电气工程及自动化基于PLC的皮带集中控制系统设计.docx
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1、编号:( )字 号本科生毕业设计题目: 基于PLC的皮带集中控制系统设计 姓名: 学号: 班级: 电气工程及其自动化04-4班 二八年六月中国矿业大学毕业论文任务书学院 应用技术学院专业年级 学生姓名 任务下达日期: 2008 年 3 月 15 日毕业论文日期: 2008 年 3 月 15 日至 2008 年 6 月 10 日毕业论文题目:基于PLC的皮带集中控制系统设计毕业论文专题题目:毕业论文主要内容和要求:1 了解煤矿皮带运输系统运行工艺;2 针对某一煤矿皮带运输的实际情况,设计一种基于PLC的皮带集中控制系统;3 用AUTOCAD绘制系统的相关图纸;4 用PLC语言编制控制系统软件;5
2、 翻译电气自动化方面的专业英文资料约3000字。院长签字: 指导教师签字:煤矿的运输系统对保证矿井正常生产起着非常重要的作用。提高了运输系统的监测和控制水平。SIEMENS的S7-300系列PLCCoal transport system to ensure normal production of mine played a very important role. In order to guarantee coal mine safety and reliable operation of the transport system, the belt conveyor to focus
3、on surveillance and control is necessary. In this paper, the Xinjiang Hami Coal Mine inclined conveyor belt and the ground as the background, to design the PLC technology as the core of the centralized control system to improve the transport system of monitoring and control level.First introduced in
4、 the text of this design background, and then design a conveyor belt on the structure and control system should have the control, fault detection and parameters of the protection device, identified the fault detection sensors and installation of the type of position. On this basis the use of SIEMENS
5、 S7-300 series PLC to the system hardware and software design, including the PLC module configuration and external connections, ladder program design. Finally, PLC control system the main source of interference and the design of the anti-jamming measures.目 录1 绪论11.1 概述11.2 胶带输送机集中控制系统11.2.1 胶带输送机集中控
6、制系统的重要性11.2.2 集中控制系统的发展及存在的问题21.3 本课题研究的主要内容22 胶带机集中控制系统的总体设计42.1 课题背景介绍42.2 胶带输送机集中控制系统的功能设计52.3 胶带输送机集中控制系统结构设计62.4胶带输送机集中控制系统设备构成72.4.1 胶带输送机72.4.2 参数检测及故障保护装置82.4.3 PLC简述142.4.4 人机界面HMI173 胶带输送机集控系统硬件设计193.1 SIMATIC S7-300 PLC简介193.1.1 SIMATIC S7-300 PLC简介193.1.2 模块安装203.2 集控系统PLC的设计213.2.1 CPU的
7、选择213.2.2数字量模块选择233.2.3模拟量模块选择253.2.4电源模块的选择263.3西门子ET200M与PROFIBUS-DP总线284 胶带集中控制系统软件设计304.1 集中控制的流程图304.2 系统软件实现314.2.1 控制方式选择314.2.2 模拟量的处理325 控制系统的抗干扰措施345.1主要干扰源345.2抗干扰措施356 总结37参考文献:38附录40翻译部分42英文原文42中文译文54致 谢641 绪论1.1 概述矿井运输机械的类型很多,按运行方式不同,可分为连续运行和往返运行两种。连续运行式运输设备的特点是,一经开动就不需操作而连续运行。普通胶带机、钢绳
8、芯胶带输送机、钢绳牵引胶带输送机等均属于此类运输设备。往返运行式运输设备的特点是,在运行区间,以一定的方式,作往返式周期性运行,运行中需要操作换向。机车运输及单绳牵引运输等属于此类运输设备。随着科学技术的不断发展,矿井生产规模的不断扩大,运输系统也经历了不断的变革和进步,并以煤流运输的连续化(输送机化),设备大型化(使用长运距、大运营、高运速、大功率输送机)、自动化、高可靠性与安全性能来保证矿井的连续、高效生产。胶带输送机是选煤广的主要运输设备,它可用于物料的水平或倾斜运输上。由于胶带输送机的输送能力变化范围大、运输距离长、货载和输送机间没有相对运动、运转时阻力小等,因而具有适应性强、工作平稳
9、可靠、动力消耗小、机件磨损小、使用维修方便等优点,在选煤厂中得到广泛应用。1.2 胶带输送机集中控制系统1.2.1 胶带输送机集中控制系统的重要性矿井胶带运输系统是原煤运输的唯一途径,是矿井生产的重要环节,因此它的安全高效运行受到很大程度的重视。由于矿井胶带运输系统分布广、信息分散以及控制要求高的特点,随着矿井生产规模的不断扩大,以及技术水平的不断提高,现代化矿井也需要现代化的管理,因此对胶带运输系统的控制和管理提出了更高的要求。以往对胶带输送机都采用人工就地分台控制,即每台输送机的控制均由一名司机就地操作,这是一种最原始的控制方式。这种控制方式是直接操作输送机的控制开关,操作最简单,不增加任
10、何的控制元器件,维护工作较少,但需要人员太多,并因每个司机的思想素质和技术素质不等常有以外事故发生,影响生产的正常进行。而集中控制方式,是在整个运输线上新增一套集中控制装置,在控制室内集中操纵机构,由一名司机来完成操作。这不但节省了大量的司机人员,也为及时发现故障,缩短停产时间和综合自动化创造了条件。目前,已经成为矿井胶带运输的主要控制方式。1.2.2 集中控制系统的发展及存在的问题随着矿井功能和规模的不断扩大,计算机技术、网络技术、新的工业控制器技术等新技术的应用,对胶带输送机的集中控制系统也得到了飞速发展。皮带机的综合自动化控制是整个矿井实现自动控制的重要组成部分。1.3 本课题研究的主要
11、内容皮带机集中控制系统可实现对整个皮带机运输系统的遥测、遥信、遥控,提高生产效率、降低事故率,减少故障处理时间、减少现场操作人员、提高经济效益。2.1 课题背景介绍2.2 胶带输送机集中控制系统的功能设计本胶带输送机集中控制系统具有的功能如下所述:1) 本系统有集控、就地、检修三种工作模式。一般系统运行在集控工作模式下,当组成生产流水线时,本机根据前后闭锁关系自动启停,同时检测各检测保护设备的状况;运行就地工作模式时,操作员手动操作按钮启动/停止胶带机,但所有保护设备均投入使用;运行检修工作模式时,操作员手动启动/停止胶带,保护设备可有选择性的投入使用,在检修模式下,我们使胶带低速运行。胶带输
12、送机不转时进行,胶带输送机运作时,不能改变其工作方式;程序设计中,报警停车等故障信号自动保持,即一旦发出故障信号,即使经维修后信号消失,计算机内仍保留信号故障状态,这时复位指令可以清除故障保持信号;3)皮带输送机按照逆煤流启动,顺煤流延时停车,并具有闭锁功能;系统具有胶带机低速打滑、机头堆煤、超温洒水、烟雾、滚筒超温、沿线急停和跑偏等多种保护。下面简单介绍它们信号发生后的动作情况:a.拉线开关:信号发出后马上发出急停指令,系统可以识别哪个急停开关动作,发出拉线开关声光报警。b.堆煤:信号发出后,执行堆煤声光报警指令和急停指令。c.跑偏:信号发出后,执行跑偏声光报警指令,此为一级动作,当报警时间
13、超出一定时间段时,同时再执行急停指令,此为二级动作。d.打滑;信号发出后,执行打滑声光报警指令, 再执行急停指令。e.超速:信号发出后,执行超速声光报警和急停指令。f.断带:信号发出后,执行断带声光报警和急停指令。g.纵撕:信号发出后,执行纵撕声光报警和急停指令。h.滚筒超温:信号发出后,执行滚筒超温声光报警、洒水指令和急停指令。i.烟雾:信号发出后,执行烟雾声光报警、洒水指令和急停指令。2.3 胶带输送机集中控制系统结构设计本次设计中需要集中控制的皮带共有7条,各条皮带分布较广,现场控制点分散,并且现场的环境比较恶劣。所以,系统结构采用PROFIBUS-DP现场总线技术,组成主从系统结构。根
14、据工艺流程划分,系统以PLC为控制主站,以每条皮带就地箱配备的远程I/O ET200M为从站,共设7个从站,这样就节约了大量电缆等材料。本系统由集中控制台、PLC控制柜、触摸屏、就地箱、各种保护传感器及执行器组成。完成一个系统内多条皮带多个设备全过程的控制、监测,构成一个完善的集中控制系统。其系统结构如图2.2所示。图2.2 系统结构图以SIEMENS公司S7-300系列PLC作为核心控制器件,具有防潮、抗干扰能力强、易扩展,基本免维护,实现与上位机的通信,以循环扫描的方式,检测传感器及被控设备的信号,发出程序指令,完成对皮带机的集中监控,使各个皮带协调完成工作。PLC控制柜内部由S7-300
15、 PLC模块、接线端子、电源模块、变压器及各种模块组成;集中控制台和触摸屏是人机的交流界面,控制台面板上有各条皮带机的起停控制按钮,总启、总停按钮,起车预警按钮、集控/就地/检修工作方式的转换开关,系统紧急停车按钮;触摸屏则详细显示各条皮带及给煤机运行情况,同时也显示出所有皮带上的各种保护传感器的动作情况、故障位置等。就地控制箱上有控制皮带的启动、停止按钮,急停按钮,内部配SIMATIC ET200M远程I/O,完成现场皮带的数据采集和控制。每个远程I/O站可以处理256个开关量或64个模拟量,它与CPU的通信速率最高可达12Mbps,通信距离最远可达1200米。ET200M 远程单元通过IM
16、153-2总线接口模块连接到PROFIBUS总线上。2.4胶带输送机集中控制系统设备构成2.4.1 胶带输送机带式输送机是以胶带作为牵引机构和承载机构的连续运输机械,又称为胶带输送机,它在矿山的物料运输,特别是煤的输送方面得到了广泛应用。带式输送机主要由以下几种主要部件组成:传动装置、胶带、机架、滚筒、托辊、拉紧装置、清扫器、装料和卸料装置等。胶带输送机的基木结构见图2.3所示。胶带1绕过传动滚筒2及尾部滚筒3形成无级循环的牵引机构,在滚筒2和3之间的机架上按一定距离安装着托辊4和5,用来支承载有物料的胶带段(重段)和回空的胶带段(空段),传动滚筒由电动机通过减速器带动,胶带与滚筒之间的摩擦力
17、使胶带移动,这时,由给料漏斗7(装载装置)加到胶带上的物料就和胶带一起移动。当胶带绕过传动滚筒时,物料就在重力和离心力的作用下卸到排料漏斗8(卸料装置)中。小车和系在它上面的重物是胶带输送机的拉紧装置,它的作用是通过安装在小车上的尾部滚筒使胶带处于张紧的状态。这样,胶带在两托辊之间悬垂度不致过大,而传动滚筒也能有足够的牵引力传送给胶带。胶带是经主动滚筒和机尾改向滚筒形成一个无极环行带。它上下的两股胶带分别由上下的托辊来支承。胶带机的传动装置一般位于输送带的头部、中部或是尾部,它是带式输送机的重要组成部分。传动装置一般由驱动装置和传动滚筒组成。驱动装置一般采用电动机、液力偶合器、减速器及制动轮、
18、传动滚筒组成。输送机的驱动有单滚筒驱动和多滚筒驱动,一般常采用单滚筒驱动,功率大时可采用多滚筒驱动。多滚筒驱动的优点就是能够传递较大的功率,带动较大的负载,并能降低输送带的张力;其缺点就是可能会出现功率不平衡问题,从而增加了电动机的备用功率。本项目的胶带输送机都采用一台电机的单滚筒驱动。胶带输送机向上运输物料的倾角不能过大,运输煤炭时的倾角一般为18O2lO。向下运输的倾角一般在150以下。超过这些数值,运输物料和胶带之间就会有相对运动,使物料下滑。因此,在输送同样高度条件下,胶带输送机所需厂房面积或成长度较大。2.4.2 参数检测及故障保护装置、速度检测检测胶带打滑、超速和断带故障,均需要知
19、道胶带的运行速度,因此我们给每条皮带设置一个速度传感器来检测胶带的速度。本设计中,我们选用常州联力的KJ5007A型速度传感器,输出频率信号,幅值5V,频率f=200V(V为胶带速度值),输出电流信号420mA。其工作原理是:带式输送机运行时,速度检测传感器由紧贴胶带的滚轮带动转盘(带有齿槽)在光电传感器凹槽内转动,光电传感器光路通断受齿槽控制,输出相应的方波频率信号,频率信号经整形放大后,再经频率/电压、电压/电流变换后输出420mA的电流信号。图2.6 速度检测传感器部分电路方框图从大量的断带事故分析可知,带式输送机断带原因大概有以下几种:(1)齿轮减速器损坏,液力耦合器喷液或电动机逆转;
20、(2)输送带接头质量问题;(3)运输中因其他东西卷入而引起运输载荷突然增加;(4)启动和停车时应力变化大;(5)输送带自身质量不过关,输送带服务年限过长,输送带长时间超负荷运输,日常维护不到位;(6)物料分配不均,输送带跑偏。为了防止由这些原因引起的断带事故,除了进行人为的检修和维护外,在输送机沿线上布置断带保护装置尤为重要。因为它可以避免突发事故,随时处于待命状态。在滚筒实际转速不能确定的情况下,我们通过检测胶带线速度与滚筒额定线速度差确定是否断带,当差值大于设定值时,发出断带信号,命令皮带紧急停车,同时停给煤机,并发出声光报警。6、堆煤传感器 当煤仓内有大煤块塞住煤仓漏口时,会使煤流阻在煤
21、仓内,无法向胶带投放。由于煤仓特别大,如果没有人及时发现煤仓堆煤,煤在煤仓内会越堆越多,最后会迫使使用大量人力物力来挖除煤仓内阻塞的大量煤,同时将运输系统全部停下。这样不仅浪费时间降低工作效率,同时也费用大量人力物力,提高煤的生产成本。因此加入堆煤传感器,及时报警危险煤位,处理煤仓内阻塞的煤。此设计中我们采用常州自动化研究所的物料探测传感器。KG1006系列物料探测传感器包括KG1006A型和KG1006C型,适用于煤炭、冶金、化工、建材的功能行业恶劣环境,主要用途是监测料仓物料高度;检测输送机溜槽阻塞或转载点堆积。传感器可以延时动作,延时时间可调,避免由于大块物料撞击引起误动作。这里我们选用
22、KG1006A型,输出触点容量是AC220V,1A,电阻性负载;延时时间0.460s可调,瞬间复位,输出开关信号。堆煤传感器一般安装在机头下方适当的位置,且不易碰坏或被水和煤尘污染的地方。应保证正常煤流时不误动作,机器振动不误动作,不因滴水或煤尘集聚而误动作,大块煤矸石碰撞后不能使其损坏。7、烟雾检测传感器 由不锈钢的外壳构成。本设计我们采用常州自动化研究所的KGN1-1型烟雾传感器,它为矿用本质安全型,用于监测煤矿井下因机械磨擦、电缆发热、煤层自然等原因引起的火灾事故,输出0/5mA的开关量信号,红色LED电源指示,报警时闪烁,频率1Hz. 当检测到烟雾浓度超过设定值时,发出洒水指令,启动洒
23、水装置对主滚筒进行降温灭火,并进行声光报警。烟雾传感器应悬挂在输送机头风流方向后2-3米处,以保证主滚筒因摩擦产生烟雾时立即起作用。若风速超过时应安装防风罩,根据实际情况而定。为保证烟雾传感器正常工作,必须对其定期打扫和清洗。8、拉线急停开关在皮带输送机运行过程中,总有一些无法监测到而又非常恶劣的事情发生,当遇到这种紧急情况时,可以采用手动的拉线急停开关,使输送带紧急停车,避免发生重大事故。我们采用常州自动化研究所的KG9001A-C型编码式拉绳急停闭锁开关,可用作输送机沿线电缆接线盒,并具有故障位置识别电路,识别各种不同故障及故障发生的地点。沿输送机长度方向配置的跑偏、纵撕(或其它传感器)等
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