毕业设计（论文）￠2.6×13m水泥磨电气控制系统设计

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1、萬花樓大学（http:/ 水泥磨电气控制系统设计水泥磨电气控制系统设计学生姓名： 学生学号： 院（系）： 年级专业： 指导教师： 助理指导教师： 二一年六月摘要I摘摘 要要随着科学技术的发展，电气控制技术在各领域中得到广泛的应用。PLC 以其可靠性高、灵活性强、使用方便的优越性，迅速占领了工业控制领域。但对于较简单的控制，采用接触继电器控制更为方便。在本设计中采用了接触继电器控制和 PLC 控制相结合来实现水泥磨的电气控制。水泥磨是水泥制作的主要设备之一，做好水泥磨电气控制系统，有利于提高水泥的实物质量。本设计中水泥磨的控制，主要包括主电机的电气控制、辅助电机的电气控制、主电机润滑站的电气控制

2、、主减速机润滑站的电气控制和两个主轴承润滑站的电气控制。前两者采用的是接触继电器控制，四个润滑站采用 PLC控制。本设计中还有大量的声光报警信号的设计，在水泥磨出现故障时，可以及时的发现和处理。还用温度传感器将主轴承温度测出通过 A/D 转换、单片机处理后显示出来。本系统设计正确，能满足工艺要求，操作方法灵活多样，安全保护功能齐全。关键词 水泥磨，PLC，控制，传感器萬花樓大学（http:/ the development of science and technology, electrical control technology is more and more applied in m

3、any fields, Because of the high reliability flexibility and use convenient of PLC, it rapid occupied in the industrial control area. But using the contact relay control is more convenient for some simple control. This design uses the relay control and PLC control to realize electrical control of cem

4、ent mill.Cement mill is one of the main equipment for production of cement, achieving of electric control system of cement mill, can improve the quality of cement, and powder of. cement. The design of the cement mill, mainly including electric control of the main motor control, electrical control of

5、 auxiliary motors, electrical control of main motor lubrication station, electrical control of main reducer lubrication station and electrical of control two main lubrication station. The former two used to relay control, four lubrication station used PLC control. This design has a large number of s

6、ound-light alarm signals, cement grinding malfunction, can be detected and treatment in time. With the temperature sensor measuring bearing temperature by A/D conversion, SCM processes after the show.This system design, can meet the technological requirements, flexible operation method, safety prote

7、ction function.Key words Cement mill, PLC, Control, Sensor目录I目 录摘摘 要要IABSTRACTABSTRACTII1 1 绪论绪论11.11.1 水泥生产工艺概况水泥生产工艺概况.11.21.2 水泥磨工艺概况水泥磨工艺概况.11.31.3 水泥磨组成设备水泥磨组成设备.22 2 设计方案设计方案32.12.1 总体设计方案总体设计方案.32.22.2 水泥磨操作方式及连锁信号水泥磨操作方式及连锁信号.32.42.4 电气设计任务分类电气设计任务分类.52.52.5 设计任务要求设计任务要求.52.5.1 主电机的设计任务.52.5

8、.2 辅助电机的设计任务.52.5.3 润滑站的设计任务.63 3 硬件电路设计硬件电路设计83.13.1 主电机的控制主电机的控制.83.23.2 辅助电机的控制辅助电机的控制.93.33.3 PLCPLC 地址分配地址分配.103.43.4 I/OI/O 连接图连接图.113.53.5 温度检测仪的硬件电路温度检测仪的硬件电路.123.63.6 电气元件的选择电气元件的选择.133.6.1 电气元件选择的基本原则.133.6.2 电气元件选择.144 4 软件设计软件设计174.14.1 单片机系统程序设计单片机系统程序设计.174.24.2 PLCPLC 软件设计软件设计.184.2.1

9、 PLC 程序流程图.184.2.2 低压泵起动、停止，以及压力低时备用泵的自动投入.184.2.3 电加热器的自动投入和停止.204.2.4 冷却水的投入或停止.204.2.5 润滑站综合起停.204.2.6 声光报警程序.214.2.7 高压泵的控制.234.2.8 闪烁信号的产生.245 5 设计小结设计小结26参考文献参考文献27附录附录 A:I/OA:I/O 地址分配地址分配28萬花樓大学（http:/ B B：控制接线图：控制接线图35附录附录 C C：程序：程序41致致 谢谢60绪论11 绪论1.1 水泥生产工艺概况水泥生产是由原料预处理（均化、破碎、烘干等） 、生料制备（配料、

10、粉磨、均化） 、熟料锻烧（分解预热、锻烧、煤磨） 、水泥制成（水泥配料、粉磨、包装）四大部分组成，水泥磨是水泥厂粉磨车间的核心设备，它的作用是将 96%水泥熟料加入 4%的石膏后研磨成一定细度的粉状水泥成品。粉粒大小必须适当，才能使水泥发挥最大抗压强度。一般采用的主要原料是石灰石、粘土和铁粉，将这些原料按一定的比例配合在一起，经粉磨、均化后，用回转窑锻烧制成熟料。熟料经再次配料后，先由辊压机将进料压成实饼（小型的水泥厂一般不另设辊压机） ，再送入水泥磨，磨成粉状的水泥。经包装机打包后，制成水泥成品。水泥生产工艺流程图如图 1.1 所示。 图 1.1 水泥生产工艺流程1.2 水泥磨工艺概况本水泥

11、磨外形是一个长 13m 直径 2.6m 的圆筒，内部充满了钢球及辅助设备。正常生产时，筒体处于高速旋转状态，在旋转的过程中，通过钢球的辗压和重力等的作用，将由进料端输入的熟料经几个料仓辗磨为符合标准的粉末，然后经出料端将水泥成品送包装车间打包出厂。由于磨内采用钢球作为原料辗压的主要物-萬花樓大学（http:/ 1.2 所示。 图 1.2 水泥磨机械设备1.3 水泥磨组成设备水泥磨由机械、电气、液压等系统组成，与电气系统有关的技术参数为： 主电机：水泥磨筒体高速旋转的驱动设备。主电机型号为 YR1000-8/1180，功率为 1000kW，电压 6000V，电流 121A，频率 50Hz，转速

12、740r/min，转子电压 967V，转子电流 650A。 辅助电机：在设备检修时供筒体慢速旋转的驱动设备，型号为 Y225S-8，功率为 18.5kW，电压 380V，电流 41.3A。 主电机润滑站：为主电机提供润滑保护的设备，型号为 TE521。 主减速机润滑站：为减速机提供润滑保护的设备，型号为 TE525。 主轴承润滑站：为进料端和出料端主轴承提供润滑及保护的设备，磨机设有两个主轴承润滑站，型号均为 TE332X。用 AD590 温度传感器，在进料和出料端筒体内共设置 4 个对称测温点，用于检测主轴承的温度和超限状态的声光报警。绪论3设计方案32 设计方案2.1 总体设计方案该电控系

13、统控制任务较多，既有数字量输入输出，又有 4 点模拟量测温显示任务，故采用以 PLC（Programmable Logic Controller）为主的控制系统，将 4个主轴承润滑站的控制全部放在 PLC 的控制下完成。主电机采用高压开关柜加液体电阻变阻起动柜控制。辅助电机控制由继电接触器电路完成。因 PLC 实时显示功能较差，配备专门的 OP 面板（人机界面）价格昂贵，故用单片机为核心制成温度检测仪表，用四位数码管显示实时温度，并在测温仪表中配备两个常开触点，引入 PLC 系统，分别用于上限报警和上上限的自动停磨。电控系统采用五柜五箱的操作方式。控制柜放在车间控制室，现场操作箱放在水泥磨旁边

14、，方便工人的现场操作。水泥磨电气总图如图 2.1 所示。 控制柜包括：1）高压开关柜AH0。2）液体电阻起动柜AL0。3）PLC 控制柜AL3。4）主电机润滑站与主减速机润滑站控制柜AL1。5）进料端和出料端主轴承润滑站控制柜AL2。 现场操作箱包括：1）辅助电机现场操作箱AX0。2）主电机润滑站现场操作箱AX1。3）主减速机润滑站现场操作箱AX2。4）进料端主轴承润滑站现场操作箱AX3。5）出料端主轴承润滑站现场操作箱AX4。4 个单通道温度检测仪分别装在 PLC 控制柜AL3 的操作面板上，用数码管实时显示主轴承的实际温度。2.2 水泥磨操作方式及连锁信号本电控系统设置的操作方式为集中/现

15、场操作方式和本柜/机旁操作方式两种。为了向水泥粉磨站其他设备及总厂 DCS 提供连锁，需送给外界的连锁信号有： 高压开关柜合闸信号，即高压柜中真空断路器辅助触点向外引出。 液体电阻起动柜正常运行信号。 各润滑站正常运行信号。萬花樓大学（http:/ 2.1 水泥磨电气总图 润滑站综合故障信号。 各润滑站压力、温度均正常时的允许磨机起动信号。来自于外界的连锁信号有： 总厂 DCS 系统发出的润滑站综合起动信号。 总控室发出的磨机起停信号。2.3 配电系统因主电机为 6kV 的高压电机，故从车间变电所应引入 6kV 的高压电源及380V 的三相四线电源；在控制柜内由三相四线制取得一相和地的控制电压

16、为交流220V，另外还需 PLC 输出板电源 AC 110V，它可经一体化电源装置获得。因 4 个润滑站中滤油器所用的压差开关电压为 AC 24V，所以经变压器可将 AC 220V 变为AC 24V。PLC 输入模块的电压为 DC 24V，这也可通过变压器后获得。因这些回路较多，应在每一个回路中加入低压断路器予以保护。该控制回路配电原理图如图6 kV 10 kW3 MAX0AX2MAX1AX4AL3AL2AL1AL0AH0AX3AH0AL0AL1AL2AL3PLC()AX0AX1AX2AX3AX4 设计方案52.2 所示。图 2.2 水泥磨控制回路配电原理图2.4 电气设计任务分类按总体设计方

17、案的要求，可将设计任务具体分类如下： 主电机高压开关柜和液体电阻起动柜的设计。 辅助电机主回路、控制回路的设计。 主电机润滑站和主减速机润滑站主回路、控制回路的设计。 PLC 硬件电路设计。 梯形图软件设计。 温度检测仪单片机系统硬件设计和汇编语言程序设计。2.5 设计任务要求2.5.1 主电机的设计任务主电机为一个高压绕线式异步电动机，功率较大，应保证高压电机的带载起动及正常运转。主电机起动时，应在各润滑站压力、温度均为正常的情况下才能发出合闸信号。操作时，要先起动四个润滑站，待运行一段时间，压力、温度等指标全为正常后，才允许主电机运转。当主电机定子温度超过 65、主轴承温度超过 70的情况

18、下，应使主电机自动停止运行。2.5.2 辅助电机的设计任务辅助电机应能保证正转和反转运行。主电机和辅助电机之间实行互锁，即主电机运转时，辅助电机不能运转；辅助电机运转时，主电机不能运转。主电机、L1N1-QF12L1134N11L11N11L12N12220 V110 V-TC1L11N11L13N13220 V24 V-TC2L11N111-QF22L2134N21220 V-Q-24VL-24VL1-QF62LL-34萬花樓大学（http:/ 润滑站的设计任务 应保证主电机润滑站 TE521 的正常运行。TE521 的控制功能要求如下：1）该系列润滑装置均设有两台油泵电机组，其中一台供正常

19、使用，另一台备用，备用泵供应急时投入运行。2）油压控制：在润滑装置出油口设有油压控制点，有三个压力控制器参与压力设置点的控制，当出油口油压下降到 0.1MPa 时，一个压力控制器发出声光报警信号，同时启动备用油泵投入工作。当备用油泵投入工作后，油压恢复到0.3MPa 时，另一个压力控制器发出正常工作信号，切断备用泵。第三个压力控制器用于系统最高压力控制。当油压达到 0.5MPa 时，发出声光报警信号。3）油流控制：在润滑站的进油口处设置油流信号器用于监视管路油流变化情况，当管路中油流量低于油流信号器设定的油流量控制值时，油流信号器发出油流不足的声光报警信号。4）油温控制：用一个电接点温度计测量

20、油箱内油液温度的变化情况对电加热器实施控制。当油箱内油液温度低于 15时，禁止主电机运行，同时电加热器自动投入工作。当达到 25时，电加热器自动切断。温度控制器用于当出油口处的最高油温值达 55时，发出声光报警信号。5）液位控制：在油箱内设有浮球式液位计一个，用于显示油箱内油液位置上、下极限和信号控制，当液位超过上限或低于下限时，发出油箱内缺油的声光报警信号。6）双筒过滤器压差显示：在双筒过滤器上设有压差信号开关，当通过双筒过滤器两端压差达到或超过 0.05MPa 时，发出滤芯堵塞声光报警信号。7）TE521 主电机润滑站含有如下电气组件：油泵电机：Y80S-4-V1，2 台，0.75kW，A

21、C 380V，50Hz。电加热器：SRY2-220/1，3 件，AC 220V，2kW。液位控制器：VQK-02，1 件，AC 20V：200A，DC 24V：0.5A。电接点温度计：WTZ-288，1 件，AC 2438V，10A。温度控制器：YWK-50-C，1 件，AC 380V：3A，DC 220V：2.5A，阻性负载，温度设定范围 5060。压力控制器：YWK-50-C，3 件，AC 380V：3A；DC 220V：25A，阻性负载，压力设定范围 01MPa。压差开关：CS-，2 件，触点容量 AC 220V：0.25A，DC 24V：0.05A。设计方案7P=0.05MPa。油流信

22、号器：YXW-2.5，1 件，AC 220V 或 DC 220V：1A。 应保证主减速机润滑站 TE525 的正常运行。主减速机润滑站 TE525 油泵电机型号为 Y112M-6-B8（功率为 2.2kW） ，没有油流控制器但多了一个电接点温度计，其余的电气组件及控制要求与主电机润滑站基本相同。多出的另一个电接点温度计用于电磁水阀的控制，当温度达到 45时，电磁水阀打开，投入冷却水用于降温。直到油温达到 35时，关闭电磁水阀，冷却水自动停止供应。 应保证进料端和出料端主轴承润滑站 TE332X 的正常运行。磨机的主轴承润滑采用静压（高压泵）起动及动压（低压泵）润滑的形式，每一台润滑装置供一端的

23、主轴承润滑，需进料端和出料端润滑站各 1 台。电器组件参数为：低压油泵驱动电机：Y90S-4-V1，2 台。高压油泵驱动电机：Y100L1-4-V1，2 台。油箱用电加热器：SRY2-220/2，3 个。油箱用液位控制器：VQK-02，2 个。电接点温度计：WTZ-288，2 个。温度控制器：WZK-50-C，1 个。低压压力控制器：YWK-50-C，3 个；高压压力控制器：D504/TD，2 个。油流信号器：LCK-32，1 个。冷却水电磁水阀：ZCS-25P，1 个。过滤器压差开关：CS-，2 个，触点容量 DC 24V，0.05A。TE332X 高低压润滑站的控制功能要求为：1）本装置设

24、低压供油油泵电机组两台，高压供油油泵电机两台；两台油泵电机中，一台正常工作，一台备用，两者互为备用关系。高压系统可独立工作。2）本装置高低压供油系统中设有压力、油流量、温度等控制点，只有在本装置进入正常工作状态时，磨机才能起动。3）低压供油系统的压力控制同主电机润滑站要求基本相同。 在主控室里用仪表实时显示主轴承 4 个测温点的实际温度值。当任一测温点的温度达到上限值 65时，应有声光报警信号，以提醒操作人员注意。当温度达到上上限 70时，应自动关闭主电机，使水泥磨停止旋转，以避免烧毁主轴承的重大事故。TEX332 机械图如图 2.3 所示。萬花樓大学（http:/ 2.3 TEX332 机械

25、设备硬件电路设计93 硬件电路设计3.1 主电机的控制主电机为电压 6kV，功率 1000kW 的高压绕线转子型大功率电机。它是一种长期工作制的恒转矩类负载，这类机械不要求调速，但带载起动困难，所以应采用高压开关柜加液体电阻变阻起动柜的方式控制，以满足重载起动和安全性能两方面的要求。高压开关柜可接收的外部信号为外部请求的主电机合闸信号、即时跳闸信号和紧急停车信号。高压开关柜外引的信号为主电机定子合闸信号，它是供水泥粉磨车间其他生产设备的连锁信号。 主电机为高压绕线转子型大功率电机，采用高压开关柜加液体电阻变阻起动柜的方式控制。 控制回路是在串入了 4 个润滑站均正常的连锁信号1KA5、2KA5

26、、3KA5、4KA5 和主/辅限位器限位信号 LS（此时限位器应处于主电机为主的 1 状态） 。只有这两个信号均满足的条件下，主电机电机才能运行。主电机可通过四条途径进行起动运行与保护：1）当转换开关 SA1 处于现场操作位置时，通过主电机现场操作箱上的起停按钮（SB11 和 SB12）直接控制电机运转。2）在 4 个润滑站工作正常时，继电器 1KA5、2KA5、3KA5、4KA5 常开触点闭合，LS 是主电机/辅助电机的限位器，当它打在闭合端（即 1 端闭合）时，表示主电机处于工作状态。此时按下起动按钮 SB11，KM1 接触器线圈得电，其主触点KM1 闭合，主电机运转。KM1 常开辅助触点

27、是为实现自锁而设计的。控制回路中串入继电器 KM2 的常闭触点，其作用是实现主辅电机间的互锁。主电机主控回路和控制回路中断路器 QF1、QF3 及热继电器 FR1、FR3 主要起过热过载的保护作用。当按下停止按钮 SB12 时，接触器 KM1 线圈失电，主电机停止运行。当 KM1 线圈得电时，接触器 KM 未得电，KM 的主触点断开。3）主电机带水电阻起动柜起动。当主电机开始起动时，时间继电器 KT1 开始计时，计时时间到，其常开延时闭触点 KT1 闭合，接触器 KM 线圈得电，其主触点闭合，将主电机直接接地。4）当四个润滑站邮箱内温度低于 15时、主轴承温度超过 70的情况下，在主机跳闸中间

28、继电器 KA1 得电（由 PLC 程序完成） ，其常闭触点断开，主电机停止运行。当主电机定子温度超过 65，电点接触温度计 ST3 断开，主电机停止运行。其对严重事故的产生起了很好的保护作用。主电机运行时，信号指示灯萬花樓大学（http:/ 亮。主电机控制原理图如图 3.1 所示。HL21FR187KM2SB12KM21SASB11-4KA5-3KA5-2KA5-1KA5LSQF11L1+EL5316421352461W211V21U21U22V22W221L21L32QF1KM1FR1-+W23V23U235316427878KM246135水电阻起动柜KM1KT1KM1KT1KMKA1ST

29、3QF3FR312L12N图 3.1 主电机控制原理图3.2 辅助电机的控制 辅助电机为笼型异步电动机，可采用直接起动。主回路的设计是一个典型的笼型电机直接起动原理图。 控制回路是一个典型的正转反转电路，在该回路中串入了 4 个润滑站均正常的连锁信号 1KA5、2KA5、3KA5、4KA5 和主/辅限位器限位信号 LS（此时限位器应处于辅助电机为主的 2 状态） 。只有这两个信号均满足的条件下，辅助电机才能运行。辅助电机可通过两条途径起动运行：1）当转换开关 SA1 处于现场操作位置时，通过辅助电机现场操作箱上的起停按钮（SB21 和 SB22）直接控制电机运转。2）在 4 个润滑站工作正常时

30、，继电器 1KA5、2KA5、3KA5、4KA5 常开触点闭合，LS 是主电机/辅助电机的限位器，当它打在闭合端（即 2 端闭合）时，表示辅助电机处于工作状态。此时按下起动按钮 SB21，KM2 接触器线圈得电，其主触硬件电路设计11点 KM2 闭合，辅助电机运转。KM2 常开辅助触点是为实现自锁而设计的。控制回路中串入继电器 KA2（主电机运行中间继电器）的常闭触点，其作用是实现主辅电机间的互锁。辅助电机主控回路和控制回路中低压断路器 QF2、QF4 及热继电器 FR2、FR4 主要起过热过载的保护作用。当按下停止按钮 SB22 时，接触器 KM2线圈失电，辅助电机停止运行。辅助电机运行时，

31、信号指示灯 HL22 亮。辅助电机控制原理图见图 3.2 所示。8787246135U23V23W23+EL-X-X1:FR2KM2QF222L32L2W22V22U22U211V211W21642531246135+EL2L1QF2LS-1KA5-2KA5-3KA5-4KA5SB21SA1KM2SB22KA278FR2HL22QF4FR42图 3.2 辅助电机控制原理图3.3 PLC 地址分配PLC 控制系统涉及的输入/输出点数较多且类型复杂，在安排输入/输出时应按分类的原则进行，这样既便于维护又不至于遗漏应接的各种信号。安排的原则是 4 个润滑站的信号依次排列，并在电气原理图上用文字提示出

32、组件触点代表的是哪个润滑站的何种信号，在电气图中各润滑站的组件代号按 14 的顺序排列，例如主电机润滑站压力低信号组件标号为 1SP1，压力正常信号为 1SP2，压力高信号为 1SP3，则其余各润滑站压力低信号依次为 1SP1、2SP1、3SP1。在输入信号排列时按 4 个润滑站的信号在前，整个系统共享信号在后的方法排列。对单个润滑站来说，接入输入端的信号依次为：低压泵 1#、2#电机及电加热器的保护信号，泵电机的接触器触点保护信号以及压力、温度、液位、流量、萬花樓大学（http:/ PLC 输入/输出的内容与设计实例中水泥窑的输入/输出较为相似，所不同的是水泥磨输入/输出点较多，需一个个排列

33、，在设计 I/O 表时要仔细对待。本系统采用了三个机架，各机架之间连线及 I/O 模块配置和地址定义如前所述。各模块的输入/输出信号均按润滑站的顺序及信号类型依次排列构成 I/O 表，然后按 I/O 表顺序依次接入信号就完成了硬件接线图工作。详见附录 A（I/O 地址分配表） 。3.4 I/O 连接图磨机中的四个润滑站，I/O 总数共计 230 个，将其全部纳入 PLC 控制。对这种数量较多的开关量控制系统，选用中、小型的可编程控制器即可满足要求。S7-200 系列具有极高的性能/价格比。S7-200 系列出色表现在以下几个方面：极高的可靠性、极丰富的指令集、易于掌握、便捷的操作、丰富的内置集

34、成功能、实时特性、强劲的通讯能力、丰富的扩展模块。因此本设计选用的是 S7-200 系列 PLC。磨机 PLC 配置表如下：CPU226，1 块。扩展模块，7 块 模块连线图在做硬件连接图前，应在 PLC 用户手册上查出所用各模块的接线图，严格按连接图接线。 I/O 接线图从图 3.3 中可看出，本模块含有 8 个输入点，输入点的一端接 DC 24V 直流电源。输出点的一端接 AC 110V 电源的一相（如本系统线路图中的 L22） 。输入、输出端点都要与对应端电源的另一端相连接。其余 I/O 接线图见附录 B。硬件电路设计131M1LI0.0I0.1I0.2I0.3I0.4I0.5I0.6I

35、0.7Q0.0Q0.1Q0.2Q0.3Q0.4Q0.5Q0.6Q0.71SA1.11SA1.21SB11SB21#油泵为主2#油泵为主低压油泵起动按钮低压油泵停止按钮来自 DCS 起动信号来自 DCS 停止信号1#泵电机2#泵电机泵电机热保护主电机润滑站1QF11QF21FR11KM11KM21KM31KA41KA51KA6 1#低压泵工作2#低压泵工作加热器工作润滑站故障报警润滑站正常润滑站备妥主电机润滑站1FR2图 3.3 I/O 接线图3.5 温度检测仪的硬件电路温度检测仪采用以 MCS-51 单片机为核心的检测系统，其原理为：将温度值经 A/D 转换器送入 8051 单片机处理后，将其

36、显示在 4 个七段数码管上，并能在检测值超上限、上上限时，输出两个闭合的触点信号送 PLC 系统处理。温度传感器 AD590 作为检测组件，检测实际的主轴承温度，经 3 个运算放大器 LM741 后将与温度信号成正比的 05V 电压信号引入 A/D 转换器 ADC0804（单通道 8 位逐次比较型 A/D 转换器） ，经模拟量到数字量转换，产生 8 位二进制数字信号D0D7，接入 8051 单片机的 P0.0P0.7 端。为了实时显示温度值，在该电路中配备了 4 个 LED 数码管，由 P1.0P1.3接译码驱动器 7447 后驱动 4 位数码管的段选信号。7447 可将二-十进制（BCD 码

37、）数据自动变换为七段 LED 所需要的各段驱动显示信号，而 P1.4P1.7 接数码管的位选信号。8051 的 RD 和 WR 端分别接 ADC0804 的读和写信号，ADC0804 的中断请求信号INTR 经反向器 7404 接入 P2.0 作为检测 A/D 转换是否结束的转换信号（当 INTR萬花樓大学（http:/ 0 时，A/D 转换结束） 。用 P3.0、P3.1 端分别经光电耦合器 IIL117 后连接两个继电器线圈，在温度达上限和上上限时控制继电器常开触点闭合，并将它们引入 PLC 系统做声光报警及停磨处理。这两个常开触点将是单片机系统和 PLC 电控系统的连接信号。为了提高显示

38、数据的准确性，硬件电路还采取了一系列抗干扰措施，可使数据显示到一位小数（小数点位置在 D2 位） 。另外，电路中配有稳压电源，以产生单片机所需的5V 信号。8051 需外接晶振芯片，用于产生 12MHz 的时钟信号。因水泥磨主轴承温度上限和上上限的值是固定不变的，故本系统没有扩展键盘，而是将上限和上上限的值放置在内存缓冲区的固定位置，需比较的时候直接取值即可。若上述两值需用户自行设定，则一定要增加键盘接口。若键入的值较少，则可用“（” 、 “（”键组成简易键盘，这种方法在小型仪表中应用较广。温度检测仪硬件电路原理图见图 3.4 所示。图 3.4 温度检测仪硬件电路原理图3.6 电气元件的选择3

39、.6.1 电气元件选择的基本原则电气元件选择的基本原则为：根据对控制元件功能的要求确定电气元件类型。DB0ADC0804VIDB1DB2DB3DB4DB5DB6DB7174048051P0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7P2.0P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7R245 VXTAL1XTAL2RESET12 MHzX1C2C15 VC3ABCDEFGLTRBIPI / PBOR17744712485 VD1VD2VD3VD4V5 VP3.0P3.1VI-CLKRCLKVREFAGNDR3CR55 VVR4LM741-12 V-12 V5

40、 k1 k10 kLM741-12 V-12 V10 k1 k10 k12 V20 k50 kLM741-12 V-12 V9 k2 k5 VAD59012 VVJ220 VV1 k1 k12 V5 VR1IIL1171740412 VVJ220 VV1 k1 k12 V5 VR1IIL11717404INTRWRRDWRRDVPP/EACS硬件电路设计15确定元器件承载能力的临界值及使用寿命，主要是根据电器控制的电压、电流及功率的大小来确定元件的规格。确定元器件预期的工作环境及供应情况，如防油、防尘、防爆及火源等。确定元器件在应用时所需的可靠性等。3.6.2 电气元件选择 低压断路器的选择低

41、压断路器 QF2 是保护辅助电机过电压、短路和欠电压的保护设备。QF2 在辅助电机的主回路中，额定电压 U 应为 AC 380V。因辅助电机的功率为eP18.5kW，辅助电机的额定电流为AUPIe7 .4838010005 .181000QF2 的额定电流只要大于 48.7A 就可正确动作，故选用 DZ20Y400/3302 型的低压断路器，其额定电压为 380V，额定电流为 400A，完全符合要求。低断路器极性的选择原则：一般在电机主回路中，应选 3PN（三极加地）的低压断路器。控制回路中一般选择 2P 或 1 极的低压断路器。因此，QF0 应选3PN 的极性。 交流接触器的选择该控制系统中

42、的接触器均选交流接触器。辅助电机所用的接触器 KM2 主触头在主电路中，所以主触头通断负载额定电压为被控线路额定电压 AC 380V，线圈在控制回路中（注意：在本系统中，控制回路电压为 AC 380V。但有时控制回路也有 AC 220V 的电压） ，线圈电压取 AC 380V。主触头额定电流按经验公式计算，取系数 1.4，则UPIe)4 . 10 . 1 (1000AI8 .343804 . 110005 .18查阅技术手册知：CJ20-400 主要用于额定电压 AC 380V、电流 400A 的电力系统中，所以 KM1 选用 CJ20-400 符合系统要求。原理图中共使用 KM1 常开触点

43、2 个，常闭触点 1 个，故选 3 个常开 1 个常闭辅助触点即可。润滑站油泵电机所用的接触器1KM1、1KM2、2KM1、2KM2、3KM1、3KM2、4KM1、4KM2 的主触头通断负载额定电压为被控线路额定电压 AC 380V，线圈在控制回路中，线圈电压取 AC 220V。主触头额定电流按经验公式计算：AI41. 13804 . 1100075. 0选定 B 系列接触器 B16，查阅技术手册知 B16 主要的技术参数为额定电压 380V，萬花樓大学（http:/ 15.5A，可控制的电动机最大功率为 7.5kW，符合系统要求。原理图中 2KM1、2KM2 使用常开触点 3 个、常闭触点

44、1 个，故选 3 个常开 1个常闭辅助触点即可。 中间继电器的选择中间继电器在继电接触器系列电控系统中主要具有控制电路传递与转换信号、扩大控制路数、将小功率控制信号转换为大容量的触头控制、扩充交流接触器及其它电器控制作用的功能。它在本系统中数量较多，选择时应满足线圈额定电压、额定电流、常开常闭触点数目。 时间继电器的选择根据控制回路所需要的延时方式（得电延时或断电延时） 、触点数量以及种类（延时触点数量、种类和瞬时动作的触点数量、种类）来选时间继电器。本系统中时间继电器的延时方式均为得电延时。 热继电器的选择润滑站中热继电器 FR1 是保护主电机过载和断相保护的元件。一般情况下，可按电动机额定

45、电流选取热继电器，热继电器的整定值为电动机额定电流的0.951.05 倍，则主电机额定电流为AUPIe41. 1380100075. 01000取系数为 1，则热继电器的整定值为 1.41A。经查阅资料，确定选用 3UA5900 型热继电器。其参数为额定电压 AC 380V，电流整定值范围为 46.3A 可调。 转换开关的选择转换开关的作用是在控制回路中进行多回路的转换和选择。转换开关应根据电源种类、电压等级、触点数（相数）和触头额定电流来选择。主减速器润滑站回路中 2SA1 可选用 LW15-16/D0724 型的转换开关。2SA1 在控制回路中，则额定电压为 AC 220V。LW15-16

46、/D0724 的额定电流为 16A，符合要求。2SA1 用到 6 对触头，LW15-16/D0724 的触头数可满足要求。各转换开关的选型结束后，要将其触头闭合表在原理图中表示出来，便于正确了解不同操作情况下各触头的连接状态。 信号灯的选择在电控系统中，经常通过信号灯闪亮，告知操作者某种信息。当需要引起操作者注意时（如报警） ，可采用红色信号灯。正常信号灯则选择绿色信号灯。例如在润滑站中，1HL6 灯亮表示油压高故障。应采用红色 AD11-11/20 型信号灯，额定电压为 AC 220V。当 1#油泵工作时 1HL1 灯亮，则应选绿色 AD11-硬件电路设计1711/20 型、额定电压为 AC

47、 220V 的信号灯。 控制按钮的选择按钮是短时切换小电流控制电路的开关，依据控制功能，选择按钮的结构形式及颜色，如紧急操作选蘑菇形钮帽的紧急式按钮，特殊需要选择带指示灯的按钮，停止按钮用红色，启动按钮用绿色。可根据同时控制的路数、通或断选择触头对数及种类，确定所需型号的按钮。例如主电机润滑站原理图中，1SB1 是油泵启动按钮，选绿色的 LAY3-11 按钮，额定电压为 AC 220V，带有一常开和一常闭的触头。SB1 是油泵停止按钮，可选额定电压 AC 220V 的红色 LAY3-11 型按钮，同样带有一常开和一常闭的触头。 接线端子的选择接线端子应按端子排所需的端子数量及端子所能承受的载流

48、量来选择。本系统 5 个电控柜和电控箱的接线端子可分别选用 JH9-1.5、JH9-2.5、JH9-6、JH9-10 四类，JH9-1.5 为可连接 1.5mm2 的导线，JH9-6、JH9-10 用于接电机和其它电流较大的设备。萬花樓大学（http:/ 软件设计4.1 单片机系统程序设计单片机程序采用汇编语言编程，温度检测仪软件设计的主要任务是将检测出的温度值经 A/D 转换后，送 8051 处理，再送入 4 个七段数码管显示。并将温度值与测定的上限、上上限进行比较，当实测温度值超过其允许范围时，令P3.0、P3.1 分别输出高电平，驱动继电器线圈吸合，同时使其常开触点闭合，将此常开触点信号

49、送入 PLC 系统去控制上限声光报警及上上限的自动停磨。本系统采用的温度传感器为 AD590，温度 0时对应电流为 273.2A，其产生的电流与绝对温度成正比，检测的温度范围为55150。AD590 线性输出性能很好，当温度每增加 1时，其电流增加 1A。这个特性与其他需经过线性化处理的传感器相比，具有编程处理简单方便的优点。本电路的显示转换要经过 A/D 转换、十进制转换（转换为 BCD 码，以驱动7447 控制段选码） 、乘 4（标度转换的需要）和显示等四个过程，故在软件中要有十进制转换和控制显示位选及显示过程的子程序。单片机系统软件流程图见图4.1 所示。程序详见附录 C。图 4.1 单

50、片机系统软件流程图A / DA / D?NY?NYP3.01?NYP3.11软件设计194.2 PLC 软件设计PLC 软件采用梯形图软件编程，其主要任务是按四个润滑站的要求完成各自的控制功能，并在出现故障时采取声光报警措施。4.2.1 PLC 程序流程图PLC 软件编制的方法基本上与回转窑软件编程相似，但磨机的信号较多，要注意将每个润滑站分开编制。就某个润滑站而言，其内部编程的顺序为：1#泵、2#泵、电加热器、冷却水阀的起停控制，正常运行指示灯、故障报警指示灯的控制。磨机系统程序流程图如图 4.2 所示。图 4.2 磨机 PLC 程序流程图4.2.2 低压泵起动、停止，以及压力低时备用泵的自

51、动投入低压油泵电机的控制属程序设计中的重要内容，现以进料端主轴承润滑站TE332 的 1#低压油泵电机为例，说明油泵电机的编程要点。无论是现场操作，还是集中控制，在进行梯形图设计时，均采用三种方式起停 1#油泵电机，这也是梯形图条回有三路的编程原理。 1#油泵为主油泵并处于现场操作（集中控制）时，按下起动按钮3SB1（I6.0） ，PLC 内部辅助继电器 M3.0（M3.1）得电，1#油泵被投入运行。当按下停止按钮 3SB2（I6.1）时，1#油泵停止工作。NNYY萬花樓大学（http:/ 1#泵为辅助油泵时，当 2#泵出现故障时，2#油泵会停止运行，2#泵接触器 3KM2 失电，3KM2（Q

52、5.1）常闭触点闭合，将使得 1#泵回路接通，1#泵代替 2#泵投入运行。 2#泵为主油泵且 1#泵为辅助油泵时，在压力低于 0.1MPa 的情况下，3SP1压力控制器常闭触点 3SP1（I6.7）闭合，此时因 2#泵正在运行，常开触点3KM2（Q5.1）处于闭合状态，3KM1（Q5.0）得电，1#泵作为备用泵投入运行，与2#泵一起共同打压，使压力上升。KT3（T55）主要是防止刚开机压力处于不稳定期间泵频繁动作而设置的抗干扰措施，只有当开机延时 1 分钟且压力低于 0.1MPa延时 20 秒后，KT4（T56）闭合，3KM1（Q5.0）得电，备用泵才投入运行。当压力继续上升至 0.3MPa，

53、达到压力正常值时，压力控制器 3SP2（I7.0）常闭触点断开，3KM1（Q5.0）失电，3KM1（Q5.0）其触点断开，1#泵自动停止运行。梯形图如图 4.3 所示。控制原理图如图 4.4 所示。图 4.3 低压泵控制梯形图3SP13SA1.2KT3KT43SP23KM23SA1.13KA73KA83KM13KM23KM13KM23KM13KM23KA83KA73SA1.23KM13SP2KT4KT33SA1.13SP12L13QF13QF22N3FR13FR21#油泵电机2#油泵电机3HL13HL2PPPP软件设计21图 4.4 进料端主轴承润滑站 1#低压油泵控制原理图4.2.3 电加热

54、器的自动投入和停止当冬季天冷造成油温低于 15时，电接点温度计 3ST1.1（I7.2）常开触点闭合，加热器 Q5.2（3KM3）线圈吸合并自保，电加热器自动投入工作。当温度上升至 25时，润滑站的油温已达到正常，1ST1.2（I7.3）常闭触点断开，加热器停止工作。3ST3（I7.6）是为防止电接点温度计损坏，3ST1 失灵而设置的多重保护措施。梯形图如图 4.5 所示。图 4.5 加热器控制梯形图4.2.4 冷却水的投入或停止当油温高于 45时，电接点温度计常开触点 3ST2.2（I7.5）闭合，驱动电磁水阀的中间继电器线圈 3KA3（Q5.5）通电吸合，冷却水投入，使油温下降。当油温降到

55、 35时，电接点温度计常闭触点 3ST2.1（I7.4）断开，电磁水阀中间继电器线圈 3KA3 失电，冷却水停止。梯形图如图 4.6 所示。图 4.6 电磁阀的控制梯形图4.2.5 润滑站综合起停当现地控制和集中控制转换开关 SA1 在现场控制方向时，通过按下油泵起动按钮 3SB1（I6.0） ，润滑站综合起动中间继电器 KA7（M030）应带电。当按下停止按钮 3SB2（I6.1）时，KA7（M030）失电。M030 为 PLC 的的内部辅助继电器，主要是为了油泵电机起停编程方便而设置的。当转换开关 SA1 在集中控制方向时，来自总厂 DCS 的远程起动信号和停止信号也应使中间继电器 KA8

56、（M031）带电或失电。原理图如图 4.7 所示。梯形图如图 4.8 所示。萬花樓大学（http:/ 4.7 进料端主轴承润滑站综合起停图 4.8 润滑站起停控制梯形图4.2.6 声光报警程序 当进料端主轴承润滑站和出料端主轴承润滑站出现压力、温度、液位、流油、压差故障时，均由检测组件触点的开闭来起动声光报警装置，驱动蜂鸣器发出报警声。报警原理图如图 4.11、4.12 所示。例如进料端主轴承润滑站压力低的报警信号，就是在起动油泵并延时后压力低时，I6.7（3SP1）的常闭触点闭合，电机起动延时 1 分钟，压力低延时 20 秒后闭合后，若压力仍低于 0.1MPa，则 PLC 内部辅助继电器 M

57、1.0 为快闪信号，Q6.5 压力低红灯开始快速闪烁，同时蜂鸣器发出报警声。在按下消警按钮后M1.0 转为慢闪信号，此时 Q6.5 改为红灯慢速闪烁，直到故障修复后闪烁红灯自动熄灭。I15.3 为试灯按钮，按下试灯按钮后，所有指示灯应全亮，目的是为了软件设计23测试指示灯是否完好无损，保证设备运行时正常指示。梯形图如图 4.9 所示。图 4.9 进料端主轴承润滑站压力低的报警控制梯形图 表示正常运行的指示灯驱动程序编程非常简单，只需将驱动信号直接与指示灯相连即可。另需指出的是，PLC 运行指示灯的触发信号是 CPU226 内部的一个特殊继电器 SM0.0，当 PLC 上电后 SM0.0 一直处

58、于 ON 状态。PLC 运行指示灯所连接的 PLC 输出端 Q10.6 处于 ON 状态。PLC 运行指示灯控制梯形图见图 4.10 所示。图 4.10 PLC 运行指示灯控制梯形图1KA42KA43KA44KA43KA33YV2L12N综合报警电磁水阀工作HA3KM33ST1.1T加热器工作T3ST1.2KT5KT5温度低延时3HL43HL3图 4.11 进料端主轴承润滑站报警图（1）3KA23HL123SF1 F2L12N压力低压力高温度低温度高液位低液位高滤油器堵塞流油低KT43HL53HL63SP3P3HL7KT5T3ST33HL8L3SL13HL9L3SL23HL103KA13HL1

59、1萬花樓大学（http:/ 4.12 进料端主轴承润滑站报警图（2）4.2.7 高压泵的控制现以进料端主轴承润滑站 1#高压泵在集中控制 SA1.1（I15.0）闭合时，1#高压泵三条回路控制： 1#高压油泵为主油泵并时，按下起动按钮 3SB3（I9.1） ，1#高压油泵被投入运行。当按下停止按钮 3SB4（I9.2）时，1#油泵停止工作。直至主电机定子合闸后，延时 15 分钟，KT6（T44）得电延时断开，1#高压泵停止运行。 1#高压油泵为辅助油泵时，当 2#高压油泵出现故障时，2#油泵会停止运行，2#泵接触器 3KM5 失电，3KM5（Q5.4）常闭触点闭合，将使得 1#高压油泵回路接通

60、，1#高压泵代替 2#高压泵投入运行。直至主电机定子合闸后，延时 15 分钟，KT6（T44）得电延时断开，1#高压泵停止运行。 2#泵为主油泵且 1#泵为辅助油泵时，在压力低于 0.2MPa 的情况下，3SP4 压力控制器常闭触点 3SP4（I9.7）闭合，此时因 2#泵正在运行，Q5.4 处于闭合状态，3KM4（Q5.3）得电，1#泵作为备用泵投入运行，与 2#泵一起共同打压，使压力上升。KT7（T58）主要是防止刚开机压力处于不稳定期间泵频繁动作而设置的抗干扰措施，只有当开机延时 1 分钟后压力仍低于 0.2MPa，3KM4（Q5.3）得电，备用泵才投入运行。当压力继续上升至 0.5MP

61、a，达到压力正常值时，压力控制器 3SP5（I10.0）常闭触点断开，3KM4（Q5.3）失电，3KM4（Q5.3）断开，1#泵自动停止运行。控制原理图如图 4.13 所示。梯形图如图 4.14 所示。软件设计253SP4KT7P3SP53KM5P3KM43KM53SB43SB33SA3.23SA3.1SA1.1SA1.23KM43KM43KM4KT6KM13SA3.13SA3.23SB33SB43KM5KT63FR43QF42L12N主电机起动后延时15分钟1#高压泵控制P3KM53SP5PKT73SP4KT73KM5高压油泵电机起动后延时3KM43KM4图 4.13 1#高压泵控制图原理图

62、图 4.14 高压泵控制梯形图4.2.8 闪烁信号的产生在程序的开始是一系列定时程序代码，主要用于产生报警用的闪烁信号。闪烁信号有两种方式：快闪和慢闪。它是利用定时器的常开、常闭触点产生一系列不同频率的方波输出。一般情况下，M1.0 为快闪信号。只有在按下消警按钮SB2（I15.2）后，M1.0 才转为慢闪信号，即周期较长的方波。梯形图如图 4.15 所示。萬花樓大学（http:/ 4.15 闪烁信号的产生梯形图软件设计275 设计小结本系统原理图较多，各环节都有紧密的关系。阅读原理图时要用系统、整体的观点去对待，善于从中找出内在的关联。这对参加毕业设计的学生来说，是一个难点和薄弱环节。熟悉工

63、艺过程和控制任务是建立 I/O 表的基础，也是关系到设计成败的出发点。在操作方式选择和细节设计时，应最大限度地满足操作方便、功能齐全的设计目标。系统中虽然润滑站要求对许多信号进行检测和控制，但因为没有要求闭环控制和实时显示，只要求对超过上、下限做出相应的控制，所以可简化为通过一些电气组件将模拟量变为超上、下限后的接点输出（如本系统中电接点温度计、液位计的使用） ，可简化设计难度。熟悉电气制图标准和元器件结构、工作原理是设计硬件电路的基础，其中的线号、端子、图号及常开触点、常闭触点、线圈等表示方法是在设计前应补课的内容。有关的规定可查阅电气传动自动化技术手册和相关产品说明书。当输入/输出点数较多

64、时，PLC 扩展机架与 CPU 基架间要用电缆将其连接在一起，并妥善安排好位号和地址。PLC 的 I/O 模块选好后，要进行地址分配，这个地址应与 I/O 表及梯形图程序一一对应，才能将整个系统各部分正确地联系在一起。水泥磨属高耗能设备，在本系统中加入了静止式进相器（文中未列出，但目前所有大型的粉磨系统均在使用） ，用以提高电动机的功率因数和效率。静止式进相器的功能为补偿无功功率，降低电动机和电力系统的损耗。它是专为大功率绕线式异步电动机设计的就地无功补偿装置，将它串接于电机的转子回路，可以提高功率因数并降低损耗。本系统已在多个水泥厂的粉磨车间连续运行多年，运行结果表明：系统设计正确，能满足工

65、艺要求，操作方法灵活多样，安全保护功能齐全。采用三级操作方式（总控制室、车间控制室、现场）后，改变了传统的单机模式。静止式进相器的引入，使功率因数从 0.85 提高到了 0.98，节能降耗效果显著。参考文献28参参 考考 文文 献献1 吴中俊，黄永红.可编程序控制器原理及应用M.北京：机械工业出版社，20042 陈在平.可编程序控制器（PLC）系统设计M.北京：电子工业出版社，20073 张兴国.可编程序控制器技术及应用M.北京：中国电力出版社，20064 陈金艳，王浩.可编程序控制器技术及应用（三菱）M.北京：机械工业出版社，20105 陈在平，赵相宾.可编程序控制器技术与应用系统设计M.北

66、京：机械工业出版社，20056 郭宗仁，吴亦锋.可编程序控制器应用系统设计及通信网络技术M.北京：人民邮电出版社，20097 郭宗仁，吴亦锋.可编程序控制器及其通信网络技术M.北京：人民邮电出版社，1999：8 丁元杰.单片微机原理及应用M.北京：机械工业出版社，20089 邹振春.单片微机原理及接口技术M.北京：机械工业出版社，200010 韩建国.单片机原理及应用（英文版）M.北京：高等教育出版社，200411Ray MLAfuzzy logic controller for temperature control of a six zone tube furnace J Selfturuing Temperature Controller for PLC，2001，8（2）：78-9012Ernd Markus JPlug and control Jself rurning Temperature controller for PLC，2001，12（4）：101-189附录 A：I/O 地址分配29附录 A:I/O 地址分配表 A1 I/O 地址分配地址组件组件含义I0.01S