【導(dǎo)讀】要求開發(fā)出相關(guān)的綜合監(jiān)測與保護(hù)、手動與自動控制部分。下，進(jìn)行程序的調(diào)試和修改，以驗證軟件的正確性。另外，完成一篇與課題相關(guān)的3000字英文翻譯。本文以棗泉煤礦主斜井膠帶輸送機(jī)為背景，采用了以PLC技。監(jiān)控系統(tǒng)由操作臺和可編程控制器組成，操作臺用來后臺管理和實時顯。示運行信息，可編程控制器主要來完成現(xiàn)場信號的采集和實時控制。連線，梯形圖程序設(shè)計；并以SIMATIC配套觸摸屏組態(tài)軟件PROTOOL為基礎(chǔ)，開發(fā)設(shè)計了操作臺監(jiān)控顯示系統(tǒng)；最后提出了以單個膠帶監(jiān)控系統(tǒng)為分站，安全高效生產(chǎn)提供了保證。

　　

【正文】 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，可以與計算機(jī)、其它 PLC或其它設(shè)備通信 [16]。 煙霧預(yù)警堆煤報警跑偏報警拉線報警縱撕報警張力下滑報警定子超溫報警滾筒超溫報警K 1 K 8K 7K 6K 5K 4K 3K 2I 0 . 0+ 24 VI 0 . 1 I 0 . 2 I 0 . 3 I 0 . 4 I 0 . 5 I 0 . 6 I 0 . 7數(shù)字量輸入 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 19 頁 圖 PLC控制系統(tǒng)示意圖 與繼電器控制系統(tǒng)相比， 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 序來實現(xiàn)的。我們可以認(rèn)為 PLC的等效電路如下： 輸入部分：用于接受外部輸入信號，與外部輸入設(shè)備連接?？梢缘刃橐粋€受控于外部用戶輸入設(shè)備的繼電器線圈（輸入繼電器）。 控制部分：等效于一個受控于內(nèi)部邏輯的一個線圈，接點可用于驅(qū)動外部輸出設(shè)備的繼電器。 輸出部分：用于與外部輸出設(shè)備連接。 二、 PLC的工作原理 CPU中的程序分為操作系統(tǒng)和用戶程序。操作系統(tǒng)用來處理 PLC的啟動、刷新輸入 /輸出過程映像區(qū)、調(diào)用用戶程序、處理中斷和錯誤、管理存儲區(qū)和通信等任務(wù)。用戶程序由用戶生成，用來實現(xiàn)用戶要求的自動化任務(wù)。STEP7將用戶編寫的程序和程序所需的數(shù)據(jù)放置在塊中，功能塊 FB和功能 FC相當(dāng)于用戶編寫的子程序，系統(tǒng)功能 SFC的系統(tǒng)功能塊 SFB是操作系統(tǒng)提供給用戶使用的標(biāo)準(zhǔn)子程序，這些塊也通稱為邏輯塊。 PLC采用循環(huán)執(zhí)行用戶程序的方式，這種運行方式也稱為掃描工作方式。OB1是用于循環(huán)處理的組織塊，相當(dāng)于用戶程序的主程序，它可以調(diào)用其它的塊，或被中斷程序（組織塊）中斷。 PLC得電或由 STOP模式切換到 RUN模式時， CPU執(zhí)行啟動操作，清除沒有保持功能的位存儲器、定時器和計數(shù)器，電源 擴(kuò)展機(jī)架 接觸器 電磁閥 電 源 模 塊 接 口 模 塊 輸入模塊 輸出模塊 CPU 模塊 通信接口 其它設(shè)備 其它 PLC 計算機(jī) 選擇開關(guān) 指示燈 限位開關(guān) 電源 按鈕 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 20 頁 清除中斷堆棧和塊堆棧的內(nèi)容，復(fù)位保存的硬件中斷等 。此外還要執(zhí)行一次用戶編寫的“系統(tǒng)啟動組織塊” OB100，完成用戶指定的初始化操作，以后將進(jìn)入周期性的循環(huán)運行。循環(huán)程序處理過程可以被某些事件中斷，如果有中斷事件出現(xiàn)，當(dāng)前執(zhí)行的塊將停止執(zhí)行，并調(diào)用分配給該事件的組織塊。該組織塊執(zhí)行完畢后，被中斷的塊將從被中斷的地方開始繼續(xù)執(zhí)行 [17]。 在 PLC的存儲器中，設(shè)置了一片區(qū)域用來存放輸入信號和輸出信號的狀態(tài)，它們分別存放在輸入過程映像區(qū)和輸出過程映像區(qū)。 PLC梯形圖中的其它編程元件也有對應(yīng)的映像存儲區(qū)。在循環(huán)程序處理中， CPU并不直接訪問I/O模塊中的輸入地址 區(qū)域和輸出地址區(qū)域，而是訪問 CPU內(nèi)部的過程映像區(qū)。在讀輸入模塊階段， PLC將所有外部輸入電路的接通 /斷開狀態(tài)讀如輸入過程映像區(qū)。在寫輸出模塊的階段， CPU將輸出過程映像區(qū)的狀態(tài)傳給輸出模塊。在程序執(zhí)行階段，即使外部輸入信號的狀態(tài)發(fā)生了變化，輸入過程映像位的狀態(tài)也隨之而變，輸入信號變化了的狀態(tài)字能在下一個循環(huán)掃描周期的讀輸入模塊階段被讀入。 PLC用戶程序由若干條指令組成，指令在存儲器中順序排列。在沒有跳轉(zhuǎn)指令和塊調(diào)用指令時， CPU從第一條指令開始，逐條順序執(zhí)行用戶程序，直到用戶程序結(jié)束。在執(zhí)行指令時，從輸 入過程映像區(qū)或別的存儲區(qū)中將有關(guān)編程元件的 0、 1狀態(tài)讀出來，并根據(jù)指令的要求執(zhí)行相應(yīng)的邏輯運算，運算的結(jié)果寫入到對應(yīng)的存儲區(qū)中，因此，各編程元件的存儲區(qū)（輸入過程映像區(qū)除外）的內(nèi)容將隨著程序的執(zhí)行而變化 [15]。 圖 PLC對輸入輸出的處理規(guī)則 人機(jī)界面 HMI[18] 人機(jī)界面是工作人員與 CPU進(jìn)行交互的界面，這里我們選用觸摸屏和操作臺。觸摸屏是對帶式輸送機(jī)實施控制操作和監(jiān)視帶式輸送機(jī)的運行工況。輸入映像寄存器輸入端子輸出端子輸出鎖存電路輸出映像寄存器程序執(zhí)行1刷新5讀5讀2寫3刷新4輸出 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 21 頁 觸摸屏可以監(jiān)視帶式機(jī)速度、拉線急停和跑偏開關(guān)的動作位置等各種保護(hù)狀況以及顯示帶式輸送機(jī)的正常運行工況和各種故障狀態(tài)。通過操作臺的各種控制按鈕，可以進(jìn)行工作方式選擇和就地控制帶式輸送機(jī)。 圖 操作臺 觸摸屏技術(shù)就是使用者只要用手指輕輕地觸碰計算機(jī)顯示屏上的圖符或文字，就能實現(xiàn)對主機(jī)的操作或查詢，這樣就擺脫了鍵盤和鼠標(biāo)操作，從而大大地提高了計算機(jī)的可操作性。觸摸屏是一種最直觀的操作設(shè)備，只要觸摸屏幕上的圖形對象，計算機(jī)便會執(zhí)行相應(yīng)的操作。觸摸屏具有方便直觀、圖像清晰、堅固耐用和節(jié)省空間等優(yōu)點。 在觸摸屏上，我們主要顯示 CST的運行狀況和 給煤機(jī)的運行信號，膠帶的速度和各個故障的狀態(tài)及故障出現(xiàn)的具體位置，同時也可以查詢到各定子的溫度和滾筒的溫度。 總結(jié) 本設(shè)計項目采用 PLC技術(shù)實現(xiàn)了對單條皮帶和單臺給煤機(jī)的監(jiān)控，各種故障的監(jiān)測是通過傳感器監(jiān)測故障點來實現(xiàn)，或是通過測得與故障相關(guān)的參數(shù)，讓這些參數(shù)與正常狀態(tài)下的數(shù)字比較來實現(xiàn)。 本設(shè)計共采用 16個拉線編碼開關(guān)， 9個定子測溫的 PT100， 3對跑偏傳感器， 2個紅外測溫傳感器， 1個堆煤傳感器， 1個煙霧傳感器， 1個縱撕傳感器，1個測速傳感器， 1個灑水閥及 1組擴(kuò)音電話等故障檢測和保護(hù)裝置，另 外監(jiān)控系統(tǒng)中還對張緊裝置進(jìn)行檢測，張緊裝置是帶式輸送機(jī)配帶的，因此我們不再做額外的介紹，我們需要用到張緊裝置的張力下滑信號和張緊裝置控制信號。 急停 CS T 狀態(tài) 給煤機(jī)狀態(tài)就地檢修集控主斜井操作臺啟動 停止 急停 慢動 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 22 頁 3 膠帶監(jiān)控系統(tǒng)硬件組態(tài) 膠帶監(jiān)控系統(tǒng)控制功能 本監(jiān)控系統(tǒng)控制一條膠帶輸送機(jī)和一臺給煤機(jī)。 系統(tǒng)有集控、手動、檢修三種工作模式。一般系統(tǒng)運行在集控工作模式下，當(dāng)組成生產(chǎn)流水線時，本機(jī)根據(jù)前后閉鎖關(guān)系自動啟停，同時檢測各檢測保護(hù)設(shè)備的狀況；運行就地工作模式時，操作員手動操作按鈕啟動 /停止膠帶機(jī)，但所有保護(hù)設(shè)備均投入使用；運行檢修工作模式時，操作員手動啟動 /停止 膠帶，保護(hù)設(shè)備可有選擇性的投入使用，在檢修模式下，我們選擇 CST慢動，使膠帶低速運行。下面我們簡要說明一下系統(tǒng)的功能： (1)膠帶輸送機(jī)在啟動前有 30秒的沿線預(yù)警， 30 秒預(yù)警后膠帶才可以正常啟動； (2)當(dāng)膠帶輸送機(jī)收到急停指令后，膠帶輸送機(jī)立刻急停，同時發(fā)出指令讓給煤機(jī)停止； (3)程序設(shè)計中，報警停車等故障信號自動保持，即一旦發(fā)出故障信號，即使經(jīng)維修后信號消失，計算機(jī)內(nèi)仍保留信號故障狀態(tài)，這時復(fù)位指令可以清除故障保持信號； (4)膠帶輸送機(jī)若故障停機(jī)，只有故障保持信號清除后，才允許再啟動； (5)系統(tǒng)支 持以下故障信號：拉線急停、堆煤、跑偏、打滑、超速、斷帶、煙霧、定子超溫、張緊下滑、滾筒超溫和縱撕等。下面簡單介紹它們信號發(fā)生后的動作情況： ：信號發(fā)出后馬上發(fā)出急停指令，系統(tǒng)可以識別哪個急停開關(guān)動作，發(fā)出拉線開關(guān)聲光報警。 ：信號發(fā)出后，執(zhí)行堆煤聲光報警指令和急停指令。 ：信號發(fā)出后，執(zhí)行跑偏聲光報警指令，此為一級動作，當(dāng)報警時間超出一定時間段時，同時再執(zhí)行急停指令，此為二級動作。 ；信號發(fā)出后，執(zhí)行打滑聲光報警指令 , 此為一級動作，當(dāng)報警時間超出一定時間段時，同時再執(zhí)行 急停指令，此為二級動作。 ：信號發(fā)出后，執(zhí)行超速聲光報警和急停指令。 ：信號發(fā)出后，執(zhí)行斷帶聲光報警和急停指令。 ：信號發(fā)出后，執(zhí)行縱撕聲光報警和急停指令。 ：信號發(fā)出后，執(zhí)行定子超溫聲光報警和急停指令。 ：信號發(fā)出后，執(zhí)行滾筒超溫聲光報警、撒水指令和急停指令。 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 23 頁 ：信號發(fā)出后，執(zhí)行煙霧聲光報警、撒水指令和急停指令。 ：信號發(fā)出后，發(fā)出張緊聲光下滑報警、同時張緊裝置執(zhí)行張緊皮帶任務(wù)。 (6)膠帶輸送機(jī)或給煤機(jī)運作時，站點不能改變其工作方式； (7)操作人員必須在輸入操作密碼后，才可對顯示屏內(nèi)有關(guān)系統(tǒng)運行參數(shù)進(jìn)行修改； (8)監(jiān)控系統(tǒng)具有自診斷功能，能及時報告故障時間、位置、類型等信息，更便 于維護(hù) 。 SIMATIC S7300 PLC簡介及模塊安裝 SIMATIC S7300 PLC簡介 [17][21] SIMATIC S7— 300系列 PLC是模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計，各個單獨模塊之間可以進(jìn)行單獨組合和擴(kuò)展，從而使控制系統(tǒng)設(shè)計更加靈活滿足不同的應(yīng)用需求。編程器 PG用來為 S7300 PLC編制程序，使用編程電纜連接編程器和 CPU。通 過PROFIBUS電纜可以實現(xiàn) S7300 CPU之間的通訊，以及與其他 SIMATIC S7 PLC進(jìn)行通訊。一根 PROFIBUS總線電纜可以連接多個 S7300。 S7300 PLC的主要組成部分有導(dǎo)軌（ RACK）、電源模塊（ PS）、中央處理單元模塊（ CPU）、接口模塊（ IM）、信號模塊（ SM）、功能模塊（ FM）等。它通過 MPI網(wǎng)的接口直接與編程器 PG、操作員面板 OP、和其它 S7 PLC相連。 導(dǎo)軌（ RACK）：導(dǎo)軌是安裝 S7300各類模塊的機(jī)架，它是特制不銹鋼異型板，其長度有 160、 48 5 8 2021（ mm）五種，可根據(jù)實際需要選擇。電源模塊、 CPU、及其它信號模塊都可方便地安裝在導(dǎo)軌上。除 CPU模塊外，每塊信號模塊都帶有總線處理器，安裝時先將總線連接器裝在 CPU模塊并固定在導(dǎo)軌上，然后依次將各模塊裝入，通過背板總線將各模塊從物理上和電氣上連接起來。 電源模塊（ PS）：電源模塊用于將 SIMATIC S7300連接到 120/230V交流電源和 24/48/60/110V直流電源。它與 CPU模塊和其它信號模塊之間通過電纜連接，而不是通過背板總線連接。 中央處理單元模塊（ CPU）： SIMATIC S7300提供了多種不同性能的 CPU，以滿足不同用戶的需求，包括 CPU312IFM、 CPU31 CPU31 CPU31 CPU315 2DP等。 CPU模塊除完成執(zhí)行用戶程序的主要任務(wù)之外，還為 S7300背板總線提供 5V直流電源，并通過 MPI接口與其它中央處理器和編程裝置通信。 S7300的編程裝置可以是西門子專用的編程器，如 PG70 PG7 PG7 PG760等，也可以用通用微機(jī)，配以 STEP7軟件包，并加 MPI卡和 MPI編程電纜構(gòu)成。 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 24 頁 圖 PLC系統(tǒng)構(gòu)成圖 接口模塊（ IM）：接口模塊用于多機(jī)架配置時連接主機(jī)架和擴(kuò)展機(jī)架。S7300通過分布式的主機(jī)架和 3個擴(kuò)展機(jī)架，可操作多達(dá) 32個模塊。 信號模塊（ SM）：信號模塊使不同的過程信號電平和 S7300的內(nèi)部信號電平相匹配，主要有數(shù)字量輸入模塊 SM32數(shù)字量輸出模塊 SM32模擬量輸入模塊 SM33模擬量輸出模塊 型前連接器，外部過程信號可以方便地連接在信號模塊的前連接器上。特別指出的是，其模擬量輸入模塊獨具特色，可以接入熱電偶、 熱電阻、 4～ 20mA電流、 0～ 10V電壓等 18種不同的信號，輸入量程范圍很寬。 功能模塊（ FM）：用于實時性強(qiáng)、存儲計數(shù)量較大的過程信號處理任務(wù)。如：快給進(jìn)和慢給進(jìn)驅(qū)動定位模塊 FM35電子凸輪控制模塊 FM35步進(jìn)電機(jī)定位模塊 FM35伺服電機(jī)位控模塊 FM35智能位控制模塊 SINUMERIK FMNC等。 通信處理器（ CP）是一種智能模塊，它用于 PLC間和 PLC與其它裝置間連網(wǎng)以實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。如：具有 RS232C接口的