基于PLC的冶煉廠礦石供料系統(tǒng)

1、下載需知SelectionParagraphFormatLineSpacingLinesToPointsSelectionParagraphFormatLineSpacingLinesToPointselectionParagraaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaphFormatLineSpacingLinesToPointsSelectionParagraphFormatLineSpacingLinesTSelectionParbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbb

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12、eSpacingLinesToPointsSelectionParagraphFormatLineSpacingLinelec摘要傳統(tǒng)的冶煉廠礦石供料控制系統(tǒng)是一種基于繼電接觸器和人工手動方式的半自動化系統(tǒng)。但隨著冶煉廠規(guī)模的擴大，對礦石的需求量大大提高，傳統(tǒng)的供料系統(tǒng)已無法滿足冶煉廠的需要。本文在對傳統(tǒng)供料控制系統(tǒng)進行了認(rèn)真的分析與研究后，結(jié)合相關(guān)理論和技術(shù)，制定出一套由PLC為控制核心的皮帶傳輸供料控制系統(tǒng)。為了實現(xiàn)供料系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，處理諸如皮帶跑偏、打滑及撕裂等問題，在主電路中用傳感器檢測故障信號，軟件中調(diào)用相應(yīng)傳感器檢測到的故障信號處理子程序并執(zhí)行處理。運用皮帶運輸線進行礦石供料大大

13、提高了工作效率。在PLC中應(yīng)用子程序的方式，不僅便于實現(xiàn)多種運行方式，而且大大提高了程序的可維護性和可靠性。經(jīng)過實驗室供料控制系統(tǒng)的仿真，表明了該供料控制系統(tǒng)運行的正確性、實用性。關(guān)鍵詞：PLC、礦石供料系統(tǒng)、組態(tài)軟件ABSTRACTThe traditional ore feed system of metallurgical plant is a half-automation system based on relay connect and manual work. But along with the development in scale, the ore requirement

14、 of metallurgical plant increases greatly. The traditional ore transfer system cant meet the needs of these metallurgical plants any more.This paper worked out a suitable feeding system control program through serious analysis and research. In order to implement the optimal control of the feeding sy

15、stem, After sufficient consideration of the failure and the reliability factors and combining with related theory and technology, the paper proposed a belt feeding control system for the control of middle-little belt transmission. Ore transport lines using belt feed greatly increases the efficiency.

16、 Using the way of subroutine in the PLC not only facilitates the implement of manifold run-mode, but also enhances the programs maintainability and reliability. The feeding system running in laboratory demonstrates the correctness and practicability of the system.Keyword: PLC、ore feed system、supervi

17、sion control and data cquisition.目錄第1章 緒論11.1課題的提出11.2礦石供料系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展前景21.3本課題的主要研究內(nèi)容21.4課題的意義3第2章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計42.1 系統(tǒng)分析42.2 系統(tǒng)控制方案的確定8第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計113.1 系統(tǒng)主要設(shè)備選型113.2 系統(tǒng)主電路設(shè)計233.3 系統(tǒng)硬件配置及I/O接線圖24第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計294.1 PLC的通信協(xié)議簡介294.2 PLC程序設(shè)計30第5章 監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計385.1 組態(tài)王6.51簡介385.2 監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計38結(jié)束語53參考文獻54致謝55附錄56附錄A 英文文獻56附錄B 中文

18、翻譯61附錄C程序梯形圖67第1章 緒論皮帶傳輸系統(tǒng)因其結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，造價低廉，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)、商業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥、軍事等方面，在采礦運輸、冶金送料、車站及碼頭的貨物運輸更是廣泛使用，同樣，冶煉廠的礦石供料控制系統(tǒng)也采用皮帶傳輸。隨著冶煉廠規(guī)模的逐漸擴大，礦石需求量逐漸提高，對冶煉廠供料系統(tǒng)的高效運輸能力要求越來越高。本章對課題來源和國內(nèi)外相關(guān)課題的研究動態(tài)進行了簡單描述，介紹了論文的主要工作及各章內(nèi)容安排。1.1課題的提出傳統(tǒng)的冶煉廠礦石供料控制系統(tǒng)是一種基于繼電接觸器人工手動方式的半自動化系統(tǒng)?，F(xiàn)場環(huán)境十分惡劣，對設(shè)備損傷較大，使得設(shè)備會經(jīng)常出現(xiàn)一些故障，例如有皮帶跑偏、打滑及撕裂等

19、等。供料系統(tǒng)由于處在一個電網(wǎng)中，設(shè)備不能同時啟動，必須有次序的啟動和停止。如果供料系統(tǒng)在運行過程中某單體設(shè)備出現(xiàn)故障，則該設(shè)備及應(yīng)按照順序停止的設(shè)備同時停止，并給出故障指示信號供工人們能夠準(zhǔn)確的找出故障位置并排除故障，以減少供料系統(tǒng)設(shè)備維修時間。隨著冶煉廠規(guī)模的迅速擴大，供料控制系統(tǒng)的作用日益突出，而傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)已無法滿足冶煉廠的需要，因此需要對傳統(tǒng)的冶煉廠供料系統(tǒng)進行改造。同時當(dāng)今世界是一個信息技術(shù)高度發(fā)展的世界，信息貫穿社會的每個角落，現(xiàn)代化的工廠。建立全自動化的供料系統(tǒng)，不僅可以讓工人從惡劣的環(huán)境中、繁重的勞動中解放出來。而且可以通過建立控制網(wǎng)絡(luò)將相距較遠(yuǎn)的各輸煤機架控制器相連，實現(xiàn)信

20、息的相互傳遞，不僅保證了控制的時實性，可靠性，同時便于未來廠級或車間級的管理。傳統(tǒng)供料系統(tǒng)具有以下特點:（1）任務(wù)重。為了保證工業(yè)用料，供料系統(tǒng)必須始終處于運行狀態(tài)。（2）運行環(huán)境差、勞動強度大。由于各種因素造成供料系統(tǒng)運行環(huán)境惡劣、臟污，需要占用大量的輔助勞動力。（3）一次起動設(shè)備多，安全聯(lián)鎖要求高。同時起動的設(shè)備可高達(dá)2030臺以上，在起動或停機過程中有嚴(yán)格的聯(lián)鎖要求。因此，冶煉生產(chǎn)應(yīng)用自動化已經(jīng)成為必然要求，其投入產(chǎn)出比顯著，且逐漸成為冶煉工業(yè)現(xiàn)代化的標(biāo)志。1.2礦石供料系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展前景礦石供料系統(tǒng)是冶煉廠重要的礦石傳輸部分。其后工序是冶煉廠冶煉爐，這些工序的控制都涉及過程控制技術(shù)。隨著

21、科技的不斷進步，電子技術(shù)的不斷發(fā)展，過程控制技術(shù)經(jīng)歷了三四十年代單參數(shù)儀表控制、四五十年代的單元組合儀表綜合參數(shù)儀表控制以及60年代興起的計算機過程控制等幾個階段。尤其是近一二十年來，隨著微處理器、計算機技術(shù)和過程自動化控制理論的飛速發(fā)展，可編程控制器（PLC）性價比大幅提高，并得到了很快的普及和提高?？删幊炭刂破骶哂行畔⒋鎯?、邏輯判斷、精確、快速和自動化程度高等特點。將計算機技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)控制系統(tǒng)，既可大幅度地提高勞動效率，改善勞動條件，提高熱效率，節(jié)約能源，降低成本，又具有結(jié)構(gòu)簡單、性價比高、使用方便的優(yōu)點。所以，PLC已成為工業(yè)自動化控制的有力工具，是工業(yè)自動化的發(fā)展方向。1.3本課題的

22、主要研究內(nèi)容本設(shè)計以礦石供料系統(tǒng)為控制對象，以PLC為核心并結(jié)合傳感器等技術(shù)，設(shè)計一套冶煉廠礦石供料控制系統(tǒng)，并利用計算機對供料系統(tǒng)進行遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理保證整個系統(tǒng)運行可靠，安全節(jié)能，獲得最佳的運行工況。該系統(tǒng)的設(shè)計目標(biāo)是：(l) 對冶煉爐礦石供料控制系統(tǒng)進行總體設(shè)計，實現(xiàn)冶煉廠供料的穩(wěn)定運行。(2) 通過對硬件配置的選型，使控制系統(tǒng)的性價比達(dá)到最佳。(3) 選擇合適的檢測元件和模擬量變送器，以使檢測、控制更為準(zhǔn)確。(4) 選擇合適的電力傳動裝置，確保各執(zhí)行元件正常動作。(5) 通過對整個系統(tǒng)工藝流程及控制要求的分析，編制該系統(tǒng)的控制程序，以實現(xiàn)供料器、皮帶機、粉碎機、篩選機、冶煉爐的自動控制。

23、(6)通過組態(tài)王進行監(jiān)控完成人機操作、現(xiàn)場設(shè)備的工作模擬顯示、報警等。根據(jù)各設(shè)備遵循先起后停的原則及控制要求，進行系統(tǒng)總體控制方案設(shè)計。硬件設(shè)備選型、PLC選型，估算所需I/O點數(shù)，進行I/O模塊選型，繪制系統(tǒng)硬件連接圖：包括系統(tǒng)硬件配置圖、I/O連接圖，分配I/O點數(shù)，列出I/O分配表，熟練使用相關(guān)軟件，設(shè)計梯形圖控制程序，對程序進行調(diào)試和修改并設(shè)計監(jiān)控系統(tǒng)。1.4課題的意義冶煉廠礦石供料裝置是煉鐵生產(chǎn)中的重要環(huán)節(jié)，提高其自動化水平，可以大大減輕工人勞動強度，提高生產(chǎn)效率。采用傳統(tǒng)的繼電器控制方式可以實現(xiàn)對該裝置的控制，但是體積大，故障率高，抗干擾能力差，控制不精確，使用壽命較短。采用現(xiàn)代P

24、LC技術(shù)控制礦石供料裝置，可以克服傳統(tǒng)的繼電控制系統(tǒng)的不足之處，使控制更精確，工作效率更高，可靠性更好，故障率更低。第2章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計2.1 系統(tǒng)分析2.1.1 礦石供料系統(tǒng)的工藝應(yīng)用及特點礦石供料系統(tǒng)是冶煉廠的重要組成部分，其作用就是從礦石倉輸送到冶煉爐。由于將礦石輸送到冶煉爐之間環(huán)節(jié)較多，人們從不同的工藝角度出發(fā)設(shè)計可以自行設(shè)計與實際需要相符合的供料系統(tǒng)。PLC供料系統(tǒng)是在由繼電器控制的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。由于供料系統(tǒng)的設(shè)備分散且與控制室相距較遠(yuǎn)，且整個礦石供料過程中，不可避免的礦石粉末飛揚，使得整個系統(tǒng)所處環(huán)境非常惡劣，這些都決定了必須提高礦石供料系統(tǒng)的自動化水平。又因為它具有可靠性

25、好、成本較低、運行周期長、更改方案靈活、節(jié)能和便于自動化管理等特點。因此70年代已在歐洲大陸廣泛使用。90年代以來，我國新建的大、中型冶煉廠差不多都采用了PLC控制礦石供料工藝。供料系統(tǒng)是冶煉廠冶煉工藝中的重要環(huán)節(jié)，而供料系統(tǒng)運行的穩(wěn)定、可靠，是保證冶煉廠高效運行的關(guān)鍵。若通過合理的設(shè)計，使供料系統(tǒng)經(jīng)常處于最優(yōu)條件下工作，既可以延長工作周期，提高工業(yè)生產(chǎn)量，也可以節(jié)能和減少勞動力等。而采用PLC為核心控制系統(tǒng)的出現(xiàn)，從以下幾方面改善了供料系統(tǒng)的輸料性能： （1）增加了供料系統(tǒng)調(diào)整的靈活性。供料系統(tǒng)現(xiàn)場空間條件不完全相同，決定了傳輸線的結(jié)構(gòu)各異，大多冶煉廠需要專門訂制一套適合自己供料線的系統(tǒng)，P

26、LC系統(tǒng)的設(shè)計、安裝、調(diào)試簡單，工作量小。（2）增加了供料系統(tǒng)的可靠性。供料系統(tǒng)所處現(xiàn)場一般條件較惡劣。PLC用軟件替代大量的繼電接觸器，外部僅剩下與輸入和輸出有關(guān)的少數(shù)硬件元件，且PLC采取了一系列硬件和軟件抗干擾措施，具有很強的抗干擾能力，因此可用于供料這種有強烈干擾的工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場。（3）減少了供料系統(tǒng)的經(jīng)濟開支。供料系統(tǒng)選用PLC作為控制系統(tǒng)的核心可以節(jié)省大量的費用。因為復(fù)雜控制系統(tǒng)使用PLC后，可以減少大量的繼電接觸器，故配線少了很多且開關(guān)柜體積的縮小都可以節(jié)省下大量費用。由于冶煉廠供料控制部分系統(tǒng)設(shè)計實際很復(fù)雜，包含各方面的很多控制和檢測，故本系統(tǒng)并未對輸料系統(tǒng)技術(shù)進行深入的研究與技

27、術(shù)上的實現(xiàn)，而是在滿足系統(tǒng)功能的前提下避免了系統(tǒng)設(shè)計的復(fù)雜性。2.1.2 礦石供料系統(tǒng)的組成供料控制系統(tǒng)一般由PLC、電氣執(zhí)行機構(gòu)和上位機組成。電氣執(zhí)行機構(gòu)負(fù)責(zé)控制的具體實施，它從PLC接收控制命令，然后相關(guān)的接觸器接點閉合或斷開，電路導(dǎo)通，設(shè)備獲得動力繼而進行動作。如果單體設(shè)備故障，操作人員可以通過控制面板來進行緊急停車，也可對設(shè)備進行手動停車操作。PLC是實現(xiàn)自動控制的核心，所有自動控制內(nèi)容都通過對它的編程實現(xiàn)。礦石供料系統(tǒng)的控制與其它車間略有不同，它的設(shè)備較多且重復(fù)，通過對PLC的編程來實現(xiàn)諸多設(shè)備的控制使得電氣接線簡單許多，這是供料控制系統(tǒng)發(fā)展的一種趨勢。本設(shè)計冶煉廠供料系統(tǒng)部分由4臺

28、皮帶機、1臺給料器、1臺粉碎機、1臺篩選機等，來完成給料、粉碎、篩選、冶煉爐的工藝流程。礦石供料系統(tǒng)的作用就是將礦石經(jīng)給料器給料、粉碎、篩選后送到冶煉爐。由于其中的環(huán)節(jié)較多，所以不可能由一條皮帶實現(xiàn)直接輸送，應(yīng)由多條皮帶將各設(shè)備連接而成；同時供料系統(tǒng)是冶煉廠眾多環(huán)節(jié)中的一個重要環(huán)節(jié)，礦石不經(jīng)供料系統(tǒng)的運輸，就不能到達(dá)冶煉爐的爐膛，就不能進行冶煉生產(chǎn)。可見，冶煉廠礦石的供料是十分重要的，因此供料系統(tǒng)必須穩(wěn)定、可靠。為了提高系統(tǒng)的安全運行，采用傳感技術(shù)及其它檢測元件與PLC結(jié)合使用。該供料系統(tǒng)由四條供料皮帶機和粉碎機、篩選機連接組成的。這四條機架的輸料原理是完全一樣的，都是機架上的皮帶運輸機。其中

29、的篩選機包含一臺可以正反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動的電動機，它與稱重傳感器及三皮帶共同完成礦石篩選，并將不符合要求的礦料重新送回粉碎機粉碎。國內(nèi)礦石供料系統(tǒng)普遍采用皮帶運輸?shù)姆绞?，該方式結(jié)構(gòu)簡單、運輸?shù)拈L短便于調(diào)整、負(fù)荷便于分擔(dān)、便于添加中間環(huán)節(jié)。供料生產(chǎn)線基本工藝可分為給料、粉碎、篩選等環(huán)節(jié)組成等幾個相關(guān)過程。其中篩選過程又由稱重傳感器及可以正反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動的電動機組成。為了保證供料系統(tǒng)的可靠性，即不能間斷輸料，實際的供料系統(tǒng)采用每一機架兩條皮帶運輸?shù)V石（見圖2.1），當(dāng)其中一條皮帶運輸機出現(xiàn)問題時，另一臺運輸機接替運行工作；或者由于運行時間條件或電動機過熱條件，兩運輸機輪流運行工作，但在這里只研究其簡單運行方式暫不

30、考慮復(fù)雜方式。圖2.1 礦石供料系統(tǒng)工藝過程簡圖2.1.3 供料系統(tǒng)工藝流程當(dāng)檢查好各設(shè)備正常情況后，按下啟動按鈕。供料器開始向一皮帶供料，一皮帶把礦石輸送到粉碎機，粉碎機把礦石料粉碎后經(jīng)二皮帶輸送到篩選機，之后篩選機開始工作（篩選機內(nèi)含有稱重傳感器），當(dāng)?shù)V石重量比設(shè)定值大時，其控制翻板的電動機正轉(zhuǎn)，將大塊的礦石通過三皮帶送回粉碎機重新加工粉碎，然后控制翻板的電動機反轉(zhuǎn)復(fù)位，規(guī)格符合要求的礦料直接通過四皮帶輸送到冶煉爐。其工藝流程圖如圖2.2所示。給料器一皮帶粉碎機三皮帶四皮帶篩選機二皮帶冶煉爐圖2.2 工藝流程圖系統(tǒng)處于正常狀態(tài)下，當(dāng)接收到啟動及停止信號時，其動作如圖2.3所示。其停止過程則

31、反之。圖2.3 啟動過程當(dāng)某設(shè)備需要臨時檢修時按下手動停止按鈕，該設(shè)備之前的設(shè)備按順序停止后該設(shè)備停止。又當(dāng)某設(shè)備出現(xiàn)意外緊急停車時，按下手動緊急停止按鈕，此單體設(shè)備及其之前的設(shè)備同時緊急停止，并發(fā)出報警信號。在中控室設(shè)置組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，其主要功能是負(fù)責(zé)和現(xiàn)場的PLC通信，實時監(jiān)測整個系統(tǒng)的運行情況，并記錄數(shù)據(jù)以供分析。2.2 系統(tǒng)控制方案的確定2.2.1 控制方案總體結(jié)構(gòu)的實現(xiàn)所謂供料系統(tǒng)的正常運行過程，就是指礦石通過給料器經(jīng)皮帶機、粉碎機及篩選機將礦石粉碎為標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格，繼而運輸?shù)揭睙挔t的過程。現(xiàn)將礦石供料系統(tǒng)的基本工藝結(jié)構(gòu)簡圖繪制如圖2.4所示。圖2.4 礦石供料系統(tǒng)工藝結(jié)構(gòu)簡圖礦石供料系統(tǒng)分

32、為：執(zhí)行機構(gòu)、信號檢測機構(gòu)、控制機構(gòu)三大部分，具體為：(l) 執(zhí)行機構(gòu)：執(zhí)行機構(gòu)是由一組皮帶機、給料器、粉碎機、篩選機組成，它們用于將礦料輸送到冶煉爐，由多臺電機組成，電機只運行于啟、停，兩種工作狀態(tài)。(2) 信號檢測機構(gòu)：在系統(tǒng)控制過程中，需要檢測的信號包括電機過流、過載信號、皮帶機跑偏、打滑、斷裂信號和礦料質(zhì)量檢測信號。礦料質(zhì)量檢測信號反映的是礦料一次性是否粉碎合格的信號，它是供料控制的主要反饋信號。另外，報警信號反映系統(tǒng)是否正常運行：電機是否過流、皮帶是否正常。(3) 控制機構(gòu)：供料控制系統(tǒng)一般安裝在供料控制柜中，包括供料控制器(PLC系統(tǒng))和電控設(shè)備兩個部分。供料控制器是整個供料控制系

33、統(tǒng)的核心。供料控制器直接對系統(tǒng)中的啟動、停止、報警信號進行采集，對來自人機接口和通訊接口的數(shù)據(jù)信息進行分析、實施控制算法，得出對執(zhí)行機構(gòu)的控制方案，通過接觸器對執(zhí)行機構(gòu)進行控制。作為一個控制系統(tǒng)，報警是必不可少的重要組成部分。由于本系統(tǒng)能適用于不同的礦石供料領(lǐng)域，所以為了保證系統(tǒng)安全、可靠、平穩(wěn)的運行，防止生產(chǎn)線異常，系統(tǒng)必須要對各種報警量進行監(jiān)測，由PLC判斷報警類別，進行保護動作控制，以免造成不必要的損失。根據(jù)本供料系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，考慮到自動控制方式的先進性，穩(wěn)定性，可靠性和連續(xù)不停運行的特點，提出如下自控方案:(1)為該供料系統(tǒng)配置一臺PLC，分別控制這個系統(tǒng)在正常輸料狀態(tài)和出現(xiàn)意外狀態(tài)下的

34、運行。(2)為該 PLC編制運行程序，以保證每個單體設(shè)備按生產(chǎn)工藝的要求自動運行。(3)選取相關(guān)傳感器與PLC連接，實時監(jiān)測各設(shè)備是否正常運行。當(dāng)出現(xiàn)意外情況時，通過傳感器發(fā)出的信號與PLC共同使設(shè)備按順序停車。(4)每個單體設(shè)備均可在2種狀態(tài)下進行：1、由PLC控制正常運行2、出現(xiàn)意外時手動停車。(5)供料系統(tǒng)的控制操作和組態(tài)監(jiān)控:使用一臺PC機作為上位機，配有專為用戶開發(fā)的監(jiān)控軟件。用戶可以在PC機上控制供料系統(tǒng)以及監(jiān)測系統(tǒng)的運行情況。2.2.2 礦石供料系統(tǒng)控制流程礦石供料系統(tǒng)控制流程如下:(l) 系統(tǒng)通電，當(dāng)按下自動順序啟動按鈕后，首先啟動冶煉爐，當(dāng)達(dá)到PLC定時器所設(shè)置的延時時間時，

35、四皮帶開始工作，這期間冶煉爐一直處于運行狀態(tài)，同理下去，直至給料器上電工作，到此整個系統(tǒng)啟動完成。(2) 給料器將礦料輸出，后續(xù)設(shè)備依次負(fù)載運行，各檢測器件將檢測信號傳送到PLC，由其進行邏輯運算并通過輸出口輸出對設(shè)備的執(zhí)行信號。(3)系統(tǒng)處于自動運行狀態(tài)時，若傳感器檢測到的信號超出安全設(shè)定值時，系統(tǒng)會發(fā)出報警信號并依次停車。如：給料器發(fā)生故障，直接停止給料器；粉碎機故障，停止給料器、一皮帶、粉碎機；二皮帶故障，停止給料器、一皮帶、粉碎機、二皮帶，其后類推。(4)系統(tǒng)處于手動狀態(tài)時，若某設(shè)備發(fā)生意外情況，手動停車并將該設(shè)備的允許信號置0，此單體設(shè)備之前應(yīng)該停止的設(shè)備同時停止。第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)

36、計3.1 系統(tǒng)主要設(shè)備選型根據(jù)對礦石供料控制系統(tǒng)的分析，畫出系統(tǒng)電氣控制總框圖，如圖3.1所示：圖3.1 系統(tǒng)的電氣控制總框圖根據(jù)對該供料系統(tǒng)工藝分析，確定該系統(tǒng)的主要硬件設(shè)備包括以下幾部分：PLC及其擴展模塊、皮帶機、電動機、電機過流檢測元件、稱重傳感器、皮帶跑偏檢測元件、皮帶機打滑檢測裝置、皮帶機撕裂檢測元件。主要設(shè)備選型如表3.1。表3.1 主要設(shè)備選型表3.1.1 PLC簡介可編程控制器，簡稱PLC(Programmable logic Controller)，是指以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置。在1987年國際電工委員會(International Electrical Com

37、mittee)頒布的PLC標(biāo)準(zhǔn)草案中對PLC做了如下定義:“PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴展其功能的原則而設(shè)計?！盤LC的基本組成可歸為四大部件:中央處理單元(CPU板)控制器的核心；輸入部件(1/0部件)連接現(xiàn)場設(shè)備與CPU之間；輸出部件連接驅(qū)動或受控元件的接口電路；電源部件為PLC內(nèi)部電路提供能源；整體結(jié)構(gòu)的PLC四部分裝

38、在同一機殼內(nèi)；模塊式結(jié)構(gòu)的PLC各部件獨立封裝，稱為模塊，通過機架和總線連接而成。I/O的能力可按用戶需要進行擴展和組合，另外，還必須有編程器將用戶程序?qū)戇M規(guī)定的存儲器內(nèi)。PLC組成框圖如圖3.2所示。受控元件驅(qū)動接收現(xiàn)場信號輸入接口部件中央處理單元CPU（板）電源部件輸出接口部件按鈕繼電器觸點、行程開關(guān)等接觸器、電磁閥、指示燈等 圖3.2 PLC的組成框圖用PLC設(shè)計的控制系統(tǒng)具有如下的優(yōu)點：(1)能適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場的惡劣環(huán)境，能抗電磁干擾與電壓沖擊。(2)簡單，易于使用，不必要求微機軟硬件方面的知識，編程不需要高級語言。(3)可靠性高，平均故障間隔時間(MTBF)超過20000小時，羅克韋爾公

39、司的產(chǎn)品MTBF達(dá)到50000小時。(4)編程或修改程序容易，程序可以保存和固化。(5)體積小，價格低。(6)可直接將數(shù)據(jù)送入處理器中，可直接連接到現(xiàn)場。(7)可在基本系統(tǒng)上擴展，系統(tǒng)容易配置，與負(fù)載最遠(yuǎn)距離可達(dá)10000英尺，內(nèi)存可以擴展。(8)有很強的通訊功能，可與多種支持設(shè)備連接。(9)系統(tǒng)化，有標(biāo)準(zhǔn)外圍接口模塊。(10)系統(tǒng)在一種現(xiàn)場不需要時，仍可改在另一現(xiàn)場使用等一系列優(yōu)點。PLC的一個掃描周期必經(jīng)輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。(1)PLC在輸入采樣階段首先以掃描方式按順序?qū)⑺袝捍嬖谳斎腈i存器中的輸入端子的通斷狀態(tài)或輸入數(shù)據(jù)讀入，并將其寫入各對應(yīng)的輸入狀態(tài)寄存器中，即刷新輸

40、入，隨即關(guān)閉輸入端口，進入程序執(zhí)行階段。(2)PLC在程序執(zhí)行階段按用戶程序指令存放的先后順序掃描并執(zhí)行每條指令，經(jīng)相應(yīng)的運算和處理后，其結(jié)果再寫入輸出狀態(tài)寄存器中，輸出狀態(tài)寄存器中所有的內(nèi)容隨著程序的執(zhí)行而改變。(3)輸出刷新階段當(dāng)所有指令執(zhí)行完畢，輸出狀態(tài)寄存器的通斷狀態(tài)在輸出刷新階段送至輸出鎖存器中，并通過一定的方式(繼電器、晶體管或晶閘管)輸出，驅(qū)動相應(yīng)輸出設(shè)備工作。本設(shè)計系統(tǒng)PLC采用的是梯形圖編程語言。梯形圖在形式上類似于繼電器控制電路圖，它簡單，直觀，易讀，好懂，是PLC中普遍采用的一種編程方式。梯形圖中沿用了繼電器線路的一些圖形符號，這些圖形符號被稱為編程元件，每一個編程元件對

41、應(yīng)有一個編號。不同廠家的PLC，其編程元件的多少及編號方法不盡相同，但是基本的元件及功能很相近。梯形圖有如下特點：(1)梯形圖按自上而下、從左到右的順序排列。每一個繼電器為一個邏輯行，稱為一個梯形。每一個邏輯行起始于左母線，然后是觸點的各種聯(lián)接，最后是線圈，整個圖形呈梯形。(2)梯形圖中的繼電器不是繼電器控制電路中的物理繼電器，它實質(zhì)上是變量存儲器中的位觸發(fā)器，因此稱為軟繼電器，相應(yīng)的某位觸發(fā)器為真態(tài)，表示該繼電器通電，其常開觸點閉合，常閉觸點打開。梯形圖中的繼電器的線圈的定義是廣義的，除了輸出繼電器、內(nèi)部繼電器以外，還包括定時器、計數(shù)器等。(3)梯形圖中，一般情況下某個編號的繼電器線圈只能出

42、現(xiàn)一次，而繼電器的觸點是可以被無限制的引用，既可是常開觸點也可以是常閉觸點。(4)梯形圖是PLC形象化的編程方式，其左右兩側(cè)的母線不接任何電源，因而圖中各個支路也沒有真實的電流通過，但是為了方便，常用有電流來形象的描述輸出線圈的動作條件。所以僅僅是概念上的電流，而且認(rèn)為它只能從左向右流動，層次的改變只能是先上后下。PLC的工作過程基本上是用戶的梯形圖程序的執(zhí)行過程，是在系統(tǒng)軟件的控制下順次掃描各輸入點的狀態(tài)，按用戶程序解算控制邏輯，然后順序向各個輸出點發(fā)出相應(yīng)的控制信號。除此之外，為提高工作的可靠性和及時的接收外來的控制命令，每個掃描周期還要進行故障自診斷和處理與編程器、計算機的通信請求。因此

43、，PLC工作過程分為以下五步：(1)自診斷自診斷功能可使PLC系統(tǒng)防患于未然，而在發(fā)生故障時能盡快的修復(fù)，為此PLC每次掃描用戶程序以前都對CPU、存儲器、輸入輸出模塊等進行故障診斷，若自診斷正常便繼續(xù)進行掃描，而一旦發(fā)現(xiàn)故障或異?，F(xiàn)象則轉(zhuǎn)入處理程序，保留現(xiàn)行工作狀態(tài)，關(guān)閉全部輸出，然后停機并顯示出錯的信息。(2)與外設(shè)通信自診斷正常后PLC即掃描編程器、上位機等通信接口，如有通信請求便響應(yīng)處理。在與編程器通信過程中，編程器把指令和修改參數(shù)發(fā)送給主機，主機把要顯示的狀態(tài)、數(shù)據(jù)、錯誤碼進行相應(yīng)指示，編程器還可以向主機發(fā)送運行、停止、清內(nèi)存等監(jiān)控命令。在與上位機通信過程中PLC將接收上位機發(fā)出的指

44、令進行相應(yīng)的操作，把現(xiàn)場工作狀態(tài)、PLC的內(nèi)部工作狀態(tài)、各種數(shù)值參數(shù)發(fā)送給上位機以及執(zhí)行啟動、停機、修改參數(shù)等命令。(3)輸入現(xiàn)場狀態(tài)完成前兩步工作后PLC便掃描各個輸入點，讀入各點的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，如開關(guān)的通斷狀態(tài)、形成現(xiàn)場的內(nèi)存映象。這一過程也稱為輸入采樣或輸出刷新，在一個掃描周期內(nèi)內(nèi)存映象的內(nèi)容不變，即使外部實際開關(guān)狀態(tài)己經(jīng)發(fā)生了變化也只能在下一個掃描過程中的輸入采樣時刷新，解算用戶邏輯所用的輸入值是該輸入值的內(nèi)存映象值而不是當(dāng)時現(xiàn)場的實際值。(4)解算用戶邏輯即執(zhí)行用戶程序。一般是從用戶出現(xiàn)存儲器的最低地址存放的第一條程序開始，在無跳轉(zhuǎn)的情況下按存儲器地址的遞增方向順序的掃描用戶程序，按用

45、戶程序進行邏輯判斷和算術(shù)運算，因此稱之為解算用戶邏輯。解算過程中所用的計數(shù)器、定時器，內(nèi)部繼電器等編程元件為相應(yīng)存儲單元的即時值，而輸入繼電器，輸出繼電器則用的是內(nèi)存映象值。在一個掃描周期內(nèi)，某個輸入信號的狀態(tài)不管外部實際情況是否己經(jīng)變化，對整個用戶程序是一致的，不會造成結(jié)果混亂。(5)輸出結(jié)果將本次的掃描過程中解算最新結(jié)果送到輸出模塊取代前一次掃描解算的結(jié)果，也稱為輸出刷新。解算用戶邏輯到用戶程序為止，每一步所得到的輸出信號被存入輸出信號寄存表并未發(fā)送到輸出模塊，相當(dāng)于輸出信號被輸出門阻隔，待全部解算完成后打開輸出門一并輸出，所用輸出信號由輸出狀態(tài)表送到輸出模塊，其相應(yīng)開關(guān)動作。驅(qū)動用戶輸出

46、設(shè)備即PLC的實際輸出。在依次完成上述五個步驟操作后PLC又開始進行下一次掃描。如此不斷的反復(fù)循環(huán)掃描，實現(xiàn)對全過程及設(shè)備的連續(xù)控制，直至接收到停止命令、停電、或出現(xiàn)故障。3.1.2 PLC及其擴展模塊的選型PLC是整個供料控制系統(tǒng)的核心，它要完成對系統(tǒng)中所有輸入信號的采集、所有輸出單元的控制以及對外的數(shù)據(jù)交換。因此我們在選擇PLC時，要考慮PLC的指令執(zhí)行速度、指令豐富程度、內(nèi)存空間、通訊接口及協(xié)議、帶擴展模塊的能力和編程軟件的方便與否等多方面因素。由于本設(shè)計礦石供料自動控制系統(tǒng)控制設(shè)備相對較少，因此選用德國SIEMENS公司的S7-200型PLC。S7-200型PLC的結(jié)構(gòu)緊湊，價格低廉，

47、具有較高的性價比，廣泛適用于一些小型控制系統(tǒng)。SIEMENS公司的PLC具有可靠性高，可擴展性好，又有較豐富的通信指令，且通信協(xié)議簡單等優(yōu)點；PLC可以上接工控計算機，對自動控制系統(tǒng)進行監(jiān)測控制。PLC和上位機的通信采用PC/PPI電纜，支持點對點接口(PPI)協(xié)議，PC/PPI電纜可以方便實現(xiàn)PLC的通信接口RS485到PC機的通信接口RS232的轉(zhuǎn)換，用戶程序有三級口令保護，可以對程序?qū)嵤┌踩Ｗo。根據(jù)控制系統(tǒng)實際所需端子數(shù)目，及考慮PLC端子數(shù)目要有一定的預(yù)留量，因此選用S7-200型PLC的主模塊為CPU226，其開關(guān)量輸出為16點，輸出形式為AC220V繼電器輸出；開關(guān)量輸入CPU2

48、26為16點，輸入形式為+24V直流輸入。由于實際中需要模擬量輸入點1個，模擬量輸出點1個，所以需要擴展，擴展模塊選擇的是EM235，該模塊有4個模擬輸入(AIW)，1個模擬輸出(AQW)信號通道。輸入輸出信號接入端口時能夠自動完成A/D的轉(zhuǎn)換，標(biāo)準(zhǔn)輸入信號能夠轉(zhuǎn)換成一個字長(16bit)的數(shù)字信號；輸出信號接出端口時能夠自動完成D/A的轉(zhuǎn)換，一個字長(16bit)的數(shù)字信號能夠轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)輸出信號。EM235模塊可以針對不同的標(biāo)準(zhǔn)輸入信號，通過DIP開關(guān)進行設(shè)置。3.1.3 皮帶機的選型皮帶機型號選擇正確與否是供料系統(tǒng)中相當(dāng)重要的一個環(huán)節(jié)，如果選擇的型號過小則會因負(fù)荷過大而將電機燒毀或造成皮帶

49、的斷裂，而如果選擇的型號過大，不能完全發(fā)揮其負(fù)荷能力，造成電能和設(shè)備的經(jīng)費浪費。皮帶機的選型基本原則：根據(jù)該冶煉廠年消耗礦石量及其輸送距離遠(yuǎn)近進行大體的選型及考慮每小時皮帶機需要輸送多少噸礦料，根據(jù)各滾筒相互之間受力比例關(guān)系算出皮帶所承受的張力，據(jù)此選出皮帶機的型號。本設(shè)計中選用DSJ1200/3355型皮帶機。3.1.4 電動機的選型電動機選型基本原則，一是要確保平穩(wěn)運行；二是要確保其負(fù)載能力能滿足現(xiàn)場需要，以達(dá)到較好的節(jié)能效果。所選用的電動機必須與系統(tǒng)輸料量的變化幅度相匹配。則首先要了解工業(yè)現(xiàn)場輸料量，然后根據(jù)輸料量來確定電動機的機械負(fù)載能力，根據(jù)機械負(fù)載能力額定容量、額定轉(zhuǎn)速、額定電壓等

50、來選擇電動機的型號。要為某一生產(chǎn)機械選配一臺電動機，首先要合理選擇電動機的功率。通常根據(jù)生產(chǎn)機械負(fù)載的需要來選擇電動機的功率，同時，還要考慮負(fù)載的工作制問題，也就是說，所選的電動機應(yīng)適應(yīng)機械負(fù)載的連續(xù)、短時或間斷周期工作性質(zhì)。功率選用時不能太大，也不能太小。選小了，保證不了電動機和生產(chǎn)機械的正常工作；選大了，雖然能保證正常運行，但是不經(jīng)濟，電動機容量不能被充分利用，而且電動機經(jīng)常不能滿載運行，使得效率和功率因數(shù)不高。其次，根據(jù)電源電壓條件，要求所選用的電動機的額定電壓與頻率同供電電源電壓與頻率相符合。電動機的轉(zhuǎn)速一定要按生產(chǎn)機械銘牌上的要求選擇，否則可能改變生產(chǎn)機械的性能。此外，電動機的結(jié)構(gòu)、

51、防護、冷卻和安裝形式，應(yīng)適應(yīng)使用環(huán)境條件的要求，并且要力求安裝、調(diào)試、檢修方便，以保證電機能安全可靠的運行。由于設(shè)備處于眾多礦料環(huán)境中，應(yīng)選用防爆電動機，因此本設(shè)計中篩選機中用于帶動翻板的電機選用功率為75KW的北京高壓電機廠生產(chǎn)的YB2防爆電動機。3.1.5 電機過流檢測元件的選型開始考慮的是電流互感器。電流互感器的工作原理，在測量交變電流大電流時，為了能夠安全測量，在火線（或接地線）上串聯(lián)一個變壓器（接在變壓器的輸入端），這個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，

52、輸出電壓也不大），電流互感器就是升壓（降流）變壓器。其輸出的信號為模擬電信號。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量電流，并在達(dá)到額定電流時輸出開關(guān)量的驅(qū)動信號?？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)的過流、短路保護、電流檢測等，響應(yīng)速度極快，性能卓越。經(jīng)過比較發(fā)現(xiàn)電流互感器輸出的信號為模擬量，不能直接驅(qū)動PLC，不免有些麻煩，因此本設(shè)計中選用可以直接驅(qū)動PLC的SMD系列數(shù)字開關(guān)型電流傳感器（電流互感器）。3.1.6 稱重傳感器的選型稱重傳感器實際上是一種將質(zhì)量信號轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓽y量的電信號輸出的裝置。稱重傳感器按轉(zhuǎn)換方法分為光電式、液壓式、電磁力式、電

53、容式、磁極變形式、振動式、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)1/20001/60000，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萬千克。振動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，造價高。電阻應(yīng)變式傳感器的稱量范圍為300g至數(shù)千kg，計量準(zhǔn)確度達(dá)1/10001/10000，結(jié)構(gòu)較簡單，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、測量電路和傳輸

54、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，其上的應(yīng)變片隨之變形，并導(dǎo)致電阻改變。測量電路測出應(yīng)變片電阻的變化并變換為與外力大小成比例的電信號輸出。電信號經(jīng)處理后以數(shù)字形式顯示出被測物的質(zhì)量。根據(jù)實際現(xiàn)場要求及經(jīng)濟方面綜合分析，這里選用電阻應(yīng)變式傳感器。 3.1.7 皮帶跑偏檢測元件的選型皮帶運輸機運行時皮帶跑偏是最常見的故障，皮帶跑偏輕則造成撤料、皮帶磨損，重則由于皮帶與機架劇烈摩擦引起皮帶軟化、燒焦甚至引起火災(zāi)，造成整個生產(chǎn)線停產(chǎn)，因而，正確地處理好皮帶跑偏關(guān)系到整個生產(chǎn)系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)。這里考慮選用光電式傳感器，光電式傳感器在受到可見光照射后即產(chǎn)生光電效應(yīng)，將光信號轉(zhuǎn)換成

55、電信號輸出。它除能測量光強之外，還能利用光線的透射、遮擋、反射、干涉等測量多種物理量，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。基于勢壘效應(yīng)的有光電二極管和光電三極管(見半導(dǎo)體光敏元件)。基于側(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形式分為模擬式光電傳感器(見位移傳感器)和數(shù)字式光電傳感器（見轉(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。因為礦石供料系統(tǒng)工作現(xiàn)場條件惡劣，環(huán)境

56、不適合高精度元件工作，所以本設(shè)計選用常見的光電二極管。光電二極管是將光信號變成電信號的半導(dǎo)體器件。它的核心部分也是一個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。沒有光照時，反向電流很?。ㄒ话阈∮?.1微安），稱為暗電流。當(dāng)有光照時，攜帶能量的光子進入PN結(jié)后，把能量傳給共價鍵上的束縛電子，使部分電子掙脫共價鍵，從而產(chǎn)生電子-空穴對，稱為光生載流子。 它們在反向電壓作用下參加漂移運動，使反向電流明顯變大，光的強度越大，反向電流也越大。這種特性稱為“光電導(dǎo)

57、”。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，而且這個電信號隨著光的變化而相應(yīng)變化。3.1.8 皮帶機打滑檢測元件的選型皮帶打滑是由于皮帶在與主動滾筒相遇點上的實際張力大于皮帶兩端張力的極限值而產(chǎn)生的。此時皮帶運輸機電機輸出轉(zhuǎn)矩降低。皮帶過負(fù)荷故障是由于皮帶裝載礦石量過大對托滾的正壓力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，電機輸出轉(zhuǎn)矩增加。因此，為時刻檢測皮帶機是否發(fā)生打滑情況，現(xiàn)想出兩種方法：一、用兩個速度傳感器分別檢測電機和皮帶的速度，經(jīng)比較如果不一致則可認(rèn)為皮帶打滑，但這為軟件編

58、程帶來一定的難度，且不方便。二、直接用轉(zhuǎn)矩傳感器檢測皮帶是否打滑，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)系的電信號的傳感器。扭軸的形式有實心軸、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)計選用GSC200智能型速度傳感器，其主要用于對煤礦井下膠帶運輸機因堆煤而引起的皮帶打滑對皮帶機的從動輪進行監(jiān)控，轉(zhuǎn)速分別分為1、2、3轉(zhuǎn)/秒三個檔,供現(xiàn)場整定用, 正常時，速度傳感器輸出端“速度”輸出高電平，當(dāng)從動輪的速度低于整定值25%時,經(jīng)過1015秒延時,GSC200型速度傳感器輸出端“速度”