【正文】 operation principle of full understanding, determine reclaimer design, preparation of the final control procedures and make the host PC simulation test system correctness. Thus developing the reclaimer PLC control system, which has reliability and stability. Keywords coal field。 PLC 。 PLC 控制技術(shù)是解決大宗散貨現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備高效性的核心技術(shù)， PLC 技術(shù) [1]是集成自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)量學(xué)測(cè)試技術(shù)、新型傳感 器應(yīng)用技術(shù)、計(jì)算機(jī)自動(dòng)管理技術(shù)于一體的機(jī)電一體化技術(shù)；它充分利用了計(jì)算機(jī)對(duì)設(shè)備工作過程進(jìn)行集中監(jiān)視、控制管理和分散控制；充分吸收了分散式控制系統(tǒng)和集中控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，采用標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、系統(tǒng)化設(shè)計(jì)，配置靈活、組態(tài)方便。目前，先進(jìn)的無人自動(dòng)控制取料機(jī)的在國(guó)外的生產(chǎn)線上已經(jīng)廣泛使用，受限于技術(shù)的瓶頸，國(guó)內(nèi)大型散裝貨物現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的取料機(jī)大部分還是引進(jìn)國(guó)外的設(shè)備，或者是購(gòu)買國(guó)外的模塊組裝而成，國(guó)內(nèi)的取料機(jī)無論是從 機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)上還是從完整系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念上都和國(guó)外有一定差距，很多技術(shù)都是國(guó)外壟斷的，國(guó)人無法自行設(shè)計(jì)。取料機(jī)的 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)過程中應(yīng)用到了許多我大學(xué)專業(yè)課程的知識(shí)，這次畢業(yè)設(shè)計(jì)是我對(duì)大學(xué)知識(shí)的一次很好的回顧和系統(tǒng)知識(shí)的整理，根據(jù)所燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 2 學(xué)過的 PLC、傳感器，以及其它的相關(guān)知識(shí)設(shè)計(jì)取料機(jī)的控制系統(tǒng)，能夠使我學(xué)以致 用，把理論知識(shí)付諸實(shí)踐，要在以后遇到類似的系統(tǒng)，能從原理上了解它，在修理及維護(hù)時(shí)，做到隨心應(yīng)手，更好的面對(duì)工作中的挑戰(zhàn)。 煤場(chǎng)取料機(jī)控制系統(tǒng)研究現(xiàn)狀和成果 取料機(jī)是煤場(chǎng)煤料流轉(zhuǎn)現(xiàn)場(chǎng)的核心高效設(shè)備，是煤料從生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)往使用現(xiàn)場(chǎng)的關(guān)鍵設(shè)備，這個(gè)環(huán)節(jié)的穩(wěn)定性和可靠性直接影響到工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的效率和企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，因此許多專家和學(xué)者對(duì)取料機(jī)的研究和改造始終沒有停止過，他們有的從取料機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造，使取料機(jī)的結(jié)構(gòu)更加適合工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際環(huán)境；有的從取料機(jī)的控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì) 和改造，利用多種型號(hào)的 PLC，諸如西門子 S7300、歐姆龍、三菱、羅克韋爾等對(duì)取料機(jī)進(jìn)行編程，繼而從中找到最優(yōu)的、相對(duì)簡(jiǎn)潔的程序?qū)θ×蠙C(jī)進(jìn)行控制，取得一定的研究成果。該監(jiān)控系統(tǒng)可以對(duì)整個(gè)取料機(jī)的工作狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。 張子才等人認(rèn)為料場(chǎng)無人化系統(tǒng)是散貨運(yùn)輸 行業(yè)的一項(xiàng)全新技術(shù)，采用先進(jìn)的工業(yè)自動(dòng)化 控制技術(shù) 、檢測(cè) 技術(shù) 、測(cè)繪 技術(shù) 、計(jì)算機(jī)圖像圖形 處理 技術(shù)以及 網(wǎng)絡(luò) 通訊技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)堆取料機(jī)的自動(dòng)化堆取料作業(yè)利用激光掃描技術(shù)，對(duì)料堆進(jìn)行 動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)掃描，并進(jìn)行仿真處理，形成三維圖像及料堆信息數(shù)據(jù)庫(kù)，將 取料作業(yè) 設(shè)計(jì) 計(jì)劃自動(dòng)轉(zhuǎn)化為 PLC 控制指令，控制 取料機(jī)自動(dòng)尋址，然后根據(jù)設(shè)定的數(shù)據(jù)，如堆形、堆高、 堆寬等， 根據(jù)指定的料堆，自動(dòng)尋找料對(duì)切入點(diǎn)，完成自動(dòng)取料 [3]。 第 1 章 緒論 3 張鼎祥認(rèn)為一個(gè)好的總體設(shè)計(jì)決定了一臺(tái)斗輪取料機(jī)的優(yōu)劣。 劉偉峰針對(duì)斗輪堆取料機(jī)的取料能力偏低而無法適應(yīng)運(yùn)煤系統(tǒng)處理的問題，分析了斗輪取料機(jī)取料能力關(guān)聯(lián)因素提出了提升取料能力的改造方案，通過計(jì)算斗子容量與取料能力的變化關(guān)系、斗輪轉(zhuǎn)速、工進(jìn)的距離論證了斗容變化與取料能力的關(guān)系及改造實(shí)施后可以產(chǎn)生的經(jīng) 濟(jì)效益。 對(duì)于取料機(jī)的研究和改造許多專家和學(xué)者從模型設(shè)計(jì)和控制算法兩個(gè)方面的理論研究取得一定的進(jìn)展，已經(jīng)有部分國(guó)外的企業(yè)將理論用用到為實(shí)際的取料機(jī)設(shè)備當(dāng)中去，在現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際控制中取得了不錯(cuò)的成效，國(guó)內(nèi)受限于技術(shù)開發(fā)的瓶頸，目前尚且止步于理論階段。行走裝置是架設(shè)在軌道上的帶有四個(gè)車輪的裝置，它的作用主要是在控制系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)下實(shí)現(xiàn)取料 設(shè)備的行走和換堆取料。耙車是對(duì)煤料進(jìn)行松動(dòng)并控制煤料下滑流量的左右擺動(dòng)的輔助裝置。設(shè)備主要是在耙車的擺動(dòng)下依靠煤料的重力使得煤料自動(dòng)下滑到刮板上，隨著行走裝置的慢速前進(jìn)，刮板把煤料運(yùn)轉(zhuǎn)到側(cè)旁的懸臂皮帶上，依靠懸臂皮帶的滾動(dòng)把煤料運(yùn)走。到達(dá)限位開關(guān) 2 時(shí)，慢速驅(qū)動(dòng)、耙車停止燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 4 工作， 10S 后刮板和懸臂皮帶停止工作，行走裝置快速向右驅(qū)動(dòng)，這使得刮板和皮帶上的煤料能夠充分運(yùn)走，降低能耗。假如控制系統(tǒng)給取料機(jī)去右堆進(jìn)行取料，則取料機(jī)將會(huì)快速向右堆行走，并在觸及限位開關(guān) 3 時(shí)，向右快速行走停止并啟動(dòng)懸臂皮帶轉(zhuǎn)動(dòng) 5S 后刮板進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)， 5S 后耙車 2 進(jìn)行擺動(dòng)，再 5S 后行走裝置慢速向右驅(qū)動(dòng)，取料開始。行走裝置碰到限位開關(guān) 5 時(shí)停止驅(qū)動(dòng)，繼續(xù)等待取料信號(hào)。 取料機(jī)的工作過程只是一系列生產(chǎn)傳輸流程中的一小部分，取料機(jī)設(shè)備相當(dāng)于一個(gè)大型的機(jī)車，騎跨在煤堆兩側(cè)的軌道上在兩個(gè)軌道之間存放著大量的散煤料，這些煤料堆是由堆料機(jī)堆料而成，取料機(jī)和堆 料機(jī)之間有聯(lián)鎖信號(hào)，可以保證兩個(gè)設(shè)備不會(huì)同時(shí)到一個(gè)料堆進(jìn)行作業(yè)，由于我設(shè)計(jì)的是取料機(jī)的控制系統(tǒng)，在此堆料機(jī)的設(shè)計(jì)不再贅述?，F(xiàn)場(chǎng)的取料機(jī)機(jī)械設(shè)備如圖 11 所示。第二章主要介紹取料機(jī)的硬件電路設(shè)計(jì)，主要包括取料機(jī)的電氣回路和控制回路設(shè)計(jì)，以及一些PLC 輸入輸出與處理器之間的連線關(guān)系。第四章主要是介紹上位組態(tài)界面的繪制和 系統(tǒng)的通訊連接，最后完成對(duì)控制指令的測(cè)試。由于初始取料信號(hào)的不同，行走電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反，因此要使左右行進(jìn)驅(qū)動(dòng)的電機(jī)進(jìn)行互鎖，已確定取料機(jī)動(dòng)作的唯一性和確定性。耙車電機(jī)的作用是驅(qū)動(dòng)耙車在一定的范圍內(nèi)進(jìn)行擺動(dòng)，左右都有極限位開關(guān)，擺動(dòng)的速度要和慢速電機(jī)的轉(zhuǎn)速和刮板的速度進(jìn)行協(xié)調(diào)，擺動(dòng)過快或過慢都會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)負(fù)荷過大而出現(xiàn)故障。刮板電機(jī)的轉(zhuǎn)速需和懸臂皮帶電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行協(xié)調(diào)，過多的輸出煤料可能會(huì)導(dǎo)致皮帶的斷裂。懸臂皮帶電機(jī)工作的異常直接會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的癱瘓，大量煤 料的堆積會(huì)對(duì)系統(tǒng)造成超大的負(fù)荷，而且會(huì)降低煤料的輸送效率。 與電氣傳動(dòng)有關(guān)的技術(shù)的參數(shù)如下： (1)行走 快速電機(jī) 的 技術(shù)參數(shù) 電氣 回路 如圖 21： 電機(jī) 型號(hào)為 YA132S4 電壓 AC380V 的電機(jī)，功率 kW。 主回路中的低壓斷路器和熱繼電器起過熱過載保護(hù)電路的作用。當(dāng)主回路中 KM1 閉合時(shí)，快速電機(jī)將會(huì)正轉(zhuǎn)，此時(shí)對(duì)應(yīng)取料機(jī)快速左行，取料機(jī)將在接下來的一段時(shí)間內(nèi)在左堆取料。 (2)行走慢速電機(jī) 的技術(shù)參數(shù) 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 8 電氣回路如圖 22：型號(hào)為 YA8014 額定功率 電壓 AC380V L 1L 2L 31 Q FK M 1 K M 2K H 1V WM~U L12L32QFKM3KM4KH2VM~U 圖 21 行走 快速電機(jī)電氣回路 圖 22 行走 慢速電機(jī)電氣回路 的電機(jī)。 主回路中的低壓斷路器和熱繼電器起過熱過載保護(hù)電路的作用。 (3) 耙車 1 電機(jī) 的技術(shù)參數(shù) 電氣回路如圖 23：額定功率 電壓 AC380V。 主回路中的低壓斷路器和熱繼電器起過熱過載保護(hù)電路的作用。 (4) 耙車 2 電機(jī) 的技術(shù)參數(shù) 電氣回路如圖 24：額定功率 電壓 AC380V。 主回路中的低壓斷路器和熱繼電器起過熱過載保護(hù)電路的作用。 L 1L 2L 33 Q FK M 5 K M 6K H 3V WM~U L12L36QFKM9KM10KH6VWM~U 圖 23 耙車 1 電機(jī)電氣回路 圖 24 耙車 2 電機(jī)電 氣回路 (5) 刮板電機(jī) 的技術(shù)參數(shù) 電氣回路如圖 25：電機(jī)型號(hào) YA280M4 電壓 AC380V， 功率為 90kW。 主回路中的低壓斷路器和熱繼電器起過熱過載保護(hù)電路的作用。斷路器型號(hào)為 DZ4763。 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 10 L 1L 2L 34 Q FK M 7K H 4V WM~U L12L35QFKM8KH5VWM~U 圖 25 刮板電機(jī)控制回路 圖 26 懸臂皮帶電機(jī)電氣回路 主要硬件電路控制設(shè)計(jì) (1) 行走 快速電機(jī)的 電氣 控制 電氣 控制回路如圖 27 所示 。 控制回路是一個(gè)典型的正反轉(zhuǎn)電路 ，當(dāng)快速電機(jī)上電后，開關(guān)打到中控位， PLC 會(huì)收到快速電機(jī)的備妥信號(hào)， 系統(tǒng)發(fā)出驅(qū)動(dòng)命令，它等待系統(tǒng)給它的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，當(dāng)系統(tǒng)的快速正轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)出后，繼電器 1K 得電， 1K 得電后使得浮點(diǎn) 1K閉合，浮點(diǎn)閉合后使得繼電器 KM1 得電， KM1 的浮點(diǎn)是控制快速電機(jī)正轉(zhuǎn)的開關(guān)， KM1 得電 使得它的浮點(diǎn)閉合，快速電機(jī)正轉(zhuǎn)，快速電機(jī)正轉(zhuǎn)對(duì)應(yīng)取料機(jī)向左行走。當(dāng)系統(tǒng)的快速反轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)出后，繼電器 2K 得電， 2K 得電后使得浮點(diǎn) 2K 閉合，浮點(diǎn)閉合后使得繼電器 KM2 得電， KM2的浮點(diǎn)是控制快速電機(jī)正轉(zhuǎn)的開關(guān)， KM2 得電使得它的浮點(diǎn)閉合，快速電機(jī)反轉(zhuǎn)，快速電機(jī)反轉(zhuǎn)對(duì)應(yīng)取料機(jī)向右行走。在取料完成后，即碰到限位開關(guān) 2 和限位開關(guān) 4 后，會(huì)有定時(shí)器進(jìn)行計(jì)時(shí)，在保證煤料已經(jīng)徹底 取完后，計(jì)時(shí)結(jié)束時(shí)會(huì)驅(qū)動(dòng)快速電機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，其啟動(dòng)原理和上述過程一致。 慢速電機(jī)也是采用直接啟動(dòng)方式。在正轉(zhuǎn) 電路里加入了一個(gè)反轉(zhuǎn)接觸器的常閉觸點(diǎn)，這樣就保燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 12 證了正轉(zhuǎn)時(shí)不能反轉(zhuǎn) 。在反轉(zhuǎn) 電路里加入了一個(gè) 正 轉(zhuǎn)接觸器的常閉觸點(diǎn)，這樣就保證了 反 轉(zhuǎn)時(shí)不能 正 轉(zhuǎn) 。 耙車 1 電機(jī)也是采用直接啟動(dòng)方式。在正轉(zhuǎn) 電路里加入了一個(gè)反轉(zhuǎn)接觸器的常閉觸點(diǎn)，這樣就保證了正轉(zhuǎn)時(shí)不能反轉(zhuǎn) 。在觸碰到耙車 1 后限 位開關(guān)時(shí)，耙車 1 正轉(zhuǎn)啟動(dòng)，由此往復(fù)運(yùn)行，直到左料堆取料結(jié)束。 中 控 耙 車 正 轉(zhuǎn) 驅(qū) 動(dòng)中 控 耙 車 反 轉(zhuǎn) 驅(qū) 動(dòng)0 40 5D O 0 :D O 0 :D I 1 :D I 1 :D I 1 :0 60 70 8備 妥正 轉(zhuǎn) 應(yīng) 答反 轉(zhuǎn) 應(yīng) 答C O M 2C O M 2C O M 15 K6 KK 5K M 5K M 6Q 3L 13 Q FS T PCOLS AK H 3H L 1 0K M 5K M 6S T LS T R5 K 6 KK M 6K M 5H L 1 1K M 5H L 1 2K M 6H L 9K 5K H 3N 圖 29 耙車 1 電機(jī) 電氣 控制電路 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 14 (4) 耙車 2 電機(jī)的 電氣 控制 電氣 控制回路如圖 210 所示 。 控制回路 還 是一個(gè)典型的正反轉(zhuǎn)電路 ，當(dāng)耙車 2 電機(jī)上電后，開關(guān)打到中控位，PLC 會(huì)收到耙車電機(jī)的備妥信號(hào)，進(jìn)而系統(tǒng)發(fā)出驅(qū)動(dòng)命令，它等待系統(tǒng)給它的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，當(dāng)取料機(jī)碰到限位開關(guān) 1，并且懸臂皮帶和刮板 都啟動(dòng)后，系統(tǒng)的耙車正轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)出，繼電器 5K 得電， 5K 得電后使得浮點(diǎn) 5K 閉合，浮點(diǎn)閉合后使得繼電器 KM5 得電， KM5 的浮點(diǎn)是控制耙車 2 電機(jī)正轉(zhuǎn)的開關(guān)， KM5 得電使得它的浮點(diǎn)閉合，耙車 2 電機(jī)正轉(zhuǎn)，耙車 2 電機(jī)正轉(zhuǎn)對(duì)應(yīng)取料機(jī)耙車 2 向前擺動(dòng)。當(dāng)碰到耙車 2 前限位開關(guān)，系統(tǒng)的耙車 2反轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)出，繼電器 6K 得電， 6K 得電后使得浮點(diǎn) 6K 閉合，浮點(diǎn)閉合后使得繼電器 KM6 得電， KM6 的浮點(diǎn)是控制慢速電機(jī)正轉(zhuǎn)的開關(guān)， KM6得電使得它的浮點(diǎn)閉合，慢速電 機(jī)反轉(zhuǎn)，慢速電機(jī)反轉(zhuǎn)對(duì)應(yīng)取料機(jī)向后擺動(dòng)。在反轉(zhuǎn) 電路里加入了一個(gè) 正 轉(zhuǎn)接觸器的常閉觸點(diǎn)，這樣就保證了 反 轉(zhuǎn)時(shí)不能 正 轉(zhuǎn) 。 刮板電機(jī)采用直接啟動(dòng)的方式。當(dāng)系統(tǒng)的刮板驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)出后，繼電器 7K 得電， 7K得電后使得浮點(diǎn) 7K 閉合，浮點(diǎn)閉合后使得繼電器 KM7 得電， KM7 的浮點(diǎn)是控制刮板電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的開關(guān)， KM7 得電使得它的浮點(diǎn)閉合，刮板電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。 懸臂皮帶電機(jī)采用直接啟動(dòng)的方式。當(dāng)系統(tǒng)的懸臂皮帶驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)出后，繼電器 8K得電， 8K 得電后使得浮點(diǎn) 8K 閉合，浮點(diǎn)閉合后使得繼電器 KM8 得電， KM8的浮點(diǎn)是控制懸臂皮帶電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的開關(guān)， KM8 得電使得它的浮點(diǎn)閉合，懸臂皮帶電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。 PLC 由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。一些使用冗余 CPU 的 PLC 的平均無故障工作時(shí)間則更長(zhǎng)。此外， PLC 帶有硬件故障自我檢測(cè)功能，出現(xiàn)故障時(shí)可及時(shí)發(fā)出警第 2章 取 料機(jī)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 17 報(bào)信息。這樣，整個(gè)系統(tǒng)具有極高的可靠性 ?？梢杂糜诟鞣N規(guī)模的工業(yè)控制場(chǎng)合。近年來 PLC 的功能單元大量涌現(xiàn)，使 PLC 滲透到了位置控制、溫度控制、 CNC 等各種工業(yè)控制中。 (3) 易學(xué)易用， 容易掌握