基于PLC的皮帶集中控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

PAGEPAGE1煤礦的運(yùn)輸系統(tǒng)對(duì)保證礦井正常生產(chǎn)起著非常重要的作用。為了保證煤礦運(yùn)輸系統(tǒng)可靠安全運(yùn)行，對(duì)帶式輸送機(jī)進(jìn)行集中監(jiān)視和控制很必要。本文以新疆哈密煤礦主斜井及地面膠帶輸送機(jī)為背景，設(shè)計(jì)出了以PLC技術(shù)為核心的集中控制系統(tǒng)，提高了運(yùn)輸系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)和控制水平。文中首先介紹了本次設(shè)計(jì)的背景，然后設(shè)計(jì)了膠帶輸送機(jī)集中控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和應(yīng)具有的控制功能，參數(shù)的檢測(cè)和故障保護(hù)裝置，確定了各故障檢測(cè)傳感器的類(lèi)型及安裝位置。在此基礎(chǔ)上采用SIEMENS的S7-300系列PLC對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行硬件和軟件設(shè)計(jì)，其中包括PLC的模塊配置及外部連線，梯形圖程序設(shè)計(jì)。最后提出PLC控制系統(tǒng)的主要干擾源，并設(shè)計(jì)了抗干擾的措施。關(guān)鍵詞：膠帶輸送機(jī)；S7-300；集中控制系統(tǒng)PLC皮帶控制系統(tǒng)是膠帶運(yùn)輸機(jī)的自動(dòng)化控制系統(tǒng)?？稍诘V山、港口碼頭、冶金、鋼鐵、建材等行業(yè)中使用的皮帶機(jī)順序控制及保護(hù)的智能控制系統(tǒng)，其通用性、適應(yīng)性強(qiáng)，能夠完成各種控制任務(wù)它能完成各種傳感器工作狀態(tài)的監(jiān)測(cè)、皮帶及給煤機(jī)的電機(jī)起?？刂?、通訊、現(xiàn)場(chǎng)管理、集中監(jiān)控，集控系統(tǒng)采用多臺(tái)PLC組成控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，可以組成不同的控制規(guī)模，每一臺(tái)PLC又可以采用單獨(dú)控制。由于采用網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，用戶(hù)可以方便的對(duì)整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)的每一臺(tái)設(shè)備進(jìn)行管理。PLC皮帶控制系統(tǒng)系統(tǒng)特點(diǎn)PLC皮帶控制系統(tǒng)在組態(tài)系統(tǒng)時(shí)具有極大的靈活性，具有極強(qiáng)的處理能力，以及大的I/O容量。適應(yīng)性好可編程控制器是通過(guò)程序?qū)崿F(xiàn)控制的。當(dāng)控制要求發(fā)生變化時(shí)，只需改變程序即可。因此能靈活方便地進(jìn)行系統(tǒng)配置，組成不同規(guī)模、不同功能的控制系統(tǒng)，適應(yīng)能力非常強(qiáng)，即可控制一臺(tái)單機(jī)，又可控制一條生產(chǎn)線，既可現(xiàn)場(chǎng)控制，又可遠(yuǎn)距離控制。功能強(qiáng)大：PLC內(nèi)部有豐富的軟元件供您使用，可以很方便的進(jìn)行程序修改，調(diào)整計(jì)時(shí)器、計(jì)數(shù)器的值來(lái)適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行的要求。PLC皮帶控制系統(tǒng)維護(hù)程序直觀、簡(jiǎn)單，面向用戶(hù)，面向現(xiàn)場(chǎng)。程序編寫(xiě)簡(jiǎn)單易學(xué)，能夠使具有一般電工知識(shí)的維護(hù)人員在很短時(shí)間內(nèi)掌握。PLC的基本免維護(hù)性，使工人從以前集成電路繁鎖的檢修、維護(hù)中解脫出來(lái)使生產(chǎn)效率明顯提高。PLC為標(biāo)準(zhǔn)型號(hào)，在國(guó)內(nèi)的許多大公司都有經(jīng)銷(xiāo)，價(jià)格比較統(tǒng)一，為今后的備件的配備提供了方便，用戶(hù)可以擺脫以集成電路控制為主的產(chǎn)品備件的獨(dú)家提供的被動(dòng)局面（價(jià)格相當(dāng)高），降低了維護(hù)成本。PLC皮帶控制系統(tǒng)皮帶監(jiān)測(cè)保護(hù)膠帶跑偏保護(hù)——可采用跑偏開(kāi)關(guān)用于皮帶運(yùn)輸跑偏監(jiān)測(cè)和保護(hù)，成對(duì)使用。報(bào)警并可急停皮帶（根據(jù)需要）。旋轉(zhuǎn)探測(cè)儀（速度、打滑保護(hù)）——采用速度傳感器探測(cè)膠帶輸送機(jī)速度及加速度，實(shí)現(xiàn)超速打滑保護(hù)。（報(bào)警并急停皮帶）的最突出特點(diǎn)之一。PLC采用微電子技術(shù)，所有I/O接口電路均采用光電隔離措施，使工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的外電路與PLC內(nèi)部電路之間在電氣上隔離。大量的開(kāi)關(guān)動(dòng)作由無(wú)觸點(diǎn)的半導(dǎo)體完成，另外還采用了屏蔽和抗干擾措施。它的平均故障間隔時(shí)間為3-5萬(wàn)個(gè)小時(shí)。2、豐富的I/O接口。由于工業(yè)控制機(jī)只是整個(gè)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)控制系統(tǒng)中的控制中樞，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的控制，它還必須與各種工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備相連才能完成控制任務(wù)。因此，PLC除了具有計(jì)算機(jī)的基本功能（如CPU何存儲(chǔ)器）以外，還有豐富的I/O接口模塊與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的器件或設(shè)備（如按鈕、行程開(kāi)關(guān)、接近開(kāi)關(guān)、傳感器及變送器、電磁線圈、電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)器和控制閥等）直接相連。有些PLC還有通信模塊和特殊功能模塊等。3、靈活性。有了PLC，電氣工程師不必為每套設(shè)備配置專(zhuān)用裝置。如果控制系統(tǒng)的硬件設(shè)備采用相同的PLC，只需編寫(xiě)不同的應(yīng)用軟件即可。而且可以用一臺(tái)PLC控制幾臺(tái)操作完全不同的設(shè)備。4、采用模塊化結(jié)構(gòu)。為了適應(yīng)各種工業(yè)控制的需要，除單元式的小型PLC以外，絕大多數(shù)PLC都采用模塊化的結(jié)構(gòu)。PLC的各個(gè)部件均采用模塊化的設(shè)計(jì)，由機(jī)架及電纜將各模塊連接起來(lái)。5、模擬調(diào)試。PLC能對(duì)所控功能在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行模擬調(diào)試，縮短在現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)試時(shí)間。6、對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行監(jiān)視。在PLC系統(tǒng)中，操作人員能通過(guò)顯示器觀測(cè)到所控每個(gè)節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行情況，隨時(shí)監(jiān)視事故發(fā)生點(diǎn)。1.3系統(tǒng)的任務(wù)及要實(shí)現(xiàn)的主要功能本次課題任務(wù)是為了改變?cè)械睦^電器在皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)中的應(yīng)用，而采用現(xiàn)代化可編程控制器PLC進(jìn)行控制，進(jìn)行S7-300PLC模塊選型和外部連線設(shè)計(jì)。為了使集控系統(tǒng)更加完善，實(shí)現(xiàn)控制的可觀化、清晰化，加入了觸摸屏設(shè)計(jì)。它可以實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)的運(yùn)行情況和各種故障情況，進(jìn)行及時(shí)的報(bào)警顯示和記錄。進(jìn)行系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能。最后分析控制系統(tǒng)產(chǎn)生干擾的原因，提出對(duì)應(yīng)抗干擾措施。采用可編程控制器PLC對(duì)皮帶集中控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)以下功能：（1）、智能控制：具有擬人的智力，在環(huán)境條件變化時(shí)能自主地完成控制目標(biāo)的自動(dòng)控制系統(tǒng)。（2）、順序控制：按照規(guī)定的時(shí)間或邏輯的順序，對(duì)某一工藝系統(tǒng)或主要輔機(jī)的多個(gè)終端控制元件進(jìn)行一系列操作的控制系統(tǒng)。3、監(jiān)控：對(duì)裝備及系統(tǒng)的工作狀態(tài)不間斷地實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并根據(jù)反饋信息自動(dòng)對(duì)系統(tǒng)中異常部位實(shí)施相應(yīng)措施的閉合自動(dòng)控制作用。2皮帶集中控制系統(tǒng)要求2.1系統(tǒng)控制工藝以某中型煤礦為例，采用帶式運(yùn)輸機(jī)作為主要運(yùn)輸方式，其主運(yùn)輸系統(tǒng)包括主提升帶式輸送機(jī)、走廊帶式輸送機(jī)、振動(dòng)篩、中煤塊帶式輸送機(jī)、大煤塊帶式輸送機(jī)、過(guò)橋帶式輸送機(jī)和末煤刮板輸送機(jī)、煤倉(cāng)等。各條皮帶機(jī)都由一臺(tái)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，正常運(yùn)行速度為2m/s，其中振動(dòng)篩為雙層的，每條皮帶機(jī)均設(shè)置跑偏、堆煤、煙霧、拉線急停、打滑、縱撕等保護(hù)。其工藝流程圖如圖2.1所示。其中箭頭指示煤流方向。如圖2-1所示，煤炭從井底煤倉(cāng)經(jīng)給煤機(jī)運(yùn)到主提升皮帶，通過(guò)主斜井中的主提升皮帶運(yùn)至地面，經(jīng)地面的走廊皮帶輸送機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)到振動(dòng)篩，振動(dòng)篩為雙層，經(jīng)篩后分為大塊煤、中塊煤和末煤三種。大塊煤經(jīng)大塊皮帶到大塊煤倉(cāng)，中塊煤經(jīng)中塊皮帶到中塊煤倉(cāng)，而末煤先通過(guò)過(guò)橋皮帶轉(zhuǎn)運(yùn)，再利用過(guò)橋皮帶機(jī)尾的分煤擋板分到兩條末煤刮板輸送機(jī)上，運(yùn)輸?shù)礁髯缘拿簜}(cāng)，其分煤擋板是固定的。本礦井皮帶運(yùn)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(dòng)強(qiáng)度較大。其控制方式有兩種：集中手動(dòng)控制和就地控制，沒(méi)有集中自動(dòng)控制，所有的控制都由人來(lái)操作。集中控制室設(shè)在選煤樓振動(dòng)篩的附近，由控制柜、操作臺(tái)和觸摸屏組成。皮帶機(jī)的控制通過(guò)操作臺(tái)上對(duì)應(yīng)的啟停按鈕集中控制，觸摸屏實(shí)時(shí)顯示皮帶的運(yùn)行狀態(tài)和故障狀態(tài)集、故障位置。各皮帶機(jī)的機(jī)頭或機(jī)尾都設(shè)置就地控制箱，在檢修或特殊情況下進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的就地啟?？刂?。皮帶按逆煤流啟動(dòng)，順煤流停車(chē)。啟動(dòng)順序?yàn)椋耗┟汗伟鍣C(jī)、過(guò)橋皮帶、大小塊皮帶、振動(dòng)篩、走廊皮帶、主提升皮帶、給煤機(jī)；停止順序與此相反。每一條皮帶安排一人專(zhuān)門(mén)負(fù)責(zé)巡視，勞動(dòng)量大、效率低。圖2-1系統(tǒng)運(yùn)輸工藝流程圖2.2系統(tǒng)工藝控制要求本皮帶運(yùn)輸集中控制系統(tǒng)具有如下控制要求：本系統(tǒng)有集中、就地、檢修三種工作模式。一般系統(tǒng)運(yùn)行在集控工作模式下，當(dāng)組成生產(chǎn)流水線時(shí)，本機(jī)根據(jù)前后閉鎖關(guān)系自動(dòng)啟停，同時(shí)檢測(cè)各檢測(cè)保護(hù)一般系統(tǒng)運(yùn)行在集控工作模式下設(shè)備的狀況；運(yùn)行就地工作模式時(shí)，操作員手動(dòng)操作按鈕啟動(dòng)/停止皮帶機(jī)，所有保護(hù)設(shè)備均投入使用；運(yùn)行檢修工作模式時(shí)，操作員手動(dòng)單臺(tái)啟動(dòng)/停止皮帶，保護(hù)設(shè)備可有選擇性的投入使用。在檢修模式下，可將使皮帶低速運(yùn)行。工作方式的改變，只有在皮帶輸送機(jī)不轉(zhuǎn)時(shí)進(jìn)行;皮帶輸送機(jī)運(yùn)作時(shí)，不能改變其工作方式。（1）程序設(shè)計(jì)中，報(bào)警停車(chē)等故障信號(hào)自動(dòng)保持，即一旦發(fā)出故障信號(hào)，即使經(jīng)維修后信號(hào)消失，計(jì)算機(jī)內(nèi)仍保留信號(hào)故障狀態(tài)，這時(shí)復(fù)位指令可以清除故障保持信號(hào)。（2）皮帶輸送機(jī)按照逆煤流啟動(dòng)，順煤流延時(shí)停車(chē)，并具有閉鎖功能。（3）系統(tǒng)具有膠帶機(jī)低速打滑、機(jī)頭堆煤、超溫灑水、煙霧、滾筒超溫、沿線急停和跑偏等多種保護(hù)。下面簡(jiǎn)單介紹它們信號(hào)發(fā)生后的動(dòng)作情況：1）拉線開(kāi)關(guān)：信號(hào)發(fā)出后馬上發(fā)出急停指令，系統(tǒng)可以識(shí)別哪個(gè)急停開(kāi)關(guān)動(dòng)作，發(fā)出拉線開(kāi)關(guān)聲光報(bào)警。2）堆煤：信號(hào)發(fā)出后，執(zhí)行堆煤聲光報(bào)警指令和急停指令。3）跑偏：信號(hào)發(fā)出后，執(zhí)行跑偏聲光報(bào)警指令，此為一級(jí)動(dòng)作，當(dāng)報(bào)警時(shí)間超出一定時(shí)間段時(shí)，同時(shí)再執(zhí)行急停指令，此為二級(jí)動(dòng)作。4）打滑；信號(hào)發(fā)出后，執(zhí)行打滑聲光報(bào)警指令,再執(zhí)行急停指令。5）超速：信號(hào)發(fā)出后，執(zhí)行超速聲光報(bào)警和急停指令。6）斷帶：信號(hào)發(fā)出后，執(zhí)行斷帶聲光報(bào)警和急停指令。7）縱撕：信號(hào)發(fā)出后，執(zhí)行縱撕聲光報(bào)警和急停指令。8）滾筒超溫：信號(hào)發(fā)出后，執(zhí)行滾筒超溫聲光報(bào)警、灑水指令和急停指令。9）煙霧：信號(hào)發(fā)出后，執(zhí)行煙霧聲光報(bào)警、灑水指令和急停指令。（4）對(duì)設(shè)備故障和工藝參數(shù)的異常實(shí)時(shí)報(bào)警，并進(jìn)行聲光提示，系統(tǒng)狀態(tài)對(duì)位顯示，更便于維護(hù)。（5）可與工業(yè)電視系統(tǒng)配合，實(shí)時(shí)監(jiān)視皮帶機(jī)重點(diǎn)部位運(yùn)行情況，以確保人員及設(shè)備的安全；具有喊話、打點(diǎn)通訊功能，基本實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守。（6）皮帶運(yùn)輸機(jī)就地控制箱上設(shè)啟停、起動(dòng)預(yù)警按鈕，設(shè)備啟動(dòng)前發(fā)出預(yù)警信號(hào)，提示有關(guān)人員應(yīng)立即遠(yuǎn)離設(shè)備；現(xiàn)場(chǎng)可隨時(shí)停車(chē)，若設(shè)備由集控啟動(dòng)，控制系統(tǒng)接到現(xiàn)場(chǎng)停車(chē)信號(hào)后，可作急停處理，實(shí)施故障停車(chē)操作。（7）具有聯(lián)網(wǎng)功能，能與全礦井自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)可靠的聯(lián)接、實(shí)現(xiàn)全局監(jiān)控。

3系統(tǒng)控制思想3.1皮帶輸送機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案本次設(shè)計(jì)中需要集中控制的皮帶共有7條皮帶，各皮帶分部較廣，現(xiàn)場(chǎng)控制點(diǎn)很分散，并且現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境很惡劣。所以系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用PROFIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，組成主從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。根據(jù)工藝流程規(guī)劃，系統(tǒng)以PLC為控制主站，以每條皮帶就地箱配備的遠(yuǎn)程I/OET200M為從站，共設(shè)7個(gè)從站，這樣就節(jié)約了大量的電纜等材料。本系統(tǒng)由集中控制臺(tái)、PLC控制柜、觸摸屏、就地箱、各種保護(hù)傳感器及執(zhí)行器組成。完成一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)多條皮帶多個(gè)設(shè)備全過(guò)程的控制、監(jiān)測(cè)、構(gòu)成一個(gè)完善的集中控制系統(tǒng)。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3.1所示。圖3-1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖以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(qiáng)、易擴(kuò)展，基本免維護(hù)，實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)的通信，以循環(huán)掃描的方式，檢測(cè)傳感器及被控設(shè)備的信號(hào)，發(fā)出程序指令，完成對(duì)皮帶機(jī)的集中監(jiān)控，使各個(gè)皮帶協(xié)調(diào)完成工作。PLC控制柜內(nèi)部由S7-300PLC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(tái)和觸摸屏是人機(jī)的交流界面，控制臺(tái)面板上有各條皮帶機(jī)的起?？刂瓢粹o，總啟、總停按鈕，起車(chē)預(yù)警按鈕、集控/就地/檢修工作方式的轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，系統(tǒng)緊急停車(chē)按鈕；觸摸屏則詳細(xì)顯示各條皮帶及給煤機(jī)運(yùn)行情況，同時(shí)也顯示出所有皮帶上的各種保護(hù)傳感器的動(dòng)作情況、故障位置等。就地控制箱上有控制皮帶的啟動(dòng)、停止按鈕，急停按鈕，內(nèi)部配SIMATICET200M遠(yuǎn)程I/O，完成現(xiàn)場(chǎng)皮帶的數(shù)據(jù)采集和控制。每個(gè)遠(yuǎn)程I/O站可以處理256個(gè)開(kāi)關(guān)量或64個(gè)模擬量，它與CPU的通信速率最高可達(dá)12Mbps，通信距離最遠(yuǎn)可達(dá)1200米。ET200M遠(yuǎn)程單元通過(guò)IM153-2總線接口模塊連接到PROFIBUS總線上。3.2皮帶輸送機(jī)集中控制系統(tǒng)設(shè)備構(gòu)成皮帶運(yùn)輸機(jī)集中控制系統(tǒng)主要由PLC、人機(jī)界面等組成，它主要控制皮帶輸送機(jī)、各種參數(shù)檢測(cè)和故障保護(hù)裝置、將各種信息在觸摸屏上集中顯示。下面我們對(duì)集中控制系統(tǒng)各部分進(jìn)行詳細(xì)的介紹。3.2.1皮帶運(yùn)輸機(jī)帶式運(yùn)輸機(jī)是以皮帶作為牽引機(jī)構(gòu)和承載機(jī)構(gòu)的連續(xù)運(yùn)輸機(jī)械、又稱(chēng)為皮帶運(yùn)輸機(jī)，它在礦山的物料運(yùn)輸，特別是煤的運(yùn)輸方面得到了廣泛運(yùn)用。帶式運(yùn)輸機(jī)主要由以下幾種部件組成：傳動(dòng)裝置、皮帶、機(jī)架、滾筒、托輥、拉緊裝置、清掃器、裝料和卸料裝置等。皮帶運(yùn)輸?shù)幕窘Y(jié)構(gòu)見(jiàn)所示。膠帶1繞過(guò)傳動(dòng)滾筒2及尾部滾筒3形成無(wú)極循環(huán)的牽引機(jī)構(gòu)，在滾筒2和3之間的機(jī)架上按一定距離安裝托輥4和5，用來(lái)支承載有物料的膠帶段（重段）和回空的膠帶段（空段），傳動(dòng)滾筒由電動(dòng)機(jī)通過(guò)減速器帶動(dòng)，膠帶與滾筒之間的摩擦力使膠帶移動(dòng)，這時(shí)，由給料漏斗7（裝載裝置）加載在膠帶上的物料就和膠帶一起移動(dòng)。當(dāng)膠帶繞過(guò)傳動(dòng)滾筒時(shí)，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(chē)和系在它上面的重物是膠帶運(yùn)輸機(jī)的拉緊裝置，它的作用是通過(guò)安裝在小車(chē)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(guò)大，而傳動(dòng)滾筒也能有足夠的牽引力傳送給膠帶。膠帶是經(jīng)主動(dòng)滾筒和機(jī)尾改向滾筒形成一個(gè)無(wú)極環(huán)行帶。它上下的兩股膠帶分別由上下的托輥來(lái)支承。膠帶機(jī)的傳動(dòng)裝置一般位于輸送帶的頭部、中部或是尾部，它是帶式輸送機(jī)的重要組成部分。傳動(dòng)裝置一般由驅(qū)動(dòng)裝置和傳動(dòng)滾筒組成。驅(qū)動(dòng)裝置一般采用電動(dòng)機(jī)、液力偶合器、減速器及制動(dòng)輪、傳動(dòng)滾筒組成。輸送機(jī)的驅(qū)動(dòng)有單滾筒驅(qū)動(dòng)和多滾筒驅(qū)動(dòng)，一般常采用單滾筒驅(qū)動(dòng)，功率大時(shí)可采用多滾筒驅(qū)動(dòng)。多滾筒驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)就是能夠傳遞較大的功率，帶動(dòng)較大的負(fù)載，并能降低輸送帶的張力；其缺點(diǎn)就是可能會(huì)出現(xiàn)功率不平衡問(wèn)題，從而增加了電動(dòng)機(jī)的備用功率。本項(xiàng)目的膠帶輸送機(jī)都采用一臺(tái)電機(jī)的單滾筒驅(qū)動(dòng)。膠帶輸送機(jī)向上運(yùn)輸物料的傾角不能過(guò)大，運(yùn)輸煤炭時(shí)的傾角一般為18O—2lO。向下運(yùn)輸?shù)膬A角一般在150以下。超過(guò)這些數(shù)值，運(yùn)輸物料和膠帶之間就會(huì)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使物料下滑。因此，在輸送同樣高度條件下，膠帶輸送機(jī)所需廠房面積或成長(zhǎng)度較大。3.2.2皮帶運(yùn)輸機(jī)參數(shù)檢測(cè)及故障保護(hù)裝置設(shè)計(jì)為了能實(shí)時(shí)的掌握帶式輸送機(jī)的運(yùn)行狀況，需要對(duì)其一些參數(shù)如速度、滾筒溫度等進(jìn)行檢測(cè)。帶式輸送機(jī)在輸送過(guò)程中也難免出現(xiàn)一些故障，如果這些故障處理不當(dāng)，可能會(huì)導(dǎo)致更大的事故，對(duì)生產(chǎn)造成重大損失。所以，對(duì)帶式輸送機(jī)的參數(shù)檢測(cè)和采取相關(guān)保護(hù)措施是必須的。下面簡(jiǎn)要介紹一下帶式輸送機(jī)出現(xiàn)的一些常見(jiàn)故障及其參數(shù)的檢測(cè)設(shè)計(jì)。1.跑偏膠帶輸送機(jī)跑偏的根本原因是輸送帶在運(yùn)行過(guò)程中，橫向受力不平衡。主要有以下幾種原因：(1)安裝質(zhì)量原因：a機(jī)架、滾筒沒(méi)有調(diào)整平直；b托輥軸線與輸送帶中心線不垂直；c機(jī)架與地面連接強(qiáng)度不夠，機(jī)架不穩(wěn)定；d導(dǎo)料槽和卸料槽的導(dǎo)料擋板安裝位置不當(dāng)，受力不均。(2)輸送帶質(zhì)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(zhì)量原因：裝載點(diǎn)不在輸送帶中央。(4)維護(hù)質(zhì)量原因：滾筒清掃不干凈，造成直徑不等。目前，對(duì)運(yùn)輸機(jī)跑偏的解決辦法主要有兩種：(1)通過(guò)人工調(diào)整滾筒或托輥進(jìn)行調(diào)偏；(2)使用回轉(zhuǎn)式槽型調(diào)偏托輥（上膠帶裝）或平行調(diào)偏托輥（下膠帶裝）進(jìn)行自動(dòng)調(diào)偏。為實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守，多數(shù)都使用能自動(dòng)調(diào)偏的托輥。為實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)運(yùn)輸皮帶是否跑偏，一般在機(jī)頭、機(jī)中和機(jī)尾皮帶最容易跑偏的地方分別安裝一對(duì)防跑偏保護(hù)裝置。本設(shè)計(jì)中采用煤炭科學(xué)總院常州自動(dòng)化研究所的KG1007A-2型膠帶二級(jí)防跑偏開(kāi)關(guān)，其跑偏信號(hào)通過(guò)接入臨近拉線急停開(kāi)關(guān)傳輸。在皮帶正常工作時(shí)，跑偏開(kāi)關(guān)的探桿在豎直位置。當(dāng)皮帶跑偏時(shí)，皮帶碰到跑偏開(kāi)關(guān)的探桿，并帶動(dòng)探桿軸轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)與探桿固定在一軸上的凸輪也同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，撥動(dòng)跑偏開(kāi)關(guān)的微動(dòng)開(kāi)關(guān)發(fā)出跑偏信號(hào)。跑偏開(kāi)關(guān)速度傳感器KG1007A-2型膠帶防跑偏開(kāi)關(guān)為本質(zhì)安全型電氣設(shè)備，使用于煤礦有瓦斯、礦塵爆炸危險(xiǎn)的環(huán)境。它體積比較小、重量輕、密封性能好；觸點(diǎn)動(dòng)作后還留有較大的探桿轉(zhuǎn)動(dòng)緩沖角，探桿上裝有尼龍滾動(dòng)護(hù)套，避免探桿和膠帶之間的磨擦，使本身不易損壞，輸出開(kāi)關(guān)量信號(hào)。它的轉(zhuǎn)動(dòng)角度可以通過(guò)改變微調(diào)開(kāi)關(guān)的位置來(lái)改變。在此設(shè)計(jì)中，我們要求跑偏信號(hào)發(fā)出傳送給PLC，一級(jí)跑偏時(shí)發(fā)出聲光報(bào)警；二級(jí)跑偏時(shí)PLC發(fā)出急停指令，語(yǔ)音報(bào)警，同時(shí)觸摸屏故障位置指示燈亮并啟動(dòng)急停報(bào)警。KG1007A－2型防跑偏開(kāi)關(guān)技術(shù)參數(shù)如下所示：膠帶跑偏開(kāi)關(guān)型號(hào):KG1007A－2型

外殼防護(hù)等級(jí):IP54

觸點(diǎn)容量AC380V、DC220V，5A，煤礦井下使用時(shí)必須和本質(zhì)安全型電路連接

探桿動(dòng)作轉(zhuǎn)動(dòng)最大角度:大于70°，雙向轉(zhuǎn)動(dòng)

觸點(diǎn)動(dòng)作時(shí)探桿轉(zhuǎn)動(dòng)角度:25°（一級(jí)）

40°（二級(jí)）

引入電纜外徑:6～12mm,兩個(gè)出線口

重量:2kg2.速度檢測(cè)檢測(cè)膠帶打滑、超速和斷帶故障，均需要知道膠帶的運(yùn)行速度，因此我們給每條皮帶設(shè)置一個(gè)速度傳感器來(lái)檢測(cè)膠帶的速度。本設(shè)計(jì)中，我們選用常州聯(lián)力的KJ5007A型速度傳感器，輸出頻率信號(hào)，幅值5V，頻率f=200V(V為膠帶速度值)，輸出電流信號(hào)4～20mA。其工作原理是：帶式輸送機(jī)運(yùn)行時(shí)，速度檢測(cè)傳感器由緊貼膠帶的滾輪帶動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)（帶有齒槽）在光電傳感器凹槽內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，光電傳感器光路通斷受齒槽控制，輸出相應(yīng)的方波頻率信號(hào)，頻率信號(hào)經(jīng)整形放大后，再經(jīng)頻率/電壓、電壓/電流變換后輸出4～20mA的電流信號(hào)。圖3.2速度檢測(cè)傳感器部分電路方框圖3.打滑驅(qū)動(dòng)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(dòng)調(diào)整的拉緊裝置是防止驅(qū)動(dòng)滾筒打滑的有效方法。滾筒持續(xù)打滑得不到糾正，則會(huì)招致輸送帶著火，引起重大火災(zāi)事故。采用阻燃輸送帶，驅(qū)動(dòng)滾筒持續(xù)打滑也會(huì)冒煙污染空氣。因此設(shè)置打滑保護(hù)裝置，自動(dòng)監(jiān)視調(diào)整或停止。4.超速當(dāng)膠帶負(fù)載忽然變輕或是膠帶忽然斷帶時(shí)，膠帶運(yùn)行速度會(huì)馬上升高。膠帶一般正常運(yùn)行速度是2m/s，如果速度太高，會(huì)對(duì)膠帶旁邊的礦工造成危險(xiǎn)；同時(shí)若膠帶旁邊有鋒銳的物體，可能會(huì)掛破膠帶，造成重大事故。同上，我們?cè)诖嗽O(shè)計(jì)中沒(méi)有采用專(zhuān)門(mén)的超速傳感器，通過(guò)膠帶速度與設(shè)定值的比較，判定膠帶是否超速運(yùn)行。當(dāng)膠帶速度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)帶速的105%時(shí)，發(fā)出聲光報(bào)警并命令皮帶緊急停車(chē)，這里標(biāo)準(zhǔn)帶速為2m/s。5.斷帶從大量的斷帶事故分析可知，帶式輸送機(jī)斷帶原因大概有以下幾種:(1)齒輪減速器損壞，液力耦合器噴液或電動(dòng)機(jī)逆轉(zhuǎn)；(2)輸送帶接頭質(zhì)量問(wèn)題；(3)運(yùn)輸中因其他東西卷入而引起運(yùn)輸載荷突然增加；(4)啟動(dòng)和停車(chē)時(shí)應(yīng)力變化大；(5)輸送帶自身質(zhì)量不過(guò)關(guān)，輸送帶服務(wù)年限過(guò)長(zhǎng)，輸送帶長(zhǎng)時(shí)間超負(fù)荷運(yùn)輸，日常維護(hù)不到位；(6)物料分配不均，輸送帶跑偏。為了防止由這些原因引起的斷帶事故，除了進(jìn)行人為的檢修和維護(hù)外，在輸送機(jī)沿線上布置斷帶保護(hù)裝置尤為重要。因?yàn)樗梢员苊馔话l(fā)事故，隨時(shí)處于待命狀態(tài)。在滾筒實(shí)際轉(zhuǎn)速不能確定的情況下，我們通過(guò)檢測(cè)膠帶線速度與滾筒額定線速度差確定是否斷帶，當(dāng)差值大于設(shè)定值時(shí)，發(fā)出斷帶信號(hào)，命令皮帶緊急停車(chē)，同時(shí)停給煤機(jī)，并發(fā)出聲光報(bào)警。6.堆煤傳感器當(dāng)煤倉(cāng)內(nèi)有大煤塊塞住煤倉(cāng)漏口時(shí)，會(huì)使煤流阻在煤倉(cāng)內(nèi)，無(wú)法向膠帶投放。由于煤倉(cāng)特別大，如果沒(méi)有人及時(shí)發(fā)現(xiàn)煤倉(cāng)堆煤，煤在煤倉(cāng)內(nèi)會(huì)越堆越多，最后會(huì)迫使使用大量人力物力來(lái)挖除煤倉(cāng)內(nèi)阻塞的大量煤，同時(shí)將運(yùn)輸系統(tǒng)全部停下。這樣不僅浪費(fèi)時(shí)間降低工作效率，同時(shí)也費(fèi)用大量人力物力，提高煤的生產(chǎn)成本。因此加入堆煤傳感器，及時(shí)報(bào)警危險(xiǎn)煤位，處理煤倉(cāng)內(nèi)阻塞的煤。此設(shè)計(jì)中采用常州自動(dòng)化研究所的物料探測(cè)傳感器。KG1006系列物料探測(cè)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(cè)料倉(cāng)物料高度；檢測(cè)輸送機(jī)溜槽阻塞或轉(zhuǎn)載點(diǎn)堆積。傳感器可以延時(shí)動(dòng)作，延時(shí)時(shí)間可調(diào)，避免由于大塊物料撞擊引起誤動(dòng)作。這里我們選用KG1006A型，輸出觸點(diǎn)容量是AC220V，1A，電阻性負(fù)載；延時(shí)時(shí)間0.4～60s可調(diào)，瞬間復(fù)位，輸出開(kāi)關(guān)信號(hào)。堆煤傳感器一般安裝在機(jī)頭下方適當(dāng)?shù)奈恢?，且不易碰壞或被水和煤塵污染的地方。應(yīng)保證正常煤流時(shí)不誤動(dòng)作，機(jī)器振動(dòng)不誤動(dòng)作，不因滴水或煤塵集聚而誤動(dòng)作，大塊煤矸石碰撞后不能使其損壞。7.煙霧檢測(cè)傳感器由于打滑摩擦等原因，膠帶機(jī)滾筒升高到一定溫度時(shí)，會(huì)使膠帶燃著，因此我們?cè)跐L筒處設(shè)置煙霧傳感器，當(dāng)煙霧濃度大于一定值時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)。煙霧傳感器可分為離子感煙式和光電感煙式兩類(lèi)，但不管是離子式還是光電式的，都有一個(gè)共同的特點(diǎn)，即機(jī)電一體化。目前，煙霧傳感器大都采用金屬镅的離子式探測(cè)器，由不銹鋼的外殼構(gòu)成。本設(shè)計(jì)采用常州自動(dòng)化研究所的KGN1-1型煙霧傳感器，它為礦用本質(zhì)安全型，用于監(jiān)測(cè)煤礦井下因機(jī)械磨擦、電纜發(fā)熱、煤層自然等原因引起的火災(zāi)事故，輸出0/5mA的開(kāi)關(guān)量信號(hào)，紅色LED電源指示，報(bào)警時(shí)閃爍，頻率1Hz.當(dāng)檢測(cè)到煙霧濃度超過(guò)設(shè)定值時(shí)，發(fā)出灑水指令，啟動(dòng)灑水裝置對(duì)主滾筒進(jìn)行降溫滅火，并進(jìn)行聲光報(bào)警。煙霧傳感器應(yīng)懸掛在輸送機(jī)頭風(fēng)流方向后2-3米處，以保證主滾筒因摩擦產(chǎn)生煙霧時(shí)立即起作用。若風(fēng)速超過(guò)5m/s時(shí)應(yīng)安裝防風(fēng)罩，根據(jù)實(shí)際情況而定。為保證煙霧傳感器正常工作，必須對(duì)其定期打掃和清洗。8.拉線急停開(kāi)關(guān)在皮帶輸送機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，總有一些無(wú)法監(jiān)測(cè)到而又非常惡劣的事情發(fā)生，當(dāng)遇到這種緊急情況時(shí)，可以采用手動(dòng)的拉線急停開(kāi)關(guān)，使輸送帶緊急停車(chē)，避免發(fā)生重大事故。我們采用常州自動(dòng)化研究所的KG9001A-C型編碼式拉繩急停閉鎖開(kāi)關(guān)，可用作輸送機(jī)沿線電纜接線盒，并具有故障位置識(shí)別電路，識(shí)別各種不同故障及故障發(fā)生的地點(diǎn)。沿輸送機(jī)長(zhǎng)度方向配置的跑偏、縱撕（或其它傳感器）等保護(hù)裝置和起動(dòng)預(yù)告、打點(diǎn)聯(lián)絡(luò)用的信號(hào)器均可通過(guò)它們與監(jiān)控系統(tǒng)連接。拉線急停開(kāi)關(guān)沿輸送機(jī)安裝，一般每隔80-100米按一個(gè)，應(yīng)安裝在易于觀察到、易于操作的地方。煙霧傳感器拉線急停開(kāi)關(guān)KG9001A-C型拉線急停開(kāi)關(guān)的技術(shù)參數(shù)如下所示：拉力150±20N行程8～10mm復(fù)位形式人工復(fù)位工作電壓DC10～15V，煤礦井下使用時(shí)，必須與本質(zhì)安全型電路連接工作電流監(jiān)控狀態(tài)下不大于0.1mA;動(dòng)態(tài)狀態(tài)下不大于40mA輸出信號(hào)2路集電極開(kāi)路輸出位置識(shí)別地址0～63引入電纜外徑KG9001A-C兩側(cè)出線口(2個(gè))15～20mm；下部出線口(4個(gè))6～12mm出廠時(shí)拉繩配置長(zhǎng)度2×35m外殼防護(hù)等級(jí)IP54重量7.5kg9、紅外溫度傳感器由于滾筒和膠帶的摩擦作用，當(dāng)滾筒溫度過(guò)高時(shí)，會(huì)使膠帶燃著。因此，我們要及時(shí)監(jiān)測(cè)滾筒溫度，當(dāng)溫度達(dá)到一定值時(shí)報(bào)警。溫度傳感器從使用上可分為接觸式和非接觸式兩大類(lèi)，接觸式目前使用較為廣泛，而非接觸式測(cè)量是通過(guò)檢測(cè)被測(cè)物體所發(fā)出的紅外線，來(lái)達(dá)到測(cè)溫的目的。根據(jù)課題項(xiàng)目的具體要求，被測(cè)對(duì)象是一直轉(zhuǎn)動(dòng)的滾筒表面，接觸式溫度傳感器測(cè)量起來(lái)誤差太大，響應(yīng)時(shí)間太長(zhǎng)，溫度變化的傳遞完全依靠空氣為介質(zhì)進(jìn)行熱交換，因而采用接觸式測(cè)量不適用于該次設(shè)計(jì)，為此，選用了RAYTEK非接觸式紅外熱敏元件作為測(cè)溫元件，溫度傳感器的輸出信號(hào)為0～10V模擬量電壓信號(hào)，測(cè)量范圍為-32～535度。它具有響應(yīng)速度快，測(cè)量精度高，安裝維護(hù)簡(jiǎn)便等特點(diǎn)。我們將檢測(cè)到的紅外溫度與設(shè)定值比較，當(dāng)溫度大于設(shè)定值時(shí)，則發(fā)出報(bào)警指令，同時(shí)啟動(dòng)灑水閥灑水降溫。一般我們的設(shè)定值要根據(jù)考慮周邊情況，如：膠帶的制作材料，燃點(diǎn)等。10.縱撕檢測(cè)鋼線芯帶式輸送機(jī)以其強(qiáng)度高、運(yùn)量大和運(yùn)距長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，受到各企業(yè)的青睞，也得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。它之所以強(qiáng)度高是因?yàn)槠鋬?nèi)部縱向布置了許多鋼絲繩，但是在其寬度上，抗拉強(qiáng)度是很低的。因此正因?yàn)檫@一特點(diǎn)，使其容易發(fā)生縱向撕裂事故，而且一旦事故發(fā)生，就會(huì)造成非常重大的經(jīng)濟(jì)損失，即使能修補(bǔ)，也浪費(fèi)很長(zhǎng)的時(shí)間，給生產(chǎn)造成損失?？v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(zhǎng)型矸石掉到輸送帶上；機(jī)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(diǎn)來(lái)看，大部分是在裝載處，因此縱撕檢測(cè)傳感器一般放在裝載點(diǎn)前10m處。輸送帶縱撕事故如此嚴(yán)重，提出了多種檢測(cè)和監(jiān)視裝置，下面我們收集多方面資料比較詳細(xì)的介紹幾種常見(jiàn)類(lèi)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(jìn)行檢測(cè)，要根據(jù)具體情況而定，一般要選用幾種同時(shí)使用，以防范重大事故的發(fā)生。(1）漏料檢測(cè)器。當(dāng)輸送帶被撕裂后，物料會(huì)通過(guò)裂口掉到下面的托盤(pán)上，根據(jù)平衡原理，當(dāng)物料重量克服平衡錘的重量，使裝置繞支點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，迫使限位開(kāi)關(guān)動(dòng)作（圖3-2）。這種檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，檢查方便，但是，只有物料落下后才可檢測(cè)到，當(dāng)裂口因?yàn)槔χ睾系揭黄?，物料無(wú)法落下時(shí)，卻無(wú)法檢測(cè)的到。1—回空帶；2—托盤(pán)；3—支點(diǎn)：4—平衡錘；5—承載帶圖3-2(2）帶寬檢測(cè)器。它是利用與輸送帶邊緣相接觸的檢測(cè)輥或是利用超音波距離測(cè)量來(lái)檢測(cè)輸送帶寬度。這就避免了上面漏料檢測(cè)器的失誤。當(dāng)輸送帶寬度變小時(shí)，兩個(gè)檢測(cè)輥之間的距離變小，通過(guò)萬(wàn)向節(jié)把撕帶的信息傳遞給開(kāi)關(guān)，開(kāi)關(guān)控制電動(dòng)機(jī)停機(jī)。此外，帶寬檢測(cè)裝置和時(shí)間繼電器配合使用，當(dāng)接受到信號(hào)后，等待一段時(shí)間再發(fā)出動(dòng)作指令，以區(qū)分是輸送帶撕裂或是撕邊。(3）超聲波檢測(cè)器。在輸送帶容易撕裂的地方的托輥之間安裝能夠產(chǎn)生超聲波的波導(dǎo)管，使之產(chǎn)生超聲波振蕩，再通過(guò)檢波器檢波后發(fā)出。當(dāng)輸送帶正常運(yùn)行時(shí)，超聲波送波、受波正常，發(fā)出正常信號(hào)；如果輸送帶撕裂，波導(dǎo)管因彎曲而破壞，這時(shí)送波和受波狀態(tài)不同，發(fā)出輸送帶縱向撕裂信號(hào)，使輸送機(jī)停機(jī)，避免輸送帶縱向撕裂事故繼續(xù)擴(kuò)大。(4）振動(dòng)檢測(cè)器。它的激振器是一個(gè)偏心圓盤(pán)，布置在兩個(gè)承載托輥之間的輸送帶上的無(wú)載邊。在輸送帶的另一邊安裝振動(dòng)接收器，它通過(guò)自由回轉(zhuǎn)的輥輪和輸送帶接觸。帶式輸送機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，偏心激振器使輸送帶產(chǎn)生橫向強(qiáng)迫振動(dòng)，振動(dòng)接收器受輸送帶振動(dòng)的作用，發(fā)出信號(hào)并輸入放大器。當(dāng)輸送帶發(fā)生縱向撕裂時(shí)，振動(dòng)接收器再受振動(dòng)的作用，輸出信號(hào)相應(yīng)減弱，則放大器發(fā)出信號(hào)，繼電器動(dòng)作，帶式輸送機(jī)停機(jī)。在本設(shè)計(jì)中，選擇使DJSBA-1型縱撕傳感器。DJSBA-1型縱撕傳感器為礦用隔爆裝本質(zhì)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(jī)膠帶下方，近落料點(diǎn)處。當(dāng)膠帶發(fā)生縱向撕裂時(shí)，物料灑落在傳感器上面，物料超過(guò)設(shè)定重量（0.2kg）時(shí)，傳感器發(fā)出動(dòng)作信號(hào)送至主控系統(tǒng)，立即停車(chē)并聲光報(bào)警。

4膠帶輸送機(jī)控制系統(tǒng)硬件選型4.1PLC硬件設(shè)計(jì)SIMATICS7—300系列PLC是模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，各個(gè)單獨(dú)模塊之間可以進(jìn)行單獨(dú)組合和擴(kuò)展，從而使控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)更加靈活滿足不同的應(yīng)用需求。編程器PG用來(lái)為S7-300PLC編制程序，使用編程電纜連接編程器和CPU。通過(guò)PROFIBUS電纜可以實(shí)現(xiàn)S7-300CPU之間的通訊，以及與其他SIMATICS7PLC進(jìn)行通訊。一根PROFIBUS總線電纜可以連接多個(gè)S7-300。S7-300PLC的主要組成部分有導(dǎo)軌（RACK）、電源模塊（PS）、中央處理單元模塊（CPU）、接口模塊（IM）、信號(hào)模塊（SM）、功能模塊（FM）。它通過(guò)MPI網(wǎng)的接口直接與編程器PG、操作員面板OP和其它S7PLC相連。4.1.1CPU的選擇（1）I/O點(diǎn)數(shù)的確定經(jīng)過(guò)對(duì)各輸入輸出的大略計(jì)算，本設(shè)計(jì)中需要數(shù)字量輸入164點(diǎn)，數(shù)字量輸出69點(diǎn)，模擬量輸入通道14路，其具體分配見(jiàn)表表4-1模擬量輸入通道統(tǒng)計(jì)表模擬量輸入通道數(shù)皮帶機(jī)速度7滾筒溫度7總計(jì)14表4-2數(shù)字量輸入點(diǎn)數(shù)統(tǒng)計(jì)表數(shù)字量輸入點(diǎn)數(shù)操作臺(tái)控制方式選擇3總啟動(dòng)按鈕1總停止按鈕1起車(chē)預(yù)警按鈕1急停按鈕1給煤機(jī)啟停按鈕2各皮帶啟停按鈕14堆煤傳感器7主提升、走廊皮帶跑偏開(kāi)關(guān)24其他皮帶跑偏開(kāi)關(guān)48縱撕傳感器7煙霧傳感器7走廊皮帶拉線急停開(kāi)關(guān)2主提升皮帶拉線急停開(kāi)關(guān)20其他皮帶拉線急停開(kāi)關(guān)5就地箱啟動(dòng)按鈕7就地箱停止按鈕7就地箱急停按鈕7總計(jì)164表4-3數(shù)字量輸出點(diǎn)數(shù)統(tǒng)計(jì)表數(shù)字量輸出點(diǎn)數(shù)皮帶電機(jī)開(kāi)7灑水裝置電磁閥7皮帶電機(jī)關(guān)7警鈴1給煤機(jī)啟動(dòng)、停止2狀態(tài)指示燈10就地箱故障顯示燈35總計(jì)69考慮到前面的設(shè)計(jì)中I/O點(diǎn)數(shù)可能有疏漏，并考慮到I/O端的分組情況以及隔離與接地要求，應(yīng)在統(tǒng)計(jì)后得出的I/O總點(diǎn)數(shù)基礎(chǔ)上，增加10％到15％的裕量?？紤]裕量后的I/O總點(diǎn)數(shù)即為I/O點(diǎn)數(shù)估計(jì)值。選定的PLC機(jī)型的I/O能力極限值必須大于I/O點(diǎn)數(shù)估計(jì)值，并應(yīng)盡量避免使PLC能力接近飽和，一般應(yīng)留有30％的裕量。（2）存儲(chǔ)器容量選擇PLC的I/O點(diǎn)數(shù)估算值大小，在很大程度上反映了PLC系統(tǒng)的功能要求，因此可以在I/O點(diǎn)數(shù)估算值的基礎(chǔ)上計(jì)算對(duì)PLC存儲(chǔ)器容量的需求。目前，大多用統(tǒng)計(jì)經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行存儲(chǔ)器容量估算。這種方法是以PLC處理每個(gè)信息量所需存儲(chǔ)器數(shù)的統(tǒng)計(jì)平均經(jīng)驗(yàn)值為依據(jù)，乘以信息量數(shù)再考慮一定的裕量計(jì)算得到存儲(chǔ)器需要容量。作為一般應(yīng)用下的一種經(jīng)驗(yàn)公式是：存儲(chǔ)器容量其中：DI為數(shù)字量輸入總點(diǎn)數(shù)； DO為數(shù)字量輸出總點(diǎn)數(shù)； AI/O為模擬量I/O通道總數(shù)。 DI點(diǎn)數(shù)估計(jì)值為164×1.15=189，DO點(diǎn)數(shù)估計(jì)值為69×1.15=80，AI通道估計(jì)值為14×1.15=17個(gè)。所以存儲(chǔ)器容量為: 1.2×(189×10+69×5+17×100)/1024=4.62KB（3）響應(yīng)速度通過(guò)上面的計(jì)算，考慮系統(tǒng)通訊和冗余的要求，選用SIMATICS7-300系列中的CPU315-2DP是最合適的。其中最主要的原因是CPU315-2DP是S7-300系列中唯一帶現(xiàn)場(chǎng)總線(PROFIBUS)SINECL2-DP接口的CPU模塊。內(nèi)置80KBRAM，隨機(jī)存儲(chǔ)器為48KB，最大數(shù)字量I/O點(diǎn)數(shù)為1024個(gè)，最大模擬量I/O通道數(shù)為128個(gè)。最大配置4個(gè)機(jī)架，32塊模塊。滿足設(shè)計(jì)需要。4.1.2數(shù)字量模塊選擇1.數(shù)字量輸入模塊的選擇及外部連線數(shù)字量輸入模塊SM321：數(shù)字量輸入模塊用于將現(xiàn)場(chǎng)過(guò)程送來(lái)的數(shù)字信號(hào)電平轉(zhuǎn)換成S7-300內(nèi)部信號(hào)電平。數(shù)字量輸入模塊有直流輸入方式和交流輸入方式。直流輸入模塊各輸入點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的電路都相同，它們有一個(gè)公共的端子，即有一個(gè)公共匯入集點(diǎn)，因此直流輸入方式又稱(chēng)為直流匯點(diǎn)輸入方式。交直流輸入模塊各輸入電路都相同，但它們各個(gè)輸入電路可能有一個(gè)公共端子，稱(chēng)為匯點(diǎn)輸入方式；也可能沒(méi)有公共端子，而是彼此獨(dú)立，互不影響，稱(chēng)為分隔式輸入方式。輸入模塊的選擇時(shí)應(yīng)注意以下幾方面：a.根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與模塊之間的距離來(lái)選擇模塊電壓水平，其傳輸距離不宜太遠(yuǎn)；b.模塊的同時(shí)接通點(diǎn)數(shù)不宜太多，一般來(lái)講，同時(shí)接通點(diǎn)數(shù)不要超過(guò)輸入點(diǎn)數(shù)的60%；c.為提高控制系統(tǒng)的可靠性，應(yīng)考慮其門(mén)檻電平的大小。門(mén)檻電平越高，抗干擾能力越強(qiáng)，傳輸距離也越遠(yuǎn)。綜合考慮以上幾點(diǎn)，本次設(shè)計(jì)中選用直流32點(diǎn)輸入的輸入模塊SM321（6ES7321-1BL00-0AA0）。操作臺(tái)輸入開(kāi)關(guān)量有23個(gè)點(diǎn)，遠(yuǎn)程I/O主提升皮帶輸入開(kāi)關(guān)量有38個(gè)，其他皮帶輸入開(kāi)關(guān)量點(diǎn)數(shù)都少于20個(gè)。故操作臺(tái)輸入模塊SM321選1塊，主提升皮帶遠(yuǎn)程I/O選2塊，其余皮帶遠(yuǎn)程I/O各選1塊，一共選9塊輸入模塊SM321。輸入模塊是通過(guò)輸入端子與外部用戶(hù)輸入設(shè)備相連接的。輸入模塊通常有若干個(gè)輸入點(diǎn)。每一個(gè)輸入點(diǎn)能接受一個(gè)來(lái)自用戶(hù)輸入設(shè)備所發(fā)出的開(kāi)關(guān)信號(hào)。輸入模塊與外部用戶(hù)輸入設(shè)備的接線分匯點(diǎn)式輸入接線和分隔式輸入接線兩種基本接線形式。匯點(diǎn)式輸入接線如下圖，各輸入電路有一個(gè)公共端（匯集端）COM，可以是全部輸入端為一組，共用一個(gè)公共端和一個(gè)電源；也可以是將全部輸入點(diǎn)分為幾組，每組有一個(gè)公共端和獨(dú)立的一個(gè)電源。匯點(diǎn)式輸入接線即可以用于直流輸入模塊，也可用于交流輸入模塊。直流輸入模塊的電源一般由PLC本身的電源供給，交流輸入模塊的電源由用戶(hù)提供。本項(xiàng)目輸入模塊的外部接線如附圖所示，它采用匯點(diǎn)式直流輸入方式。 （a）（b）圖4-1匯點(diǎn)式輸入接線（a直流模塊b交流模塊）2.數(shù)字量輸出模塊的選擇和外部連線SM322數(shù)字量輸出模塊的作用是將S7-300的輸出信號(hào)傳給外部負(fù)載（即用戶(hù)輸出設(shè)備），并將S7-300內(nèi)部低電平信號(hào)轉(zhuǎn)換成外部所需要電平的輸出信號(hào)。因此每一個(gè)輸出點(diǎn)的輸出電路可等效為一個(gè)輸出繼電器，可直接用于驅(qū)動(dòng)電磁閥、接觸器、小型電機(jī)、燈和電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)器。按負(fù)載回路使用電源的不同，可分為直流輸出模塊、交流輸出模塊和交直流兩用輸出模塊三種。按輸出開(kāi)關(guān)器件的種類(lèi)不同又可分為晶體管輸出方式、可控硅輸出方式和繼電器觸點(diǎn)輸出方式三種。晶體管輸出方式的模塊只能帶直流負(fù)載，屬于直流輸出模塊；可控硅輸出方式的模塊只能帶交流負(fù)載，屬于交流輸出模塊；繼電器觸點(diǎn)輸出方式的模塊可帶直流負(fù)載，也可帶交流負(fù)載，屬于交直流兩用輸出模塊。從響應(yīng)速度來(lái)看，晶體管響應(yīng)最快，繼電器最慢；從安全隔離效果和應(yīng)用靈活性角度來(lái)看，以繼電器觸點(diǎn)輸出型最佳。數(shù)字量輸出模塊SM322有七種型號(hào)輸出模塊可供選擇，即16點(diǎn)晶體管輸出、32點(diǎn)晶體管輸出、16點(diǎn)可控硅輸出、8點(diǎn)晶體管輸出、8點(diǎn)可控硅輸出、8點(diǎn)繼電器輸出和16點(diǎn)繼電器輸出模塊。模塊的每個(gè)輸出點(diǎn)有一個(gè)綠色發(fā)光二極管顯示輸出狀態(tài)，輸出邏輯“1”時(shí)，二極管發(fā)光。模塊是通過(guò)輸出端子與外部用戶(hù)輸出設(shè)備連接的。輸出模塊通常有若干個(gè)輸出點(diǎn)，每一個(gè)輸出點(diǎn)能驅(qū)動(dòng)一個(gè)用戶(hù)輸出設(shè)備（負(fù)載）。典型用戶(hù)輸出設(shè)備有繼電器、接觸器、電磁閥線圈以及信號(hào)燈等。輸出模塊與外部用戶(hù)輸出設(shè)備的接線分為匯點(diǎn)式輸出接線和分隔式輸出接線兩種基本接線形式。 圖4-2匯點(diǎn)式輸出接線圖4-3分隔式輸出接線匯點(diǎn)式輸出接線如圖3.3所示，各輸出回路有一個(gè)公共端，可以是全部輸出信號(hào)為一組，共用一個(gè)公共端和一個(gè)電源；也可以將全部輸出點(diǎn)分為幾組，每組有一個(gè)公共端和獨(dú)立的一個(gè)電源。負(fù)載電源可以是直流也可以是交流，但必須是有用戶(hù)提供。匯點(diǎn)式輸出接線既可以用于直流輸出模塊，也可用于交流輸出模塊。分隔式輸出接線如圖3.4所示，每個(gè)輸出回路有兩個(gè)接線端，由單獨(dú)一個(gè)電源供電。相對(duì)于電源來(lái)說(shuō)，每個(gè)輸出點(diǎn)之間是相互隔離的。負(fù)載電源可以是交流，也可以是直流，它必須由用戶(hù)提供。本項(xiàng)目輸出模塊的外部接線如附圖所示，它采用匯點(diǎn)式輸出方式。4.1.3模擬量模塊選擇模擬量輸入模塊SM331的輸入測(cè)量范圍很寬，它可以直接輸入電壓、電流、電阻、熱電偶等信號(hào)，根據(jù)型號(hào)的不同，各模擬量輸入范圍的數(shù)字化表示以及數(shù)字量與不同的模擬輸出范圍間的對(duì)應(yīng)可以從技術(shù)手冊(cè)中查到。模塊與S7-300CPU及負(fù)載電壓之間是光電隔離的。SM331主要是由A/D轉(zhuǎn)換部件、模擬切換開(kāi)關(guān)、補(bǔ)償電路、恒流源、光電隔離部件、邏輯電路等組成。A/D轉(zhuǎn)換部件是模塊的核心，其轉(zhuǎn)換原理采用積分的方法，積分時(shí)間直接影響到A/D轉(zhuǎn)換時(shí)間和A/D轉(zhuǎn)換精度。所有模擬量的輸入通道共用一個(gè)轉(zhuǎn)換部件，通過(guò)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，將各通道按順序一個(gè)個(gè)轉(zhuǎn)換。輸入模塊的循環(huán)時(shí)間是指這一通道開(kāi)始轉(zhuǎn)換模擬量輸入值到下次開(kāi)始轉(zhuǎn)換的時(shí)間，它是模塊中所有活動(dòng)的輸入通道的轉(zhuǎn)換時(shí)間的總和。因此為了縮短循環(huán)時(shí)間，應(yīng)該使用S7組態(tài)工具屏蔽不用的模擬量通道，使其不占用循環(huán)時(shí)間。在此項(xiàng)目中，模擬量信號(hào)7滾筒紅外測(cè)溫0～10V電壓信號(hào)，7測(cè)速傳感器4～20mA電流信號(hào)。模擬量輸入模塊的選擇要考慮通道數(shù)。選用8通道的模擬量輸入模塊SM331（6ES7331-7KF02-0AB0），其端子接線圖和端子框圖如附圖所示。操作臺(tái)處沒(méi)有，各遠(yuǎn)程I/O分別設(shè)1塊，共選用7塊。SM331的每?jī)蓚€(gè)輸入通道構(gòu)成一個(gè)輸入通道組，可以按通道組任意的選擇測(cè)量方法和測(cè)量范圍。模塊上需要接DC24V的負(fù)載電壓L+，有反極性保護(hù)功能。4.1.4電源模塊的選擇電源模塊的選擇很簡(jiǎn)單，只需考慮輸出電流。電源模塊的額定輸出電流必須大于CPU模塊、輸入輸出模塊、專(zhuān)用模塊等消耗電流的總和。S7-300各個(gè)模塊使用的電源是通過(guò)S7-300的背板總線傳送的，一部分模塊還需要從外部負(fù)載電源供電。在建立一個(gè)項(xiàng)目系統(tǒng)的時(shí)候，應(yīng)充分考慮各個(gè)模塊的電流耗量和功率損耗，所有S7-300模塊使用的從S7-300背板總線提供的總電流不能超過(guò)1.2A。在S7-300的一個(gè)實(shí)際項(xiàng)目中，所有模塊確定后，要選擇合適的電源模塊。電源模塊的輸出功率必須大于CPU模塊、所有I/O模塊、各智能模塊等總消耗功率之和，并且要留有大約30%的余量。S7-300的專(zhuān)用電源模塊PS307用于將120/230V交流電轉(zhuǎn)化為24V直流供電電源，以作為CPU和其他模塊所需電源。根據(jù)輸出電流的不同，有3種規(guī)格的電源模塊可選：2A、5A、10A。綜合考慮以上各點(diǎn)，本次設(shè)計(jì)選用10A的電源模塊PS307（6ES7307-1KA00-0AA0）。輸出電壓24VDC；具有防短路和開(kāi)路保護(hù)；連接單相交流系統(tǒng)(輸入電壓120/230VAC，50/60Hz)；可靠的隔離特性，符合EN60950；可用作負(fù)載電源。 查閱西門(mén)子S7-300的硬件手冊(cè)知道PS307電源模塊(10A)的接線圖如圖4.4所示。 圖4-4電源模塊接線圖綜上所述，本次設(shè)計(jì)中我們選用的模塊：CPU315-2DP處理器；PS307電源模塊；ET200M遠(yuǎn)程控制單元；CP340通信模塊；SM321數(shù)字量輸入模塊；SM322數(shù)字量輸出模塊；SM331模擬量輸入模塊。表4-4硬件選型序號(hào)設(shè)備名稱(chēng)出廠號(hào)1PS307電源模塊（5A）6ES7307—1BA00—0AA02CPU314C—2DP6ES7314—6CG03—0AB03數(shù)字量輸入模塊SM321DI16*24VDC6ES7321—1BH02—0AA04數(shù)字量輸出模塊SM322DO8*RELAC230V6ES7322—1HF01—0AA05接口模塊IM3606ES7360—3AA01—0AA06連接電纜IM360，2.5m6ES7368—3BF01—0AA07導(dǎo)軌，830mm6ES7390—1AJ30—0AA0840針前連接器，螺釘型6ES7392—1AM00—0AA09MMC微存儲(chǔ)卡512k6ES7953—8LJ11—0AA010CP340標(biāo)準(zhǔn)串行通訊模塊6ES7340—1BH02—0AE011CP342-5PROFIBUS-DP6GK7342—502—0XE013機(jī)架14計(jì)算機(jī)15三相異步電動(dòng)機(jī)17變頻器MM440其具體配置如圖4-5所示。圖4-5系統(tǒng)通信配置圖4.2PROFIBUS-DP總線及ET200M選型1.ET200MSIMATICET200M是采用模塊化的設(shè)計(jì)，方便安裝于控制柜。且與SIMATICS7-300I/O模塊及功能模塊兼容，安全性高。支持“熱插拔”功能，適合過(guò)程控制中危險(xiǎn)區(qū)域使用，遠(yuǎn)程擴(kuò)展使用等特殊情況。ET200M是高密度配置的模塊化I/O站，保護(hù)等級(jí)為IP20。它可以用S7－300可編程控制器的信號(hào)，功能和通訊模塊擴(kuò)展。由于模塊的種類(lèi)眾多，ET200M尤其適用于復(fù)雜的自動(dòng)化任務(wù)?？刹迦肽M量HART的輸入和輸出模塊，意味著ET200M適用于過(guò)程工程。它也適宜于與冗余系統(tǒng)一起使用。ET200M是在PROFIBUS-DP上的被動(dòng)站(從站)。最大數(shù)據(jù)傳輸速率為12M位/S。ET200M也可以在運(yùn)行過(guò)程中，在有電源情況下配置S7-300I/O模塊的有源總線模塊，其余模塊仍繼續(xù)運(yùn)行。1.ET200M由以下部分組成：(1）IM153接口：用于與PROFIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)總線的連接；(2）各種I/O模塊：用總線連接器連接或插入在有源總線模塊內(nèi),總線連接器設(shè)計(jì)，在運(yùn)行過(guò)程中不能更換模塊；有源總線模塊設(shè)計(jì)，在運(yùn)行過(guò)程中能更換模塊；(3）電源(如有必要)；(4）S7-300自動(dòng)化單元的所有I/O模塊：都可應(yīng)用(功能和通信模塊只用于SIMATICS7/M7主設(shè)備)；(5）HART模塊。 ET200M最多可擴(kuò)展8個(gè)I/O模塊，每個(gè)ET200M的最大地址區(qū)：128字節(jié)輸入和128字節(jié)輸出。ET200M通過(guò)RPOFIBUS-DP與PLC控制柜連接通信。2.PROFIBUS-DP總線PROFIBUS是世界上最大的開(kāi)放式工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)之一，它的的技術(shù)性能使其可以用于工業(yè)自動(dòng)化的一切領(lǐng)域。這種網(wǎng)絡(luò)能夠支持32個(gè)節(jié)點(diǎn)，最高運(yùn)行速度為12Mbps。與大多數(shù)現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)一樣，PROFIBUS能夠減少運(yùn)營(yíng)成本，提高生產(chǎn)效率，加快新品上市時(shí)間，并改善產(chǎn)品質(zhì)量。與標(biāo)準(zhǔn)4～20mA控制不同，PROFIBUS能夠在由一根雙絞線電纜組成的單一總線網(wǎng)段上，支持32個(gè)工作站。PROFIBUS-DP是PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線的三個(gè)兼容版本之一，它是專(zhuān)為自動(dòng)控制系統(tǒng)和設(shè)備分散I/O之間通信設(shè)計(jì)的，是經(jīng)過(guò)優(yōu)化的高速、廉價(jià)的通信連接。PROFIBUS-DP的特點(diǎn)：(1）代替PLC/PC與I/O之間昂貴的電線；(2）快速，傳輸1千字節(jié)的輸入數(shù)據(jù)和1千字節(jié)的輸出數(shù)據(jù)所需時(shí)間<2ms；(3）強(qiáng)有力的工具，減少組態(tài)和維護(hù)費(fèi)用；(4）被所有主要的PLC制造商支持；(5）有廣泛的產(chǎn)品：PLC,PC,I/O,驅(qū)動(dòng)器,編碼器等；(6）允許周期性和非周期性的數(shù)據(jù)傳輸；(7）單主和多主網(wǎng)絡(luò)；(8）每個(gè)站的輸入和輸出數(shù)據(jù)最多可達(dá)244字節(jié)。(9）強(qiáng)大的三級(jí)診斷功能，CPU、模塊、通道診斷一應(yīng)俱全。4.3外圍設(shè)備硬件選型系統(tǒng)有以下幾部分組成:1.恒速閉環(huán)控制系統(tǒng)由速度反饋和負(fù)載電流反饋組成。異步電機(jī)通過(guò)逆變器反饋驅(qū)動(dòng)變負(fù)載,PLC控制逆變器的輸出。2.變速開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng).異步電機(jī)通過(guò)恒定的逆變器反饋驅(qū)動(dòng)變負(fù)載。PLC是沒(méi)有靈活性。3.準(zhǔn)變速系統(tǒng).由三相標(biāo)準(zhǔn)恒壓恒頻電源提供給異步電機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)變負(fù)載。閉環(huán)系統(tǒng)4.去掉速度和負(fù)載反饋可得到開(kāi)環(huán)系統(tǒng)。另一方面,如果整個(gè)控制系統(tǒng)是迂回的，系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)。控制系統(tǒng)是為測(cè)試轉(zhuǎn)子損壞的異步電機(jī)而設(shè)計(jì)的，表I給出了技術(shù)規(guī)范。異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)作為變動(dòng)負(fù)載的直流電機(jī)。三相電源和三相主開(kāi)關(guān)聯(lián)接，再和可以保護(hù)防止過(guò)電流的三相熱繼電器相連。繼電器輸出連接整流器，整流器調(diào)整三相電壓，并且給IGBT逆變器提供直流輸入。它的技術(shù)規(guī)范[25]在表II中給出了概括。表4.5異步電機(jī)技術(shù)參數(shù)接線方式△/Y輸入電壓380/660AC輸入電流1.5/0.9A額定功率0.6KW輸入頻率50HZ磁極數(shù)4額定速度1400rpm表4-6逆變器技術(shù)參數(shù)輸出電壓380，460AC輸出頻率0，480HZ輸出電流2，5A輸出負(fù)載150%/60S電源電壓380-460-10%VAC輸入電流3A功耗46W表4-7檢測(cè)元件選型跑偏開(kāi)關(guān)KG1007A-2速度傳感器KJ5007A堆煤傳感器KG1006A與KG1006C煙霧檢測(cè)傳感器KGN1-1拉線急停開(kāi)關(guān)KG9001A-C

5皮帶控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)5.1集中控制的流程圖西門(mén)子的S7-300系列PLC所用的編程語(yǔ)言是西門(mén)子開(kāi)發(fā)的STEP7，這是一種可運(yùn)行于通用微機(jī)中，在WINDOWS環(huán)境下進(jìn)行編程的語(yǔ)言。將它通過(guò)計(jì)算機(jī)的串行口和一根PC/MPI轉(zhuǎn)接電纜與PLC的MPI口相連，即可進(jìn)行相互間的通信。通過(guò)STEP7編程軟件，不僅可以非常方便地使用梯形圖和語(yǔ)句表等形式進(jìn)行離線編程，經(jīng)過(guò)編譯后通過(guò)轉(zhuǎn)接電纜直接送入PLC的內(nèi)存中執(zhí)行，而且在調(diào)試運(yùn)行時(shí)，還可以在線監(jiān)視程序中各個(gè)輸入輸出或狀態(tài)點(diǎn)的通斷狀況，甚至可以在線修改程序中變量的值，給調(diào)試工作也帶來(lái)極大的方便。圖5-1系統(tǒng)軟件流程圖該集中控制系統(tǒng)共有三種工作方式。集控方式下，膠帶機(jī)和給煤機(jī)根據(jù)生產(chǎn)工藝流程預(yù)先編制的程序來(lái)集中控制啟停，各種保護(hù)均投入；就地方式下，膠帶機(jī)和給煤機(jī)由操作員控制手動(dòng)按鈕通過(guò)PLC分別控制它們的啟停，保護(hù)也均投入；檢修方式下，膠帶機(jī)和給煤機(jī)也采用手動(dòng)按鈕通過(guò)PLC分別控制啟停，但是保護(hù)可根據(jù)需要有選擇的進(jìn)行投入，各故障的投入選擇可在顯示屏內(nèi)進(jìn)行控制。5.2系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)5.2.1硬件組態(tài)項(xiàng)目屏幕的左側(cè)選中該項(xiàng)目，在右鍵彈出的快捷菜單中選擇InsertNewObject插入SIMATIC300Station，可以看到選擇的對(duì)象出現(xiàn)在右側(cè)的屏幕上。如圖5.2所示：圖5-2插入SIMATIC300Station雙擊右側(cè)生成的hardware圖標(biāo)，在彈出的HWconfig中進(jìn)行組態(tài)，在菜單欄中選擇“View”選擇“Catalog”打開(kāi)硬件目錄,按訂貨號(hào)和硬件安裝次序依次插入機(jī)架、電源、CPU。如圖5-3所示：圖5-3插入機(jī)架、電源、CPU插入DP時(shí)會(huì)同時(shí)彈出組態(tài)PROFIBUS畫(huà)面,選擇新建一條PROFIBUS（1），組態(tài)PROFIBUS站地址，點(diǎn)擊“Properties”鍵組態(tài)網(wǎng)絡(luò)屬性如圖5.4所示：圖5-4組態(tài)網(wǎng)絡(luò)屬性5.2.2控制方式選擇通過(guò)控制臺(tái)的三位置選擇開(kāi)關(guān)來(lái)選擇系統(tǒng)的工作方式，任何時(shí)候只能處于一種工作方式。膠帶和給煤機(jī)在運(yùn)行的時(shí)候，工作方式不可改變。在觸摸平屏上可以由顯示燈來(lái)表示系統(tǒng)當(dāng)前的工作方式。集控方式下，按下顯示屏上的啟動(dòng)/停止控制按鈕，各條皮帶按設(shè)好的程序起停，啟動(dòng)允許信號(hào)可以由逆煤流的前一條皮帶啟動(dòng)一段時(shí)間后給出，停止信號(hào)可以由順煤流的前一條皮帶停止一段時(shí)間后給出，時(shí)間設(shè)定與膠帶運(yùn)行速度有關(guān)，以膠帶上煤流全部卸載完畢為最佳。下面我們以工作方式選擇和就地方式啟停為例進(jìn)行程序說(shuō)明。1.工作方式選擇程序段1：工作方式選擇。I0.0、I0.1、I0.2分別是集控方式、就地方式、檢修方式信號(hào)，當(dāng)在任一個(gè)工作方式下發(fā)出皮帶啟動(dòng)信號(hào)Q0.2后，不能再選擇其它工作方式。M0.7、M0.6、M0.5分別是三種方式下的自保信號(hào)，起自保作用。M0.0常閉結(jié)點(diǎn)不用來(lái)控制，只是為了讓三段合成一個(gè)程序段，滿足梯形圖的語(yǔ)法結(jié)構(gòu)，否則要拆成三個(gè)程序段。 2.就地方式啟?？刂瞥绦蚨?：I0.3是皮帶的啟動(dòng)按鈕，I0.4是其停止按鈕，M4.0是故障急停信號(hào)。有任何故障發(fā)出急停指令時(shí)不允許啟動(dòng)皮帶。程序段3：?jiǎn)?dòng)報(bào)警信號(hào)。當(dāng)M0.4閉合時(shí)，脈沖定時(shí)器T9開(kāi)始計(jì)時(shí)，發(fā)出30S的報(bào)警指令Q0.0。同時(shí)啟動(dòng)接通延時(shí)定時(shí)器T10。程序段4：當(dāng)30S延時(shí)預(yù)警成功后，向皮帶正式發(fā)出啟動(dòng)指令Q0.2。I1.2是皮帶電機(jī)運(yùn)行返回信號(hào)，起自保作用。Q1.0是操作臺(tái)上對(duì)應(yīng)運(yùn)行指示燈，PLC_D02是觸摸屏上的啟動(dòng)指示燈。啟動(dòng)允許信號(hào)發(fā)出后，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境和設(shè)備的工藝需求，在啟動(dòng)運(yùn)行皮帶沿線發(fā)出預(yù)警聲響，時(shí)間一般是30秒。只有在無(wú)故障啟動(dòng)的情況下，預(yù)警才會(huì)成功。5.2.3模擬量的處理膠帶在煤炭運(yùn)輸中的重要角色，讓煤礦無(wú)法忽視它的運(yùn)行狀況，因此，有效的監(jiān)測(cè)故障，及時(shí)采取預(yù)防措施，避免重大事故發(fā)生，或者盡量減少損失是非常必要的。膠帶常見(jiàn)的故障有以下幾種：跑偏、打滑、超速、斷帶、滾筒超溫、張緊下滑、縱撕、煙霧、堆煤等，同時(shí)我們?yōu)榱吮苊庖恍o(wú)法監(jiān)測(cè)的而又非常惡劣的事故發(fā)生，在膠帶輸送機(jī)的沿線，我們每隔80～100米設(shè)置一個(gè)拉線急停開(kāi)關(guān)。在第二章已經(jīng)確定了監(jiān)測(cè)各種故障的傳感器類(lèi)型或方法，并確定了輸出信號(hào)類(lèi)型。故障信號(hào)分為兩類(lèi)：一類(lèi)為數(shù)字信號(hào)，當(dāng)輸出為“1”時(shí)，即是報(bào)警信號(hào)，收到信號(hào)后，對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，或是皮帶緊急停機(jī)，或是只發(fā)出聲光報(bào)警。當(dāng)輸出為“0”時(shí)，膠帶運(yùn)行正常，無(wú)故障發(fā)生；另一類(lèi)為模擬量信號(hào)，傳感器輸出的模擬量信號(hào)是標(biāo)準(zhǔn)的電壓或是電流信號(hào)，通過(guò)模擬輸入模塊，將電壓或電流信號(hào)轉(zhuǎn)化成數(shù)字形式，但是需要知道它所測(cè)的真實(shí)值，如溫度傳感器，輸出9V，需要得到9V對(duì)應(yīng)的溫度值，因此需要對(duì)輸入PLC的數(shù)值進(jìn)行處理。下面簡(jiǎn)要介紹一下模擬量數(shù)值的采集及轉(zhuǎn)換。1.模擬量數(shù)據(jù)處理程序段1：將采集到的數(shù)值current_value轉(zhuǎn)化為實(shí)數(shù)型，并存在b3中。 程序段2：作b3與量程值相除運(yùn)算，并將值放入輸出值yunsuanzhi中。 2.調(diào)用模擬量數(shù)據(jù)處理塊程序段1：調(diào)用上面兩段程序構(gòu)成的FC塊。PIW270是滾筒溫度1的輸入值存儲(chǔ)地址，測(cè)量的實(shí)際溫度與PLC內(nèi)數(shù)字表示值成100倍關(guān)系。AI_7是滾筒溫度1實(shí)際溫度存儲(chǔ)地址變量。在知道模擬量的真實(shí)值后，或?qū)⑵渲苯虞敵龅接|摸屏上直接顯示出來(lái)，或是將其與設(shè)定值比較后再輸出布爾變量“0”或者“15.3人機(jī)界面（HMI）設(shè)計(jì)5.3.1WICC簡(jiǎn)介SIMATICWinCC是第一個(gè)使用最新的32位技術(shù)的過(guò)程監(jiān)視系統(tǒng)，具有良好的開(kāi)放性和靈活性。從面市伊始，用戶(hù)就對(duì)SIMATICWinCC印象深刻。一方面，是其高水平的創(chuàng)新，它使用戶(hù)在早期就認(rèn)識(shí)到即將到來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)并予以實(shí)現(xiàn)；另一方面，是其基于標(biāo)準(zhǔn)的長(zhǎng)期產(chǎn)品策略，可確保用戶(hù)的投資利益。憑籍這種戰(zhàn)略思想，WinCC，這一運(yùn)行于MicrosoftWindows2000和XP下的Windows控制中心，已發(fā)展成為歐洲市場(chǎng)中的領(lǐng)導(dǎo)者，乃至業(yè)界遵循的標(biāo)準(zhǔn)。如果你想使設(shè)備和機(jī)器最優(yōu)化運(yùn)行，如果你想最大程度地提高工廠的可用性和生產(chǎn)效率，WinCC當(dāng)是上乘之選。通用的應(yīng)用程序，適合所有工業(yè)領(lǐng)域的解決方案；多語(yǔ)言支持，全球通用；可以集成到所有自動(dòng)化解決方案內(nèi)；內(nèi)置所有操作和管理功能，可簡(jiǎn)單、有效地進(jìn)行組態(tài)；可基于Web持續(xù)延展，采用開(kāi)放性標(biāo)準(zhǔn)，集成簡(jiǎn)便；集成的Historian系統(tǒng)作為IT和商務(wù)集成的平臺(tái)；可用選件和附加件進(jìn)行擴(kuò)展；“全集成自動(dòng)化”的組成部分，適用于所有工業(yè)和技術(shù)領(lǐng)域的解決方案。人機(jī)界面是操作人員與PLC之間進(jìn)行對(duì)話和相互作用的接口設(shè)備。近年來(lái)人機(jī)界面的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，已經(jīng)成為現(xiàn)代工業(yè)控制系統(tǒng)不可缺少的設(shè)備之一。這里我們選用觸摸屏和操作臺(tái)。觸摸屏用來(lái)監(jiān)視帶式輸送機(jī)的運(yùn)行工況。觸摸屏可以監(jiān)視帶式機(jī)速度、拉線急停和跑偏開(kāi)關(guān)的動(dòng)作位置等各種保護(hù)狀況以及顯示帶式輸送機(jī)的正常運(yùn)行工況和各種故障狀態(tài)。通過(guò)操作臺(tái)的各種控制按鈕，可以進(jìn)行工作方式選擇和就地控制帶式輸送機(jī)。圖5-5和圖5-6分別是本次設(shè)計(jì)的操作臺(tái)、就地控制箱面板。圖5-5操作臺(tái)圖5-6就地控制箱面板觸摸屏技術(shù)就是使用者只要用手指輕輕地觸碰計(jì)算機(jī)顯示屏上的圖符或文字，就能實(shí)現(xiàn)對(duì)主機(jī)的操作或查詢(xún)，這樣就擺脫了鍵盤(pán)和鼠標(biāo)操作，從而大大地提高了計(jì)算機(jī)的可操作性。觸摸屏是一種最直觀的操作設(shè)備，只要觸摸屏幕上的圖形對(duì)象，計(jì)算機(jī)便會(huì)執(zhí)行相應(yīng)的操作。觸摸屏具有方便直觀、圖像清晰、堅(jiān)固耐用和節(jié)省空間等優(yōu)點(diǎn)。在觸摸屏上，主要顯示皮帶的運(yùn)行狀況和給煤機(jī)的運(yùn)行信號(hào)，膠帶的速度和各個(gè)故障的狀態(tài)及故障出現(xiàn)的具體位置，同時(shí)也可以查詢(xún)到各皮帶滾筒的溫度，以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)皮帶，減少故障查找環(huán)節(jié)，提高工作效率。

6控制系統(tǒng)的抗干擾措施設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)具有可靠性高、功能強(qiáng)、體積小、易于實(shí)現(xiàn)過(guò)程控制等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程控制中應(yīng)用相當(dāng)廣泛。一般的PLC控制系統(tǒng)不用采取什么特殊抗干擾措施，就可以直接在工業(yè)環(huán)境使用。但在特別惡劣的環(huán)境中，如強(qiáng)電場(chǎng)、強(qiáng)磁場(chǎng)、電氣設(shè)備產(chǎn)生的高頻干擾等，這些干擾會(huì)導(dǎo)致控制精度降低、PLC內(nèi)部數(shù)據(jù)丟失、機(jī)器誤動(dòng)作，甚至造成PLC發(fā)生故障或損壞。所以，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，不僅要按照要求合理配置系統(tǒng)，正確配接線，還必須充分考慮各種異常情況，采取相應(yīng)抗干擾措施以確保PLC控制系統(tǒng)可靠穩(wěn)定地運(yùn)行。6.1主要干擾源PLC控制系統(tǒng)的干擾源很多，從形式上講分為內(nèi)部干擾和外部干擾兩類(lèi)，內(nèi)部干擾是PLC本身的問(wèn)題，外部干擾包括傳導(dǎo)型干擾和輻射型干擾。傳導(dǎo)型干擾就是通過(guò)電氣線路進(jìn)入PLC控制系統(tǒng)的干擾信號(hào)，包括電源線、信號(hào)線等外部線引入的干擾和接地干擾；輻射型干擾是輻射電磁場(chǎng)通過(guò)感應(yīng)進(jìn)入PLC系統(tǒng)的干擾信號(hào)。下面簡(jiǎn)要介紹一下這些干擾。1.電源線引入干擾PLC系統(tǒng)的正常供電電源均由電網(wǎng)供電。當(dāng)電網(wǎng)上的負(fù)載如大型電力設(shè)備、交直流傳動(dòng)裝置等啟停時(shí)會(huì)引起電網(wǎng)電壓的波動(dòng)，從而產(chǎn)生諧波，諧波通過(guò)輸電線路傳到電源周邊，造成PLC控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障。2.信號(hào)線引入干擾這些干擾信號(hào)主要通過(guò)兩種途徑傳輸?shù)絇LC控制系統(tǒng)，一是通過(guò)變壓器供電電源或公用信號(hào)儀表的供電電源串入的電網(wǎng)干擾，這往往被忽視；二是信號(hào)線受空間電磁輻射感應(yīng)的干擾。由信號(hào)引入的干擾會(huì)引起I/O信號(hào)異常和測(cè)量精度降低，嚴(yán)重時(shí)將引起元器件損壞。對(duì)隔離性能差的系統(tǒng)，將導(dǎo)致信號(hào)間相互干擾，引起共地系統(tǒng)總線回流，造成邏輯數(shù)據(jù)變化、誤動(dòng)和死機(jī)。接地干擾PLC應(yīng)用系統(tǒng)的地線包括系統(tǒng)地、屏蔽地、交流地和保護(hù)地等。接地系統(tǒng)混亂會(huì)引起各個(gè)接地點(diǎn)電位分布不均，引起地環(huán)路電流，影響系統(tǒng)正常工作。例如電纜屏蔽層必須一點(diǎn)接地，如果兩端都接地，就存在地電位差，造成電流流過(guò)屏蔽層，影響PLC的正常工作。6.2抗干擾措施1.抗供電電源干擾本系統(tǒng)采用以下三點(diǎn)來(lái)有效控制供電電源的干擾:1)采用專(zhuān)用電源，電源的供電要與大的用電設(shè)備分開(kāi)，避免大用電設(shè)備啟、停時(shí)對(duì)電源供電電壓的影響。2)控制的交流電源與PLC機(jī)之間采用雙屏蔽的隔離變壓器(見(jiàn)圖6.1)，其一次繞組的屏蔽層接中線，隔離供電電源的干擾，二次繞組的屏蔽層與PLC系統(tǒng)控制柜共地，使干擾信號(hào)入地。3)在隔離變壓器和PLC之間加裝交流穩(wěn)壓器或交流低通濾波器(見(jiàn)圖6.1)，以濾除高頻脈沖，提高電源穩(wěn)定性，從而降低電網(wǎng)電壓波動(dòng)對(duì)PLC電源電壓的影響。圖6-1PLC的供電電源2抗輸入、輸出端的干擾輸入端有感性負(fù)載時(shí)，為了防止反電動(dòng)勢(shì)損壞模塊，可在交流信號(hào)輸入端并聯(lián)RC浪涌吸收器或壓敏電阻RV，在直流信號(hào)端并聯(lián)續(xù)流二極管VD或壓敏電阻RV或穩(wěn)壓二極管VS或RC浪涌吸收器等，如圖6.2所示。如果與輸入信號(hào)并聯(lián)的感性負(fù)載大時(shí)最好使用繼電器中轉(zhuǎn)。圖6-2輸入端抗干擾電路PLC的輸出負(fù)載可能產(chǎn)生干擾，要采取相應(yīng)措施加以控制，如直流輸出端接續(xù)流管或壓敏電阻或RC浪涌吸收器等保護(hù)電路，交流輸出端接阻容吸收器或壓敏電阻，晶體管及雙向晶閘管輸出端接旁路電阻保護(hù)?？刂破饔|點(diǎn)開(kāi)關(guān)量輸出的場(chǎng)合，應(yīng)采用圖6.3所示的輸出端抗干擾電路以減清和消除干擾。圖6-3輸出端抗干擾電路3）接地系統(tǒng)抗干擾PLC控制系統(tǒng)屬高速低電平控制裝置，應(yīng)采用直接接地方式。由于信號(hào)電纜分布電容和輸入裝置濾波等影響，裝置之間的信號(hào)頻率一般低于1，所以PLC控制系統(tǒng)接地應(yīng)采用一點(diǎn)接地方式，如圖6.4所示，接地線應(yīng)粗一些，以減小各個(gè)電路部件之間的地電位差，從而減小地環(huán)流的干擾。另外，屏蔽地、保護(hù)地不能與電源地、信號(hào)地等各其他地接在一起，只能獨(dú)立的接到接地銅牌上。圖6-4一點(diǎn)接地方式示意圖7系統(tǒng)的安裝、調(diào)試及維護(hù)7.1系統(tǒng)的安裝7.1.1系統(tǒng)安裝方法動(dòng)力線、控制線以及PLC的電源線和I/O線應(yīng)分別配線隔離變壓器與PLC和I/O之間好這不僅能使其有盡可能大的空間距應(yīng)采用雙膠線連接。將PLC的IO線和大功率線分開(kāi)走線如必須在同一線槽內(nèi)分開(kāi)捆扎交流線、直流線若條件允許分槽走線最離并能將干擾降到最低限度。PLC應(yīng)遠(yuǎn)離強(qiáng)干擾源如電焊機(jī)、大功率硅整流裝置和大型動(dòng)力設(shè)備不能與高壓電器安裝在同一個(gè)開(kāi)關(guān)柜內(nèi)。在柜內(nèi)PLC應(yīng)遠(yuǎn)離動(dòng)力線二者之間距離應(yīng)大于200mm。與PLC裝在同一個(gè)柜子內(nèi)的電感性負(fù)載如功率較大的繼電器、接觸器的線圈應(yīng)并聯(lián)RC消弧電路。PLC的輸入與輸出最好分開(kāi)走線開(kāi)關(guān)量與模擬量也要分開(kāi)敷設(shè)。模擬量信號(hào)的傳送應(yīng)采用屏蔽線屏蔽層應(yīng)一端或兩端接地接地電阻應(yīng)小于屏蔽層電阻的1/10。交流輸出線和直流輸出線不要用同一根電纜輸出線應(yīng)盡量遠(yuǎn)離高壓線和動(dòng)力線避免并行。I/O端的接線輸入接線：輸入接線一般不要太長(zhǎng)。但如果環(huán)境干擾較小電壓降不大時(shí)輸入接線可適當(dāng)長(zhǎng)些。輸入/輸出線不能用