高爐上料系統(tǒng)的plc控制系統(tǒng)設計畢業(yè)設計

1、<p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　第1章 緒論2</b></p><p><b>　　1.1 概述2</b></p><p>　　1.2高爐上料系統(tǒng)的PLC自動控制研究的目的、意義2</p><p>　　1.3 國內外PLC研究和發(fā)展

2、的現狀2</p><p>　　1.3.1國外PLC發(fā)展及典型應用概況3</p><p>　　1.3.2國內PLC的發(fā)展和應用4</p><p>　　1.4 PLC控制系統(tǒng)的優(yōu)點5</p><p>　　1.5 設計研究內容及創(chuàng)新點5</p><p>　　1.5.1主要研究內容5</p>&l

3、t;p>　　1.5.2主要創(chuàng)新點6</p><p>　　第 2章 高爐上料系統(tǒng)的供配電設計6</p><p>　　2.1 相關概念6</p><p>　　2.2 負荷計算方法8</p><p>　　2.3 系統(tǒng)技術指標及控制要求10</p><p>　　2.4 高爐上料系統(tǒng)裝置的相關控制11<

4、;/p><p>　　第3章 PLC控制系統(tǒng)硬件設計11</p><p>　　3.1 確定I/O設備11</p><p>　　3.2 PLC的選型11</p><p>　　3.3 I/O點的分配與接線圖13</p><p>　　3.3.1 PLC輸入和輸出I/O點分配如下表：13</p>&

5、lt;p>　　3.3.2繪制I/0接線圖：（見附圖）17</p><p>　　第4章 PLC控制系統(tǒng)軟件設計17</p><p>　　4.1程序說明17</p><p>　　4.3安全保護及其措施18</p><p>　　第5章 結論與展望19</p><p>　　5.1 結論19</p&

6、gt;<p>　　5.2 展望19</p><p><b>　　致謝20</b></p><p><b>　　參考文獻20</b></p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p><b>　　1.1 概述</b>&l

7、t;/p><p>　　可編程控制器（PLC）是近二十年發(fā)展起來的新一代工業(yè)控制裝置，其最初是為了取代繼電器控制系統(tǒng)而發(fā)明，多用順序邏輯控制中，如：高爐上料、電梯控制、貨物存取等；隨著PLC技術的不斷發(fā)展，現已能實現對模擬量的控制，應用于各種閉環(huán)過程控制中及構成DCS  。德國西門子公司是一家世界領先的PLC制造廠家，生產s7-200.s7-300,s7-400等多種型號、不同檔次的產品，A系列可編程控制器是

8、其生產的一個不斷完善的中小型可編程控制器系列，具有功能強大、處理快速的處理器，較大的存儲容量和豐富的指令集，能實現多種控制任務。</p><p>　　1.2高爐上料系統(tǒng)的PLC自動控制研究的目的、意義</p><p>　　高爐上料是整個高爐冶煉生產的關鍵環(huán)節(jié)，擔負著為煉鐵高爐提供原料的功能，其將來自料倉的各種原料按一定的配料比送到高爐內進行冶煉。整個上料過程大部分是順序邏輯控制，涉及到一些

9、模擬量控制，但沒有反饋，不構成閉環(huán)過程控制，故而多采用可編程控制器（PLC）進行控制。主要作用是將煉鐵所需的各種原料源源不斷地送到高爐內，保證高爐煉鐵的正常需要，而整個高爐上料卷揚系統(tǒng)的核心就是料車的主提升設備。早期的傳動調速控制方法多采用串極、直流或轉子串電阻調速控制方式，設備簡單，造價低，維護方便等特點。高爐自動上料應用非常普遍，長度是有限的，為把物料從槽下料倉搬運到爐頂上，采用料車升降機，以提高生產效率。經生產實踐表明，該設計思路

10、正確，運行可靠，能達到實際生產應用的要求。中小型高爐上料主要是卷揚料車上料，由于料車上料占地面積小，在中小高爐中得到廣泛的應用，如中型高爐卷揚系統(tǒng)采用雙電機控制，小高爐采用單電機控制。卷揚上料系統(tǒng)的主要過程是：各種原料經過槽下配料后放入中間料斗，料車到料坑后，料斗把料放入料車，料斗閘門關到位后，料車啟動，到達爐頂。</p><p>　　1.3 國內外PLC研究和發(fā)展的現狀</p><p>

11、　　多年來，可編程控制器（以下簡稱PLC）從其產生到現在，實現了接線邏輯到存儲邏輯的飛躍；其功能從弱到強，實現了邏輯控制到數字控制的進步；其應用領域從小到大，實現了單體設備簡單控制到勝任運動控制、過程控制及集散控制等各種任務的跨越。今天的PLC在處理模擬量、數字運算、人機接口和網絡的各方面能力都已大幅提高，成為工業(yè)控制領域的主流控制設備，在各行各業(yè)發(fā)揮著越來越大的作用。</p><p>　　1.3.1國外PLC發(fā)

12、展及典型應用概況</p><p>　　自從1969年美國數字設備公司(DEC)研制出世界上第一臺PLC(PDP-14型),并在通用汽車公司自動裝配線上的試用，獲得成功，從而開創(chuàng)了工業(yè)控制新時期。1971年,日本從美國引進了這項新技術,很快研制成功日本的第一臺PLC(DSC)；1973年,西歐國家也研制出他們的第一臺PLC。到80年代初，PLC在先進工業(yè)國家中已獲得廣泛應用。這個時期可編程控制器發(fā)展的特點是大規(guī)模、

13、高速度、高性能、產品系列化。這個階段的另一個特點是世界上生產可編程控制器的國家日益增多，產量日益上升。這標志著可編程控制器已步入成熟階段。</p><p>　　目前,世界上幾個工業(yè)發(fā)達國家,如美國、德國、日本、英國、法國等都有幾十家企業(yè)能夠生產上千種各類PLC產品,其能夠實現的功能也越來越多。PLC作為一種很有特色和發(fā)展前途的新型工業(yè)控制裝置，在各行各業(yè)中得到了非常廣泛的應用。例如在電力工業(yè)中,用于發(fā)電機和變壓器

14、監(jiān)控系統(tǒng)；在冶金工業(yè)中,用于軋鋼機運行的控制；在機械工業(yè)中,用于數控機床的控制；在食品工業(yè)中,用于飲料灌裝生產線的控制；在公共事業(yè)中,用于電梯控制,城市交通控制等。使用情況主要分為如下幾類：</p><p>　?、?開關量邏輯控制：取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實現邏輯控制、順序控制，既可用于單臺設備的控制，也可用于多機群控及自動化流水線。如注塑機、印刷機、訂書機械、組合機床、磨床、包裝生產線、電鍍流水線等。 </

15、p><p>　?、?工業(yè)過程控制：在工業(yè)生產過程當中，存在一些如溫度、壓力、流量、液位和速度等連續(xù)變化的量（即模擬量），PLC采用相應的A/D和D/A轉換模塊及各種各樣的控制算法程序來處理模擬量，完成閉環(huán)控制。PID調節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的一種調節(jié)方法。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應用。 </p><p>　　③ 運動控制：PLC可以用于圓周運動或直線運動

16、的控制。一般使用專用的運動控制模塊，如可驅動步進電機或伺服電機的單軸或多軸位置控制模塊，廣泛用于各種機械、機床、機器人、電梯等場合。 </p><p>　　④ 數據處理：PLC具有數學運算（含矩陣運算、函數運算、邏輯運算）、數據傳送、數據轉換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數據的采集、分析及處理。數據處理一般用于如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。 </p><p>　　⑤ 通

17、信及聯(lián)網：PLC通信含PLC間的通信及PLC與其它智能設備間的通信。隨著工廠自動化網絡的發(fā)展，現在的PLC都具有通信接口，通信非常方便。 </p><p>　　為了適應大中小型企業(yè)的不同需求,進一步擴大其應用范圍,PLC正朝著以下方向發(fā)展:</p><p>　?、?低檔PLC向小型,簡易,廉價方向發(fā)展,使之能更加廣泛地取代繼電器控制,日本三菱公司的FX系列具有邏輯運算,計時,計數,加減運算

18、等各種功能。</p><p>　?、?中高檔PLC向大型，高速，多功能方向發(fā)展，使之能取代工業(yè)控制微機的部分功能，對大規(guī)模，復雜系統(tǒng)進行綜合自動控制。開發(fā)滿足不同需要的特殊功能模塊，方便用戶構建的控制系統(tǒng)。</p><p>　?、?工廠綜合自動化，消滅自動化孤島，方便自動化系統(tǒng)集成是現代工業(yè)生產的需要，增強PLC的聯(lián)網通信能力。包括PLC與計算機之間，不同PLC之間，PLC與現場總線之間通

19、信能力的增強是PLC近年來發(fā)展的一個重要方向。</p><p>　?、?編程語言不斷豐富。許多公司的PLC編程語言除了原有的梯形圖語言，指令表語言，順序功能圖之外還推出多種高級語言編程，以適應更廣泛的需求，編程工具也在向小型化，通用化和多功能方向發(fā)展。</p><p>　　1.3.2國內PLC的發(fā)展和應用</p><p>　　我國可編程控制器的引進、應用、研制、生產

20、是伴隨著改革開放開始的。最初是在引進設備中大量使用了可編程控制器。1977年我國研制成功了以一位微處理器MC14500為核心的可編程序控制器,并開始應用于工業(yè)領域?？赡菚r候國外可編程控制器在機械制造、石油化工、冶金鋼鐵、汽車、輕工業(yè)等領域的應用都得到了長足的發(fā)展。盡管接下來PLC在我國各種企業(yè)的生產設備及產品中不斷擴大了應用。但我國在這個方面與發(fā)達國家有著明顯的差距。</p><p>　　多年來的實踐證明,PLC

21、的應用,使我國工業(yè)自動化水平有了很大的提高,經濟效益顯著,但是,目前我國自行研制,開發(fā)或仿制的PLC還只限于小型PLC,中檔以上的國產產品還是空白。國產產品不論是數量還是功能上都不能滿足國內市場需求。</p><p>　　目前，我國自己可以生產中小型可編程控制器的企業(yè)也有許多。如上海東屋電氣有限公司、杭州機床電器廠、大連組合機床研究所、蘇州電子計算機廠等，而且它們的多種產品已具備了一定的規(guī)模并在工業(yè)產品中獲得了應

22、用。如北京和利公司推出的G3型小型PLC有符合IEC61131-3的五種編程語言，編程軟件具有超強的計算功能，它有極強的通信功能，有集于CPU模塊的標準Modbus協(xié)議，專有協(xié)議和自由協(xié)議的通信接口。通過該接口可方便地接到Profibus等總線上去。還有深圳德維森公司開發(fā)的基于PC的軟PLC TOMC系列。其特點是符合IEC61131-3國際標準的編程語言，允許梯形圖，順序功能圖和功能模塊圖混合編程，用戶可以開發(fā)基于內置PC資源的C語言

23、和定義功能塊，通過以太網，TCP/IP與上位機聯(lián)網。</p><p>　　在90%的國內PLC市場由國外PLC產品占領的今天，國產PLC能脫穎而出，并具有和國外同類產品進行競爭的能力，相信不久的將來，國產PLC將占領市場更大份額。國產化PLC的品種和性能將再上一個新的臺階。</p><p>　　1.4 PLC控制系統(tǒng)的優(yōu)點</p><p>　?、?可靠性高，抗干擾

24、能力強 </p><p>　　高可靠性是電氣控制設備的關鍵性能。PLC由于采用現代大規(guī)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。使用PLC構成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開關接點已減少到數百甚至數千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC帶有硬件故障自我檢測功能，出現故障時可及時發(fā)出警報信息。在應用軟件中，應用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程

25、序，使系統(tǒng)中除PLC以外的電路及設備也獲得故障自診斷保護。這樣，整個系統(tǒng)將極高的可靠性。 </p><p>　　② 配套齊全，功能完善，適用性強 </p><p>　　PLC發(fā)展到今天，已經形成了各種規(guī)模的系列化產品，可以用于各種規(guī)模的工業(yè)控制場合。除了邏輯處理功能以外，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。多種多樣的功能單元大量涌現，使PLC滲透到了位置控制、溫度控制

26、、CNC等各種工業(yè)控制中。加上PLC通信能力的增強及人機界面技術的發(fā)展，使用PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。 </p><p>　?、?易學易用，深受工程技術人員歡迎 </p><p>　　PLC是面向工礦企業(yè)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，為不熟悉電子電路、不懂計算機原理和匯編語言的人從事工業(yè)控制打開了方便

27、之門。 </p><p>　　④ 系統(tǒng)的設計，工作量小，維護方便，容易改造 </p><p>　　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(tǒng)設計及建造的周期大為縮短，同時日常維護也變得容易起來，更重要的是使同一設備經過改變程序而改變生產過程成為可能。這特別適合多品種、小批量的生產場合。</p><p>　　1.5 設計研究內容及創(chuàng)新點&

28、lt;/p><p>　　1.5.1主要研究內容</p><p>　　課題主要研究PLC控制的基本原理；PLC控制的工藝過程, PLC控制系統(tǒng)硬件和軟件的設計；以及PLC的編程方法。</p><p>　　1.5.2主要創(chuàng)新點</p><p>　　卷揚控制系統(tǒng)是實現了高爐生產全過程自動控制的基礎，通過采用先進的傳感器技術以及穩(wěn)定的PLC控制技術大大提

29、高了這個高爐生產最重要環(huán)節(jié)的準確性和穩(wěn)定性。系統(tǒng)自投入運行以來一直穩(wěn)定運行，對高爐穩(wěn)產、高產，降低成本，減輕工人勞動強度起著重要作用，取得了較好的經濟效益和社會效益。</p><p>　　第 2章 高爐上料系統(tǒng)的供配電設計</p><p><b>　　2.1 相關概念</b></p><p>　　電力系統(tǒng)中直接與用戶相連并向用戶分配電能的環(huán)節(jié)

30、。配電系統(tǒng)由配電變電所（通常是將電網的輸電電壓降為配電電壓）、高壓配電線路（即1千伏以上電壓）、配電變壓器、低壓配電線路（1千伏以下電壓）以及相應的控制保護設備組成。配電電壓通常有35～60千伏和3～10千伏等。</p><p>　　配電系統(tǒng)中常用的交流供電方式有：</p><p>　?。?）三相三線制。分為三角形接線（用于高壓配電，三相220伏電動機機和照明）和星形接線（用于高壓配電、三

31、相380伏電動機）。</p><p>　　（2）三相四線制。用于380／220伏低壓動力與照明混合配電。</p><p>　?。?）三相二線一地制。多用于農村配電。</p><p>　?。?）三相單線制。常用于電氣鐵路牽引供電。</p><p><b>　?。?）單相二線制。</b></p><p&g

32、t;　　主要供應居民用電。配電系統(tǒng)的直流供電方式有：</p><p>　?。?）二線制。用于城市無軌電車、地鐵機車、礦山牽引機車等的供電。</p><p>　?。?）三線制。供應發(fā)電廠、變電所、配電所自用電和二次設備用電，電解和電鍍用電。 一次配電網絡是從配電變電所引出線到配電變電所（或配電所）入口之間的網絡。在中國又稱高壓配電網絡。電壓通常為6～10千伏 ，城市多使用1

33、0千伏配電。隨著城市負荷密度加大，已開始采用20千伏配電方案。由配電變電所引出的一次配電線路的主干部分稱為干線。由干線分出的部分稱為支線。支線上接有配電變壓器。一次配電網絡的接線方式有放射式與環(huán)式兩種。 二次配電網絡是由配電變壓器次級引出線到用戶入戶線之間的線路、元件所組成的系統(tǒng)，又稱低壓配電網絡。接線方式除放射式和環(huán)式外，城市的重要用戶可用雙回線接線。用電負荷密度高的市區(qū)則采用網格式接線。這種網絡由多條一次配電干線供電，通過配

34、電變壓器降壓后，經低壓熔斷器與二次配電網相連。由于二次系統(tǒng)中相鄰的配電變電器初級接到不同的一次配電干線，可避免因一次配電線故障而導致市中心區(qū)停電。</p><p>　　電力系統(tǒng)中，發(fā)電廠、變電所和電力用戶之間的連接方式，是由它們之間的地理位置、負荷大小及用戶的重要性決定的。通常把電力網絡的接線方式分成3種：放射性接線、樹干式接線、環(huán)網式接線。</p><p>　　（1）放射式：又稱輻射式。

35、每條線路只向一個用戶變電所供電，中間不接任何其用戶。其優(yōu)點是線路設計和敷設都較簡單，便于管理，故障、檢修互不影響，當線路發(fā)生故障時，負荷將會停電。此種接線方式供電線路長、投資大，適于負荷性質特殊，對供電可靠性要求不高的用戶。</p><p><b>　　放射式</b></p><p>　?。?）樹干式：又稱干線式。其特點是多個用戶共用一條輸電線路，可節(jié)約輸電線路投資，

36、但由于輸電線路分布廣，故障率高，一旦輸電線路故障或檢修，整條輸電線路用戶都將停電，故可靠性較低，僅適用于要求不高的一般用戶或農村電網。</p><p><b>　　樹干式</b></p><p>　?。?）環(huán)網式：又稱環(huán)式。環(huán)網式又分閉路環(huán)和開路環(huán)兩種，為簡化保護，一般采用開路環(huán)，其特點是供電可靠性高，支行比較靈活，當輸電線路故障或檢修時，可通過倒閘操作，縮小停電范圍

37、和時間，但切換操作比較麻煩。</p><p><b>　　鏈式</b></p><p><b>　　(1)計算負荷</b></p><p>　　計算負荷是指用統(tǒng)計計算求出的，用來選擇和校驗變壓器容量及開關設備、連接該負荷的電力線路的負荷值。</p><p>　　----負荷的有功計算負荷</p

38、><p>　　----負荷的無功計算負荷</p><p>　　---負荷的視在計算負荷</p><p>　　----負荷的計算電流</p><p><b>　　(2) 負荷計算</b></p><p>　　負荷計算是指對某一線路中的實際用電負荷的運行規(guī)律進行分析，從而求出該線路的計算負荷的過程。<

39、;/p><p>　　2.2 負荷計算方法</p><p>　　負荷計算通常具有兩種方法，一種是需要系數法，一種是二項式系數法。兩種方法各有各的適用范圍。需要系數是按照車間以上的負荷情況來確定的，適用于變、配電所的負荷計算。二項式系數法考慮了用電設備中幾臺功率較大的設備工作時對負荷影響的附加功率，一般適用于低壓配電支干線和配電箱的負荷計算。</p><p>　　根據本槽下

40、系統(tǒng)的特點，采用需要系數法計算供電負荷。</p><p>　　(1) 振動篩的計算負荷</p><p>　　查表取需要系數和功率因數為：</p><p>　　=0.8 =0.8 =0.75</p><p>　　=1.14=4.4Kw</p><p>　　==3.52 Kw </p><

41、p><b>　　==2.64 Kw</b></p><p><b>　　==4.4 Kw</b></p><p>　　(2) 電機的計算負荷</p><p><b>　　==7.8Kw</b></p><p><b>　　==6.86Kw</b>&l

42、t;/p><p>　　(3) 卷揚機的負荷計算</p><p><b>　　=55Kw</b></p><p><b>　　==5.5Kw</b></p><p><b>　　==9.52Kw</b></p><p>　　(4) 布料機的計算負荷<

43、/p><p><b>　　==3Kw</b></p><p><b>　　==2.64Kw</b></p><p>　　(5) 總的計算負荷</p><p><b>　　取同時系數 </b></p><p>　　2.3 供配電設備選型</p>

44、<p>　　控制電器用于控制線路的通斷，即控制該線路上的用電設備是否工作。保護電器用于保護線路或設備避免發(fā)生過載、短路、漏電等事故。線路或設備過載時，因導體發(fā)熱而溫度升高，加速絕緣老化，縮短使用壽命；短路時電流會迅速增大，溫度會增高許多倍，絕緣會迅速損壞，以至產生火災事故和人身事故；漏電會使用電器金屬外殼帶電，發(fā)生人身傷亡等事故?？梢?，在建筑電氣供配電系統(tǒng)中控制和保護設備是相當重要的，在供配電系統(tǒng)中起保護、控制、調節(jié)、轉換和通

45、斷作用。一般低壓控制和保護設備是合二為一的。</p><p>　　控制和保護設備是根據一定的技術條件制造的，使用中應根據周圍環(huán)境特征、電流種類、電壓大小、保護要求（過負荷、短路和失壓保護）等條件進行選擇。但保護線PE上不裝設控制和保護設備，中性線N一般也不裝設控制和保護設備，當中線能與相線同步通斷時，可以裝設控制和保護設備，若中性線與保護線共用時也不能裝設控制和保護設備。</p><p>

46、　?。?）根據周圍環(huán)境特征選擇</p><p>　　按照控制和保護設備外殼結構形式分類，它們有開啟式、保護式、封閉式、密閉式和防爆式等數種，其具體選型根據周圍環(huán)境參照表2.10選用。一般低壓電器所適用的環(huán)境為海撥高度不超過2500m，空氣溫度在+40～-40ºC范圍內，相對濕度為<90%，無明顯搖動和振動的地方；無爆炸危險，無腐蝕金屬和破壞絕緣的氣體和塵埃，沒有雨雪侵襲的環(huán)境。在選用低壓電器時，要

47、注意安裝環(huán)境是否符合上述環(huán)境條件，若不符合則應選用能適合特殊環(huán)境的低壓電器。</p><p>　?。?）根據電流、電壓選擇</p><p>　　控制和保護設備按適用于一定的電流和電壓范圍進行設計的，稱之為額定電壓和額定工作電流，在選擇時必須按照實際工作的電流、電壓值來選擇，不應超過或低于其額定電壓與額定電流，否則會發(fā)生事故或縮短設備的使用壽命。</p><p>　　

48、（3）根據保護條件選擇</p><p>　　電力變壓器低壓側一般選用帶過電流保護的自動開關，并盡量帶有短延時和長延時脫扣器，且短延時脫扣器的時限一般比低壓出線時限大一級。對于需要自動切換的，還應帶有低電壓保護。</p><p>　　低壓配電線路一般只作短路保護，但在有過負荷可能以及火災和爆炸危險場所的低壓配電線路，需要有過負荷保護。</p><p>　　電動機除裝設

49、短路保護裝置外，還應裝設過負荷和失壓保護裝置。電動機的過負荷保護，一般采用熱繼電器。</p><p>　　在進戶線或總電源處一般設置刀開關或隔離開關，便于檢修。若需要自動切換時，還可裝設自動空氣開關。在所有的配電線路中都應裝設有短路保護裝置和過載保護裝置。在住宅的每戶供電線路上應裝設保護裝置，最好是把照明線路與插座線路的保護裝置分開，這樣當插座回路出現故障時，不會影響到照明回路；酒店的每套客房應裝設一個保護裝置；

50、在易潮濕、易觸電、易燃場所及移動式用電設備供電的回路，應裝設漏電保護裝置</p><p>　　1．開關：在選擇刀開關時，要根據用途、環(huán)境來確定適當的型號，滿足額定電壓和額定電流的要求，并按線路短路時的電動穩(wěn)定和熱穩(wěn)定進行校驗。</p><p>　　刀開關安裝在額定電壓不超過500V的線路上，為保護刀開關能安全可靠運行，通過刀開關的計算電流不應大于刀開關的額定電流，即：</p>

51、<p>　　≥ （2.10）</p><p>　　式中 ——刀開關的額定電流；</p><p>　　——線路的計算電流。</p><p>　　在正常情況下，刀開關可以接通和斷開額定電流，對于普通的負荷來說，可以根據負載的額定電流來選擇相應的刀開關，若刀開關控制電動機時，由于電動機的啟動電流很大，所以選擇刀開關的額定電流要

52、比電動機的額定電流大一些。在選擇開關時還要選擇合適的操作機構，以便操作和維護方便</p><p>　　HD系列開關結構簡單，有手柄操作、直接操作或杠桿操作，可單極、雙極、三極，其中額定電流為100~400A的刀開關采用單刀操作。</p><p>　　選用開關型號及參數：HD13-400/21 額定電壓380V 額定電流400A </p><p>　　權數 2

53、 外形尺寸 210*220*275mm 質量 4.78Kg</p><p>　　采用中央正面杠桿操作結構式。</p><p>　　2． 熔斷器：熔斷器是最簡便的而且有效的保護電器。熔斷器一般是指熔體底座和熔體的組合，在選用熔斷器時，熔體的熔斷電流絕不能大于其底座的額定電流，而熔體的額定熔斷電流應根據不同用電設備來選取。</p><p>　　在照明用電線路

54、中，一般熔體的額定電流大于或等于負載的計算電流，即：</p><p><b>　　≥ </b></p><p>　　若負荷是氣體放電燈時，在其啟動瞬間電流很大，因此，熔體額定電流應選取大一些。</p><p>　　≥（1.1～1.7） （2.11）</p><p>　　式中 ——刀開關的

55、額定電流；</p><p>　　——線路的計算電流。</p><p>　　RT11系列高分辨能力熔斷器，改系列可用于交流50Hz、60Hz，額定電壓500V以下，額定電流400A以下的電氣配電裝備中。</p><p>　　選用型號及參數：RT11-80M 熔絲額定電流80A 質量0.43Kg。</p><p>　　3．交流接觸器：自動

56、控制系統(tǒng)中最常用、最普遍的一中電器，可以頻繁接通和分斷帶有負載的電路，實現遠距離的自動控制。接觸器的工作原理是利用電磁吸力來使觸頭動作的開關，它可以用于需要頻繁通斷操作的場合。接觸器按電流類型不同可分為直流接觸器和交流接觸器。在建筑工程中常用的是交流接觸器。</p><p>　　接觸器的結構原理如圖2-1所示。當線圈通電后，鐵芯被磁化為電磁鐵，產生吸力，當吸力大于彈簧反彈力時銜鐵吸合，帶動拉桿移動將所有常開觸頭閉

57、合、常閉觸頭打開。線圈失電后，銜鐵隨即釋放并利用彈簧的拉力將拉桿和動觸頭恢復至初始狀態(tài)。接觸器的觸頭分兩類，一類用于通斷主電路的，稱主觸頭，有滅弧罩，可以通過較大電流。另一類用于控制回路中，可以通過小電流，稱輔助觸頭。輔助觸頭主要有常開和常閉兩類。目前常見的交流接觸器型號有CJ12、 CJ20、B、LC1-D 等系列。</p><p>　　圖2-1 接觸器的結構原理</p><p>　　1

58、號2號11號12號電機選用型號：JT4-20S 額定電壓380V 額定電流20A</p><p>　　3號到10號電機選用型號：JT4-10S 額定電壓380V 額定電流10A</p><p>　　4．熱繼電器：起到保護電路作用。為了使熔斷器及斷路器等保護裝置在配電線路短路或過載時，能可靠地保護電線及電纜，必須考慮保護器動作電流與導線允許載流量的關系。</p><

59、;p>　　斷路器：用于頻繁接通和分斷電路，當電路發(fā)生短路、過負載等故障時，能自動分斷電路。一般可按表2-2選取。</p><p>　　表2-2 保護裝置整定值與配電線路允許持續(xù)電流配合</p><p>　　熱繼電器選型：1號2號11號12號電機選用型號：JR20-63 額定電流63A </p><p>　　3號到10號電機選用型號：JR20-16 額定

60、電流16A</p><p>　　斷路器選用型號：DZ20Y-100 額定電壓380V。</p><p>　　為了使故障限制在一定的范圍內，各級保護裝置之間必須能夠配合。</p><p>　　熔斷器與熔斷器間的配合關系為：一般要求上一級熔斷器的熔斷電流比下一級熔斷器的熔斷電流大2～3倍，這樣才能保證熔斷器動作的選擇性。</p><p>　

61、　斷路器與斷路器間的配合關系為：上一級斷路器脫扣器的整定電流一定要大于下一級斷路器脫扣器的整定電流，對于瞬時脫扣器整定電流也是同樣的。</p><p>　　熔斷器與斷路器之間的配合關系為：當上一級為斷路器，下一級為熔斷器時，熔斷器的熔斷時間一定要小于斷路器脫扣器動作所要求的時間。若上一級為熔斷器，下一級為斷路器時，斷路器脫扣器動作時間一定要小于熔斷器的最小熔斷時間。</p><p>　　根

62、據以上原則進行元件選型，供配電系統(tǒng)電路及元件型號見附圖（供水系統(tǒng)中三用一備水泵供配電系統(tǒng)圖）</p><p>　　6. 按鈕：一種專門發(fā)號施令的電器，用以接通或斷開控制回路中的電流。</p><p>　　選用型號：LA18-2K 額定電壓380V(交流)、220V(直流) 額定電流（5）</p><p>　　啟動黑色、停止紅色 觸頭4個（2開、2閉）。&l

63、t;/p><p>　　7. 電流繼電器：根據電流信號而動作.</p><p>　　選用型號：JT17-11Z 適用于交流380V以下，直流110、220V</p><p><b>　　額定電流 300A</b></p><p>　　(7) 供配電圖（見附圖）</p><p>　　2.3 系統(tǒng)技術指

64、標及控制要求</p><p>　　高爐上料卷揚系統(tǒng)的特點是主卷電動機工作頻繁，負荷重，啟動轉矩要求高,要求有足夠的提升、運載能力，上料量及上料速度要滿足高爐強化生產的要求。</p><p>　　主卷揚系統(tǒng)主要由一個卷筒帶南北兩個料車。主卷揚55KW電機，主線路由兩個CJ20-160交流接觸器正反轉控制。定子線圈串接電阻器由三個CJ20-160交流接觸器分段控制，實現料車加減速。抱閘的推桿電

65、機與主卷揚電機同步，接線受同一個接觸器控制。電機得電，抱閘打開；電機失電，抱閘抱緊。凸輪控制器是這一電控系統(tǒng)的重要元件，通過鏈條與主卷筒相連，隨著卷筒轉動（起先一個轉動，當轉角達到相當于行程的一半時，該滾筒即停止轉動，而另一半行程由另一個滾筒來完成）在其殼體內裝有兩個滾筒，隨著接點的位置不同而發(fā)出相應的連鎖信號。松繩斷電開關動作，卷揚機停車。空料車從爐頂頃翻狀態(tài)返回，重料車開始上升；實際上在料車提升一次所需的時間中，啟動和停止時間占了近

66、一半。卷揚機是高爐上料系統(tǒng)的主要設備。其實現自動控制相關設備還有：旋轉布料器，電機都帶抱閘制動；大小料鐘，通過液壓裝置由電磁閥控制。</p><p>　　2.4 高爐上料系統(tǒng)裝置的相關控制</p><p>　　大料鐘和小料鐘動作是由液壓站通過電磁閥控制液壓缸來實現的，電磁閥和電液換向閥只有通電、斷電兩種狀態(tài)，其動作快慢通過調整油量實現，和電氣無關。上料操作通常有大鐘不關，小鐘不開；小鐘不

67、關，大鐘不開的規(guī)定。所以，在自動控制時，只有在計算機接收到其中一個鐘關的信號時，程序才能輸出另一個鐘的開信號。</p><p>　　第3章 PLC控制系統(tǒng)硬件設計</p><p>　　可編程序控制器實施控制，其實質就是按一定算法進行輸入輸出變換，并將這個變換與以物理實現。輸入輸出變換、物理實現可以說是PLC實施控制的兩個基本點，同時物理實現也是PLC與普通微機相區(qū)別之處，其需要考慮實際

68、控制的需要，應能排除干擾信號適應于工業(yè)現場，輸出應放大到工業(yè)控制的水平，能為實際控制系統(tǒng)方便使用，所以PLC采用了典型的計算機結構，主要是由微處理器（CPU）、存儲器（RAM/ROM）、輸入輸出接口（I/O）電路、通信接口及電源組成。PLC的基本結構如 圖3-1所示：</p><p>　　圖3-1 PLC基本結構圖</p><p>　　PLC的硬件系統(tǒng)設計最重要的內容就是PLC的選型和I

69、/O配置，設計出合理的PLC外部接線圖也很重要。對PLC的輸入，輸出進行合理的地址編號，會給PLC系統(tǒng)的硬件設計和軟件設計帶來很多方便輸入輸出地址編號確定后，硬件設計才可能很好完成。具體來說，PLC控制系統(tǒng)硬件設計可分為：確定I/O設備；PLC的選型；分配I/O點，繪制I/O接線圖。</p><p>　　3.1 確定I/O設備</p><p>　　根據系統(tǒng)的工藝過程和控制要求，確定系統(tǒng)所

70、需要的輸入設備和輸出設備。該系統(tǒng)用到的輸入設備包括，按鈕，位移傳感器，光電傳感器，光電開關，限位開關，測速機等；輸出設備有繼電器，變頻器，電磁閥指示燈等。傳感器主要是將采集到的模擬信號通過A/D轉換設備變成數字量或開關信號輸入PLC，用來實時控制系統(tǒng)的工作；指示燈用來指示電機，閥等的工作狀態(tài)。</p><p>　　3.2 PLC的選型 </p><p>　　眾多的PLC產品既給用戶提供了

71、廣闊的選擇余地，也給用戶規(guī)定了一些使用環(huán)境和要求，這樣就給用戶使用PLC產品帶來了一定困難。PLC的選型與繼電器控制系統(tǒng)元件的選用不同，繼電器接觸器系統(tǒng)元件的選用，必須要在設計結束之后才能定出各種元件的型號，規(guī)格和數量以及確定控制臺，控制柜的大小等，而PLC選用則在應用設計的開始即可根據工藝提供的資料及控制要求等預先進行。在選擇了所需功能的PLC主機，還要根據需要選擇相應的模塊。因此，PLC的選擇包括主機型的選擇，容量的選擇，I/O模塊

72、的選擇，電源模塊的選擇等幾個方面。</p><p>　?。?）機型的選擇：通過對這個系統(tǒng)的分析和系統(tǒng)控制的要求，準確地統(tǒng)計</p><p>　　出被控設備的輸入輸出點數為：83個開關輸入，25個開關輸出。因此對于這樣一個系統(tǒng)來說采用模塊式小型的PLC就可以滿足它控制要求。此外還考慮到它使用和維修的方便性以及最佳的性價比。</p><p>　?。?）容量的選擇：PLC

73、的容量包括用戶儲存容量（字數）和I/O點數兩方面的含義。PLC容量的選擇除滿足控制要求外，還應留有適當的裕量，I/O點數一般按需要的15%左右考慮，容量按實際需要的25%考慮。</p><p>　　（3）I/O模塊的選擇：I/O部分的價格占PLC價格的一半以上。應根據實際情況的需要進行合理的選擇，主要考慮的是I/O信號的性質和參數，例如。輸入信號電壓的類型等級和變化率；信號源是電壓輸出型還是電流輸出型，是PNP輸

74、出型還是NPN輸出型；輸出信號的負載性質是交流的，還是直流的，以及它的大小，以便選擇確定選用晶體管，雙向晶體管還是繼電器輸出。</p><p>　　（4）電源模塊的選擇：電源模塊的選擇要需考慮輸出電流，電源模塊的額定輸出電流必須大于CPU模塊，I/O模塊，專用模塊等消耗電流的總和，并留有一定裕量。此外還要考慮電壓模塊的輸入電壓，輸出功率以及擴展單元中的電源模塊等。</p><p>　　本次

75、設計采用CPU 226，本機集成24輸入/16輸出共40個數字量I/O點?？蛇B接7個擴展模塊， 最大擴展至248路數字量I/O點或35路模擬量I/O點。。26K字節(jié)程序和數據存儲空間。6個獨立的30kHz高速計數器，2路獨立的20kHz高速脈沖輸出，具有PID控制器能力。I/O端子排可很容易的整體卸載，用于較高要求的 控制系統(tǒng)，具有更多的I/O點，更強的 模塊擴展能力，更快的運行速度和功能更強的 內部集成特殊功能。可完全適用于一些4復雜

76、的中小型控制系統(tǒng)。</p><p>　　西門子公司S7200系列PLC適用于各行各業(yè)，各種場合中的檢測、監(jiān)測及控制的自動化。S7-200系列的強大功能使其無論在獨立運行中，或相連成網絡皆能實現復雜控制功能。因此S7-200系列具有極高的性能/價格比。</p><p>　　S7-200系列出色表現在以下幾個方面：極高的可靠性，極其豐富的指令集，易于掌握，便捷的操作，豐富的內置集成功能，實時特

77、性，強勁的通訊能力，豐富的擴展模塊。</p><p>　　S7-200系列在集散自動化系統(tǒng)中充分發(fā)揮其強大功能。使用范圍可覆蓋從替代繼電器的簡單控制到更復雜的自動化控制。應用領域極為廣泛，覆蓋所有與自動 檢測，自動化控制有關的工業(yè)及民用領域，包括各種機床、機械、電力設施、民用設施、環(huán)境保護設備等等。如： 沖壓機床 磨床 印刷機械 橡膠化工機械 中央空調 電梯控制 運動系統(tǒng)。</p><p>

78、;　　3.3 I/O點的分配與接線圖</p><p>　　一般情況下，輸入點數與控制對象的輸入信號數是相對應的（留有適當裕量），輸出點數與輸出的控制回路數也是相對應的。故I/O點的分配，實際上把PLC的I/O分配給實際的I/O電路，給實際的輸入和輸出設定一個PLC地址，列出一張I/O分配表，這個工作很重要，只有正確的分配I/O點才能繪制I/O接線圖，也是后面的軟件設計的基礎，這為編寫梯形圖程序提供了很大的方便。

79、下面分別介紹了I/O點的分配表和I/O的接線圖。</p><p>　　該系統(tǒng)共使用了83輸入點,25輸出點, 涉及到順序邏輯控制，還有對數據處理和故障處理，整個系統(tǒng)的編程量較大, 除主程序外，還包括：主卷揚、大小鐘閥、布料器、故障報警等子程序塊。主程序控制整個上料流程，子程序則控制相應及相關的設備或完成相關的數據處理功能。</p><p>　　3.3.1 PLC輸入和輸出I/O點分配如下表

80、：</p><p><b>　　表1 輸入信號</b></p><p><b>　　表2 輸出信號</b></p><p>　　3.3.2繪制I/0接線圖：（見附圖）</p><p>　　第4章 PLC控制系統(tǒng)軟件設計</p><p><b>　　4.1程序說明 &

81、lt;/b></p><p>　?。?）主卷揚控制系統(tǒng)具有自動、手動和點動2種操作方式。自動操作方式主要通過總控PLC自動控制上料。手動操作方式主要用于設備調試、自動系統(tǒng)故障，為檢修、極限調試和緊鋼繩時使用。 </p><p>　　（2）運行簡介，當系統(tǒng)的所有設備工作在集中自動方式時，可實現對上料系統(tǒng)的順序自動控制。程序正常運行時，在人機畫面上點擊“裝料”按鈕，振動篩啟動向料稱裝料，

82、達到設定值后自動停止；再點擊“下料”按鈕，料稱向皮帶上下料；其后程序將順序自動控制設備：</p><p>　　料車在料坑底部(另一料車在頂部)，備料裝好后，地坑閘門關閉，爐頂受料斗料空，申請上料，由主PLC發(fā)出命令給主接觸器，建立在抱閘狀態(tài)下的轉矩限幅給出的啟車力矩電流后，使抱閘打開，實現料車的平穩(wěn)啟動。</p><p>　　當料車啟動運行后，料車過小鐘檢查點小鐘開、小鐘關、大鐘開、大鐘關

83、，。啟車后，料車上行。待爐頂另一料車退出分歧軌后，當上行料車運行35秒至接近爐頂，主令控制器發(fā)出停車命令，由PLC控制主接觸器完成停車，抱閘閉合，此時料車的停車位置應是工藝要求的角度，即能將車內的爐料倒凈。系統(tǒng)同時對所有的電器設備進行了必要的電氣聯(lián)鎖，保證設備正常運行和生產安全。如：只有在對應的中間倉滿過又空且倉門關上料車才能上行以防止空車上行導致飛車；大（?。╃娭挥性谛。ù螅╃姾仙系那闆r下才能打開；并且小鐘在裝載4次料后大鐘才打開一次

84、，在大鐘合上后才能再次放下等。設備的電氣聯(lián)鎖確保了控制時的安全，防止各種不當操作損壞設備甚至產生安全事故。程序方框圖見下圖4-1</p><p>　　4.2程序梯形圖（見附圖）</p><p>　　4.3安全保護及其措施</p><p>　?。?）高爐卷揚料車的傳統(tǒng)定位方式是機械式的主令控制器，目前來看，使用起來有很多問題，定位精度差，現場環(huán)境惡劣，機械觸點容易氧化

85、，位置發(fā)生變化后，必須休風，跑幾次空車，調整料車位置。我們現在采用的方案是智能主令控制器與編碼器（PLC）結合對料車進行定位，通過數字面板來調整料車位置，如料車位置發(fā)生變化，只需在數字面板上改變料車位置的數值即可完成對料車的定位。同時，主令控制器所檢測到的數據與主PLC中的數據相比較，誤差小于允許值時認為定位準確。用主令控制器實現主卷揚料車行程極限控制，主卷揚料車行程極限分上極限、下極限，極限分左右料車。</p><

86、p>　　（2）所有使用卷揚上料的廠家，最擔心的就是料車失控，產生飛車事故，一旦出現此類事故，那么所造成的停產時間和損失都無法估算，為避免這樣的事故發(fā)生，。系統(tǒng)設有過流、過載、等多種保護功能，一旦系統(tǒng)保護，同時抱閘電機失電緊急抱閘。有松繩現象出現時，松繩開關會立刻給PLC發(fā)出信號，PLC收到松繩信號以后，立刻給供電裝置發(fā)出停車命令，并同時給抱閘發(fā)出停車的命令。作為卷揚上料無論是直流裝置還是交流裝置，都是用速度閉環(huán)的方式，在工藝要求低

87、速的地方增加主令控制信號，該信號觸發(fā)變頻器的速度比較功能，一旦出現飛車失控的現象，比較值大于設定值測速裝置就會向供電裝置發(fā)出真實的速度信號，裝置通過對速度信號鑒別，發(fā)現本給定所需要的反饋信號不符，那么裝置就會自動關閉，并同時向控制它的PLC發(fā)出故障信號，接到信號以后，PLC馬上發(fā)出停車抱閘的指令，并按程序設定進行斷電等其它保護措施。系統(tǒng)分了兩大類控制方式：手動控制和自動控制；通過新安裝的轉換開關實現。在單機調試、維修、PLC硬件或程序出

88、現故障時，使用手動控制在原有的操作臺上對設備進行控制，從而防止因PLC硬軟件出現故障而導致高爐停產;設備和PLC皆正常工作時，使用自動</p><p>　?。?）對雙料車卷揚上料系統(tǒng)，上料運行時主接觸器均工作在第1象限，但在料車定位停車時，采用機械抱閘制動。經驗表明雖然通常情況下制動能量不大，但最好還要按照重載頻繁運行工況選配制動單元和制動電阻，因為在實際操作中或設備調試時很有可能會出現操作失誤，出現重料車或單料

89、車向下運行的情況，一般的速度反饋監(jiān)測及預防飛車措施并不能防止此情況發(fā)生，此時主接觸器工作在第2象限，很大的回饋能量須由制動電阻消耗掉。在1#高爐卷揚設備調試時曾出現單料車高速向下運行的情況，所幸變頻在受控狀態(tài)下運行，未出現失控飛車的事故。采用速度閉環(huán)控制方式，速度反饋采用旋轉編碼器，脈沖信號送給自動，通過總線與PLC聯(lián)網，一旦出現飛車失控的現象測速裝置就會向系統(tǒng)發(fā)出真實的速度信號，PLC馬上發(fā)出停車抱閘的指令。</p>&

90、lt;p>　　針對以上問題，本工程變頻控制系統(tǒng)采用了回饋電流檢測的方法預防飛車事故，，電流變送器PTA檢測變頻制動回路中的回饋電流，并將此信號轉換成0~10VDC信號送PLC。在正常上料狀態(tài)，無回饋電流，只有在定位停機時才有回饋電流，而且該回饋電流較小且時間短，電流變送器PTA檢測到異常信號時便輸出信號停機，并機械抱閘停車并報警。制動電阻進行調速控制，系統(tǒng)控制精度高，料車停車位置準確，達到了設計要求。 </p>&l

91、t;p>　　第5章 結論與展望</p><p><b>　　5.1 結論</b></p><p>　　經過這次設計使我了解了PLC控制系統(tǒng)設計的基本步驟和方法：PLC控制系統(tǒng)的設計有三個重要的環(huán)節(jié)，一是通過對控制任務的分析，確定控制系統(tǒng)的總體設計方案；二是根據控制系統(tǒng)的要求確定系統(tǒng)的硬件構成；三是設計出滿足要求的應用程序。具體的說就是了解工藝過程，分析控制

92、要求；確定系統(tǒng)總體設計方案；選擇PLC；分配PLC的I/O點，設計I/O連線圖；最后就是進行PLC程序設計，同時可進行控制柜的設計和現場調試。通過這樣一次設計使我對以前所學過的知識有了一次系統(tǒng)性的運用，是對我四年來所學知識一個溫習和回顧。不僅鞏固了以前所學過的基礎知識，同時鍛煉了理論聯(lián)系實際的能力，拓寬了我的知識面</p><p>　　在這次設計中我使我體會到，對于貌似復雜難解的控制要求，只要經過深入地分析后，都

93、能化繁為簡，變難為易。在編程過程中適當的選用以前編出來的能夠滿足要求的功能塊，將大大地提高設計的效率；對所有可能出現的因素，無論其實際出現的概率多大，均要仔細地編程，這樣的程序才能邏輯嚴密，完整無缺。</p><p>　　本文的所述的控制要求是通過西門子系列的可編程控制器實現的，其實也可以通過其他品牌PLC來完成控制程序，由于自己的設計經驗不足，專業(yè)知識不夠全面，設計中難免有錯誤，懇請老師和讀者批評指正。<

94、/p><p><b>　　5.2 展望</b></p><p>　　采用PLC的控制系統(tǒng)，其工作可靠，控制精確，工作穩(wěn)定，大大提高了這個行業(yè)的效率，可以說這是目前這個行業(yè)最先進的設備。</p><p>　　隨著PLC發(fā)展和其功能的不完善，PLC將應用于更多的領域，到時不僅薄刀分切壓痕機的控制系統(tǒng)性能得到提高，所有相關的行業(yè)的控制系統(tǒng)都將有一個跨越

95、的發(fā)展，因此PLC的應用市場將有很廣闊的前景。 </p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 熊葵容.電器邏輯控制技術?？茖W出版社，1998</p><p>　　[2] 謝克明.《MELSEC-AIS使用說明書》，機電部上海工業(yè)自動化儀表研究所 上海三菱可編程序控制器技術服務站</p><p&g

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101、application for the real-time control of blowing machines[J]． National Research Council, IEIIT-CNR, Dipartimento di Ingegneria dell'Informazione, Università di Padova, Via Gradenigo 6/B, 35131, Padua, 11 April 2

102、003</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　經過兩個多月時間，我在畢業(yè)設計指導老師xxxx山的細心指導下和別的同學的幫助下完成了畢業(yè)設計。在大學的學習過程中，我的每一點進步都無不凝聚著導師的辛勤汗水。無論在學業(yè)上還是在做人方面，我的導師都以其嚴謹的治學態(tài)度、淵博的學識、踏實的作風給了我巨大的幫助和潛移默化的影響。在生活方面導師同樣給予了我無微