火力发电厂自动装料系统的研究

【摘要】本文以PLC为核心，对某火力发电厂的送料装车系统进行自动化改造设计，实现了对整个送料系统的控制与监控。论文首先简要介绍了送料小车的背景、PLC控制的自动送料系统简介、自动送料控制系统的工艺要求；然后对自动送料控制系统的硬件部分进行设计，包括主电路的设计、I/O地址分配和PLC外部接线图的设计，在此基础上，实现了自动送料控制系统软件部分的设计，给出了系统的控制流程图。最后利用西门子PLC编程软件STEP7实现了对整个自动送料控制系统的编程，画出相关程序流程图。改造后的系统具有更好的可靠性和实时性。

【关键词】PLC；送料系统；自动控制

1.引言

某地区火力发电场中有一套自动装料车系统，此系统由四级皮带运输机组成，负责将储煤仓库中的原煤自动注入到送煤车的料斗中。原有的老控制系统是继电器-接触器控制电气设备系统，不仅体积大、维修量大、故障率高、其工作效率也很低。由于近期火力发电厂进行容量扩充和升级改造，对三级皮带运输机自动送料系统的自动化要求进一步提升，原有的控制系统显然不能满足当前的要求。本文以此为背景对其采用可编程控制器（PLC）进行自动化改造。该技术与接触器继电器相结合，解决了传统控制系统的很多弊端，具有体积更小、故障更少、改造升级容易、简化接线、降低安装维护成本、抗干扰能力强且安全可靠等优点[1]。

2.系统功能

2.1 系统组成

此火力发电厂是装机容量为18000KVA的燃煤电厂，其送料系统有三级皮带，是用于煤粉、细砂等材料的运输。自动送料装车系统一般是由给料器、传送带、小车等单体设备组合来完成特定的过程。这类系统的控制需要动作稳定，具备连续可靠工作的能力。通过三台电机和三个传送带、料斗、小车等的配合，才能稳定、有效率地进行自动送料装车过程[2]。其具体的组成如图1所示。本次自动送料装车自动化改造系统采用PLC控制，其控制系统属于自动运行的控制系统，因此，此送料小车的电气控制系统设计采用自动扫描循环工作方式。而在程序设计上采用整体式设计方法，这样就可以使读者一目了然地看懂整个程序，从而在一定程度上省去了使用人员阅读并分析程序的大量宝贵时间，同时也使得程序的设计、修改和故障查找工作大为简化。自动送料装车系统控制系统的软件部分（信号显示和故障显示）均采用经验设计法，而自动程序则采用顺序控制法设计[3]。

2.2 控制要求

送料系统是一个工作任务重、带负荷多、运煤量大的皮带运输系统。全火电厂的供电质量及生产效益均与此系统的可靠性、精确性、实时性密切相关。皮带运输系统要求逆序启动，正序停止。有“就地”和“远程”两种控制方式且就地控制优先。具体的运行过程及要求是：

（1）初始状态

红灯L2灭，绿灯L1亮，表示允许汽车进来装料。此时，进料阀门（K1），送料阀门（K2），电动机（M1、M2、M3）皆为OFF状态。

（2）运行状态

a.当汽车到来时，车辆检测开关S2接通，红灯L2亮，绿灯L1灭，电动机M3运行，电动机M2在M3接通2秒后运行，电动机M1在M2启动2秒后运行，依次顺序起动整个送料系统。

b.当电动机M3运行后，进料阀门K1打开给料斗进料。当料斗中物料装满时，料斗检测开关S1接通，此时进料阀门K1关闭（设1料斗物料足够运料小车装满一车）。料斗出料阀门K2在电动机M1运行2秒及料斗装满后，打开放料，物料通过传送带PD1、PD2和PD3的传送，装入汽车。

c.当运料小车装满后，称重开关S2动作，送料阀门K2关闭，同时电动机M1延时2秒后停止，电动机M2在M1停止2秒后停止，电动机M3在M2停止2秒后停止。此时绿灯L1亮，红灯L2灭，表示汽车可以开走。

（3）故障操作

a.在带式传输机传送物料过程中，若传送带PD1超载，则送料阀门K2立即关闭，同时停止电动机M1，电动机M2和M3在电动机M1停止2秒后停止。

b.在带式传输机传送物料过程中，若传送带PD2超载，则同时停止电动机M1和M2并关闭送料阀门K2，延时2秒后电动机M3停止。

c.在带式传输机传送物料过程中，若传送带PD3超载，则同时停止电动机M1、M2和M3并关闭送料阀门K2。

3.系统硬件设计

3.1 传感器选型

本设计主要是要求固体物料开关式物位检测，所以要选出合适的固体物位传感器。综合实用性，使用用途，价格等方发面的考虑，决定使用超声波物位传感器[4]。超声波物位传感器是一种非接触式的物位传感器，应用领域十分广泛。其工作原理是，工作时向液面或粉体表面发射一束超声波，被其反射后，传感器再接收此反射波。设声速一定，根据声波往返的时间就可以计算出传吸器到液面（粉体表面）的距离，即测量出液面（粉体表面）位置。本文所使用的是上海硕舟电子科技有限公司的EA系列物位传感器[5]。

3.2 PLC选型

此次设计，系统占用18个PLC的I/O端口，分别是8个输入端口和10个输出端口，具体的I/O分配如表1所示：

根据控制要求本设计有系统开关、送料开关电机开关等开关量要转变为数字量作为CPU-226的输入量，其中小车位置检测量作为模拟量输入输入到CPU；同时系统中的电机及指示灯、小车重量显示等作为数字量输出量，电机热控制信号作为模拟量输出。而在已有的S7-200的CPU中没有可以单独满足系统要求的型号，不管选用哪种型号都需要对其输入＼输出端口进行扩展。为了使系统设计的尽量简单、方便、实用，本设计选用CPU226。CPU226拥有24个数字输入端口和16个数字输出端口，因此只需要对其扩展4个模拟输入端和一个模拟输出端口。

3.3 接线图设计

PLC外部硬件接线图如图2所示：

4.系统软件设计

PLC常用的编程语言有梯形图（LD）、顺序功能图（SFC）和功能块（FBD），自动送料小车控制系统属于典型的顺序控制，采用顺序功能图（SFC）编程较为简单[6]。具体程序流程图3所示。

系统工作状态：

1）初始状态：Q0.6接通，其它都处于断开状态。表示小车可以进入。小车到达：I0.0闭合，Q0.0接通同时Q0.4接通，延时2秒Q0.1接通，延时2秒，Q0.2接通。Q0.5接通，Q0.6断开。表示小车已经到达。

2）开始装料：I0.2闭合，Q0.4断开，Q0.3接通，表示装料中。装料完毕：I0.1闭合，Q0.3断开同时Q0.0断开，延时2秒Q0.1断开，在延时2秒Q0.2断开，Q0.5断开，Q0.6闭合。表示小车已经装满并且可以离开。

5.结语

综上所述，本自动送料系统采用目前比较流行的PLC编程控制，因此适应能力比较强[7]。自动送料装置一般都是在条件比较恶劣的环境下运行，对装置的要求比较高，传统的装置都是用继电器等一些器件组成，这些装置不仅线路复杂，而且在恶劣的环境下稳定性很差，这些线路很容易出现故障，致使生产效率大大降低，而此次运用PLC编程控制，解决了系统的稳定性和可靠性问题。

本系统的创新点主要有改用气垫带式输送机，没有滚筒和承载托辊，减小了摩擦损耗和功率消耗；电气控制采用PLC与接触器结合，解决了传统的继电器接触器控制的诸多问题，提高了系统的抗干扰能力，降低了故障率，使系统运行安全可靠。

参考文献

[1]王昭同.自动送料小车的PLC控制设计[J].机床电器， 2012（03）：36-37.

[2]木春梅，韩守梅，刘蕴络，王常策.PLC的自动送料车实验设计[J].金属世界，2012（02）：16-18.

[3]张子军，钟伟雄，欧明.自动送料控制器的研制[J].现代农业装备，2004（12）：41-43.

[4]徐月兰.自动送料车系统的PLC控制及组态监控[J].广西轻工业，2009（11）：83-177.

[5]黄志忠，杨伟，陈秋香.基于PLC与变频器控制的带锯床自动下料设计[J].河南工程学院学报（自然科学版）， 2011（03）：44-47.

[6]高建发，邓黎勇，张彦斌.PLC在加热炉自动送料系统中的应用[J].电气自动化，1995（03）：53-55-3.

[7]董爱梅.基于PLC的压力机自动送料装置控制系统设计[J].锻压装备与制造技术，2003（05）：77-78.