40、水泥磨电气控制系统（定稿） - 图文

萬花樓大学（http://towanhualou.lingd.net/）学院本科毕

业设计（论文）

￠2.6×13m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：

二〇一〇年六月

摘要

摘 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、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

I

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ABSTRACT

With the development of science and technology, electrical control technology is more and more applied in many 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 cement 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 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 sound-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 protection function.

Key words Cement mill, PLC, Control, Sensor

II

目录

目 录

摘 要 ················································································· I ABSTRACT ············································································· II

1 绪论 ··············································································· 1

1.1 水泥生产工艺概况 ...................................................................................... 1 1.2 水泥磨工艺概况 ......................................................................................... 1 1.3 水泥磨组成设备 ......................................................................................... 2

2 设计方案 ·········································································· 3

2.1 总体设计方案 ............................................................................................ 3 2.2 水泥磨操作方式及连锁信号 .......................................................................... 3 2.4 电气设计任务分类 ...................................................................................... 5 2.5 设计任务要求 ............................................................................................ 5 2.5.1 主电机的设计任务 ................................................................................ 5 2.5.2辅助电机的设计任务 .............................................................................. 5 2.5.3润滑站的设计任务 ................................................................................. 6

3 硬件电路设计 ····································································· 8

3.1 主电机的控制 ............................................................................................ 8 3.2 辅助电机的控制 ......................................................................................... 9 3.3 PLC地址分配 ............................................................................................ 10 3.4 I/O连接图 ............................................................................................... 11 3.5 温度检测仪的硬件电路 ............................................................................... 12 3.6 电气元件的选择 ........................................................................................ 13 3.6.1 电气元件选择的基本原则 ...................................................................... 13 3.6.2 电气元件选择 ..................................................................................... 14

4 软件设计 ········································································· 17

4.1 单片机系统程序设计 .................................................................................. 17 4.2 PLC软件设计 ............................................................................................ 18 4.2.1 PLC程序流程图 ................................................................................... 18 4.2.2 低压泵起动、停止，以及压力低时备用泵的自动投入 .................................. 18 4.2.3 电加热器的自动投入和停止 ................................................................... 20 4.2.4 冷却水的投入或停止 ............................................................................ 20 4.2.5 润滑站综合起停 .................................................................................. 20 4.2.6 声光报警程序 ..................................................................................... 21 4.2.7 高压泵的控制 ..................................................................................... 23 4.2.8 闪烁信号的产生 .................................................................................. 24

5 设计小结 ·········································································· 26 参考文献 ············································································· 27 附录A:I/O地址分配 ································································ 28

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附录B：控制接线图 ································································· 35 附录C：程序 ········································································· 41 致 谢 ················································································· 60

II

绪论

1 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、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。

采矿系统石灰石刮料机铁渣矽砂粘土辊压机生料磨静电收尘烟囱生料库

原料产品流向煤磨燃料流向气体流向烟囱石膏静电收尘水泥库水泥磨熟料库烟囱水泥窑煤静电收尘悬浮预热机

辊压机熟料冷却机

图1.1 水泥生产工艺流程

1.2 水泥磨工艺概况

本水泥磨外形是一个长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

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体，所以这类磨机被称为球磨机。水泥厂常用的生料磨、煤磨均属球磨机，两者与水泥磨的结构、工作原理、控制方式大同小异。水泥磨机械设备如图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： ① 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740r/min，转子电压967V，转子电流650A。

② 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。

③ 主电机润滑站：为主电机提供润滑保护的设备，型号为TE521。

④ 主减速机润滑站：为减速机提供润滑保护的设备，型号为TE525。 ⑤ 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。

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设计方案

2 设计方案

2.1 总体设计方案

该电控系统控制任务较多，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，方便工人的现场操作。水泥磨电气总图如图2.1所示。

① 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。 ② 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：

① 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。

② 液体电阻起动柜正常运行信号。 ③ 各润滑站正常运行信号。

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进料端 主电机6 kV 10 kW出料端水泥磨主减速辅助电机3 M＋AX1出料端主轴承润滑站进料端主轴承润滑站＋AX4＋AX3＋AX2＋AX0主减速机润滑站机M主电机润滑站 ＋AH0＋AL0＋AL1＋AL2＋AL3控制室说明：＋AH0：高压开关柜＋AL0：液体电阻起动柜＋AL1：主电机、主减速机润滑站控制柜＋AL2：进料端、出料端主轴承润滑站控制柜＋AL3：PLC控制柜(温度检测仪在控制柜面板上)＋AX0：辅助电机控制箱＋AX1：主电机润滑站现场控制箱＋AX2：主减速机润滑站现场控制箱＋AX3：进料端主轴承润滑站现场控制箱＋AX4：出料端主轴承润滑站现场控制箱 ：对称的测温点

图2.1 水泥磨电气总图

④ 润滑站综合故障信号。

⑤ 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：

① 总厂DCS系统发出的润滑站综合起动信号。 ② 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2.2所示。

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设计方案

L1

N 1－QF12L114N11L11－TC1L12～220 VN11L11－TC2L13～220 VL11N11N11～24 V～220 V～110 VN12－Q～－24VL－3N13424VL＋－QF612L－L＋3－QF22L214N2113 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

按总体设计方案的要求，可将设计任务具体分类如下： ① 主电机高压开关柜和液体电阻起动柜的设计。 ② 辅助电机主回路、控制回路的设计。

③ 主电机润滑站和主减速机润滑站主回路、控制回路的设计。 ④ PLC硬件电路设计。 ⑤ 梯形图软件设计。

⑥ 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、辅助电机之间的运行靠限位器的位置实现机械上的切换，决定某个时刻某个电机

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为工作电机。辅助电机只有在各润滑站压力、油温正常的条件下，才能起动，允许磨机低速运转。

2.5.3 润滑站的设计任务

① 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，AC 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：200μA，DC 24V：0.5A。 电接点温度计：WTZ-288，1件，AC 24～38V，10μA。

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50～60℃。

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0～1MPa。

压差开关：CS-Ⅱ，2件，触点容量AC 220V：0.25A，DC 24V：0.05A。△P=0.05MPa。 油流信号器：YXW-2.5，1件，AC 220V或DC 220V：1A。

6

设计方案

② 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。

③ 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-Ⅱ，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。

④ 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。

图2.3 TEX332机械设备

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3 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。

① 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。

② 控制回路是在串入了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HL21

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硬件电路设计

亮。

主电机控制原理图如图3.1所示。

1L11L21L321QF12U211KM12U221FR12-+U234V236W23841V2134V22361W212L156W2257-1KA5-2KA5-3KA5-4KA5SB11KM17FR1+EL2NQF31KM23456FR38KMHL21KT11SAKM2ST3KT1KM2QF11LSKA1SB12KM18357水电阻起动柜

图3.1 主电机控制原理图

3.2 辅助电机的控制

① 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。

② 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，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，其主触点

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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，信号指示灯HL22亮。

辅助电机控制原理图见图3.2所示。

2L12L22L321QF22U211KM22U221FR22-X1:+EL-XU234V236W23841V2134V22361W2156W2257-1KA5-2KA5-3KA5-4KA5SB217FR2+ELQF4FR48HL221SAKM2KA2QF22LSSB228357

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1～4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、

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硬件电路设计

滤油器压差等信号，还有作为整个系统的试灯、消警、油泵总起动、油泵总停止、主机/辅助电机限位、主电机定子合闸、辅助电机工作、集中/现场控制、联动和单动、主电机轴瓦测温上限、上上限等信号以及单片机温度检侧仪的上限、上上限报警的触点信号。

输出信号器件分为两类，一类是接触器线圈及中间继电器线圈，这些主要是各润滑站用于控制高、低压泵电机、电加热器的接触器，表示润滑站正常、润滑站综合故障、允许主电机合闸、即时跳闸等需要向外引出连锁信号的中间继电器；另一类就是各种指示灯，表示的范围主要有各润滑站泵电机运行的状态、故障报警信号、主电机定子合闸、集中/现场控制选择、进料端、出料端主轴承温高等信号。

水泥磨系统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，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 ① 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。

② 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。

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1#低压 泵工作 2#低压 泵工作 主电机润滑站 加热器 润滑站 工作 故障报警 润滑站

正常 润滑站 备妥 1KM1 1KM2 1KM3 1KA4 1KA5 1KA6 1L Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.4 Q0.5 Q0.6 Q0.7

1M I0.0 I0.1 I0.2 I0.3 I0.4 I0.5 I0.6 I0.7

1SA1.1 1SA1.2 1SB1

1SB2

1QF1 1FR1

1QF2 1FR2

1#油泵 为主

2#油泵 低压油 为主 泵起动

按钮

低压油 来自D 泵停止 CS起动

信号 按钮

主电机润滑站

来自D CS停止 信号

2#泵 1#泵

电机 电机

泵电机热保护

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0～5V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D0～D7，接入8051单片机的P0.0～P0.7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P1.0～P1.3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）数据自动变换为七段LED所需要的各段驱动显示信号，而P1.4～P1.7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为

12

硬件电路设计

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。

R1×7C1＋5 V8051P0.0EA/VPPP0.1XTAL1P0.2X1P0.3C212 MHzP0.4XTAL2P0.5P0.6C3＋5 VRESETP0.71248R2×4P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7＋5 VD3D2D1IIL1171 kVV74041V1 kRDWRP3.0P3.1＋5 V＋12 VR1VJ～220 V＋12 VP2.05 k10 k＋5 VAD590－12 V－12 V10 k－12 V10 k－ADC0804－＋－＋DB0VI＋20 kLM741＋12 V＋LM741DB1LM741＋12 VDB2＋12 VDB350 k1 k1 kDB4DB5DB6＋12 VDB7VI－R3CCLKRCSCLK＋5 VRDVREFWR7404AGNDR51INTRVR49 k2 k 7447AB C E D4DGFPI / PBORBILT V＋5 VV＋5 V＋12 VR1 ＋12 V VIIL1171 k74041J～220 VV1 k图3.4 温度检测仪硬件电路原理图

3.6 电气元件的选择

3.6.1 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。

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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

① 低压断路器的选择

低压断路器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Pe为18.5kW，辅助电机的额定电流为

I?Pe?100018.5?1000??48.7A U380QF2的额定电流只要大于48.7A就可正确动作，故选用DZ20Y—400/3302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3P＋N（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3P＋N的极性。

② 交流接触器的选择

该控制系统中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

I?Pe?1000计算，取系数1.4，则

(1.0~1.4)UI?18.5?1000?34.8A

1.4?380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：

0.75?1000I??1.41A

1.4?380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，主触头额定工作电流为15.5A，可控制的电动机最大功率为7.5kW，符合系统要求。

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16L 16M

Q15.0 I15.0 Q15.1 Q15.2 I15.1 I15.2

Q15.3 Q15.4 Q15.5 I15.3

Q15.6 Q15.7

I15.7 J2 I15.4 I15.5 I15.6 SA2.2 机旁 操作

本柜 操作

J1 SA1.1

SA1.2 SB1 现场 控制

集中 控制

SB2 消警 按钮

SA2.1

报警 按钮 综合信号

温度达 温度达上 上限值 上限值

图B16 I/O接线图（16）

高压开关柜+AH0 PLC控制柜+AL3 主电机、主减速机润滑站控制柜+AL1 水电阻起动柜+AL0 主轴承润滑站控制柜+AL2尺寸（mm):2000(高）*800（宽）*800（深）尺寸（mm):2000(高）*800（宽）*600（深）尺寸（mm):2000(高）*800（宽）*600（深）尺寸（mm):2000(高）*800（宽）*600（深）尺寸（mm):2000(高）*800（宽）*600（深）

图B17 控制柜

主减速机润滑站现场操作箱+AX2 辅助电机现操作箱+AX0 进料端主轴承润滑站现场操作箱+AX3 主电机润滑站现场操作箱+AX1 出料端主轴承润滑站现场操作箱+AX3尺寸（mm):700(高）*300（宽）*300（深）尺寸（mm):1000(高）*600（宽）*400（深）尺寸（mm):700(高）*300（宽）*300（深）尺寸（mm):700(高）*300（宽）*300（深）尺寸（mm):700(高）*300（宽）*300（深）

图B18 控制箱

40

附录C：程序

附录C：程序

单片机程序： 主程序： ORG 0000H

START: MOV DPTR ，#00FFH;A/D转换入口地址

JB P2.0，S0；等待A/D转换完成，转向十进制转换子程序 SJMP S1；调用显示子程序 SJMP S2；调用显示判断子程序

SIT P2.0；运行结束后，再次开始A/D转换 SJMP START；返回主程序

十进制转换子程序：（温度的小数位存入片内19H单元，个位、十位、百位依次存入20H、21H、22H中）

S0: MOVX A，@DPTRL;读取@DPTR中的低八位

MOV R0，21H；R0指向21H SJMP SS0;转向SS0

MOVX A，@DPTRH; 读取@DPTR中的高八位 MOV R0,23H

ADD A，21H；@DPTR中的高八位与低八位中的百位数相加 SJMP SS0；转向SS0

MOVX A，@DPTRH; 再次读取@DPTR中的高八位

JB A.7，SS1; 温度若为负，转向SS1，若为正，则不转。 RET

八位二进制转换为BCD码 SS0: MOV B，#100

DIV AB；该八位二进制数除100，在A中得商，即为转换后的百位数 MOV R0，A；百位数存入R0所指的片内RAM单元中 EDC R0 M0V A，#10；

XCH A，B；交换AB中的值，交换后A中为除100时的商，B中为10 DIV AB；A中的转换后的十位数，B中的转化后的个位数 MOV R0，A；十位数存入R0所指的片内RAM单元中

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DEC R0

MOV R0，A；个位数存入R0所指的片内RAM单元中 RET

SS1： MOV 22H，#13H；温度负，置百位为13H，显示负号 RET

显示子程序： S1: MOV DPTR，

MOV R0，22H；R0指向百位

ADD @R0，#80H；使百位的第七位为1 MOVX @DPTR，@R0；显示百位 DEC R0；指向十位

ADD @R0，#40H；使十位的第六位为1 MOVX @DPTR，@R0；显示十位

DEC R0；指向个位

ADD @R0，#20H；使个位的第五位为1 MOVX @DPTR，@R0；显示个位

DEC R0；指向小数位

ADD @R0，#10H；使个位的第四位为1 MOVX @DPTR，@R0；显示小数位 RET 判断子程序：

S2: MOV R2，#65；存入温度上限值

MOV R4，#70；存入温度上上限制 MOV DPTR，#00FFH MOV R6，@DPTRH

JB R6.7，S21；温度值为负，则转向S21 CLR P3.1； SUB R2， @DPTR

JB OV，S22；温度超过上限值，则转S22 SUB R4，@DPTR

JB OV，S23;温度超过上上限值，则转S23 CLR P3.1 RET

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附录C：程序

S21: RET

S22: SIT P3.0 ;置P3.0为1 RET S23：SIT P3.1 RET PLC程序：

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硬件电路设计

原理图中2KM1、2KM2使用常开触点3个、常闭触点1个，故选3个常开1个常闭辅助触点即可。

③ 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。

④ 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。 ⑤ 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0.95～1.05倍，则主电机额定电流为

P?10000.75?1000I?e??1.41A

U380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4～6.3A可调。

⑥ 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/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。

⑦ 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AD11-11/20型、额定电压为AC 220V的信号灯。

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⑧ 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。

⑨ 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。

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软件设计

4 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273.2μA，其产生的电流与绝对温度成正比，检测的温度范围为－55～＋150℃。AD590线性输出性能很好，当温度每增加1℃时，其电流增加1μA。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 单片机系统软件流程图

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温度值＞上限?Y令P3.0＝1NNA / D转换完成否?Y调用十进制转换子程序调用显示子程序N启动A / D转换初始化温度值＞上上限?Y令P3.1＝1萬花樓大学（http://towanhualou.lingd.net/）学院本科毕业设计

4.2 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。

故障报警信号的控制主电机润滑站控制主减速机润滑站控制进料端主轴承润滑站控制出料端主轴承润滑站控制NN各润滑站压力温度正常吗？Y系统备妥了吗？Y输出允许合闸信号起动主电机产生快闪、慢闪信号起动各润滑站图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 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。

② 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

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软件设计

3KM2失电，3KM2（Q5.1）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。

③ 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，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

1#油泵电机2L13QF13QF22#油泵电机3KA73KA83KA73KA83SA1.23SP1P3KM1KT33KM2KT43SP2P3KM23SA1.13SA1.13SP1P3KM2KT33KM1KT43SP2P3KM13SA1.23KM13FR12N3HL13KM23FR23HL2

图4.4 进料端主轴承润滑站1#低压油泵控制原理图

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4.2.3 电加热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（M031）带电或失电。原理图如图4.7所示。梯形图如图4.8所示。

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软件设计

现场控制总厂控制油泵电机起动后延时油压低延时2L1SA1.1SA1.23KM13KM23KA73SB13SB33KA83SP1P3SB23SB4KT3KT43KA73KA82N

图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

① 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M1.0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，目的是为了测试指示灯是否

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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

② 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

2L1综合报警电磁水阀工作加热器工作温度低延时3KA3KT53ST1.1THA1KA42KA43KA44KA43ST1.2T3YV3HL43KM33HL3KT52N

图4.11 进料端主轴承润滑站报警图（1）

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

2L1

KT4 3SP3 P KT5 3ST3 T 3SL1 L 3SL2 L 3KA1 3KA2 3SF1 F 3HL5 3HL6

3HL7

3HL8 3HL9 3HL10 3HL11 3HL12 2N

图4.12 进料端主轴承润滑站报警图（2）

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软件设计

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 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。

② 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，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。

③ 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0.5MPa，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。

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主电机起动后延时15分钟2L13QF41#高压泵控制高压油泵电机起动后延时SA1.1SA1.23KM43KM53SA3.13KM43SB3KM13SA3.23SA3.13KM43SB33SA3.23SP4PKT73KM53SP5P3KM53SB4KT6KT63FR43KM42N3KM43KM53SP4PKT73SP5P3KM53SB43KM4KT7

图4.13 1#高压泵控制图原理图

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。

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软件设计

图4.15 闪烁信号的产生梯形图

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5 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。

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参考文献

参 考 文 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，2004 [2] 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，2007 [3] 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，2006

[4] 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，2010 [5] 陈在平，赵相宾.可编程序控制器技术与应用系统设计[M].北京：机械工业出版社

，2005

[6] 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，2009

[7] 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，2008 [9] 邹振春.单片微机原理及接口技术[M].北京：机械工业出版社，2000 [10] 韩建国.单片机原理及应用（英文版）[M].北京：高等教育出版社，2004

[11] Ray ML．Afuzzy logic controller for temperature control of a six zone tube furnace

[J] ．Selfturuing Temperature Controller for PLC，2001，8（2）：78-90．

[12] Ernd Markus J．Plug and control [J]．self rurning Temperature controller for PLC，2001，

12（4）：101-189．

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附录A:I/O地址分配

表A1 I/O地址分配

地址 I0.0 I0.1 I0.2 I0.3 I0.4 I0.5 I0.6 I0.7 I1.0 I1.1 I1.2 I1.3 I1.4 I1.5 I1.6 I1.7 I2.0 I2.1 I2.2 I2.3 I2.4 I2.5 I2.6 I2.7 I3.0 I3.1 I3.2

组件 1SA1.1 1SA1.2 1SB1 1SB2 组件含义 主电机润滑站，1#油泵为主转换开关 主电机润滑站，2#油泵为主转换开关 主电机润滑站油泵起动按钮 主电机润滑站油泵停止按钮 主电机润滑站油泵起动（来自总厂DCS起动信号） 主电机润滑站油泵停止（来自总厂DCS停止信号） 1QF1+1FR1 主电机润滑站1#电机保护（低压断路器+热继电器） 1QF2+1FR2 主电机润滑站2#电机保护（低压断路器+热继电器） 1QF3 1SP1 1SP2 1SP3 1ST1 1ST2 1ST3 1SL1.1 1SL1.2 1SF1.1 1SF1.2 1KA1 1KA2 1SA2.1 1SA2.2 2SA1.1 2SA1.2 2SB1 2SB2 主电机润滑站加热器保护（低压断路器） 主电机润滑，油压低（压力控制器） 主电机润滑站，油压正常（压力控制器） 主电机润滑站，油压高（压力控制器） 主电机润滑站，油温低（电接点温度计） 主电机润滑站油温正常（电接点温度计） 主电机润滑站，油温高（电接点温度计） 主电机润滑站，液位低（液位计） 主电机润滑站，液位高（液位计） 主电机润滑站，油流低（油流信号器） 主电机润滑站， 油流高（油流信号器） 主电机润滑站，1#滤油器堵塞（压差开关） 主电机润滑站，2#滤油器堵塞（压差开关） 主电机润滑站，手动加热转换开关 主电机润滑站，自动加热转换开关 主减速机润滑站，1#油泵为主转换开关 主减速机润滑站，2#油泵为主转换开关 主减速机润滑站油泵起动按钮 主减速机润滑站油泵停止按钮 28

附录A：I/O地址分配

I3.3 I3.4 I3.5 I3.6 I3.7 I4.0 I4.1 I4.2 I4.3 I4.4 I4.5 I4.6 I4.7 I5.0 I5.1 I5.2 I5.3 I5.4 I5.5 I5.6 I5.7 I6.0 I6.1 I6.2 I6.3 I6.4 I6.5 I6.6 I6.7 I7.0 I7.1 I7.2 I7.3 主减速机润滑站油泵起动（来自总厂DCS起动信号） 主减速机润滑站油泵停止（来自总厂DCS停止信号） 2QF1+2FR1 主减速机润滑站1#电机保护（低压断路器+热继电器） 2QF2+2FR2 主减速机润滑站2#电机保护（低压断路器+热继电器） 2QF3 2SP1 2SP2 2SP3 2ST1.1 2ST1.2 2ST2.1 2ST2.2 2ST3 2SL1.1 2SL1.2 2KA1 2KA2 2SA2.1 2SA2.2 3SA1.1 3SA1.2 3SB1 3SB2 主减速机润滑站加热器保护（低压断路器） 主减速机润滑站，油压低（压力控制器） 主减速机润滑站，油压正常（压力控制器） 主减速机润滑站，油压高（压力控制器） 主减速机润滑站，油温低（电接点温度计） 主减速机润滑站，油温正常（电接点温度计） 关冷却水（电接点温度计） 开冷却水（电接点温度计） 主减速机润滑站，油温高（电接点温度计） 主减速机润滑站，液位低（液位计） 主减速机润滑站，液位高（液位计） 主减速机润滑站，1#滤油器堵塞（压差开关） 主减速机润滑站，2#滤油器堵塞（压差开关） 主减速机润滑站，手动加热转换开关 主减速机润滑站，自动加热转换开关 进料端主轴承润滑站，1#低压油泵为主转换开关 进料端主轴承润滑站，2#低压油泵为主转换开关 进料端主轴承润滑站低压油泵起动按钮 进料端主轴承润滑站低压油泵停止按钮 进料端主轴承润滑站低压油泵起动（来自总厂DCS起动信号） 进料端主轴承润滑站低压油泵停止（来自总厂DCS停止信号） 3QF1+1FR1 进料端主轴承润滑站1#电机保护（低压断路器+热继电器） 3QF2+1FR2 进料端主轴承润滑站2#电机保护（低压断路器+热继电器） 3QF3 3SP1 3SP2 3SP3 3ST1.1 3ST1.2 进料端主轴承润滑站加热器保护（低压断路器） 进料端主轴承润滑，油压低（低压压力控制器） 进料端主轴承润滑站，油压正常（低压压力控制器） 进料端主轴承润滑站，油压高（低压压力控制器） 进料端主轴承润滑站，油温低（电接点温度计） 进料端主轴承润滑站油温正常（电接点温度计） 29

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I7.4 I7.5 I7.6 I7.7 I8.0 I8.1 I8.2 I8.3 I8.4 I8.5 I8.6 I8.7 I9.0 I9.1 I9.2 I9.3 I9.4 I9.5 I9.6 I9.7 I10.0 I10.1 I10.2 I10.3 I10.4 I10.5 I10.6 I10.7 3ST2.1 3ST2.2 3ST3 3SL1.1 3SL1.2 3SF1.1 3SF1.2 3KA1 3KA2 3SA2.1 3SA2.2 3SA3.1 3SA3.2 3SB3 3SB4 进料端主轴承润滑站，关冷却水（电接点温度计） 进料端主轴承润滑站，开冷却水（电接点温度计） 进料端主轴承润滑站，油温高（电接点温度计） 进料端主轴承润滑站，液位低（液位计） 进料端主轴承润滑站，液位高（液位计） 进料端主轴承润滑站，油流低（油流信号器） 进料端主轴承润滑站， 油流高（油流信号器） 进料端主轴承润滑站，1#滤油器堵塞（压差开关） 进料端主轴承润滑站，2#滤油器堵塞（压差开关） 进料端主轴承润滑站，手动加热转换开关 进料端主轴承润滑站，自动加热转换开关 进料端主轴承润滑站，1#高压油泵为主转换开关 进料端主轴承润滑站，2#高压油泵为主转换开关 进料端主轴承润滑站高压油泵起动按钮 进料端主轴承润滑站高压油泵停止按钮 进料端主轴承润滑站高压油泵起动（来自总厂DCS起动信号） 进料端主轴承润滑站高压油泵停止（来自总厂DCS停止信号） 3QF4+3FR4 进料端主轴承润滑站1#电机保护（高压断路器+热继电器） 3QF5+3FR5 进料端主轴承润滑站2#电机保护（高压断路器+热继电器） 3SP4 3SP5 3SP6 4SA3.1 4SA3.2 4SB1 4SB2 进料端主轴承润滑，油压低（高压压力控制器） 进料端主轴承润滑站，油压正常（高压压力控制器） 进料端主轴承润滑站，油压高（高压压力控制器） 出料端主轴承润滑站，1#低压油泵为主转换开关 出料端主轴承润滑站，2#低压油泵为主转换开关 出料端主轴承润滑站低压油泵起动按钮 出料端主轴承润滑站低压油泵停止按钮 出料端主轴承润滑站低压油泵起动（来自总厂DCS起动信号） 出料端主轴承润滑站低压油泵停止（来自总厂DCS停止信号） I11.0 4QF1+1FR1 出料端主轴承润滑站1#电机保护（低压断路器+热继电器） I11.1 4QF2+1FR2 出料端主轴承润滑站2#电机保护（低压断路器+热继电器） I11.2 I11.3 I11.4

4QF3 4SP1 4SP2 出料端主轴承润滑站加热器保护（低压断路器） 出料端主轴承润滑，油压低（低压压力控制器） 出料端主轴承润滑站，油压正常（低压压力控制器） 30

附录A：I/O地址分配

I11.5 I11.6 I11.7 I12.0 I12.1 I12.2 I12.3 I12.4 I12.5 I12.6 I12.7 I13.0 I13.1 I13.2 I13.3 I13.4 I13.5 I13.6 I13.7 I14.0 I14.1 4SP3 4ST1.1 4ST1.2 4ST2.1 4ST2.2 4ST3 4SL1.1 4SL1.2 4SF1.1 4SF1.2 4KA1 4KA2 4SA2.1 4SA2.2 4SA3.1 4SA3.2 4SB3 4SB4 出料端主轴承润滑站，油压高（低压压力控制器） 出料端主轴承润滑站，油温低（电接点温度计） 出料端主轴承润滑站油温正常（电接点温度计） 出料端主轴承润滑站，关冷却水（电接点温度计） 出料端主轴承润滑站，开冷却水（电接点温度计） 出料端主轴承润滑站，油温高（电接点温度计） 出料端主轴承润滑站，液位低（液位计） 出料端主轴承润滑站，液位高（液位计） 出料端主轴承润滑站，油流低（油流信号器） 出料端主轴承润滑站， 油流高（油流信号器） 出料端主轴承润滑站，1#滤油器堵塞（压差开关） 出料端主轴承润滑站，2#滤油器堵塞（压差开关） 出料端主轴承润滑站，手动加热转换开关 出料端主轴承润滑站，自动加热转换开关 出料端主轴承润滑站，1#高压油泵为主转换开关 出料端主轴承润滑站，2#高压油泵为主转换开关 出料端主轴承润滑站高压油泵起动按钮 出料端主轴承润滑站高压油泵停止按钮 出料端主轴承润滑站高压油泵起动（来自总厂DCS起动信号） 出料端主轴承润滑站高压油泵停止（来自总厂DCS停止信号） I14.2 4QF4+4FR4 出料端主轴承润滑站1#电机保护（高压断路器+热继电器） I14.3 4QF5+4FR5 出料端主轴承润滑站2#电机保护（高压断路器+热继电器） I14.4 I14.5 I14.6 I14.7 I15.0 I15.1 I15.3 I15.2 I15.4 I15.5 4SP4 4SP5 4SP6 KM1 SA1.1 SA1.2 SB2 SB1 SA2.1 SA2.2 出料端主轴承润滑，油压低（高压压力控制器） 出料端主轴承润滑站，油压正常（高压压力控制器） 出料端主轴承润滑站，油压高（高压压力控制器） 主机合闸（接触器辅助触点） 现场控制（转换开关） 集中控制（转换开关） 消警按钮 报警试验 机旁操作 本柜操作 31

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I15.6 I15.7 Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.4 Q0.5 Q0.6 Q0.7 Q1.0 Q1.1 Q1.2 Q1.3 Q1.4 Q1.5 Q1.6 Q1.7 Q2.0 Q2.1 Q2.2 Q2.3 Q2.4 Q2.5 Q2.6 Q2.7 Q3.0 Q3.1 Q3.2 Q3.3 Q3.4 Q3.5

J1 J2 1KM1 1KM2 1KM3 1KA4 1KA5 1KA6 1HL1 1HL2 1HL3 1HL5 1HL6 1HL7 1HL8 1HL9 1HL10 1HL11 1HL12 2KM1 2KM2 2KM3 2KA3 2KA4 2KA5 2KA6 2HL1 2HL2 2HL3 温度达到上限值 温度达到上上限值 主电机润滑站，1#低压泵工作（接触器线圈） 主电机润滑站，2#低压泵工作（接触器线圈） 主电机润滑站，加热器工作（接触器线圈） 主电机润滑站故障报警 主电机润滑站正常（送给外界的连锁信号） 主电机承润滑站备妥（送给外界的连锁信号） 备用 备用 主电机润滑站1# 泵工作指示灯 主电机润滑站2# 泵工作指示灯 主电机润滑站加热器工作指示灯 备用 主电机润滑站压力低报警指示灯 主电机滑站压力高报警指示灯 主电机润滑站油温低报警指示灯 主电机润滑站油温高报警指示灯 主电机润滑站液位低报警指示灯 主电机润滑站液位高报警指示灯 主电机润滑站滤油器堵塞报警指示灯 主电机润滑站流油不足报警指示灯 主减速机润滑站，1#低压泵工作（接触器线圈） 主减速机润滑站，2#低压泵工作（接触器线圈） 主减速机润滑站，加热器工作（接触器线圈） 主减速机润滑站，电磁水阀工作（继电器线圈） 主减速机润滑站故障报警 主减速机润滑站正常（送给外界的连锁信号） 主减速机润滑站备妥（送给外界的连锁信号） 主减速机润滑站1# 泵工作指示灯 主减速机润滑站2# 泵工作指示灯 主减速机润滑站加热器工作指示灯 32

附录A：I/O地址分配

Q3.6 Q3.7 Q4.0 Q4.1 Q4.2 Q4.3 Q4.4 Q4.5 Q4.6 Q4.7 Q5.0 Q5.1 Q5.2 Q5.3 Q5.4 Q5.5 Q5.6 Q5.7 Q6.0 Q6.1 Q6.2 Q6.3 Q6.4 Q6.5 Q6.6 Q6.7 Q7.0 Q7.1 Q7.2 Q7.3 Q7.4 Q7.5 2HL4 2HL5 2HL6 2HL7 2HL8 2HL9 2HL10 2HL11 3KM1 3KM2 3KM3 3KM4 3KM5 3KA3 3KA4 3KA5 3KA6 3HL1 3HL2 3HL3 3HL4 3HL5 3HL6 3HL7 3HL8 3HL9 3HL10 3HL11 3HL12 主减速机润滑站水阀工作指示灯 主减速机润滑站压力低报警指示灯 主减速机润滑站压力高报警指示灯 主减速机润滑站油温低报警指示灯 主减速机润滑站油温高报警指示灯 主减速机润滑站液位低报警指示灯 主减速机润滑站液位高报警指示灯 主减速机润滑站滤油器堵塞报警指示灯 备用 备用 进料端主轴承润滑站，1#低压泵工作（接触器线圈） 进料端主轴承润滑站，2#低压泵工作（接触器线圈） 进料端主轴承润滑站，加热器工作（接触器线圈） 进料端主轴承润滑站，1#高压泵工作（接触器线圈） 进料端主轴承润滑站，2#高压泵工作（接触器线圈） 进料端主轴承润滑站，电磁水阀工作（继电器线圈） 进料端主轴承润滑站故障报警 进料端主轴承润滑站正常（送给外界的连锁信号） 进料端主轴承润滑站备妥（送给外界的连锁信号） 进料端主轴承润滑站1# 泵工作指示灯 进料端主轴承润滑站2# 泵工作指示灯 进料端主轴承润滑站加热器工作指示灯 进料端主轴承润滑站水阀工作指示灯 进料端主轴承润滑站压力低报警指示灯 进料端主轴承润滑站压力高报警指示灯 进料端主轴承润滑站油温低报警指示灯 进料端主轴承润滑站油温高报警指示灯 进料端主轴承润滑站液位低报警指示灯 进料端主轴承润滑站液位高报警指示灯 进料端主轴承润滑站滤油器堵塞报警指示灯 进料端主轴承润滑站流油不足报警指示灯 备用 33

萬花樓大学（http://towanhualou.lingd.net/）学院本科毕业设计

Q7.6 Q8.0 Q8.1 Q8.2 Q8.3 Q8.4 Q8.5 Q8.6 Q8.7 Q9.0 Q9.1 Q9.2 Q9.3 Q9.4 Q9.5 Q9.6 Q9.7 Q10.0 Q10.1 Q10.2 Q10.3 Q10.4 Q10.5 Q10.6 Q10.7 Q11.0 Q11.1 Q11.2 Q11.3 Q11.4 Q11.5 4KM1 4KM2 4KM3 4KM4 4KM5 4KA3 4KA4 4KA5 4KA6 4HL1 4HL2 4HL3 4HL4 4HL5 4HL6 4HL7 4HL8 4HL9 4HL10 4HL11 4HL12 HL1 HL2 HL3 HL4 HL5 HL6 HL7 KA1 KA2 备用 出料端主轴承润滑站，1#低压泵工作（接触器线圈） 出料端主轴承润滑站，2#低压泵工作（接触器线圈） 出料端主轴承润滑站，加热器工作（接触器线圈） 出料端主轴承润滑站，1#高压泵工作（接触器线圈） 出料端主轴承润滑站，2#高压泵工作（接触器线圈） 出料端主轴承润滑站，电磁水阀工作（继电器线圈） 出料端主轴承润滑站故障报警 出料端主轴承润滑站正常（送给外界的连锁信号） 出料端主轴承润滑站备妥（送给外界的连锁信号） 出料端主轴承润滑站1# 泵工作指示灯 出料端主轴承润滑站2# 泵工作指示灯 出料端主轴承润滑站加热器工作指示灯 出料端主轴承润滑站水阀工作指示灯 出料端主轴承润滑站压力低报警指示灯 出料端主轴承润滑站压力高报警指示灯 出料端主轴承润滑站油温低报警指示灯 出料端主轴承润滑站油温高报警指示灯 出料端主轴承润滑站液位低报警指示灯 出料端主轴承润滑站液位高报警指示灯 出料端主轴承润滑站滤油器堵塞报警指示灯 出料端主轴承润滑站流油不足报警指示灯 综合故障报警指示灯 运行允许指示灯 PLC运行指示灯 集控操作指示灯 现地操作指示灯 本柜操作指示灯 机旁操作指示灯 主机跳闸（送给外界的连锁信号） 主机运行（送给外界的连锁信号） 34

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