垃圾焚烧炉液压站HMI-PLC控制系统的设计.doc
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1、重庆科技学院毕业设计(论文) 题 目 垃圾焚烧炉液压站HMI-PLC控制系统的设计 院 (系) 电气与信息工程学院 专业班级 测控普2007-01 学生姓名 孙良磊 学号 2007440782 指导教师 胡文金 职称 教 授 评阅教师 职称 2011年 6 月 6 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(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
2、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
3、文(复印件)次序装订3)其它学生毕业设计(论文)原创性声明 本人以信誉声明:所呈交的毕业设计(论文)是在导师的指导下进行的设计(研究)工作及取得的成果,设计(论文)中引用他(她)人的文献、数据、图件、资料均已明确标注出,论文中的结论和结果为本人独立完成,不包含他人成果及为获得重庆科技学院或其它教育机构的学位或证书而使用其材料。与我一同工作的同志对本设计(研究)所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 毕业设计(论文)作者(签字): 年 月 日摘要 摘 要随着城市经济建设的持续发展和市民生活水平的不断提高,城市生活垃圾源不断大量产生,生活垃圾已成为一个污染环境、影响人们生活和经济发
4、展的社会问题。通过垃圾焚烧发电是实现垃圾减量化、资源化和无害化的主要方法之一。垃圾焚烧炉驱动控制系统是垃圾焚烧发电厂的核心部分,其运行状况直接影响垃圾的燃烧过程及其效率和二次污染的排放。因此,对垃圾焚烧炉驱动控制系统的研究具有重要的现实意义。本文以成都九江环保发电厂液控系统为依托,在分析垃圾焚烧技术现状的基础上,根据垃圾焚烧控制系统的工艺要求,结合现场实际情况,提出了基于PLC和WinCC实现焚烧炉控制系统的基本方案,设计了整个系统的电气连接图、端子接线图等。采用西门子STEP7、PLCSIM和WinCC完成了PLC控制程序和WinCC人机界面程序的设计,并为远程DCS控制系统提供接口。通过仿
5、真调试,本课题的设计结果能够达到预期的目标,可以实现焚烧炉液压站就地控制、HMI控制和DCS远程控制。关键词:PLC HMI 液压站 垃圾焚烧发电 驱动控制 I重庆科技学院本科生毕业设计 ABSTRACT ABSTRACTWith the continuous development of city economy and the peoples living level, a source of urban living garbage is produced, this has become a environment problem,which influences peoples li
6、fe and economic development. Through waste incineration is one of the main method and is harmless. Wastes incinerator driving control system is the core of MSW incneration power plant, the operation status of directly affected trash burning process and its efficiency and secondary pollution emission
7、s. Therefore, the wastes incinerator drive control system has an important practical significance.This paper for incinerator driving control system design and research is based on ChengDu JiuJiang power plant, under analyzing garbage incineration technology based on the present situation of MSW cont
8、rol system, according to the technical requirements, WinCC is proposed based on PLC and realize the basic scheme of incinerator control system. Secondly, design the system electrical diagram, terminal hookup , etc. Finally, PLCSIM and STEP7, by Siemens WinCC finished with PLC control program and Win
9、CC human-computer interface program design, and provide interfaces for remote DCS control system. Through the simulation debug, this topic design can achieve the desired goals, and can achieve incinerator hydraulic station local control and HMI, DCS remote control.Keywords: PLC; HMI; Hydraulic stati
10、on; Waste to energy; Driver and controlII目录目 录摘 要IABSTRACTII1 绪 论11.1 垃圾焚烧发电技术现状与发展趋势11.2 课题的目的及意义11.3 课题的主要内容21.4 本章小结22 焚烧炉液压站控制系统方案设计32.1工艺需求分析及控制方案32.2 控制系统结构32.3 主要器件选型设计32.3.1 PLC电源容量计算与选型32.3.2 电机空开容量计算与选型42.3.3 电机接触器容量计算与选型52.3.4 电机热继电器容量计算与选型62.3.5 双电源容量计算与选型72.3.6 直流电源容量计算与选型72.4 控制系统开发平台9
11、2.4.1 PLC开发平台92.4.2 HMI开发平台92.5 本章小结93 控制系统电气图设计103.1设备之间的信号关联103.2 输入输出信号编址103.3 主要电气接线图的设计113.3.1 主电路图113.3.2 输入输出接线图113.4 本章小结114 PLC控制程序的设计124.1 程序结构分析与设计124.2 程序块与数据块规划124.3 典型程序块设计134.3.1 主油泵程序设计134.3.2 冷却泵程序设计144.3.3 加热器程序设计154.3.4 隔离门程序设计164.3.5 料层程序设计174.3.6 除渣机程序设计184.3.7 炉排、给料器程序设计194.4 本
12、章小结195 HMI监控程序的设计205.1 基于组态软件开发HMI的方法和步骤205.1.1创建项目205.1.2组态变量205.1.3组态画面205.2 画面组态设计205.2.1 主监控画面的设计205.2.2 主油泵控制画面的设计215.2.3 冷却泵控制画面的设计215.2.4 加热器控制画面的设计215.2.5 隔离门、料层控制画面的设计225.2.6 炉排控制画面的设计225.2.7 给料器控制画面的设计235.2.8 除渣机监控画面的设计235.3 本章小结246 系统调试256.1 西门子全仿真调试技术简介256.1.1 S7-PLCSIM仿真调试技术256.1.2 WinC
13、C仿真调试技术简介256.1.3 全仿真调试的系统配置256.2 控制程序仿真调试过程266.2.1 主油泵控制程序调试266.2.2 冷却泵、电加热器控制程序调试276.2.3 隔离门调试方法与步骤276.2.4 除渣机调试方法与步骤286.2.5 炉排/给料器控制程序调试286.2.6 料层控制程序调试296.3 本章小结297 总 结30参考文献31致 谢32附录1 程序清单33附录2 电气连接图100绪论1 绪 论1.1 垃圾焚烧发电技术现状与发展趋势焚烧法处理城市生活垃圾已有100多年的历史,但出现有控制的焚烧(烟气处理、余热利用等)只是近几十年。20世纪90年代,由于全球经济的飞速
14、发展和城市生活垃圾处理技术的不断提高,各国城市生活垃圾处理方式的比例也发生了明显的变化,用于生活垃圾处理的技术多种多样,包括回收利用技术、填理技术、焚烧技术和堆肥技术。近年来,世界各国纷纷开发多种生活垃圾资源化技术,通过回收生活垃圾中的有用成分实现生活垃圾的减量化和资源化。生活垃圾的再生利用包括啤酒瓶等玻璃容器的再利用,废纸、废塑料、废金属容器等的再生利用。利用生活垃圾中的有机物进行堆肥,利用可燃性物质燃烧产生热能,实现热电联供也是生活垃圾综合利用的形式1。由于经济水平的限制,长期以来焚烧法处理垃圾在我国的应用还相对较少。20世纪80年代,深圳垃圾焚烧发电厂从国外引进成套焚烧处理设备建成了我国
15、第1座现代化的焚烧厂。该厂1998年投入运行,日处理垃圾300t,并配有发电设备,装机容量为3000KW,多年来运行良好,为垃圾焚烧发电积累了一定的经验2。目前,我国在生活垃圾焚烧技术方面正处于快速发展阶段,我国的生活垃圾焚烧技术主要应用于经济发达、人口密集的城市,包括直辖市、东部沿海经济发达城市和中西部省会城市。其中80%以上的生活垃圾焚烧厂是在近5年建设的,若干从事生活垃圾焚烧厂投资或供货的龙头企业已经开始形成,生产垃圾通过焚烧发电进行处理的比重已接近国际平均水平。由于城市固体废弃物数量急剧增加而且产生周期不断缩短,我国城市正面临着固体废弃物处理的巨大压力3。焚烧是一种对城市生活垃圾进行高
16、温热化学处理的技术。垃圾燃烧产生的热量可用来发电,性质稳定的残渣可直接填埋处理。经过焚烧处理,各种恶臭气体得到高温分解,烟气中的有害气体经过处理达标后排放。因此,可以说焚烧处理是实现城市生活垃圾无害化和资源化的最有效手段之一4。1.2 课题的目的及意义随着垃圾日益增长与处理能力有限之间的矛盾不断加剧,通过垃圾焚烧发电,是实现垃圾减量化、资源化和无害化的主要方法。由于生活垃圾焚烧减容效果显著、无害化程度彻底,在垃圾热值较高、处理达到一定规模时,可以回收废热发电,而且占地面积小,对周围环境的影响较小,近十年来生活垃圾焚烧处理在我国发展很快,特别是在城市化进程快、经济较为发达、人口密集、人均可利用土
17、地资源少的大城市以及南方和沿海地区更是如此5。 目前,国内用于焚烧处理生活垃圾的焚烧技术主要是机械炉排炉技术,机械炉排炉技术较为成熟,运行较为稳定,性能得到保证,我国在炉排炉焚烧技术方面现在还主要是靠引进国外的生产技术,但总的来说,对引进的技术消化吸收不够,运行结果不理想,归纳起来主要还有以下几个问题:对热值低、水分高、成分复杂的生活垃圾适应性不好。引进的炉排炉一般适应处理国外成分相对简单、低位热值高的生活垃圾,不适应中国垃圾的主要组成成分。工程投资大。目前国内利用国外先进焚烧技术建造的焚烧厂普遍建设工程投资大,折合吨工程投资约5075万元,而引进技术,关键设备国内生产的吨工程投资约3545万
18、元,技术和设备全国产化的吨工程投资只要2530万元。运行成本高。我国目前运转基本正常的国外技术建造的焚烧厂的运行费用为180300元/吨6。综上所述,开发出具有自主知识产权,符合中国国情的垃圾焚烧炉控制系统具有重要的现实意义。1.3 课题的主要内容本课题旨在设计一套基于S7-300PLC垃圾焚烧炉液压站人机界面(HMI)控制系统,实现液压站、给料器、炉排、隔离门、捞碴机、冷却泵电机、主油泵电机等设备的启停逻辑控制和状态监测,以及炉排和给料器的运动速度控制和状态监测等。1.4 本章小结本章通过对垃圾焚烧发电的国内外现状的分析对比,阐述了开发符合我国国情的垃圾焚烧控制系统的重要意义。1焚烧炉液压站
19、控制系统方案设计2 焚烧炉液压站控制系统方案设计2.1工艺需求分析及控制方案本课题旨在设计一套基于S7-300PLC垃圾焚烧炉液压站人机界面(HMI)控制系统,实现液压站、给料器、炉排、隔离门、捞碴机、冷却泵电机、主油泵电机等设备的启停逻辑控制和状态监测,以及炉排和给料器的运动速度控制和状态监测等。整个焚烧炉液压站控制系统由主油泵电机、冷却泵电机、电加热器、4列上、下炉排、4列给料器、4个隔离门、2个料层和2套除渣机等设备组成,其运动分别由8只炉排油缸、8只给料器油缸、2只料层油缸、4只隔离门油缸和2只除渣机油缸驱动,其驱动源来自液压系统,控制系统必须有效的控制液压站和油缸的运行,并具有故障联
20、锁、故障识别和自动投切两台主油泵和两台冷却泵的功能以及完善的状态显示功能及其监控功能。其次,在实际控制中,主要是由DCS远程控制,因此必须确保通信具有实时性和可靠性,并且配备有人机界面或状态监控系统。同时,为了方便修护和故障排除,必须设置就地控制箱,以方便整个系统的调试。2.2 控制系统结构 该系统的结构关系如图2.1所示,该系统具有三种控制方式:就地控制(现场控制箱)、人机界面控制方式(WinCC监控)、远程DCS控制,模式可以通过PLC控制柜上的模式切换旋钮来选择,三种控制系统都可以对整个液压系统进行控制。图2.1 控制系统结构框图2.3 主要器件选型设计2.3.1 PLC电源容量计算与选
21、型与国内电网电压一致,一般PLC系统的电源应选用220VAC电源。重要的应用场合,应采用不间断电源或稳压电源供电。对于没有零线的控制现场,应通过隔离变压器将380VAC转换为220VC。对于有模拟量的PLC系统,可以选用直流供电的PLC,配备相应的线性电源,这样可以提高数据采集的精度,减小开关电源高频噪声对模拟量的影响。PLC系统的输入和输出最好采用不同的电源供电,既可避免输入回路和输出回路之间的交叉影响,又可以防止外部高压电源因误操作而引入PLC7。电源模块的选择主要考虑电源输出额定电流和电源输入电压。电源模块的输出额定电流必须大于CPU模块、I/O模块和其它特殊模块等消耗电流的总和,同时还
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