【文章內容簡介】 C 為主要控制手段的機電一體化設備。它具有自動化程度高，可靠性好，動作迅速，反應靈敏，設備簡單，調整方便的優(yōu)點。 、高梯度方面，根據磁力時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、 120， 150mt，同時梯度也越來越大，所以磁力也越來越大。出現了超強磁除鐵器，其磁力指數是常規(guī)除鐵器的 4 倍多。 ，電磁除鐵器是靠電流產生磁場，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（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。譚昆玲在分析了電磁除鐵器的運行特點后，提出了一種技術方案，即當出現鐵件時給激磁線圈加上 100%的全額電壓，當沒有出現鐵件時，僅需保華北理工大學機械工程學院 6 持已吸起的鐵件不墜落階段，加上 10%左右的全額電壓，使整個設備運行時基本處于冷態(tài)。這樣既可解決線圈散熱與密封之間的矛盾，也可大大提高出現鐵件時的磁吸能 力，降低生產廠家的鋼材消耗和綜合成本，降低使用廠家的成本。 本課題的方案與設計原則 運礦皮帶揀鐵裝置是一套綜合設備，它由金屬探測器、傳感控制器、電磁吸盤、分離平臺、除鐵漏斗、行走小車結構等部分組成。 運礦皮帶揀鐵裝置控制系統(tǒng)有全自動控制系統(tǒng)。當第一個金屬探測器檢測到有鐵信號時，給 PLC 發(fā)送來鐵信號， PLC 通過不同電壓來控制電磁磁盤的強磁、保磁、弱磁及去磁等情況，通過限位開關實現行走小車的位置控制，從而將廢鐵從皮帶上揀出。當有漏揀情況時，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。 本次設計主要完成運礦皮帶揀鐵裝置及其自動控制系統(tǒng)所要設計的功能，以及整個系統(tǒng)的控制工藝，進行整體方案設計。同時完成運礦皮帶揀鐵裝置相關輔助設備，如小車、電磁盤的控制工藝設計，選擇合適的可編程控制器 PLC、金屬探測器、傳感器，完成其軟件設計。 本次設計的研究方法：①在圖書館和網絡上，查閱有關運礦皮帶揀鐵裝置的學術論文和專利等文獻資料，了解國內外運礦揀鐵裝置的新動向和發(fā)展水平，對設計提供設計思路；②去現場參觀揀鐵裝置的構造、各部分的運動規(guī)律、整個工藝流程，考察目前所采用的方法以及需要解決的問 題；③了解 PLC 市場情況，選擇合適的控制器，閱讀用戶手冊，了解硬件結構及性能，熟悉編程環(huán)境；④編制 PLC 控制程序。 在設計之前，必須要有一個指導原則。這次畢業(yè)設計的設計原則是：以任務書所要求的具體設計要求為根本設計目標，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上，盡可能的使結構簡練，盡可能采用標準化元件以降低成本，同時提高可靠性。本著科學經濟和滿足生產要求的設計原則，同時也考慮本次設計是畢業(yè)設計的特點，將大學期間所學的知識，如機械設計、機械原理、液壓、氣動、電氣傳動等知識盡可 能多的綜合運用到設計中，使得經過本次設計對大學階段的知識得到鞏固和強化，同時也考慮個人能力水平和時間的客觀實際，充分發(fā)揮個人能動性，腳踏實地，實事求是的做好本次設計。 第 1 章 緒論 7 本章小結 此章節(jié)主要分析了高爐運礦皮帶揀鐵裝置系統(tǒng)在國內的應用現狀，同時總結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。了解本課題的背景與意義，同時給出課題的方案和設計原則。 華北理工大學機械工程學院 8 第 2 章 控制系統(tǒng)整體方案設計 控制系統(tǒng)的組成 高爐運礦皮帶揀鐵裝置是一套綜合性設備，它的控制系統(tǒng)硬件部分 由金屬探測器、除鐵器、行走小車、整流變壓器、除鐵漏斗、分離平臺等主要部分組成，同時需要西門子 PLC 來實現軟件部分，其中包括 PLC 的選型，數字量輸入輸出點的確定，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的轉換控制 自動揀鐵的過程：沒有鐵的情況下，電磁鐵小車停在皮帶運輸機上方，等待過鐵信號的到來。當金屬探測器 1 檢測到過鐵信號時，經過時間計算， 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，電磁吸盤經過保磁（ 290V）一段時間， PLC 給小 車一個向分離臺移動的信號，當小車移動到分離臺的時，觸碰到第一個限位開關，產生限位信號，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，產生限位信號， 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，經過延遲時間，小車開始向右回程移動，當小車行走到分離臺時，觸碰到限位開關時，產生限位信號， 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，產生限位信號，小車停止移動， PLC 給電磁吸盤加反向電壓產生去磁信號，礦石被放回到運輸皮帶上，經過延遲時間，電磁吸盤斷電并停留在原先的位置。 有的時候礦石太多，會出現漏撿的的情況，為了處理漏撿的現象，我們需要安裝兩個金屬探測器，在第一個金屬探測器的后面安裝另外一個金屬探測器，當第一個金屬探測器出現漏撿現象時，第二個金屬探測器會發(fā)揮作用， PLC 會控制第二臺除鐵裝置，行走小車的路線和除鐵過程和第一個相同 。 控制工藝流程的特點 PLC 內部時間繼電器精度為 秒，能夠滿足系統(tǒng)控制要求，能處理比較復雜的工藝流程，速度快、靈活性強、可靠性高、吸鐵準確無誤，而且故障率很 第 2 章 控制系統(tǒng)整體方案設計 9 低。 礦石揀鐵工藝流程 圖 控制工藝流程圖 數字量輸入 /輸出點 系統(tǒng)數字量輸入點共有 36 個：啟動按鈕 SB皮帶運行停止按鈕 SB急停按鈕 SB有鐵信號 YT、 1金屬探測器 1 常開觸點 KA 1小車左超極限開關 SQ 1小車右超極限開關 SQ 1分離臺接近開關 SQ 1除鐵斗接近開關SQ 1皮帶上方接近開關 SQ 1小車過 負荷 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 2 除鐵斗 2 西門子 PLC 分離臺 1 金屬探測器 2 揀鐵 有鐵信號 除鐵斗 1 揀鐵 西門子 PLC 控制箱 2 運礦皮帶 金屬探測器 1 控制箱 1 礦槽出料 漏鐵信號 華北理工大學機械工程學院 10 SB漏鐵信號 LT、 2金屬探測器常開觸點 KA 2小車左超極限開關 SQ2小車右超極限開關 SQ 2分離臺接近開關 SQ 2除鐵斗接近開關 SQ 2皮帶上方接近開關 SQ 2整流變壓器合閘按鈕 SB 2小車過負荷 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揀鐵設備運行中警示燈亮、皮帶運行中警示燈、皮帶電機運行 。 表 21 I/O 表 序號 地址號 描述 序號 地址號 描述 1 Ι 啟動按鈕 SB1 1 1小車左移 指令 2 Ι 皮帶運行停止按鈕 SB2 2 1小車右移指令 3 Ι 急停按鈕 SB3 3 1磁盤強磁指令 350V 4 Ι 有鐵信號 YT 4 1磁盤保磁指令 290V 5 Ι 1金屬探測器常開觸點 S1 5 1磁盤弱磁指令 100V 6 Ι 1小車左超極限開關 SQ1 6 1磁盤去磁指令 100V 7 Ι 1小車右超極限開關 SQ2 7 1金屬探測器合閘指令 8 Ι 1分離臺接近開關 SQ3 8 1小車左超限報警 9 Ι 1除鐵斗接近開關 SQ4 9 1小車右超限報警 10 Ι 1皮帶上方接近開關 SQ5 10 檢測到鐵信號警示燈亮 11 Ι 1小車過負荷 QS1 11 1小車運行前電笛報警 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揀鐵設備運行中警示燈 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 2鐵裝置輸出點 16 Ι 漏鐵信號 LT 16 2小車左移指令 第 2 章 控制系統(tǒng)整體方案設計 11 17 Ι 2金屬探測器常開觸點 S2 17 2小車右移指令 18 Ι 2小車左超極限開關 SQ6 18 2磁盤強磁指令 350V 19 Ι 2小車右超極限開關 SQ7 19 2磁盤保磁指令 290V 20 Ι 2分離臺接近開 關 SQ8 20 2磁盤弱磁指令 100V 21 Ι 2除鐵斗接近開關 SQ9 21 2磁盤去磁指令 100V 22 Ι 皮帶上方接近開關 SQ10 22 2小車左超限報警 23 Ι 2整流變壓器合閘按鈕SQ11 23 2小車右超限報警 24 Ι 2小車過負荷 QS2 24 2金屬探測器合閘指令 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 檢測到漏鐵警示燈 29 金屬探測器急停按鈕 SB10 29 2揀鐵設備運行中警示燈亮 30 小車急停按鈕 SB11 30 皮帶運行中警示燈 31 電磁吸盤急停按鈕 SB12 31 皮帶電機運行 32 整流變壓器急停按鈕 SB13 33 金屬探測器停止按鈕 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 吸鐵時間的計算 根據皮帶帶速 2m/s，電磁吸盤的有效吸鐵半徑為 揀鐵探測器至電磁吸盤中心的距離為 ，接觸器的動作時間為 ，繼電器的動作時間為 ，有鐵信號送至 PLC， PLC 控制吸鐵的時間， PLC 發(fā)出吸鐵指令，其中需要經過一個繼電器動作，使電磁吸盤距離礦料為 。則：鐵塊從揀鐵探測器到 電磁吸盤所走的時間為： 247。2= 鐵塊經過電磁吸盤有效半徑的所用的時間為： 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間為： 247。6= 吸鐵時間內皮帶所走的慣性距離為： 2= 皮帶的慣性時間為： 247。2= 吸鐵時間：鐵塊從探測器到電磁吸盤所走的時間 － 接觸器動作時間 － 繼電器動作時間 － 慣性時間 =－ － － = 鐵經過電磁吸盤有效吸鐵半徑所用的時間可作為吸鐵時間的公差，經過時間為： 177。 華北理工大學機械工程學院 12 本章小結 本章分別對控制工藝流程和吸鐵時間進行了研究?？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，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