【正文】 創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文），是我個人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進行的研究工作及取得的成果。 作者簽名： 日 期 ： 華北理工大學(xué)信息學(xué)院 II 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨立進行研究所取得的研究成果。 作者簽名： 日期： 年 月 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機 構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。 ：任務(wù)書、開題報告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）。高爐運礦皮 帶揀鐵裝置控制系統(tǒng)的硬件部分主要包括：金屬探測器、行走小車機構(gòu)、電磁吸盤、整流變壓器、分離平臺、除鐵漏斗和金屬機構(gòu)支架。 本課題完成了高爐運礦皮帶揀鐵裝置控制系統(tǒng)的硬件和軟 件部分的設(shè)計 ,模擬實現(xiàn)了 PLC 對高爐運礦皮帶揀鐵裝置的自動控制。 magic chuck。為了更好地提高高爐揀鐵系統(tǒng)工作過程的自動化，提出了基于 PLC 的高爐運礦皮帶揀鐵控制系統(tǒng)。 近幾十年來，隨著我國高爐煉鐵行業(yè)的飛速發(fā)展，生產(chǎn)工藝不斷優(yōu)化，設(shè)備裝備水平不斷的提高，自動化，機械化，智能化高科技產(chǎn)品日新月異，特別是可編程序控制器的出現(xiàn)更 是電氣控制領(lǐng)域的一次革命， 以體積小，重量輕，編程操作簡單，易學(xué)易懂，修改程序方便，抗干擾能力強，可靠性靈活性強，工作穩(wěn)定，可靠，適合工作在生產(chǎn)現(xiàn)場的諸多特點，而被應(yīng)用到各個領(lǐng)域，因此，在高爐運礦皮帶揀鐵裝置自動控制系統(tǒng)中，采用進行自動化的控制是非常的合適的，同時他為企業(yè)的生存的發(fā)展直接或間接的帶來了巨大的經(jīng)濟效益。例如： 1999 年 5 月 18 日， 高爐運礦皮帶揀鐵裝置曾在一天之內(nèi)揀出 4 塊礦稱斗內(nèi)脫落的襯板，有效的保護了 皮帶，成功避免了高爐的休風(fēng)事故。 運礦皮帶裝置在煉鐵里應(yīng)用比較廣泛，特別是在爐頂無料鐘的新型大高爐生產(chǎn)中更發(fā)揮著其獨特的作用，在首鋼 2560 立方米的高爐礦石揀鐵中采用了西門子系列的 PLC 控制系統(tǒng) ；邯鄲鋼鐵集團煉鐵廠高爐運礦揀鐵裝置應(yīng)用了施耐德可編程序控制器 。 高爐運礦皮帶揀鐵裝置的概況 1986 年中國寶鋼集團建成了我國第一座 4000 立方米高爐，該高爐從工藝上、設(shè)備技術(shù)水平上、管理模式上均是引進日本最先進的無料鐘工藝和設(shè)備裝備，一時曾成為國內(nèi)同行業(yè)的榜樣。以唐鋼煉鐵北區(qū) 1＃高爐為例，該高爐于 1989 年 9 月建成投產(chǎn)，采用日本 U84PLC 為高爐上料系統(tǒng)的控制核心，礦槽設(shè)備當(dāng)中運礦皮帶礦石揀鐵裝置也毫不例外的實現(xiàn)了自動化和機械化。目前除鐵器的發(fā)展方向主要由以下幾個方面： 、高梯度 根據(jù)磁力是磁場強度與磁場梯度的乘積的原理，采用多種聚磁方法和應(yīng)用更好的材料，使除鐵器在額定懸掛高度中心的磁場強度已達到 90、 1 150mt，同時梯度也越來越大，所以磁力也越來越大?，F(xiàn)在除鐵器的控制系統(tǒng)往往采用 PLC 進行控制，不僅提高了自身的可靠性，減少維護量，而且可以方便地與其它自動控制系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，在上位機的統(tǒng)一管理下，進一步提高整個系統(tǒng)乃至企業(yè)生產(chǎn)工序的自動化程度 。雖然永磁除鐵器不需要消耗電能，但是節(jié)能降耗就成了電磁除鐵器的發(fā)展趨勢。李勇等人對除鐵器的除鐵能力進行了研究，認為影響除鐵能力的因素除磁場強度外，更重要是除鐵器的功率。高學(xué)朋介紹了利用 IGBT 和 MOSFET 設(shè)計制造的新型除鐵器電源。同時，如何在現(xiàn)有條件下更好的利用除鐵器，發(fā)展新工藝也是值得研究的方面。 本課題的背景與意義 運礦皮帶揀鐵裝 置在高爐煉鐵中有著非常重要的用途。運礦皮帶揀鐵裝置是一套綜合的設(shè)備，在高爐煉鐵中有著非常重要用途。另外，運礦揀鐵裝置把住了鐵件進爐的關(guān)口，為高爐生產(chǎn)創(chuàng)造了條件。 。出現(xiàn)了超強磁除鐵器，其磁力指數(shù)是常規(guī)除鐵器的 4 倍多。這樣既可解決線圈散熱與密封之間的矛盾，也可大大提高出現(xiàn)鐵件時的磁吸能 力，降低生產(chǎn)廠家的鋼材消耗和綜合成本，降低使用廠家的成本。當(dāng)有漏揀情況時，第二個金屬檢測器會檢測到有鐵信號，第二臺PLC 控制裝置啟動， 處理漏鐵的情況。 在設(shè)計之前，必須要有一個指導(dǎo)原則。 第 1 章 緒論 7 本章小結(jié) 此章節(jié)主要分析了高爐運礦皮帶揀鐵裝置系統(tǒng)在國內(nèi)的應(yīng)用現(xiàn)狀，同時總結(jié)出皮帶揀鐵裝置控制系統(tǒng)的特征，指出高爐運礦皮帶揀鐵裝置控制系統(tǒng)存在的一些問題。當(dāng)金屬探測器 1 檢測到過鐵信號時，經(jīng)過時間計算， PLC 控制電磁鐵通電，利用強磁力（ 350V）吸出混在皮帶運輸機上礦石中的含鐵礦石及鐵金屬，電磁吸盤經(jīng)過保磁（ 290V）一段時間， PLC 給小 車一個向分離臺移動的信號，當(dāng)小車移動到分離臺的時，觸碰到第一個限位開關(guān)，產(chǎn)生限位信號，此時 PLC 給電磁吸盤一個弱磁電壓（ 100V），弱磁性的礦石掉落在分離臺上，小車在分離臺上方延時幾秒鐘， PLC 再次控制小車移動到除鐵漏斗，觸碰到限位開關(guān)，產(chǎn)生限位信號， PLC 給電磁吸盤負向電壓（ 100）去磁，電磁吸盤開始去磁，鐵塊被落到除鐵斗中，經(jīng)過延遲時間，小車開始向右回程移動，當(dāng)小車行走到分離臺時，觸碰到限位開關(guān)時，產(chǎn)生限位信號， PLC 給電磁吸盤強磁信號，落在分離臺上的弱磁性礦石被撿起，經(jīng)過延遲時間， PLC 發(fā)出行走信 號，小車繼續(xù)向右移動到皮帶上方，碰到限位開關(guān)，產(chǎn)生限位信號，小車停止移動， PLC 給電磁吸盤加反向電壓產(chǎn)生去磁信號，礦石被放回到運輸皮帶上，經(jīng)過延遲時間，電磁吸盤斷電并停留在原先的位置。 數(shù)字量輸出點有 31 個： 1小車左移指令、 1小車右移指令、 1磁盤強磁指令 350V、 1磁盤保磁指令 290V、 1磁盤弱磁指令 100V、 1磁盤去磁指令 100V、1金屬探測器合閘指令、 1小車左超限報警、 1小車右超限報警、檢測到鐵信號警示燈亮、 1小車運行前電笛報警、 1電磁吸盤回路合閘指令、 1整流變壓器合閘指令、 1揀鐵設(shè)備運行 中警示燈、 1小車回路合閘指令、 2小車左移指令、 2小車右移指令、 2磁盤強磁指令 350V、 2磁盤保磁指令 290V、 2磁盤弱磁指令100V、 2磁盤去磁指令 100V、 2小車左超限報警、 2小車右超限報警、 2金屬探測器合閘指令、 2電磁吸盤回路合閘指令、 2小車回路合閘指令、 2整流變壓器合閘指令、 檢測到漏鐵警示燈、 2揀鐵設(shè)備運行中警示燈亮、皮帶運行中警示燈、皮帶電機運行 。2= 估算電磁吸盤的吸鐵速度為 6m/s 則：電磁吸盤的吸鐵所用的時間為： 247?？刂乒に嚵鞒谭矫媸紫冉榻B和分析了控制工藝的過程描述，接著研究控制工藝流程的特點，最后按照要求給出控制工藝流程圖；吸鐵時間方面主要介紹了電磁吸盤通電的時間和吸鐵過程的時間。電控柜 PLC 自動控制的執(zhí)行元件組合，用于實現(xiàn)小車磁盤的不同控制。在控制系統(tǒng)中使用 PLC 就是代替繼電器控制系統(tǒng)中的邏輯線路部分。 GJT2F 型金屬探測儀工作原理：將 220V 交流電轉(zhuǎn)換成直流電源，通過數(shù)字電路將高頻電流供給傳感器，形成高頻磁場。 華北理工大學(xué)機械工程學(xué)院 14 報警方式：聲光，故障燈閃亮，蜂鳴器鳴響。 （ 2）儀器箱的安裝： 1）儀器箱有防塵功能，儀器箱盡量放置在室內(nèi)少塵干燥處，不能有明顯震動，離傳感器的距離盡量靠近，傳感器與儀器的連接電纜為 5m，儀器箱為掛式機箱，安裝孔的距離為 180mm,用 M8 螺釘將儀器箱固定在墻面或是鐵架上。 項目 適應(yīng)帶寬 mm 功率 ≤ mm 適應(yīng)帶速 m/s 輸入電壓 V 靈敏度 ≥ mm 重量 kg 參數(shù) 型號 GJT2F 8 800 50 220177。具有透磁深度大、吸力強、防塵、防雨、耐腐蝕等特點，在極其惡劣 的環(huán)境中仍能可靠運行。 RCDB5 型電磁吸盤的主要特點： （ 1）采用全密封結(jié)構(gòu)，防潮性能好。 （ 5）高溫型電磁鐵采用獨特的隔熱方式，其被吸物溫度由過去的 600℃提高到 700℃，擴展了電磁鐵的適應(yīng)范圍。 行走小車的馬達系統(tǒng)采用工業(yè)級高效率鼠籠式感應(yīng)馬達，多出線式，有三款電壓選擇配置，漆包線耐熱等級達 180 度， 為長時間起重特別設(shè)計。行星式齒輪組為兩段式 ,第二段出力齒輪采用兩個合金鋼熱處理之運轉(zhuǎn)惰輪 ,力量分擔(dān)。 第 3 章 控制系統(tǒng)硬件部分的設(shè)計 17 33 行走小車的技術(shù)參數(shù)表 圖 行走小車 圖 小車電機電路圖 重量 kg 電壓 V 相數(shù) 速度 （ M/min） 動力 （ HP） 50Hz 60Hz 2021 220 380 440 3 18 22 華北理工大學(xué)機械工程學(xué)院 18 小車軌道 小車軌道有兩種軌道型號 KB1 和 KB11 軌道，軌道和軌道之間可連接，標準軌道長度為 1m 到 8m。本公司采用先進的制作工藝，有進口西班牙繞線機和全套真空壓力浸漆設(shè)備繞組采用脫胎整列繞制方法對變壓器進行真空浸漆，使變壓器的絕緣等級達到 F 級或 H 級。絕緣材料采用耐高溫絕緣紙為絕緣材料，具備高溫絕緣，阻燃和耐潮濕多重性能。 34 整流變壓器的主要參數(shù) 相數(shù) 三相 容量 1KVA— 3000KVA 輸入電壓 3amp。 4 個機械行程開關(guān)分別安裝在揀鐵裝置 1 和揀鐵裝置 2 的小車軌道的兩端。當(dāng)金屬材料靠近感應(yīng)面時，如果是非磁性金屬，則產(chǎn)生旋渦電流。行程開關(guān)廣泛用于各類機床和起重機械 ,用以控制其行程、進行終端限位保護。 PLC 選型 選擇機型 本系統(tǒng)選用西門子 PLCS7— 300 系列， CPU315— 2 DP 型，訂單號為 6ES7 315— 2AF03— OABO 。電源模塊選擇為 PS 307 5A，由上海騰希電氣技術(shù)有限公司提供。 PLC 運行程序時，會按順序依次逐條執(zhí)行存儲器中的程序指令，并不會馬上停止，而是又從頭開始再次執(zhí)行存儲器中的程序，如此周而復(fù)始， PLC 的這種工作方式 稱為循環(huán)掃描方式。 S7— 300PLC的 CPU 分類 S7— 300PLC 的 CPU 型號很多（還在不斷擴充），主要可分為緊湊型、標準型、運動控制型和故障安全型等。 （ 3）故障安全型 CPU 故障安全型 CPU 適用于對安全性要求極高的場合，它可以在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時立即進入安全狀態(tài)模式，以保證人與設(shè)備的安全。 41 標準型 CPU315— 2DP 的技術(shù)參數(shù)表 CPU 315— 2DP 集成工作存儲器 RAM 128KB 裝載存儲器（ MMC） 最大 8MB 最大位操作指令執(zhí)行時間 浮點數(shù)指令執(zhí)行時間 FB最大塊數(shù) /大小 2048/16KB FC最大塊數(shù) /大小 2048/16KB DB最大塊數(shù) /大小 1024/16KB OB最大容量 16KB 位存儲器（ M） 2048B S7定時器 /計數(shù)器 256/256 每個優(yōu)先級的最大局部數(shù)據(jù) 1024B 全部 I/O地址區(qū) 2048B/2048B 最大分布式 I/O地址區(qū) 2048B/2048B I/O過程映像 128B/128B 最大數(shù)字量 I/O點數(shù) 16384/16384 最大模擬量 I/O點數(shù) 1024/1024 最大機架數(shù) /模塊總數(shù) 4/32 內(nèi)置 /通過 CP的 DP接口數(shù) 1/4 擴展模塊 PLC的輸入擴展模塊分別為 SM 321 DI32XDC24和 SM 321 DI8XAC120/230V，訂單號為 6ES7 3211BH000AA0 和 6ES7 3211FF100AA0?？刂葡到y(tǒng)硬件部分包括 PLC 的工作方式和工作過程，簡單介紹了4 種 CPU 的分類，最重要的部分是給出擴展模塊的類型和擴展模塊的接線圖。 然而，礦石揀鐵裝置在我國鋼鐵冶金企業(yè)里的發(fā)展并不是很快，受科技水平的限制，以及廠礦領(lǐng)導(dǎo)對這一系列設(shè)備并不熟悉，好多廠礦缺乏這方面的操控人員，好多企業(yè)也沒有專門的培訓(xùn)部門來培養(yǎng)定向的人才，對裝備水平還有待進一步提高，尤其是揀鐵程序的編制技術(shù)還很不夠成熟，礦石揀鐵裝置中最重要的部分也是系統(tǒng)軟件程序的知識，然而國內(nèi)相關(guān)的資料也比較少，個別企業(yè)仍然還把這些控制裝置閑置起來，甚至拆掉。老師的工作作風(fēng)十分嚴謹，對我的畢業(yè)設(shè)計要求十分嚴格，不論是內(nèi)容格式，還是標點符號都進行了嚴格的把關(guān)。在這最后的大學(xué)學(xué)習(xí)時間里，我是真心體會到了一些老師和同學(xué)對我的關(guān)懷和照顧，他們的幫助使我能夠很好的完成我的畢業(yè)設(shè)計。玄老師深厚的專 業(yè)知識、嚴謹?shù)闹螌W(xué)精神和求實創(chuàng)新的工作作風(fēng)