【正文】 皮帶輸送機PLC變頻控制系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計目 錄畢 業(yè) 設(shè) 計（論文）任 務(wù) 書 I摘要 IAbstract I第一章 緒論 1 控制任務(wù)分析 1 系統(tǒng)設(shè)計要求分析 1 控制系統(tǒng)方框圖 1 國內(nèi)帶式輸送機現(xiàn)狀及發(fā)展前景 2 國內(nèi)帶式輸送機現(xiàn)狀 2 帶式輸送機發(fā)展趨勢 3第二章 帶式輸送機與液力偶合器簡介 4 帶式輸送機類型及工作原理 4 帶式輸送機分類及特點 4 帶式輸送機工作原理 4 液力偶合器調(diào)速原理及特點 5 液力偶合器調(diào)速機理 5 液力偶合器調(diào)速特點 6第三章 交流異步電動機拖動技術(shù) 7 異步電動機機械特性 7 恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載機械特性及特點 7 恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的機械特性 7 恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載基本特點 8 拖動系統(tǒng)的組成 8 生產(chǎn)機械 9 電動機及其控制系統(tǒng) 9 傳動機構(gòu) 9 交流異步電動機調(diào)速方法分析 9 交流異步電動機調(diào)速方法 9 各種調(diào)速方法原理及特點 10 皮帶機拖動控制系統(tǒng)發(fā)展及要求 12第四章 變頻器簡介 13 變頻器的發(fā)展 13 直流調(diào)速特點 13 變頻調(diào)速技術(shù)發(fā)展 13 變頻器技術(shù)發(fā)展方向 13 變頻器的分類 14 按變頻原理分類 14 按變頻器的用途分類 15 變頻器應(yīng)用 15 變頻調(diào)速及其節(jié)能 15 變頻調(diào)速在電動機運行方面的優(yōu)勢 16 變頻器在皮帶機拖動應(yīng)用及其特點 16第五章 電氣控制系統(tǒng)方案 18 工程概況 18 工程參數(shù)及控制對象 18 檢測對象 18 系統(tǒng)保護(hù) 18 PLC控制I/O點數(shù)確定 19 數(shù)字量輸入 19 數(shù)字量輸出 20 模擬量輸入 20 模擬量輸出 21 系統(tǒng)硬件連接框圖 21第六章 系統(tǒng)設(shè)備選型 22 PLC選型 22 模塊選型 22 模塊參數(shù) 22 變頻器選型 26 單傳動模塊參數(shù) 26 變頻器型號及參數(shù) 27第七章 電氣原理圖及其控制說明 28 電氣設(shè)備介紹 28 高壓斷路器 28 高壓隔離開關(guān) 28 高壓熔斷器 28 互感器 28 主電路及控制電路概述 30 主電路原理圖及其說明 30 主電路原理圖 30 主電路系統(tǒng)說明 30 控制電路原理 31 控制電路原理圖 31 控制電路原理分析 31第八章 PLC控制系統(tǒng)程序 32 軟件流程圖 32 系統(tǒng)控制說明 32 合閘控制 33 啟動控制 33 正常停車控制 33 故障控制 33 就地/集控控制 33 控制系統(tǒng)梯形圖 33 控制程序運行起始畫面 34 主程序 34 符號表 48 子程序 50結(jié)論 55參考文獻(xiàn) 56致謝 57英文原文 58中文譯文 69附錄1：皮帶輸送機PLC變頻控制系統(tǒng)主電路原理圖附錄2：皮帶輸送機PLC變頻控制系統(tǒng)控制電路原理圖附錄3：PLC各模塊硬件原理圖附錄4：變頻器硬件原理圖74第一章 緒論 控制任務(wù)分析對于一個給定的設(shè)計題目，明確設(shè)計目的及設(shè)計要求是設(shè)計者首要完成的任務(wù)。 系統(tǒng)設(shè)計要求分析根據(jù)任務(wù)說明書，了解到這是一個實際改造項目，項目原有電動機為高壓電機，皮帶長120m、。既然是改造原有系統(tǒng)，那么應(yīng)盡可能在不改變原電動機及皮帶的前提下，通過采用PLC實現(xiàn)自動控制，使原有系統(tǒng)工作更加可靠、高效。根據(jù)要求實現(xiàn)的功能，現(xiàn)初步分析如下：要求1：根據(jù)皮帶運量大小自動調(diào)節(jié)皮帶運行速度，即可實現(xiàn)節(jié)能又可減少皮帶機的無效磨損。這要求電機的速度是被控量，系統(tǒng)要根據(jù)皮帶運量大小自動調(diào)節(jié)電機速度，從而調(diào)節(jié)皮帶速度。但皮帶運量是一個隨時間在變的量，由此可見該系統(tǒng)是一個隨動閉環(huán)控制系統(tǒng)，要求輸出（電機轉(zhuǎn)速）能夠跟隨給定量（皮帶運量）的變化而變化。其次，對于節(jié)能的要求是這樣實現(xiàn)的：電機并不是一直處于某個固定速度值下運行的，而是當(dāng)運量小時其轉(zhuǎn)速就低，運量大時轉(zhuǎn)速就高，從而大大提高工作效率，降低皮帶機的無效磨損。要求2：檢測系統(tǒng)內(nèi)各臺設(shè)備的運行參數(shù)和運行狀況。這要求系統(tǒng)須合理配置傳感器，傳感器檢測的參數(shù)通過變送器經(jīng)PLC采集后，由PLC根據(jù)皮帶控制要求完成對系統(tǒng)的自動控制。要求3：實現(xiàn)過電壓、欠電壓；過電流和接地保護(hù)。這是在系統(tǒng)主電路中需要完成的功能，應(yīng)通過電壓互感器以及電流互感器進(jìn)行測量，通過加入各種控制繼電器，實現(xiàn)對主電路的繼電保護(hù)。分析表明，可以在不改變原電動機及皮帶機的條件下，完成新的控制任務(wù)要求。 控制系統(tǒng)方框圖 自動控制系統(tǒng)至少應(yīng)包括測量、變送元件，控制器等組成的自動控制裝置和被控對象。當(dāng)被控對象受到擾動時，被控對象的輸出量（被控量）就要發(fā)生變化，被控量的變化經(jīng)過測量、變送元件測量與變換成電量后送入比較元件與給定值進(jìn)行比較，產(chǎn)生了偏差值。偏差信號送入控制器，在控制器中進(jìn)行控制規(guī)律運算后，輸出控制信號，控制量再作用到被控對象，使被控量恢復(fù)到給定值。PLC實現(xiàn)對各種輸入輸出信號的集中控制和對反饋量與給定值進(jìn)行比較運算。轉(zhuǎn)速檢測采用正交增量式脈沖編碼器。一是由于比測速發(fā)電機運行可靠，容易實現(xiàn)與PLC輸入信號的連接；二是由于測速精度高，可以很方便的實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)檢測。 國內(nèi)帶式輸送機現(xiàn)狀及發(fā)展前景近幾年帶式輸送機技術(shù)發(fā)展很快，尤其是長距離、大運量、高帶速等大型帶式輸送機已成為主要發(fā)展方向，其核心技術(shù)是開發(fā)應(yīng)用了帶式輸送機動態(tài)分析與監(jiān)控技術(shù)，提高了帶式輸送機的運行性能和可靠性。 國內(nèi)帶式輸送機現(xiàn)狀我國近幾年在帶式輸送機技術(shù)上雖然有長足的發(fā)展和創(chuàng)新，但仍與國外帶式輸送機在一些方面有差距。（1）帶式輸送機動態(tài)分析與監(jiān)測技術(shù)。長距離、大功率帶式輸送機的技術(shù)關(guān)鍵是動態(tài)設(shè)計與監(jiān)測，它是制約大型帶式輸送機發(fā)展的核心技術(shù)。目前我國用剛性理論來分析研究帶式輸送機，設(shè)計中雖對輸送帶使用了很高的安全系統(tǒng)，但仍與實際情況相差很遠(yuǎn)。實際的輸送帶是粘彈性體，長距離帶式輸送機的動態(tài)響應(yīng)是一個非常復(fù)雜的過程，而不能簡單地用剛體力學(xué)來解釋和計算。國外已開發(fā)帶式輸送機動態(tài)設(shè)計方法的應(yīng)用軟件，在大型輸送機上對輸送機的動張力進(jìn)行動態(tài)分析與動態(tài)監(jiān)測，大大延長使用壽命，確保了輸送機可靠運行，并使輸送機的設(shè)備成本尤其是輸送帶成本大為降低。（2）可控軟起動技術(shù)與功率均衡技術(shù)。長距離大運量帶式輸送機由于功率大、距離長且多機驅(qū)動，必須采用軟起動方式來降低輸送機制動張力，特別是多電機驅(qū)動時。為減少對電網(wǎng)沖擊，軟起動時應(yīng)有分時慢速起動，還要控制輸送機起動加速度，解決承載帶與驅(qū)動帶的帶速同步問題及輸送帶涌浪現(xiàn)象。由于制造誤差及電機特性誤差，各驅(qū)動點功率會出現(xiàn)不均衡，一旦某個電機功率過大將會引起燒電機事故，因此，各電機之間的功率平衡應(yīng)加以控制，并提高平衡精度。國內(nèi)已大量應(yīng)用調(diào)速型液力偶合器來實現(xiàn)輸送機的軟起動與功率平衡，解決了長距離帶式輸送機的起動與功率平衡及同步性問題。但其調(diào)節(jié)精度及可靠性與國外相比還有一定差距。我國帶式輸送機的主要性能與參數(shù)已不能滿足高產(chǎn)高效礦井的需要，尤其是順槽可伸縮帶式輸送機的關(guān)鍵元部件及其功能如自移機尾、高效儲帶與張緊裝置等與國外有著很大差距。（1）裝機功率我國工作面順槽可伸縮帶式輸送機最大裝機功率為4250kW，國外產(chǎn)品可達(dá)4970kW，國產(chǎn)帶式輸送機的裝機功率約為國外產(chǎn)品的30%～40%，固定帶式輸送機的裝機功率相差更大。（2）運輸能力我國帶式輸送機最大運量為3000t/h，國外已達(dá)5500t/h。（3）最大輸送帶寬度我國帶式輸送機為1400mm，國外最大為1830mm。（4）帶速由于受托輥轉(zhuǎn)速限制，我國帶式輸送機帶速為4m/s，國外為5m/s。（5）自移機尾隨著高產(chǎn)高效工作面的不斷出現(xiàn)，要求順槽可伸縮帶式輸送機機尾隨著工作面的快速推進(jìn)而快速自移。國內(nèi)自移機尾主要依賴進(jìn)口。m的輸送機上，缺點是自移機尾輸送帶的跑偏量太小，糾偏能力弱，剛性差。德國生產(chǎn)的自移機尾在國內(nèi)使用效果優(yōu)于前者，水平、垂直2個方向均有調(diào)偏油缸，糾偏能力強。因此，前者還需完善，后者則需研制。（6）高效儲帶與張緊裝置我國采用封閉式儲帶結(jié)構(gòu)和絞車紅緊為主，張緊小車易脫軌，輸送帶易跑偏，輸送帶伸縮時，托輥小車不自移，需人工推移，檢修麻煩。國外采用結(jié)構(gòu)先進(jìn)的開放式儲帶裝置和高精度的大扭矩、大行程自動張緊設(shè)備，托輥小車能自動隨輸送帶伸縮到位。輸送帶有易跑偏，但不會出現(xiàn)脫軌現(xiàn)象的特點。、壽命上與國外存在差距（1）輸送帶抗拉強度。國生產(chǎn)的織物整芯阻燃輸送帶最高為2500N/mm，國外為3150N/mm。鋼絲繩芯阻燃輸送帶最高為4000N/mm，國外為7000N/mm。（2）托輥壽命。我國現(xiàn)有的托輥技術(shù)與國外比較，壽命短、速度低、阻力大，而美國使用的新型注油托輥，其運行阻力小，軸承采用稀油潤滑，大大地提高了托輥使用壽命，并可作為高速托輥應(yīng)用于帶式輸送機上，使用面廣，經(jīng)濟效益顯著。（3）輸送機減速器壽命。我國輸送機減速器壽命2萬h，國外減速器壽命7萬h。（1）驅(qū)動方式。我國為調(diào)速型液力偶合器和硬齒面減速器，國外傳動方式多樣，如BOSS系統(tǒng)、CST可控傳動系統(tǒng)等，控制精度較高。（2）監(jiān)控裝置。國外輸送機已采用高檔可編程序控制器PLC，開發(fā)了先進(jìn)的程序軟件與綜合電源繼電器控制技術(shù)以及數(shù)據(jù)采信、處理、存儲、傳輸、故障診斷與查詢等完整自動監(jiān)控系統(tǒng)。我國輸送機僅采用了中檔可編程序控制器來控制輸送機的啟動、正常運行、停機等工作過程,無自動監(jiān)測裝置，沒有故障診斷與查詢功能等。（3）輸送機保護(hù)裝置。國外帶式輸送機除安裝防止輸送帶跑偏、打滑、撕裂、過滿堵塞、自動灑水降塵等保護(hù)裝置外，近年又開發(fā)了很多新型監(jiān)測裝置：傳動滾筒、變向滾筒及托輥組的溫度監(jiān)測系統(tǒng)；煙霧報警及自動消防滅火裝置；纖維織輸送帶縱撕裂及接頭監(jiān)測系統(tǒng)；防爆電子輸送帶秤自動計量系統(tǒng)。這些新型保護(hù)系統(tǒng)我國基本處于空白。而我國現(xiàn)有的打滑、堆煤、滿倉保護(hù)，防跑偏、超溫灑水，煙霧報警裝置的可靠性、靈敏性、壽命都較低。 帶式輸送機發(fā)展趨勢為了適應(yīng)高產(chǎn)高效集約化生產(chǎn)需要，帶式輸送機輸送能力要加大。長距離、高帶速、大運量、大功率、高可靠性是今后發(fā)展的必然趨勢，也是高產(chǎn)高效運輸技術(shù)的發(fā)展方向。1. 設(shè)備大型化以提高運輸能力我國在今后的10年內(nèi)輸送量要提高到3000～4000t/h；帶速提高至4～6m/s；輸送長度對于可伸縮帶式輸送機要達(dá)到3000m，對于鋼繩芯強力帶式輸送機需加長至5000m以上；單機驅(qū)動功率要達(dá)到1000～1500kW。煤礦現(xiàn)場急需主參數(shù)更大、技術(shù)更先進(jìn)、性能更可靠的長距離、大運量、大功率順槽可伸縮帶式輸送機。2. 提高元部件性能和可靠性設(shè)備開機率的高低主要取決于元部件性能和可靠性。除了進(jìn)一步完善和提高現(xiàn)有元部件性能和可靠性，還要不斷地開發(fā)研究新的技術(shù)和元件，使帶式輸送機的性能得到進(jìn)一步的提高。3. 擴大功能，一機多用化拓展運人、運料或雙向運輸?shù)裙δ埽龅揭粰C多用，使其發(fā)揮最大經(jīng)濟效益。開發(fā)特殊型帶式輸送機，如彎曲帶式輸送機、大傾角或垂直提升輸送機等。第二章 帶式輸送機與液力偶合器簡介帶式輸送機是連續(xù)運輸機的一種，連續(xù)運輸機是固定式或移動式起重運輸機中主要類型之一，其運輸特點是形成裝載點到裝載點之間連續(xù)物料流，靠連續(xù)物料流的整體運動來完成物流從裝載點到卸載點的輸送。在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通等各企業(yè)中,連續(xù)運輸機是生產(chǎn)過程中組成有節(jié)奏的流水作業(yè)運輸線不可缺少的組成部分。液力偶合器是電機軸與皮帶驅(qū)動滾筒（或調(diào)速機構(gòu)）柔性連接器件，靠著液體的傳動使動力機和工作機柔性地聯(lián)接在一起?？梢员苊怃撔赃B接時對電機及調(diào)速機構(gòu)造成損傷。 帶式輸送機類型及工作原理我國生產(chǎn)制造的帶式輸送機的品種、類型較多。在“八五”期間，通過國家一條龍“日產(chǎn)萬噸綜采設(shè)備”項目的實施，帶式輸送機的技術(shù)水平有了很大提高。 帶式輸送機分類及特點帶式輸送機分類方法有多種，按運輸物料的輸送帶結(jié)構(gòu)可分成兩類，一類是普通型帶式輸送機，這類帶式輸送機在輸送帶運輸物料的過程中，上帶呈槽形，下帶呈平形，輸送帶有托輥托起，輸送帶外表幾何形狀均為平面；另外一類是特種結(jié)構(gòu)的帶式輸送機，各有各的輸送特點，其簡介如下：各種帶式輸送機的特點（1）U形帶式輸送機。又稱為槽形帶式輸送機，其明顯特點是將普通帶式輸送機的槽形托輥角提高到使輸送帶呈U形，這樣一來，輸送帶與物料間產(chǎn)生擠壓，導(dǎo)致物料對膠帶的摩擦力增大，從而輸送機的運輸傾角可達(dá)25176。（2）管形帶式輸送機。U形帶式輸送帶進(jìn)一步成槽，最后形成一個圓管狀，即為管形帶式輸送機，因為輸送帶被卷成一個圓管，故可以實現(xiàn)密閉輸送物料，可明顯減輕粉狀物料對環(huán)境的污染，并且可以實現(xiàn)彎曲運行。（3）氣墊式帶輸送機。其輸送帶不是運行在托輥上的，而是在空氣膜(氣墊)上運行，省去了托輥，用不動的帶有氣孔的氣室盤形槽和氣室取代了運行的托輥，運動部件減少，總等效質(zhì)量減少，阻力減小，效率提高，并且運行平穩(wěn)，可提高帶速。但一般其運送物料的塊度不超過300mm。增大物流斷面的方法除了用托輥把輸送帶強壓成槽形外，也可以改變輸送帶本身，把輸送帶的運載面做成垂直邊的，并且?guī)в袡M隔板。（4）壓帶式帶輸送機。是用一條輔助帶對物料施加壓力。這種輸送機的主要優(yōu)點是：輸送物料的最大傾角可達(dá)90176。，運行速度可達(dá)6m/s，輸送能力不隨傾角的變化而變化，可實現(xiàn)松散物料和有毒物料的密閉輸送。其主要缺點是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、輸送帶的磨損增大和能耗較大。（5）鋼繩牽引帶式輸送機。它是鋼繩運輸與帶式運輸相結(jié)合的產(chǎn)物，既具有鋼繩的高強度、牽引靈活的特點，又具有帶式運輸?shù)倪B續(xù)、柔性的優(yōu)點。 帶式輸送機