況，需要自動切斷電路，從而出現了能隨過載程度而改變動作時間的電器，這就是熱繼電器。與電流繼電器和熔斷器不同，熱繼電器中發熱元件有熱慣性，在電路中不能做瞬時過載保護，更不能做短路保護。常用的熱繼電器為jrs1系列和jr20系列熱繼電器選用原則為：原則上熱繼電器的額定電流應按電動機的額定電流選擇。對于過載能力較差的電動機，其配用的熱繼電器(主要是發熱元件)的額定電流可適當小些。通常，選取熱繼電器的額定電流(實際上是選取發熱元件

30、的額定電流)為電動機額定電流的60%80%。在不頻繁啟動場合，要保證熱繼電器在電動機的啟動過程中不產生誤動作。通常，當電動機啟動電流為其額定電流6倍以及啟動時間不超過6s時，若很少連續啟動，就可按電動機的額定電流選取熱繼電器。當電動機為重復短時工作時，首先注意確定熱繼電器的允許操作頻率。因為熱繼電器的操作頻率是很有限的，如果用它保護操作頻率較高的電動機，效果很不理想，有時甚至不能使用。在三相異步電動機電路中，對定子繞組為y連接的電動機應選用兩相或三相結構的熱繼電器；定子繞組為連接的電動機必須采用帶斷相保護熱繼電器9。按照原則，按照電機額定電流的進行選取，所以 (2.9) 所以選擇在100a左右

31、的熱繼電器均能滿足設計要求。在此選擇施耐德lr2-d4367-c，電流范圍為,滿足設計要求。2.3.5 雙電源容量計算與選型雙電源系統主要用在緊急供電系統，將負載電路從一個電源自動換接至另一個（備用）電源的開關電器，以確保重要負荷連續、可靠運行。因此，雙電源系常常應用在重要用電場所，其產品可靠性尤為重要。在本系統中主油泵為55kw,電加熱器為3kw,冷卻泵為4kw，所以三個總容量為： (2.10) 再加上液壓系統的部分功率則，又因為電機啟動電流為公式(2.6)為222a。所以電源容量應大于70kw,電流大于220a,在設計時應具有一定的余量，因此所選擇雙電源投切裝置型號為：飛騰w2-250a

32、3pf 。具體參數為：二段式自動轉換開關，電流為250a,額定工作電流為ac380v，前板接線，全自動轉換型。該投切裝置的工作情況如下：雙路三相交流380v供電。功率:125kw。雙路輸入電源實現負載電源的無擾切換。雙路輸入電源實現控制電源的在線切換，且對控制系統無任何影響。主電機采用降壓啟動方式，嚴防對電網電壓的沖擊。2.3.6 直流電源容量計算與選型在本系統首先得為輸出模塊供電驅動中間繼電器和模擬量模塊供電輸。驅動一個中間繼電器按10ma計算，則總共為32路輸出，則需直流電源總量為： (2.11)模擬量輸出最大值為20ma，由于實際只有13路模擬量輸出，但配有余量總共為16路模擬量，其輸出

33、總電流為 (2.12)由此可得： 則總輸出電流為：在為模塊供電，所以在此用2a的直流電源足夠。在驅動比例閥時比例閥的驅動電流為每路1.5a,則12路比例閥為： (2.13)所以： 為了便于以后的擴展則選取直流電源的電流為30a足夠。在驅動1#，2#主油路電磁溢流閥，冷卻水閥，1#、2#撈渣機油缸前進后退電磁閥時，需要直流電源供電源，每個電磁閥驅動電流1.5a計算，總共為： (2.14)由于主油泵兩個不可能同時工作，撈渣機前進后退不可能同時工作，所已選擇10a的直流電源滿足設計要求。同時對電源的質量要求為： 輸入電壓：ac220v10%，50hz。輸出電壓：24v。電壓調整率：0.5%。電流調整

34、率：1%。紋波系數：1%。工作溫度：-2550。全密封，具有過熱、過流和短路保護，耐潮濕和鹽霧，耐高熱和高寒。 絕緣電阻：200m。隔離電壓：輸入對輸出ac1000v/分鐘，漏電流小于10ma；輸入對外殼ac1500v/分鐘，漏電流小于10ma。控制回路、輸出回路、比例閥電源分別配置獨立的直流電源，容量分別為2a，10a和30a。經過查手冊，得出以下選型滿足設計要求。如表2.1所示：表2.1 直流電源選型表電源電源類型型號個數品牌dc24v2adc14nic-k481朝陽電源dc24v10adc24nic-k2401朝陽電源dc24v30adc34nic-k7201朝陽電源2.4 控制系統開發

35、平臺2.4.1 plc開發平臺在中國市場上，主流的plc大致有德國的西門子、日本的三菱和歐姆龍、美國的羅克韋爾和通用電氣等品牌。其中西門子的plc系統在中國的市場占有率較高，擁有良好的技術服務和資源體系，同時根據自己所學的知識體系和實驗室能夠滿足的條件，本次設計選用西門子的plc作為垃圾焚燒爐控制系統的控制級。2.4.2 hmi開發平臺此次垃圾焚燒爐控制系統的監控級選用西門子的wincc進行組態，wincc集成了scada、組態、腳本語言和opc等先進技術，為用戶提供了windows操作系統環境下使用各種通用軟件的功能，繼承了西門子公司的全集成自動化(tia)產品的技術先進和無縫集成的特點。作

36、為simatic全集成自動化系統的重要組成部分，wincc確保了與simatic s7系列plc連接的方便和通信的高效性；wincc與step7編程軟件的緊密結合縮短了本次系統開發的周期15。2.5 本章小結本章在分析垃圾焚燒爐液壓站及其爐排驅動系統控制需求的基礎上，提出了系統的實施方案，確定了控制系統、監控系統的平臺，并且對整個控制系統所用到的主要器件參數進行了計算和選型。9控制系統電氣圖設計3 控制系統電氣圖設計3.1設備之間的信號關聯信號關聯圖設計了各控制系統間的信號關聯關系，各控制系統間的關聯信號如圖3.1所示：圖3.1 信號關聯圖3.2 輸入輸出信號編址輸入輸出信號的編址就是對輸入/

37、輸出模塊上的i/o點進行編碼，以便程序執行時可以唯一地識別每個i/o點。首先按照系統或設備的工藝將其分解為相對獨立的子系統，每個子系統采用連續編址，每段編址之間保留一定的余量，便于臨時增加輸入/輸出信號。其次是考慮信號的類型，同類信號采取相對連續的i/o編址方法。為了便于設計和安裝，有時也將不同子系統的同類輸入信號進行匯總并采用連續編址。一般是按系統信號、操作信號和設備信號，觸點信號和電平信號，交流和直流，24v和非24v進行輸入信號歸類；按接觸器驅動控制、電磁閥控制和指示燈輸出進行輸出信號歸類。3.3 主要電氣接線圖的設計3.3.1 主電路圖主電路圖主要是完成主油泵電機、冷卻泵電機、電加熱器

38、、液壓站油缸的控制的電氣連接圖。詳情請見附頁(主電路圖)。3.3.2 輸入輸出接線圖輸入輸出接線圖繪制了plc各輸入輸出i/o之間與主令設備或者控制對象間的信號關聯關系，詳細的闡述了各信號與plc之間的關聯性，具體的輸入輸出接線圖如附頁所示。3.4 本章小結本章介紹了液壓站控制系統的各個控制柜、控制箱和控制設備之間的電氣連接關系，對系統的輸入輸出信號進行了整理和分類，并設計了相應的plc系統編址表，介紹了主電路圖、輸入輸出接線圖等的設計方法和過程，附錄中給出了完整的電氣圖。11plc控制程序的設計4 plc控制程序的設計4.1 程序結構分析與設計在本程序中，plc啟動時，首先執行ob100中的

39、初始化程序，ob100主要是將各控制設備初始化，防止異常工況的發生（例如將主油泵電機啟動標志清零，電磁閥、調節閥處于缺省狀態），并且，設置定時中斷組織塊ob35，ob35主要是將上位機（hmi、dcs）傳送的控制指令清零，以防止前一級控制對后級的影響。程序結構如圖4.1所示：圖4.1 控制程序結構圖4.2 程序塊與數據塊規劃表4.1 程序塊與數據塊規劃表1塊功能描述ob1主程序組織塊 ob35定時中斷組織塊，用于對dcs和hmi信號清零fb1隔離門功能塊fb2料層功能塊fb7主油泵電機fc61#除渣機fc72#除渣機fc8油溫采集fc9爐排與給料器控制fc11加熱器控制fc12冷卻泵控制fc1

40、3報警與狀態指示表4.2 程序塊與數據塊規劃表2塊功能描述fc11爐排給料器 fc105油溫數值標定db11#隔離門數據塊（背景數據塊）db22#隔離門數據塊（背景數據塊）db33#隔離門數據塊（背景數據塊）db44#隔離門數據塊（背景數據塊）db51#料層背景數據塊db62#料層背景數據塊db7報警與狀態指示數據塊db9dcs發送給plc通信數據塊db10plc發送給dcs通信數據塊db11hmi與plc通信數據塊db12爐排給料器數據塊db13主油泵數據塊4.3 典型程序塊設計4.3.1 主油泵程序設計工藝要求有兩個主油泵，其中一個泵工作時，另一個為備用泵，兩泵不能同時工作。如果遇到故障或

41、者檢修時，則停下工作泵，然后再切換到備用泵。主油泵的控制分為本地、遠程和hmi控制，啟動方式是y-啟動（2#主油泵控制同理）。啟泵條件本地plc控制柜上的轉換開關（本地/遠程/hmi）打在本地時，本地1#主油泵手動啟動按鈕動作；當轉換開關打在hmi，點擊wincc監控畫面上的起泵按鈕；當控制模式切換到dcs控制時，dcs遠程發送啟動信號。停泵條件在本地控制時，1#主油泵啟停按鈕動作；本地急停按鈕動作；來自dcs的緊急停車信號；當轉換開關打開hmi控制時，點擊監控畫面上的停泵按鈕；本地控制柜上的轉換開關打在遠程dcs控制時，遠程主油泵停止信號；液位超低、油路通行程開關信號斷開主油泵自動停泵；切換

42、油泵條件（即故障信號）當主油泵在工作的過程中空開斷開，主油泵電機過載，主油泵行程開關斷開時工作中的1#主油泵切換為2#主油泵。在切換的過程中星三角啟動但不卸荷。報警條件當系統油溫高時，液位低，主油路堵，這些條件下，1#號主油泵正常工作，但是會出現報警情況，報警的情況由報警指示燈在hmi上顯示。圖4.2主油泵程序流程圖為主油泵的程序流程圖。1#星三角啟動故障停泵停泵nyyn2#星三角啟動啟動信號返 回圖4.2 主油泵程序流程圖4.3.2 冷卻泵程序設計工藝要求共有兩個冷卻泵，啟動冷卻泵電機前必須先開冷卻水閥，其中只能有1臺冷卻泵工作，兩臺冷卻泵不能同時工作。起泵條件當油站由本地控制時，本地手動啟

43、停冷卻泵按鈕動作；如果油站由hmi監控時同理，當油站切換到遠程dcs控制時，冷卻泵自動運行，當溫度超過冷卻泵設定上限時，冷卻泵自動啟動，低于下限設定值時，停止泵的運行。停泵條件當采集的溫度低于設定的油溫下限值時或者停止按鈕動作，需執行停止冷卻泵操作。切換泵條件 當1#冷卻泵出現故障時，則切換為2#冷卻泵。冷卻泵的主要故障為過載。由于1#冷卻水泵與2#冷卻水泵工作相似，所以以1#冷卻水泵的工作流程圖為例進行說明。圖4.3為1#冷卻泵程序設計流程圖。冷卻水閥開油溫低停止1#水泵油溫高啟動1#水泵故障切換2#水泵停止信號停止水泵nnnnyyyyyn啟動信號返 回圖4.3 1#冷卻泵程序流程圖4.3.

44、3 加熱器程序設計工藝要求電加熱器的控制方式為本地控制，遠程dcs控制和hmi控制，本地以及hmi上可以進行手動控制，當油站為dcs控制時，可以自動根據油溫設定的上下限自動啟動/停止電加熱器的運行。啟動電加熱器當油站切換到本地或者hmi控制時，可由plc控制柜上的電加熱器啟停按鈕或者hmi上的電加熱器啟動/停止按鈕控制。當油站由dcs控制時，電加熱器自動運行，當油溫低于設定值時，自動啟動，當油溫高于設定值時自動停止。停止電加熱器在本地控制時按電加熱器啟停按鈕，電加熱器停止，油溫高于40，則也要停止電加熱器；遠程時如果需要停止電加熱器，即采集的溫度高于40，需執行停止。圖4.4為電加熱器程序流程

45、圖。停止油溫低油溫高停止信號啟動加熱器停止加熱器ynyynny啟動信號返 回圖4.4 電加熱器程序流程圖4.3.4 隔離門程序設計工藝要求共有4個隔離門，隔離門主要執行開門、關門、停止的動作。對其控制分為本地、遠程和hmi控制。4個隔離門工作可以獨立動作，也可以同時進行。隔離門開門條件只要有本地開門信號、遠程開門信號和hmi開門信號，其中任何一種信號動作，隔離門將執行開門，直至開門到位。隔離門關門條件只要有本地關門信號、遠程關門信號和hmi屏關門信號，其中任何一種信號，隔離門將執行關門，直至關門到位。隔離門停止條件只要有本地停止信號或dcs緊急停車信號就可以使隔離門停止工作。如果這些條件沒有，

46、則隔離門到位后自動停。4.3.5 料層程序設計工藝要求料層總共有2個料層主要執行前進、后退的工序。由于沒有必要設定就地控制箱，因此其控制主要是hmi/遠程dcs兩種控制方式。前進條件只要本地hmi或遠程控制室有前進信號，都必須執行前進的動作，直至前進到位。后退條件只要本地hmi或遠程控制室有后退信號，都必須執行后退的動作，直至后退到位。到位停止信號xinhaxixinhaoxin停止ynyn前進或者后退信號返 回圖4.5 隔離門料層程序流程圖4.3.6 除渣機程序設計工藝要求共有兩套除渣機，主要執行前進、后退的工序。控制方式有本地手動、本地自動和遠程自動。選擇了自動，除渣機自動往復運行，運行過

47、程中當到位時有停頓時間，可以通過hmi或者dcs行程設置間隔時間。選擇了手動則到位自動停下。前進條件只要本地或遠程控制室有前進信號，都必須執行前進的動作，直至前進到位。后退條件只要本地或遠程控制室有后退信號，都必須執行后退的動作，直至后退到位。停止條件手動時撈渣機到位自動停止，在運行的過程中如果有停止按鈕按下也將停止；自動時，按下停止按鈕自動停止。前進前進到位后退到位xinhaxixinhaoxiny停止延時延時后退停止信號xinhaxixinhaoxinynynn啟動信號返 回圖4.6 除渣機程序流程圖4.3.7 爐排、給料器程序設計工藝要求給料器4個，爐排4列，要完成對爐排給料器速度的大小

48、和前進后退控制，并控制其啟停；控制方式有爐后本地手動控制、遠程控制、hmi 控制，通過和dcs顯示出工作狀態。 前進條件在爐后控制時，通過手動進行前進的操作，首先進行前進速度設定，當前進到位的行程開關動作或者停止信號有效則執行停止。當在hmi屏或者遠程控制時，如果給定的速度大于13824且小于等于27648時，執行前進，如果給定的速度等于13824或者停止信號有效，則執行停止。后退條件1)在爐后控制時，通過手動進行后退的操作，首先進行后退速度設定，當后退到位的行程開關動作或者停止信號有效則執行停止動作；2)當在hmi或者遠程控制時，如果給定的速度大于等于0且小于13824時，執行后退，如果給定

49、的速度等于13824或者停止信號到，則執行停止。 4.4 本章小結本章介紹了液壓站控制系統的plc控制程序的設計方法和過程。根據不同的控制對象及其要求，充分利用西門子s7系列plc結構化程序設計的思想，將整個系統的控制程序分解為多個功能或功能塊予以實現，提高了程序的可讀性和可實現性，也簡化了整個系統的調試。19hmi監控程序的設計5 hmi監控程序的設計5.1 基于組態軟件開發hmi的方法和步驟5.1.1創建項目第一次運行wincc時，出現一個對話框，選擇建立新項目的類型包括3種：a、單用戶項目；b、多用戶項目；c、客戶機項目。本設計建立的是單用戶項目16。5.1.2組態變量由于此次設計外部變

50、量較多，因此在安裝wincc 6.0的時候選擇自定義安裝，再選擇通信組件中的as-os engineering項，該項目的主要作用是在step7和wincc中傳送數據，安裝成功后，在step7中創建一個關聯項目，這樣，在step7中定義的符號表以及db數據塊將會傳送到wincc項目下，從而大大提高了變量組態的時間15。5.1.3組態畫面圖形編輯器是用于創建過程畫面并使其動態化的編輯器。根據工藝要求，組態過程畫面，然后將所需要的變量和過程畫面進行連接。5.2 畫面組態設計5.2.1 主監控畫面的設計主監控畫面是用戶登錄后默認的界面，從主畫面中可以監視液壓站主要控制設備的工況，并且在右側設置了主要

51、控制對象的畫面切換按鈕，方便操作者對每個主要設備進行監控，并且設置了報警次數統計畫面，根據運行工況，可以根據報警次數對整個系統的可靠運行進行評估。主監控畫面如圖5.1所示。圖5.1 主監控畫面5.2.2 主油泵控制畫面的設計在主油泵監控畫面中，對于每個油泵的工況給予了狀態指示，并且可以對每個主要設備進行操作，同時，在畫面的右下角，設置了dcs模擬起停泵的按鈕，可以模擬遠程dcs對主油泵進行起停操作。監控畫面如圖5.2所示。圖5.2 主油泵控制畫面5.2.3 冷卻泵控制畫面的設計在冷卻泵監控畫面中，對于每個冷卻泵的工況給予了指示，并且可以對每個冷卻泵進行操作，而且還提供了油溫的實時指示，監控畫面

52、如圖5.3所示。圖5.3 冷卻泵控制畫面5.2.4 加熱器控制畫面的設計加熱器控制畫面可以對加熱器進行監控，并且可以顯示當前油溫及在右側可以顯示油溫歷史曲線，并且對當前油溫狀況是否允許起泵給予指示，監控畫面如圖5.4所示：圖5.4 加熱器控制畫面5.2.5 隔離門、料層控制畫面的設計隔離門、料層監控畫面可以對料層、隔離門進行操作，并且給予狀態指示，監控畫面如圖5.5所示：圖5.5 隔離門、料層控制畫面5.2.6 爐排控制畫面的設計爐排控制畫面可以對單列爐排進行前進/后退控制，也可以對4列上下爐排進行聯動控制，聯動控制的前進/后退速度可以在右上角的速度設定輸入框設定。監控畫面如圖5.6所示：圖5.6 爐排控制畫面5.2.7 給料器控制畫面的設計給料器監控畫面可以對單列給料器進行前進/后退控制，也可以對4列給料器進行聯動進行監控，聯動控制的前進/后退速度可以在速度設定輸入框設定。監控畫面如圖5.7所示：圖5.7 給料器控制畫面5.2.8 除渣機監控畫面的設計除渣機監控畫面可以分別對兩臺除渣機進行手動控制和自動控制，并且可以分別設定每臺除渣機的運行間隔時間，監控畫面如圖5.8所示：圖5.8 除渣機控制畫面5.3 本章小結本章首先介紹了上位機監控界面的設計