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1、1-西门子西门子 PLCPLC 在电厂煤泥泵送系统中的应用在电厂煤泥泵送系统中的应用泰安鲁邦大河热电有限公司 崔凤山【 摘要 】本文着重讨论煤泥泵电气自动控制系统，该系统电气自动控制部分 采用SIEMENS S7-200 PLC作为该控制系统的核心部件，用TD- 200 文本显示器 作为该系统的人机界面。【关键词】 电气控制；煤泥泵系统；软件结构前 言目前，在国内优质煤不断上涨的情况下，中小锅炉已不能适应市场发展的需要， 面临倒闭，在这种情况下，中小发电机组必须用煤矿淘汰的劣质煤作为锅炉的 燃料，降低成本，以寻求其发展；煤泥泵送作为一种煤泥输送形式以其输送过 程全封闭、无污染、输送物料浓度高、
2、输送距离远,完全满足电厂对煤泥输送的 要求等特点,越来越多的被中小型电厂采用。 泰安鲁邦大河热电有限公司根据生产实际情况，在 2008 年上半年投入资金引进 了北京中矿机电工程技术研究所生产的粘稠物料管道输送系统，次年投入使用， 经过这几年的使用，取得了良好的经济效果；即为电厂降低了成本，同时又消 耗了劣质煤达到环保的效果。由于在本企业主要是用来输送煤泥作为锅炉燃烧 的燃料，所以称为煤泥泵送系统，简称煤泥泵。1 系统概述系统概述1.1 输送系统简介输送系统简介该系统由搓和机、刮板机、振动筛、搅拌缓冲仓、预压螺旋、浓料泵、高压低摩阻复合管、管路分流阀和自动控制系统等组成。21.2 输送系统工艺流
3、程输送系统工艺流程搓和机刮板机1#振动筛2#振动筛1#搅拌仓2#搅拌仓预压螺旋预压螺旋1#浓料泵2#浓料泵复合耐磨管复合耐磨管1#分流阀2#分流阀2#锅炉1#锅炉3#锅炉1.3 输送系统工作原理输送系统工作原理首先，由外部给料设备（本单位是装载机或者 5T 抓煤行车）将煤泥投入搓和机，人为加入适量的水，使煤泥达到适宜的浓度。然后经搓和机将大块板结的煤泥粉碎均匀。通过一条上料刮板机，将物料输送到搅拌缓冲仓的上方，经振动筛粗细分离后，物料进入该仓。物料在仓内的实时储量可以通过由超声物料计获得，该信号发送给 PLC。当物料达到 95%以上时，系统发出声光信号提示，并同时自动停止搓和机、刮板机、振动筛
4、的运行，根据需要向外部给料设备提供声光信号；当物料低于 75%左右时，系统同样发出声光信号，要求操作人员添加物料，直至仓内的物料在设定范围内（75%-95%） 。搅拌缓冲仓内的物料经过搅拌机搅拌均匀后，在滑架和重力的共同作用下连续不断的进入预压螺旋，然后进入浓料泵。泵送量通过调整操作台上的 TD-200 控制面板上的输送量比率（%）获得。由 PLC 控制的八个继电器的通断分别控制物3料活塞的前进、后退。S 摆活塞的左右移动。泵送工作分正反两种工作状态。当物料活塞向前推移是，S 摆阀若正对着该料缸，该状态为正泵送状态;物料活塞向后移动时，S 摆阀若正对着该料缸，则该状态为反泵送状态。该浓料泵的工
5、作分为手动、自动两种工作方式。其中手动由手动按钮和四支光电接近开关组成。自动由上述光电开关通过 PLC 控制。手动由按钮控制料缸的移动，此时浓料泵不进行自动换向，由按钮实现料缸的前后移动摆缸的换向，手动控制主要用于活塞的更换，接近开关的调整等调试工作。自动控制主要是 PLC配合光电信号，实现料缸的前后移动，摆缸的自动换向，以实现物料的输送。浓料泵输出的物料经高压低摩阻复合管输送至管路分流阀，通过分流阀分配到 1#2#3#锅炉，供锅炉燃烧，到此整个煤泥输送过程完成。另外为保证上述系统的正常运行，还设计有其他的辅助系统。包括冷却系统、液压系统、电气控制系统。因为篇幅的原因，我们仅对电气控制系统作详
6、细全面的讨论。2 2 电气控制系统简介电气控制系统简介2.1 系统概况系统概况本文着重讨论其电气自动控制系统，该系统电气自动控制部分采 SIMATIC S7- 200PLC 作为该控制系统的核心部件，用 TD- 200 文本显示器作为该系统的人机界面。物料输送系统由现场控制单元和集控单元构成通讯网络。现场控制单元主要完成对浓料泵的控制任务，还包括刮板机、搓和机、搅拌电机、振动筛以及液压等辅助设备的控制和操作。集控单元主要完成整个物料输送系统的控制，即在集控操作时可控制泵送系统的启停和物料输送流量的调节。本系统还可扩展与其他计算机集散控制系统进行通讯、完成数据交换的功能。本系统在完成自动控制任务
7、的同时充分考虑了系统的扩展余地，留有与其他设备电气控制的接口。42.2 系统设计原则系统设计原则控制系统设计遵循的原则是在符合电气技术有关设计规范的前提下，使得自动化控制系统的可靠性、实用性、先进性、经济性兼备。（1） 可靠性本系统从可靠性考虑，它涉及到系统的结构设计、硬件和软件、抗干扰等方方面面。在控制系统结构上，选择了高可靠性的集散控制模式；选择Siemens 公司的可编程控制器（PLC）的 S7-200 作为控制系统的核心单元，人机界面 TD-200 具有中文显示功能，实时显示控制参数和运行参数。可编程控制器采用德国西门子公司产品。主要从以下几方面考虑：一是著名公司成熟的产品，技术先进、
8、质量可靠;二是具有较高的性价比;三是系统的开放性相当好；四是西门子公司的产品在国内应用比较普遍。（2） 实用性实用性主要体现在一是符合现场的实际情况，二是便于工作人员操作，三是易于检修人员检修维护，四是有利于安装人员施工。（3） 先进性在可靠性、实用性的基础上，确保技术上的先进性。首先是采用目前先进的技术和设备，选择了集散控制技术；其次，先进性还表现在控制功能的完善，能够实现完全的自动化操作;2.3 可编程控制器系统可编程控制器系统本系统选择的 Siemens s7-200 PLC 适用于各行各业，各种场合的检测、监测及控制的自动化。Siemens s7-200 PLC 的强大功能使其无论在独
9、立运行中，或连成网络皆能实现复杂的控制功能。因此 Siemens s7-200 PLC 具有较高的性能/价格比。s7-200 PLC 出色表现在以下几个方面 极高的可靠性 既丰富的指令集 易于掌握5 便捷的操作 丰富的内置集成功能 实时特性 强劲的通讯能力 丰富的扩展模块s7-200 PLC 的应用领域极为广泛，覆盖所有自动检测，自动化控制有关的工业与民用领域，其中 CPU-226 具有两个物理通讯口，本机上集成了40 个输入、输出点具有最强的内部集成功能和丰富的指令集，两个通讯口能同时连接人机对话面板。它还具有以下功能：集成的 24V 传感器/负载电源，可以直接连接传感器和执行器。允许的输出
10、电流可以到 400mA。本系统采用的 TD-200 文本显示器是所有 Siemens S7-200 操作员界面问题的最佳解决办法。TD-200 具有以下用途和特点：1） 显示信息在控制系统中起设定和修正参数的作用，例如：改变动作、报警等的设定值，设定实时时钟的时间等。可以提供 8 个有用户自定义的功能键，可以替代普通的控制按钮作为控制键。2）提供密码保护功能背光 LCD 液晶显示：即使在逆光的情况下也易看清。编程集成在 PLC 软件中，无需其他的参数赋值软件。3）系统的通讯和扩展能力本系统在控制方面采用了远方控制和就地控制相结合的控制方式。在就地通过不同按钮控制不同装置的启停，通过一块 TD-
11、200 实现相关参数的设定和修改，以及煤泥输送流量这一模拟量的控制。另外通过 PLC 的串口和远方的另一块 TD-200 进行通讯，同时实现在远方（锅炉集中控制室）对相关参数的设定和修改，以及煤泥输送流量这一模拟量的控制。采用这种控制方式，既满足了就地远方都能控制的控制要求，又节约了成本，同时也简化了设计。当然这种控制方式没法和现有的 DCS 系统进行无缝对接，但权衡利弊还是利大于弊的。62.4 控制系统硬件部分控制系统硬件部分根据煤泥泵自动控制要求，开关量输入需 28 点，开关量输出需19点，模拟量输 入需1点 ，模拟量输出需1 点选择6ES7 216- - 2BD23- 0XB和6ES72
12、23- 1HF22- 0XA8和6ES7 235- 0KD22- 0XA8 作为该控制系统的核心部件，同时结合人机界面的要求，选择 TD200C 作为操作界面。先后通过 13 只中间继电器控制煤泥主泵、上料螺旋、液压站、预压螺旋、搓和机、控制、摆缸控制和仓搅拌等设备的启停控制，通过 EM235 扩展模块的模拟量输输出功能监控煤泥泵泵送开度。具体 I/O 地址分配表如下：2.5 控制系统软件结构控制系统软件结构根据工艺要求和 I/O 表地址分配表，程序设计成一个主程序，十个子程序：主泵控制、泵送控制、上料螺旋、液压站、预压螺旋、仓搅拌、搓和机、分配器、料位显示和流量设定部分，各部分功能简要概述如
13、下：72.5.1 主电机（液压包）的控制主电机（液压包）的控制由于液压包是整个煤泥泵送系统液压系统的核心部分，为浓料泵提供液压能量，所以选用电机功率较大。因此在启动方式上采用常用的“星-三角”启动方式。但本着节约成本，和提高可靠性考虑没采用传统的时间继电器控制而是通过PLC内部程序，完成相关的“星-三角”转换。下文将对相关的程序作介绍，此处只对启停操作作介绍。合上断路器后，按下“主泵启停”按钮，PLC上的IO.0输入点指示灯亮，“启动主泵”输出点Q0.0指示灯亮，中间继电器D1闭合，电机控制主回路接触器KM1和KM3闭合，“主泵运行”输入I1.7指示灯亮，此时电机处于星形启动状态，现场控制柜上
14、和操作台上的主泵运行指示灯亮；电机运行5秒钟后，电机电流达到一个稳定值，“星-三角”转换输出点Q0.1指示灯亮，中间继电器D2闭合切断主回路接触器KM3后，投入主回路接触器KM2,电机处于三角运行状态。主电机运行后再按下“主泵启停”按钮，PLC上的I0.0输入点指示灯亮，“启动主泵”输出点Q0.0指示灯“星-三角”转换输出点Q0.1指示灯灭，中间继电器D1和D2释放，切断主回路接触器KM1和KM2，“主泵运行”输入I1.7指示灯灭，现场控制柜上和操作台上的主泵运行指示灯灭，电机停止运行。2.5.2 泵送控制泵送控制在主电机运行正常后，可以进行泵送的主缸点动、摆缸点动以及自动泵送等操作。点动操作
15、主要是调试及检查设备，自动泵送为正常工作使用。2.5.2.1 摆缸点动摆缸点动在自动泵送停止后，摆缸点动通过控制台上的两个按钮控制两个摆缸电磁阀，交互动作。“摆缸前进”按钮按下PLC的输入点I0.5指示灯亮，摆缸电磁阀Q1.0输出，中间继电器D9动作，带动摆缸电磁阀YV-3，摆缸前进，按钮释放后，PLC输出撤销；“摆缸后退”按钮按下PLC的输入点I0.6指示灯亮，摆缸电磁阀Q1.1输出，中间继电器D9动作，带动摆缸电磁阀YV-4，8摆缸后退，按钮释放后，PLC输出撤销；2.5.2.2 主缸点动主缸点动在自动泵送停止后，主缸点动通过控制台上的两个按钮控制两个主缸电磁阀，交互动作。“主缸前进”按钮
16、按下PLC的输入点I0.3指示灯亮，主缸电磁阀Q0.6输出，中间继电器D7动作，带动主缸移动，主缸前进，按钮释放后，PLC输出撤销，主缸停止。当主缸到达限位时接近开关动作，PLC输入点I1.0指示灯亮，PLC输出Q0.6指示灯灭，中间继电器D7释放，主缸停止。“主缸后退”按钮按下PLC的输入点I0.4指示灯亮，主缸电磁阀Q0.7输出，中间继电器D8动作，带动主缸移动，主缸后退，按钮释放后，PLC输出撤销，主缸停止。当主缸到达限位时接近开关动作，PLC输入点I1.1指示灯亮，PLC输出Q0.7指示灯灭，中间继电器D8释放，主缸停止。2.5.2.3 自动泵送自动泵送自动泵送是将摆缸和主缸有机的配合，来达到输送物料的任务。主电机运行正常后，按下“泵送启停”按钮，PLC的输入点I0.1指示灯亮，泵送运行指示灯亮，PLC输出Q1.0驱动中间继电器D9，摆缸电磁阀YV-3动作，随后PLC输出Q0.6驱动中间继电器D7，主缸-1电磁阀YV-1动作；当主缸-1运动到限位时，PLC输入点I1.0有效，PLC输出Q0.6释放中间继电器D7，主缸-1电磁阀YV-1停止。PLC输
