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1、华东交通大学自 学 考 试 毕 业 论 文题 目 炼铁厂高炉进料72系统控制设计 专 业 机 电 一 体 化 学生姓名 贾祖乾 论文编号 准考证号 036811300392 指导教师 黄丽燕 2012 年度 上 (上/下）目 录引言- 1 -第一章 系统组成- 1 -第二章 电气控制要求- 2 -第三章 72系统工艺流程- 3 -第四章 72系统设备控制说明- 4 -第五章 PLC自动控制系统配置- 6 -第六章 系统的软件编程- 7 -第七章 监控画面的组态设计- 10 -结束语- 14 -参考文献- 14 -致 谢- 15 - 附：南昌航空大学自学考试毕业论文指导登记表（二）摘要：PLC控
2、制己深入到人们的各行各业生产活动中，技术己十分成熟，其具有控制灵活、运行可靠、故障少、操作维护改进方便、便于监控、经济等许多明显的优点，已广泛应用于包括大中小型炼铁高炉等各个控制系统，在各自动控制系统中PLC的应用己成为主流及首选。本文就炼铁厂高炉进料72系统电气控制项目的图纸设计、西门子引言（一）PLC的基本概念1、 早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller,PLC），它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种采用微型计算机技术的工业控制装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。
3、但是为了避免与个人计算机（Personal Computer）的简称混淆，所以将可编程序控制器简称PLC,PLC自1969年美国数据设备公司（DEC）研制出现，现行美国，日本，德国的可编程序控制器质量优良，功能强大。 （二）、PLC的基本结构PLC实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，基本构成为：电源 中央处理单元（CPU) 存储器 输入输出接口电路 功能模块 （如计数、定位等功能模块） 通信模块（如以太网、RS485、Profibus-DP通讯模块等）。 第一章 系统组成本设计课题仅针对槽上供料系统展开，系统控制由各胶带机机旁操作箱、集中操作台控制和PLC+上位
4、计算机自动控制组成。为了保证一次设备运行的可靠与安全，需要有许多辅助电气设备为之服务，能够实现某项控制功能的若干个电器组件的组合，称为控制回路或二次回路。这些设备要有以下功能：（一）、自动控制功能高压电机和大电流开关设备的体积比较大的，一般都采用操作系统来控制分、合闸，特别是当设备出了故障时，需要开关自动切断电路，要有一套自动控制的电气操作设备，对供电设备进行自动控制。（二）、保护功能任何电气设备与线路在运行过程中会发生故障，电流(或电压)会超过设备与线路允许工作的范围与限度，这就需要一套检测这些故障信号并对设备和线路进行自动调整(断开、切换等)的保护设备。 （三）、监视功能电是眼睛看不见的，
5、一台设备是否带电或断电，从外表看无法分辨，这就需要设置各种视听信号，如声光报警器等，对一次设备进行电气监视报警。 在设备操作与监视当中，传统的操作组件、控制电器、仪表和信号等设备大多可被电脑控制系统及电子组件所取代，但在小型设备和就地局部控制的电路中仍有一定的应用范围。这也都是电路实现微机自动化控制的基础。 第二章 电气控制要求常用的控制线路的基本回路由以下几部分组（一)电源供电回路组成供电回路的供电电源有AV10KV AC380V和220V等多种。集中由厂变电站（220KV变35KV变10KV）供电到高配室后经变压器到各低配室。 （二）保护回路（二)ba保护(辅助)回路的工作电源有单相220
6、、36V或直流220、24V等多种，对电气设备和线路进行短路、过载和失压等各种保护，由熔断器、热继电器、失压线圈、整流组件和稳压组件等保护组件组成。（三）信号回路能及时反映或显示设备和线路正常与非正常工作状态信息的回路，如不同颜色的信号灯，不同声响的音响设备等。 （四）、自动与手动回路电气设备为了提高工作效率，一般都设有自动环节，但在安装、调试及紧急事故的处理中，控制线路中还需要设置手动环节，通过组合开关或转换开关等实现自动与手动方式的转换。 （五）、制动停车回路切断电路的供电电源，并采制动措施，使电动机迅速停车的控制环节，如能耗制动、电源反接制动，倒拉反接制动和再生发电制动等。 （六）、自锁
7、及闭锁同路启动按钮松开后，线路保持通电，电气设备能继续工作的电气环节叫自锁环节，如接触器的动合触点串联在线圈电路中。两台或两台以上的电气装置和组件，为了保证设备运行的安全与可靠，只能一台通电启动，另一台不能通电启动的保护环节，叫闭锁环节。如两个接触器的动断触点分别串联在对方线圈电路中。第三章 72系统工艺流程下图ZS72-120201（一）、工艺图解 （二）、工艺说明 根据原料特性所选择的加工程序和烧结工艺制度。它对烧结生产的产量和质量有着直接而重要的影响。本工艺按照烧结过程的内在规律选择了合适的工艺流程和操作制度，利用现代科学技术成果，强化烧结生产过程，能够获得先进的技术经济指标，保证实现高
8、产、优质、低耗。本生产工艺流程有原料的接受，兑灰，拌合，筛分破碎及溶剂燃料的破碎筛分，配料，混料，点火，抽风烧结，抽风冷却，破碎筛分，除尘等环节组成。烧结生产工艺的过程就是将准备好的矿粉、燃料和溶剂，按一定的比例配料，然后再配入一部分烧结机尾筛分的返矿，送到混合机混匀和造球。混好的料由布料器铺到烧结机台车上点火烧结，烧成的烧结矿经破碎机破碎筛分后，筛上成品烧结矿送往高炉，筛下物为返矿，返矿配入混合料重新烧结，烧结过程产生的废气经除尘器除尘后，由风机抽入烟囱，排入大气。第四章 72系统设备控制说明（一）、设备控制原理图：见下图ZS72-1202-02 ZS72-120204（二）、设备操作方式：
9、系统设有三种操作方式：主控室上位机CRT监控操作、机旁就地操作、主控室集中操作台控制操作。机旁就地操作主要用于设备检修试机，仅提供单机设备最基本的安全连锁，而无其它连锁；集中操作台联锁控制和上位机CRT监控操作用于系统自动运行控制。 3、胶带机控制原理工作过程分析(以725为例)：SA（转换开关）在0档位时：电动机停止运行；SA（转换开关）调至45档位时：HG信号灯亮按下SX按钮，KA1中间继电器线圈得电KA1常开点闭合，HB电铃响起按下SF1时KM1、KA2线圈得电常开点闭合(自保)，电动机正转，HR信号灯灭HG信号灯亮，电铃停止响应按下SF2按钮时，KM2、KA3线圈得电常开点闭合（自保）
10、，电动机开始反转按下SS1按钮时，电动机停止运转，HR信号灯灭HG信号灯亮；SA（转换开关）调至90档位时：按下SF3按钮时电动机正转，按下SF4按钮时电动机反转，详细运行过程如上述。第五章 PLC自动控制系统配置（一）. 系统应用软件：操作系统：Windows 2000SP4编程软件：STEP 7 V5.2监控软件：WinCC 5.1 (二）. 系统硬件配置：本系统PLC选用西门子S7-300系列，根据I/O点的数量、程序量的大小、处理能力、现场设备、信号类型等，选配PLC各模块。选配时还需注意： 机架能插入的模块数，一方面受采用的安装导轨的长度及模块的宽度总合限制，另一方面受它们从S7-3
11、00PLC背板总线取得电流值的限制。A、PLC选型如下： 电源模块 型号：PS 307 额定电流5A订货号：6ES7-1EA00-0AA0 1块 CPU模块 型号：CPU 314 最高MPI地址31订货号：6ES7 314-1AF10-0AB0 1块 数字量输出模块 型号：SM322 AC120V/230V 16点继电器输出 订货号：6ES7 322-1HH01-0AA0 2块 数字量输入模块 型号：SM321 AC120/230V 16点输入 订货号：6ES7 321-1FH00-0AA0 3块 （由于运行环境灰尘较大，为了运行更可靠，故障查找方便，采用220VAC作为输入、输出电压。） P
12、LC硬件控制接线图见：ZS72-0904-07ZS72-0904-12B、上位监控计算机选择：采用研华工控机: PIV 2.6GHz主频，512兆内存，80G硬盘， 19英寸高分辨率彩色纯平显示器；PCI通讯卡：西门子CP5611，订货号6GK1 561-1AA00.3. Step7硬件组态图：第六章 系统的软件编程（一）概述利用SIEMENS STEP 7编程软件对系统编程。首先，用STEP 7软件对系统进行硬件组态，然后再用STEP 7软件编程，允许结构化的程序，也就是说可以将程序分解为单个或多个控制功能块FC，最后通过系统组织块OB，调用控制功能块FC，来实现整个系统的功能。采用这样的结
13、构的优点：对大规模的复杂的程序容易理解；可以对单个程序进行标准化；组织程序简化，便捷；有利于整套控制系统的调试、维护。（二）PLC控制程序：略（三）程序简要说明：A、组织块：OB1：顺序运行功能程序FC1、FC2、FC3、FC4；B、功能程序FC1：72系统起动各设备自动位状态检查当胶带机720(或303J2)、721、722、722F、723、724(或725)都处于自动运行位时， #PKA继电器吸合(其包括检查控制回路电源、熔断器FU、过热保护KTO、拉绳开关LK、机旁安全开关、手动/自动选择开关SA状态)，即(I7.0 OR I7.2)I7.4I7.6I10.4I8.2(I8.4 OR
14、I8.6)=1M10.0=1，系统自动位检查通过，系统处于可以自动运行的起动状态；在上位监控计算机显示“系统准备好，可以启动”文字信息，反之显示“系统没有准备好，不能启动”文字信息。置系统起动信号起动系统前，“2#炉进料”和“3#炉进料”；“进烧结矿725”和“进球团矿724”各应有一种选择。按操作台上的系统起动按钮72SS或点击上位机PC画面上“启动”按钮，置系统起动信号M10.1=1给出60秒起动有效时间T1各现场设备发出起动预告音响。起动完成后(胶带机724或725己运行)或己发出停止运行信号或60秒起动有效时间己到时，注销(复位)起动信号：M10.1=0，本次起动结束。C、功能程序FC
15、2：72系统起动过程系统自动状态准备好M10.0=1、己按起动按钮M10.1=1，系统进入起动过程：延时2秒T2M33.0(M33.1)=1起动胶带机720(303J2)；设备运行信号返回后M10.3(M10.4)=1注销其起动信号T2；起动条件：720(303J2)处于自动位、没有收到停止信号。下同；720(303J2)运行后延时2秒T3起动胶带机721；721运行后延时2秒T4起动胶带机722；722运行后延时2秒T5起动胶带机722F；722F运行后延时2秒T6起动胶带机723；723运行后延时2秒T7起动胶带机724(725)。系统起动结束。正常情况下，胶带机725只使用一个方向进料；
16、而倒运料在日常较少使用，程序中没有给出其功能，以防发生工艺错误。D、功能程序FC3：72系统停止置系统停止信号：按操作台上的系统停止按钮72SF或点击上位机PC画面上“停止”按钮置系统停止信号M12.0=1。注销系统停止信号：720(303J2)己停止运行或又按下了起动按钮注销停止信号，M12.0=0。M12.0=1延时5秒T21(T22) 停725(724)；M12.0=1725和724停止运行后延时10秒T23 停723；M12.0=1723停止运行后延时10秒T24 停722F；M12.0=1722F停止运行后延时100秒T25 停722；M12.0=1722停止运行后延时10秒T26
17、停721；M12.0=1721停止运行后延时30秒T27 停720；延时60秒T23 停303J2。系统停止结束。E、功能程序FC4：设置各设备最长有效起动时间各设备在设定时间(8秒)内没有完成起动运行，即收到起动指令后，没有按时返回运行信号，则注销系统起动信号M10.1=0；若需继续起动，需再次按起动按钮。F、系统故障停机的联锁(见FC2程序) 按工艺要求，前一级胶带机影响后一级胶带机工作；而后一级胶带机不影响前一级胶带机工作。720(303J2)因故停止运行后I7.1(I7.3)=0立即使721停止Q3.5=0；721停止运行后I7.5=0立即使722停止Q3.7=0；722停止运行后I8
18、.0=0立即使722F停止Q5.4=0；722F停止运行后I10.5=0立即使723停止Q4.3=0；723停止运行后I8.3=0立即使724、725停止Q4.5=0 Q4.7=0；G、724和725、720和303J2在系统不停机工作状态下的切换724、725在系统不停机工作状态下的切换由于后一级胶带机不影响前一级胶带机工作(723)，所以在系统自动运行过程中，724和725可以任意切换。720、303J2在系统不停机工作状态下的切换由于前一级胶带机影响后一级胶带机工作(720和303J2都停后，721必须停)，所以在系统自动运行过程中，必须保证720和303J2在同一时间内有一始终在运行，
19、因此在程序中设计延时断电时间继电器T40和T41(时间按工艺要求为3分钟，可调)，即在切换过程时使另一胶带机继续运行3分钟后自动停止运行，完成切换。第七章 监控画面的组态设计（一）、组态设计步骤：1打开WinCC项目管理器；2建立一个新项目；3组态变量；添加逻辑连接 建立过程变量4建立过程画面；5建立画面元素变量连接；6运行工程。（二）WinCC过程变量如下：WinCC监控画面如下：结束语设计将已进入尾声，经过短短一个多月的实习与设计，能让我在有限的时间内学到不少的知识，这与我的指导老师细心指导与热情帮助是离不开的，在这里我得首先感谢我的指导老师，感谢他在这一个月多来的时间里对我的精心指导、技
20、术传授和无微不至的照顾，在我遇到问题的时候总是耐心、细致的指导我直到问题的解决。经过一次设计，锻炼了自己独立发现、思考问题和解决问题的能力，将先进科学技术在生产中的推广应用也有了一定了解，对于我们工作在生产一线的自动化人来说是一个相当重要的阶段，为我将来的工作打下了良好的基础，总之经过这次设计我受益非浅。参考文献1、王明海.炼铁工艺. 冶金工业出版社; 第1版 (2006年1月1日) 2、 李道霖.电气与PLC控制技术.电子工业出版社; 第2版 (2009年2月1 日) 3、赵欣.S7-300可编程控制器硬件和安装手册.机械工业出版社; 第2版 (2010年1月1日)4、Hans Berger
21、. SIMATIC S7 STEP7. 德国 Wiley-VCH; 1 (2011年6月21日)5、SIMATIC HMI WinCC 使用入门手册 SIEMENS公司上海培训中心内部资料6、崔坚. 西门子S7 可编程序控制器-STEP7 编程指南.机械工业出版社; 第2版 (2010年1月1日) 7、刘锴.深入浅出西门子S7300 PLC.北京航空航天大学出版社; 第1版 (2004年8月1日)8、苏昆哲.深入浅出西门子WinCC.北京航空航天大学出版社; 第2版 (2005年9月1日) 致 谢在这里衷心感谢我的导师黄丽燕老师！本课题的大量研究工作都是在黄老师的精心指导下完成的,在我整个研究
22、学业过程中,包括这篇论文的完成,都受到欧阳老师大量的帮助. 从论文的选题、研究计划的制定、技术路线的选择到系统的开发研制，各个方面都离不开黄老师热情耐心的帮助和教导。在学习的这段期间来，黄老师认真的工作态度，诚信宽厚的为人处世态度，都给我留下了难以磨灭的印象，也为我今后的工作树立了优秀的榜样。值此论文完成之际,谨向黄老师致以最崇高的谢意!再一次向她表示衷心的感谢,感谢她为学生营造的浓郁学术氛围,以及学习,生活上的无私帮助! 最后，向所有关心我的亲人、师长和朋友们表示深深的谢意！华东交通大学自学考试毕业论文指导登记表（二）开题指导意见：指导教师签名：年 月 日指导老师评语：成 绩（百分制）：指导教师签名： 年 月 日- 16 -