畢業(yè)設計（論文）基于plc的皮帶集中控制系統(tǒng)設計

1、<p>　　基于PLC的皮帶集中控制系統(tǒng)設計</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　煤礦的運輸系統(tǒng)對保證礦井正常生產起著非常重要的作用。為了保證煤礦運輸系統(tǒng)可靠安全運行，對帶式輸送機進行集中監(jiān)視和控制很必要。本文以煤礦主斜井及地面膠帶輸送機為背景，設計出了以PLC技術為核心的集中控制系統(tǒng)，提高了運輸系統(tǒng)的監(jiān)測和控制水平。</

2、p><p>　　文中首先介紹了本次設計的背景，然后設計了膠帶輸送機集中控制系統(tǒng)的結構和應具有的控制功能，參數的檢測和故障保護裝置，確定了各故障檢測傳感器的類型及安裝位置。在此基礎上采用SIEMENS的S7-300系列PLC對系統(tǒng)進行硬件和軟件設計，其中包括PLC的模塊配置及外部連線，梯形圖程序設計。最后提出PLC控制系統(tǒng)的主要干擾源，并設計了抗干擾的措施。</p><p>　　關鍵詞：膠帶輸送

3、機； S7-300； 集中控制系統(tǒng)</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p><b>　　1.1 概述1</b></p><p>　　1.2 膠帶輸送機集中控制系統(tǒng)1</p><p

4、>　　1.2.1 膠帶輸送機集中控制系統(tǒng)的重要性1</p><p>　　1.2.2 集中控制系統(tǒng)的發(fā)展及存在的問題1</p><p>　　1.3 本課題研究的主要內容2</p><p>　　2 膠帶機集中控制系統(tǒng)的總體設計2</p><p>　　2.1 課題背景介紹2</p><p>　　2.2 膠帶輸

5、送機集中控制系統(tǒng)的功能設計3</p><p>　　2.3 膠帶輸送機集中控制系統(tǒng)結構設計4</p><p>　　2.4膠帶輸送機集中控制系統(tǒng)設備構成5</p><p>　　2.4.1 膠帶輸送機5</p><p>　　2.4.2 參數檢測及故障保護裝置6</p><p>　　2.4.3 PLC簡述10<

6、;/p><p>　　2.4.4 人機界面HMI13</p><p>　　3 膠帶輸送機集控系統(tǒng)硬件設計14</p><p>　　3.1 SIMATIC S7-300 PLC簡介14</p><p>　　3.1.1 SIMATIC S7-300 PLC簡介14</p><p>　　3.1.2 模塊安裝15</

7、p><p>　　3.2 集控系統(tǒng)PLC的設計16</p><p>　　3.2.1 CPU的選擇16</p><p>　　3.2.2數字量模塊選擇17</p><p>　　3.2.3模擬量模塊選擇19</p><p>　　3.2.4電源模塊的選擇20</p><p>　　3.3西門子ET20

8、0M與PROFIBUS-DP總線21</p><p>　　4 膠帶集中控制系統(tǒng)軟件設計22</p><p>　　4.1 集中控制的流程圖22</p><p>　　4.2 系統(tǒng)軟件實現(xiàn)23</p><p>　　4.2.1 控制方式選擇23</p><p>　　4.2.2 模擬量的處理24</p>

9、<p>　　5 控制系統(tǒng)的抗干擾措施25</p><p>　　5.1主要干擾源26</p><p>　　5.2抗干擾措施26</p><p><b>　　附錄28</b></p><p><b>　　6 總結31</b></p><p><b>

10、;　　1 緒論</b></p><p><b>　　1.1 概述</b></p><p>　　煤炭運輸是煤炭生產過程中不可缺少的一部分。礦井中，運輸線路比較長，巷道條件多種多樣，運輸若不通暢，采掘工作或是其它的工作都無法進行，整個煤炭生產系統(tǒng)將處于癱瘓狀態(tài)。礦井運輸機械的類型很多，按運行方式不同，可分為連續(xù)運行和往返運行兩種。連續(xù)運行式運輸設備的特點是，一

11、經開動就不需操作而連續(xù)運行。普通膠帶機、鋼繩芯膠帶輸送機、鋼繩牽引膠帶輸送機等均屬于此類運輸設備。往返運行式運輸設備的特點是，在運行區(qū)間，以一定的方式，作往返式周期性運行，運行中需要操作換向。機車運輸及單繩牽引運輸等屬于此類運輸設備。</p><p>　　隨著科學技術的不斷發(fā)展，礦井生產規(guī)模的不斷擴大，運輸系統(tǒng)也經歷了不斷的變革和進步，并以煤流運輸的連續(xù)化（輸送機化），設備大型化（使用長運距、大運營、高運速、大功

12、率輸送機）、自動化、高可靠性與安全性能來保證礦井的連續(xù)、高效生產。</p><p>　　礦井膠帶運輸系統(tǒng)，是由多條膠帶搭接或由煤倉轉載形成的煤流運輸系統(tǒng)，因此它內部的基本運輸單元就是單臺膠帶機。膠帶輸送機是選煤廣的主要運輸設備，它可用于物料的水平或傾斜運輸上。由于膠帶輸送機的輸送能力變化范圍大、運輸距離長、貨載和輸送機間沒有相對運動、運轉時阻力小等，因而具有適應性強、工作平穩(wěn)可靠、動力消耗小、機件磨損小、使用維修

13、方便等優(yōu)點，在選煤廠中得到廣泛應用。</p><p>　　1.2 膠帶輸送機集中控制系統(tǒng)</p><p>　　1.2.1 膠帶輸送機集中控制系統(tǒng)的重要性</p><p>　　礦井膠帶運輸系統(tǒng)是原煤運輸的唯一途徑，是礦井生產的重要環(huán)節(jié)，因此它的安全高效運行受到很大程度的重視。由于礦井膠帶運輸系統(tǒng)分布廣、信息分散以及控制要求高的特點，隨著礦井生產規(guī)模的不斷擴大，以及技術

14、水平的不斷提高，現(xiàn)代化礦井也需要現(xiàn)代化的管理，因此對膠帶運輸系統(tǒng)的控制和管理提出了更高的要求。</p><p>　　以往對膠帶輸送機都采用人工就地分臺控制，即每臺輸送機的控制均由一名司機就地操作，這是一種最原始的控制方式。這種控制方式是直接操作輸送機的控制開關，操作最簡單，不增加任何的控制元器件，維護工作較少，但需要人員太多，并因每個司機的思想素質和技術素質不等常有以外事故發(fā)生，影響生產的正常進行。而集中控制方式

15、，是在整個運輸線上新增一套集中控制裝置，在控制室內集中操縱機構，由一名司機來完成操作。這不但節(jié)省了大量的司機人員，也為及時發(fā)現(xiàn)故障，縮短停產時間和綜合自動化創(chuàng)造了條件。目前，已經成為礦井膠帶運輸的主要控制方式。</p><p>　　1.2.2 集中控制系統(tǒng)的發(fā)展及存在的問題</p><p>　　在煤礦中，煤流的運輸一般在幾百米到十幾公里之間，因此它的運輸系統(tǒng)要有多臺膠帶輸送機、給煤機、煤倉

16、等構成，協(xié)調配合完成長距離運輸任務。為保證運輸系統(tǒng)的安全可靠，提高運輸效率，對其進行完善的管理和監(jiān)控是現(xiàn)代礦井煤流運輸迫切需要的一項技術。</p><p>　　隨著礦井功能和規(guī)模的不斷擴大，計算機技術、網絡技術、新的工業(yè)控制器技術等新技術的應用，對膠帶輸送機的集中控制系統(tǒng)也得到了飛速發(fā)展。從單臺控制系統(tǒng)到多臺的集中控制系統(tǒng)，有價格相對較貴的PLC構成的系統(tǒng)和低廉的單片機應用系統(tǒng)。目前，雖然市場上有著各式各樣方案構

17、成的集控系統(tǒng)，但發(fā)展的方向是一致的，那就是朝自動化、智能化、信息化的方向發(fā)展。</p><p>　　皮帶機的綜合自動化控制是整個礦井實現(xiàn)自動控制的重要組成部分。 目前對膠帶輸送機集中控制系統(tǒng)存在的主要問題有：</p><p>　　(1)在安全保護方面，為提高膠帶輸送機運行的可靠性，安全性，減少故障，提高效率，多種檢測方法已應用于電動機、液力偶合器、減速器和膠帶運行系統(tǒng)故障檢測，但

18、是這些系統(tǒng)是相互獨立的。</p><p>　　(2)故障檢測系統(tǒng)誤報率高。誤報將造成膠帶輸送機不應有的停機，使全礦井停產，對礦井生產造成極大影響。</p><p>　　(3)皮帶機的控制、運行、保護等信息不能較好的與礦井其他控制系統(tǒng)共享，不能與整個礦井信息系統(tǒng)的集成。視頻監(jiān)視系統(tǒng)不規(guī)范，沒有語音通訊功能，不能實現(xiàn)無人值守。</p><p>　　1.3 本課題研究的主

19、要內容</p><p>　　礦井生產自動化已經成為一種趨勢，如何更好的實現(xiàn)礦井運輸系統(tǒng)的集中安全控制管理是現(xiàn)在迫切解決的問題。而皮帶機集中控制系統(tǒng)可實現(xiàn)對整個皮帶機運輸系統(tǒng)的遙測、遙信、遙控，提高生產效率、降低事故率，減少故障處理時間、減少現(xiàn)場操作人員、提高經濟效益。本論文正是以此為目的，以新疆哈密煤礦主斜井與地面膠帶輸送機為背景，設計一種基于PLC的運輸皮帶和給煤機的集中控制系統(tǒng)。</p><

20、;p>　　本次設計主要內容如下：</p><p>　　(1)對膠帶運輸控制系統(tǒng)概述。</p><p>　　(2)以哈密煤礦主斜井與地面膠帶輸送機為背景，概述膠帶輸送機集中控制系統(tǒng)的功能，設計其系統(tǒng)結構，討論要監(jiān)控的故障對象、傳感器配置及對故障的處理措施。 </p><p>　　(3)膠帶集控系統(tǒng)的硬件設計，進行S7-300 PLC模塊選型和外部連線設計。為了使

21、集控系統(tǒng)更加完善，實現(xiàn)控制的可觀化、清晰化，加入了觸摸屏設計。它可以實時顯示系統(tǒng)的運行情況和各種故障情況，進行及時的報警顯示和記錄。</p><p>　　(4)進行系統(tǒng)的軟件設計，實現(xiàn)系統(tǒng)功能。</p><p>　　(5)最后分析控制系統(tǒng)產生干擾的原因，提出對應抗干擾措施。</p><p>　　2 膠帶機集中控制系統(tǒng)的總體設計</p><p>

22、;　　2.1 課題背景介紹</p><p>　　新疆哈密煤礦是年產200萬噸的中型煤礦，采用帶式運輸機作為主要運輸方式，其主運輸系統(tǒng)包括主提升帶式輸送機、走廊帶式輸送機、振動篩、中煤塊帶式輸送機、大煤塊帶式輸送機、過橋帶式輸送機和末煤刮板輸送機、煤倉等。各條皮帶機都由一臺電動機驅動，正常運行速度為2m/s，其中振動篩為雙層的，每條皮帶機均設置跑偏、堆煤、煙霧、拉線急停、打滑、縱撕等保護。其工藝流程圖如圖2.1所示

23、。其中箭頭指示煤流方向。</p><p>　　圖2.1 運輸工藝流程圖</p><p>　　如圖所示，煤炭從井底煤倉經給煤機運到主提升皮帶，通過主斜井中的主提升皮帶運至地面，經地面的走廊皮帶輸送機轉運到振動篩，振動篩為雙層的，經篩分后分成大塊煤、中塊煤和末煤三種。大塊煤經大塊皮帶到大塊煤倉，中塊煤經中塊皮帶運到中塊煤倉，而末煤先通過過橋皮帶轉運，再利用過橋皮帶機尾的分煤擋板分到兩條末煤刮板

24、輸送機上，運輸到各自的煤倉，其分煤擋板是固定的。</p><p>　　本礦井皮帶運輸系統(tǒng)控制采用繼電器控制，可靠性差、體積大、故障率高、勞動強度較大。其控制方式有兩種：集中手動控制和就地控制，沒有集中自動控制，所有的控制都由人來操作。集中控制室設在選煤樓振動篩的附近，由控制柜、操作臺和觸摸屏組成。皮帶機的控制通過操作臺上對應的啟停按鈕集中控制，觸摸屏實時顯示皮帶的運行狀態(tài)和故障狀態(tài)集、故障位置。各皮帶機的機頭或機

25、尾都設置就地控制箱，在檢修或特殊情況下進行現(xiàn)場的就地啟停控制。皮帶按逆煤流啟動，順煤流停車。啟動順序為：末煤刮板機、過橋皮帶、大小塊皮帶、振動篩、走廊皮帶、主提升皮帶、給煤機；停止順序與此相反。每一條皮帶安排一人專門負責巡視，勞動量大、效率低。</p><p>　　2.2 膠帶輸送機集中控制系統(tǒng)的功能設計</p><p>　　本膠帶輸送機集中控制系統(tǒng)具有的功能如下所述：</p>

26、<p>　　1) 本系統(tǒng)有集控、就地、檢修三種工作模式。一般系統(tǒng)運行在集控工作模式下，當組成生產流水線時，本機根據前后閉鎖關系自動啟停，同時檢測各檢測保護設備的狀況；運行就地工作模式時，操作員手動操作按鈕啟動/停止膠帶機，但所有保護設備均投入使用；運行檢修工作模式時，操作員手動啟動/停止膠帶，保護設備可有選擇性的投入使用，在檢修模式下，我們使膠帶低速運行。工作方式的改變，只有在膠帶輸送機不轉時進行，膠帶輸送機運作時，不能改

27、變其工作方式；</p><p>　　2) 程序設計中，報警停車等故障信號自動保持，即一旦發(fā)出故障信號，即使經維修后信號消失，計算機內仍保留信號故障狀態(tài)，這時復位指令可以清除故障保持信號；</p><p>　　3）皮帶輸送機按照逆煤流啟動，順煤流延時停車，并具有閉鎖功能；</p><p>　　4) 系統(tǒng)具有膠帶機低速打滑、機頭堆煤、超溫灑水、煙霧、滾筒超溫、沿線急停和

28、跑偏等多種保護。下面簡單介紹它們信號發(fā)生后的動作情況：</p><p>　　a.拉線開關：信號發(fā)出后馬上發(fā)出急停指令，系統(tǒng)可以識別哪個急停開關動作，發(fā)出拉線開關聲光報警。</p><p>　　b.堆煤：信號發(fā)出后，執(zhí)行堆煤聲光報警指令和急停指令。</p><p>　　c.跑偏：信號發(fā)出后，執(zhí)行跑偏聲光報警指令，此為一級動作，當報警時間超出一定時間段時，同時再執(zhí)行急停

29、指令，此為二級動作。</p><p>　　d.打滑；信號發(fā)出后，執(zhí)行打滑聲光報警指令, 再執(zhí)行急停指令。</p><p>　　e.超速：信號發(fā)出后，執(zhí)行超速聲光報警和急停指令。</p><p>　　f.斷帶：信號發(fā)出后，執(zhí)行斷帶聲光報警和急停指令。</p><p>　　g.縱撕：信號發(fā)出后，執(zhí)行縱撕聲光報警和急停指令。</p>

30、<p>　　h.滾筒超溫：信號發(fā)出后，執(zhí)行滾筒超溫聲光報警、灑水指令和急停指令。</p><p>　　i.煙霧：信號發(fā)出后，執(zhí)行煙霧聲光報警、灑水指令和急停指令。</p><p>　　5) 對設備故障和工藝參數的異常實時報警，并進行聲光提示，系統(tǒng)狀態(tài)對位顯示，更便于維護。</p><p>　　6) 可與工業(yè)電視系統(tǒng)配合，實時監(jiān)視皮帶機重點部位運行情況，以確

31、保人員及設備的安全；具有喊話、打點通訊功能，基本實現(xiàn)無人值守。</p><p>　　7) 膠帶運輸機就地控制箱上設啟停、起動預警按鈕，設備啟動前發(fā)出預警信號，提示有關人員應立即遠離設備；現(xiàn)場可隨時停車，若設備由集控啟動，控制系統(tǒng)接到現(xiàn)場停車信號后，可作急停處理，實施故障停車操作。</p><p>　　8）具有聯(lián)網功能，能與全礦井自動化監(jiān)控系統(tǒng)可靠的聯(lián)接、實現(xiàn)全局監(jiān)控。</p>

32、<p>　　2.3 膠帶輸送機集中控制系統(tǒng)結構設計</p><p>　　本次設計中需要集中控制的皮帶共有7條，各條皮帶分布較廣，現(xiàn)場控制點分散，并且現(xiàn)場的環(huán)境比較惡劣。所以，系統(tǒng)結構采用PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線技術，組成主從系統(tǒng)結構。根據工藝流程劃分，系統(tǒng)以PLC為控制主站，以每條皮帶就地箱配備的遠程I/O ET200M為從站，共設7個從站，這樣就節(jié)約了大量電纜等材料。本系統(tǒng)由集中控制臺、PLC

33、控制柜、觸摸屏、就地箱、各種保護傳感器及執(zhí)行器組成。完成一個系統(tǒng)內多條皮帶多個設備全過程的控制、監(jiān)測，構成一個完善的集中控制系統(tǒng)。其系統(tǒng)結構如圖2.2所示。</p><p>　　圖2.2 系統(tǒng)結構圖</p><p>　　以SIEMENS公司S7-300系列PLC作為核心控制器件，具有防潮、抗干擾能力強、易擴展，基本免維護，實現(xiàn)與上位機的通信，以循環(huán)掃描的方式，檢測傳感器及被控設備的信號，發(fā)

34、出程序指令，完成對皮帶機的集中監(jiān)控，使各個皮帶協(xié)調完成工作。PLC控制柜內部由S7-300 PLC模塊、接線端子、電源模塊、變壓器及各種模塊組成；集中控制臺和觸摸屏是人機的交流界面，控制臺面板上有各條皮帶機的起停控制按鈕，總啟、總停按鈕，起車預警按鈕、集控/就地/檢修工作方式的轉換開關，系統(tǒng)緊急停車按鈕；觸摸屏則詳細顯示各條皮帶及給煤機運行情況，同時也顯示出所有皮帶上的各種保護傳感器的動作情況、故障位置等。就地控制箱上有控制皮帶的啟動、

35、停止按鈕，急停按鈕，內部配SIMATIC ET200M遠程I/O，完成現(xiàn)場皮帶的數據采集和控制。每個遠程I/O站可以處理256個開關量或64個模擬量，它與CPU的通信速率最高可達12Mbps，通信距離最遠可達1200米。ET200M 遠程單元通過IM153-2總線接口模塊連接到PROFIBUS總線上。</p><p>　　2.4膠帶輸送機集中控制系統(tǒng)設備構成</p><p>　　膠帶輸送機

36、集中控制系統(tǒng)主要由PLC、人機界面等組成，它主要控制膠帶輸送機、各種參數檢測和故障保護裝置，將各種信息在觸摸屏上集中顯示。下面我們對集控系統(tǒng)各部分進行詳細的介紹。</p><p>　　2.4.1 膠帶輸送機</p><p>　　帶式輸送機是以膠帶作為牽引機構和承載機構的連續(xù)運輸機械，又稱為膠帶輸送機，它在礦山的物料運輸，特別是煤的輸送方面得到了廣泛應用。帶式輸送機主要由以下幾種主要部件組成

37、：傳動裝置、膠帶、機架、滾筒、托輥、拉緊裝置、清掃器、裝料和卸料裝置等。</p><p>　　膠帶輸送機的基木結構見圖2.3所示。膠帶1繞過傳動滾筒2及尾部滾筒3形成無級循環(huán)的牽引機構，在滾筒2和3之間的機架上按一定距離安裝著托輥4和5，用來支承載有物料的膠帶段(重段)和回空的膠帶段(空段)，傳動滾筒由電動機通過減速器帶動，膠帶與滾筒之間的摩擦力使膠帶移動，這時，由給料漏斗7(裝載裝置)加到膠帶上的物料就和膠帶一

38、起移動。當膠帶繞過傳動滾筒時，物料就在重力和離心力的作用下卸到排料漏斗8(卸料裝置)中。小車和系在它上面的重物是膠帶輸送機的拉緊裝置，它的作用是通過安裝在小車上的尾部滾筒使膠帶處于張緊的狀態(tài)。這樣，膠帶在兩托輥之間懸垂度不致過大，而傳動滾筒也能有足夠的牽引力傳送給膠帶。</p><p>　　膠帶是經主動滾筒和機尾改向滾筒形成一個無極環(huán)行帶。它上下的兩股膠帶分別由上下的托輥來支承。膠帶機的傳動裝置一般位于輸送帶的頭

39、部、中部或是尾部，它是帶式輸送機的重要組成部分。傳動裝置一般由驅動裝置和傳動滾筒組成。驅動裝置一般采用電動機、液力偶合器、減速器及制動輪、傳動滾筒組成。</p><p>　　輸送機的驅動有單滾筒驅動和多滾筒驅動，一般常采用單滾筒驅動，功率大時可采用多滾筒驅動。多滾筒驅動的優(yōu)點就是能夠傳遞較大的功率，帶動較大的負載，并能降低輸送帶的張力；其缺點就是可能會出現(xiàn)功率不平衡問題，從而增加了電動機的備用功率。本項目的膠帶輸

40、送機都采用一臺電機的單滾筒驅動。</p><p>　　膠帶輸送機向上運輸物料的傾角不能過大，運輸煤炭時的傾角一般為18O—2lO。向下運輸的傾角一般在150以下。超過這些數值，運輸物料和膠帶之間就會有相對運動，使物料下滑。因此，在輸送同樣高度條件下，膠帶輸送機所需廠房面積或成長度較大。</p><p>　　2.4.2 參數檢測及故障保護裝置</p><p>　　為了

41、能實時的掌握帶式輸送機的運行狀況，需要對其一些參數如速度、滾筒溫度等進行檢測。帶式輸送機在輸送過程中也難免出現(xiàn)一些故障，如果這些故障處理不當，可能會導致更大的事故，對生產造成重大損失。所以，對帶式輸送機的參數檢測和采取相關保護措施是必須的。下面簡要介紹一下帶式輸送機出現(xiàn)的一些常見故障及其參數的檢測。 </p><p><b>　　1、跑偏</b></p><p>　　

42、近年來，帶式輸送機在運轉中最常見的故障是運輸機跑偏，如果處理不及時，因輸送帶邊緣與托輥或機架劇烈摩擦，很快會把輸送帶邊上的保護層磨掉，使帶芯受潮濕大氣的侵蝕而迅速損壞，也可能扯壞輸送帶，造成斷帶事故；另外，皮帶嚴重跑偏時也會導致向外撒煤，造成浪費。因此，防護輸送帶跑偏是帶式運輸機運行保護中的重要問題。</p><p>　　膠帶輸送機跑偏的根本原因是輸送帶在運行過程中，橫向受力不平衡。主要有以下幾種原因：

43、 (1)安裝質量原因：a機架、滾筒沒有調整平直；b托輥軸線與輸送帶中心線不垂直；c機架與地面連接強度不夠，機架不穩(wěn)定；d導料槽和卸料槽的導料擋板安裝位置不當，受力不均。(2)輸送帶質量原因：a輸送帶接頭與中心線不直；b輸送帶帶邊呈“S”型。(3)裝載質量原因：裝載點不在輸送帶中央。(4)維護質量原因：滾筒清掃不干凈，造成直徑不等。</p><p>　　目前，對運輸機跑偏的解決辦法主要有兩種：(1

44、)通過人工調整滾筒或托輥進行調偏；(2)使用回轉式槽型調偏托輥（上膠帶裝）或平行調偏托輥（下膠帶裝）進行自動調偏。為實現(xiàn)無人值守，多數都使用能自動調偏的托輥。 </p><p>　　為實時監(jiān)測運輸皮帶是否跑偏，一般在機頭、機中和機尾皮帶最容易跑偏的地方分別安裝一對防跑偏保護裝置。本設計中采用煤炭科學總院常州自動化研究所的KG1007A-2型膠帶二級防跑偏開關，其跑偏信號通過接入臨近拉線急停開關傳輸。在皮帶正常工作

45、時，跑偏開關的探桿在豎直位置。當皮帶跑偏時，皮帶碰到跑偏開關的探桿，并帶動探桿軸轉動，此時與探桿固定在一軸上的凸輪也同時轉動，撥動跑偏開關的微動開關發(fā)出跑偏信號。</p><p>　　圖2.4 跑偏開關 圖2.5 速度傳感器</p><p>　　KG1007A-2型膠帶防跑偏開關為本質安全型電氣設備，使用于煤礦有瓦斯、礦塵爆炸危險的環(huán)境。它體積比較小、重

46、量輕、密封性能好；觸點動作后還留有較大的探桿轉動緩沖角，探桿上裝有尼龍滾動護套，避免探桿和膠帶之間的磨擦，使本身不易損壞，輸出開關量信號。它的轉動角度可以通過改變微調開關的位置來改變。在此設計中，我們要求跑偏信號發(fā)出傳送給PLC，一級跑偏時發(fā)出聲光報警；二級跑偏時PLC發(fā)出急停指令，語音報警，同時觸摸屏故障位置指示燈亮并啟動急停報警。</p><p>　　KG1007A－2型防跑偏開關技術參數如下所示：</

47、p><p>　　膠帶跑偏開關型號: KG1007A－2型 外殼防護等級: IP54 觸點容量 AC380V、DC220V，5A，煤礦井下使用時必須和本質安全型電路連接 探桿動作轉動最大角度: 大于70°，雙向轉動 觸點動作時探桿轉動角度: 25°（一級） 40°（二級） 引入電纜外徑: 6～12mm,兩個出線口 重量: 2kg</p><p><

48、;b>　　2、速度檢測</b></p><p>　　檢測膠帶打滑、超速和斷帶故障，均需要知道膠帶的運行速度，因此我們給每條皮帶設置一個速度傳感器來檢測膠帶的速度。本設計中，我們選用常州聯(lián)力的KJ5007A型速度傳感器，輸出頻率信號，幅值5V，頻率f=200V(V為膠帶速度值)，輸出電流信號4～20mA。其工作原理是：帶式輸送機運行時，速度檢測傳感器由緊貼膠帶的滾輪帶動轉盤（帶有齒槽）在光電傳感器

49、凹槽內轉動，光電傳感器光路通斷受齒槽控制，輸出相應的方波頻率信號，頻率信號經整形放大后，再經頻率/電壓、電壓/電流變換后輸出4～20mA的電流信號。</p><p>　　圖2.6 速度檢測傳感器部分電路方框圖</p><p><b>　　3、打滑</b></p><p>　　驅動滾筒打滑的原因是滾筒的摩擦牽引力降低、超載或帶子被卡住。摩擦牽引

50、力降低的原因是輸送帶或滾筒沾泥水、輸送帶張力下降。采用自動調整的拉緊裝置是防止驅動滾筒打滑的有效方法。滾筒持續(xù)打滑得不到糾正，則會招致輸送帶著火，引起重大火災事故。采用阻燃輸送帶，驅動滾筒持續(xù)打滑也會冒煙污染空氣。因此設置打滑保護裝置，自動監(jiān)視調整或停止。</p><p>　　在此設計中我們沒有選用專門的打滑檢測傳感器，是通過檢測膠帶的速度，把膠帶速度和滾筒速度做比較來實現(xiàn)的。理論上我們是將膠帶的實際運行速度與滾

51、筒實際速度作比較，但是實際上，在滾筒速度不容易獲取的情況下，我們可讓膠帶實際速度與滾筒的額定轉速比較，監(jiān)測傳動滾筒和輸送帶之間的線速度之差，當檢測到輸送機速度滑差率大于或等于8%時，立即發(fā)出聲光報警：當測得輸送機速度滑差率大于或等于8%和運行時間大于或等于20秒時使帶式輸送機與給煤機緊急停車，并發(fā)出聲光報警；或當測得輸送機速度滑差率大于或等于12%和運行時間大于或等于5秒時使帶式輸送機與給煤機緊急停車，并發(fā)出聲光報警。</p>

52、;<p><b>　　4、超速</b></p><p>　　當膠帶負載忽然變輕或是膠帶忽然斷帶時，膠帶運行速度會馬上升高。膠帶一般正常運行速度是2m/s，如果速度太高，會對膠帶旁邊的礦工造成危險；同時若膠帶旁邊有鋒銳的物體，可能會掛破膠帶，造成重大事故。同上，我們在此設計中沒有采用專門的超速傳感器，通過膠帶速度與設定值的比較，判定膠帶是否超速運行。當膠帶速度達到標準帶速的105

53、%時，發(fā)出聲光報警并命令皮帶緊急停車，這里標準帶速為2m/s。</p><p><b>　　5、斷帶</b></p><p>　　從大量的斷帶事故分析可知，帶式輸送機斷帶原因大概有以下幾種:</p><p>　　(1)齒輪減速器損壞，液力耦合器噴液或電動機逆轉；</p><p>　　(2)輸送帶接頭質量問題；</p

54、><p>　　(3)運輸中因其他東西卷入而引起運輸載荷突然增加；</p><p>　　(4)啟動和停車時應力變化大；</p><p>　　(5)輸送帶自身質量不過關，輸送帶服務年限過長，輸送帶長時間超負荷運輸，日常維護不到位；</p><p>　　(6)物料分配不均，輸送帶跑偏。</p><p>　　為了防止由這些原因引起

55、的斷帶事故，除了進行人為的檢修和維護外，在輸送機沿線上布置斷帶保護裝置尤為重要。因為它可以避免突發(fā)事故，隨時處于待命狀態(tài)。在滾筒實際轉速不能確定的情況下，我們通過檢測膠帶線速度與滾筒額定線速度差確定是否斷帶，當差值大于設定值時，發(fā)出斷帶信號，命令皮帶緊急停車，同時停給煤機，并發(fā)出聲光報警。</p><p><b>　　6、堆煤傳感器</b></p><p>　　當煤倉

56、內有大煤塊塞住煤倉漏口時，會使煤流阻在煤倉內，無法向膠帶投放。由于煤倉特別大，如果沒有人及時發(fā)現(xiàn)煤倉堆煤，煤在煤倉內會越堆越多，最后會迫使使用大量人力物力來挖除煤倉內阻塞的大量煤，同時將運輸系統(tǒng)全部停下。這樣不僅浪費時間降低工作效率，同時也費用大量人力物力，提高煤的生產成本。因此加入堆煤傳感器，及時報警危險煤位，處理煤倉內阻塞的煤。</p><p>　　此設計中我們采用常州自動化研究所的物料探測傳感器。KG100

57、6系列物料探測傳感器包括KG1006A型和KG1006C型，適用于煤炭、冶金、化工、建材的功能行業(yè)惡劣環(huán)境，主要用途是監(jiān)測料倉物料高度；檢測輸送機溜槽阻塞或轉載點堆積。傳感器可以延時動作，延時時間可調，避免由于大塊物料撞擊引起誤動作。這里我們選用KG1006A型，輸出觸點容量是AC220V，1A，電阻性負載；延時時間0.4～60s可調，瞬間復位，輸出開關信號。</p><p>　　堆煤傳感器一般安裝在機頭下方適當

58、的位置，且不易碰壞或被水和煤塵污染的地方。應保證正常煤流時不誤動作，機器振動不誤動作，不因滴水或煤塵集聚而誤動作，大塊煤矸石碰撞后不能使其損壞。</p><p><b>　　7、煙霧檢測傳感器</b></p><p>　　由于打滑摩擦等原因，膠帶機滾筒升高到一定溫度時，會使膠帶燃著，因此我們在滾筒處設置煙霧傳感器，當煙霧濃度大于一定值時，發(fā)出報警信號。煙霧傳感器可分為

59、離子感煙式和光電感煙式兩類，但不管是離子式還是光電式的，都有一個共同的特點，即機電一體化。目前，煙霧傳感器大都采用金屬镅的離子式探測器，由不銹鋼的外殼構成。</p><p>　　本設計我們采用常州自動化研究所的KGN1-1型煙霧傳感器，它為礦用本質安全型，用于監(jiān)測煤礦井下因機械磨擦、電纜發(fā)熱、煤層自然等原因引起的火災事故，輸出0/5mA的開關量信號，紅色LED電源指示，報警時閃爍，頻率1Hz. 當檢測到煙霧濃度超

60、過設定值時，發(fā)出灑水指令，啟動灑水裝置對主滾筒進行降溫滅火，并進行聲光報警。</p><p>　　煙霧傳感器應懸掛在輸送機頭風流方向后2-3米處，以保證主滾筒因摩擦產生煙霧時立即起作用。若風速超過5m/s時應安裝防風罩，根據實際情況而定。為保證煙霧傳感器正常工作，必須對其定期打掃和清洗。</p><p><b>　　8、拉線急停開關</b></p>&l

61、t;p>　　在皮帶輸送機運行過程中，總有一些無法監(jiān)測到而又非常惡劣的事情發(fā)生，當遇到這種緊急情況時，可以采用手動的拉線急停開關，使輸送帶緊急停車，避免發(fā)生重大事故。我們采用常州自動化研究所的KG9001A-C型編碼式拉繩急停閉鎖開關，可用作輸送機沿線電纜接線盒，并具有故障位置識別電路，識別各種不同故障及故障發(fā)生的地點。沿輸送機長度方向配置的跑偏、縱撕（或其它傳感器）等保護裝置和起動預告、打點聯(lián)絡用的信號器均可通過它們與監(jiān)控系統(tǒng)連接

62、。拉線急停開關沿輸送機安裝，一般每隔80-100米按一個，應安裝在易于觀察到、易于操作的地方。</p><p>　　圖2.7 煙霧傳感器 圖2.8 拉線急停開關</p><p>　　KG9001A-C型拉線急停開關的技術參數如下所示： 拉力　150±20N 行程　8～10mm</p><p>　　復位形式　人工復位 <

63、;/p><p>　　工作電壓：DC10～15V，煤礦井下使用時，必須與本質安全型電路連接 </p><p>　　工作電流：監(jiān)控狀態(tài)下不大于0.1mA;動態(tài)狀態(tài)下不大于40mA </p><p>　　輸出信號：2路集電極開路輸出 </p><p>　　位置識別地址　0～63 </p><p>　　引入電纜外徑： KG9001

64、A-C　兩側出線口(2個)15～20mm；下部出線口(4個)6～12mm </p><p>　　出廠時拉繩配置長度：2×35m </p><p>　　外殼防護等級：IP54 </p><p><b>　　重量：7.5kg</b></p><p><b>　　9、紅外溫度傳感器</b><

65、;/p><p>　　由于滾筒和膠帶的摩擦作用，當滾筒溫度過高時，會使膠帶燃著。因此，我們要及時監(jiān)測滾筒溫度，當溫度達到一定值時報警。溫度傳感器從使用上可分為接觸式和非接觸式兩大類，接觸式目前使用較為廣泛，而非接觸式測量是通過檢測被測物體所發(fā)出的紅外線，來達到測溫的目的。根據課題項目的具體要求，被測對象是一直轉動的滾筒表面，接觸式溫度傳感器測量起來誤差太大，響應時間太長，溫度變化的傳遞完全依靠空氣為介質進行熱交換，因而

66、采用接觸式測量不適用于該次設計，為此，選用了RAYTEK非接觸式紅外熱敏元件作為測溫元件，溫度傳感器的輸出信號為0～10V模擬量電壓信號，測量范圍為-32～535度。它具有響應速度快，測量精度高，安裝維護簡便等特點。我們將檢測到的紅外溫度與設定值比較，當溫度大于設定值時，則發(fā)出報警指令，同時啟動灑水閥灑水降溫。一般我們的設定值要根據考慮周邊情況，如：膠帶的制作材料，燃點等。</p><p><b>　　

67、10、縱撕檢測</b></p><p>　　鋼線芯帶式輸送機以其強度高、運量大和運距長等優(yōu)點，受到各企業(yè)的青睞，也得到越來越廣泛的應用。它之所以強度高是因為其內部縱向布置了許多鋼絲繩，但是在其寬度上，抗拉強度是很低的。因此正因為這一特點，使其容易發(fā)生縱向撕裂事故，而且一旦事故發(fā)生，就會造成非常重大的經濟損失，即使能修補，也浪費很長的時間，給生產造成損失。</p><p>　　縱

68、向撕裂，其原因是多方面的，主要有：一些料棒插入到輸送帶中；大塊長型矸石掉到輸送帶上；機架上某些固定件掛住輸送帶；各種鐵絲鉤住輸送帶等。就發(fā)生縱撕的地點來看，大部分是在裝載處，因此縱撕檢測傳感器一般放在裝載點前10m處。</p><p>　　輸送帶縱撕事故如此嚴重，提出了多種檢測和監(jiān)視裝置，下面我們收集多方面資料比較詳細的介紹幾種常見類型。由于輸送帶被撕裂后，表現(xiàn)特征各不相同，選用何種裝置進行檢測，要根據具體情況而

69、定，一般要選用幾種同時使用，以防范重大事故的發(fā)生。</p><p>　　1、漏料檢測器。當輸送帶被撕裂后，物料會通過裂口掉到下面的托盤上，根據平衡原理，當物料重量克服平衡錘的重量，使裝置繞支點轉動，迫使限位開關動作（圖2.9）。這種檢測裝置結構比較簡單，檢查方便，但是，只有物料落下后才可檢測到，當裂口因為拉力重合到一起，物料無法落下時，卻無法檢測的到。</p><p>　　1—回空帶；2—

70、托盤；3—支點：4—平衡錘；5—承載帶</p><p>　　圖2.9 漏料檢測器</p><p>　　2、帶寬檢測器。它是利用與輸送帶邊緣相接觸的檢測輥或是利用超音波距離測量來檢測輸送帶寬度。這就避免了上面漏料檢測器的失誤。當輸送帶寬度變小時，兩個檢測輥之間的距離變小，通過萬向節(jié)把撕帶的信息傳遞給開關，開關控制電動機停機。此外，帶寬檢測裝置和時間繼電器配合使用，當接受到信號后，等待一段時間

71、再發(fā)出動作指令，以區(qū)分是輸送帶撕裂或是撕邊。</p><p>　　3、超聲波檢測器。在輸送帶容易撕裂的地方的托輥之間安裝能夠產生超聲波的波導管，使之產生超聲波振蕩，再通過檢波器檢波后發(fā)出。當輸送帶正常運行時，超聲波送波、受波正常，發(fā)出正常信號；如果輸送帶撕裂，波導管因彎曲而破壞，這時送波和受波狀態(tài)不同，發(fā)出輸送帶縱向撕裂信號，使輸送機停機，避免輸送帶縱向撕裂事故繼續(xù)擴大。</p><p>

72、　　4、振動檢測器。它的激振器是一個偏心圓盤，布置在兩個承載托輥之間的輸送帶上的無載邊。在輸送帶的另一邊安裝振動接收器，它通過自由回轉的輥輪和輸送帶接觸。帶式輸送機運轉時，偏心激振器使輸送帶產生橫向強迫振動，振動接收器受輸送帶振動的作用，發(fā)出信號并輸入放大器。當輸送帶發(fā)生縱向撕裂時，振動接收器再受振動的作用，輸出信號相應減弱，則放大器發(fā)出信號，繼電器動作，帶式輸送機停機。</p><p>　　在本設計中，我們選擇

73、使DJSBA-1型縱撕傳感器。DJSBA-1型縱撕傳感器為礦用隔爆妝本質安全型，適用于煤礦井下有瓦斯、煤塵爆炸性氣體環(huán)境中。安裝于輸送機膠帶下方，近落料點處。當膠帶發(fā)生縱向撕裂時，物料灑落在傳感器上面，物料超過設定重量（0.2kg）時，傳感器發(fā)出動作信號送至主控系統(tǒng)，立即停車并聲光報警。</p><p>　　2.4.3 PLC簡述</p><p>　　隨著微處理器、計算機和數字通信技術的飛

74、速發(fā)展，計算機控制已經廣泛應用在所有的工業(yè)領域?？删幊绦蚩刂破鳎≒rogrammable Logic Controll er）正是順應這一潮流出現(xiàn)的，它是以微處理器為基礎的通用工業(yè)控制裝置。1987年，美國電氣制造協(xié)會（NEMA）對可編程序控制器下了定義：可編程序控制器是一種帶有指令存儲器、數字的或模擬的輸入輸出接口，以位運算為主，能完成邏輯、順序、定時、計數和算術運算功能，用于控制機器和生產過程的自動控制裝置。可編程序控制器簡稱PLC

75、，它的應用面廣、功能強大、使用方便，已經成為當代工業(yè)自動化的主要支柱之一。PLC已經廣泛地應用在各種機械設備和生產過程的自動控制系統(tǒng)中，PLC在其它領域，例如在民用和家庭自動化設備中的應用也得到了迅速發(fā)展。</p><p><b>　　PLC 的系統(tǒng)構成</b></p><p>　　PLC的硬件系統(tǒng)由CPU、I/O擴展機及外部設備組成。如圖2.3.9所示。西門子PLC

76、以其極高的性能價格比，在國內占有很大的市場份額，在我國的各行各業(yè)得到了廣泛的應用。本次設計所采用的S7—300屬于模塊式PLC，主要由機架、CPU模塊、信號模塊、功能模塊、接口模塊、通信處理器、電源模塊和編程設備組成，各種模塊安裝到機架上。通過CPU模塊或通信模塊上的通信接口，PLC被連接到通信網絡上，可以與計算機、其它PLC或其它設備通信。</p><p>　　與繼電器控制系統(tǒng)相比，PLC可以認為是由輸入部分、

77、控制部分和輸出部分等組成，但它是采用大規(guī)模的集成電路的微處理器和存儲器來代替繼電器控制線路，控制作用是通過編制好并存入內存的程序來實現(xiàn)的。我們可以認為PLC的等效電路如下：</p><p>　　輸入部分：用于接受外部輸入信號，與外部輸入設備連接?？梢缘刃橐粋€受控于外部用戶輸入設備的繼電器線圈（輸入繼電器）。</p><p>　　控制部分：等效于一個受控于內部邏輯的一個線圈，接點可用于驅動

78、外部輸出設備的繼電器。</p><p>　　輸出部分：用于與外部輸出設備連接。</p><p><b>　　圖</b></p><p>　　2.10 PLC控制系統(tǒng)示意圖</p><p>　　2、PLC的工作原理</p><p>　　當PLC投入運行后，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用

79、戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復執(zhí)行上述三個階段。</p><p><b>　　（1）輸入采樣階段</b></p><p>　　在輸入采樣階段，PLC以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數據，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應的單元內。輸入采樣結束后，轉入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個

80、階段中，即使輸入狀態(tài)和數據發(fā)生變化，I/O映象區(qū)中的相應單元的狀態(tài)和數據也不會改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。</p><p>　?。?）用戶程序執(zhí)行階段</p><p>　　在用戶程序執(zhí)行階段，PLC總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序（梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構成的

81、控制線路，并按先左后右、先上后下的順序對由觸點構成的控制線路進行邏輯運算，然后根據邏輯運算的結果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲區(qū)中對應位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對應位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。</p><p>　　在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點在I/O映象區(qū)內的狀態(tài)和數據不會發(fā)生變化，而其他輸出點和軟設備在I/O映象區(qū)或系統(tǒng)RAM存儲區(qū)內的狀態(tài)和數據都有可能發(fā)生

82、變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結果會對排在下面的凡是用到這些線圈或數據的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數據只能到下一個掃描周期才能對排在其上面的程序起作用。</p><p>　　在程序執(zhí)行的過程中如果使用立即I/O指令則可以直接存取I/O點。即使用I/O指令的話，輸入過程影像寄存器的值不會被更新，程序直接從I/O模塊取值，輸出過程影像寄存器會被立即更新，這跟立即輸入有些區(qū)

83、別。</p><p><b>　?。?）輸出刷新階段</b></p><p>　　當掃描用戶程序結束后，PLC就進入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映象區(qū)內對應的狀態(tài)和數據刷新所有的輸出鎖存電路，再經輸出電路驅動相應的外設。這時，才是PLC的真正輸出。</p><p><b>　　3、PLC的分類</b></

84、p><p>　　1）小型PLC：連接開關量I/O模塊、模擬量I/O模塊以及其它各種特殊功能模塊，能執(zhí)行包括邏輯運算、計時、計數、算術運算、數 輸入/輸出點數在128點以下的PLC稱為小型PLC。其特點是體積小、結構緊湊，它可以據處理和傳送、通信聯(lián)網以及各種應用指令。</p><p>　　2）中型PLC：輸入/輸出點數在128-512點之間的PLC稱為中型PLC。它除了具有小型機所能實現(xiàn)在

85、功能外，還具有強在的網絡通信功能、更豐富的指令系統(tǒng)、更大的內存容量和更快的掃描速度。</p><p>　　3）大型PLC：輸入/輸出點數大于512的PLC稱為大型PLC。它具有強大的軟件硬件功能、自診斷功能、通信聯(lián)網功能，它可以構成三級通信網，實現(xiàn)工廠生產管理自動化。另外大型PLC還可以采用三CPU構成表決式系統(tǒng)，使機器具有更高的可靠性。</p><p><b>　　4、PLC的

86、特點</b></p><p><b>　　1)靈活、通用</b></p><p>　　在繼電器控制系統(tǒng)中，使用的控制裝置是大量的繼電器，整個系統(tǒng)是根據設計好的電氣控制圖，由人工通過布線、焊接、固定等手段組裝完成的，其過程費時費力。如果因為工藝上少許變化，需要改變電氣控制系統(tǒng)時，原先整個電氣控制系統(tǒng)將被全部拆除，而重新進行布線、焊接、固定等工作，耗費大量人力

87、、物力、和時間。而PLC是通過在存儲器中的程序實現(xiàn)控制功能，若控制功能需要改變，只需修改程序及少量接線即可。而且，同一臺PLC還可用于不同控制對象，通過改變軟件則可實現(xiàn)不同控制的控制要求。因此，PLC具有很大的靈活性和通用性，結構形式多樣化，可以適用于各種不同規(guī)模、不同工業(yè)控制要求。</p><p>　　2)可靠性高、抗干擾能力強</p><p>　　可靠性是工業(yè)控制器件的重要指標。因此，

88、要求在各種惡劣工作環(huán)境和條件(如電磁干擾、灰塵等)下可靠工作，將故障率降至最低。PLC具有很高的可靠性和抗干擾能力，不會出現(xiàn)繼電器一接觸器控制系統(tǒng)中接線老化、脫焊、觸點電弧等現(xiàn)象，故被稱為“專為適應惡劣工業(yè)環(huán)境而設計的計算機”。</p><p>　　3)編程簡單、使用方便</p><p>　　PLC采用面向控制過程、面向問題的“自然語言”編程，容易掌握。目前，PLC大多采用梯形圖語言編程方

89、式，它既繼承了繼電器控制線路的清晰直觀感，又考慮到電氣技術人員的讀圖習慣和應用實際，電氣技術人員易于編程，程序修改靈活方便。這種面向控制過程、面向問題的編程方式，與匯編語言相比，雖然增加了解釋程序和程序執(zhí)行時間，但對大多數機電控制設備來說，PLC的控制速度還是足夠快的。此外，PLC的I/O接口可直接與控制現(xiàn)場的用戶設備聯(lián)接。如繼電器、接觸器、電磁閥等聯(lián)接，具有較強的驅動能力。</p><p><b>　

90、　4)接線簡單</b></p><p>　　PLC只需將輸入設備(如按鈕、開關等)與輸入端子聯(lián)接，將輸出設備(如接觸器、電磁閥等)與輸出端子聯(lián)接。接線極其簡單、工作量極少。</p><p><b>　　5)功能強</b></p><p>　　PLC不僅具有條件控制、定時、計數、步進等控制功能，而且還能完成A/D. D/A轉換、數字運

91、算和數據處理以及通信聯(lián)網、生產過程監(jiān)控等。因此，PLC既可對開關量進行控制，又可對模擬量進行控制。可控制一臺單機、一條生產線，也可控制一個機群、多條生產線。可用于現(xiàn)場控制，也可用于遠距離控制?？煽刂坪唵蜗到y(tǒng)，又可控制復雜系統(tǒng)。</p><p>　　6)體積小、重量輕、易于實現(xiàn)機電一體化</p><p>　　PLC具有體積小、重量輕、功耗低等特點。由于PLC是專為工業(yè)控制而設計的專用計算機，

92、其結構緊湊、堅固耐用，以及有很強的可靠性和抗干擾能力，易于嵌入機械設備內部。因此，PLC在機電一體化產品中被廣泛應用。</p><p>　　PLC德 主要技術指標</p><p><b>　?。?）存儲器容量</b></p><p>　　存儲器用來存儲程序和系統(tǒng)參數等，其容量是由用戶程序存儲器和數據存儲器組成的。程序存儲器容量大小決定了用戶所能

93、編寫程序的長度。一般中小型PLC的存儲器容量在16KB以下，大型的PLC可達到2MB左右。</p><p>　　（2）輸入/輸出點數</p><p>　　輸入/輸出點數是指根據工業(yè)系統(tǒng)控制要求所得到的對應于PLC的輸入/輸出端的個數。I/O點數越多，說明需要控制的器件和設備就越多。</p><p><b>　　（3）掃描時間</b></p

94、><p>　　掃描時間是指CPU內部根據用戶程序，按邏輯順序，從開始到結束掃描一次所需的時間。PLC用戶手冊一般給出執(zhí)行指令所用的時間。</p><p>　　（4）指令種類和數量</p><p>　　指令的種類和數量決定了用戶編制程序的方式和PLC的處理能力和控制能力。</p><p>　?。?）內部寄存的種類和數量</p><

95、;p>　　內部寄存器主要包括定時器、計數器、中間繼電器、數據寄存器和特殊寄存器等。它們主要用來完成計時、技術、中間數據存儲、數據存儲還有其他一些功能。種類和數量越多，PLC的功能就越強大。</p><p><b>　?。?）擴展能力</b></p><p>　　PLC擴展能力是指PLC是否能具有I/O點數擴展、功能擴展、聯(lián)網等一些功能。</p>&

96、lt;p>　?。?）智能模塊的種類和數量</p><p>　　智能模塊是指能完成模擬量控制、遠程控制以及通信等功能模塊。智能模塊種類和數量越多，說明PLC功能越強大。</p><p>　　2.4.4 人機界面HMI</p><p>　　人機界面是操作人員與PLC之間進行對話和相互作用的接口設備。近年來人機界面的應用越來越廣泛，已經成為現(xiàn)代工業(yè)控制系統(tǒng)不可缺少的

97、設備之一。這里我們選用觸摸屏和操作臺。觸摸屏用來監(jiān)視帶式輸送機的運行工況。觸摸屏可以監(jiān)視帶式機速度、拉線急停和跑偏開關的動作位置等各種保護狀況以及顯示帶式輸送機的正常運行工況和各種故障狀態(tài)。通過操作臺的各種控制按鈕，可以進行工作方式選擇和就地控制帶式輸送機。圖2.12和圖2.13分別是本次設計的操作臺、就地控制箱面板。</p><p>　　圖2.12 操作臺</p><p>　　圖2.1

98、3 就地控制箱面板</p><p>　　觸摸屏技術就是使用者只要用手指輕輕地觸碰計算機顯示屏上的圖符或文字，就能實現(xiàn)對主機的操作或查詢，這樣就擺脫了鍵盤和鼠標操作，從而大大地提高了計算機的可操作性。觸摸屏是一種最直觀的操作設備，只要觸摸屏幕上的圖形對象，計算機便會執(zhí)行相應的操作。觸摸屏具有方便直觀、圖像清晰、堅固耐用和節(jié)省空間等優(yōu)點。</p><p>　　在觸摸屏上，我們主要顯示皮帶的運行

99、狀況和給煤機的運行信號，膠帶的速度和各個故障的狀態(tài)及故障出現(xiàn)的具體位置，同時也可以查詢到各皮帶滾筒的溫度，以實時監(jiān)測皮帶，減少故障查找環(huán)節(jié)，提高工作效率。</p><p>　　3 膠帶輸送機集控系統(tǒng)硬件設計</p><p>　　3.1 SIMATIC S7-300 PLC簡介</p><p>　　3.1.1 SIMATIC S7-300 PLC簡介</p>

100、;<p>　　SIMATIC S7—300系列PLC是模塊化結構設計，各個單獨模塊之間可以進行單獨組合和擴展，從而使控制系統(tǒng)設計更加靈活滿足不同的應用需求。編程器PG用來為S7-300 PLC編制程序，使用編程電纜連接編程器和CPU。通過PROFIBUS電纜可以實現(xiàn)S7-300 CPU之間的通訊，以及與其他SIMATIC S7 PLC進行通訊。一根PROFIBUS總線電纜可以連接多個S7-300。S7-300 PLC的主要

101、組成部分有導軌（RACK）、電源模塊（PS）、中央處理單元模塊（CPU）、接口模塊（IM）、信號模塊（SM）、功能模塊（FM）等。它通過MPI網的接口直接與編程器PG、操作員面板OP、和其它S7 PLC相連。</p><p>　　圖3.1 PLC系統(tǒng)構成圖</p><p>　　導軌（RACK）：導軌是安裝S7-300各類模塊的機架，它是特制不銹鋼異型板，其長度有160、482、530、8

102、30、2000（mm）五種，可根據實際需要選擇。電源模塊、CPU、及其它信號模塊都可方便地安裝在導軌上。除CPU模塊外，每塊信號模塊都帶有總線處理器，安裝時先將總線連接器裝在CPU模塊并固定在導軌上，然后依次將各模塊裝入，通過背板總線將各模塊從物理上和電氣上連接起來。</p><p>　　電源模塊（PS）：電源模塊用于將SIMATIC S7-300連接到120/230V交流電源和24/48/60/110V直流電源

103、。它與CPU模塊和其它信號模塊之間通過電纜連接，而不是通過背板總線連接。 </p><p>　　中央處理單元模塊（CPU）：SIMATIC S7-300提供了多種不同性能的CPU，以滿足不同用戶的需求，包括CPU312IFM、CPU313、CPU314、CPU315、CPU315- 2DP等。CPU模塊除完成執(zhí)行用戶程序的主要任務之外，還為S7-300背板總線提供5V直流電源，并通過MPI接口與其它中央處理器和

104、編程裝置通信。S7-300的編程裝置可以是西門子專用的編程器，如PG705、PG720、PG740、PG760等，也可以用通用微機，配以STEP7軟件包，并加MPI卡和MPI編程電纜構成。</p><p>　　接口模塊（IM）：接口模塊用于多機架配置時連接主機架和擴展機架。S7-300通過分布式的主機架和3個擴展機架，可操作多達32個模塊。</p><p>　　信號模塊（SM）：信號模塊使

105、不同的過程信號電平和S7-300的內部信號電平相匹配，主要有數字量輸入模塊SM321、數字量輸出模塊SM322、模擬量輸入模塊SM331、模擬量輸出模塊SM332.每個信號模塊都配有自編碼的螺緊型前連接器，外部過程信號可以方便地連接在信號模塊的前連接器上。特別指出的是，其模擬量輸入模塊獨具特色，可以接入熱電偶、熱電阻、4～20mA電流、0～10V電壓等18種不同的信號，輸入量程范圍很寬。</p><p>　　功能

106、模塊（FM）：用于實時性強、存儲計數量較大的過程信號處理任務。如：快給進和慢給進驅動定位模塊FM351、電子凸輪控制模塊FM352、步進電機定位模塊FM353、伺服電機位控模塊FM354、智能位控制模塊SINUMERIK FM-NC等。</p><p>　　通信處理器（CP）是一種智能模塊，它用于PLC間和PLC與其它裝置間連網以實現(xiàn)數據共享。如：具有RS-232C接口的CP340，與現(xiàn)場總線連網的CP342 -

107、5DP。</p><p>　　3.1.2 模塊安裝</p><p>　　S7-300可以水平安裝也可以垂直安裝，其允許的環(huán)境溫度分別為0～40℃（垂直安裝）和0～60℃。電源和CPU必須安裝在導軌的左側（水平安裝）或低部（垂直安裝）。</p><p>　　S7-300是模塊化組合結構，根據應用對象不同，可選擇不同型號和不同數量的模塊，并可以將這些模塊安裝在同一個機架

108、上（導軌）或多個機架上。除電源模塊、CPU模塊和接口模塊外，一個機架上最多只能安裝八個信號模塊或功能模塊。IM360/IM361接口模塊用來將S7-300背板總線從一個機架連接到下一個機架。在使用擴展機架時，除了另需模塊機架和接口模塊以外，可能還需要另加電源模塊。</p><p>　　中央處理單元總是在0號機架的2號槽位上，1號槽安裝電源模塊，3號槽總是安裝接口模塊，槽號4到11，可自由分配信號模塊，功能模塊和通