【正文】 科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 19 頁 以超小型 PLC為例，新近出產(chǎn)的品種底部尺寸小于 100mm，重量小于150g，功耗僅數(shù)瓦。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過改變程序改變生產(chǎn)過程成為可能。為不熟悉電子電路、不懂計(jì)算機(jī)原理和匯編語言的人使用計(jì)算機(jī)從事工業(yè)控制打開了方便之門。它接口容易，編程語言易于為工程技術(shù)人員接受。加上 PLC通信能力的增強(qiáng)及人機(jī)界面技術(shù)的發(fā)展，使用 PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代 PLC大多具有完善的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。 2配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng) PLC發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品。在應(yīng)用軟件中，應(yīng)用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除 PLC以外的電路及設(shè)備也獲得故障自診斷保護(hù)。從PLC的機(jī)外電路來說，使用 PLC構(gòu)成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開關(guān)接點(diǎn)已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一，故障也就大大降低。例如三菱公司生產(chǎn)的 F系列 PLC平均無故障時(shí)間高達(dá)30萬小時(shí)。 PLC的主要特點(diǎn)1可靠性高，抗干擾能力強(qiáng) 高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。本文在充分考慮輸煤系統(tǒng)的作用和運(yùn)行可靠性基礎(chǔ)上，提出了基于西門子公司 S7200 PLC可編程序控制器的輸煤控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案，該方案不僅降低了開發(fā)的工作量，而且降低了維護(hù)的工作量，同時(shí)也對以后的升級(jí)提供了條件。 而是以計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)構(gòu)成人們習(xí)慣的繼電器模型，進(jìn)而得到以繼電器電路梯形圖為基礎(chǔ)的形象編程語言和模塊化軟件對于繼電器、計(jì)時(shí)器、定時(shí)器和輸入信號(hào)等內(nèi)部資源它可以自如地使用軟件構(gòu)成的邏輯功能多次進(jìn)行調(diào)用。今天我們常用的 PLC（Programmable LogicController） 是微型電子計(jì)算機(jī)與常規(guī)控制元件如繼電器等互相結(jié)合形成的新型工業(yè)自動(dòng)化控制裝置。PLC 與 PLC網(wǎng)絡(luò)成為工廠企業(yè)中首選的工業(yè)控制裝置，由 PLC組成的多級(jí)分布式 PLC網(wǎng)絡(luò)成為 CIMS（puterintegrated manufacturing system）系統(tǒng)不可或缺的基本組成部分。同時(shí)生產(chǎn)了大量內(nèi)含微處理器的智能模板，使得第四代 PLC產(chǎn)品成為具有邏輯控制功能、過程控制功能、運(yùn)動(dòng)控制功能、數(shù)據(jù)處理功能、聯(lián)網(wǎng)通信功能的真正名符其實(shí)的多功能控制器。第三代 PLC產(chǎn)品隨著高性能微處理器及位片式 CPU在 PLC中大量使用，PLC 的處理速度大大提高，從而促使它向多功能及聯(lián)網(wǎng)通信方向發(fā)展。從 1968年到現(xiàn)在，PLC 經(jīng)歷了四次換代：第一代 PLC大多用一位機(jī)開發(fā)，用磁芯存儲(chǔ)器存儲(chǔ)，只有邏輯控制功能。 ”定義強(qiáng)調(diào)了 PLC應(yīng)直接應(yīng)用于工業(yè)環(huán)境，它有很強(qiáng)的抗干擾能力，廣泛的適應(yīng)能力和應(yīng)用范圍。它采用了可編程的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算數(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類型機(jī)械的生產(chǎn)過程。國際電工委員會(huì)曾于 1982年 11月頒發(fā)了可編程控制器標(biāo)準(zhǔn)草案第一稿，1985 年一月發(fā)表了第二稿，1987 年 2月頒發(fā)了第三稿。1969 年，著名的美國數(shù)字設(shè)備公司（DEC）根據(jù) GM的功能要求，研制出了這種新的工業(yè)控制裝置，并在 GM公司的一條汽車自動(dòng)化生產(chǎn)線上首次運(yùn)行取得成功。但是繼電接觸器控制系統(tǒng)有明顯的缺點(diǎn)：設(shè)備體積大，可靠性差，動(dòng)作速度慢，功能少，難于實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的控制，特別是它是靠硬連接邏輯構(gòu)成的系統(tǒng)，接線復(fù)雜，當(dāng)生產(chǎn)工藝或?qū)ο笮枰淖儠r(shí)，原有的接線和控制盤（柜）就要更換，所以通用性和靈活性較差 1968年，美國通用汽車公司（GM）根據(jù)市場形勢與生產(chǎn)發(fā)展的需要，提出了“多品種、小批量、不斷翻新汽車品牌型號(hào)”的戰(zhàn)略。中國礦業(yè)大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 16 頁第 3 章 基于 PLC 的下位機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) PLC 概述 PLC的概念及發(fā)展20世紀(jì)年代起，人們把各種繼電器、定時(shí)器、接觸器及其觸點(diǎn)按一定邏輯關(guān)系連接起來組成控制系統(tǒng)，控制各種生產(chǎn)機(jī)械，這就是大家熟悉的傳統(tǒng)繼電器接觸器控制系統(tǒng)。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，且開關(guān)也處于動(dòng)作狀態(tài)即可。撕裂檢測器在正常狀態(tài)下攔索使開關(guān)的觸發(fā)機(jī)構(gòu)處于正常狀態(tài)，當(dāng)異物刺穿膠帶機(jī)表面并觸及到攔索時(shí)，并帶動(dòng)攔索，使攔索產(chǎn)生位移導(dǎo)致觸發(fā)機(jī)構(gòu)動(dòng)作輸出撕裂停機(jī)信號(hào)。那么如何來檢測皮帶縱向撕裂事故，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器來檢測。圖 跑偏開關(guān)的組成劃傷及縱向撕裂的檢測在運(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。當(dāng)立輥偏轉(zhuǎn)角達(dá)到 30176。當(dāng)立輥偏轉(zhuǎn)角達(dá)到 12176。跑偏開關(guān)由立輥、復(fù)位手柄(調(diào)偏再啟動(dòng))、凸輪及行程開關(guān)等組成(見中國礦業(yè)大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 15 頁圖 )。（1）輕微偏移報(bào)警:當(dāng)輸送機(jī)在運(yùn)行過程中發(fā)生輕微偏移時(shí)，則開關(guān)輸出一級(jí)報(bào)警信號(hào)。來防止因輸送機(jī)偏移傾斜使物料撒落。在皮帶機(jī)中，托輥的徑向跳動(dòng)引起的振動(dòng)對皮帶跑偏影響最大。(4)運(yùn)行中振動(dòng)引起的跑偏。如果皮帶空轉(zhuǎn)時(shí)不跑偏，重負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)就跑偏，說明礦料在皮帶兩邊分布不均勻。調(diào)整好的皮帶在運(yùn)行一段時(shí)間后，由于皮帶拉伸產(chǎn)生永久變形或老化，會(huì)使皮帶的張緊力下降，造成皮帶松弛，引起皮帶跑偏。皮帶機(jī)在運(yùn)行一段時(shí)間后，由于礦料有的具有一定的粘性，部分礦粉會(huì)粘沾在滾筒和托輥上，使得滾筒或托輥局部筒徑變大，引起皮帶兩側(cè)張緊力不均勻，造成皮帶跑偏。由于橡膠板壓力不均勻，造成皮帶兩邊運(yùn)行阻力不一致，引起皮帶跑偏。機(jī)架歪斜包括機(jī)架中心線歪斜和機(jī)架兩邊高低傾斜，這兩種情況都會(huì)造成嚴(yán)重跑偏，并且很難調(diào)整。造成皮帶兩邊張力不均勻，皮帶始終往張緊力大的一邊跑偏。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)，中國礦業(yè)大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 14 頁造成整個(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)。 0T在使用熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線時(shí)必須注意型號(hào)相配，極性不能接錯(cuò)，補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶連接端的溫度不能超過 100℃。必須指出，熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線的作用只起延伸熱電極，使熱電偶的冷端移動(dòng)到控制室的儀表端子上，它本身并不能消除冷端溫度變化對測溫的影響，不起補(bǔ)償作用。圖 熱電偶結(jié)構(gòu)原理3）熱電偶的結(jié)構(gòu)形成 為了保證熱電偶可靠、穩(wěn)定地工作，對它的結(jié)構(gòu)要求如下： ① 組成熱電偶的兩個(gè)熱電極的焊接必須牢固； ② 兩個(gè)熱電極彼此之間應(yīng)很好地絕緣，以防短路； ③ 補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶自由端的連接要方便可靠； ④ 保護(hù)套管應(yīng)能保證熱電極與有害介質(zhì)充分隔離。當(dāng)導(dǎo)體 A和 B的兩個(gè)接點(diǎn) 1和 2之間存在溫差時(shí)，兩者之間便產(chǎn)生電動(dòng)勢,因而在回路中形成一個(gè)大小的電流,這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。熱電偶通常是由兩種不同的金屬絲組成，而且不受大小和開頭的限制，外有保護(hù)套管，用起來非常方便。常用的熱電偶從50～+1600℃均可連續(xù)測量，某些特殊熱電偶最低可測到269℃（如金鐵鎳鉻） ，最高可達(dá)+2800℃（如鎢錸） 。因熱電偶直接與被測對象接觸，不受中間介質(zhì)的影響。熱電偶熱電偶是工業(yè)上最常用的溫度檢測元件之一，熱電偶工作原理是基于賽貝克(seeback)效應(yīng),即兩種不同成分的導(dǎo)體兩端連接成回路，如兩連接端溫度不同，則在回路內(nèi)產(chǎn)生熱電流的物理現(xiàn)象。熱電偶的靈敏度是指加熱點(diǎn)溫度變化 1℃時(shí)，輸出電位差的變化量。由于它必須有兩種不同材質(zhì)的導(dǎo)體，所以稱之為“熱電偶” 。這個(gè)電位差的數(shù)值與不加熱部位測量點(diǎn)的溫度有關(guān)，和這兩種導(dǎo)體的材質(zhì)有關(guān)。溫度傳感器是最早開發(fā)，應(yīng)用最廣。這類扭矩傳感器的不足之處是測量之前需要預(yù)熱來平衡電橋。將該應(yīng)變信號(hào)放大后，經(jīng)過壓頻轉(zhuǎn)換，變換成與扭應(yīng)變成正比的頻率信號(hào)。由于該電勢的頻率與轉(zhuǎn)速及齒數(shù)的乘積成正比，其中齒數(shù)為固定值。在外加轉(zhuǎn)矩時(shí)，彈性軸產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形，在彈性變形范圍內(nèi)，其扭角與外加轉(zhuǎn)矩成正比。在彈性軸兩端安裝有兩只齒輪，在齒輪上方分別有兩組磁鋼，磁鋼上各繞有一組信號(hào)線圈。2．轉(zhuǎn)矩傳感器電磁齒(柵)式轉(zhuǎn)矩傳感器(以下簡稱齒(柵)式)的基本原理是通過磁電轉(zhuǎn)換，把被測轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換成具有相位差的兩路電信號(hào)，而這兩路電信號(hào)的相位差的變化量與被測轉(zhuǎn)矩的大小成正比。過渡轉(zhuǎn)矩是機(jī)械從一種工況轉(zhuǎn)換到另一種工況時(shí)的轉(zhuǎn)矩變化過程，如電機(jī)的啟動(dòng)過程扭矩的變化。振動(dòng)轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)矩值是波動(dòng)的，并具有一定周期。因?yàn)檗D(zhuǎn)矩變化緩慢，在短暫時(shí)間內(nèi)可以認(rèn)為轉(zhuǎn)矩值是恒定的。恒定轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)矩值仍為常數(shù)，但傳動(dòng)軸以某轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，如電機(jī)穩(wěn)定工作時(shí)的轉(zhuǎn)矩。靜止轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)矩值為常數(shù)，傳動(dòng)軸靜止不旋轉(zhuǎn)。動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩則是轉(zhuǎn)矩值隨時(shí)間變化很大、很迅猛的轉(zhuǎn)矩。按照時(shí)間歷程的特點(diǎn)，轉(zhuǎn)矩可以分為靜態(tài)轉(zhuǎn)矩和動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩。扭矩的測量對傳動(dòng)軸載荷的確定和控制，對傳動(dòng)系統(tǒng)各工作零件的強(qiáng)度設(shè)計(jì)和原動(dòng)機(jī)容量的選擇，都有重要意義。因此，習(xí)慣上又把轉(zhuǎn)動(dòng)力矩叫做扭轉(zhuǎn)力矩，簡稱扭矩。使機(jī)器元件轉(zhuǎn)動(dòng)的力偶或力矩叫做轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，簡稱轉(zhuǎn)矩。當(dāng)轉(zhuǎn)軸連接到被測軸上一起轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由于內(nèi)、外齒輪的相對運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生磁阻變化，在線圈中產(chǎn)生交流感應(yīng)電勢。閉磁路式轉(zhuǎn)速傳感器由裝在轉(zhuǎn)軸上的外齒輪、內(nèi)齒輪、線圈和永久磁鐵構(gòu)成（圖 4b） 。這類傳感器按結(jié)構(gòu)不同又分為開磁路式和閉磁路式兩種。變磁阻式傳感器的三種基本類型，電感式傳感器、變壓器式傳感器和電渦流式傳感器都可制成轉(zhuǎn)速傳感器。在一定時(shí)間內(nèi)對信號(hào)計(jì)數(shù)便可測出轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速值 。轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，反射記號(hào)對投射光點(diǎn)的反射率發(fā)生變化。測量盤隨被測物體轉(zhuǎn)動(dòng)，每轉(zhuǎn)過一條縫隙，從光源投射到光敏元件（光電式傳感器）上的光線產(chǎn)生一次明暗變化,光敏元件即輸出電流脈沖信號(hào)。 　　光電式轉(zhuǎn)速傳感器 　它分為投射式和反射式兩類。轉(zhuǎn)速傳感器的種類繁多、應(yīng)用極廣，其原因是在自動(dòng)控制系統(tǒng)和自動(dòng)化儀表中大量使用各種電機(jī)，在不少場合下對低速（如每小時(shí)一轉(zhuǎn)以下） 、高速（如每分鐘數(shù)十萬轉(zhuǎn)） 、穩(wěn)速（如誤差僅為萬分之幾）和瞬時(shí)速中國礦業(yè)大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 10 頁度的精確測量有嚴(yán)格的要求。按信號(hào)形式的不同，轉(zhuǎn)速傳感器可分為模擬式和數(shù)字式兩種。圖 摩擦滾輪安裝在上皮帶下方圖 摩擦滾輪安裝在下皮帶上方將旋轉(zhuǎn)物體的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換為電量輸出的傳感器。將摩擦滾輪安裝在下皮帶的上方，利用摩擦滾輪自重產(chǎn)生摩擦力使其隨皮帶的運(yùn)動(dòng)而旋轉(zhuǎn)，如圖 。采用這種方式，單摩擦滾輪安裝時(shí)的中心線應(yīng)與皮帶中心線重合。將摩擦滾輪安裝在上皮帶的下方，采用壓縮彈簧的張力或重錘使摩擦滾輪接觸于上皮帶的下方，如圖 。當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)件轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，改變了磁路的磁阻，因而改變貫穿線圈的磁能量，在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢。磁阻式轉(zhuǎn)速傳感器是利用法拉第電磁感應(yīng)原理將機(jī)械轉(zhuǎn)速量變換為脈沖電量的轉(zhuǎn)換器。速度傳感器是安裝在運(yùn)輸機(jī)上，可以按皮帶某一給定行程的方式或按與皮帶速度成比例的方式提供信息的測速裝置。轉(zhuǎn)速的測量常采用的方法有測速發(fā)電機(jī)法、霍爾效應(yīng)法、電磁感應(yīng)法、光電效應(yīng)法、電容法、渦流轉(zhuǎn)矩法、離心力法。轉(zhuǎn)速大小常常用單位時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)速表示，工程上大都采用一分鐘內(nèi)轉(zhuǎn)數(shù)多少作為轉(zhuǎn)速測量單位，即 r/min。遲滯可由傳感器內(nèi)部元件存在能量的吸收造成。上述指標(biāo)若用滿量程的百分比表示，則稱為分辨率傳感器的遲滯特性遲滯特性表征傳感器在正向（輸入量增大）和反向（輸入量減?。┬谐涕g輸出一輸入特性曲線不一致的程度，通常用這兩條曲線之間的最大差值△MAX 與滿量程輸出 F只有當(dāng)輸入量的變化超過分辨力時(shí)，其輸出才會(huì)發(fā)生變化。也就是說，如果輸入量從某一非零值緩慢地變化。但靈敏度愈高，測量范圍愈窄，穩(wěn)定性也往往愈差。當(dāng)傳感器的輸出、輸入量的量綱相同時(shí)，靈敏度可理解為放大倍數(shù)。靈敏度的量綱是輸出、輸入量的量綱之比。如果傳感器的輸出和輸入之間顯線性關(guān)系，則靈敏度 S是一個(gè)常數(shù)。（4）傳感器的靈敏度 靈敏度是指傳感器在穩(wěn)態(tài)工作情況下輸出量變化△y 對輸入量變化△x的比值。 擬合直線的選取有多種方法。（3）傳感器的線性度 通常情況下，傳感器的實(shí)際靜態(tài)特性輸出是條曲線而非直線。這是因?yàn)閭鞲衅鲗?biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)的響應(yīng)容易用實(shí)驗(yàn)方法求得，并且它對標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)的響應(yīng)與它對任意輸入信號(hào)的響應(yīng)之間存在一定的關(guān)系，往往知道了前者就能推定后者。（2）傳感器動(dòng)態(tài)特性所謂動(dòng)態(tài)特性，是指傳感器在輸入變化時(shí)，它的輸出的特性。因?yàn)檫@時(shí)輸入量和輸出量都和時(shí)間無關(guān)，所以它們之間的關(guān)系，即傳感器的靜態(tài)特性可用一個(gè)不含時(shí)間變量的代數(shù)方程，或以輸入量作橫坐標(biāo)，把與其對應(yīng)的輸出量作縱坐標(biāo)而畫出的特性曲線來描述。 開關(guān)傳感器——當(dāng)一個(gè)被測量的信號(hào)達(dá)到某個(gè)特定的閾值時(shí)，傳感器相應(yīng)地輸出一個(gè)設(shè)定的低電平或高電平信號(hào)。 按照其用途，傳感器可分類為： 壓力傳感器、位置傳感器 、液面?zhèn)鞲衅?、能耗傳感?、速度傳感器 、熱敏傳感器 以其輸出信號(hào)為標(biāo)準(zhǔn)可將傳感器分為： 模擬傳感器——將被測量的非電學(xué)量轉(zhuǎn)換成模擬電信號(hào)。目前較為廣泛的熱電阻材料為鉑、銅、鎳等，它們具有電阻溫度系數(shù)大、線性好、性能穩(wěn)定、使用溫度范圍寬、加工容易等特點(diǎn)。3．熱電阻傳感器熱電阻傳感器主要是利用電阻值隨溫度變化而變化這一特性來測量溫度及與溫度有關(guān)的參數(shù)。當(dāng)基片受到外力作用而產(chǎn)生形變時(shí)，各電阻值將發(fā)生變化，電橋就會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的不平衡輸出。2．壓阻式傳感器壓阻式傳感器是根據(jù)半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)在半導(dǎo)體材料的基片上經(jīng)擴(kuò)散電阻而制成的