1、. . . 目錄第一章 引言11.1課程設計容11.2課程實現目標11.3課程設計的目的和意義2第二章 系統總體設計32.1系統控制要求32.2推焦系統流程4第三章 系統的硬件配置設計63.1 PLC選型與擴展63.2 低壓電器選型113.3 電源設計113.4 人機接口設計12第四章 控制軟件設計144.1推焦車的PLC監控系統的程序設計144.2.2 推焦車推焦梯形圖174.2.3推焦車推焦速度控制20結束語22參考文獻23附錄124附錄22933 / 35第一章 引言 煉焦煤在隔絕空氣條件下加熱到1000左右（高溫干餾），通過熱分解和結焦產生焦炭、焦爐煤氣和煉焦化學產品的工藝過程。冶金焦

2、炭含碳量高，氣孔率高，強度大（特別是高溫強度），是高爐煉鐵的重要燃料和還原劑，也是整個高爐料柱的支撐劑和疏松劑。煉焦副產的焦爐煤氣發熱值高，是平爐和加熱爐的優良氣體燃料，在鋼鐵聯合企業中是重要的能源組分。煉焦化學產品是重要的化工原料。因此煉焦生產是現代鋼鐵工業的一個重要環節。1.1課程設計容 煉焦行業是一個特殊的行業。由于現場環境惡劣、連續作業、勞動密集型強、事故的突發性大等因素，使煉焦裝備技術的自動化顯得尤為重要。過去我國焦化工業所采用的粗放型生產控制模式己經無法滿足當前的生產需要，而且生產中隱藏著許多不安全因素。如果焦車定位精度不夠高，不僅影響生產的效率，在推焦的過程中也容易造成紅焦落地的

3、重大事故。所以采用精確可靠的節約型生產模式是我國焦化工業的發展方向，也是擺在科研工作者面前的一個重要課題。推焦車采用PLC控制、液壓傳動，并且增加了頭尾焦處理、余煤回送、爐門爐框清掃等。該系統的結構主要包括兩部分：定位與連鎖系統和通訊系統。其數字定位系統是通過數據網絡并行交互來控制焦爐機車變頻器，從而控制機車以一定的速度運行；無線通信采用頻率圍為420470MHz的高頻無線通訊。現在，國四大焦車的裝備水平有了很大的改進，大型焦爐四大焦車的機械自動化和電氣自動化已相當完善，實現四大車爐號識別和精確定位的技術手段也基本成熟。但是，由于工業現場的特殊環境和機械設備的制約，爐號識別存在的主要問題是某些

4、方法的可靠性有待進一步提高，在實現該技術的同時還應該盡量降低設計成本；而停車精確定位的自動化控制并不十分理想，主要體現在對正精度不高，仍需機車司機手動進行位置的多次調整，人工的參與大大降低了自動控制的效率；并且國設備的改造投資高，運行成本高、總體水平低，從而導致系統的穩定性差。1.2課程實現目標 近幾年隨著無線數據傳輸技術、計算機技術、控制技術、安全保障技術的不斷發展，焦車生產的無人化已經被越來越多的研究學者所關注。焦車今后的重要發展趨勢，不僅要求車輛具有精確和快速的定位設備，還需要滿足其他要求。 譬如焦車本身要具有安全可靠的自動控制技術，高度安全的四車連鎖，穩定可靠的無線傳輸保障，人身和設備

5、的保障措施，自動安全的信息管理系統作為支撐。有些國家在熄焦車上已經實現了無人駕駛技術。1.3課程設計的目的和意義 本課題的主要容是通過PLC的控制來實現工業過程中的推焦自動化。本文主要容包括以下三個方面:第一、推焦車運行是四大焦車運行控制中最重要的一個環節，它是精確定位系統的基礎，也是推焦、攔焦的必要前提。本文采用的是互鎖來實現電機的安全正常運行。第二、推焦電機的轉速是通過變頻器MM440實現的。它使電機的速度調節更快速和節能，同時也保證了電機的安全運行。第三、推焦爐門的控制是通過液壓泵來控制其運動，電磁閥控制控制液壓油的運動方向，行程開關保證爐門運動可靠性，使得門的運行更加安全可靠。第二章

6、系統總體設計2.1系統控制要求 推焦車PLC控制系統由計算機、可編程控制器(PLC)、行程開關、變頻器MM440、液壓泵、液壓閥、PLC擴展模塊、制動電機和風機等組成。系統通過操作臺、行程開關上的開合實現PLC的信號輸入，通過PLC的信號輸出實現對變頻器的控制和液壓閥的控制，通過變頻器的輸出信號控制電機運行。整個系統在各個部分的緊密結合下實現對推焦電機的安全有效控制。 設計上從安全、可靠、方便簡潔原則出發系統控制分2個層次：1.操作臺控制 在工作人員的控制操作臺上，有控制推焦車所有運行狀態的按鈕和各個運行狀態提示燈。操作臺控制為工作人員提供了簡單、快捷、安全的操作平臺，使推焦車的控制更方便、安

7、全的運行。2.配電柜中心控制在配電柜里，也有推焦車運行狀態的提示燈和控制按鈕。配電柜控制為工作人員的檢修、維護、調試提供了方便快捷的操作平臺，使推焦車的檢修、維護更加方便。控制功能： 1.推焦車走行啟動 推焦車的走行啟動是利用PLC控制MM440變頻器，實現推焦車走行的前后運動和走形速度的控制。 2.推焦車走行停止 推焦車走形停止方式包括：正常停止、故障停止、緊急停止。 3.推焦車走行控制系統和焦爐門的控制系統、推焦車推焦系統的聯鎖 推焦車走行控制系統和焦爐門的控制系統、推焦車推焦系統，只能有一個系統處于運行狀態，并且每一個系統都有其各自的走行和停止。如果要控制三個系統的有序運行，就必須要對各

8、個系統的行程開關進行邏輯編程，以保證推焦車能夠正常有序的運行。 當推焦車走到焦爐門前時自動停止，停止之后爐門的運動才可以進行，只有焦爐門的舉門運動結束后推焦系統才可以運行。如果推焦車沒有運行到位，則焦爐門的一切操作都將無效；如果焦爐門的舉門沒有結束對推焦車推焦的的一切操作都將無效；焦爐門的運動也要按照嚴格的順序運行，即先移門再提門最后舉門。如果移門前行沒有結束則舉門和提門都無效，如果提門上行沒有結束則舉門無效，如果舉門上行沒有結束則舉門下行無效，如果舉門下行沒有結束則提門無效，如果提門下行沒有結束則移門無效。由于三個系統的正常運行時推焦安全運行的保證，以上的過程是推焦PLC控制程序編輯的基本依

9、據。 可編程控制器是在系統程序的控制下按掃描的方式工作，即順序循環工作方式。每一個循環為掃描周期，每一個掃描周期包括自診斷、輸入處理、程序處理、輸出處理和通信等5個階段。PLC在加電后和每一個掃描周期之初都要執行自診斷程序。自診斷程序包括系統軟件和應用程序的檢驗，存儲器和CPU的測試，總線檢測等。如出現異常，PLC將作出相應的處理并停止運行。在一個周期結束之前，PLC進入與編程器與上位機或下位機的通訊階段。在與編程器通訊過程中，編程器把編程和修改的參數發給PLC，把要顯示的狀態、數據、錯誤碼等發送給編程器進行相應顯示。若有與上位機或下位機的通訊請求的話，PLC將接收上位機發送來的指令并進入相應

10、的操作，并將PLC和現場輸入輸出接點狀態、各種數據參數發送給上位機或下位機。2.2推焦系統流程 推焦車的推焦，即通過PLC控制推焦車上的推焦電機的正反轉和停止的過程。當推焦的啟動按鈕閉合時，推焦車開始向前運行，當推焦車運行到爐門時或者推焦車走行停止按鈕閉合時，推焦車停止運動。在推焦車走行的過程中，為了保證走行的安全必須對推焦車走行、停止、反轉三個開關進行互鎖控制。在控制過程中要保證正轉和反轉的按鈕不能同時工作。當電機處于正轉時，只有停止開關有效，此時如果要求電機反轉，則要先使推焦車走行停止開關通電，然后等三秒才能改變推焦車走行的方向。 推焦車走行中如果遇到了故障則要求推焦車立即停止，此時使與推

11、焦車走行的電機相連接的電路斷路器要立即斷開，以保證推焦車走行的安全。2.3系統設計方案圖2.3系統框圖第三章 系統的硬件配置設計3.1 PLC選型與擴展 CPU315F-2PN/DP主機無輸入、輸出點，PS307電源模塊為其供電，CPU315F-2PN/DP與其接線如圖3.1所示。圖3.1 CPU315F-2PN/DP與其接線 SM321為數字量輸入模塊，為擴展模塊，有16個數字量輸入點，I0.0接1號電動機過載按鈕，I0.1接2號電動機過載按鈕，I0.2接3號電動機過載按鈕，I0.3接4號電動機過載按鈕，I0.4接變頻器電源1號按鈕，I0.5接變頻器電源2號按鈕，SM321與其接線如圖3.2

12、所示。圖3.2 SM321的接線 SM322為數字量輸出模塊，為擴展模塊，有16個數字量輸出點，其中Q1.0接裝載推焦變頻器起停，Q1.1裝載排焦前進后退，Q1.2接裝煤推焦速度給定，Q1.3接裝載推焦速度給定。SM322與其接線如圖3.3。圖3.3SM322的接線 SM332為模擬量輸出模塊，為擴展模塊，有16個模擬量輸出點，Qv0+與S0+、接MM440一的AIN1+，與S0-接MM440一的AIN1-；Qv1+與S1+、接MM440二的AIN1+，與S1-接MM440二的AIN1-，SM332與其接線圖如圖3.4所示。圖3.4SM332的接線系統的I/O接點定義如表3.5。表3.5DI功

13、能DO功能I1.0過載保護M1Q0.0走行啟/停I1.1過載保護M2Q0.1走行正反I1.2過載保護M3Q0.2走行速度1I1.3過載保護M4Q0.3走行速度2I1.4過載保護M5Q0.4走行復位I1.5走行開始Q0.5推焦啟停I1.6走行停止Q0.6推焦正反I1.7推焦開始Q0.7推焦速度1I2.0推焦停止Q1.0推焦速度2I2.1走行前行Q1.1推焦復位I2.2推焦后行Q1.2走行I2.3推焦前行Q1.3推焦I2.4走行故障Q1.4走行運動I2.5走行過熱Q1.5推焦運動I2.6推焦后行Q1.6走行故障I2.7推焦故障Q1.7推焦故障 電機與驅動線如圖3.6.圖3.6電機與驅動線3.2 低

14、壓電器選型 低壓斷路器是一種不僅可以接通和分斷正常負荷電流和過負荷電流，還可以接通和分斷短路電流的開關電器。低壓斷路器在電路中除起控制作用外，還具有一定的保護功能，如過負荷、短路、欠壓和漏電保護等。低壓斷路器容量圍很大，最小為4A，而最大可達5000A。 這次設計選擇的是型號為DZ47 3P 16A。推焦控制系統的元器件清單見表3.2所示。表3.2推焦控制系統的元器件清單代號名稱型號數量MA1-5電動Y1001-25VF變頻器MM4402FA熔斷器RLI-154SF按鈕LAY37-11BN6QA低壓熔斷器AJX2-1812QB三相隔離開關DZ47 3P 16A13.3 電源設計 PLCS730

15、0系列為模塊式PLC，這次用的電源模塊為PS307，PS307與其接線圖如圖3.6所示。圖3.6 PS307與其接線3.4 人機接口設計人機接口是操作者與機電系統之間進行信息交換的接口。按照信息傳遞的方式分為兩類：輸入接口，輸出接口。常用的輸出設備：狀態指示燈，發光二極管，液晶顯示器，微型打印機，陰極攝像管顯示器，揚聲器等。圖3.7 TP177B與其接線本章小結：本章根據控制要求，確定了PLC的型號，系統的I/O分配表，并由此確認都要擴展什么模塊，然后，選擇了電機與其驅動電路，并且確定了檢測元件，低壓電器，最后確定了電源與人機接口的設計。第四章 控制軟件設計4.1推焦車的PLC監控系統的程序設

16、計4.1 推焦車走形流程圖這部分例程序用于控制可雙向運轉的推焦車走形電動機。當與輸入點I2.2相連的開關閉合時，電動機逆時針方向旋轉，當與輸入點I2.1相連的開關閉合時，電動機順時針方向旋轉。但這要有一個前提，即與輸入點I1.5相連的電動機電路斷路器和輸入點I1.6相連的停機開關都沒有動作。只有按下停機開關，并等待5秒鐘后，才可以改變電動機的旋轉方向。這樣做是為了電動機有足夠的時間剎車停轉，然后再反向起動。如果與I2.1和I2.2相連的點動開關同時按下，電動機停轉，并且不起動。在程序起始部分，程序檢查是否必須激活互鎖電路，互鎖電路防止電動機誤起動，或者按錯方向起動。只有當所有開關都沒有動作，或

17、者等待時間溢出時，互鎖才清除即M2.0被置成邏輯0。如果電動機斷路器（輸入點I1.5）沒有動作，停機點動開關（輸入點I1.6）也沒有動作（這兩個觸點都是常閉觸點）；并且狀態位M1.1沒有被設置成走形電機正轉標志，則使能位M2.1被置為邏輯1。走行電動機才有可能逆時針旋轉。代表走形電機反轉的狀態位是M1.0。用類似方法可得到走行電機正向旋轉的起動條件。當正轉和反轉開關動作，并且互鎖位和狀態位都沒有被設置成相反的旋轉方向，電動機起動。即相關的輸出位和狀態位被置位，狀態位的作用是使輸出能夠自保。電動機逆時針方向旋轉起動器由輔助繼電器M1.0控制。電動機順時針方向旋轉起動器由輸出點Q0.1控制。當電動

18、機被停機時，“ED”的下降沿將輔助存儲位M2.3置為1，進入停機模式。當M2.3被置位時，限制起動機再次起動的定時器開始計時，該定時器的預置時間是5秒，經過5秒鐘后，部存儲器位M2.3被復位。由于推焦車的電機是由變頻器MM440控制，所以PLC的輸出端子接在變頻器MM440上。因為MM440控制電機的正反轉在同一個端口上，需要設定與Q0.1相連的端口。故要反轉的輸出結果由輔助繼電器M1.0的常閉開關連接到Q0.1，設定當Q0.1的端口為0時反轉，為1時正轉。4.2.2 推焦車推焦梯形圖這部分程序用于控制可雙向運轉的推焦車推焦電動機。當與輸入點I2.6相連的開關閉合時，電動機逆時針方向旋轉，當與

19、輸入點I2.3相連的開關閉合時，電動機順時針方向旋轉。但這要有一個前提，即與輸入點I1.7相連的電動機電路斷路器和輸入點I2.0相連的停機開關都沒有動作。只有按下停機開關，并等待5秒鐘后，才可以改變電動機的旋轉方向。這樣做是為了電動機有足夠的時間剎車停轉，然后再反向起動。如果與I2.6和I2.3相連的點動開關同時按下，電動機停轉，并且不起動。在程序起始部分，程序檢查是否必須激活互鎖電路，互鎖電路防止電動機誤起動，或者按錯方向起動。只有當所有開關都沒有動作，或者等待時間溢出時，互鎖才清除即M3.0被置成邏輯0。如果電動機斷路器（輸入點I1.7）沒有動作，停機點動開關（輸入點I2.0）也沒有動作（

20、這兩個觸點都是常閉觸點）；并且狀態位M4.1沒有被設置成走形電機正轉標志，則使能位M5.1被置為邏輯1。走行電動機才有可能逆時針旋轉。代表走形電機反轉的狀態位是M4.0。用類似方法可得到走行電機正向旋轉的起動條件。當正轉和反轉開關動作，并且互鎖位和狀態位都沒有被設置成相反的旋轉方向，電動機起動。即相關的輸出位和狀態位被置位，狀態位的作用是使輸出能夠自保。電動機逆時針方向旋轉起動器由輔助繼電器M4.0控制。電動機順時針方向旋轉起動器由輸出點Q0.6控制。當電動機被停機時，“ED”的下降沿將輔助存儲位M3.3置為1，進入停機模式。當M3.3被置位時，限制起動機再次起動的定時器開始計時，該定時器的預

21、置時間是5秒，經過5秒鐘后，部存儲器位M3.3被復位。由于推焦車的電機是由變頻器MM440控制，所以PLC的輸出端子接在變頻器MM440上。因為MM440控制電機的正反轉在同一個端口上，需要設定與Q0.6相連的端口。故要反轉的輸出結果由輔助繼電器M4.0的常閉開關連接到Q0.6，設定當Q0.6的端口為0時反轉，為1時正轉。4.2.3推焦車推焦速度控制這部分程序是用來實現推焦電機速度的控制。在圖中I0.5為走行一檔速度開關，I0.6為走行二檔速度開關，I0.7為走三檔速度開關。當走行一檔開關閉合時Q1.0輸出為1，此時電機必需處于走行即Q0.0必需為1，二檔和三檔調速的開關如果有一個處于閉合狀態則一檔調速無效；當走行二檔開關閉合時Q0.7輸出為1，此時電機必需處于走行即Q0.0必需為1，一檔檔和三檔調速的開關如果有一個處于閉合狀態則二檔調速無效；當走行三檔開關閉合時Q1.0和Q0.7的輸出都為0，同樣此時走行電機必需處于走行狀態即Q0.0必需為1，一檔和三檔調速的開關都要處于閉合狀態否則三檔調速無效。將輸出的狀態由PLC輸出到變頻器MM440的7號和8號端口，再通過MM440的編程實現對電機速度的調節。結束語 針對整個控制系統的設計要達到穩定、可靠、安全、操作人性化的要求，本設計從控制主體選用西門子S7-300系列PLC，完成推焦車的走行