【正文】 電氣工程及其自動化專業(yè)畢業(yè)論文 基于 PLC的皮帶集中控制系統(tǒng)設(shè)計 摘 要 煤礦對保證礦井正常生產(chǎn)起著非常重要的作 SIEMENS 的 S7300 系列PLCABSTRACT Coal 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 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 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 S7300 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 antijamming measures Keywords Belt conveyor S7300 Centralized system 目 錄 1 緒論 1 11 概述 1 12 膠帶輸送機(jī)集中控制系統(tǒng) 1 膠帶輸送機(jī)集中控制系統(tǒng)的重要性 1 集中控制系統(tǒng)的發(fā)展及存在的問題 2 13 本課題研究的主要內(nèi)容 2 2 膠帶機(jī)集中控制系統(tǒng)的總體設(shè)計 4 21 課題背景介紹 4 22 膠帶輸送機(jī)集中控制系統(tǒng)的功能設(shè)計 5 23 膠帶輸送機(jī)集中控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計 6 24 膠帶輸送機(jī)集中控制系統(tǒng)設(shè)備構(gòu)成 7 膠帶輸送機(jī) 7 參數(shù)檢測及故障保護(hù)裝置 8 PLC 簡述 14 人機(jī)界面 HMI 17 3 膠帶輸 送機(jī)集控系統(tǒng)硬件設(shè)計 19 31 SIMATIC S7300 PLC 簡介 19 SIMATIC S7300 PLC 簡介 19 模塊安裝 20 32 集控系統(tǒng) PLC 的設(shè)計 21 CPU 的選擇 21 模塊選擇 23 模塊選擇 25 塊的選擇 26 33 西門子 ET200M 與 PROFIBUSDP 總線 28 4 膠帶集中控制系統(tǒng)軟件設(shè)計 30 41 集中控制的流程圖 30 42 系統(tǒng)軟件實現(xiàn) 31 控制方式選擇 31 模擬量的處理 32 5 控制系統(tǒng)的抗 干擾措施 34 51 主要干擾源 34 52 抗干擾措施 35 6 總結(jié) 37 參考文獻(xiàn) 38 附錄 40 翻譯部分 42 英文原文 42 中文譯文 54 致 謝 64 1 緒論 11 概述 煤炭運(yùn)輸是煤炭生產(chǎn)過程中不可缺少的一部分礦井中運(yùn)輸線路比較長巷道條件多種多樣運(yùn)輸若不通暢采掘工作或是其它的工作都無法進(jìn)行整個煤炭生產(chǎn)系統(tǒng)將處于癱瘓狀態(tài)礦井運(yùn)輸機(jī)械的類型很多按運(yùn)行方式不同可分為連續(xù)運(yùn)行和往返運(yùn)行兩種連續(xù)運(yùn)行式運(yùn)輸設(shè)備的特點是一經(jīng)開動就不需操作而連續(xù)運(yùn)行普通膠帶機(jī)鋼繩芯膠帶輸送機(jī)鋼繩牽引膠帶輸送機(jī)等均屬于 此類運(yùn)輸設(shè)備往返運(yùn)行式運(yùn)輸設(shè)備的特點是在運(yùn)行區(qū)間以一定的方式作往返式周期性運(yùn)行運(yùn)行中需要操作換向機(jī)車運(yùn)輸及單繩牽引運(yùn)輸?shù)葘儆诖祟愡\(yùn)輸設(shè)備 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展礦井生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大運(yùn)輸系統(tǒng)也經(jīng)歷了不斷的變革和進(jìn)步并以煤流運(yùn)輸?shù)倪B續(xù)化輸送機(jī)化設(shè)備大型化使用長運(yùn)距大運(yùn)營高運(yùn)速大功率輸送機(jī)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(chǎn) 礦井膠帶運(yùn)輸系統(tǒng)是由多條膠帶搭接或由煤倉轉(zhuǎn)載形成的煤流運(yùn)輸系統(tǒng)因此它內(nèi)部的基本運(yùn)輸單元就是單臺膠帶機(jī)膠帶輸送機(jī)是選煤廣的主要運(yùn)輸設(shè)備它可用于物料的水平或傾斜運(yùn)輸上由于膠帶輸送機(jī) 的輸送能力變化范圍大運(yùn)輸距離長貨載和輸送機(jī)間沒有相對運(yùn)動運(yùn)轉(zhuǎn)時阻力小等因而具有適應(yīng)性強(qiáng)工作平穩(wěn)可靠動力消耗小機(jī)件磨損小使用維修方便等優(yōu)點在選煤廠中得到廣泛應(yīng)用 12 膠帶輸送機(jī)集中控制系統(tǒng) 膠帶輸送機(jī)集中控制系統(tǒng)的重要性 礦井膠帶運(yùn)輸系統(tǒng)是原煤運(yùn)輸?shù)奈ㄒ煌緩绞堑V井生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)因此它的安全高效運(yùn)行受到很大程度的重視由于礦井膠帶運(yùn)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(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大以及技術(shù)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(yùn)輸系統(tǒng)的控制和管理提出了更高的要求 以往對 膠帶輸送機(jī)都采用人工就地分臺控制即每臺輸送機(jī)的控制均由一名司機(jī)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(jī)的控制開關(guān)操作最簡單不增加任何的控制元器件維護(hù)工作較少但需要人員太多并因每個司機(jī)的思想素質(zhì)和技術(shù)素質(zhì)不等常有以外事故發(fā)生影響生產(chǎn)的正常進(jìn)行而集中控制方式是在整個運(yùn)輸線上新增一套集中控制裝置在控制室內(nèi)集中操縱機(jī)構(gòu)由一名司機(jī)來完成操作這不但節(jié)省了大量的司機(jī)人員也為及時發(fā)現(xiàn)故障縮短停產(chǎn)時間和綜合自動化創(chuàng)造了條件目前已經(jīng)成為礦井膠帶運(yùn)輸?shù)闹饕刂品绞? 集中控制系統(tǒng)的發(fā)展及存在的問題 在煤 礦中煤流的運(yùn)輸一般在幾百米到十幾公里之間因此它的運(yùn)輸系統(tǒng)要有多臺膠帶輸送機(jī)給煤機(jī)煤倉等構(gòu)成協(xié)調(diào)配合完成長距離運(yùn)輸任務(wù)為保證運(yùn)輸系統(tǒng)的安全可靠提高運(yùn)輸效率對其進(jìn)行完善的管理和監(jiān)控是現(xiàn)代礦井煤流運(yùn)輸迫切需要的一項技術(shù) 隨著礦井功能和規(guī)模的不斷擴(kuò)大計算機(jī)技術(shù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)新的工業(yè)控制器技術(shù)等新技術(shù)的應(yīng)用對膠帶輸送機(jī)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(gòu)成的系統(tǒng)和低廉的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)目前雖然市場上有著各式各樣方案構(gòu)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 皮帶機(jī)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(jī)集中控制系統(tǒng)存在的主要問題有 1 在安全保護(hù)方面為提高膠帶輸送機(jī)運(yùn)行的可靠性安全性減少故障提高效率多種檢測方法已應(yīng)用于電動機(jī)液力偶合器減速器和膠帶運(yùn)行系統(tǒng)故障檢測但是這些系統(tǒng)是相互獨立的 2 故障檢測系統(tǒng)誤報率高誤報將造成膠帶輸送機(jī)不應(yīng)有的停機(jī)使全礦井停產(chǎn)對礦井生產(chǎn)造成極大影響 3 皮帶機(jī)的控制運(yùn)行保護(hù)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 13 本課題研究的主要內(nèi)容 礦井生產(chǎn)自動化已經(jīng)成為一種趨勢如何更好的實現(xiàn)礦井運(yùn)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(jī)集控系統(tǒng)可實現(xiàn)對整個帶機(jī)運(yùn)輸系統(tǒng)的遙測遙信遙控提高生產(chǎn)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(jīng)濟(jì)效益 1 對膠帶運(yùn)輸控制系統(tǒng)概述 2 以哈密煤礦主斜井與地面膠帶輸送機(jī)為背景概述膠帶輸送機(jī)集中控制系統(tǒng)的功能設(shè)計其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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 3 膠帶集控系統(tǒng)的硬件設(shè)計進(jìn)行 S7300 PLC模塊選型和外部連線設(shè)計為了使集控系統(tǒng)更加完善 實現(xiàn)控制的可觀化清晰化加入了觸摸屏設(shè)計它可以實時顯示系統(tǒng)的運(yùn)行情況和各種故障情況進(jìn)行及時的報警顯示和記錄 4 進(jìn)行系統(tǒng)的軟件設(shè)計實現(xiàn)系統(tǒng)功能 5 最后分析控制系統(tǒng)產(chǎn)生干擾的原因提出對應(yīng)抗干擾措施 6 完成中英文翻譯 2 膠帶機(jī)集中控制系統(tǒng)的總體設(shè)計 21 課題背景介紹 新疆哈密煤礦是年產(chǎn) 200 萬噸的中型煤礦采用帶式運(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)振動篩中煤塊帶式輸送機(jī)大煤塊帶式輸送機(jī)過橋帶式輸送機(jī)和末煤刮板輸送機(jī)煤倉等各條皮帶機(jī)都由一臺電動機(jī)驅(qū)動正常運(yùn)行速度為 2ms 其中振動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 21 所示其中箭頭指示煤流方向 圖 21 運(yùn)輸工藝流程圖 如圖所示煤炭從井底煤倉經(jīng)給煤機(jī)運(yùn)到主提升皮帶通過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)到振動篩振動篩為雙層的經(jīng)篩分后分成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中塊煤經(jīng)中塊皮帶運(yùn)到中塊煤倉而末煤先通過過橋皮帶轉(zhuǎn)運(yùn)再利用過橋皮帶機(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}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 程序 設(shè)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(jīng)維修后信號消失計算機(jī)內(nèi)仍保留信號故障狀態(tài)這時復(fù)位指令可以清除故障保持信號 3 皮帶輸送機(jī)按照逆煤流啟動順煤流延時停車并具有閉鎖功能 4 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)下面簡單介紹它們信號發(fā)生后的動作情況 a 拉線開關(guān)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(guān)動作發(fā)出拉線開關(guān)聲光報警 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 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(dāng)報警時間超出一定時間段時 同時再執(zhí)行急停指令此為二級動作 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 e 超速信號發(fā)出后執(zhí)行超速聲光報警和急停指令 f 斷帶信號發(fā)出后執(zhí)行斷帶聲光報警和急停指令 g 縱撕信號發(fā)出后執(zhí)行縱撕聲光報警和急停指令 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 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 5 對設(shè)備故障和工藝參數(shù)的異常實時報警并進(jìn)行聲光提示于維護(hù) 可與工業(yè)電視系統(tǒng)配合實時監(jiān)視皮帶機(jī)重點部位運(yùn)行情況以確保人員及設(shè)備的安全具有喊話打點通訊功能基本實現(xiàn)無人值守 7 膠 帶運(yùn)輸機(jī)設(shè)起動預(yù)警設(shè)備啟動前發(fā)出預(yù)警信號提示有關(guān)人員應(yīng)立即遠(yuǎn)離設(shè)備現(xiàn)場可隨時停車若設(shè)備由集控啟動控制系統(tǒng)接到現(xiàn)場停車號后可作急停處理實施故障停車操作聯(lián)網(wǎng)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 圖 22 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 以 SIEMENS 公司 S7300 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)實現(xiàn)與上位機(jī)的通信以循環(huán)掃描的方式檢測傳感器及被控設(shè)備的信號發(fā)出程序指令完成對皮帶機(jī)的集中監(jiān)控使各個皮帶協(xié)調(diào)完成工作 PLC控制柜內(nèi)部由 S7300 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(jī)的交流界面控制臺面板上有各條皮帶機(jī)的起?？刂瓢粹o總啟總停按鈕起車預(yù)警按鈕集控就地檢修工作方式的轉(zhuǎn)換開關(guān)系統(tǒng)緊急停車按鈕觸摸屏則詳細(xì)顯示各條皮帶及給煤機(jī)運(yùn)行情況同時也顯示出所有皮帶上的各種保護(hù)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停止按鈕急停按鈕內(nèi)部配 SIMATIC ET200M遠(yuǎn)程 IO完成現(xiàn)場皮帶的數(shù)據(jù)采集和控制每個遠(yuǎn)程IO站可以處理 256個開關(guān)量或 64個模擬量它與 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 IM1532 總 線接口模塊連接到PROFIBUS 總線上 24 膠帶輸送機(jī)集中控制系統(tǒng)設(shè)備構(gòu)成 膠帶輸送機(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膠帶輸送機(jī)各種參數(shù)檢測和故障保護(hù)裝置將各種信息在觸摸屏上集中顯示下面我們對集控系統(tǒng)各部分進(jìn)行詳細(xì)的介紹 膠帶輸送機(jī) 帶式輸送機(jī)是以膠帶作為牽引機(jī)構(gòu)和承載機(jī)構(gòu)的連續(xù)運(yùn)輸機(jī)械又稱為膠帶輸送機(jī)它在礦山的物料運(yùn)輸特別是煤的輸送方面得到了廣泛應(yīng)用帶式輸送機(jī)主要由以下幾種主要部件組成傳動裝置膠帶機(jī)架滾筒托輥拉緊裝置清掃器裝料和卸料裝置等 膠帶輸送機(jī)的基木結(jié)構(gòu)見圖 23 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(jī)構(gòu)在滾筒 2 和 3 之間的機(jī)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(jī)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起移動當(dāng)膠帶繞過傳動滾