1、目錄第 1 章 緒論11.1本課題現狀及發展方向11.2 煤傳輸技術的發展及應用。21.2.1 煤傳輸思想的形成21.2.2 煤傳輸技術的發展21.3 PLC 技術的發展21.3.1 PLC 的產生31.3.2 PLC 系統的特點31.4 PLC 系統在電廠煤傳輸系統中的應用現狀31.5 本課題研究的主要內容4第 2 章 煤傳輸系統的研究52.1 煤傳輸系統簡介52.1.1 煤傳輸系統的概念52.1.2 煤傳輸系統的監控范圍52.1.3 煤傳輸系統的工作任務52.2 煤傳輸系統的構成62.2.1 上位機人機界面系統62.2.2 PLC 控制系統62.2.3 控制臺、柜及附件72.2.4 設備就

2、地操作、保護裝置及信號傳感器82.3 煤傳輸運煤系統的控制方式92.3.1 程控自動控制方式92.3.2 聯鎖手動控制方式102.3.3 解鎖手動控制方式102.3.4 上位機控制方式下的共有功能102.3.5 就地手動控制方式112.4 煤傳輸配煤系統的的控制方式112.4.1 程序自動配煤控制方式112.4.2 上位機手動配煤控制方式112.4.3 就地手動配煤控制方式12第 3 章PLC在煤傳輸系統中的應用123.1 煤傳輸系統中常用的 PLC123.1.1 冗余配置的 PLC 系統123.1.2 常用于煤傳輸系統的 PLC 簡介133.2SIEMENS S7 軟件冗余系統的構架133.

3、3 SIEMENS S7 軟件冗余系統的設定143.3.1 軟件冗余系統中的硬件組成143.3.2 冗余系統中的應用軟件153.3.3 軟件冗余系統實例中的硬件及網絡組態153.4 SIEMENS S7 軟件冗余系統的用戶程序編制163.4.1 用戶應用程序的構成173.4.2 軟件冗余系統實例中的用戶程序17第 4 章：基于西門子PLC冗余系統的煤傳輸系統的設計204.1 工程簡介204.2 煤傳輸系統組態方式204.2.1 系統結構204.2.2 通訊方式214.3系統的硬件設計224.3.1系統用到的設備的硬件選型：224.3.2系統主電路分析及設計：234.3.3.PLC控制系統的硬件

4、選型機設計244.4 系統軟件設計284.5 監控系統的設計334.5.1組態軟件簡介334.5.2 監控系統的設計34第 5 章 結束語385.1 總結385.2 展望38參考文獻40致謝4256第1 章 緒論1.1本課題現狀及發展方向對于火力發電廠而言，一般都包括三大輔助系統，即煤傳輸系統、水處理系統及粉灰除塵系統。其中，煤傳輸系統是占地面積最大，所屬設備最多、最零散，控制工藝最復雜的一個；而煤傳輸系統程序控制也是創一流火力發電廠的單列項目之一。目前，隨著發電大機組的建設和投產，隨著電廠對提高經濟效益的不斷追求，致使電廠對煤傳輸系統的要求也日益提高，從硬件到軟件，從自身的控制網絡到外界的數

5、據接口，對現場執行原件、現場傳感器、PLC 控制器和操作員計算機人機界面，都提出了高可靠性、高穩定性、高靈敏度、高性價比的要求。目前，煤傳輸系統已經是一項相對成熟的監控技術，從上位人機界面計算機軟件、下位 PLC 系統、到現場傳感器和執行機構，都有技術成熟的產品與之配套。目前，電力系統的設計部門盲目追求煤傳輸系統的高可靠性、高穩定性，所以造成了一些不必要的成本投入，主要表現在 PLC 系統的硬件冗余配置，傳感原件采用進口件，所有應用軟件的平臺都選用進口軟件等。其實，對于煤傳輸系統說，PLC 系統的軟件冗余方式，完全可以滿足系統連續控制的要求。對于 SIEMENS S7-300系統 PLC 軟件

6、冗余的方案和實現方法，在產品介紹中都有一些必要的描述，但對于煤傳輸系統的具體配置和編程方式卻沒有系統的說明，所以就造成了實際工程與技術理論的脫節。目前，在煤傳輸系統中應用 PLC 軟件冗余配置的工程實例稀少且零散，還沒有人對其進行總結和系統化研究，暫時還不能形成應用領域內有成熟使用經驗的范本進行推廣。不過，在不久的將來，隨著電力企業建設和生產成本的不斷壓縮，一定會有更多的煤傳輸系統需要使用 SIEMENS S7-300 系列 PLC 產品的軟件冗余方案，一定會有更多成熟的使用經驗，最終使此種方式發展成為煤傳輸系統成熟的 PLC 成套插件。1.2 煤傳輸技術的發展及應用。1.2.1 煤傳輸思想的

7、形成20 世紀 80 年代初，由于我國當時自動化控制水平低下，當時的火力發電廠煤傳輸系統設備只設計了現場就地操作方式進行控制。火力發電廠煤傳輸系統設備多且零散，一般包括：運煤設備，如輸煤皮帶；運煤路線選擇設備，如三通擋板；裝卸煤設備，如斗輪堆取料機；煤質凈化設備，如除鐵器；煤倉卸煤設備，如犁煤器；煤量計量設備，如電子皮帶秤。這些設備分布于整個輸煤沿線，分散且運行環境惡劣，設備間的聯鎖保護功能不完善，設備本身的維護量大，這在客觀上增加了運行和檢修人員的工作量和工作強度。為此，把這些設備集中起來統一控制就成了煤傳輸系統的迫切需要，煤傳輸的早期思想也就此形成。1.2.2 煤傳輸技術的發展20 世紀

8、80 年代中期，隨著國外 PLC 技術在國內的推廣和應用，煤傳輸系統具備了向集中控制發展的技術基礎。當時，煤傳輸系統的集中控制以 PLC 系統為控制核心，把需要監控的信號全部引入 PLC 系統中，通過 PLC 主機的數學和邏輯運算后，輸出一部分控制信號到現場執行元件對設備進行操作，另一部分控制信號到控制室點亮模擬屏、光字牌等操作顯示終端。這就是早期煤傳輸系統的雛形。20 世紀 90 年代中期到現在，煤傳輸系統的總體框架沒有什么質的變化，只是隨著自動化技術水平的提高，細節上的變化越來越多。例如，PLC 系統由單 CPU 系統，改變到雙 CPU 冗余系統；現場控制網絡和上位監控網絡由單網通訊，改變

9、到雙網冗余通訊等。目前，煤傳輸系統已經成為一個重要的生產輔助控制系統，被廣泛應用在各火力發電廠中。1.3 PLC 技術的發展1.3.1 PLC 的產生在工業生產過程中，往往需要進行大量離散量數據的采集和開關量順序控制，傳統上，這些功能是通過氣動或電氣控制系統來實現的。1969 年美國數字設備公司（DEC）研制出了基于集成電路和電子技術的控制裝置，首次采用程序化的手段應用于電氣控制，這就是第一代可編程序控制器，稱 Programmable ,是世界上公認的第一臺 PLC。1.3.2 PLC 系統的特點 目前，隨著生產自動化程度的日益提高，PLC 系統經常作為控制系統的核心進行使用，總結起來其主要

10、有以下幾個特點：（1）可靠性高，抗干擾能力強。PLC 由于采用現代大規模集成電路技術，采用嚴格的生產工藝制造，內部電路采取了先進的抗干擾技術，具有很高的可靠性。（2）配套齊全，功能完善，適用性強。PLC 發展到今天，已經形成了大、中、小各種規模的系列化產品。可以用于各種規模的工業控制場合。除了邏輯處理功能以外，現代 PLC大多具有完善的數據運算能力，可用于各種數字控制領域。（3）易學易用，深受工程技術人員歡迎。PLC 作為通用工業控制計算機，是面向工礦企業的工控設備。它接口容易，編程語言易于為工程技術人員接受。梯形圖語言的圖形符號與表達方式和繼電器電路圖相當接近，只用 PLC 的少量開關量邏輯

11、控制指令就可以方便地實現繼電器電路的功能。（4）系統的設計、建造工作量小，維護方便。PLC 用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設備外部的接線，使控制系統設計及建造的周期大為縮短，同時維護也變得容易起來。（5）體積小，重量輕，能耗低。以超小型PLC為例，新近出產的品種底部尺寸小于100mm，重量小于 150g，功耗僅數瓦。1.4 PLC 系統在電廠煤傳輸系統中的應用現狀目前，PLC 系統作為電廠煤傳輸系統的控制核心，已經得到了用戶的認可和大范圍的推廣，總結其使用情況大致可歸納為如下幾類：（1）單機冷備、單網冷備系統。PLC 系統中只設置一個 CPU 主機，各 PLC 的 I/O 站之間只靠一

12、根通訊電纜連接，當 CPU 或通訊網絡故障時，都必須把整個控制系統停下來，更換 CPU 或通訊網絡。此種工作方式可靠性低，不能保證系統的不間斷運行，但投資很低。（2）單機冷備、雙網冗余熱備系統。此類配置的 PLC 系統，雖然網絡通訊采用冗余熱備方式，但只設置一個 CPU 主機，一旦 CPU 故障，就必須把整個控制系統停下來，更換CPU。因此，該工作方式的網絡通訊可靠性很高，但整個系統的可靠性改變不大，也不能保證系統的不間斷運行，投資比第一種工作方式稍有提高。（3）雙機冗余熱備、雙網冗余熱備系統。此類 PLC 系統的可靠性、穩定性大大提高，最大限度地實現了系統的不間斷運行，是目前電廠煤傳輸系統主

13、要采取的 PLC 運用方式。對于冗余系統來說，硬件冗余系統投資很高，軟件冗余系統投資比第二種 PLC 工作方式有小幅度的提高。為了降低煤傳輸系統的投資，同時保證系統運行的可靠性，提高系統運行的性價比，進一步推廣 PLC 軟件冗余系統變得十分必要。1.5 本課題研究的主要內容本課題主要進行了以下幾個方面的研究工作：1. 電廠煤傳輸系統的構成、控制原則、控制功能及實現控制的手段。2. SIEMENS S7 系列 PLC 軟件冗余系統的配置：（1）CPU 主機部分的硬件選型；（2）現場數據采集 I/O 模塊的具體配置方式，硬件選型；（3）PLC 軟件冗余系統中幾種不同的冗余網絡通訊方式；（4）整體

14、PLC 網絡的物理結構及軟件設定方法；（5）整個 PLC 系統在軟件中的配置方法和步驟；（6）對于在軟件中設定好的 PLC 系統，進行硬件初始化的方法和步驟。3. 煤傳輸系統中 PLC 系統的控制程序編制原則和方法。4. 以實際工程為例，編制 SIEMENS 軟件冗余系統使用的控制程序。第 2 章 煤傳輸系統的研究2.1 煤傳輸系統簡介2.1.1 煤傳輸系統的概念煤傳輸系統隸屬于火力發電廠的燃料車間，是火電廠輔助車間的重要組成部分，主要由卸煤、運煤、配煤和堆煤四大部分組成。煤傳輸系統即是指輸煤的自動控制系統，該系統一般以 PLC 模件為數據采集和信號處理中心，將整個工藝過程和輔助設備全部納入控

15、制，從而完成對輸煤全過程的自動控制。2.1.2 煤傳輸系統的監控范圍煤傳輸系統是我國評價一流火力發電廠的重要條件之一，監控的設備主要包括以下幾類：（1）卸煤設備，如葉輪給煤機、抓斗卸煤機等；（2）運煤設備，如輸煤皮帶、碎煤機、 三通擋板等；（3）煤系統輔助設備，如除鐵器、皮帶秤、軌道衡、皮帶秤校驗裝置等；（4）配煤設備，如犁式卸料器；（5）堆煤設備，如斗輪堆取料機、堆料機等。2.1.3 煤傳輸系統的工作任務根據火電廠燃煤運送及存儲的工藝要求，煤傳輸系統一般需要完成以下幾項任務；（1）把進廠煤從來煤處運送到儲煤場儲存。當采用汽車進煤時，一般直接把來煤卸到儲煤場。（2）把儲煤場存煤運送到原煤倉中供

16、給鍋爐設備。此項任務是煤傳輸系統最主要的工作內容，稱為上煤工作。當從儲煤場進行上煤時，一般經煤場取煤設備（如斗輪取料機、抓斗取料機等）把煤取至運煤皮帶上，然后由運煤皮帶、三通擋板、篩煤機、碎煤機等設備組成的上煤流程運送后，最終通過犁式卸料器將煤卸入原煤倉中。當上煤流程工作時，煤系統的除鐵器、除木器等相關輔助設備也要參與進來，以保障進到原煤倉的煤質良好，不含其它雜質。2.2 煤傳輸系統的構成煤傳輸系統常由四部分組成：第一，上位機人機界面系統，包括上位計算機、人機界面操作軟件、煤傳輸系統管理件；第二，PLC 控制系統，包括 PLC 主機及數據采集模塊、PLC 控制軟件、PLC 各分站之間的通訊網絡

17、及通訊協議、PLC 與上位機人機界面系統的通訊網絡及通訊協議；第三，控制臺、柜及附件，包括安放上位機的控制操作臺、安放 PLC 的控制柜、安放信號隔離繼電器的控制柜、控制電源分配柜等；第四，設備就地操作、保護裝置及信號傳感器，包括設備的一次和二次控制執行元件、皮帶保護裝置、信號檢測裝置等；2.2.1 上位機人機界面系統上位機人機界面系統，是煤傳輸系統的監控和管理終端，是煤傳輸系統的人機互動部分，是人為操作指令的輸入部分，也是現場控制信息和計算信息的存儲場地。在絕大多數煤傳輸系統中，都配置兩套上位機人機界面系統，一套作為系統運行的操作員站，另一套作為系統維護的工程師站（該站兼有備用操作員站的功能

18、）。2.2.2 PLC 控制系統PLC 程序控制系統是煤傳輸系統的控制核心，主要用來采集現場設備的保護和狀態信號，然后經過 CPU 進行邏輯和數學計算后，發出相應的控制指令，從而對煤傳輸系統的所有設備進行合理的控制。一般電廠煤傳輸系統使用的 PLC 系統都是比較流行的知名品牌，如德國 SIEMENS 品牌S7-400S7-300 系列產品、美國 AB 品牌 CONTROLLOGIX5500 系列產品等。22在煤傳輸系統中，PLC 控制系統大都配置有一個本地站（即含有工作主機 CPU 的數據采集機站）和若干個 I/O 遠程分站（不含 CPU，僅含用于采集數據的輸入、輸出 PLC 模塊），本地站與

19、 I/O 分站之間根據不同的 PLC 品牌采用不同的冗余配置的數據總線進行連接和通訊；常用的包括SIEMENS 品牌的 PROFIBUS-DP 總線（通訊介質為屏蔽雙絞線，傳輸速率根據傳輸距離在 187.5K 到 12M 之間可調）、AB 品牌的 CONTROLNET 總線（通訊介質為同軸電纜，傳輸速率可達到 5M）等。在PLC本地站中，常采用CPU冗余熱備工作方式，即配置兩臺CPU同時工作，一臺是主機，采集信號運算后輸出指令到實際的 I/O 模塊，一臺是熱備用輔機，采集信號運算后輸出同樣的控制指令，但指令不通過 I/O 模塊輸出，一旦主機有故障時，熱備輔機指令立刻通過 I/O 模塊進行實際輸

20、出，從而使自己變為主機繼續工作。一般冗余配置的 CPU主、輔機切換時間在十幾到幾十毫秒。目前，PLC 控制系統的數據采集模塊一般都選用DC24V 供電模式，數字量的輸入、輸出模塊常選用 32 通道模塊，模擬量輸入模塊選用8或16 通道模塊，模擬量輸出模塊選用 4 或 8 通道模塊。PLC 系統與上位人機界面系統的通訊網絡，是操作員控制指令和受控設備工作狀態的傳輸通道，如果此網絡通訊不正常，就無法保證控制系統的真正受控。目前的輸煤控制系統中，PLC 系統與上位機之間通常采用冗余的工業以太網進行通訊，通訊協議為 TCP/IP，通訊介質為普通網線或光纖，通訊速率采用 10/100M 自適應方式。該通

21、訊方式組網方便，技術成熟，工作穩定，上位機通訊硬件采用普通以太網卡采購方便、成本低廉，且整個煤傳輸系統容易預留與電廠管理網絡的通訊接口。2.2.3 控制臺、柜及附件煤傳輸系統的控制臺、柜是系統正常使用的輔助設施，給上位機及 PLC 元件提供了安裝位置和必要的保護，包括操作臺、電源柜、PLC 控制柜、信號隔離控制柜等。操作臺通常設置在煤傳輸室內，根據功能和安放空間進行設計、制作，屬于非標產品。一般采用前、后開門方式，在臺上安置煤傳輸系統上位機顯示器，臺體內放置煤傳輸系統上位主機，臺面上布置系統緊急停機按鈕和電話、廣播呼叫裝置。操作臺內都設有電源插座和通風冷卻風扇。電源柜內設置程控系統所需的成套控

22、制電源，隨 PLC 本地站和 I/O 遠程分站分別配置，一般系統有幾個 PLC 站就有幾套電源柜。電源柜內的供電裝置都采用冗余配置，輸入電源一般為 AC220V，輸出電源一般為 AC220V 和 DC24V，為了保證電源系統的連續供電，電源柜的輸入端常采用雙路同時供電，一路是工作電源、一路是備用電源，在工作電源出現故障時，備用電源立即投入工作。PLC 控制柜主要用來安裝 PLC 系統，分布在 PLC 本地站和 I/O 遠程分站內。本地站的 PLC 控制柜內，安裝有冗余配置的主機系統，一般包括主機架、電源模塊、遠程 I/O接口模塊、CPU 控制器、與上位機通訊的以太網模塊及冗余數據同步模塊；另外

23、，還裝有本地站監控數據采集的 I/O 模塊、模塊安裝機架、與 PLC 主機系統通訊的 I/O 適配裝置等。在各 I/O 分站的 PLC 控制柜內，主要安裝了遠程監控數據采集的 I/O 模塊、模塊安裝機架、與 PLC 主機系統通訊的 I/O 適配裝置等。信號隔離控制柜，是信號隔離裝置的安置空間。2.2.4 設備就地操作、保護裝置及信號傳感器設備控制的就地執行元器件、保護裝置及傳感器系統，是煤傳輸系統的重要組成部分，該部分元件如果選擇不當或工作不正常，就要造成整個控制系統處于大腦發達四肢不靈的狀態。設備控制的執行元器件通常選用優質的通用元器件，如空氣開關、接觸器、熱繼電器（電流綜合保護器）、電流互

24、感器、按鈕、選擇開關、信號繼電器、就地指示燈及顯示儀表等。煤傳輸系統的保護裝置及信號傳感器，主要是指運煤皮帶的保護和信號檢測裝置，及煤倉煤位的檢測裝置，總結起來包括以下幾類裝置：28（1）運煤皮帶跑偏信號檢測裝置，即跑偏保護開關。（2）運煤皮帶拉繩信號檢測裝置，即拉繩保護開關。（3）運煤皮帶縱向撕裂檢測裝置，即撕裂保護開關。（4）運煤皮帶斷帶檢測裝置，即斷帶保護開關。（5）運煤皮帶速度監控儀，即速度、打滑檢測開關（6）運煤皮帶料流檢測開關。（7）落煤管堵煤故障檢測開關。（8）煤倉煤位檢測裝置。2.3 煤傳輸運煤系統的控制方式煤傳輸運煤系統的控制方式一般可分為程控自動、聯鎖手動、解鎖手動、就地手

25、動四種控制方式。其中，程控自動和聯鎖手動是系統的主要控制方式；解鎖手動一般用于單臺設備的檢修和測試；就地手動常用于單臺設備的檢修和測試，有時也作為無 PLC 控制的緊急上煤操作方式。29-32程控系統正常工作時，一般依照如下的控制原則：（1）正常運行時，輸煤設備按逆煤流方向順序延時啟動；（2）正常停機時，輸煤設備按順煤流方向順序延時停機；（3 ）故障停機時，從故障設備起所有逆煤流設備順序立即停機（碎煤機除本身事故外，不停機或延時停機）；（4）除鐵器只參與膠帶運輸機聯鎖啟、停，但除鐵器有事故時不聯跳逆煤流方向的皮帶，除鐵器自跳；（5）由于緊急情況需立即停所有設備時，操作臺及上位機上均有急停按鈕，

26、此按鈕一旦動作，主機能立即接到命令，使設備立即停下來（碎煤機、篩煤機延時停機）；（6）當設備發生故障時，輸出語音、文字報警。2.3.1 程控自動控制方式程控自動控制方式是煤傳輸系統的主要工作方式。此種方式下，所有設備的監控工作都通過上位機和 PLC 系統完成，設備自身保護齊全，設備啟、停采用聯鎖自動控制，是一種高可靠性、高智能化的設備控制方式。2.3.2 聯鎖手動控制方式聯鎖手動控制方式是煤傳輸系統的重要工作方式。此種方式下，所有設備的監控工作都通過上位機和 PLC 系統完成，設備自身保護齊全，設備啟、停采用一對一手動控制，是一種簡單靈活的設備控制方式。2.3.3 解鎖手動控制方式解鎖手動控制

27、方式通過上位機和 PLC 系統實現，是一種非常規控制方式，不允許帶載運行，只適用于單臺設備的調試、校正及試驗。解鎖手動時，被選中解鎖的設備與整個系統將解除聯鎖關系，可以從上位機上一對一啟動已經解鎖的設備，此時設備的自身保護依然有效，但沒有聯鎖保護功能。2.3.4 上位機控制方式下的共有功能在煤傳輸系統中，程控自動、聯鎖手動、解鎖手動的控制都是經過上位機和 PLC 系統實現的，在這三種控制方式中，設備的自身保護信號都是齊全可靠的，并都有效參與了設備的停機保護。為了提高程控系統的利用率，最大限度地保障煤倉供煤的連續性，系統一般都設有設備故障信號人為解除功能。故障信號解除功能常于設備故障情況時的緊急

28、或臨時處理。例如，在運煤皮帶正常工作時，如果出現重跑偏、拉繩、重打滑、撕裂等報警信號，則系統將立即對運煤皮帶實施停機保護，并且在此類故障信號未消除前，無法再次啟動該運煤皮帶。當系統處于特殊情況時，如皮帶并未發生真正的類似故障，而是保護裝置誤動作或損壞后發出的報警信號，此時如該皮帶急需運行起來，且在短時間內無法對保護裝置進行檢測和維護，就可以使用故障信號解除功能。此時，在上位機中把出現的故障設于“解除”狀態，并重新復位故障信號后，即可以把相應的運煤皮帶再次啟動起來。2.3.5 就地手動控制方式就地手動控制方式是煤傳輸系統的后備手操控制方式，此時的設備控制完全使用繼電器硬線回路實現，而與上位機和

29、PLC 系統無關。就地操作時，設備的自身保護往往是不齊全的，設備間的聯鎖關系也沒有程控操作時完整，但此種控制方式可以用作上位機與 PLC 系統損壞情況下的緊急上煤。此時，需要運行人員依照設備的聯鎖關系，到就地操作箱一對一操作設備的啟、停開關，從而實現設備的正常工作。通常，就地手動控制方式與程控方式的切換靠設備的“就地/程控”控制方式轉換開關實現，此轉換開關有的系統設在設備就地控制箱內，有的系統則直接將其設置在煤傳輸的控制柜內。該開關的位置沒有標準可以遵循，一般是由系統的整體設計思路決定的。2.4 煤傳輸配煤系統的的控制方式煤傳輸中的配煤是指原煤倉上的卸料設備把運煤皮帶上的來煤分別加到各原煤倉的

30、全過程。配煤系統涉及到的設備主要是犁式卸料器（即犁煤器）和原煤倉。完整的煤傳輸系統都由運煤系統和配煤系統兩部分內容組成。配煤系統大都采用程序自動配煤、上位機手動配煤、就地手動配煤三種控制方式；并以盡量加倉均勻、盡量利用煤倉儲煤空間為配煤原則。2.4.1 程序自動配煤控制方式程序自動配煤是一種全自動配煤方式，一般包括低煤位優先配，順序時間循環配和余煤配三部分工作內容，整個配煤過程由 PLC 程序控制，加倉均勻，原煤倉儲煤空間利用率高，當原煤倉個數較多時，可大大降低煤倉間值班人員的勞動強度。2.4.2 上位機手動配煤控制方式上位機手動配煤屬于人工配煤方式，此時，操作員通過參考各煤倉的煤位信號，并一

31、對一點按上位機上的犁煤器抬、落按鈕來完成配煤工作。2.4.3 就地手動配煤控制方式就地手動配煤方式，是配煤系統的后備手操控制方式。此種配煤操作方式與上位機和PLC 系統無關，完全依賴操作人員的運行經驗實現。操作人員通過犁煤器現場控制箱上的抬、落控制按鈕控制犁煤器的抬落，并根據現場巡查的煤倉煤位來決定配煤時間的長短和配煤加倉的先后順序。就地手動配煤的優先級別高于其它配煤控制方式，當巡檢人員發現其它配煤方式下出現異常情況時，可以隨時在就地對配煤操作進行干預。為了保證配煤系統正常工作，少出事故，有的煤傳輸系統對就地手動配煤方式與上位機的配煤控制方式實施了并列共存。即煤倉間犁煤器在通過上位機和 PLC

32、 系統控制的同時，也可以隨時接受并執行現場就地控制箱的控制信號。第3 章PLC在煤傳輸系統中的應用 3.1 煤傳輸系統中常用的 PLC3.1.1 冗余配置的 PLC 系統冗余配置的 PLC 系統，多是指雙網冗余熱備、雙機冗余熱備系統。雙網冗余熱備，即雙通道冗余通訊模式，是指在 PLC 系統中，各 PLC 的 I/O 站及CPU 之間通過兩根通訊電纜連接，占用兩個參數完全相同的通道進行數據通訊，兩個通道同時工作，一主一輔互為備用，當一條通訊線故障時，另一通訊網絡可以瞬間投入運行，充分保障了網絡數據的不間斷傳輸，降低了數據傳輸的故障率。雙機冗余熱備，是指在 PLC 系統中配置兩個完全相同的 CPU

33、 同時工作，一個 CPU為主，另一個 CPU 為輔，主 CPU 負責驅動實際的系統輸出；當 PLC 系統檢測到主 CPU故障或 CPU 切換命令時，立即把輔 CPU 的輸出鏈接到系統實際輸出上，把原主 CPU 替換下來，以便對其故障進行處理。雙機冗余熱備系統中，CPU 的切換分為兩種方式，一種是通過專用同步模塊進行切換，即硬件冗余系統，切換時間一般在十幾到幾十毫秒，此種 PLC 配置方式投資較高；一種是通過程序數據檢測進行切換，即軟件冗余系統，切換時間在一百毫秒左右，SIEMENS S7-300/S7-400 系列 PLC 正是可以進行軟件冗余配置的典型 PLC，此種 PLC配置方式的投資較硬

34、件冗余系統低很多，系統的運行性價比很高。從 CPU 切換的時間上來看，軟件冗余系統的切換時間較長，系統控制的跟隨性要比硬件冗余系統差一些；但實際上，電廠煤傳輸系統的監控信號多為開關量信號，PLC 系統主要進行的是邏輯運算，所以軟件冗余系統的切換時間完全能夠滿足運煤系統連續控制的需要。為此，研究 SIEMENS S7-300/S7-400 系列 PLC 的軟件冗余配置就變得十分重要。3.1.2 常用于煤傳輸系統的 PLC 簡介目前，火電廠煤傳輸系統中常用的 PLC 主要有三種：（1）美國 MODICON 品牌 QUANTUM140 系列產品。主機部分采用冗余配置，各 PLC 分站與主機采用 RI

35、O 冗余網絡通訊，PLC 系統與上位機系統采用冗余以太網方式通訊。（2）德國SIEMENS品牌S7-400S7-300系列產品。主機部分采用S7-300產品，冗余配置；數據采集模塊采用 S7-300 產品，并以 SIEMENS 產品特有的 ET200M擴展方式與主機系統相連；各 PLC 分站與主機系統間采用 PROFIBUS-DP 冗余網絡通訊，PLC 系統與上位機系統采用冗余以太網方式通訊。（3）美國 AB 品牌 CONTROLLOGIX5500 系列產品。主機部分采用冗余配置，各 PLC 分站與兩個主機站采用 CONTROLNET 冗余網絡通訊，PLC 系統與上位機系統采用冗余以太網方式通

36、訊。綜上可見，電廠主流煤傳輸系統中的 PLC 系統一般選擇冗余配置 CPU 工作方式。3.2 SIEMENS S7 軟件冗余系統的構架SIEMENS S7 系列 PLC 軟件冗余系統，在主機部分的配置中，往往因 CPU 的型號不同而有所差別，但對于 I/O 分站的配置則完全相同。在所有的軟件冗余系統中，I/O 分站都是按照 ET200M 的方式進行擴展，每個分站配有一對冗余的通訊模塊 IM153-2，且所有分站與主機系統的兩個 CPU 都以 PROFIBUS-DP 方式進行通訊，每個分站最多只允許配置 8 個 I/O 模塊，每個 PLC 系統則可以配置 127 個 I/O 分站。對于 SIEM

37、ENS S7 系列 PLC 軟件冗余系統的主機部分，本文將按S7-300機型分別進行介紹。S7-300 系列的 PLC，在構成軟件冗余系統時，其 CPU 主機部分主要包括以下幾種組成構件：（1）PLC 主機安裝導軌（2）PLC 主機 CPU 模塊（3）PLC 冗余數據檢測模塊（4）PLC 數據傳送網絡3.3 SIEMENS S7 軟件冗余系統的設定目前，實際工程中常用的 SIEMENS S7 軟件冗余系統有兩種，一種是 MPIPROFIBUS 冗余方式，另一種是 TCP/IP 冗余方式。軟件冗余系統是一種特殊的 PLC 冗余系統，不但在硬件構成上特點鮮明，其軟件設定更是舉足是輕重，如果沒有正確

38、的軟件組態和設定，軟件冗余系統就無法正常工作，甚至無法組建。對于 SIEMENS S7-300 系列的 PLC 軟件冗余系統，用到的軟件有用戶編程的專用軟件STEP 7 和進行軟件冗余配置的專用冗余軟件SIMATIC SoftwareRedundancy。本文中用到的軟件版本為 STEP 7 V5.2+SP1 和 Redundancy V1.2。當STEP 7 V5.2+SP1 和 Redundancy V1.2安裝完成后，即可根據實例中提到的硬件構成，來創建和組態軟件冗余系統的應用程序。3.4 SIEMENS S7 軟件冗余系統的用戶程序編制在 SIEMENS 的 PLC 系統中，當 CPU

39、 采用 S7-300/400 產品時，使用的軟件編輯程序都是 STEP7，該軟件最常用的語言表達方式為梯形圖（LAD）和語句表（STL）。為了提高編制 SIEMENS 用戶程序的靈活性，強大用戶程序的功能，提高程序的可讀性，STEP7 采用多種程序塊共同來組成用戶程序。總結起來，程序塊主要包括以下幾種：（1）OB 塊（Organization Block），即程序組織塊，用戶程序的執行都是靠 CPU 掃描OB 塊來實現的。（2）DB 塊（Data Block），即存儲程序數據的塊，數據塊的格式和內容可以根據用戶的需要進行設定，數據塊支持的數據類型包括 BOOL、BYTE、WORD、DWORD、

40、INT、DINT、REAL、S5TIME、TIME、DATE、CHAR、TIME_OF_DAY，數據塊常用的定義結構為數組結構。數據塊是用戶程序計算數據的存放空間，其內沒有程序語句，對于不同的 CPU 來說，可以定義的數據塊數量也不同。（3）FB 塊（Function Block），即帶有存儲數據的程序功能塊，此類功能塊需依附數據塊工作，每個 FB 塊都需定義一個 DB 塊與之配合使用，并通過 OB 塊的調用來執行。FB 塊有兩種，一種是用戶自行編制的，具有某種通用功能的程序塊；一種是軟件系統自帶的具有特定功能的程序塊，即 SFB 塊，在軟件冗余系統中，即用到了塊 SFB04IEC 接通延時計

41、時器功能塊。（4）FC 塊（Function），即不帶有存儲數據的程序功能塊，此類功能塊單獨存在，不需依附數據塊工作，是用戶開發程序時最常用的程序塊，通過 OB 塊的調用來執行。一個軟件冗余系統的 PLC 程序往往由兩部分組成，一部分是具有特定意義的系統自帶的程序功能塊，包括相應的 OB 塊、FB 塊、FC 塊、DB 塊，一般此類程序塊不需要用戶自己編制，只要把對應的程序塊從軟件程序庫中復制到用戶程序中即可；另一部分是用戶自己編制或配置的程序塊，包括 OB 塊、FB 塊、FC 塊、DB 塊等。（1）來自程序庫的特定程序塊圖 3.6 CP 400 文件夾內的程序塊顯示圖 3.7 SWR_AGSE

42、ND_400 文件夾內的程序塊顯示圖 3.8 SWR_400_MIN 項中含有的程序塊顯示（2）用戶自行編制的程序塊圖 3.9 數據塊傳輸指令圖 3.10 IEC 計時器指令圖 3.11 自行編制的計時器指令功能塊第 4 章：基于西門子PLC冗余系統的煤傳輸系統的設計4.1 工程簡介本設計中的發電廠煤傳輸系統中，系統要求在程控室內設置一個PLC 本地站，在煤倉間設置一個 PLC 遠程 I/O 分站。本地站內設有 PLC 系統的 CPU 和部分 I/O 模塊,主要監控的設備包括廠外運煤設備及廠內煤倉間之前的所有設備；遠程 I/O 分站只設有 PLC 系統的 I/O 模塊，主要監控的設備是煤倉間皮

43、帶、擋板、犁煤器及煤倉煤位信號。鑒于電廠煤傳輸系統的重要性，對 PLC 系統采用了軟件冗余配置的雙 CPU 工作方式，并通過 PLC 編程實現所有輸煤設備的聯鎖控制，工業控制計算機則作為上位機與PLC 互相配合，共同完成煤傳輸系統的監控功能。本系統的上位機人機界面監控、管理系統包括：兩臺上位監控機（操作員站）和一臺工程師工作站。4.2 煤傳輸系統組態方式4.2.1 系統結構整個煤傳輸系統由上位機系統、網絡通信系統、PLC系統、就地設備控制系統組成，分為程控上煤和程控配煤兩大部分，分別完成上煤控制和配煤控制功能。設有一個主控制室，設在輸煤綜合樓，實現主要的控制任務。下設四個遠程工/0站，在本系統

44、中，由于煤傳輸系統設備比較分散，所以在煤倉間又設置一個遠程站，對整個系統起輔助監視作用。整個煤傳輸系統配備了兩臺上位機，其中一臺可以兼做工程師站。上位機與PLC之間采用冗余結構環型工業以太網進行通訊。在PLC系統與各遠程1/0設備(ET一200、傳動設備、執行器、傳感器)等各網絡之間采用冗余的PROF工BUS一DP現場總線進行通信。整個煤傳輸系統的系統配置如下圖所示：、圖4.1 煤傳輸系統配置圖4.2.2 通訊方式1.通過分析對比，上位機與PLC主站之間選用德國西門子公司研發的 SIMATICNET100Mbit/S工業以太網。它是利用帶傳輸技術，基于IEEESO2.3，利用CSMA/CD介質

45、訪問方法的單元級和控制級傳輸網絡。使用的物理傳輸介質是光纖。2.PLC主站與各I/0分站之l選用冗余的PROFIBUS一DP現場總線。PROFIBUS一DP用于將現場層的數據高速傳送到PLC主站，PLC主站周期地讀取各分站的輸入信息并周期地向分站發送輸出信息。總線循環時間必須要比主站(PLC)程序循環時間短。除周期性數據傳輸外，PROFIBUS一DP還提供智能化設備所需的非周期性通信以進行組態、診斷和報警處理。3.煤傳輸系統通訊網絡圖：圖4.2 煤傳輸系統網絡通訊圖 4.2.3冗余系統實例中的硬件及網絡組態安裝STEP 7 V5.2+SP1 和 Redundancy V1.2后。根據系統的硬件

46、構成，來創建和組態冗余系統的應用程序。（1）應用程序的創建（2）應用程序的硬件及網絡組態圖 3.1 CPU 配置 PROFIBUS-DP 網后的程序顯示界面圖 3.2 配置第一個 I/O 分站后的程序顯示界面（3）應用程序的冗余數據檢測網絡組態圖 3.3 含鏈接配置表的網絡編輯界面圖 3.4 配置 FDL 數據鏈接后的鏈接表顯示界面圖 3.5 配置 TCP/IP 數據鏈接后的鏈接表顯示界面4.3系統的硬件設計4.3.1系統用到的設備的硬件選型： 1.系統元器件選型：序號元器件名稱元器件代號型號數量1刀開關QSHR1-60132按鈕開關SBLA19-11B/D63轉換開關SASZLW5-1634

47、拉繩開關SLRN5-II145熱繼電器FRJR16-20126熔斷器FUNGT0036圖4.3 系統元器件選型表 2.系統電機選型：電機代碼電機名稱電機型號電機參數（功率）M1卸煤部分1#輸送帶電動機Y200L1-230KWM2卸煤部分2#輸送帶電動機Y16M1-211KWM3卸煤部分3#輸送帶電動機Y200L1-230KWM4上煤部分4#A輸送帶電動機Y132S1-25.5KWM 5上煤部分5#A輸送帶電動機Y200L2-237KWM6上煤部分6#A輸送帶電動機Y225M-245KWM7上煤部分7#A輸送帶電動機Y160M2-215KWM8上煤部分4#B輸送帶電動機Y132S1-25.5KW

48、M9上煤部分5#B輸送帶電動機Y200L2-237KWM10上煤部分6#B輸送帶電動機Y225M-245KWM11上煤部分7#B輸送帶電動機Y160M2-215KWM12上煤部分O#輸送帶電動機Y16M1-211KWM13上煤部分梨煤機電動機（AD）Y132S2-27.5KWM14上煤部分梨煤機電動機（BD）Y132S2-27.5KW圖4.4 系統電機選型表4.3.2系統主電路分析及設計：1. 系統主電路： 圖 4.5 系統主電路圖 2.系統主電路分析：本設計的煤傳輸系統主要是通過皮帶運機完場卸煤及上煤任務，本設計采用以PLC為控制核心控制12臺皮帶運輸機，其中1#3#皮帶完成卸煤任務；4#7

49、#（有AD 、BD兩條輸送線供選擇）皮帶完成上煤任務。12臺皮帶運煤機、梨煤機分別用14臺電動機（M1M14）帶動。4.3.3.PLC控制系統的硬件選型機設計1.PLC控制系統的硬件選型：序號設備部件名稱型號數量主要技術參數生產廠家1S7-300CPU模塊S7-300CPU模塊CPU313C-2DPCPU313C-2DP22最多處理模擬通量248通道，數字量992，模塊繼集成多個高速輸入計數通道和輸出脈沖通道。德國SIEMENS2S7-300數字輸量輸入模塊SM321116通道，24VDC信號德國SIEMENS3S7-300數字量輸出模塊SM322116通道，24VDC信號德國SIEMENS4

50、S7-300模擬量輸出模塊SM33212通道，電流電壓信號德國SIEMENS5S7-300以太網模塊CP343-11支持TCP/IP協議德國SIEMENS6S7-300PROFIBUS模塊CP342-51支持PROFIBUS從站協議德國SIEMENS7分布式I/O站接口模塊IM153-11支持PROFIBUS從站協議德國SIEMENS8PROFIBUS電纜CABLE10PROFIBUS標準電纜德國SIEMENS9PROFIBUS通訊卡CP56111程序編程調試，PROFIBUS通訊等德國SIEMENS10總線連接器BUS-CONNECTOR390度被插式德國SIEMENS11模塊前連接器20P

51、IN420PIN德國SIEMENS12德國SIEMENS13圖 4.6 PLC控制系統硬件選型2.PLC控制系統的I/O口分配：（1） 輸入點：卸煤、上煤時自動/手動切換需要2個輸入點；卸煤、上煤時的聯鎖啟動、停止、緊急停止需要6個輸入點；控制料斗、1#3#皮帶機需要4個輸入點；AD、BD工作方式的選擇需要1個輸入點；梨煤機（2臺）、4A#7A#(4#B7#B)和0#皮帶需要11個輸入點，共24個輸入點。（2）輸出點：卸煤、上煤時的聯鎖啟動預告電鈴和故障報警電鈴需要4個輸出點；控制料斗電磁閥和1#3#皮帶機需要4個輸出點；梨煤機（2臺）、4A#7A#(4#B7#B)和0#皮帶需要11個輸入點，

52、共19個輸入點。名 稱代碼地址編碼輸 入 信 號卸煤自動/手動按鈕S0I0.0卸煤啟動按鈕SB0I0.1卸煤停止按鈕SB1I0.2卸煤急停按鈕SB2I0.3料斗電磁閥I0.41#皮帶傳動電機I0.52#皮帶傳動電機I0.63#皮帶傳動電機I0.7上煤自動/手動按鈕S1I1.0上煤啟動按鈕SB3I1.1上煤停止按鈕SB411.2上煤急停按鈕SB5I1.3AD/BD運行選擇按鈕S2I1.4梨煤機電機（AD）I1.5梨煤機電機 (BD)I1.64#A皮帶傳動電機I1.75#A皮帶傳動電機I2.06#A皮帶傳動電機I2.17#A皮帶傳動電機I2.24#B皮帶傳動電機I2.35#B皮帶傳動電機I2.46

53、#B皮帶傳動電機I2.57#B皮帶傳動電機I2.60#皮帶傳動電機IO.27圖 4.7 輸入信號表名稱代碼地址編碼輸 出 信 號輸 出 信 號卸煤啟動預告電鈴HA1Q0.0上煤啟動預告電鈴HA2Q0.1卸煤故障電鈴HA3Q0.2上煤故障電鈴HA4Q0.31#皮帶傳動電機Q0.52#皮帶傳動電機Q0.63#皮帶傳動電機Q0.7梨煤機電機（AD）Q1.0梨煤機電機 (BD)Q1.14#A皮帶傳動電機Q1.25#A皮帶傳動電機Q1.36#A皮帶傳動電機Q1.47#A皮帶傳動電機Q1.54#B皮帶傳動電機Q1.65#B皮帶傳動電機Q1.76#B皮帶傳動電機Q2.07#B皮帶傳動電機Q2.10#皮帶傳動

54、電機Q2.24.PLC控制系統I/O口連線圖圖 4.8 PLC控制系統I/O口連線圖4.4 系統軟件設計以下是系統軟件設計分析：1. 系統軟件控制： 系統軟件控制分為兩部分：卸煤部分和上煤部分。卸煤部分和上煤部分都有公共程序部以及自動手動控制部分。在這兩部分控制中主要包括起動、停止、緊急停止和故障停止四個部分。系統的自動控制控制如下：（1）起動。起動時，為了避免在前段皮帶上造成煤料堆積而造成事故，系統需要逆煤料的流動方向按一定時間間隔順序起動，即先起動該段的最后一臺皮帶機活設備，經5s延時后，在依次延時起動該段的其它皮帶機和設備。起動是時，先預警各設備，經60s的延時后才起動各設備。卸煤部分：

55、先起動3#皮帶機，經5s延時，起動2#皮帶機，經5s延時，起動1#皮帶機，再經5s延時，起動料斗，完成卸煤部分的起動過程。 上煤部分：先起動0#皮帶機，同時選擇上煤路線，經5s延時，起動7#皮帶機，經5s延時，起動6#皮帶機，經5s延時，起動5#皮帶機，經5s延時起動4#皮帶機，再經5s延時，梨煤及起動，完成上煤部分的起動過程。（2）停止。停止是為了使運輸皮帶上不殘留煤料而造成事故，系統要求順煤料流動方向按一定時間間隔順序停止，即先停止最前面一臺皮帶機或設備，待30s延時后，在依次停止其它皮帶機或設備。卸煤部分：先停止料斗，經30s延時后，1#皮帶機停止，經30s延時后2#皮帶機停止，再經30s