【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 劃分為3個(gè)等級(jí):正常范圍、報(bào)警范圍、危險(xiǎn)范圍當(dāng)皮帶速度處于報(bào)警范圍時(shí)驅(qū)動(dòng)警鈴，打開警燈；皮帶速度連續(xù)長(zhǎng)時(shí)間處于報(bào)警范圍時(shí)①停本機(jī)②驅(qū)動(dòng)警鈴，打開警燈。當(dāng)皮帶速度處于危險(xiǎn)范圍時(shí)①停本機(jī)②驅(qū)動(dòng)警鈴，打開警燈。8）滾筒溫度過高滾筒溫度過高①停本機(jī)②驅(qū)動(dòng)警鈴，打開警燈。9）皮帶運(yùn)輸線出現(xiàn)煙霧皮帶運(yùn)輸線出現(xiàn)煙霧①停本機(jī)②驅(qū)動(dòng)警鈴，打開警燈，啟動(dòng)自動(dòng)灑水裝置。10）堆煤帶頭堆煤①停本機(jī)②驅(qū)動(dòng)警鈴，打開警燈。11）煤倉(cāng)煤位檢測(cè)12）無聯(lián)鎖。1急停開關(guān)動(dòng)作急停開關(guān)動(dòng)作①停本機(jī)②驅(qū)動(dòng)警鈴，打開警燈。14）皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)監(jiān)控設(shè)備自身?yè)p壞傳感器損壞屏蔽該傳感器系統(tǒng)降級(jí)使用控制站損壞系統(tǒng)停機(jī)系統(tǒng)控制方式轉(zhuǎn)為“現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)控制”3 基于PLC的皮帶控制系統(tǒng)的硬件組態(tài)可編程序控制器（Programmable Logic Controller），簡(jiǎn)稱PLC，是一種帶有指令存儲(chǔ)器、數(shù)字的或模擬的輸入輸出接口，以位運(yùn)算為主，能完成邏輯、順序、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算功能，用于控制機(jī)器和生產(chǎn)過程的自動(dòng)控制裝置[16][17][20]。它專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)，應(yīng)用面廣、功能強(qiáng)大、使用方便，已經(jīng)成為當(dāng)代工業(yè)自動(dòng)化的主要支柱之一。PLC由中央處理單元，輸入輸出單元高速計(jì)數(shù)單元組成。西門子研制的PLC以其極高的性能價(jià)格比，在國(guó)內(nèi)占有很大的市場(chǎng)份額，在我國(guó)的各行各業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。S7—300屬于模塊式PLC，主要由機(jī)架、CPU模塊、信號(hào)模塊、功能模塊、接口模塊、通信處理器、電源模塊和編程設(shè)備組成，各種模塊安裝到機(jī)架上。通過CPU模塊或通信模塊上的通信接口，PLC被連接到通信網(wǎng)絡(luò)上。PLC可以認(rèn)為是由輸入部分、控制部分和輸出部分等組成，但它是采用大規(guī)模的集成電路的微處理器和存儲(chǔ)器來代替繼電器控制線路，控制作用是通過編制好并存入內(nèi)存的程序來實(shí)現(xiàn)的。PLC的等效電路如下： 輸入部分：用于接受外部輸入信號(hào)，與外部輸入設(shè)備連接?？梢缘刃橐粋€(gè)受控于外部用戶輸入設(shè)備的繼電器線圈（輸入繼電器）?？刂撇糠郑旱刃в谝粋€(gè)受控于內(nèi)部邏輯的一個(gè)線圈，接點(diǎn)可用于驅(qū)動(dòng)外部輸出設(shè)備的繼電器。輸出部分：用于與外部輸出設(shè)備連接。PLC具有以下特點(diǎn)[21]：1)靈活、通用PLC是通過在存儲(chǔ)器中的程序?qū)崿F(xiàn)控制功能，若控制功能需要改變，只需修改程序及少量接線即可。而且，同一臺(tái)PLC還可用于不同控制對(duì)象，通過改變軟件則可實(shí)現(xiàn)不同控制的控制要求。因此，PLC具有很大的靈活性和通用性，結(jié)構(gòu)形式多樣化，可以適用于各種不同規(guī)模、不同工業(yè)控制要求。2)可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)PLC具有很高的可靠性和抗干擾能力，不會(huì)出現(xiàn)繼電器一接觸器控制系統(tǒng)中接線老化、脫焊、觸點(diǎn)電弧等現(xiàn)象，因此，在各種惡劣工作環(huán)境和條件下也可以可靠工作，將故障率降至最低。3)編程簡(jiǎn)單、使用方便 PLC采用面向控制過程、面向問題的“自然語(yǔ)言”編程，容易掌握。目前，PLC大多采用梯形圖語(yǔ)言編程方式，它既繼承了繼電器控制線路的清晰直觀感，又考慮到電氣技術(shù)人員的讀圖習(xí)慣和應(yīng)用實(shí)際，電氣技術(shù)人員易于編程，程序修改靈活方便。此外，PLC的I/O接口可直接與控制現(xiàn)場(chǎng)的用戶設(shè)備聯(lián)接,如繼電器、接觸器、電磁閥等聯(lián)接，具有較強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力。4)接線簡(jiǎn)單 PLC只需將輸入設(shè)備(如按鈕、開關(guān)等)與輸入端子聯(lián)接，將輸出設(shè)備(如接觸器、電磁閥等)與輸出端子聯(lián)接。接線極其簡(jiǎn)單、工作量極少。5)功能強(qiáng) PLC不僅具有條件控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)、步進(jìn)等控制功能，而且還能完成A/D. D/A轉(zhuǎn)換、數(shù)字運(yùn)算和數(shù)據(jù)處理以及通信聯(lián)網(wǎng)、生產(chǎn)過程監(jiān)控等。因此，PLC既可對(duì)開關(guān)量進(jìn)行控制，又可對(duì)模擬量進(jìn)行控制；可控制一臺(tái)單機(jī)、一條生產(chǎn)線，也可控制一個(gè)機(jī)群、多條生產(chǎn)線；可用于現(xiàn)場(chǎng)控制，也可用于遠(yuǎn)距離控制；可控制簡(jiǎn)單系統(tǒng)，又可控制復(fù)雜系統(tǒng)。6)體積小、重量輕、易于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化PLC具有體積小、重量輕、功耗低等特點(diǎn)。由于PLC是專為工業(yè)控制而設(shè)計(jì)的專用計(jì)算機(jī)，其結(jié)構(gòu)緊湊、堅(jiān)固耐用，以及有很強(qiáng)的可靠性和抗干擾能力，易于嵌入機(jī)械設(shè)備內(nèi)部。因此，PLC在機(jī)電一體化產(chǎn)品中被廣泛應(yīng)用.開關(guān)量的邏輯控制：它是PLC最基本的功能。所控制的邏輯可以是各種各樣的，如時(shí)序的、組合的、計(jì)數(shù)的、等待，控制的輸入/輸出點(diǎn)數(shù)可以不受限制，少則10點(diǎn)，幾十點(diǎn)，多則成千上萬(wàn)點(diǎn)，并可以通過聯(lián)網(wǎng)來實(shí)現(xiàn)控制。模擬量的閉環(huán)控制：PLC具有A/D、D/A轉(zhuǎn)換及算術(shù)運(yùn)算功能，一次可以實(shí)現(xiàn)模擬量控制，有的PLC還具有PID控制或模糊控制的功能。可用于閉環(huán)的位置控制、速度控制的過程控制。數(shù)字量的智能控制：利用PLC能接受和輸入高速脈沖的功能，再配備相應(yīng)的傳感器或脈沖伺服裝置（如環(huán)形分配器、功放、步進(jìn)電機(jī)），就能實(shí)現(xiàn)數(shù)字量的智能控制，較高級(jí)的PLC還專門開發(fā)了位控制單元模塊、運(yùn)動(dòng)單元模塊等，可實(shí)現(xiàn)曲線插補(bǔ)?，F(xiàn)開發(fā)的運(yùn)動(dòng)單元模塊還能識(shí)別數(shù)控技術(shù)的編程語(yǔ)言，為PLC進(jìn)行數(shù)字量的智能控制提供了方便。數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控：PLC實(shí)現(xiàn)控制時(shí)，可以把現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)現(xiàn)實(shí)出來或采集保存下來，供進(jìn)一步分析研究。較普遍使用的是PLC加上觸摸屏，可以隨時(shí)觀察采集來的數(shù)據(jù)及統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果。通信、聯(lián)網(wǎng)及集散控制：PLC的通信聯(lián)網(wǎng)能力很強(qiáng)，除了PLC和PLC之間的通信聯(lián)網(wǎng)以外，PLC還可以與計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信和聯(lián)網(wǎng)，由計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)對(duì)其編程和管理。PLC也能與智能儀表、智能執(zhí)行裝置（如變頻器）進(jìn)行通信和聯(lián)網(wǎng)，互相交換數(shù)據(jù)并對(duì)其實(shí)施控制。利用PLC的強(qiáng)大的通信功能，把PLC分布到控制現(xiàn)場(chǎng)，并實(shí)現(xiàn)各站間及上、下層間的通信，達(dá)到分散控制、集中管理，即構(gòu)成了集散型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(DCS)或現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)。PLC運(yùn)行時(shí)，內(nèi)部要進(jìn)行四大類操作[28]：公共操作（以故障診斷、通信處理為主），數(shù)據(jù)輸入和輸出操作，執(zhí)行用戶程序的操作，以及服務(wù)于外部設(shè)備的操作（如果外部設(shè)備有中斷請(qǐng)求）。其過程示意圖如圖所示。 PLC接通電源后，在進(jìn)行循環(huán)掃描之前，PLC首先確定自身的完好性，這是起始操作的主要工作。PLC進(jìn)行清零或復(fù)位處理，消除各元件狀態(tài)的隨機(jī)性；檢查I/O單元連接是否正確；啟動(dòng)監(jiān)控定時(shí)器T0，執(zhí)行一段涉及到各種指令和內(nèi)存單元的程序，如果所用的時(shí)間不超過T0，則可證實(shí)自身完好，否則系統(tǒng)關(guān)閉。此后，將監(jiān)控定時(shí)器T0復(fù)位，允許掃描用戶程序。1)公共操作公共操作是在每次掃描程序前進(jìn)行自檢，若發(fā)現(xiàn)故障，除了故障燈外，還可判斷故障性質(zhì)：一般性故障，只報(bào)警不停機(jī)，等待處理；嚴(yán)重故障，則停止運(yùn)行用戶程序，此時(shí)PLC切斷一切輸出聯(lián)系。2)數(shù)據(jù)I/O操作數(shù)據(jù)I/O操作也稱為I/O狀態(tài)刷新。它包括兩種操作：一個(gè)是采樣輸入信號(hào)，即刷新輸入狀態(tài)表的內(nèi)容；二是送出處理結(jié)果，即用輸出狀態(tài)表的內(nèi)容刷新輸出電路。在PLC的存儲(chǔ)器中，有一個(gè)專門存放I/O的數(shù)據(jù)區(qū)，其中對(duì)應(yīng)于輸入端子的數(shù)據(jù)區(qū)，我們稱之為輸入映像存儲(chǔ)器。當(dāng)CPU采樣時(shí)輸入信號(hào)由緩沖區(qū)進(jìn)入映像區(qū)，這就是數(shù)據(jù)輸入狀態(tài)刷新；同樣道理，CPU不能直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載。當(dāng)前處理的結(jié)果放在輸出映像存儲(chǔ)器區(qū)內(nèi)，在程序執(zhí)行結(jié)束后，才將輸出映像區(qū)的內(nèi)容通過鎖存器輸出到端子上。這步操作稱為輸出狀態(tài)刷新。3)執(zhí)行用戶程序操作在程序執(zhí)行前復(fù)位監(jiān)控定時(shí)器T1，即執(zhí)行程序并開始計(jì)時(shí)。監(jiān)控定時(shí)器T1就是通常所說的“看門狗”，它是用來監(jiān)視程序執(zhí)行是否正常的，正常時(shí)，執(zhí)行完用戶程序所用的時(shí)間不會(huì)超過T1的設(shè)定值，執(zhí)行完用戶程序后立即使“看門狗”復(fù)位，表示程序執(zhí)行正常。當(dāng)程序執(zhí)行過程中因某種干擾使掃描失控或進(jìn)入死循環(huán)時(shí)，“看門狗”會(huì)發(fā)出超時(shí)報(bào)警信號(hào)，使程序重新開始執(zhí)行。如果是偶然因素造成超時(shí)，重新掃描程序不會(huì)再遇到“偶然干擾”，系統(tǒng)便轉(zhuǎn)入正常運(yùn)行；若由于不可恢復(fù)的確定性故障，則系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)地停止執(zhí)行用戶程序、切斷外部負(fù)荷、發(fā)出故障信號(hào)，等待處理。4)處理外設(shè)請(qǐng)求操作每次執(zhí)行完用戶程序后，就進(jìn)入服務(wù)外設(shè)請(qǐng)求命令的操作，外設(shè)的請(qǐng)求命令包括操作人員的介入和硬件設(shè)備的中斷。外設(shè)請(qǐng)求一般不會(huì)影響系統(tǒng)正常工作，而且可能更有利于系統(tǒng)的控制和管理。如果沒有外設(shè)請(qǐng)求，系統(tǒng)則會(huì)自動(dòng)循環(huán)地進(jìn)行掃描。系統(tǒng)采用現(xiàn)場(chǎng)層(遠(yuǎn)程IO),控制層(PLC)和管理層(工業(yè)計(jì)算機(jī))組成的三級(jí)控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)皮帶的自動(dòng)控制。工業(yè)計(jì)算機(jī)利用友好人機(jī)界面實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話和遠(yuǎn)程監(jiān)控功能，PLC作為控制器完成邏輯處理和控制任務(wù)，遠(yuǎn)程I/O實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集和上傳。下位機(jī)集控部分由PLC（可編程邏輯控制器）、觸摸屏、檢測(cè)部分（模擬量和開關(guān)量采集）和執(zhí)行部分等組成。 單條皮帶下位機(jī)控制結(jié)構(gòu)圖在整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中，除了現(xiàn)場(chǎng)已有的設(shè)備之外，還需要相應(yīng)的就地控制箱等現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，另外，還需要為現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備提供相應(yīng)的保護(hù)設(shè)備。為實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)控的要求，完成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、自動(dòng)控制和上位監(jiān)控的功能，將監(jiān)控系統(tǒng)分成兩大部分：下層的過程控制級(jí)，上層的監(jiān)控管理級(jí)。 I/O地址分配表[7][15]序號(hào)絕對(duì)地址數(shù)據(jù)類型注釋1I 數(shù)字量輸入集控方式2I 數(shù)字量輸入就地方式3I 數(shù)字量輸入檢修方式4I 數(shù)字量輸入CST啟動(dòng)按鈕5I 數(shù)字量輸入CST停止按鈕6I 數(shù)字量輸入CST慢動(dòng)按鈕7I 數(shù)字量輸入CST急停按鈕8I 數(shù)字量輸入CST輸出報(bào)警信號(hào)9I 數(shù)字量輸入停機(jī)信號(hào)10I 數(shù)字量輸入跑偏信號(hào)11I 數(shù)字量輸入拉線急停12I 數(shù)字量輸入縱撕信號(hào)13I 數(shù)字量輸入堆煤保護(hù)動(dòng)作14I 模擬量量輸入 速度檢測(cè)15I 模擬量量輸入煙霧傳感器16I 模擬量量輸入溫度傳感器17Q 數(shù)字量輸出擴(kuò)音電話預(yù)警18Q 數(shù)字量輸出超溫灑水19Q 數(shù)字量輸出CST啟動(dòng)/停止20Q 數(shù)字量輸出CST急停21Q 數(shù)字量輸出CST慢動(dòng)22Q 數(shù)字量輸出CST復(fù)位23Q 數(shù)字量輸出張緊控制24Q 數(shù)字量輸出CST急停指示燈25Q 數(shù)字量輸出CST啟動(dòng)指示燈26Q 數(shù)字量輸出給煤機(jī)啟動(dòng)指示燈27Q 數(shù)字量輸出煙霧報(bào)警28Q 數(shù)字量輸出堆煤報(bào)警29Q 數(shù)字量輸出跑偏報(bào)警30Q 數(shù)字量輸出拉線開關(guān)報(bào)警31Q 數(shù)字量輸出縱撕報(bào)警32Q 數(shù)字量輸出張力下降報(bào)警33Q 數(shù)字量輸出電機(jī)定子超溫報(bào)警34Q 數(shù)字量輸出滾筒超溫報(bào)警35Q 數(shù)字量輸出皮帶打滑報(bào)警36Q 數(shù)字量輸出皮帶斷帶報(bào)警37Q 數(shù)字量輸出皮帶超速報(bào)警 根據(jù)控制系統(tǒng)的要求及I/O點(diǎn)數(shù)的估算系統(tǒng)PLC選用SIEMENS公司S7300。 PLC配置清單名稱規(guī)格注釋CPU模塊CPU3152DPCPU自帶存儲(chǔ)器電源框架PS3075A數(shù)字量輸入模塊SM321每個(gè)模塊有32個(gè)輸入點(diǎn)數(shù)字量輸出模塊SM322每個(gè)模塊有32個(gè)輸出點(diǎn)模擬量輸入模塊SM331每個(gè)模塊有8點(diǎn)輸入模擬量輸出模塊SM332每個(gè)模塊有8點(diǎn)輸出1. CPUS7300[21][22][27]CPU模塊類型多種多樣，有CPU312IFM、CPU31CPU31CPU314 IFM、CPU315/3152DP、CPU3162DP、CPU3182DP等8種不同的中央處理單元可供選擇。CPU312IFM、CPU314IFM是帶有集成的數(shù)字和模擬輸入/輸出的緊湊型CPU，用于要求快速響應(yīng)并具有許多特殊功能的裝置。CPU31CPU31CPU315模塊不帶集成的I/O端口，其存儲(chǔ)容量、指令執(zhí)行速度、可擴(kuò)展的點(diǎn)數(shù)、計(jì)數(shù)器/定時(shí)器數(shù)量、軟件塊數(shù)量等隨序號(hào)的遞增而增加[13]。3152DP、CPU3162DP、CPU3182DP都具有現(xiàn)場(chǎng)總線擴(kuò)展的功能。因此我們考慮系統(tǒng)以后的擴(kuò)展，可選擇帶總線擴(kuò)展功能的CPU，考慮它們的性價(jià)比，最終我們選用3152DP。CPU3152DP是具有中到大容量程序存儲(chǔ)器和PROFIBUSDP主/從接口的CPU，它用于包括分布式及集中式I/O的任務(wù)中。CPU3152DP具有48KB的RAM，內(nèi)置80KB的裝載存儲(chǔ)器（RAM），可用存儲(chǔ)器卡擴(kuò)充裝載存儲(chǔ)器，最大容量為512KB，最大可擴(kuò)展1024點(diǎn)數(shù)字量或128個(gè)模擬量通道，其他特性與CPU314相同。CPU3152DP是帶現(xiàn)場(chǎng)總線（PROFIBUS）SINEC L2DP接口的CPU模塊，其它特性與CPU315模塊相同。2. 電源框架 PS307是西門子S7300的專配24V直流電源，這一系統(tǒng)共有2A、5A、10A三種不同額定輸出電流的電源，其工作原理和備用參數(shù)均相同。在這個(gè)系統(tǒng)中，選擇PS307 5A電源，它安裝在導(dǎo)軌的1號(hào)槽，在CPU的左側(cè)，用電源連接線連接到CPU上面。PS307 5A負(fù)載電源模塊連接單相交流系統(tǒng)，將120或是220伏交流電壓變?yōu)?4伏直流工作電壓。具有防短路和開路保護(hù)的功能。一個(gè)帶有保護(hù)罩的開關(guān)可用來選擇120伏或220伏交流線電壓。安裝一小型斷路器，以保護(hù)電源模塊的電源進(jìn)線電纜，斷路器指標(biāo)應(yīng)是：220VAC時(shí)額定電流是10A，跳閘特性為C類。當(dāng)輸出正常額定電壓24V時(shí)，綠色LED燈亮；當(dāng)輸出電路過載時(shí)，則LED燈閃爍，輸出電壓下降，縮短電源的使用壽命，電壓跌落，過后可以自動(dòng)恢復(fù)；當(dāng)輸出短路時(shí)，則