【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 YB2防爆電動(dòng)機(jī)。 電機(jī)過(guò)流檢測(cè)元件的選型開(kāi)始考慮的是電流互感器。電流互感器的工作原理，在測(cè)量交變電流大電流時(shí)，為了能夠安全測(cè)量，在火線（或接地線）上串聯(lián)一個(gè)變壓器（接在變壓器的輸入端），這個(gè)變壓器的輸出端接入電流表，由于輸入線圈的匝數(shù)小于輸出線圈的匝數(shù)，因此輸出電流小于輸入電流（這時(shí)的輸出電壓大于輸入電壓，但是由于變壓器是串聯(lián)在電路中，所以輸入電壓很小，輸出電壓也不大），電流互感器就是升壓（降流）變壓器。其輸出的信號(hào)為模擬電信號(hào)。SMD系列數(shù)字型電流傳感器（電流互感器），能在電隔離的條件下測(cè)量電流，并在達(dá)到額定電流時(shí)輸出開(kāi)關(guān)量的驅(qū)動(dòng)信號(hào)?？芍苯舆B接PLC等控制部件，特別適合于功率器件和電路系統(tǒng)的過(guò)流、短路保護(hù)、電流檢測(cè)等，響應(yīng)速度極快，性能卓越。經(jīng)過(guò)比較發(fā)現(xiàn)電流互感器輸出的信號(hào)為模擬量，不能直接驅(qū)動(dòng)PLC，不免有些麻煩，因此本設(shè)計(jì)中選用可以直接驅(qū)動(dòng)PLC的SMD系列數(shù)字開(kāi)關(guān)型電流傳感器（電流互感器）。 稱重傳感器的選型稱重傳感器實(shí)際上是一種將質(zhì)量信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓽y(cè)量的電信號(hào)輸出的裝置。稱重傳感器按轉(zhuǎn)換方法分為光電式、液壓式、電磁力式、電容式、磁極變形式、振動(dòng)式、陀螺儀式、電阻應(yīng)變式等8類。 其中，電磁力式傳感器準(zhǔn)確度高，可達(dá)1/2000～1/60000，但稱量范圍僅在幾十毫克至10千克之間。 磁極變形式傳感器的準(zhǔn)確度不高，一般為1/100，適用于大噸位稱量工作，稱量范圍為幾十至幾萬(wàn)千克。振動(dòng)式傳感器有振弦式和音叉式兩種。 稱量范圍為100克至幾百千克，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工難度大，造價(jià)高。電阻應(yīng)變式傳感器的稱量范圍為300g至數(shù)千kg，計(jì)量準(zhǔn)確度達(dá)1/1000～1/10000，結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，可靠性較好，大部分電子衡器均使用此傳感器。電阻應(yīng)變式傳感器利用電阻應(yīng)變片變形時(shí)其電阻也隨之改變的原理工作。主要由彈性元件、電阻應(yīng)變片、測(cè)量電路和傳輸電纜4部分組成。電阻應(yīng)變片貼在彈性元件上，彈性元件受力變形時(shí)，其上的應(yīng)變片隨之變形，并導(dǎo)致電阻改變。測(cè)量電路測(cè)出應(yīng)變片電阻的變化并變換為與外力大小成比例的電信號(hào)輸出。電信號(hào)經(jīng)處理后以數(shù)字形式顯示出被測(cè)物的質(zhì)量。根據(jù)實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)要求及經(jīng)濟(jì)方面綜合分析，這里選用電阻應(yīng)變式傳感器。 皮帶跑偏檢測(cè)元件的選型皮帶運(yùn)輸機(jī)運(yùn)行時(shí)皮帶跑偏是最常見(jiàn)的故障，皮帶跑偏輕則造成撤料、皮帶磨損，重則由于皮帶與機(jī)架劇烈摩擦引起皮帶軟化、燒焦甚至引起火災(zāi)，造成整個(gè)生產(chǎn)線停產(chǎn)，因而，正確地處理好皮帶跑偏關(guān)系到整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。這里考慮選用光電式傳感器，光電式傳感器在受到可見(jiàn)光照射后即產(chǎn)生光電效應(yīng)，將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出。它除能測(cè)量光強(qiáng)之外，還能利用光線的透射、遮擋、反射、干涉等測(cè)量多種物理量，如尺寸、位移、速度、溫度等，因而是一種應(yīng)用極廣泛的重要敏感器件。它是光照射到某些物質(zhì)上，使該物質(zhì)的電特性發(fā)生變化的一種物理現(xiàn)象。其基于外光電效應(yīng)的光電敏感器件有光電管和光電倍增管?；诠怆妼?dǎo)效應(yīng)的有光敏電阻?；趧?shì)壘效應(yīng)的有光電二極管和光電三極管(見(jiàn)半導(dǎo)體光敏元件)?；趥?cè)向光電效應(yīng)的有反轉(zhuǎn)光敏二極管。光電式傳感器還可按信號(hào)形式分為模擬式光電傳感器(見(jiàn)位移傳感器)和數(shù)字式光電傳感器（見(jiàn)轉(zhuǎn)速傳感器、光柵式傳感器、數(shù)字式傳感器）。光電式傳感器還有光纖傳感器、固體圖像傳感器等。因?yàn)榈V石供料系統(tǒng)工作現(xiàn)場(chǎng)條件惡劣，環(huán)境不適合高精度元件工作，所以本設(shè)計(jì)選用常見(jiàn)的光電二極管。光電二極管是將光信號(hào)變成電信號(hào)的半導(dǎo)體器件。它的核心部分也是一個(gè)PN結(jié)，和普通二極管相比，在結(jié)構(gòu)上不同的是，為了便于接受入射光照，PN結(jié)面積盡量做的大一些，電極面積盡量小些，而且PN結(jié)的結(jié)深很淺，一般小于1微米。光電二極管是在反向電壓作用之下工作的。沒(méi)有光照時(shí)，反向電流很?。ǎ?，稱為暗電流。當(dāng)有光照時(shí)，攜帶能量的光子進(jìn)入PN結(jié)后，把能量傳給共價(jià)鍵上的束縛電子，使部分電子掙脫共價(jià)鍵，從而產(chǎn)生電子空穴對(duì)，稱為光生載流子。 它們?cè)诜聪螂妷鹤饔孟聟⒓悠七\(yùn)動(dòng)，使反向電流明顯變大，光的強(qiáng)度越大，反向電流也越大。這種特性稱為“光電導(dǎo)”。光電二極管在一般照度的光線照射下，所產(chǎn)生的電流叫光電流。如果在外電路上接上負(fù)載，負(fù)載上就獲得了電信號(hào)，而且這個(gè)電信號(hào)隨著光的變化而相應(yīng)變化。 皮帶機(jī)打滑檢測(cè)元件的選型皮帶打滑是由于皮帶在與主動(dòng)滾筒相遇點(diǎn)上的實(shí)際張力大于皮帶兩端張力的極限值而產(chǎn)生的。此時(shí)皮帶運(yùn)輸機(jī)電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩降低。皮帶過(guò)負(fù)荷故障是由于皮帶裝載礦石量過(guò)大對(duì)托滾的正壓力N增加，托滾軸上的磨擦阻力T=fN(f為磨擦系數(shù))增加，使得皮帶牽引力F小于摩擦阻力T，電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩增加。因此，為時(shí)刻檢測(cè)皮帶機(jī)是否發(fā)生打滑情況，現(xiàn)想出兩種方法：一、用兩個(gè)速度傳感器分別檢測(cè)電機(jī)和皮帶的速度，經(jīng)比較如果不一致則可認(rèn)為皮帶打滑，但這為軟件編程帶來(lái)一定的難度，且不方便。二、直接用轉(zhuǎn)矩傳感器檢測(cè)皮帶是否打滑，其原理是利用扭軸把轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換成扭應(yīng)力或扭轉(zhuǎn)角，再轉(zhuǎn)換成與轉(zhuǎn)矩成一定關(guān)系的電信號(hào)的傳感器。扭軸的形式有實(shí)心軸、空心軸、矩形軸等。按照作用原理不同，扭應(yīng)力式轉(zhuǎn)矩傳感器可分為電阻應(yīng)變式和壓磁式兩種；扭轉(zhuǎn)角式轉(zhuǎn)矩傳感器可分為振弦式、光電式和相位差式三種。本設(shè)計(jì)選用GSC200智能型速度傳感器，其主要用于對(duì)煤礦井下膠帶運(yùn)輸機(jī)因堆煤而引起的皮帶打滑對(duì)皮帶機(jī)的從動(dòng)輪進(jìn)行監(jiān)控，轉(zhuǎn)速分別分為3轉(zhuǎn)/秒三個(gè)檔,供現(xiàn)場(chǎng)整定用, 正常時(shí)，速度傳感器輸出端“速度”輸出高電平，當(dāng)從動(dòng)輪的速度低于整定值25%時(shí),經(jīng)過(guò)10～15秒延時(shí),GSC200型速度傳感器輸出端“速度”輸出低電平,通過(guò)主機(jī)自動(dòng)切斷皮帶機(jī)電源,實(shí)現(xiàn)低速保護(hù)。GSC200型速度傳感器為全封閉結(jié)構(gòu)，有三個(gè)接線端子供與主機(jī)配接用。 皮帶機(jī)撕裂元件的選型在運(yùn)輸線上，物料從溜槽落下，其鋒利部分往往扎透皮帶，當(dāng)運(yùn)輸線繼續(xù)運(yùn)行時(shí)，皮帶從扎透處沿縱向依次被撕裂，成為引起大事故的原因。等到皮帶損傷到不能修理的程度，就得換皮帶，使運(yùn)輸線不得不停運(yùn)，造成很大損失。那么如何來(lái)檢測(cè)皮帶縱向撕裂事故，避免更大事故以及停產(chǎn)的發(fā)生呢？目前主要使采用縱向撕裂探測(cè)器來(lái)檢測(cè)?？v向撕裂檢測(cè)器采用攔索式方法，攔索通過(guò)滑板與開(kāi)關(guān)連接，使開(kāi)關(guān)隨著攔索的牽移而輸出停機(jī)信號(hào)。本設(shè)計(jì)選用成都市地坤機(jī)械設(shè)計(jì)研究所生產(chǎn)的2501系列縱向撕裂檢測(cè)器。它主要用于檢測(cè)各種規(guī)格型號(hào)的帶式輸送機(jī)膠帶縱向撕裂（惡性事故），當(dāng)膠帶發(fā)生縱向撕裂時(shí)能及時(shí)發(fā)出停機(jī)信號(hào)以防止撕裂事故擴(kuò)大化，給用戶造成嚴(yán)重?fù)p失。2501LY型：（無(wú)控制箱）由n個(gè)傳感器組成，（n=m1；m為緩沖托輥數(shù)），每個(gè)受料段設(shè)一組；從傳感器內(nèi)直接輸出停機(jī)信號(hào)。撕裂傳感器應(yīng)安裝在受料段膠帶下緩沖托輥之間，控制箱應(yīng)就近安裝在附近機(jī)架上。調(diào)整滑板和索桿使攔索距膠帶下表面2030mm，再調(diào)整調(diào)線器使攔索張緊，且開(kāi)關(guān)也處于動(dòng)作狀態(tài)即可。新安裝的撕裂傳感器應(yīng)每隔5日按上述方法重新調(diào)整2~4次以消除因攔索伸縮而引起誤差。 系統(tǒng)主電路設(shè)計(jì)：八臺(tái)電機(jī)分別為MMM3…M8，它們分別帶動(dòng)給料器、一皮帶、粉碎機(jī)、二皮帶、篩選機(jī)、三皮帶、四皮帶、冶煉爐。接觸器KMKMKM3…KM8分別控制MMM3…M8的得電運(yùn)行； FRFRFR3…FR8分別為八臺(tái)電機(jī)過(guò)載保護(hù)用的熱繼電器；QS為八臺(tái)電機(jī)主電路的隔離開(kāi)關(guān)；FU為主電路的熔斷器。接通三相電源后，三相電經(jīng)低壓熔斷器FU、隔離開(kāi)關(guān)QS。當(dāng)供料系統(tǒng)按下啟動(dòng)按鈕后，KM1得電，電機(jī)M1開(kāi)始運(yùn)行，經(jīng)PLC的定時(shí)器延時(shí)一段時(shí)間后，KM2得電，電機(jī)M2運(yùn)行，其后類推。這里的KMKMKM3…KM8絕對(duì)不能同時(shí)動(dòng)作，相互之間必須設(shè)計(jì)可靠的互鎖，此互鎖在軟件中實(shí)現(xiàn)。為監(jiān)控電機(jī)負(fù)載運(yùn)行情況，主回路的電流大小可以通過(guò)電流互感器將數(shù)字開(kāi)關(guān)量信號(hào)送至PLC來(lái)處理。同時(shí)可以通過(guò)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)接電壓表顯示線電壓。并通過(guò)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)利用同一個(gè)電壓表顯示不同相之間的線電壓。初始運(yùn)行時(shí)，必須觀察電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向，使之符合要求。如果轉(zhuǎn)向相反，則可以改變電源的相序來(lái)獲得正確的轉(zhuǎn)向。系統(tǒng)啟動(dòng)、運(yùn)行和停止的操作不能直接斷開(kāi)主電路(如直接使熔斷器或隔離開(kāi)關(guān)斷開(kāi))，必須采用自耦變壓器降壓?jiǎn)?dòng)或軟啟動(dòng)的方式以降低電流。 礦石供料系統(tǒng)主電路圖 系統(tǒng)硬件配置及I/O接線圖根據(jù)以上硬件的選型我們可以知道，上位機(jī)通過(guò)PLC自帶的RS232串口與之通信，并可以對(duì)PLC的工作狀況進(jìn)行監(jiān)控。PLC的CPU模塊負(fù)責(zé)PLC的數(shù)據(jù)處理和通信，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)礦石供料系統(tǒng)的自動(dòng)控制，要完成以下功能：可自動(dòng)控制給料器、粉碎機(jī)、篩選機(jī)、皮帶機(jī)及冶煉爐的順序啟停；對(duì)各單體設(shè)備的操作要有手動(dòng)/自動(dòng)控制功能，手動(dòng)只在應(yīng)急或檢修時(shí)臨時(shí)使用；系統(tǒng)要有完善的報(bào)警功能并能顯示運(yùn)行狀況。 PLC及擴(kuò)展模塊外圍接線圖控制系統(tǒng)的輸入信號(hào)的名稱、。 輸入點(diǎn)代碼及地址編號(hào)控制系統(tǒng)的輸出信號(hào)的名稱、第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) PLC的通信協(xié)議簡(jiǎn)介PLC的通信協(xié)議包括PLC之間、PLC與上位計(jì)算機(jī)之間，以及PLC與其他智能設(shè)備之間的通信。PLC與計(jì)算機(jī)可以直接或通過(guò)通信處理器、通信連接器相連構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)，以實(shí)現(xiàn)信息的交換，可以構(gòu)成“集中管理，分散控制”的分布式控制系統(tǒng)，滿足工廠自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)展的需要，各PLC或遠(yuǎn)程I/O模塊按功能各自放置在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行分散控制，然后用網(wǎng)絡(luò)連接起來(lái)，構(gòu)成集中管理的分布式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。S7200支持多種通信協(xié)議。點(diǎn)對(duì)點(diǎn)接口（PPI）、多點(diǎn)接口（MPI）和PROFIBUS協(xié)議基于7層開(kāi)放系統(tǒng)互聯(lián)模型（OSI），通過(guò)一個(gè)令牌環(huán)網(wǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。它們都是基于字符的一部通信協(xié)議，帶有起始位、8位數(shù)據(jù)、奇偶校驗(yàn)位和一個(gè)停止位。通信幀由起始字符和結(jié)束字符、源和目的站地址、幀長(zhǎng)度和數(shù)據(jù)完整性校驗(yàn)和組成。只要波特率相同，3個(gè)協(xié)議可以在一個(gè)RS485網(wǎng)絡(luò)中同時(shí)運(yùn)行，不會(huì)相互干擾。在設(shè)計(jì)中用到的是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)接口（PPI）協(xié)議，PPI協(xié)議簡(jiǎn)介如下：通過(guò)硬件和軟件偵聽(tīng)的方法，分析PLC內(nèi)部固有的PPI通訊協(xié)議，然后采用上位機(jī)編程，遵循PPI通訊協(xié)議，讀寫(xiě)PLC數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)人機(jī)操作任務(wù)。這種通訊方法，與一般的自由通訊協(xié)議相比，省略了PLC的通訊程序編寫(xiě)，只需編寫(xiě)上位機(jī)的通訊程序資源S7226的編程口物理層為RS485結(jié)構(gòu)，SIEMENS提供MicroWin軟件，采用的是PPI(PointtoPoint)協(xié)議，可以用來(lái)傳輸、調(diào)試PLC程序。在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中，當(dāng)需要PLC與上位機(jī)通訊時(shí)，較多的使用自定義協(xié)議與上位機(jī)通訊。在這種通訊方式中，需要編程者首先定義自己的自由通訊格式，在PLC中編寫(xiě)代碼，利用中斷方式控制通訊端口的數(shù)據(jù)收發(fā)。采用這種方式，PLC編程調(diào)試較為煩瑣，占用PLC的軟件中斷和代碼資源，而且當(dāng)PLC的通訊口定義為自由通訊口時(shí)，PLC的編程軟件無(wú)法對(duì)PLC進(jìn)行監(jiān)控，給PLC程序調(diào)試帶來(lái)不便。SIEMENSS7200PLC的編程通訊接口，內(nèi)部固化的通訊協(xié)議為PPI協(xié)議，如果上位機(jī)遵循PPI協(xié)議來(lái)讀寫(xiě)PLC，就可以省略編寫(xiě)PLC的通訊代碼。在PLC的編程軟件讀寫(xiě)PLC數(shù)據(jù)時(shí)，利用第三個(gè)串口偵聽(tīng)PLC的通訊數(shù)據(jù)，或者利用軟件方法，截取已經(jīng)打開(kāi)且正在通訊的端口的數(shù)據(jù)，然后歸納總結(jié)，解析出PPI協(xié)議的數(shù)據(jù)讀寫(xiě)報(bào)文。這樣，上位機(jī)遵循PPI協(xié)議，就可以便利的讀寫(xiě)PLC內(nèi)部的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)上位機(jī)的人機(jī)操作功能。西門(mén)子的PPI（PointtoPoint）通訊協(xié)議采用主從式的通訊方式，一次讀寫(xiě)操作的步驟包括：首先上位機(jī)發(fā)出讀寫(xiě)命令，PLC作出接收正確的響應(yīng)，上位機(jī)接到此響應(yīng)則發(fā)出確認(rèn)申請(qǐng)命令，PLC則完成正確的讀寫(xiě)響應(yīng)，回應(yīng)給上位機(jī)數(shù)據(jù)。這樣收發(fā)兩次數(shù)據(jù)，完成一次數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)。 PLC程序設(shè)計(jì)PLC控制程序采用SIEMENS公司提供的STEP 。該軟件的SIMATIC指令集包含三種語(yǔ)言，即語(yǔ)句表(STL)語(yǔ)言、梯形圖(LAD)語(yǔ)言、功能塊圖(FWD)語(yǔ)言。語(yǔ)句表(STL)語(yǔ)言類似于計(jì)算機(jī)的匯編語(yǔ)言，特別適合于來(lái)自計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的工程人員，它使用指令助記符創(chuàng)建用戶程序，屬于面向機(jī)器硬件的語(yǔ)言。梯形圖(LAD)語(yǔ)言最接近于繼電器接觸器控制系統(tǒng)中的電氣控制原理圖，是應(yīng)用最多的一種編程語(yǔ)言，與計(jì)算機(jī)語(yǔ)言相比，梯形圖可以看作是PLC的高級(jí)語(yǔ)言，幾乎不用去考慮系統(tǒng)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)原理和硬件邏輯，因此，它很容易被一般的電氣工程設(shè)計(jì)和運(yùn)行維護(hù)人員所接受，是初學(xué)者理想的編程工具。功能塊圖(FWD)的圖形結(jié)構(gòu)與數(shù)字電路的結(jié)構(gòu)極為相似，功能塊圖中每個(gè)模塊有輸入和輸出端，輸出和輸入端的函數(shù)關(guān)系使用與、或、非、異或邏輯運(yùn)算，模塊之間的連接方式與電路的連接方式基本相同。PLC控制程序由一個(gè)主程序、若干子程序構(gòu)成，程序的編制在計(jì)算機(jī)上完成，編譯后通過(guò)PC/PPI 電纜把程序下載到PLC，控制任務(wù)的完成，是通過(guò)在RUN模式下主機(jī)循環(huán)掃描并連續(xù)執(zhí)行用戶程序來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 系統(tǒng)主程序硬件連接確定之后，系統(tǒng)的控制功能主要通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)，結(jié)合該系統(tǒng)的控制要求，現(xiàn)對(duì)軟件設(shè)計(jì)做如下分析：(1) 系統(tǒng)的順序啟動(dòng)、停止當(dāng)各設(shè)備處于正常狀態(tài)下，系統(tǒng)均需按照順序啟動(dòng)和停止，這避免了啟動(dòng)時(shí)諸多設(shè)備在同一電網(wǎng)下啟動(dòng)造成電壓過(guò)低的情況，停止時(shí)讓冶煉爐最后停止，這樣即避免皮帶等設(shè)備上礦料的堆積，也符合工藝流程要求。(2) 系統(tǒng)的手動(dòng)停止由于供料系統(tǒng)中各設(shè)備所處工作條件較惡劣，設(shè)備時(shí)有損傷的情況，因此需要對(duì)設(shè)備進(jìn)行單獨(dú)的檢修。而又避免整個(gè)生產(chǎn)線設(shè)備的停車，所以對(duì)每臺(tái)設(shè)備均設(shè)有手動(dòng)停止按鈕。停止該設(shè)備時(shí)，其之前需要停止的設(shè)備先停，然后該設(shè)備停止，避免堵料情況的出現(xiàn)。(3) 系統(tǒng)的緊急停止為防止意外情況出現(xiàn)時(shí)不能及時(shí)停車，系統(tǒng)對(duì)每臺(tái)設(shè)備均設(shè)置有緊急停止按鈕，當(dāng)意外出現(xiàn)時(shí)按下緊急停止按鈕，該設(shè)備及其之前應(yīng)該停止的設(shè)備均同時(shí)停止，這樣保證了在最短的時(shí)間里停車，減小意外的損失程度。本系統(tǒng)在自動(dòng)/手動(dòng)控制下的運(yùn)行過(guò)程如下：（1）自動(dòng)控制：在正常情況下礦石供料系統(tǒng)工作在自動(dòng)狀態(tài)下。其工作狀況由PLC程序控制。，KM1線圈得電，給料器運(yùn)行且指示燈HL1點(diǎn)亮， ，KM2線圈得電，一皮帶運(yùn)行且指示燈HL2點(diǎn)亮，，KM3線圈得電，粉碎機(jī)運(yùn)行且指示燈HL3點(diǎn)亮。同理，其后設(shè)備的控制原理也是如此。，KM9線圈得電，控制篩選機(jī)翻板的電機(jī)正轉(zhuǎn)，KM10線圈得電，控制篩選機(jī)翻板的電機(jī)反轉(zhuǎn)。 （2） 手動(dòng)控制：手動(dòng)控