基于PLC的供料控制系統(tǒng)設計VIP

1、物理與電子工程學院PLC原理與應用課程設計報告書 設計題目： 基于PLC的供料控制系統(tǒng)設計 專 業(yè)： 自動化 班 級： XXX 學生姓名: XX 學 號: XXXX 指導教師： XXXX 2013年 12 月 17日物理與電子工程學院 課程設計任務書專業(yè)： 自動化 班級： 3班 學生姓名XX學號XX課程名稱PLC原理與應用設計題目基于PLC的供料控制系統(tǒng)設計設計目的、主要內容（參數(shù)、方法）及要求設計目的：1、掌握PLC功能指令的用法2、掌握PLC控制系統(tǒng)的設計流程設計主要內容及要求：1、設計一個驅動小車自動送料的控制程序，具體要求如下:（1）運料小車負責向4個料倉送料，送料路上從左向右共有4個

2、料倉（1號4號）位置開關，當某個料倉位置開關檢測為1狀態(tài)時，說明運料小車到達相應料倉位置。（2）料倉要料信號由4個手動按鈕發(fā)出，從左到右（1號4號）。當要料信號發(fā)出后，運料小車根據(jù)料倉號，左行或右行自動送料。（3）要料倉位與小車的車位相同時，小車停止。（4）小車右行時不允許左行起動，同樣小車左行時也不允許右行起動。2、畫出實現(xiàn)程序流程圖。3、列出輸入、輸出端口。4、寫出梯形圖程序。5、調試程序，直至符合設計要求。工作量2周時間，每天3學時，共計42學時進度安排第1天：明確課程設計的目的和意義，根據(jù)課程設計要求查找相關資料第2-3天：學習課程設計中用到的PLC相關知識第4-5天：根據(jù)課程設計的要

3、求畫出程序流程圖第6天：列出I/O分配表第7-8天：寫出梯形圖程序，并對程序進行注釋第9-10天：學習西門子S7-200的編程軟件STEP 7 MicroWIN SP6，并在該軟件中編寫梯形圖程序第11天：學習西門子S7-200仿真軟件，并進行程序仿真和調試。第12天：將課程設計中用到的程序在PLC試驗箱上進行運行和調試。第13-14天：撰寫課程設計報告。主要參考資料1廖常初.S7-200 PLC編程及應用M.北京:機械工業(yè)出版社,2013.82梅麗鳳.電氣控制與PLC應用技術M.機械工業(yè)出版社,2012.33殷洪義.可編程序控制器選擇設計與維護M.機械工業(yè)出版社,2006.1指導教師簽字教研

4、室主任簽字摘 要隨著社會的發(fā)展，冶煉廠的規(guī)模也隨之擴大，對礦石的需求量大大提高，傳統(tǒng)的供料是一種半自動化的系統(tǒng)，已經滿足不了冶煉廠的需要。對傳統(tǒng)供料控制系統(tǒng)進行了認真的分析與研究后，結合相關理論和技術，制定出一套由PLC為控制核心的皮帶傳輸供料控制系統(tǒng)。為了實現(xiàn)供料系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，處理諸如皮帶跑偏、打滑及撕裂等問題，在主電路中用傳感器檢測故障信號，軟件中調用相應傳感器檢測到的故障信號處理子程序并執(zhí)行處理。運用皮帶運輸線進行礦石供料大大提高了工作效率。在PLC中應用子程序的方式，不僅便于實現(xiàn)多種運行方式，而且大大提高了程序的可維護性和可靠性。關鍵詞：PLC；供料系統(tǒng)；傳感器目 錄1 緒論11.1

5、課題的提出11.2礦石供料系統(tǒng)技術發(fā)展前景12 系統(tǒng)總體方案設計22.1礦石供料系統(tǒng)的工藝應用及特點22.2 礦石供料系統(tǒng)的組成22.3 供料系統(tǒng)工藝流程33 系統(tǒng)硬件設計53.1 系統(tǒng)主要設備選型53.1.1 PLC簡介53.1.2 PLC及其擴展模塊的選型83.1.3 皮帶機的選型83.1.4 電動機的選型83.1.5 電機過流檢測元件的選型93.1.6 稱重傳感器的選型93.1.7 皮帶跑偏檢測元件的選型103.1.8 皮帶機打滑檢測元件的選型113.1.9 皮帶機撕裂元件的選型113.2 系統(tǒng)主電路設計123.3 系統(tǒng)硬件配置及I/O接線圖124 心得體會16參 考 文 獻171 緒論

6、 皮帶運輸是一種長距離、大批量、告訴運輸貨物原料的運輸體系。皮帶傳輸系統(tǒng)因其結構簡單，使用方便，造價低廉，被廣泛應用于工業(yè)生產中，如冶金、煤炭、港口、建筑、食品加工等。隨著冶煉廠規(guī)模的逐漸擴大，礦石需求量逐漸提高，對冶煉廠供料系統(tǒng)的高效運輸能力要求越來越高。1.1課題的提出傳統(tǒng)的冶煉廠礦石供料控制系統(tǒng)是一種基于繼電接觸器人工手動方式的半自動化系統(tǒng)?，F(xiàn)場環(huán)境十分惡劣，對設備損傷較大，使得設備會經常出現(xiàn)一些故障，例如有皮帶跑偏、打滑及撕裂等等。供料系統(tǒng)由于處在一個電網中，設備不能同時啟動，必須有次序的啟動和停止。如果供料系統(tǒng)在運行過程中某單體設備出現(xiàn)故障，則該設備及應按照順序停止的設備同時停止，并

7、給出故障指示信號供工人們能夠準確的找出故障位置并排除故障，以減少供料系統(tǒng)設備維修時間。隨著冶煉廠規(guī)模的迅速擴大，供料控制系統(tǒng)的作用日益突出，而傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)已無法滿足冶煉廠的需要，因此需要對傳統(tǒng)的冶煉廠供料系統(tǒng)進行改造。同時當今世界是一個信息技術高度發(fā)展的世界，信息貫穿社會的每個角落，現(xiàn)代化的工廠。建立全自動化的供料系統(tǒng)，不僅可以讓工人從惡劣的環(huán)境中、繁重的勞動中解放出來。而且可以通過建立控制網絡將相距較遠的各輸煤機架控制器相連，實現(xiàn)信息的相互傳遞，不僅保證了控制的時實性，可靠性，同時便于未來廠級或車間級的管理。因此，冶煉生產應用自動化已經成為必然要求，其投入產出比顯著，且逐漸成為冶煉工業(yè)現(xiàn)代

8、化的標志。1.2礦石供料系統(tǒng)技術發(fā)展前景礦石供料系統(tǒng)是冶煉廠重要的礦石傳輸部分。其后工序是冶煉廠冶煉爐，這些工序的控制都涉及過程控制技術。隨著科技的不斷進步，電子技術的不斷發(fā)展，過程控制技術經歷了三四十年代單參數(shù)儀表控制、四五十年代的單元組合儀表綜合參數(shù)儀表控制以及60年代興起的計算機過程控制等幾個階段。尤其是近一二十年來，隨著微處理器、計算機技術和過程自動化控制理論的飛速發(fā)展，可編程控制器（PLC）性價比大幅提高，并得到了很快的普及和提高?？删幊炭刂破骶哂行畔⒋鎯Α⑦壿嬇袛?、精確、快速和自動化程度高等特點。將計算機技術應用于工業(yè)控制系統(tǒng)，既可大幅度地提高勞動效率，改善勞動條件，提高熱效率，節(jié)

9、約能源，降低成本，又具有結構簡單、性價比高、使用方便的優(yōu)點。所以，PLC已成為工業(yè)自動化控制的有力工具，是工業(yè)自動化的發(fā)展方向。2 系統(tǒng)總體方案設計2.1礦石供料系統(tǒng)的工藝應用及特點礦石供料系統(tǒng)是冶煉廠的重要組成部分，其作用就是從礦石倉輸送到冶煉爐。由于將礦石輸送到冶煉爐之間環(huán)節(jié)較多，人們從不同的工藝角度出發(fā)設計可以自行設計與實際需要相符合的供料系統(tǒng)。PLC供料系統(tǒng)是在由繼電器控制的基礎上發(fā)展起來的。由于供料系統(tǒng)的設備分散且與控制室相距較遠，且整個礦石供料過程中，不可避免的礦石粉末飛揚，使得整個系統(tǒng)所處環(huán)境非常惡劣，這些都決定了必須提高礦石供料系統(tǒng)的自動化水平。又因為它具有可靠性好、成本較低、

10、運行周期長、更改方案靈活、節(jié)能和便于自動化管理等特點。因此70年代已在歐洲大陸廣泛使用。90年代以來，我國新建的大、中型冶煉廠差不多都采用了PLC控制礦石供料工藝。供料系統(tǒng)是冶煉廠冶煉工藝中的重要環(huán)節(jié)，而供料系統(tǒng)運行的穩(wěn)定、可靠，是保證冶煉廠高效運行的關鍵。若通過合理的設計，使供料系統(tǒng)經常處于最優(yōu)條件下工作，既可以延長工作周期，提高工業(yè)生產量，也可以節(jié)能和減少勞動力等。而采用PLC為核心控制系統(tǒng)的出現(xiàn)，從以下幾方面改善了供料系統(tǒng)的輸料性能： （1）增加了供料系統(tǒng)調整的靈活性。（2）增加了供料系統(tǒng)的可靠性。（3）減少了供料系統(tǒng)的經濟開支。2.2 礦石供料系統(tǒng)的組成供料控制系統(tǒng)一般由PLC、電氣執(zhí)

11、行機構和上位機組成。電氣執(zhí)行機構負責控制的具體實施，它從PLC接收控制命令，然后相關的接觸器接點閉合或斷開，電路導通，設備獲得動力繼而進行動作。如果單體設備故障，操作人員可以通過控制面板來進行緊急停車，也可對設備進行手動停車操作。PLC是實現(xiàn)自動控制的核心，所有自動控制內容都通過對它的編程實現(xiàn)。礦石供料系統(tǒng)的控制與其它車間略有不同，它的設備較多且重復，通過對PLC的編程來實現(xiàn)諸多設備的控制使得電氣接線簡單許多，這是供料控制系統(tǒng)發(fā)展的一種趨勢。本設計冶煉廠供料系統(tǒng)部分由4臺皮帶機、1臺給料器、1臺粉碎機、1臺篩選機等，來完成給料、粉碎、篩選、冶煉爐的工藝流程。礦石供料系統(tǒng)的作用就是將礦石經給料器

12、給料、粉碎、篩選后送到冶煉爐。由于其中的環(huán)節(jié)較多，所以不可能由一條皮帶實現(xiàn)直接輸送，應由多條皮帶將各設備連接而成；同時供料系統(tǒng)是冶煉廠眾多環(huán)節(jié)中的一個重要環(huán)節(jié)，礦石不經供料系統(tǒng)的運輸，就不能到達冶煉爐的爐膛，就不能進行冶煉生產?？梢?，冶煉廠礦石的供料是十分重要的，因此供料系統(tǒng)必須穩(wěn)定、可靠。為了提高系統(tǒng)的安全運行，采用傳感技術及其它檢測元件與PLC結合使用。該供料系統(tǒng)由四條供料皮帶機和粉碎機、篩選機連接組成的。這四條機架的輸料原理是完全一樣的，都是機架上的皮帶運輸機。其中的篩選機包含一臺可以正反轉轉動的電動機，它與稱重傳感器及三皮帶共同完成礦石篩選，并將不符合要求的礦料重新送回粉碎機粉碎。國內

13、礦石供料系統(tǒng)普遍采用皮帶運輸?shù)姆绞?，該方式結構簡單、運輸?shù)拈L短便于調整、負荷便于分擔、便于添加中間環(huán)節(jié)。供料生產線基本工藝可分為給料、粉碎、篩選等環(huán)節(jié)組成等幾個相關過程。其中篩選過程又由稱重傳感器及可以正反轉轉動的電動機組成。為了保證供料系統(tǒng)的可靠性，即不能間斷輸料，實際的供料系統(tǒng)采用每一機架兩條皮帶運輸?shù)V石（見圖2-2-1），當其中一條皮帶運輸機出現(xiàn)問題時，另一臺運輸機接替運行工作；或者由于運行時間條件或電動機過熱條件，兩運輸機輪流運行工作，但在這里只研究其簡單運行方式暫不考慮復雜方式。圖2-2-1 礦石供料系統(tǒng)工藝過程簡圖2.3 供料系統(tǒng)工藝流程當檢查好各設備正常情況后，按下啟動按鈕。供料

14、器開始向皮帶一供料，皮帶一把礦石輸送到粉碎機，粉碎機把礦石料粉碎后經二皮帶輸送到篩選機，之后篩選機開始工作（篩選機內含有稱重傳感器），當?shù)V石重量比設定值大時，其控制翻板的電動機正轉，將大塊的礦石通過三皮帶送回粉碎機重新加工粉碎，然后控制翻板的電動機反轉復位，規(guī)格符合要求的礦料直接通過四皮帶輸送到冶煉爐。其工藝流程圖如圖2-3-1所示。圖2-3-1 工藝流程圖系統(tǒng)處于正常狀態(tài)下，當接收到啟動及停止信號時，其動作如圖2-3-2所示。其停止過程則反之。 圖2-3-2 啟動過程當某設備需要臨時檢修時按下手動停止按鈕，該設備之前的設備按順序停止后該設備停止。又當某設備出現(xiàn)意外緊急停車時，按下手動緊急停止

15、按鈕，此單體設備及其之前的設備同時緊急停止，并發(fā)出報警信號。3 系統(tǒng)硬件設計3.1 系統(tǒng)主要設備選型根據(jù)對礦石供料控制系統(tǒng)的分析，畫出系統(tǒng)電氣控制總框圖，如圖3-1-1所示：圖3-1-1 系統(tǒng)的電氣控制總框圖根據(jù)對該供料系統(tǒng)工藝分析，確定該系統(tǒng)的主要硬件設備包括以下幾部分：PLC及其擴展模塊、皮帶機、電動機、電機過流檢測元件、稱重傳感器、皮帶跑偏檢測元件、皮帶機打滑檢測裝置、皮帶機撕裂檢測元件。主要設備選型如表3-1-1。表3-1-1 主要設備選型表3.1.1 PLC簡介可編程控制器，簡稱PLC(Programmable logic Controller)，是指以計算機技術為基礎的新型工業(yè)控制

16、裝置。在1987年國際電工委員會(International Electrical Committee)頒布的PLC標準草案中對PLC做了如下定義:“PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出控制各種類型的機械或生產過程。PLC及其有關的外圍設備都應該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴展其功能的原則而設計?！盤LC的基本組成可歸為四大部件:中央處理單元(CPU板)控制器的核心；輸入部件(1/0部件)連接現(xiàn)場設備與CPU之間；輸出部

17、件連接驅動或受控元件的接口電路；電源部件為PLC內部電路提供能源；整體結構的PLC四部分裝在同一機殼內；模塊式結構的PLC各部件獨立封裝，稱為模塊，通過機架和總線連接而成。I/O的能力可按用戶需要進行擴展和組合，另外，還必須有編程器將用戶程序寫進規(guī)定的存儲器內。用PLC設計的控制系統(tǒng)具有如下的優(yōu)點：(1)能適應工業(yè)現(xiàn)場的惡劣環(huán)境，能抗電磁干擾與電壓沖擊。(2)簡單，易于使用，不必要求微機軟硬件方面的知識，編程不需要高級語言。(3)可靠性高，平均故障間隔時間(MTBF)超過20000小時，羅克韋爾公司的產品MTBF達到50000小時。(4)編程或修改程序容易，程序可以保存和固化。(5)體積小，價

18、格低。(6)可直接將數(shù)據(jù)送入處理器中，可直接連接到現(xiàn)場。(7)可在基本系統(tǒng)上擴展，系統(tǒng)容易配置，與負載最遠距離可達10000英尺，內存可以擴展。(8)有很強的通訊功能，可與多種支持設備連接。(9)系統(tǒng)化，有標準外圍接口模塊。(10)系統(tǒng)在一種現(xiàn)場不需要時，仍可改在另一現(xiàn)場使用等一系列優(yōu)點。本設計系統(tǒng)PLC采用的是梯形圖編程語言。梯形圖在形式上類似于繼電器控制電路圖，它簡單，直觀，易讀，好懂，是PLC中普遍采用的一種編程方式。梯形圖中沿用了繼電器線路的一些圖形符號，這些圖形符號被稱為編程元件，每一個編程元件對應有一個編號。不同廠家的PLC，其編程元件的多少及編號方法不盡相同，但是基本的元件及功能

19、很相近。PLC的工作過程基本上是用戶的梯形圖程序的執(zhí)行過程，是在系統(tǒng)軟件的控制下順次掃描各輸入點的狀態(tài)，按用戶程序解算控制邏輯，然后順序向各個輸出點發(fā)出相應的控制信號。除此之外，為提高工作的可靠性和及時的接收外來的控制命令，每個掃描周期還要進行故障自診斷和處理與編程器、計算機的通信請求。因此，PLC工作過程分為以下五步：(1)自診斷自診斷功能可使PLC系統(tǒng)防患于未然，而在發(fā)生故障時能盡快的修復，為此PLC每次掃描用戶程序以前都對CPU、存儲器、輸入輸出模塊等進行故障診斷，若自診斷正常便繼續(xù)進行掃描，而一旦發(fā)現(xiàn)故障或異?，F(xiàn)象則轉入處理程序，保留現(xiàn)行工作狀態(tài)，關閉全部輸出，然后停機并顯示出錯的信息

20、。(2)與外設通信自診斷正常后PLC即掃描編程器、上位機等通信接口，如有通信請求便響應處理。在與編程器通信過程中，編程器把指令和修改參數(shù)發(fā)送給主機，主機把要顯示的狀態(tài)、數(shù)據(jù)、錯誤碼進行相應指示，編程器還可以向主機發(fā)送運行、停止、清內存等監(jiān)控命令。在與上位機通信過程中PLC將接收上位機發(fā)出的指令進行相應的操作，把現(xiàn)場工作狀態(tài)、PLC的內部工作狀態(tài)、各種數(shù)值參數(shù)發(fā)送給上位機以及執(zhí)行啟動、停機、修改參數(shù)等命令。(3)輸入現(xiàn)場狀態(tài)完成前兩步工作后PLC便掃描各個輸入點，讀入各點的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，如開關的通斷狀態(tài)、形成現(xiàn)場的內存映象。這一過程也稱為輸入采樣或輸出刷新，在一個掃描周期內內存映象的內容不變，即使

21、外部實際開關狀態(tài)己經發(fā)生了變化也只能在下一個掃描過程中的輸入采樣時刷新，解算用戶邏輯所用的輸入值是該輸入值的內存映象值而不是當時現(xiàn)場的實際值。(4)解算用戶邏輯即執(zhí)行用戶程序。一般是從用戶出現(xiàn)存儲器的最低地址存放的第一條程序開始，在無跳轉的情況下按存儲器地址的遞增方向順序的掃描用戶程序，按用戶程序進行邏輯判斷和算術運算，因此稱之為解算用戶邏輯。解算過程中所用的計數(shù)器、定時器，內部繼電器等編程元件為相應存儲單元的即時值，而輸入繼電器，輸出繼電器則用的是內存映象值。在一個掃描周期內，某個輸入信號的狀態(tài)不管外部實際情況是否己經變化，對整個用戶程序是一致的，不會造成結果混亂。(5)輸出結果將本次的掃描

22、過程中解算最新結果送到輸出模塊取代前一次掃描解算的結果，也稱為輸出刷新。解算用戶邏輯到用戶程序為止，每一步所得到的輸出信號被存入輸出信號寄存表并未發(fā)送到輸出模塊，相當于輸出信號被輸出門阻隔，待全部解算完成后打開輸出門一并輸出，所用輸出信號由輸出狀態(tài)表送到輸出模塊，其相應開關動作。驅動用戶輸出設備即PLC的實際輸出。在依次完成上述五個步驟操作后PLC又開始進行下一次掃描。如此不斷的反復循環(huán)掃描，實現(xiàn)對全過程及設備的連續(xù)控制，直至接收到停止命令、停電、或出現(xiàn)故障。3.1.2 PLC及其擴展模塊的選型PLC是整個供料控制系統(tǒng)的核心，它要完成對系統(tǒng)中所有輸入信號的采集、所有輸出單元的控制以及對外的數(shù)據(jù)

23、交換。因此我們在選擇PLC時，要考慮PLC的指令執(zhí)行速度、指令豐富程度、內存空間、通訊接口及協(xié)議、帶擴展模塊的能力和編程軟件的方便與否等多方面因素。由于本設計礦石供料自動控制系統(tǒng)控制設備相對較少，因此選用德國SIEMENS公司的S7-200型PLC。S7-200型PLC的結構緊湊，價格低廉，具有較高的性價比，廣泛適用于一些小型控制系統(tǒng)。SIEMENS公司的PLC具有可靠性高，可擴展性好，又有較豐富的通信指令，且通信協(xié)議簡單等優(yōu)點；PLC可以上接工控計算機，對自動控制系統(tǒng)進行監(jiān)測控制。PLC和上位機的通信采用PC/PPI電纜，支持點對點接口(PPI)協(xié)議，PC/PPI電纜可以方便實現(xiàn)PLC的通信

24、接口RS485到PC機的通信接口RS232的轉換，用戶程序有三級口令保護，可以對程序實施安全保護。根據(jù)控制系統(tǒng)實際所需端子數(shù)目，及考慮PLC端子數(shù)目要有一定的預留量，因此選用S7-200型PLC的主模塊為CPU226，其開關量輸出為16點，輸出形式為AC220V繼電器輸出；開關量輸入CPU226為16點，輸入形式為+24V直流輸入。由于實際中需要模擬量輸入點1個，模擬量輸出點1個，所以需要擴展，擴展模塊選擇的是EM235，該模塊有4個模擬輸入(AIW)，1個模擬輸出(AQW)信號通道。輸入輸出信號接入端口時能夠自動完成A/D的轉換，標準輸入信號能夠轉換成一個字長(16bit)的數(shù)字信號；輸出信

25、號接出端口時能夠自動完成D/A的轉換，一個字長(16bit)的數(shù)字信號能夠轉換成標準輸出信號。EM235模塊可以針對不同的標準輸入信號，通過DIP開關進行設置。3.1.3 皮帶機的選型皮帶機型號選擇正確與否是供料系統(tǒng)中相當重要的一個環(huán)節(jié)，如果選擇的型號過小則會因負荷過大而將電機燒毀或造成皮帶的斷裂，而如果選擇的型號過大，不能完全發(fā)揮其負荷能力，造成電能和設備的經費浪費。皮帶機的選型基本原則：根據(jù)該冶煉廠年消耗礦石量及其輸送距離遠近進行大體的選型及考慮每小時皮帶機需要輸送多少噸礦料，根據(jù)各滾筒相互之間受力比例關系算出皮帶所承受的張力，據(jù)此選出皮帶機的型號。本設計中選用DSJ1200/3×

26、;355型皮帶機。3.1.4 電動機的選型電動機選型基本原則，一是要確保平穩(wěn)運行；二是要確保其負載能力能滿足現(xiàn)場需要，以達到較好的節(jié)能效果。所選用的電動機必須與系統(tǒng)輸料量的變化幅度相匹配。則首先要了解工業(yè)現(xiàn)場輸料量，然后根據(jù)輸料量來確定電動機的機械負載能力，根據(jù)機械負載能力額定容量、額定轉速、額定電壓等來選擇電動機的型號。要為某一生產機械選配一臺電動機，首先要合理選擇電動機的功率。通常根據(jù)生產機械負載的需要來選擇電動機的功率，同時，還要考慮負載的工作制問題，也就是說，所選的電動機應適應機械負載的連續(xù)、短時或間斷周期工作性質。功率選用時不能太大，也不能太小。選小了，保證不了電動機和生產機械的正常

27、工作；選大了，雖然能保證正常運行，但是不經濟，電動機容量不能被充分利用，而且電動機經常不能滿載運行，使得效率和功率因數(shù)不高。  其次，根據(jù)電源電壓條件，要求所選用的電動機的額定電壓與頻率同供電電源電壓與頻率相符合。電動機的轉速一定要按生產機械銘牌上的要求選擇，否則可能改變生產機械的性能。此外，電動機的結構、防護、冷卻和安裝形式，應適應使用環(huán)境條件的要求，并且要力求安裝、調試、檢修方便，以保證電機能安全可靠的運行。由于設備處于眾多礦料環(huán)境中，應選用防爆電動機，因此本設計中篩選機中用于帶動翻板的電機選用功率為75KW的北京高壓電機廠生產的YB2防爆電動機。3.1.5 電機過流檢

28、測元件的選型開始考慮的是電流互感器。電流互感器的工作原理，在測量交變電流大電流時，為了能夠安全測量，在火線（或接地線）上串聯(lián)一個變壓器（接在變壓器的輸入端），這個變壓器的輸出端接入電流表，由于輸入線圈的匝數(shù)小于輸出線圈的匝數(shù)，因此輸出電流小于輸入電流（這時的輸出電壓大于輸入電壓，但是由于變壓器是串聯(lián)在電路中，所以輸入電壓很小，輸出電壓也不大），電流互感器就是升壓（降流）變壓器。其輸出的信號為模擬電信號。SMD系列數(shù)字型電流傳感器（電流互感器），能在電隔離的條件下測量電流，并在達到額定電流時輸出開關量的驅動信號?？芍苯舆B接PLC等控制部件，特別適合于功率器件和電路系統(tǒng)的過流、短路保護、電流檢測等

29、，響應速度極快，性能卓越。經過比較發(fā)現(xiàn)電流互感器輸出的信號為模擬量，不能直接驅動PLC，不免有些麻煩，因此本設計中選用可以直接驅動PLC的SMD系列數(shù)字開關型電流傳感器（電流互感器）。3.1.6 稱重傳感器的選型稱重傳感器實際上是一種將質量信號轉變?yōu)榭蓽y量的電信號輸出的裝置。稱重傳感器按轉換方法分為光電式、液壓式、電磁力式、電容式、磁極變形式、振動式、陀螺儀式、電阻應變式等8類。 其中，電磁力式傳感器準確度高，可達1/20001/60000，但稱量范圍僅在幾十毫克至10千克之間。 磁極變形式傳感器的準確度不高，一般為1/100，適用于大噸位稱量工作，稱量范圍為幾十至幾萬千克。振動式傳感器有振弦

30、式和音叉式兩種。 稱量范圍為100克至幾百千克，但結構復雜，加工難度大，造價高。電阻應變式傳感器的稱量范圍為300g至數(shù)千kg，計量準確度達1/10001/10000，結構較簡單，可靠性較好，大部分電子衡器均使用此傳感器。電阻應變式傳感器利用電阻應變片變形時其電阻也隨之改變的原理工作。主要由彈性元件、電阻應變片、測量電路和傳輸電纜4部分組成。電阻應變片貼在彈性元件上，彈性元件受力變形時，其上的應變片隨之變形，并導致電阻改變。測量電路測出應變片電阻的變化并變換為與外力大小成比例的電信號輸出。電信號經處理后以數(shù)字形式顯示出被測物的質量。根據(jù)實際現(xiàn)場要求及經濟方面綜合分析，這里選用電阻應變式傳感器。

31、 3.1.7 皮帶跑偏檢測元件的選型皮帶運輸機運行時皮帶跑偏是最常見的故障，皮帶跑偏輕則造成撤料、皮帶磨損，重則由于皮帶與機架劇烈摩擦引起皮帶軟化、燒焦甚至引起火災，造成整個生產線停產，因而，正確地處理好皮帶跑偏關系到整個生產系統(tǒng)的正常運轉。這里考慮選用光電式傳感器，光電式傳感器在受到可見光照射后即產生光電效應，將光信號轉換成電信號輸出。它除能測量光強之外，還能利用光線的透射、遮擋、反射、干涉等測量多種物理量，如尺寸、位移、速度、溫度等，因而是一種應用極廣泛的重要敏感器件。它是光照射到某些物質上，使該物質的電特性發(fā)生變化的一種物理現(xiàn)象。其基于外光電效應的光電敏感器件有光電管和光電倍增管。基于光

32、電導效應的有光敏電阻。基于勢壘效應的有光電二極管和光電三極管(見半導體光敏元件)。基于側向光電效應的有反轉光敏二極管。光電式傳感器還可按信號形式分為模擬式光電傳感器(見位移傳感器)和數(shù)字式光電傳感器（見轉速傳感器、光柵式傳感器、數(shù)字式傳感器）。光電式傳感器還有光纖傳感器、固體圖像傳感器等。因為礦石供料系統(tǒng)工作現(xiàn)場條件惡劣，環(huán)境不適合高精度元件工作，所以本設計選用常見的光電二極管。光電二極管是將光信號變成電信號的半導體器件。它的核心部分也是一個PN結，和普通二極管相比，在結構上不同的是，為了便于接受入射光照，PN結面積盡量做的大一些，電極面積盡量小些，而且PN結的結深很淺，一般小于1微米。光電二

33、極管是在反向電壓作用之下工作的。沒有光照時，反向電流很?。ㄒ话阈∮?.1微安），稱為暗電流。當有光照時，攜帶能量的光子進入PN結后，把能量傳給共價鍵上的束縛電子，使部分電子掙脫共價鍵，從而產生電子-空穴對，稱為光生載流子。 它們在反向電壓作用下參加漂移運動，使反向電流明顯變大，光的強度越大，反向電流也越大。這種特性稱為“光電導”。光電二極管在一般照度的光線照射下，所產生的電流叫光電流。如果在外電路上接上負載，負載上就獲得了電信號，而且這個電信號隨著光的變化而相應變化。3.1.8 皮帶機打滑檢測元件的選型皮帶打滑是由于皮帶在與主動滾筒相遇點上的實際張力大于皮帶兩端張力的極限值而產生的。此時皮帶運

34、輸機電機輸出轉矩降低。皮帶過負荷故障是由于皮帶裝載礦石量過大對托滾的正壓力N增加，托滾軸上的磨擦阻力T=f×N(f為磨擦系數(shù))增加，使得皮帶牽引力F小于摩擦阻力T，電機輸出轉矩增加。因此，為時刻檢測皮帶機是否發(fā)生打滑情況，現(xiàn)想出兩種方法：一、用兩個速度傳感器分別檢測電機和皮帶的速度，經比較如果不一致則可認為皮帶打滑，但這為軟件編程帶來一定的難度，且不方便。二、直接用轉矩傳感器檢測皮帶是否打滑，其原理是利用扭軸把轉矩轉換成扭應力或扭轉角，再轉換成與轉矩成一定關系的電信號的傳感器。扭軸的形式有實心軸、空心軸、矩形軸等。按照作用原理不同，扭應力式轉矩傳感器可分為電阻應變式和壓磁式兩種；扭轉

35、角式轉矩傳感器可分為振弦式、光電式和相位差式三種。本設計選用GSC200智能型速度傳感器，其主要用于對煤礦井下膠帶運輸機因堆煤而引起的皮帶打滑對皮帶機的從動輪進行監(jiān)控，轉速分別分為1、2、3轉/秒三個檔,供現(xiàn)場整定用, 正常時，速度傳感器輸出端“速度”輸出高電平，當從動輪的速度低于整定值25%時,經過1015秒延時,GSC200型速度傳感器輸出端“速度”輸出低電平,通過主機自動切斷皮帶機電源,實現(xiàn)低速保護。GSC200型速度傳感器為全封閉結構，有三個接線端子供與主機配接用。3.1.9 皮帶機撕裂元件的選型在運輸線上，物料從溜槽落下，其鋒利部分往往扎透皮帶，當運輸線繼續(xù)運行時，皮帶從扎透處沿縱向

36、依次被撕裂，成為引起大事故的原因。等到皮帶損傷到不能修理的程度，就得換皮帶，使運輸線不得不停運，造成很大損失。那么如何來檢測皮帶縱向撕裂事故，避免更大事故以及停產的發(fā)生呢？目前主要使采用縱向撕裂探測器來檢測?？v向撕裂檢測器采用攔索式方法，攔索通過滑板與開關連接，使開關隨著攔索的牽移而輸出停機信號。本設計選用成都市地坤機械設計研究所生產的2501系列縱向撕裂檢測器。它主要用于檢測各種規(guī)格型號的帶式輸送機膠帶縱向撕裂（惡性事故），當膠帶發(fā)生縱向撕裂時能及時發(fā)出停機信號以防止撕裂事故擴大化，給用戶造成嚴重損失。2501-L-Y型：（無控制箱）由n個傳感器組成，（n=m-1；m為緩沖托輥數(shù)），每個受料

37、段設一組；從傳感器內直接輸出停機信號。撕裂傳感器應安裝在受料段膠帶下緩沖托輥之間，控制箱應就近安裝在附近機架上;調整滑板和索桿使攔索距膠帶下表面20-30mm，再調整調線器使攔索張緊，且開關也處于動作狀態(tài)即可。新安裝的撕裂傳感器應每隔5日按上述方法重新調整24次以消除因攔索伸縮而引起誤差。3.2 系統(tǒng)主電路設計基于PLC的礦石供料系統(tǒng)的主電路圖如圖3-2-1所示：八臺電機分別為M1、M2、M3M8，它們分別帶動給料器、皮帶一、粉碎機、二皮帶、篩選機、三皮帶、四皮帶、冶煉爐。接觸器KM1、KM2、KM3KM8分別控制M1、M2、M3M8的得電運行； FR1、FR2、FR3FR8分別為八臺電機過載

38、保護用的熱繼電器；QS為八臺電機主電路的隔離開關；FU為主電路的熔斷器。接通三相電源后，三相電經低壓熔斷器FU、隔離開關QS。當供料系統(tǒng)按下啟動按鈕后，KM1得電，電機M1開始運行，經PLC的定時器延時一段時間后，KM2得電，電機M2運行，其后類推。這里的KM1、KM2、KM3KM8絕對不能同時動作，相互之間必須設計可靠的互鎖，此互鎖在軟件中實現(xiàn)。為監(jiān)控電機負載運行情況，主回路的電流大小可以通過電流互感器將數(shù)字開關量信號送至PLC來處理。同時可以通過轉換開關接電壓表顯示線電壓。并通過轉換開關利用同一個電壓表顯示不同相之間的線電壓。初始運行時，必須觀察電動機的轉向，使之符合要求。如果轉向相反，則

39、可以改變電源的相序來獲得正確的轉向。系統(tǒng)啟動、運行和停止的操作不能直接斷開主電路(如直接使熔斷器或隔離開關斷開)，必須采用自耦變壓器降壓啟動或軟啟動的方式以降低電流。 圖3-2-1 礦石供料系統(tǒng)主電路圖3.3 系統(tǒng)硬件配置及I/O接線圖根據(jù)以上硬件的選型我們可以知道，上位機通過PLC自帶的RS-232串口與之通信，并可以對PLC的工作狀況進行監(jiān)控。PLC的CPU模塊負責PLC的數(shù)據(jù)處理和通信，用于實現(xiàn)對礦石供料系統(tǒng)的自動控制，要完成以下功能：可自動控制給料器、粉碎機、篩選機、皮帶機及冶煉爐的順序啟停；對各單體設備的操作要有手動/自動控制功能，手動只在應急或檢修時臨時使用；系統(tǒng)要有完善的報警功能并能顯示運行狀況。其硬件配置如圖3-3-1所示。圖3-3-1 PLC及擴展模塊外圍接線圖EM235模擬量擴展模塊實現(xiàn)了4路模擬量輸入和1路模擬量輸出功能。EM235模擬量擴展模塊的接線方法如圖3-3-2所示，對于電壓信號，按正、負極直接接入X和X；對于電流信號，將RX和X短接后接入電流輸入信號的“”端；未連接傳感器的通道要將X和X短接。圖3-3-2 EM235端子連接圖控制系統(tǒng)的輸入信號的名稱、代碼及地址編號如表3-3-1所示。表3