plc在电厂控制系统中的应用-毕业论文设计.doc
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1、论文PLC在电厂控制系统中的应用申请人:王殿东学科(专业):电力系统及其自动化指导教师:张金莲 2011年02月55网络教育学院毕 业 设 计 (论 文) 任 务 书专业班级 电力系统及其自动化 层次 专升本 姓名 王殿东 学号 09017487010005 一、毕业设计(论文)题目 PLC在电厂控制系统中的应用 二、毕业设计(论文)工作自 2010 年 12 月 日起至 2011 年3月31日止三、毕业设计(论文)基本要求: 通过毕业设计(论文),培养学生运用所学基础理论、基本知识和基本技能解决实际问题的能力。具体要求如下: 1、正确认识毕业设计(论文)的重要性。 2、刻苦钻研,独立完成毕业
2、设计(论文)工作。 3、进行深入调查,收集相关资料,清楚系统基本功能。 4、完成系统的基本设计工作。 5、认真撰写毕业论文,做到文字准确,层次清楚。 指导教师: 张金莲 网络教育学院毕业设计(论文)考核评议书指导教师评语:通过深入分析研究,完成了中泰火电厂输煤程控系统设计工作。论文写作规范,结构清晰,语句通顺。同意答辩。建议成绩: 优 指导教师签名:张金莲2011年4月1日答辩小组意见:负责人签名 年 月 日答辩小组成员 毕业设计(论文)答辩委员会意见: 负责人签名: 年 月 日摘要论文题目:PLC在电厂控制系统中的应用学科(专业):电力系统及其自动化申请人:王殿东指导教师:张金莲摘要传统的火
3、电厂输煤系统现场环境十分恶劣,不仅极大损害了工人的身体健康,而且由于输煤系统范围大,经常有皮带跑偏、皮带撕裂及落煤管堵塞等麻烦,大大降低了火电厂的生产效率。随着火电厂规模的扩大,对煤量的需求大大提高,传统的输煤系统已无法满足火电厂的需要。本文针对中泰火电厂输煤部分,设计了一套基于可编程序控制器(PLC)控制网络和上位机的输煤监控系统。该方案不仅降低了开发的工作量,而且降低了维护的工作量,同时也为以后的升级提供了条件。许多电厂输煤程控系统不能长期稳定运行,抗干扰能力差是其最主要的原因。本文对实现燃煤程控系统的稳定运行的深入研究,提出了几种抗干扰措施在程控系统中的具体实施方法以及效应。关 键 词:
4、输煤程控系统、可编程序控制器、抗干扰能力论文类型:应用研究目录目 录摘要V目 录VII1 绪论11.1 课题的背景与意义11.2 系统的需求与分析21.2.1 目前存在的主要问题21.2.2 输煤程控系统分析31.3 PLC控制系统31.3.1 PLC技术应用情况81.3.2 PLC现状及发展91.4 本文主要研究内容102 相关控制理论与技术132.1 输煤系统的计算机控制技术132.1.1 操作指导控制系统132.1.2 直接数字控制系统142.1.3 监督计算机控制系统142.1.4 分散控制系统152.2 相关数据库技术152.2.1 iFIX与ORACLE结合152.2.2 数据通讯
5、原理162.2.3 实现方法173 输煤程控系统的设计与实现193.1 输煤程控系统简介193.1.1 输煤程控系统概述193.1.2 火电厂输煤系统的特点193.2 输煤程控系统结构203.2.1 设备的组成方式203.2.2 设备的控制方式213.2.3 输煤程控系统的组成213.3 系统的设计与实现263.3.1 系统的安全设计263.3.2 输煤系统和程控系统273.3.3 PLC程序设计283.4 输煤程控系统的约束条件353.4.1 传感器技术和安装要求353.4.2 自动加仓上煤要求353.4.3 实现程序联锁要求363.4.4 语音报警功能要求363.4.5 煤仓煤位测量功能要
6、求363.4.6 生产管理功能要求374 火电厂输煤程控系统的抗干扰措施394.1 概述394.2 实际分析394.3 抗干扰措施分析404.3.1 硬件措施404.3.2 抗干扰措施分析415 结论43致 谢45参考文献47附 录49攻读学位期间取得的研究成果51声明预览中看不见即可):Equation Chapter (Next) Section 1西安交通大学网络教育学院论文1 绪论皮带传输系统因其结构简单,使用方便,造价低廉,被广泛应用于工业、商业、农业、医药、军事等方面,在采矿运输、冶金送料、车站及码头的货物运输更是广泛使用,同样,火电厂的输煤系统也采用皮带传输。随着火电厂规模的逐渐
7、扩大,煤耗量也逐渐提高,对火电厂输煤系统的性能要求越来越高。1.1 课题的背景与意义传统的火电厂输煤系统是一种基于继电接触器和人工手动方式的半自动化系统,现场环境十分恶劣,工人们通过开动承前起后的皮带运输机及取煤机向锅炉前的储煤仓输煤,经常有皮带跑偏、皮带撕裂和落煤管堵塞等。但对火电厂而言,蒸汽工序的炉膛是不允许断煤的;于是,蒸汽机前通常有一个很大的储煤仓。输煤系统工作时尽量将煤装满储煤仓,不仅可以保证输煤系统故障时,工人们有足够的时间排除故障,也可以保证输煤设备有充分的时间检修。随着火电厂规模的迅速扩大,输煤系统的作用日益突出,而传统的输煤系统己无法满足火电厂的需要,因此需要对传统的火电厂输
8、煤系统进行改造。同时,当今世界是一个信息技术高度发展的世界,信息贯穿社会的每个角落,现代化的工厂,管理部门要求能够知道组织内部的各个职能部门的所有信息,当然也包括车间运行情况及设备状况。厂级乃至各行业都应对现实生产中的各分子结构的情况充分掌握,以便及时调整战略战术,把握工作的重点,推动部门或生产车间的工作;因此建立全自动化的输煤系统,不仅可以让工人从恶劣的环境中,繁重的劳动中解放出来。而且可以通过建立控制网络将相距较远的各输煤机架控制器相连,实现信息的相互传递,不仅保证了控制的实时性,可靠性,同时便于未来厂级的、车间级的管理。传统输煤系统具有以下特点:(1)任务重:为了保证工业用煤,输煤系统必
9、须始终处于完好的状态。日累计运行时间达8-10小时以上。(2)运行环境差、劳动强度大:由于各种因素造成输煤系统的运行环境恶劣、脏污,需要占用大量的辅助劳动力。(3)一次起动设备多,安全联锁要求高:同时起动的设备高达20-30台以上,在起动或停机过程中有严格的联锁要求。综上所述,输煤程序控制系统是决定输煤系统成败的关键,该系统不仅有强大的工程应用背景,而且有极大的市场潜力【1】【2】。今后所有的火力火电厂均将对输煤系统进行改造。作者参加了中泰火电厂输煤系统的改造,参与并设计了一套输煤程控系统。论文将输煤程序控制系统的优化控制和可靠性作为研究内容。1.2 系统的需求与分析1.2.1 目前存在的主要
10、问题众所周知,火力火电厂的主要燃料是煤。随着电力事业的发展与人们对用电量的需求不断增加,大容量、大机组火力火电厂在我国己逐渐占据主导地位。燃料运输、堆卸、配给等环节,是保证机组正常运行发电的基本条件。过去电厂输煤系统的工作任务重、压力大、困难多,已是制约电厂安全发电的一个突出问题。因此,重视输煤系统的工作,深化输煤系统综合治理,是火力火电厂安全、文明、经济、科学管理的重要保证。输煤系统的主要工作任务是:进场煤的接卸;燃料的储存;煤场整型压实;燃料除铁;除杂物;碎粒;将燃煤输送到锅炉原煤仓配煤。主要设备包括:翻车机、推煤机、抓斗起重机、碎煤机、采样机、除铁器、筛煤机、犁煤器、皮带秤、输煤皮带机以
11、及除尘设备等。其控制系统一般采用输煤程序控制,负责输煤系统所有设备的运行和调度。正如前面所说,大型火电厂燃料输煤系统设备种类繁多,分布较为分散一般都分布在几公里范围内,由于其实时性要求不高,不是24小时都需要运行,所以其在电厂的被重视程度往往不如主机系统,导致其生产管理及设备自动化水平相对滞后,而不得不使用较多的人力物力,有的电厂甚至出现燃料运行人员超过主机运行人员的现象。另外,通常输煤系统的设计方案,注重按装机容量耗用额定燃料量来计算,决定输煤系统的供、卸煤能力。但是理论上计算能够满足发电要求的燃料量,因为未把可能发生影响供、卸煤正常工作的因素考虑进去,往往造成输煤系统投产运行后满足不了发电
12、要求。在考虑输煤系统的设计中,往往缺乏对大容量电厂输煤系统实际存在问题的了解,为了降低造价,把输煤系统的标准压低,认为能具备发电供煤的条件就行,从而忽视了工作中的实际问题,而一旦一个环节出现问题后,就会直接影响到整个输煤系统的运行,以致影响火电厂的发电量。因此,随着火电厂容量的不断增大,仍采用过去常规的继电控制方式已远远不能满足生产发展的需要,新型控制方式的输煤系统才能有利于火电厂的经济运行。作者在认真研究、分析输煤系统结构特点、输煤程序控制特点的基础上,认为输煤系统在以下几个方面存在问题并可以改善:(1)输煤系统的可靠性与输煤系统的组成结构有紧密联系,否则无论控制系统如何控制都无法保证其可靠
13、性。(2)输煤系统中可以实现多种优化控制,例如煤仓煤位最均衡、犁刀动作次数最少、皮带机运行时间最短等,而目前的输煤程序控制系统均没有实现这些功能。(3)要实现输煤系统的优化控制就必须掌握输煤系统的数学模型,而现在对输煤系统的描述几乎没有。(4)输煤系统分别的范围比较大,采用单台PLC实现,不仅工作量大,而且维护比较困难,因此可以采用多台PLC进行联网控制。同时,采用仿人智能理论、MATLAB等手段和工具对输煤系统的重要功能一优化控制和运行可靠性进行研究,并确定以皮带机运行时间最短为研究目标。1.2.2 输煤程控系统分析火电厂的输煤程控系统【3】,它和相应的发电机组配套承担着火电厂的燃煤输送任务
14、,是电厂内工作环境差,劳动强度大的一个系统,有效地提高输煤系统的自动控制和管理水平是国内众多火电厂急待解决的问题。煤是火电厂发电的重要燃料,燃煤合理充分的利用直接决定了电厂的发电量。因此,在发电过程中,高效率的、稳定的、合理的运输,堆取,配煤成为电厂控制系统中十分重要的部分。由于输煤程控系统控制设备多,工艺流程复杂,系统设备分教,粉尘、潮湿、振动、噪音、电磁干扰等比较严重,如果任一个现场元件如传感器、防护罩、通讯电缆等选择不当,会直接影响整个系统的安全、稳定和可靠运行。因此该系统必须与完善的工艺、合理可靠的控制对象、可靠准确的保护监视传感设备以及严格的运行管理等密切配合起来,整个系统才能正常投
15、运。目前,国内输煤程控系统控制器一般都以PLC为主,它有以下特点:(1)能够承受恶劣的工业环境,具有很强的抗干扰性;(2)结构模块化,系统配置简单;(3)可与工业现场信号直接输入输出连接,针对不同的现场信号有相应的拍模块;.(4)编程简单且具有在线编程功能;(5)可靠性强。基于以上优点,输煤系统采用PLC程控能够方便地实现多种运行方式的选择,使整个系统功能更为合理,更加完备,运行更可靠、更灵活,可维护性、自检能力、安全保障能力及通信能力等也都得到了进一步的提高,有利于解决过去输煤系统投运后易出现的现场问题,从而大大提高了输煤系统的自动化水平【4】。1.3 PLC控制系统(1)开放和基于工业PC
16、控制PLC制造商己经开始注视基于工业PC控制技术所带来的强大冲击。有专家甚至认为,新商务活动所带来的新技术和开放技术规范将会埋葬传统PLC。PLC制造商认为,虽然在工业现场安装有大量的PLC控制设备,但他们仍然需要联合工控软件公司,以便开发他们自己的基于工业PC的过程控制软件。诚然,几年前在工业现场明显存在着新旧PLC混合使用的情况,工业用户不得不同时学习相关的新旧知识,甚至彼此借鉴学习。大多数PLC制造商为工业用户仅仅提供了软逻辑和一种操作平台。在高端应用方面,很难进一步区分PLC控制系统和工业PC控制系统之间的差异,因为这两者均采用了同样类型的微处理器和内存芯片。形象地打个比喻,如果你忘掉
17、工业PC和PLC这些词语字面上的含义,那么在箱子里所能够观察到的恰恰是一些基本计算机硬件技术,我们更多观察到的却是那些基本技术的复杂化和混合体,这些技术被有效地组合到控制系统中去。另外,采用开放控制的原因一方面是系统功能集成的需要,另一方面也是由于一些工业用户对功能过分苛求所致。如果能够给予高度的重视,就能够获得更多的基本技术知识。PLC制造商专注于系统功能化,而工业用户则专注于系统应用。人们可以看到,将来的发展趋势是将更多的功能进一步集成到一个控制箱内。因而像顺序控制和过程控制这样的事件将会采用功能化方式进行处理,其他像运动控制等也能够共享到相同的控制结构体系中。可以相信,PLC技术将继续向
18、开放式控制系统方向转移,尤其是基于工业PC的控制系统。后者除了在灵活性方面比传统PLC具有截然不同的优势外,还具有其他优点,如能够缩短系统投放到市场的周期,降低系统投资费用,提高从工厂底层到企业办公自动化的数据信息流动效率等【5】。(2)Ethernet的扩展与进一步容纳Web技术当前,在所有过程控制领域,最大的发展趋势之一就是Ethernet技术的扩展【6】。PLC也不例外,现在,越来越多的PLC供应商开始提供Ethernet接口部件。在最近的几年间,我们己经看,发展比现有普通小快灵PLC更加强大的PLC是种趋势。Ethernet将会成为PLC的通信标准吗?也许最终结果是这样的,但现在还为时
19、尚早。对于在PLC上提供Ethernet接口将能够解决所有通信问题,人们普遍存在着误解。Ethernet仅仅定义了OSI参考模型底部的几层协议标准,如果上层协议相互之间不能兼容,那么仍然不可能进行相互之间的通信处理。打个比方,这如同一个不懂英语的中国人与一个不懂,汉语的美国人之间是不能够通过电话进行对话一样。因此,协议就是设备之间相互通信的语言。向Ethernet靠近的一个目的在于通过Internet能够连接到所希望的任何地方。实际上,在一些意想不到的地方,Web服务器正在显露出其应有的威力。几年前,有一些PLC系统己经内藏了Web服务器,这无疑又为PLC系统增加了更多的特点。其他类型的控制设
20、备也正在准备进一步集成Web服务器。例如,Squared公司己经有一个具备Ethemet连接接口的发动机控制中心,并正在准备开发一种内置Web服务器连接接口的变速装置。内置Web服务器所体现的益处包括开放网络、商业工具的影响、客户机/服务器关系。在过去,工业用户可能会有代表性地询问一些有关PLC方面的信息,但在现在,由于新技术的不断诞生和发展,工业用户很容易就可以得到有关这方面的信息。另一方面,随着芯片和处理器大规模的生产,PLC生产制造商能够生产并提供开放网络的产品,让工业用户花较少的费用就能够购买到功能非常完善的PLC产品。在为将PLC连接到Ethernet和Web上提供技术支持方面,Sc
21、hneider公司己经成了先驱者之一。最近,该公司推出了一种运行于PremiuPLC平台的新型快速Ethernet(100mb/s)模件。该模件为PLC能够连接到TCP/IP的Ethernet提供了全双工自适应10/100mb/s的连接速度,现场过程控制器之间可以共享实时数据信息,自动扫描Momentum I/O模件和其他任何基于Modbus通信协议的现场控制设备,采用一个嵌入式Web服务器提供HTML通信服务,同时提供了SNMP用于标准网络通信管理。在一次展览会上,Schneider公司还向工业用户展示了他们有关透明工厂的观念。现在,越来越多的企业正在计划将其所有自动化控制设备逐步连接到企业
22、范围内的系信息系统中去。对于工业用户来讲,也许他们己经注意到有关Ethernet for control系列控制解决方案,该技术更加依赖于Ethernet和Internet。几乎所有PLC供应商在其部分系列化产品中均提供了Ethernet连接特性,而且有些公司己经确定将Web服务器彻底嵌入到他们的设备内部,以便充分展现PLC的性能特点。利用PLC的Web连接特性,工业用户不但可以从任何地方监控控制系统的运行状况,而且还可以像利用系统手册一样获取所需要的任何数据信息。当然,如果工业用户正在着手将其控制系统连接到Internet,则必须为此设置安全的信息发布地址。另外,为了防止黑客进入到控制系统中
23、去,还必须安装一套安全性能较好的防火墙软件。黑客的入侵还不是唯一的烦恼,如果网络系统瘫痪,我们首先需要干什么呢?黑客入侵的解决方案是采用冗余。在过程控制器中采用冗余IP地址、冗余网络系统、冗余通信电缆,以及热备份等方式,当突发事件发生时能够很好地为过程控制系统提供服务。许多PLC供应商在其产品的开发过程中仍然继续不断地改进和提高通信性能,其开发方向主要面向于Ethernet技术和基于Web技术。(3)过程控制应用尽管传统PLC被应用于离散过程控制领域,但现在,PLC己被广泛应用于连续过程控制领域,而且基于连续过程控制技术的发展趋势正在进一步得到增长。通信是PLC应用的关键技术,这种技术在PLC
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