【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 C 為主要控制手段的機(jī)電一體化設(shè)備。它具有自動(dòng)化程度高，可靠性好，動(dòng)作迅速，反應(yīng)靈敏，設(shè)備簡(jiǎn)單，調(diào)整方便的優(yōu)點(diǎn)。 、高梯度方面，根據(jù)磁力時(shí)磁場(chǎng)強(qiáng)度與磁場(chǎng)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(chǎng)強(qiáng)度已達(dá)到 90、 120， 150mt，同時(shí)梯度也越來(lái)越大，所以磁力也越來(lái)越大。出現(xiàn)了超強(qiáng)磁除鐵器，其磁力指數(shù)是常規(guī)除鐵器的 4 倍多。 ，電磁除鐵器是靠電流產(chǎn)生磁場(chǎng)，在使用過程中消耗大量電能，而且其散熱系統(tǒng)也需要消耗能量。雖然永磁除鐵器不需消耗電能，但是在某些行業(yè)電磁除鐵器有不可替代的優(yōu)勢(shì)（如陶瓷廠），因此節(jié)能降耗就成了電磁除鐵器的發(fā)展趨勢(shì)。譚昆玲在分析了電磁除鐵器的運(yùn)行特點(diǎn)后，提出了一種技術(shù)方案，即當(dāng)出現(xiàn)鐵件時(shí)給激磁線圈加上 100%的全額電壓，當(dāng)沒有出現(xiàn)鐵件時(shí)，僅需保華北理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 6 持已吸起的鐵件不墜落階段，加上 10%左右的全額電壓，使整個(gè)設(shè)備運(yùn)行時(shí)基本處于冷態(tài)。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(shí)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。 本課題的方案與設(shè)計(jì)原則 運(yùn)礦皮帶揀鐵裝置是一套綜合設(shè)備，它由金屬探測(cè)器、傳感控制器、電磁吸盤、分離平臺(tái)、除鐵漏斗、行走小車結(jié)構(gòu)等部分組成。 運(yùn)礦皮帶揀鐵裝置控制系統(tǒng)有全自動(dòng)控制系統(tǒng)。當(dāng)?shù)谝粋€(gè)金屬探測(cè)器檢測(cè)到有鐵信號(hào)時(shí)，給 PLC 發(fā)送來(lái)鐵信號(hào)， PLC 通過不同電壓來(lái)控制電磁磁盤的強(qiáng)磁、保磁、弱磁及去磁等情況，通過限位開關(guān)實(shí)現(xiàn)行走小車的位置控制，從而將廢鐵從皮帶上揀出。當(dāng)有漏揀情況時(shí)，第二個(gè)金屬檢測(cè)器會(huì)檢測(cè)到有鐵信號(hào)，第二臺(tái)PLC 控制裝置啟動(dòng)， 處理漏鐵的情況。 本次設(shè)計(jì)主要完成運(yùn)礦皮帶揀鐵裝置及其自動(dòng)控制系統(tǒng)所要設(shè)計(jì)的功能，以及整個(gè)系統(tǒng)的控制工藝，進(jìn)行整體方案設(shè)計(jì)。同時(shí)完成運(yùn)礦皮帶揀鐵裝置相關(guān)輔助設(shè)備，如小車、電磁盤的控制工藝設(shè)計(jì)，選擇合適的可編程控制器 PLC、金屬探測(cè)器、傳感器，完成其軟件設(shè)計(jì)。 本次設(shè)計(jì)的研究方法：①在圖書館和網(wǎng)絡(luò)上，查閱有關(guān)運(yùn)礦皮帶揀鐵裝置的學(xué)術(shù)論文和專利等文獻(xiàn)資料，了解國(guó)內(nèi)外運(yùn)礦揀鐵裝置的新動(dòng)向和發(fā)展水平，對(duì)設(shè)計(jì)提供設(shè)計(jì)思路；②去現(xiàn)場(chǎng)參觀揀鐵裝置的構(gòu)造、各部分的運(yùn)動(dòng)規(guī)律、整個(gè)工藝流程，考察目前所采用的方法以及需要解決的問 題；③了解 PLC 市場(chǎng)情況，選擇合適的控制器，閱讀用戶手冊(cè)，了解硬件結(jié)構(gòu)及性能，熟悉編程環(huán)境；④編制 PLC 控制程序。 在設(shè)計(jì)之前，必須要有一個(gè)指導(dǎo)原則。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)原則是：以任務(wù)書所要求的具體設(shè)計(jì)要求為根本設(shè)計(jì)目標(biāo)，充分考慮礦石揀鐵裝置的工作環(huán)境和工藝流程的具體要求。在滿足工藝要求的基礎(chǔ)上，盡可能的使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)練，盡可能采用標(biāo)準(zhǔn)化元件以降低成本，同時(shí)提高可靠性。本著科學(xué)經(jīng)濟(jì)和滿足生產(chǎn)要求的設(shè)計(jì)原則，同時(shí)也考慮本次設(shè)計(jì)是畢業(yè)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，將大學(xué)期間所學(xué)的知識(shí)，如機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械原理、液壓、氣動(dòng)、電氣傳動(dòng)等知識(shí)盡可 能多的綜合運(yùn)用到設(shè)計(jì)中，使得經(jīng)過本次設(shè)計(jì)對(duì)大學(xué)階段的知識(shí)得到鞏固和強(qiáng)化，同時(shí)也考慮個(gè)人能力水平和時(shí)間的客觀實(shí)際，充分發(fā)揮個(gè)人能動(dòng)性，腳踏實(shí)地，實(shí)事求是的做好本次設(shè)計(jì)。 第 1 章 緒論 7 本章小結(jié) 此章節(jié)主要分析了高爐運(yùn)礦皮帶揀鐵裝置系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用現(xiàn)狀，同時(shí)總結(jié)出皮帶揀鐵裝置控制系統(tǒng)的特征，指出高爐運(yùn)礦皮帶揀鐵裝置控制系統(tǒng)存在的一些問題。了解本課題的背景與意義，同時(shí)給出課題的方案和設(shè)計(jì)原則。 華北理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 8 第 2 章 控制系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì) 控制系統(tǒng)的組成 高爐運(yùn)礦皮帶揀鐵裝置是一套綜合性設(shè)備，它的控制系統(tǒng)硬件部分 由金屬探測(cè)器、除鐵器、行走小車、整流變壓器、除鐵漏斗、分離平臺(tái)等主要部分組成，同時(shí)需要西門子 PLC 來(lái)實(shí)現(xiàn)軟件部分，其中包括 PLC 的選型，數(shù)字量輸入輸出點(diǎn)的確定，程序梯形圖的匯編。 控制工藝流程描述 礦石揀鐵裝置采用的是全自動(dòng)的轉(zhuǎn)換控制 自動(dòng)揀鐵的過程：沒有鐵的情況下，電磁鐵小車停在皮帶運(yùn)輸機(jī)上方，等待過鐵信號(hào)的到來(lái)。當(dāng)金屬探測(cè)器 1 檢測(cè)到過鐵信號(hào)時(shí)，經(jīng)過時(shí)間計(jì)算， PLC 控制電磁鐵通電，利用強(qiáng)磁力（ 350V）吸出混在皮帶運(yùn)輸機(jī)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(shí)間， PLC 給小 車一個(gè)向分離臺(tái)移動(dòng)的信號(hào)，當(dāng)小車移動(dòng)到分離臺(tái)的時(shí)，觸碰到第一個(gè)限位開關(guān)，產(chǎn)生限位信號(hào)，此時(shí) PLC 給電磁吸盤一個(gè)弱磁電壓（ 100V），弱磁性的礦石掉落在分離臺(tái)上，小車在分離臺(tái)上方延時(shí)幾秒鐘， PLC 再次控制小車移動(dòng)到除鐵漏斗，觸碰到限位開關(guān)，產(chǎn)生限位信號(hào)， PLC 給電磁吸盤負(fù)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(shí)間，小車開始向右回程移動(dòng)，當(dāng)小車行走到分離臺(tái)時(shí)，觸碰到限位開關(guān)時(shí)，產(chǎn)生限位信號(hào)， PLC 給電磁吸盤強(qiáng)磁信號(hào)，落在分離臺(tái)上的弱磁性礦石被撿起，經(jīng)過延遲時(shí)間， PLC 發(fā)出行走信 號(hào)，小車?yán)^續(xù)向右移動(dòng)到皮帶上方，碰到限位開關(guān)，產(chǎn)生限位信號(hào)，小車停止移動(dòng)， PLC 給電磁吸盤加反向電壓產(chǎn)生去磁信號(hào)，礦石被放回到運(yùn)輸皮帶上，經(jīng)過延遲時(shí)間，電磁吸盤斷電并停留在原先的位置。 有的時(shí)候礦石太多，會(huì)出現(xiàn)漏撿的的情況，為了處理漏撿的現(xiàn)象，我們需要安裝兩個(gè)金屬探測(cè)器，在第一個(gè)金屬探測(cè)器的后面安裝另外一個(gè)金屬探測(cè)器，當(dāng)?shù)谝粋€(gè)金屬探測(cè)器出現(xiàn)漏撿現(xiàn)象時(shí)，第二個(gè)金屬探測(cè)器會(huì)發(fā)揮作用， PLC 會(huì)控制第二臺(tái)除鐵裝置，行走小車的路線和除鐵過程和第一個(gè)相同 。 控制工藝流程的特點(diǎn) PLC 內(nèi)部時(shí)間繼電器精度為 秒，能夠滿足系統(tǒng)控制要求，能處理比較復(fù)雜的工藝流程，速度快、靈活性強(qiáng)、可靠性高、吸鐵準(zhǔn)確無(wú)誤，而且故障率很 第 2 章 控制系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì) 9 低。 礦石揀鐵工藝流程 圖 控制工藝流程圖 數(shù)字量輸入 /輸出點(diǎn) 系統(tǒng)數(shù)字量輸入點(diǎn)共有 36 個(gè)：?jiǎn)?dòng)按鈕 SB皮帶運(yùn)行停止按鈕 SB急停按鈕 SB有鐵信號(hào) YT、 1金屬探測(cè)器 1 常開觸點(diǎn) KA 1小車左超極限開關(guān) SQ 1小車右超極限開關(guān) SQ 1分離臺(tái)接近開關(guān) SQ 1除鐵斗接近開關(guān)SQ 1皮帶上方接近開關(guān) SQ 1小車過 負(fù)荷 KA 1電磁吸盤直流熔斷 FU1整流變壓器合閘按鈕 SB 1電磁吸盤回路合閘按 SB 1小車回路合閘按鈕 分離臺(tái) 2 除鐵斗 2 西門子 PLC 分離臺(tái) 1 金屬探測(cè)器 2 揀鐵 有鐵信號(hào) 除鐵斗 1 揀鐵 西門子 PLC 控制箱 2 運(yùn)礦皮帶 金屬探測(cè)器 1 控制箱 1 礦槽出料 漏鐵信號(hào) 華北理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 10 SB漏鐵信號(hào) LT、 2金屬探測(cè)器常開觸點(diǎn) KA 2小車左超極限開關(guān) SQ2小車右超極限開關(guān) SQ 2分離臺(tái)接近開關(guān) SQ 2除鐵斗接近開關(guān) SQ 2皮帶上方接近開關(guān) SQ 2整流變壓器合閘按鈕 SB 2小車過負(fù)荷 KA 2電磁吸盤直流熔斷 FU 2電磁吸盤回路合閘按鈕 SB 2小車回路合閘按鈕SB 皮帶急停按鈕 SB金屬探測(cè)器急停按鈕 SB1小車急停按 鈕 SB1電磁吸盤急停按鈕 SB1整流變壓器急停按鈕 SB1金屬探測(cè)器停止按鈕 SB1小車停止按鈕 SB1整流變壓器停止按鈕 SB1電磁吸盤停止按鈕 SB18。 數(shù)字量輸出點(diǎn)有 31 個(gè)： 1小車左移指令、 1小車右移指令、 1磁盤強(qiáng)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(cè)器合閘指令、 1小車左超限報(bào)警、 1小車右超限報(bào)警、檢測(cè)到鐵信號(hào)警示燈亮、 1小車運(yùn)行前電笛報(bào)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(yùn)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(qiáng)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(bào)警、 2小車右超限報(bào)警、 2金屬探測(cè)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(cè)到漏鐵警示燈、 2揀鐵設(shè)備運(yùn)行中警示燈亮、皮帶運(yùn)行中警示燈、皮帶電機(jī)運(yùn)行 。 表 21 I/O 表 序號(hào) 地址號(hào) 描述 序號(hào) 地址號(hào) 描述 1 Ι 啟動(dòng)按鈕 SB1 1 1小車左移 指令 2 Ι 皮帶運(yùn)行停止按鈕 SB2 2 1小車右移指令 3 Ι 急停按鈕 SB3 3 1磁盤強(qiáng)磁指令 350V 4 Ι 有鐵信號(hào) YT 4 1磁盤保磁指令 290V 5 Ι 1金屬探測(cè)器常開觸點(diǎn) S1 5 1磁盤弱磁指令 100V 6 Ι 1小車左超極限開關(guān) SQ1 6 1磁盤去磁指令 100V 7 Ι 1小車右超極限開關(guān) SQ2 7 1金屬探測(cè)器合閘指令 8 Ι 1分離臺(tái)接近開關(guān) SQ3 8 1小車左超限報(bào)警 9 Ι 1除鐵斗接近開關(guān) SQ4 9 1小車右超限報(bào)警 10 Ι 1皮帶上方接近開關(guān) SQ5 10 檢測(cè)到鐵信號(hào)警示燈亮 11 Ι 1小車過負(fù)荷 QS1 11 1小車運(yùn)行前電笛報(bào)警 12 Ι 1電磁吸盤直流熔斷 FU1 12 1電磁吸盤回路合閘指令 13 Ι 1整流變壓器合閘按鈕 SB4 13 1整流變壓器合閘指令 14 Ι 1電磁吸盤回路合閘按鈕SB5 14 1揀鐵設(shè)備運(yùn)行中警示燈 15 Ι 1小車回路合閘按鈕 SB6 15 1小車回路合閘指令 2揀鐵裝置輸入點(diǎn) 2鐵裝置輸出點(diǎn) 16 Ι 漏鐵信號(hào) LT 16 2小車左移指令 第 2 章 控制系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì) 11 17 Ι 2金屬探測(cè)器常開觸點(diǎn) S2 17 2小車右移指令 18 Ι 2小車左超極限開關(guān) SQ6 18 2磁盤強(qiáng)磁指令 350V 19 Ι 2小車右超極限開關(guān) SQ7 19 2磁盤保磁指令 290V 20 Ι 2分離臺(tái)接近開 關(guān) SQ8 20 2磁盤弱磁指令 100V 21 Ι 2除鐵斗接近開關(guān) SQ9 21 2磁盤去磁指令 100V 22 Ι 皮帶上方接近開關(guān) SQ10 22 2小車左超限報(bào)警 23 Ι 2整流變壓器合閘按鈕SQ11 23 2小車右超限報(bào)警 24 Ι 2小車過負(fù)荷 QS2 24 2金屬探測(cè)器合閘指令 25 Ι 2電磁吸盤直流熔斷 FU2 25 2電磁吸盤回路合閘指令 26 Ι 2電磁吸盤回路合閘 按鈕SB7 26 2小車回路合閘指令 27 Ι 2小車回路合閘按鈕 SB8 27 2整流變壓器合閘指令 28 皮帶急停按鈕 SB9 28 檢測(cè)到漏鐵警示燈 29 金屬探測(cè)器急停按鈕 SB10 29 2揀鐵設(shè)備運(yùn)行中警示燈亮 30 小車急停按鈕 SB11 30 皮帶運(yùn)行中警示燈 31 電磁吸盤急停按鈕 SB12 31 皮帶電機(jī)運(yùn)行 32 整流變壓器急停按鈕 SB13 33 金屬探測(cè)器停止按鈕 SB14 34 小車停止按鈕 SB15 35 整流變壓器停止按鈕 SB16 36 電磁吸盤停止按鈕 SB17 吸鐵時(shí)間的計(jì)算 根據(jù)皮帶帶速 2m/s，電磁吸盤的有效吸鐵半徑為 揀鐵探測(cè)器至電磁吸盤中心的距離為 ，接觸器的動(dòng)作時(shí)間為 ，繼電器的動(dòng)作時(shí)間為 ，有鐵信號(hào)送至 PLC， PLC 控制吸鐵的時(shí)間， PLC 發(fā)出吸鐵指令，其中需要經(jīng)過一個(gè)繼電器動(dòng)作，使電磁吸盤距離礦料為 。則：鐵塊從揀鐵探測(cè)器到 電磁吸盤所走的時(shí)間為： 247。2= 鐵塊經(jīng)過電磁吸盤有效半徑的所用的時(shí)間為： 247。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(shí)間為： 247。6= 吸鐵時(shí)間內(nèi)皮帶所走的慣性距離為： 2= 皮帶的慣性時(shí)間為： 247。2= 吸鐵時(shí)間：鐵塊從探測(cè)器到電磁吸盤所走的時(shí)間 － 接觸器動(dòng)作時(shí)間 － 繼電器動(dòng)作時(shí)間 － 慣性時(shí)間 =－ － － = 鐵經(jīng)過電磁吸盤有效吸鐵半徑所用的時(shí)間可作為吸鐵時(shí)間的公差，經(jīng)過時(shí)間為： 177。 華北理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 12 本章小結(jié) 本章分別對(duì)控制工藝流程和吸鐵時(shí)間進(jìn)行了研究?？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(diǎn)，最后按照要求給出控制工藝流程圖；吸鐵時(shí)間方面主要介紹了電磁吸盤