多級(jí)皮帶機(jī)集中控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、多級(jí)皮帶機(jī)集中控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 姓名：姓名： 楊楊 薛薛 專業(yè)名稱：專業(yè)名稱： 機(jī)械工程機(jī)械工程 研究方向：機(jī)電一體化研究方向：機(jī)電一體化 導(dǎo)師：導(dǎo)師： 張張 新新教授教授 243561緒論緒論常見多級(jí)皮帶機(jī)集中控制系統(tǒng)常見多級(jí)皮帶機(jī)集中控制系統(tǒng)集中控制系統(tǒng)的綜合保護(hù)裝置集中控制系統(tǒng)的綜合保護(hù)裝置集中控制系統(tǒng)的主站集中控制系統(tǒng)的主站總結(jié)與展望總結(jié)與展望集中控制系統(tǒng)的上位機(jī)集中控制系統(tǒng)的上位機(jī) 由于經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，對(duì)煤炭需求量的急劇增加，促使煤礦業(yè)采煤規(guī)模的擴(kuò)大，傳統(tǒng)的煤礦運(yùn)輸機(jī)已經(jīng)滿足不了現(xiàn)在的發(fā)展。提高皮帶機(jī)的性能是現(xiàn)在迫切的需要。要保證皮帶機(jī)很好穩(wěn)定的運(yùn)行，這就要求對(duì)皮帶機(jī)系統(tǒng)的性能和保護(hù)裝

2、置的控制也要不斷的提高。現(xiàn)有多級(jí)皮帶機(jī)集中控制還沒有普及。一、研究背景及意義 國外一些大型皮帶機(jī)的控制與檢測(cè)系統(tǒng)功能已經(jīng)很完善，這些多級(jí)皮帶機(jī)集中控制系統(tǒng)基本采用主流的PLC可編程控制器。運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)作為上位機(jī)進(jìn)行監(jiān)控與實(shí)時(shí)的動(dòng)態(tài)分析，采用高端新技術(shù)。 國內(nèi)多級(jí)皮帶機(jī)集中控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)成本高可靠性低。 （1）最古老的一種控制系統(tǒng)方式是繼電器控制系統(tǒng)。此控制系統(tǒng)是采用純硬件控制，通過接觸器繼電器相結(jié)合實(shí)現(xiàn)皮帶機(jī)控制。由于是采用純硬件，此系統(tǒng)的接線和各個(gè)元器件的安排較復(fù)雜，維修起來很困難，有一個(gè)繼電器損壞就會(huì)導(dǎo)致整個(gè)電路的癱瘓，反應(yīng)較慢，性能不穩(wěn)定。 （2）采用工控機(jī)來做控制系統(tǒng)。工控機(jī)價(jià)格昂貴一

3、般很少應(yīng)有在皮帶機(jī)控制系統(tǒng)上。2 2、常見多級(jí)皮帶機(jī)集中控制系統(tǒng)、常見多級(jí)皮帶機(jī)集中控制系統(tǒng) （3）采用先進(jìn)的單片微機(jī)技術(shù)，對(duì)多條皮帶機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控與控制。其對(duì)多臺(tái)皮帶機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)集中控制和單臺(tái)控制。靈活、體積小、成本低、可以在各種惡劣環(huán)境下可靠的運(yùn)行。 （4）采用可編程控制器（PLC），實(shí)現(xiàn)皮帶機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。PLC廣泛應(yīng)用在工業(yè)上，功能穩(wěn)定，性能可靠，在一些惡劣的環(huán)境下都能正常的運(yùn)作。PLC的軟件編程采用較為簡(jiǎn)單的梯形圖，被工程師們廣泛采用。2 2、常見多級(jí)皮帶機(jī)集中控制系統(tǒng)、常見多級(jí)皮帶機(jī)集中控制系統(tǒng) 本文設(shè)計(jì)的多級(jí)皮帶機(jī)集中控制系統(tǒng)采用單片機(jī)和PLC相結(jié)合。單片機(jī)作為保護(hù)裝置或稱為

4、從站，單片機(jī)加外圍元器件及各類傳感器完成各項(xiàng)參數(shù)的采集。PLC作為主站，主站實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各類參數(shù)的變化，并把數(shù)據(jù)傳給上位機(jī)，上位機(jī)記錄數(shù)據(jù)并動(dòng)態(tài)分析數(shù)據(jù)，從而做出相應(yīng)的控制。2 2、常見多級(jí)皮帶機(jī)集中控制系統(tǒng)、常見多級(jí)皮帶機(jī)集中控制系統(tǒng) 本集中控制系統(tǒng)的原理：綜合保護(hù)裝置采集皮帶機(jī)各類傳感器的參數(shù)及皮帶運(yùn)輸?shù)臓顩r通過CAN總線傳輸給PLC主站。PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和打包，利用RS485串口通信線傳輸給上位機(jī)。2 2、常見多級(jí)皮帶機(jī)集中控制系統(tǒng)、常見多級(jí)皮帶機(jī)集中控制系統(tǒng) 集中控制系統(tǒng)的主要功能：上位機(jī)動(dòng)態(tài)顯示功能；連鎖功能，有集控、就地、單臺(tái)、手動(dòng)、檢修、閉鎖等多種工作方式供選擇使用；動(dòng)態(tài)信號(hào)處理和

5、聯(lián)網(wǎng)功能；語音故障報(bào)警。2 2、常見多級(jí)皮帶機(jī)集中控制系統(tǒng)、常見多級(jí)皮帶機(jī)集中控制系統(tǒng) 綜合保護(hù)裝置是采用P89LPC935單片機(jī)及各類傳感器及外圍元器件組成。 P89LPC935采用低成本封裝的一塊集成微控制器，應(yīng)用高性能的CPU結(jié)構(gòu)技術(shù)，指令執(zhí)行一般需要2個(gè)時(shí)鐘周期，是MCS-51系列的6倍。 3 3、集中控制系統(tǒng)的綜合保護(hù)裝置、集中控制系統(tǒng)的綜合保護(hù)裝置3 3、集中控制系統(tǒng)的綜合保護(hù)裝置、集中控制系統(tǒng)的綜合保護(hù)裝置P89LPC935功能框圖一、綜合保護(hù)裝置硬件的設(shè)計(jì)一、綜合保護(hù)裝置硬件的設(shè)計(jì)1 1、穩(wěn)壓電路、穩(wěn)壓電路3 3、集中控制系統(tǒng)的綜合保護(hù)裝置、集中控制系統(tǒng)的綜合保護(hù)裝置LM317

6、LM317LM393LM393雙電壓比較器12V12V本安本安顯示各個(gè)傳感器采集的數(shù)據(jù)、故障的類型等3 3、集中控制系統(tǒng)的綜合保護(hù)裝置、集中控制系統(tǒng)的綜合保護(hù)裝置一、綜合保護(hù)裝置硬件的設(shè)計(jì)一、綜合保護(hù)裝置硬件的設(shè)計(jì)2、LED數(shù)碼管顯示電路TM1629DTM1629D芯片內(nèi)部集成了數(shù)據(jù)鎖存器、MCU數(shù)字接口、LED高壓驅(qū)動(dòng)等電路，還帶有LED驅(qū)動(dòng)專用控制電路（鍵盤掃描接口） 本電路采用先進(jìn)的ISD4002-120P語音芯片，該芯片應(yīng)用多電平直接模擬存儲(chǔ)技術(shù)，語音不必要壓縮及模數(shù)轉(zhuǎn)換。采用SPI串行接口技術(shù)，方便和外界通信。3 3、集中控制系統(tǒng)的綜合保護(hù)裝置、集中控制系統(tǒng)的綜合保護(hù)裝置一、綜合保護(hù)

7、裝置硬件的設(shè)計(jì)一、綜合保護(hù)裝置硬件的設(shè)計(jì)3、語音報(bào)警電路TPA3007D1TPA3007D1 本系統(tǒng)采用的CAN收發(fā)器芯片是PCA82C250芯片，該芯片是CAN協(xié)議物理總線及控制器于一身的接口芯片，減少了外圍元器件，簡(jiǎn)化電路的設(shè)計(jì)和PCB排版。3 3、集中控制系統(tǒng)的綜合保護(hù)裝置、集中控制系統(tǒng)的綜合保護(hù)裝置一、綜合保護(hù)裝置硬件的設(shè)計(jì)一、綜合保護(hù)裝置硬件的設(shè)計(jì)4、CAN通訊電路 煙霧傳感器主要作用是監(jiān)測(cè)皮帶機(jī)運(yùn)輸煤炭過程中皮帶和其他非金屬器件燃燒或過熱的作用，本保護(hù)裝置采用的煙霧傳感器是GQQ0.1煙霧傳感器。3 3、集中控制系統(tǒng)的綜合保護(hù)裝置、集中控制系統(tǒng)的綜合保護(hù)裝置二、綜合保護(hù)裝置傳感器的

8、選擇二、綜合保護(hù)裝置傳感器的選擇1、煙霧傳感器3 3、集中控制系統(tǒng)的綜合保護(hù)裝置、集中控制系統(tǒng)的綜合保護(hù)裝置二、綜合保護(hù)裝置傳感器的選擇二、綜合保護(hù)裝置傳感器的選擇2、溫度傳感器 主要作用是監(jiān)測(cè)皮帶機(jī)皮帶的溫度，很好的保障了皮帶機(jī)運(yùn)輸煤炭過程的安全，避免因?yàn)闇囟冗^高引起皮帶起火或燃燒運(yùn)輸?shù)拿禾俊?3 3、集中控制系統(tǒng)的綜合保護(hù)裝置、集中控制系統(tǒng)的綜合保護(hù)裝置二、綜合保護(hù)裝置傳感器的選擇二、綜合保護(hù)裝置傳感器的選擇3、速度傳感器主要作用是監(jiān)測(cè)皮帶機(jī)皮帶的速度，防止皮帶打滑、超速等。3 3、集中控制系統(tǒng)的綜合保護(hù)裝置、集中控制系統(tǒng)的綜合保護(hù)裝置二、綜合保護(hù)裝置傳感器的選擇二、綜合保護(hù)裝置傳感器的選

9、擇4、跑偏傳感器 本系統(tǒng)采用GEJ30跑偏傳感器具有體積小、本安型、維護(hù)方便等特性。3 3、集中控制系統(tǒng)的綜合保護(hù)裝置、集中控制系統(tǒng)的綜合保護(hù)裝置二、綜合保護(hù)裝置傳感器的選擇二、綜合保護(hù)裝置傳感器的選擇5、撕裂傳感器 主要是監(jiān)測(cè)皮帶的撕裂故障。當(dāng)檢測(cè)面的煤炭當(dāng)?shù)揭欢ㄖ禃r(shí)，撕裂傳感器就輸出一個(gè)開關(guān)量信號(hào)。3 3、集中控制系統(tǒng)的綜合保護(hù)裝置、集中控制系統(tǒng)的綜合保護(hù)裝置三、綜合保護(hù)裝置軟件的設(shè)計(jì)三、綜合保護(hù)裝置軟件的設(shè)計(jì) 采用Keil軟件：支持匯編語言及C語言，支持C語言使編寫程序更為簡(jiǎn)單化。3 3、集中控制系統(tǒng)的綜合保護(hù)裝置、集中控制系統(tǒng)的綜合保護(hù)裝置三、綜合保護(hù)裝置軟件的設(shè)計(jì)三、綜合保護(hù)裝置軟件

10、的設(shè)計(jì) 綜合保護(hù)裝置流程圖 本主站控制系統(tǒng)主要采用可編程控制器（PLC）技術(shù)設(shè)計(jì)，PLC是整個(gè)主站控制系統(tǒng)的核心。PLC是替代繼電器和接觸器可編程的控制系統(tǒng)，它具有軟繼電器和軟接觸器的特點(diǎn)，控制功能更加穩(wěn)定可靠安全。4 4、集中控制系統(tǒng)的主站、集中控制系統(tǒng)的主站 PLC作為本控制系統(tǒng)的核心器件，選擇三菱的FX3u-32M PLC作為控制機(jī)。 FX3u-32M主要完成數(shù)據(jù)的解包；接受上位機(jī)的指令控制從站；接受操作按鈕的命令控制各個(gè)從站；完成通訊。4 4、集中控制系統(tǒng)的主站、集中控制系統(tǒng)的主站一、主站系統(tǒng)的硬件一、主站系統(tǒng)的硬件4 4、集中控制系統(tǒng)的主站、集中控制系統(tǒng)的主站一、主站系統(tǒng)的硬件一、主

11、站系統(tǒng)的硬件 FX2N-16ETR是三菱系列數(shù)字輸出擴(kuò)展模塊。為PLC的應(yīng)用提供了靈活性及輸出擴(kuò)展能力。4 4、集中控制系統(tǒng)的主站、集中控制系統(tǒng)的主站一、主站系統(tǒng)的硬件一、主站系統(tǒng)的硬件FX2N-32CCL模塊是CC-Link通信接口模塊。CC-Link通訊最高速率可以達(dá)到10Mbit/s,使用簡(jiǎn)單成本較低。FX2N-32CCL解決現(xiàn)場(chǎng)配線的復(fù)雜性，有很好的兼容性及性噪比。 4 4、集中控制系統(tǒng)的主站、集中控制系統(tǒng)的主站一、主站系統(tǒng)的硬件一、主站系統(tǒng)的硬件FX3U-485ADP是RS-485通訊模塊通訊長度可以達(dá)到500M，網(wǎng)絡(luò)上最多可以連接8臺(tái)，該模塊主要和上位機(jī)進(jìn)行通訊。 FX3U-485

12、ADP-MB進(jìn)行MODBUS協(xié)議通訊，連接簡(jiǎn)單方便，采用半雙工雙向通信，通訊距離可以達(dá)到500M。4 4、集中控制系統(tǒng)的主站、集中控制系統(tǒng)的主站二、主站系統(tǒng)配線圖二、主站系統(tǒng)配線圖4 4、集中控制系統(tǒng)的主站、集中控制系統(tǒng)的主站二、主站系統(tǒng)配線圖二、主站系統(tǒng)配線圖4 4、集中控制系統(tǒng)的主站、集中控制系統(tǒng)的主站二、主站系統(tǒng)配線圖二、主站系統(tǒng)配線圖 主站PLC主要工作是接收各個(gè)從站的數(shù)據(jù)進(jìn)行解包，然后傳輸給上位機(jī)；程序?qū)崿F(xiàn)MODBUS協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)；接收操作面板上按鈕的指令控制整個(gè)系統(tǒng)；接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，并進(jìn)行聲光報(bào)警；接收上位機(jī)的指令控制整個(gè)系統(tǒng)。4 4、集中控制系統(tǒng)的主站、集中控制系統(tǒng)的主站三

13、、主站系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)三、主站系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4 4、集中控制系統(tǒng)的主站、集中控制系統(tǒng)的主站三、主站系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)三、主站系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)5 5、集中控制系統(tǒng)的上位機(jī)、集中控制系統(tǒng)的上位機(jī) 本多級(jí)皮帶機(jī)集中控制系統(tǒng)采用的上位機(jī)軟件是選用國內(nèi)本土軟件廠商（北京亞控科技發(fā)展有限公司）生產(chǎn)的，國內(nèi)最早的商用編寫上位機(jī)的組態(tài)軟件“組態(tài)王”。在中國使用的監(jiān)控組態(tài)軟件中組態(tài)王擁有國內(nèi)最多的服務(wù)客戶先進(jìn)的技術(shù)服務(wù)。 組態(tài)王編程軟件要想個(gè)設(shè)備之間建立通訊，就必須有該設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序。組態(tài)王內(nèi)置很多種類設(shè)備的驅(qū)動(dòng)，組態(tài)王和設(shè)備通訊就要建立相應(yīng)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)，組態(tài)王簡(jiǎn)稱設(shè)備的建立。5 5、集中控制系統(tǒng)的上位機(jī)、集中控制系統(tǒng)的上位機(jī)一

14、、組態(tài)王設(shè)計(jì)界面的準(zhǔn)備1、設(shè)備驅(qū)動(dòng)的建立5 5、集中控制系統(tǒng)的上位機(jī)、集中控制系統(tǒng)的上位機(jī)一、組態(tài)王設(shè)計(jì)界面的準(zhǔn)備2、數(shù)據(jù)變量的建立5 5、集中控制系統(tǒng)的上位機(jī)、集中控制系統(tǒng)的上位機(jī)一、組態(tài)王設(shè)計(jì)界面的準(zhǔn)備3、報(bào)警數(shù)據(jù)的建立 皮帶機(jī)集中控制系統(tǒng)中有很多的故障數(shù)據(jù)，在組態(tài)王中我稱作為報(bào)警數(shù)據(jù)，主要包括皮帶機(jī)的軸溫、速度、拉線、打滑、縱撕等報(bào)警數(shù)據(jù)。本節(jié)以軸溫為例來介紹報(bào)警數(shù)據(jù)的建立過程。5 5、集中控制系統(tǒng)的上位機(jī)、集中控制系統(tǒng)的上位機(jī)二、組態(tài)王界面的設(shè)計(jì)1、集控界面設(shè)計(jì) 在組態(tài)王的開發(fā)系統(tǒng)環(huán)境界面點(diǎn)擊文件下的新建畫面，輸入畫面名稱為集控界面。本界面主要用到按鈕功能，圖庫管理器的開關(guān)及指示燈，文

15、本編輯，圖形編輯。 5 5、集中控制系統(tǒng)的上位機(jī)、集中控制系統(tǒng)的上位機(jī)二、組態(tài)王界面的設(shè)計(jì)2、手動(dòng)界面設(shè)計(jì) 點(diǎn)擊集控界面的手動(dòng)界面按鈕，上位機(jī)界面就會(huì)處于手動(dòng)界面。手動(dòng)界面的主要作用是在集控界面選擇手動(dòng)時(shí)，手動(dòng)界面就會(huì)起作用，本界面用到的功能都和集控界面差不多。5 5、集中控制系統(tǒng)的上位機(jī)、集中控制系統(tǒng)的上位機(jī)3、參數(shù)界面設(shè)計(jì)二、組態(tài)王界面的設(shè)計(jì) 點(diǎn)擊前兩個(gè)界面中的參數(shù)設(shè)定按鈕都會(huì)進(jìn)入到參數(shù)設(shè)定界面。參數(shù)設(shè)定界面主要用到表格的功能、還有文本的功能、按鈕等圖形。5 5、集中控制系統(tǒng)的上位機(jī)、集中控制系統(tǒng)的上位機(jī)二、組態(tài)王界面的設(shè)計(jì)4、趨勢(shì)圖界面設(shè)計(jì) 點(diǎn)擊前面三個(gè)界面的趨勢(shì)圖按鈕就會(huì)進(jìn)入到趨勢(shì)圖界

16、面。本界面主要用到插入通用控件里面的超級(jí)XY曲線。5 5、集中控制系統(tǒng)的上位機(jī)、集中控制系統(tǒng)的上位機(jī)二、組態(tài)王界面的設(shè)計(jì)5、報(bào)警界面設(shè)計(jì) 點(diǎn)擊前面幾個(gè)界面中的報(bào)警界面就可以進(jìn)入到該界面。報(bào)警界面主要用到報(bào)警窗口控件、文本編輯、按鈕設(shè)計(jì)。5 5、集中控制系統(tǒng)的上位機(jī)、集中控制系統(tǒng)的上位機(jī)三、組態(tài)王工程軟件打包 組態(tài)王軟件支持工程打包，這樣在沒有裝組態(tài)王軟件的電腦也可以運(yùn)行。用戶在組態(tài)王工程打包工具包括安裝運(yùn)行包工具RunSetup及運(yùn)行包工具RunPacket，這兩個(gè)工具為組態(tài)王工程打包提供了方便。 一、一、總結(jié)總結(jié) 本設(shè)計(jì)系統(tǒng)主要從通訊協(xié)議，PLC程序編程，單片機(jī)程序編程，動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)處理四大方面對(duì)集中控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和皮帶機(jī)各個(gè)參數(shù)的分析。同時(shí)對(duì)多級(jí)皮帶機(jī)集中控制系統(tǒng)中參數(shù)的采集進(jìn)行