基于PLC的洗煤车间控制系统毕业设计(34页).doc

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1、-基于PLC的洗煤车间控制系统毕业设计-第 1 页毕业设计题 目： 基于PLC的洗煤车间 毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日期： 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照

2、学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： 学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学

3、位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日注 意 事 项1.设计（论文）的内容包括：1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）2）原创性声明3）中文摘要（300字左右）、关键词4）外文摘要、关键词 5）目次页（附件不统一编入）6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论7）参考文献8）致谢9）附录（

4、对论文支持必要时）2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。3.附件包括：任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。4.文字、图表要求：1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印4）图表应绘制于无格子的页面上5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档5.装订

5、顺序1）设计（论文）2）附件：按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订指导教师评阅书指导教师评价：一、撰写（设计）过程1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神 优 良 中 及格 不及格2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度 优 良 中 及格 不及格3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力 优 良 中 及格 不及格4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性 优 良 中 及格 不及格5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况 优 良 中 及格 不及格二、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格2、是否完成

6、指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不及格三、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格建议成绩： 优 良 中 及格 不及格（在所选等级前的内画“”）指导教师： （签名） 单位： （盖章）年 月 日评阅教师评阅书评阅教师评价：一、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格

7、不及格二、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格建议成绩： 优 良 中 及格 不及格（在所选等级前的内画“”）评阅教师： （签名） 单位： （盖章）年 月 日教研室（或答辩小组）及教学系意见教研室（或答辩小组）评价：一、答辩过程1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况 优 良 中 及格 不及格2、对答辩问题的反应、理解、表达情况 优 良 中 及格 不及格3、学生答辩过程中的精神状态 优 良 中 及格 不

8、及格二、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不及格三、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格评定成绩： 优 良 中 及格 不及格教研室主任（或答辩小组组长）： （签名）年 月 日教学系意见：系主任： （签名）年 月 日目 录1 选煤发展状况41.1选煤原理41.2煤的组成和性质51.2.

9、1煤的元素组成51.2.2煤、煤的工业分析61.3煤的工艺性能71.3.1煤的粘结性71.3.2煤的发热量81.3.3煤的化学活性81.3.4 煤的热稳定性81.4我国留煤炭用户对质量的要求81.4.1冶金焦炭用煤81.4.2化肥造气用煤91.4.3蒸汽机车用煤91.4.4高炉喷吹用煤91.4.5电厂用煤91.4.6民用煤101.5选煤方法101.5.1重力选煤101.5.2浮游选煤101.5.3跳汰选煤111.6我国选煤的现状111.7发展趋势12第2章 PLC的发展132.1 PLC的基本概念132.1.1 PLC的一般定义132.1.2 PLC的发展和历史趋势142.2 PLC的分类15

10、2.2.1按I/O点数分类152.2.2 按功能分类152.3 PLC系统组成及各部分的功能162.3.1 CPU运算和控制中心162.3.2输入/输出接口162.3.3 PLC的基本工作原理16第3章 洗煤车间PLC控制方案的实现173.1 PLC控制系统的设计方法173.1.1 PLC控制与继电器控制的比较173.1.2 PLC控制系统的几种配置173.1.3 PLC的I0功能模块193.1.4 PLC控制系统的设计193.1.5 PLC控制系统设计内容193.1.6 PLC控制系统设计步骤203.2 洗煤系统的设计203.2.1 洗煤系统的控制对象203.2.2 PLC机型选择213.2

11、.4 主电路的设计233.2.5工作流程图23第4章 系统的软件设计254.1 软件的组成及作用254.1.1 PLC内部资源254.1.2 PLC编程语言264.2 PLC梯形图设计27谢 辞29参考文献301 选煤发展状况1.1选煤原理选煤也称洗煤。由地下采出来的原煤，都夹杂着部分矸石，并且不同程度的含有多种无机矿物组分。原煤直接用来燃烧，会出现利用效率低、运送效率低、环境污染重等一系列问题。况且，在许多情况下，矿井采出原煤由于达不到工业利用所要求的诸如煤的灰分、硫分、水分、粒度、发热量等标准而不能直接利用。因此原煤需要先经过适当加工处理后再利用。煤中夹杂的矸石和矿物质形成的灰分，通过排除

12、矸石和矿无助降低煤炭灰分的加工处理，有多方面重要的意义。例如炼焦煤灰分每降低1%，可使炼出焦炭的灰分降低1.33%。在炼铁过程中，焦炭灰分每降低1%，高炉的焦炭消耗量可减少2.66%，同时少用4%的石灰石，生铁产量还可提高2.6%-3.9%。若煤炭灰分过高，冶炼过程消耗大，产率低，甚至无法进行。从铁路运输来说，煤的灰分高，无异于让大量矸石“旅行”，造成大量运力浪费。对动力用煤、化工用煤或民用煤，灰分都是有害的。煤炭燃烧时，其中的绝大部分矿物质近不产生热量，反而要吸收一部分热量随炉灰排掉。动力煤灰分每增高1%，大约要多消耗2.0%-2.5%的煤炭。我国电厂粉煤锅炉燃原煤效率一半为28%左右，如改

13、燃洗选后精煤可提高到35%。煤炭中的硫分虽然含量比灰分量低，但是危害大。从经济角度计算，1%的硫分一般相当于10%的灰分的危害程度。除此以外，众所周知，硫分在燃烧过程中产生的SO2、SO3、H2S等气体污染物严重危害大气环境，如果洗选1亿T原煤，一般可减少燃煤排放SO2100_150万T。上述所举例说明，无论是提高煤炭能源利用效率，符合用户质量要求或整治环境污染为目标，都有必要对采出原煤进行一定的加工处理，使其排出矸石和矿物杂质，达到合理的应用要求。煤利用的加工准备，就是煤炭洗选（即选煤）的主要任务。 1、除去原煤中的杂质，降低灰分好硫分，提高煤炭质量，适应用户的需要。 2、把煤炭分成不同质量

14、规格的产品，适应用户需要，以便有效合理利用煤炭，节约煤炭。 3、煤炭洗选结果，矸石可就地利用或废弃，减少无效运输。提高资源综合利用效果。 4、煤炭可除去大部分的灰分和50%-70%的黄铁矿硫，减少燃煤对大气的污染，它是洁净煤技术的前提。选没死利用煤的物理、化学性质的不同，尽量分离和排除煤中的矸石和矿物杂质，将原煤分选成为不同质量和规格的机械加工过程。1.2煤的组成和性质由于成煤的原生物质和成煤的地址地理条件不同，不同地区各种煤的组成和性质有很大的差异。煤是不均与的混合物，由有机物和无机物物质两部分组成，主要是有机物质。有机物质主要由碳、氢、氧、氮、硫、磷六种元素组成，可以燃烧，所以也叫可燃体。

15、无机物质主要是各种矿物质，通常不能燃烧。煤的性质分为物理性质、化学组成、工艺性能和燃烧性能等。煤的物理性质包括煤岩组成、颜色、光泽、密度、硬度、导电性、导热性、耐热性、磁性、粒度组成、泥化程度等。煤岩组成可分为镜煤、亮煤、暗煤和丝煤四种。它们人在外观上有很大的差别。镜煤和亮煤都有光泽，但镜煤的前端呈贝壳状，质地致密。暗煤的质地坚硬而无层理，丝碳很像碎木屑。煤岩组成对煤的性质和用途有重要影响。煤的化学组成包括元素组成和工业分析。1.2.1煤的元素组成煤是由植物遗体转变而成的有机矿物，其元素组成十分复杂。它主要是由碳、氢、氧、氮、硫、磷六种元素组成，还含有少量的氟、氯、砷、铅、汞等元素，极微量钾、

16、矾、釉等稀有元素。氮在煤中的含量不高，一般在2%以下。煤中的氮在燃烧时形成氮的氧化物NOx等有害气体，污染大气，必须设法减少。煤中的硫，分为有机硫和无机硫。有机硫是再成煤过程中与有机物一起进入煤中的。无机硫又分为硫化铁（黄铁矿）硫和硫酸盐硫。硫是煤中的有害杂质。根据煤中硫的含量，把煤分为六个等级（见表2-2）。煤中硫在燃烧时形成SOz 污染大气。SOz在光和热的作业下形成酸雨，腐蚀金属、设备，危害植物生长，降到江河湖泊影响水中动植物生长。我国每年因酸雨造成的经济损失十分惊人。硫分在炼焦过程中转移到焦炭中，焦炭中的硫在炼铁中又转移到铁中，使铁变脆。因此，硫分是评价煤质的重要指标。硫化铁硫可在煤炭

17、洗选中除去一部分，硫酸盐硫和有机硫只有在燃烧中或净化烟道气中才能解脱。氟、氯、砷、铅及稀有元素等在煤中都是有害元素，在燃烧或炼焦的过程中，有的会腐蚀炉壁和管道，有的会增加产品的毒性，有的会影响产品质量。1.2.2煤、煤的工业分析为了了解煤炭质量，判断煤的种类和加工利用途径，需要对煤进行工业分析，包括测定煤的水分、灰分、挥发分和固定碳四项。根据煤的水分和灰分，可以大致了解煤中有机物质或可燃物的百分含量。如果煤的水分和灰分高，则有机物含量就少，因而发热量就低，经济价值小，从煤的挥发分大致可以了解到煤中有机物质的性质、煤化程度的高低、粘结性的强弱和发热量的高低。从煤的固定碳含量可以大致判断某煤化程度

18、，评价其经济价值。1、水分煤的水分是指单位质量的煤中水的含量。煤的水分有内在水分和外在水分两种。外在水分是指在开采、运输洗选过程中附着在煤颗粒表面和裂纹中的说；内在水分是指吸附或凝聚在煤颗粒内部毛细孔中的水。外在水分可以借助机械方法脱出；内在水分只有火力干燥才能脱除。煤的水分是评价煤炭经济价值的基本指标。煤的内在水分与煤化程度和内部表面积有关，一般来说，变质程度越低，煤的内部表面积越大，水分含量越高，经济价值越低。煤的水分对其贮存、运输、加工和利用美国均有影响，在贮煤时，水分能加速煤的风化、破碎、自燃；在运输中，会增加运输量，加大运费，并增加装车，卸车的困难。在西北、东北、华北等寒冷地区，水分

19、大的煤在长途运输中会结冰，给卸车造成极大困难。煤的水分在燃烧时要消耗一定的热量，在炼焦时延长结焦时间，而且影响焦炉寿命。2、灰分煤的灰分是指煤完全燃烧后残留物的产率。煤的灰分分为内在和外在。内在灰分是指煤在成煤过程中混入的矿物杂质，外在灰分是指煤在开采、运输、贮存过程中混入的矿物杂质，即矸石，它可以通过洗选方法除去。煤的灰分是衡量煤炭质量的一个重要指标，灰分越高，质量越差，发热量越低。煤的灰分对煤的加工利用有不利的影响。外在灰分越高，在洗选时排除矸石量越大。内在灰分越高，煤就越难选。煤的灰分高，会增加运输量和运费。在燃烧时，灰分越高，热效率越低，而且会增加烟尘排放量和炉渣量，加剧燃煤对大气的污

20、染。炼焦时，精煤灰分越高，焦炭的灰分就越高，炼铁的焦比就会增加，高炉利用系数就会降低，产铁量减少。3、挥发分煤的挥发分是指煤在空气隔绝的容器中在一定高温下加热一定时间后，从煤中分解出来的液体（蒸汽状态）和气体减去其水分后的产物。它是评价煤炭质量的重要指标和进行煤的分类的重要依据。煤的挥发分越高，煤的煤化程度就低，在燃烧中容易点燃。4、固定碳煤的固定碳是指煤在隔绝空气的条件下有机物质高温分解后剩下的残余物之间取其灰分后的产物，主要成分是碳元素。根据固定碳含量可以判断煤的煤化程度，进行煤的分类。固定碳含量越高，挥发分越低，煤化程度越高。固定碳含量高，煤的发热量一越高。1.3煤的工艺性能煤的工艺性能

21、包括煤的粘结性、发热量、化学活性、热稳定性、可磨性、成浆性等。1.3.1煤的粘结性煤的粘结性是指诶里在隔绝空气的条件下加热到一定温度后，能够熔融、粘结成焦块的性能。一般以罗加指数、胶质层指数来表示。罗加指数Gr.i.是反映烟煤粘结的一种指标。它是以烟煤在加热过程中产生胶质体粘结其他物质能力的大小，作为粘结性指数高低的基础，用于鉴定煤的粘结性和确定煤的牌号。胶质层指数是煤粒在隔绝空条件下加热到一定温度后，有机质受热分解，软化呈胶体物质层的厚度，通常以其最大厚度Y值来表示。罗加指数越高，煤的粘结性越好。胶质层指数越高，没得结焦性越好。煤的粘结性能受煤的煤化程度、煤岩组成、氧化程度、灰分等多种因素影

22、响。煤化程度最高和最低的煤一般都没有粘结性。1.3.2煤的发热量煤的发热量也是煤的一个重要指标。它是指单位质量的煤在完全燃烧时所产生的热量，用MJ/kg表示。发热量与煤化程度呈规律性的变化，一般煤化程度越高，煤的发热量越高。1.3.3煤的化学活性煤的化学活性是指煤在一定温度下与水蒸气、氧气等相互作用的反应能力，是评价气化用煤和动力用煤的一项重要指标。1.3.4 煤的热稳定性煤的热稳定性是指块煤在高温条件下保持原来块状的能力，它也是评价气化用煤和动力用煤的一项重要指标。煤的可磨性、成浆性确定煤被磨成粉状的难易程度和制成水煤浆的可能性。1.4我国留煤炭用户对质量的要求 1.4.1冶金焦炭用煤用于生

23、产冶金焦炭的精煤灰分必须低于12.5%，硫分一般低于1.5%。冶金部门提供的资料表明，精煤灰分每降低1%，焦炭灰分可降低1.33%；而焦炭灰分降低1%，炼铁焦比可降低2%，高炉利用系数可提高3%，同时可以降低石灰石的耗量提高生铁的质量。因此，钢铁厂要求精煤的灰分尽量降低，以提高焦炭的质量，增加经济效益。硫分对炼铁的影响比灰分对炼铁的影响大10倍，因此炼焦用精煤对硫分要求十分严格。水分对焦炉寿命有不良影响，而且延长结焦时间，消耗热量。冬季在寒冷地区使精煤冻结，对运输造成影响，所以水分要尽量降低。1.4.2化肥造气用煤化肥造气对煤的品种、块度、灰熔融性、热稳定性、化学活性、粘结性、灰分、水分、硫分

24、、挥发分、机械强度等都有特殊要求。大、中型煤气发生炉的化肥厂，要求提供粒度25mm以上的无烟块煤或无烟块精煤灰分一般在15%以下，硫分一般小于1%，小化肥厂，可用1325mm无烟块煤、无烟洗小块或无烟型煤。1.4.3蒸汽机车用煤蒸汽机车因为膛炉小，烟囱短，一般要求发热量 大于25.10mj/kg,灰分小于25%，硫分小于2.5%，挥发分约16%，灰熔融温度大于1200，粒度1350m的气煤。长焰煤或弱粘煤。1.4.4高炉喷吹用煤高炉喷吹用煤一般用粒度小于13(6)mm的末煤或粉煤，灰分小于12.5%，水分要尽量低，固定碳含量要高，硬度要相对小。1.4.5电厂用煤不同设备的火力发电厂所燃用的煤种

25、和质量规格也不同。层状锅炉用块煤，新的电厂均采用喷吹粉煤，宜供应加工后的粒度小于13mm的末煤。电厂燃用低灰的精煤，可以提高锅炉热效率，减少设备磨损和自用电，增加设备利用率，减少燃煤对大气的污染。1.4.6民用煤民用煤应该用无烟块煤，或者用无烟末煤成型的煤球和蜂窝煤。为了减少大气污染，城市应逐步用煤气、天然气和液化气代替烧煤，同时应该采用集中供热。1.5选煤方法选煤方法种类很多，可概括分为两大类：干法选煤和湿法选煤。选煤过程在空气中进行的，叫做干法选煤，选煤过程在水、重液或悬浮液中进行的，叫湿法选煤。选煤方法还可以分为重力选煤、浮游选煤和特殊选煤等。1.5.1重力选煤重力选煤主要是依据煤分离和

26、矸石的密度差别而实现煤和矸石分选的方法。重力选煤主要分选+0.5mm煤炭，依靠煤与矿物质密度密度不同而进行分类，煤的密度通常在1.21.8g/cm 之间，而矸石的密度在1.8g/cm 以上，在选煤机内借助重力把不同密度的煤和矸石分开。重力选煤又可分为跳汰选、重介质选、溜槽选、斜槽选、摇床选等。1.5.2浮游选煤浮游选煤简称浮选，主要是依据煤和矸石表面润湿性的差别分选细粒（小于0.5mm）煤的选煤方法。特殊选煤主要是利用煤和矸石导电率、导磁率、摩擦系数、射线穿透能力等的不同，把煤与矸石分开。它包括静电选。磁选、摩擦选、放射性同位选和X射线选等。此外，还有手选，即人工捡牙。它是根据煤块与矸石的颜色

27、和光泽、外形上的差别由人工拣除。对煤和矸石硬度差别较大的煤块，可以采用滚筒碎选机进行选择性破碎，实现煤与矸石的分离。1.5.3跳汰选煤我国选煤厂中采用最广泛的选煤方法是跳汰选，其次是重介质选和浮选，其他方法均用的较少。选煤的主要产品是精煤，副产品中有煤、混煤、煤泥等。选后的尾煤和矸石为废弃物，由于它含有一些可燃物，也可以制砖、烧水泥的原料，进行综合利用。选煤厂是对煤进行分选。生产不同质量规格产品的加工厂。按精煤使用的目的不同，选煤厂可分为炼焦煤选煤厂和动力煤选煤厂。炼焦煤选煤厂的工艺过程比较复杂，生产的精煤灰分低、质量高，主要供给焦化厂生产焦炭。动力煤选煤厂的工艺过程一般比较简单，生产的精煤主

28、要作为动力燃料，大部分动力煤选煤厂只选块煤，末煤和粉煤不入选。1.6我国选煤的现状2004年中国焦炭产量突破2亿吨，占世界焦炭的一半，焦炭出口1500万吨，占世界产量的近60%。中国的焦炭对中国的钢铁工业以致世界的钢铁工业的发展起到重要的支撑作用。我国是世界上最大的焦炭生产国和出口国，2001年前产量基本稳定在1.11.2亿吨。焦炭主要用作钢铁工业的原料，根据钢铁工业的发展趋势，国内的焦炭需求不会有大的增长，但对焦炭的质量要求越来越高。国际焦炭市场，由于发达国家因环保、资源、成本的问题。炼焦工业日趋萎缩，焦炭需求量会有所增加，而且随着我国加入WTO，焦炭在国际市场上将获得更好的竞争环境。受国际

29、大环境的影响，我国焦炭工业迅速发展，从2001年开始，随着焦炭价格的攀升大批焦化厂开工建设，焦炭产量的迅速增长，导致焦炭用煤形势恶化，炼焦价格猛涨，从而使炼焦成本迅速增长，许多焦化厂不堪重负，故建设选煤厂是降低成本提高质量的唯一途径。按选煤设计规范， 煤厂的原煤存储量应保证生产时710天的用量，因此在煤料供应紧张时，选煤厂可作为煤源供应缓冲器，在短期内减轻焦炉的生产压力，即可保证焦炉正常生产，也有利于保护焦炉炉体。因此，无论是降低炼焦生产成本，还是作为炼焦生产的基本后盾，对焦炭生产企业来说，建设选煤厂、选煤厂生产及管理都是非常必要的。1.7发展趋势加强选煤厂的科学管理，大力提高管理水平，要使选

30、煤生产沿着高质量、多品种、产销对路、合理供应煤炭产品和综合利用各种伴生矿物资源的方向前进，努力提高选煤生产的经济效益，并要合理回收伴生矿物如黄铁矿及其他稀有金属矿物等，进一步提高选煤厂的经济效益。研究新技术、新工艺和新设备，以更新改造旧有选煤厂，装备新建选煤厂。例如研究油团选煤工艺和技术经济效果;化学选煤工艺技术和设备;高梯度磁选脱硫及其他深度脱硫方法;电选超低灰精煤;选择性絮凝工艺技术和药剂、脱水干燥工艺、技术和设备等等。向设备大型化，厂型装配式集中化，选煤生产工艺过程和质量分析自动化等方向发展。积极研制煤转化为“流质燃料”的工艺技术。研究和建立选煤生产过程数学模型，应用电子计算机管理选煤厂

31、。选煤厂环境保护的研究。例如防止环境污染和大气污染；减少和防止噪音；实现煤泥闭路循环和生产平衡等。第2章 PLC的发展2.1 PLC的基本概念PLC是可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller)”的简称，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种装置的功能已经大大地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PLC。可编程控制器(ProgrammableControllet)是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。但是为了避免与个人计算机(Personal Computer)的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC。2

32、.1.1 PLC的一般定义为了使PLC生产和发展标准化，国际电工委(IEC)先后颁布了PLC标准草案第一稿，第二稿，并在1987年2月通过对它的定义：“可编程控制器”是一种数字运算操作电子系统，专为在工业环境应用而设计的，它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序、执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入输出控制各种类型的视械或生产过程。可编程控制器及其有关外部设备，都按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计的。总之，可编程控制器是一台计算机，它是专为工业环境应用而设计割造的计算机。它具有丰富的输入输出接口，并且具有较强的驱动能力

33、。但可编程控制器产品并不针对某一具体工业应用，在实际应用时，其硬件需根据实际需要进行选用配置，其软件需根据控制要求进行设计编制，2.1.2 PLC的发展和历史趋势二十世纪六十年代美国推出可编程逻辑控制器（Program Controller，PLC Mable Logic）取代传统继电器控制装置以来，PLC得到了快速发展，在世界各地得到了广泛应用。同时，PLC的功能也不断完善。随着计算机技术、信号处理技术、控制技术网络技术的不断发展和用户需求的不断提高，PLC在开关量处理的基础上增加了模拟量处理和运动控制等功能。今天的PLC不再局限于逻辑控制，在运动控制、过程控制等领域也发挥着十分重要的作用。

34、 作为离散控的制的首选产品，PLC在二十世纪八十年代至九十年代得到了迅速发展，世界范围内的PLC年增长率保持为20%30%。随着工厂自动化程度的不断提高和PLC市场容量基数的不断扩大，近年来PLC在工业发达国家的增长速度放缓。但是，在中国等发展中国家PLC的增长十分迅速。综合相关资料，2004年全球PLC的销售收入为100亿美元左右，在自动化领域占据着十分重要的位置3。 PLC是由摸仿原继电器控制原理发展起来的，二十世纪七十年代的PLC只有开关量逻辑控制，首先应用的是汽车制造行业。它以存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和运算等操作的指令；并通过数字输入和输出操作，来控制各类机械或生产过程。

35、用户编制的控制程序表达了生产过程的工艺要求，并事先存入PLC的用户程序存储器中。运行时按存储程序的内容逐条执行，以完成工艺流程要求的操作。PLC的CPU内有指示程序步存储地址的程序计数器，在程序运行过程中，每执行一步该计数器自动加1，程序从起始步（步序号为零）起依次执行到最终步（通常为END指令），然后再返回起始步循环运算。PLC每完成一次循环操作所需的时间称为一个扫描周期。不同型号的PLC，循环扫描周期在1微秒到几十微秒之间。PLC用梯形图编程，在解算逻辑方面，表现出快速的优点，在微秒量级，解算1K逻辑程序不到1毫秒。它把所有的输入都当成开关量来处理，16位（也有32位的）为一个模拟量。大型

36、PLC使用另外一个CPU来完成模拟量的运算。把计算结果送给PLC的控制器。相同I/O点数的系统，用PLC比用DCS，其成本要低一些（大约能省40%左右）。PLC没有专用操作站，它用的软件和硬件都是通用的，所以维护成本比DCS要低很多。一个PLC的控制器，可以接收几千个I/O点（最多可达8000多个I/O）。如果被控对象主要是设备连锁、回路很少，采用PLC较为合适。PLC由于采用通用软件，在设计企业的管理信息系统方面，要容易一些。 近10年来，随着PLC价格的不断降低和用户需求的不断扩大，越来越多的中小设备开始采用PLC进行控制，PLC在我国的应用增长十分迅速。随着中国经济的高速发展和基础自动化

37、水平的不断提高，今后一段时期内PLC在我国仍将保持高速增长势头4。2.2 PLC的分类PLC产品种类繁多，其规格和性能也各不相同。对PLC的分类可以根据结构、功能的差异等进行大致分类。2.2.1按I/O点数分类PLC按其I/O点数多少一般可分为以下4类。1.微型PLC：I/O点数小于64点的PLC为超小型或微型PLC。2.小型PLC：I/O点数为256点以下，用户程序存储容量小于8KB的为小型PLC。3.中型PLC：I/O点数在5122048点之间的为中型PLC。4.大型PLC：I/O点数为2048点以上的为大型PLC。它具有极强的软件和硬件功能、自诊断功能、通信联网功能，它可以构成三级通信网

38、，实现工厂生产管理自动化。2.2.2 按功能分类 根据PLC所具有的功能不同可将PLC分为低档、中档、高档3类。1.高档PLC：除具有中档PLC的功能外，还增加了带符号算术运算、矩阵运算、函数、表格、CRT可编程控制器原理与应用显示、打印和更强的通信联网功能，可用于大规模过程控制或构成分布式网络控制系统,实现工厂自动化。2.中档PLC：除具有低档PLC的功能外，还具有较强的模拟量I/O、算术运算、数据传送和比较、数制转换、远程 I/O、子程序、通信联网等功能。有些还可增设中断控制、PID(比例、积分、微分控制)控制等功能，以适用于复杂控制系统。3.低档PLC：具有逻辑运算、定时、计数、移位以及

39、自诊断、监控等基本功能，还可有少量的模拟量I/O、算术运算、数据传送和比较、通信等功能。2.3 PLC系统组成及各部分的功能2.3.1 CPU运算和控制中心它在整个系统中起“心脏”作用。 存储器具有记忆功能的半导体电路，分为系统程序存储器和用户存储器。系统程序存储器用以存放系统程序，包括管理程序，监控程序以及对用户程序做编译处理的解释编译程序。由只读存储器、ROM组成。厂家使用的，内容不可更改，断电不消失。用户存储器：分为用户程序存储区和工作数据存储区。由随机存取存储器（RAM）组成。2.3.2输入/输出接口(1) 输入接口：输入接口电路工作过程：当开关合上，二极管发光，然后三极管在光的照射下

40、导通，向内部电路输入信号。当开关断开，二极管不发光，三极管不导通。向内部电路输入信号。也就是通过输入接口电路把外部的开关信号转化成PLC内部所能接受的数字信号。(2) 输出接口：输出接口工作过程：当内部电路输出数字信号1，有电流流过，继电器线圈有电流，然后常开触点闭合，提供负载导通的电流和电压。当内部电路输出数字信号0，则没有电流流过，继电器线圈没有电流，然后常开触点断开，断开负载的电流或电压。也就是通过输出接口电路把内部的数字电路化成一种信号使负载动作或不动作5。 2.3.3 PLC的基本工作原理 PLC采用“顺序扫描，不断循环”的工作方式1.每次扫描过程,集中对输入信号进行采样,集中对输出

41、信号进行刷新。2.输入刷新过程。当输入端口关闭时，程序在进行执行阶段时，输入端有新状态，新状态不能被读入,只有程序进行下一次扫描时，新状态才被读入。3.一个扫描周期分为输入采样，程序执行，输出刷新。4.元件映象寄存器的内容是随着程序的执行变化而变化的。5.扫描周期的长短由三条决定。（1）CPU执行指令的速度（2）指令本身占有的时间（3）指令条数6.由于采用集中采样,集中输出的方式。存在输入/输出滞后的现象，即输入/输出响应延迟。第3章 洗煤车间PLC控制方案的实现3.1 PLC控制系统的设计方法3.1.1 PLC控制与继电器控制的比较不断有许多新的软逻辑控制软件产品被推出，传统PLC供应商也已

42、经开始逐渐增加基于工业Pc的控制产品。另外，PLC开发费用中，软件开发费用所占的百分数正得到稳定的增长。软逻辑控制软件产品正在逐步取代传统的继电器控制占主导地位的控制系统。继电器控制系统的控制功能是用硬件继电器实现的，而PLC的控制功能主要是用软件编程来实现的。PLC与继电器接触器控制的重要区别之一就是工作方式不同。继电器接触器控制是按并行方式工作的，也就是说是按同时执行的方式工作的，只要形成电流通路，就可能有几个继电器同时动作，而PLC是以反复扫描的方式工作的，它是循环地连续逐条执行程序，任意时刻它只能执行一条指令，PLC是以串行方式工作的，这种串行工作方式可以避免继电器控制的触点竞争和时序

43、失配的问题。3.1.2 PLC控制系统的几种配置1、基本配置：PLC控制系统的基本配置根据PLC的类型可分为模板式(主流配置)、箱体式。模板式一般由CPU、电源、内存、IO模板及底板或机架和简易编程器。CPU模板确定了可进行控制的规模、工作速度、内存容量等等。选得合适与否至关重要，是系统配置中首先要进行的。内存模板是在CPU规定范围内选择，以满足存储用户程序的容量及其它性能要求。电源模板可以与CPU模板合二为一，也可是分开的，是依据PLC用的工作电源种类、规格以及是否为0模板提供工作及信号电源，以及容量需要来选择的。FO模板是依据FO点数确定模板规格及数量。FO点数可多可少，但其最大数量受CP

44、U所能管理的基本配置能力限制。2、扩展配置：是在基本配置的基础上，增加扩展机架或扩展机箱，从而增加IO点数的配置。扩展配置可充分利用CPU、内存、外设资源，使PLC的单点费用降低。且通过扩展配置还可实现远程安装，简化接线，便于维护等。扩展配置可分为远程扩展配置、当地扩展配置等。3、特殊配置：配置特殊单元，实现特殊功能。根据功能划分，特殊单元大体为高速计数器单元、位置控制单元、模拟输入输出单元、温度检测单元等。高速计数器单元是中、大型高速计数信号用特殊的高速计数单元处理。它是通过总线与PLC连接，CPu可向它读写数据，实现对高速计数的控制。具体的高速计数单元有很多类型，有单路的，仅处理一路高速计数；有两路的，可处理两路高速计数；甚至还有更多路数。位置控制单元是用于运动部件的位置及速度控制，是数控(cNc)技术在PLC控制系统中的运用。位控单元有单轴、双轴等类型。模拟量输入单元用以把模拟量转换成数字量。模拟量一般是指标准电流或电压信号。电流为4mA20mA，电压为0IOV或者15v