【正文】 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(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。 信號(hào)模塊（ SM）：信號(hào)模塊使不同的過程信號(hào)電平和 S7300的內(nèi)部信號(hào)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(hào)可以方便地連接在信號(hào)模塊的前連接器上。 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。除 CPU模塊外，每塊信號(hào)模塊都帶有總線處理器，安裝時(shí)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。 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(hào)模塊（ SM）、功能模塊（ FM）等。 SIMATIC S7300 PLC簡(jiǎn)介及模塊安裝 SIMATIC S7300 PLC簡(jiǎn)介 [17][21] SIMATIC S7— 300系列 PLC是模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，各個(gè)單獨(dú)模塊之間可以進(jìn)行單獨(dú)組合和擴(kuò)展，從而使控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)更加靈活滿足不同的應(yīng)用需求。 ：信號(hào)發(fā)出后，執(zhí)行滾筒超溫聲光報(bào)警、撒水指令和急停指令。 ：信號(hào)發(fā)出后，執(zhí)行超速聲光報(bào)警和急停指令。下面簡(jiǎn)單介紹它們信號(hào)發(fā)生后的動(dòng)作情況： ：信號(hào)發(fā)出后馬上發(fā)出急停指令，系統(tǒng)可以識(shí)別哪個(gè)急停開關(guān)動(dòng)作，發(fā)出拉線開關(guān)聲光報(bào)警。 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(tái)啟動(dòng) 停止 急停 慢動(dòng) 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 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(tái)給煤機(jī)。觸摸屏具有方便直觀、圖像清晰、堅(jiān)固耐用和節(jié)省空間等優(yōu)點(diǎn)。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(jì) 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(dòng)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(yùn)行工況和各種故障狀態(tài)。在沒有跳轉(zhuǎn)指令和塊調(diào)用指令時(shí)， 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)。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]。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。操作系統(tǒng)用來處理 PLC的啟動(dòng)、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(cuò)誤、管理存儲(chǔ)區(qū)和通信等任務(wù)?？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）。 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。 PLC已經(jīng)廣泛地應(yīng)用在各種機(jī)械設(shè)備和生產(chǎn)過程的自動(dòng)控制系統(tǒng)中， PLC在其它領(lǐng)域，例如在民用和家庭自動(dòng)化設(shè)備中的應(yīng)用也得到了迅速發(fā)展 [15]。如圖 所示： 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 18 頁 圖 語音系統(tǒng)模擬圖 PLC簡(jiǎn)述 隨著微處理器、計(jì)算機(jī)和數(shù)字通信技術(shù)的飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)控制已經(jīng)廣泛應(yīng)用在所有的工業(yè)領(lǐng)域。當(dāng)輸送帶發(fā)生縱向撕裂時(shí)，振動(dòng)接收器再受振動(dòng)的作用，輸出信號(hào)相應(yīng)減弱，則放大器發(fā)出信號(hào)，繼電器動(dòng)作，帶式輸送機(jī)停機(jī)。 振動(dòng)檢測(cè)器。此外，帶寬檢測(cè)裝置和時(shí)間繼電器配合使用，當(dāng)接受到信號(hào)后，等待一段時(shí)間再發(fā)出動(dòng)作指令，以區(qū)分是輸送帶撕裂或是撕邊。 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 17 頁 1— 回空帶； 2— 托盤； 3— 支點(diǎn)： 4— 平衡錘； 5— 承載帶 圖 漏料檢測(cè)器 帶寬檢測(cè)器。由于輸送帶被撕裂后，表現(xiàn)特征各不相同，選用何種裝置進(jìn)行檢測(cè)，要根據(jù)具體情況而定，一般要選用幾種同時(shí)使用，以防范重大事故的發(fā)生。因此正因?yàn)檫@一特點(diǎn)，使其容易發(fā)生縱向撕裂事故，而且一旦事故發(fā)生，就會(huì)造成非常重大的經(jīng)濟(jì)損失，即使能修補(bǔ)，也浪費(fèi)很長的時(shí)間，給生產(chǎn)造成損失。在第三章模擬量模塊選擇及連線中，我們將介紹 PT100的接線。從電的方面來說 ，主要原因是 (1)電機(jī)長時(shí)間過負(fù)荷； (2)線圈繞組中出現(xiàn)相間或匝間短路； (3)線圈絕緣層損傷； (4)內(nèi)部放電；從磁的方面來說，主要原因是電磁磁耗、渦流損耗過大。它具有響應(yīng)速度快，測(cè)量精 度高，安裝維護(hù)簡(jiǎn)便等 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 16 頁 特點(diǎn)。 圖 煙霧傳感器 圖 拉線急停開關(guān) 九、紅外溫度傳感器 由于滾筒和膠帶的摩擦作用，當(dāng)滾筒溫度過高時(shí)，會(huì)使膠帶燃著。 本設(shè)計(jì)我們采用常州自動(dòng)化研究所的 KGN11型煙霧傳感器 ，它 為礦用本質(zhì)安全型，用于監(jiān)測(cè)煤礦井下因機(jī)械磨擦、電纜發(fā)熱、煤層自然等原因引起的火災(zāi)事故 ，輸出 0/5mA的開關(guān)量信號(hào)， 紅色 LED電源指示，報(bào)警時(shí)閃爍，頻率 1Hz，同時(shí)我們開啟撒水滅火裝置。堆煤傳感器安裝在帶式輸送機(jī)頭部漏斗壁上，調(diào)節(jié)其固定位置，不要被煤流打到。 此設(shè)計(jì)中我們采用常州自動(dòng)化研究所的物料探測(cè)傳感器。 六、堆煤傳感器 當(dāng)煤倉內(nèi)有大煤塊塞住煤倉漏口時(shí) ，會(huì)使煤流阻在煤倉內(nèi)，無法向膠帶投放。 五、斷帶 從大量的斷帶事故分析可知，帶式輸送機(jī)斷帶原因大概有以下幾種 : (1)齒輪減速器損壞，液力耦合器噴液或電動(dòng)機(jī)逆轉(zhuǎn)； (2)輸送帶接頭質(zhì)量問題； (3)運(yùn)輸中因其他東西卷入而引起運(yùn)輸載荷突然增加； (4)啟動(dòng)和停 車時(shí)應(yīng)力變化大； (5)輸送帶自身質(zhì)量不過關(guān)，輸送帶服務(wù)年限過長，輸送帶長時(shí)間超負(fù)荷運(yùn)輸，日常維護(hù)不到位； (6)物料分配不均，輸送帶跑偏。 四、超速 當(dāng)膠帶負(fù)載忽然變輕或是膠帶忽然斷帶時(shí)，膠帶運(yùn)行速度會(huì)馬上升高。采用阻燃輸送帶，驅(qū)動(dòng)滾筒持續(xù)打滑也會(huì)冒煙污染空氣。 圖 速度檢測(cè)傳感器部分電路方 框圖 三、打滑 驅(qū)動(dòng)滾筒打滑的原因是滾筒的摩擦牽引力降低、超載或帶子被卡住。在此設(shè)計(jì)中，我們要求跑偏信號(hào)發(fā)出傳送給 PLC后，使 PLC給 CST發(fā)出急停指令，同時(shí)觸摸屏故障位置指示燈亮并啟動(dòng)急停報(bào)警。當(dāng)皮帶跑偏時(shí)，皮帶碰到跑偏開關(guān)的探桿，并帶動(dòng)探桿軸轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)與探桿固定在一軸上的凸輪也同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，撥動(dòng)跑偏開關(guān)的微 動(dòng)開關(guān)發(fā)出跑偏信號(hào)。 (4)維護(hù)質(zhì)量原因：滾筒清掃不干凈，造成直徑不等。 一、跑偏 膠帶輸送機(jī)跑偏的根本原因是輸送帶在運(yùn)行過程中，橫向受力不平衡。 (4)膠帶制造質(zhì)量差或使用保管不當(dāng)，如地面使用的膠帶，夏季長期在烈日下曝曬，冬季膠帶表面積水結(jié)冰造成膠帶膠質(zhì)變硬使膠帶提前老化。特別是當(dāng)物料中夾帶尖銳物體，很容易劃破膠帶，造成膠帶縱斯。 CST可提供給用戶的信號(hào)有 CST故障信號(hào)、 CST報(bào)警信號(hào)和 CST滿速信號(hào)等，用戶可以控制 CST的信號(hào)有 CST啟動(dòng) /停止信號(hào)、 CST急停信號(hào)、 CST慢動(dòng)信號(hào)、 CST復(fù)位信號(hào)等。當(dāng)一驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中有多臺(tái) CST時(shí)，控制系統(tǒng)可以確保每臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)分擔(dān)相同的負(fù)載，合理的功率平衡可以有效地延長整個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)各部件的壽命。這使得輸送機(jī)在被加速至全速運(yùn)行前有一個(gè)平緩啟動(dòng)的過程。據(jù)此調(diào)節(jié)離合器環(huán)型液壓缸的壓力，改變動(dòng)靜片間油膜的厚度，就能控制它所傳遞的轉(zhuǎn)矩，當(dāng)輸出軸的轉(zhuǎn)矩大于負(fù)載的靜阻力時(shí)，負(fù)載就加速；轉(zhuǎn)矩平衡時(shí)，負(fù)載就穩(wěn)定運(yùn)行 [1]。 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 10 頁 CST系統(tǒng)的主體是一個(gè)可控?zé)o級(jí)變速的減速器，其基本原理是在一級(jí)行星傳動(dòng)中，用控制內(nèi)圈轉(zhuǎn)速的辦法調(diào)節(jié)行星架輸出的轉(zhuǎn)速，使負(fù)載得到所需要的啟動(dòng)速度特性，減速特性，并能以任意非額定的低速運(yùn)行。軟起動(dòng)技術(shù)是在一定的起動(dòng)時(shí)間內(nèi) ， 控制起動(dòng)加速度 ， 確保帶式輸送機(jī)按所要求的加速度曲線平穩(wěn)起動(dòng) ， 達(dá)到額定的運(yùn)行速度 ， 同時(shí)使電機(jī)的起動(dòng)電流和輸送帶的起動(dòng)張力控制在允許范圍內(nèi)。但由于電機(jī)啟動(dòng)性能和調(diào)速性能差、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩小，與帶式輸送機(jī)直接相連啟動(dòng)，會(huì)增加皮帶的張力 [9]。多滾筒驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)就是能夠傳遞較大的功率，帶動(dòng)較大的負(fù)載，并能降低輸送帶的張力；其缺點(diǎn)就是可能會(huì)出現(xiàn)功率不平衡問題，從而增加了電動(dòng)機(jī)的備用功率。在此項(xiàng)目中，我們采用美國道齊公司的 CST 裝置，來代替?zhèn)鹘y(tǒng)使用的液力偶合器。主動(dòng)滾筒與電機(jī)相連，當(dāng)電機(jī) 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 9 頁 轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)， 膠帶通過膠帶和滾筒之間的摩擦力也被帶動(dòng)運(yùn)行，從而實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸功能。 膠帶是經(jīng)主動(dòng)滾筒和機(jī)尾改向滾筒形成一個(gè)無極環(huán)行帶。膠帶機(jī)系統(tǒng)電纜連接圖如附圖 8所示。它的主要參數(shù)如下：主斜井帶式輸送機(jī)長 1260m，由 3臺(tái) 1400KW電機(jī)拖動(dòng)，采用 CST啟動(dòng)，正常運(yùn)行速度 ，電壓等級(jí)為 10KV，遠(yuǎn)程控制方式。除原煤帶式輸送機(jī)外，各帶式輸送機(jī)均采用帶以太網(wǎng)接口的 PLC控制，由 CPU通過 I/O及設(shè)備網(wǎng)絡(luò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備控制及數(shù)據(jù)采集。 (5)為了使 監(jiān)控系統(tǒng)更加完善，實(shí)現(xiàn)控制的可觀化、清晰化，加入了觸摸屏設(shè)計(jì)。本論文是針對(duì)單條皮帶和單臺(tái)給煤機(jī)設(shè)計(jì)，它主要內(nèi)容如下： (1)對(duì)膠帶運(yùn)輸監(jiān)控系統(tǒng)的幾種主要類型進(jìn)行概述。本論文正是以此為目的，以棗泉煤礦主斜井膠帶輸送機(jī)為背景，設(shè)計(jì)單條皮帶和單臺(tái)給煤機(jī)的監(jiān)控系統(tǒng)?，F(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的不斷發(fā)展和完善使得控制的實(shí)時(shí)性、可靠性、安全性將得到極大的提高。由于各分站可以獨(dú)立地完成對(duì)單臺(tái)膠帶輸送機(jī)的控制、顯示和操作，集控中心站又能集中管理、顯示和操作，這種結(jié)構(gòu)能適應(yīng)運(yùn)輸上的集中、管理上分塊的管理體系?？偟膩碚f，就是控制各膠帶分站，通過網(wǎng)絡(luò)傳遞各種信息，由集控中心站使得各膠帶輸送機(jī)的運(yùn)行得到統(tǒng)一的集中管理，從而使運(yùn)行更加合理。同時(shí)，單機(jī)電控能滿足監(jiān)控信息量大和復(fù)雜的控制要求。 圖 分布式控制結(jié)構(gòu) 分布式控制系統(tǒng)中，各 PLC控制分站是通過現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)接口連接在一起， PLC控制分站具有獨(dú)立工作能力，可自主完成既定的任務(wù)，如數(shù)據(jù)采集、處理、監(jiān)視、操作和控制等。因此 這種結(jié)構(gòu)在煤礦一般主要用于環(huán)境的監(jiān)測(cè)，對(duì)實(shí)時(shí)性要求、可靠性要求較高膠帶運(yùn)輸系統(tǒng)，一般為了避免重要故障的發(fā)生，不考慮使用，但是也有應(yīng)用。如我國自己研發(fā)的 KJ1和 KJ4系統(tǒng)，美國的 DAN6400和 FEMCO等。一旦 PLC出現(xiàn)故障或通訊中斷都將造成系統(tǒng)癱瘓。 圖 基于 PLC的集中控制結(jié)構(gòu) 另一種結(jié)構(gòu)是以 PLC為核心，且配備了遠(yuǎn)程 I/O點(diǎn)。現(xiàn)在常見的礦井運(yùn)輸監(jiān)控技術(shù)有以下三種類型 [4][5][6][7]： 基于 PLC的集中控制技術(shù)、以系統(tǒng)中心站為核心的集中式控制結(jié)構(gòu)和基于 PLC的分散控制系統(tǒng)。美國以其擁有的雄厚高科技優(yōu)勢(shì)，率先把計(jì)算機(jī)技術(shù)、大規(guī)模集成電路技術(shù)、數(shù)字通信技術(shù)等現(xiàn)代高新科技用于煤礦監(jiān)控系統(tǒng)，使煤炭監(jiān)控技術(shù)躋身于高科技之列。 國外煤礦監(jiān)控技術(shù)是 20世紀(jì) 60年代開始發(fā)展起來的，至今已有四代產(chǎn)品，基本上 5～ 10年更新一代產(chǎn)品。 (2)故障檢測(cè)系統(tǒng)誤報(bào)率高。 礦井膠帶運(yùn)輸系統(tǒng)是原煤運(yùn)輸?shù)奈ㄒ煌緩剑堑V井生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，因此它的安全高效運(yùn)行受到很大程度的重視。這主要表現(xiàn)在通訊協(xié)議、分站、傳感器和斷電儀等設(shè)備外圍接口方面；另外是監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)軟件。 監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)自中心站計(jì)算機(jī)向下，由接口裝置、信號(hào)傳輸總線、井下分站和各類傳感器、斷電儀等組成。隨著新材料技術(shù)、電子傳感技術(shù)、數(shù)字通信技術(shù)、 控制技術(shù)、微計(jì)算機(jī)技術(shù)、軟件技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展，監(jiān)測(cè)監(jiān)控技術(shù)從其通訊方式上劃分，先后經(jīng)歷了三個(gè)階段。 膠帶輸送機(jī)監(jiān)控系統(tǒng) 礦井膠帶運(yùn)輸系統(tǒng)，是由多條膠帶搭接或由煤倉轉(zhuǎn)載形成的煤流運(yùn)輸系統(tǒng)，因此它內(nèi)