膠帶輸送機(jī)集中控制系統(tǒng)電氣工程及其自動(dòng)化論文

1、煤礦的運(yùn)輸系統(tǒng)對(duì)保證礦井正常生產(chǎn)起著非常重要的作用。提高了運(yùn)輸系統(tǒng)的監(jiān)測和控制水平。SIEMENS的S7-300系列PLC目 錄1 引言11.1 引言11.2 膠帶輸送機(jī)集中控制系統(tǒng)11.2.1 膠帶輸送機(jī)集中控制系統(tǒng)的重要性11.2.2 集中控制系統(tǒng)的發(fā)展及存在的問題21.3 本課題研究的主要內(nèi)容32 膠帶機(jī)集中控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)42.1 課題背景介紹42.2 膠帶輸送機(jī)集中控制系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)42.3 膠帶輸送機(jī)集中控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)52.4膠帶輸送機(jī)集中控制系統(tǒng)設(shè)備構(gòu)成72.4.1 膠帶輸送機(jī)72.4.2 參數(shù)檢測及故障保護(hù)裝置82.4.3 PLC簡述152.4.4 人機(jī)界面HMI193 膠

2、帶輸送機(jī)集控系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)213.1 SIMATIC S7-300 PLC簡介213.1.1 SIMATIC S7-300 PLC簡介213.1.2 模塊安裝223.2 集控系統(tǒng)PLC的設(shè)計(jì)233.2.1 CPU的選擇23數(shù)字量模塊選擇25模擬量模塊選擇28電源模塊的選擇293.3西門子ET200M與PROFIBUS-DP總線314 膠帶集中控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)344.1 集中控制的流程圖344.2 系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)354.2.1 控制方式選擇354.2.2 模擬量的處理375 控制系統(tǒng)的抗干擾措施395.1主要干擾源395.2抗干擾措施406 總結(jié)42參考文獻(xiàn):43附錄44致謝461 引言1.1 引言

3、礦井運(yùn)輸機(jī)械的類型很多，按運(yùn)行方式不同，可分為連續(xù)運(yùn)行和往返運(yùn)行兩種。連續(xù)運(yùn)行式運(yùn)輸設(shè)備的特點(diǎn)是，一經(jīng)開動(dòng)就不需操作而連續(xù)運(yùn)行。普通膠帶機(jī)、鋼繩芯膠帶輸送機(jī)、鋼繩牽引膠帶輸送機(jī)等均屬于此類運(yùn)輸設(shè)備。往返運(yùn)行式運(yùn)輸設(shè)備的特點(diǎn)是，在運(yùn)行區(qū)間，以一定的方式，作往返式周期性運(yùn)行，運(yùn)行中需要操作換向。機(jī)車運(yùn)輸及單繩牽引運(yùn)輸?shù)葘儆诖祟愡\(yùn)輸設(shè)備。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，礦井生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，運(yùn)輸系統(tǒng)也經(jīng)歷了不斷的變革和進(jìn)步，并以煤流運(yùn)輸?shù)倪B續(xù)化（輸送機(jī)化），設(shè)備大型化（使用長運(yùn)距、大運(yùn)營、高運(yùn)速、大功率輸送機(jī)）、自動(dòng)化、高可靠性與安全性能來保證礦井的連續(xù)、高效生產(chǎn)。膠帶輸送機(jī)是選煤廣的主要運(yùn)輸設(shè)備，它可用

4、于物料的水平或傾斜運(yùn)輸上。由于膠帶輸送機(jī)的輸送能力變化范圍大、運(yùn)輸距離長、貨載和輸送機(jī)間沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)、運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)阻力小等，因而具有適應(yīng)性強(qiáng)、工作平穩(wěn)可靠、動(dòng)力消耗小、機(jī)件磨損小、使用維修方便等優(yōu)點(diǎn)，在選煤廠中得到廣泛應(yīng)用。1.2 膠帶輸送機(jī)集中控制系統(tǒng)1.2.1 膠帶輸送機(jī)集中控制系統(tǒng)的重要性礦井膠帶運(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。由于礦井膠帶運(yùn)輸系統(tǒng)分布廣、信息分散以及控制要求高的特點(diǎn)，隨著礦井生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，以及技術(shù)水平的不斷提高，現(xiàn)代化礦井也需要現(xiàn)代化的管理，因此對(duì)膠帶運(yùn)輸系統(tǒng)的控制和管理提出了更高的要求。以往對(duì)膠帶輸送機(jī)都采用

5、人工就地分臺(tái)控制，即每臺(tái)輸送機(jī)的控制均由一名司機(jī)就地操作，這是一種最原始的控制方式。這種控制方式是直接操作輸送機(jī)的控制開關(guān)，操作最簡單，不增加任何的控制元器件，維護(hù)工作較少，但需要人員太多，并因每個(gè)司機(jī)的思想素質(zhì)和技術(shù)素質(zhì)不等常有以外事故發(fā)生，影響生產(chǎn)的正常進(jìn)行。而集中控制方式，是在整個(gè)運(yùn)輸線上新增一套集中控制裝置，在控制室內(nèi)集中操縱機(jī)構(gòu)，由一名司機(jī)來完成操作。這不但節(jié)省了大量的司機(jī)人員，也為及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障，縮短停產(chǎn)時(shí)間和綜合自動(dòng)化創(chuàng)造了條件。目前，已經(jīng)成為礦井膠帶運(yùn)輸?shù)闹饕刂品绞健?.2.2 集中控制系統(tǒng)的發(fā)展及存在的問題隨著礦井功能和規(guī)模的不斷擴(kuò)大，計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、新的工業(yè)控制器技術(shù)

6、等新技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)膠帶輸送機(jī)的集中控制系統(tǒng)也得到了飛速發(fā)展。皮帶機(jī)的綜合自動(dòng)化控制是整個(gè)礦井實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的重要組成部分。 1.3 本課題研究的主要內(nèi)容皮帶機(jī)集中控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)皮帶機(jī)運(yùn)輸系統(tǒng)的遙測、遙信、遙控，提高生產(chǎn)效率、降低事故率，減少故障處理時(shí)間、減少現(xiàn)場操作人員、提高經(jīng)濟(jì)效益。2.1 課題背景介紹2.2 膠帶輸送機(jī)集中控制系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)本膠帶輸送機(jī)集中控制系統(tǒng)具有的功能如下所述：（1） 本系統(tǒng)有集控、就地、檢修三種工作模式。一般系統(tǒng)運(yùn)行在集控工作模式下，當(dāng)組成生產(chǎn)流水線時(shí)，本機(jī)根據(jù)前后閉鎖關(guān)系自動(dòng)啟停，同時(shí)檢測各檢測保護(hù)設(shè)備的狀況；運(yùn)行就地工作模式時(shí)，操作員手動(dòng)操作按鈕啟

7、動(dòng)/停止膠帶機(jī)，但所有保護(hù)設(shè)備均投入使用；運(yùn)行檢修工作模式時(shí)，操作員手動(dòng)啟動(dòng)/停止膠帶，保護(hù)設(shè)備可有選擇性的投入使用，在檢修模式下，我們使膠帶低速運(yùn)行。膠帶輸送機(jī)不轉(zhuǎn)時(shí)進(jìn)行，膠帶輸送機(jī)運(yùn)作時(shí)，不能改變其工作方式；程序設(shè)計(jì)中，報(bào)警停車等故障信號(hào)自動(dòng)保持，即一旦發(fā)出故障信號(hào)，即使經(jīng)維修后信號(hào)消失，計(jì)算機(jī)內(nèi)仍保留信號(hào)故障狀態(tài)，這時(shí)復(fù)位指令可以清除故障保持信號(hào)；（3）皮帶輸送機(jī)按照逆煤流啟動(dòng)，順煤流延時(shí)停車，并具有閉鎖功能；系統(tǒng)具有膠帶機(jī)低速打滑、機(jī)頭堆煤、超溫灑水、煙霧、滾筒超溫、沿線急停和跑偏等多種保護(hù)。下面簡單介紹它們信號(hào)發(fā)生后的動(dòng)作情況：a.拉線開關(guān)：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

8、個(gè)急停開關(guān)動(dòng)作，發(fā)出拉線開關(guān)聲光報(bào)警。b.堆煤：信號(hào)發(fā)出后，執(zhí)行堆煤聲光報(bào)警指令和急停指令。c.跑偏：信號(hào)發(fā)出后，執(zhí)行跑偏聲光報(bào)警指令，此為一級(jí)動(dòng)作，當(dāng)報(bào)警時(shí)間超出一定時(shí)間段時(shí)，同時(shí)再執(zhí)行急停指令，此為二級(jí)動(dòng)作。d.打滑；信號(hào)發(fā)出后，執(zhí)行打滑聲光報(bào)警指令, 再執(zhí)行急停指令。e.超速：信號(hào)發(fā)出后，執(zhí)行超速聲光報(bào)警和急停指令。f.斷帶：信號(hào)發(fā)出后，執(zhí)行斷帶聲光報(bào)警和急停指令。g.縱撕：信號(hào)發(fā)出后，執(zhí)行縱撕聲光報(bào)警和急停指令。h.滾筒超溫：信號(hào)發(fā)出后，執(zhí)行滾筒超溫聲光報(bào)警、灑水指令和急停指令。i.煙霧：信號(hào)發(fā)出后，執(zhí)行煙霧聲光報(bào)警、灑水指令和急停指令。2.3 膠帶輸送機(jī)集中控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)中

9、需要集中控制的皮帶共有7條，各條皮帶分布較廣，現(xiàn)場控制點(diǎn)分散，并且現(xiàn)場的環(huán)境比較惡劣。所以，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線技術(shù)，組成主從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。根據(jù)工藝流程劃分，系統(tǒng)以PLC為控制主站，以每條皮帶就地箱配備的遠(yuǎn)程I/O ET200M為從站，共設(shè)7個(gè)從站，這樣就節(jié)約了大量電纜等材料。本系統(tǒng)由集中控制臺(tái)、PLC控制柜、觸摸屏、就地箱、各種保護(hù)傳感器及執(zhí)行器組成。完成一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)多條皮帶多個(gè)設(shè)備全過程的控制、監(jiān)測，構(gòu)成一個(gè)完善的集中控制系統(tǒng)。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2-1所示。圖2-1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖以SIEMENS公司S7-300系列PLC作為核心控制器件，具有防潮、抗干擾能力強(qiáng)、易擴(kuò)展，基本免維護(hù)

10、，實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)的通信，以循環(huán)掃描的方式，檢測傳感器及被控設(shè)備的信號(hào)，發(fā)出程序指令，完成對(duì)皮帶機(jī)的集中監(jiān)控，使各個(gè)皮帶協(xié)調(diào)完成工作。PLC控制柜內(nèi)部由S7-300 PLC模塊、接線端子、電源模塊、變壓器及各種模塊組成；集中控制臺(tái)和觸摸屏是人機(jī)的交流界面，控制臺(tái)面板上有各條皮帶機(jī)的起?？刂瓢粹o，總啟、總停按鈕，起車預(yù)警按鈕、集控/就地/檢修工作方式的轉(zhuǎn)換開關(guān)，系統(tǒng)緊急停車按鈕；觸摸屏則詳細(xì)顯示各條皮帶及給煤機(jī)運(yùn)行情況，同時(shí)也顯示出所有皮帶上的各種保護(hù)傳感器的動(dòng)作情況、故障位置等。就地控制箱上有控制皮帶的啟動(dòng)、停止按鈕，急停按鈕，內(nèi)部配SIMATIC ET200M遠(yuǎn)程I/O，完成現(xiàn)場皮帶的數(shù)據(jù)采集和

11、控制。每個(gè)遠(yuǎn)程I/O站可以處理256個(gè)開關(guān)量或64個(gè)模擬量，它與CPU的通信速率最高可達(dá)12Mbps，通信距離最遠(yuǎn)可達(dá)1200米。ET200M 遠(yuǎn)程單元通過IM153-2總線接口模塊連接到PROFIBUS總線上。2.4膠帶輸送機(jī)集中控制系統(tǒng)設(shè)備構(gòu)成2.4.1 膠帶輸送機(jī)帶式輸送機(jī)是以膠帶作為牽引機(jī)構(gòu)和承載機(jī)構(gòu)的連續(xù)運(yùn)輸機(jī)械，又稱為膠帶輸送機(jī)，它在礦山的物料運(yùn)輸，特別是煤的輸送方面得到了廣泛應(yīng)用。帶式輸送機(jī)主要由以下幾種主要部件組成：傳動(dòng)裝置、膠帶、機(jī)架、滾筒、托輥、拉緊裝置、清掃器、裝料和卸料裝置等。1-膠帶；2-傳動(dòng)滾筒；3-尾部滾筒；4-上托輥；5-下托輥；6-拉緊裝置；7-給料裝置；8排

12、料裝置；9-機(jī)架圖2-2膠帶輸送機(jī)膠帶輸送機(jī)的基木結(jié)構(gòu)見圖2-2所示。膠帶1繞過傳動(dòng)滾筒2及尾部滾筒3形成無級(jí)循環(huán)的牽引機(jī)構(gòu)，在滾筒2和3之間的機(jī)架上按一定距離安裝著托輥4和5，用來支承載有物料的膠帶段（重段）和回空的膠帶段（空段），傳動(dòng)滾筒由電動(dòng)機(jī)通過減速器帶動(dòng)，膠帶與滾筒之間的摩擦力使膠帶移動(dòng)，這時(shí)，由給料漏斗7（裝載裝置）加到膠帶上的物料就和膠帶一起移動(dòng)。當(dāng)膠帶繞過傳動(dòng)滾筒時(shí)，物料就在重力和離心力的作用下卸到排料漏斗8（卸料裝置）中。小車和系在它上面的重物是膠帶輸送機(jī)的拉緊裝置，它的作用是通過安裝在小車上的尾部滾筒使膠帶處于張緊的狀態(tài)。這樣，膠帶在兩托輥之間懸垂度不致過大，而傳動(dòng)滾筒也能

13、有足夠的牽引力傳送給膠帶。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。它上下的兩股膠帶分別由上下的托輥來支承。膠帶機(jī)的傳動(dòng)裝置一般位于輸送帶的頭部、中部或是尾部，它是帶式輸送機(jī)的重要組成部分。傳動(dòng)裝置一般由驅(qū)動(dòng)裝置和傳動(dòng)滾筒組成。驅(qū)動(dòng)裝置一般采用電動(dòng)機(jī)、液力偶合器、減速器及制動(dòng)輪、傳動(dòng)滾筒組成。輸送機(jī)的驅(qū)動(dòng)有單滾筒驅(qū)動(dòng)和多滾筒驅(qū)動(dòng)，一般常采用單滾筒驅(qū)動(dòng)，功率大時(shí)可采用多滾筒驅(qū)動(dòng)。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。本項(xiàng)目的膠帶輸送機(jī)都采用一臺(tái)電機(jī)的單滾筒驅(qū)動(dòng)。膠帶輸送機(jī)向上運(yùn)輸物料的

14、傾角不能過大，運(yùn)輸煤炭時(shí)的傾角一般為18O2lO。向下運(yùn)輸?shù)膬A角一般在150以下。超過這些數(shù)值，運(yùn)輸物料和膠帶之間就會(huì)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使物料下滑。因此，在輸送同樣高度條件下，膠帶輸送機(jī)所需廠房面積或成長度較大。 2.4.2 參數(shù)檢測及故障保護(hù)裝置速度檢測檢測膠帶打滑、超速和斷帶故障，均需要知道膠帶的運(yùn)行速度，因此我們給每條皮帶設(shè)置一個(gè)速度傳感器來檢測膠帶的速度。本設(shè)計(jì)中，我們選用常州聯(lián)力的KJ5007A型速度傳感器，輸出頻率信號(hào)，幅值5V，頻率f=200V（V為膠帶速度值），輸出電流信號(hào)420mA。其工作原理是：帶式輸送機(jī)運(yùn)行時(shí)，速度檢測傳感器由緊貼膠帶的滾輪帶動(dòng)轉(zhuǎn)盤（帶有齒槽）在光電傳感器凹槽內(nèi)

15、轉(zhuǎn)動(dòng)，光電傳感器光路通斷受齒槽控制，輸出相應(yīng)的方波頻率信號(hào)，頻率信號(hào)經(jīng)整形放大后，再經(jīng)頻率/電壓、電壓/電流變換后輸出420mA的電流信號(hào)。圖2-5 速度檢測傳感器部分電路方框圖 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。為了防止由這些原因引起的斷帶事故，除了進(jìn)行人為的檢修和維護(hù)外，在輸送機(jī)沿

16、線上布置斷帶保護(hù)裝置尤為重要。因?yàn)樗梢员苊馔话l(fā)事故，隨時(shí)處于待命狀態(tài)。在滾筒實(shí)際轉(zhuǎn)速不能確定的情況下，我們通過檢測膠帶線速度與滾筒額定線速度差確定是否斷帶，當(dāng)差值大于設(shè)定值時(shí)，發(fā)出斷帶信號(hào)，命令皮帶緊急停車，同時(shí)停給煤機(jī)，并發(fā)出聲光報(bào)警。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。由于煤倉特別大，如果沒有人及時(shí)發(fā)現(xiàn)煤倉堆煤，煤在煤倉內(nèi)會(huì)越堆越多，最后會(huì)迫使使用大量人力物力來挖除煤倉內(nèi)阻塞的大量煤，同時(shí)將運(yùn)輸系統(tǒng)全部停下。這樣不僅浪費(fèi)時(shí)間降低工作效率，同時(shí)也費(fèi)用大量人力物力，提高煤的生產(chǎn)成本。因此加入堆煤傳感器，及時(shí)報(bào)警危險(xiǎn)煤位，處理煤倉內(nèi)阻塞的煤。此設(shè)計(jì)中

17、我們采用常州自動(dòng)化研究所的物料探測傳感器。KG1006系列物料探測傳感器包括KG1006A型和KG1006C型，適用于煤炭、冶金、化工、建材的功能行業(yè)惡劣環(huán)境，主要用途是監(jiān)測料倉物料高度；檢測輸送機(jī)溜槽阻塞或轉(zhuǎn)載點(diǎn)堆積。傳感器可以延時(shí)動(dòng)作，延時(shí)時(shí)間可調(diào)，避免由于大塊物料撞擊引起誤動(dòng)作。這里我們選用KG1006A型，輸出觸點(diǎn)容量是AC220V，1A，電阻性負(fù)載；延時(shí)時(shí)間0.460s可調(diào)，瞬間復(fù)位，輸出開關(guān)信號(hào)。堆煤傳感器一般安裝在機(jī)頭下方適當(dāng)?shù)奈恢?，且不易碰壞或被水和煤塵污染的地方。應(yīng)保證正常煤流時(shí)不誤動(dòng)作，機(jī)器振動(dòng)不誤動(dòng)作，不因滴水或煤塵集聚而誤動(dòng)作，大塊煤矸石碰撞后不能使其損壞。煙霧檢測傳感

18、器 由不銹鋼的外殼構(gòu)成。本設(shè)計(jì)我們采用常州自動(dòng)化研究所的KGN1-1型煙霧傳感器，它為礦用本質(zhì)安全型，用于監(jiān)測煤礦井下因機(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. 當(dāng)檢測到煙霧濃度超過設(shè)定值時(shí)，發(fā)出灑水指令，啟動(dòng)灑水裝置對(duì)主滾筒進(jìn)行降溫滅火，并進(jìn)行聲光報(bào)警。煙霧傳感器應(yīng)懸掛在輸送機(jī)頭風(fēng)流方向后2-3米處，以保證主滾筒因摩擦產(chǎn)生煙霧時(shí)立即起作用。若風(fēng)速超過時(shí)應(yīng)安裝防風(fēng)罩，根據(jù)實(shí)際情況而定。為保證煙霧傳感器正常工作，必須對(duì)其定期打掃和清洗。拉線急停開關(guān)在皮帶輸送機(jī)運(yùn)行過程中，總有一些無法監(jiān)測到而又非常惡劣的事情發(fā)生，當(dāng)

19、遇到這種緊急情況時(shí)，可以采用手動(dòng)的拉線急停開關(guān)，使輸送帶緊急停車，避免發(fā)生重大事故。我們采用常州自動(dòng)化研究所的KG9001A-C型編碼式拉繩急停閉鎖開關(guān)，可用作輸送機(jī)沿線電纜接線盒，并具有故障位置識(shí)別電路，識(shí)別各種不同故障及故障發(fā)生的地點(diǎn)。沿輸送機(jī)長度方向配置的跑偏、縱撕（或其它傳感器）等保護(hù)裝置和起動(dòng)預(yù)告、打點(diǎn)聯(lián)絡(luò)用的信號(hào)器均可通過它們與監(jiān)控系統(tǒng)連接。拉線急停開關(guān)沿輸送機(jī)安裝，一般每隔80-100米按一個(gè)，應(yīng)安裝在易于觀察到、易于操作的地方。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。因此，我們要及時(shí)監(jiān)測滾筒溫度，當(dāng)溫度達(dá)到一定值時(shí)報(bào)警。溫度傳感器從使用上可分為

20、接觸式和非接觸式兩大類，接觸式目前使用較為廣泛，而非接觸式測量是通過檢測被測物體所發(fā)出的紅外線，來達(dá)到測溫的目的。根據(jù)課題項(xiàng)目的具體要求，被測對(duì)象是一直轉(zhuǎn)動(dòng)的滾筒表面，接觸式溫度傳感器測量起來誤差太大，響應(yīng)時(shí)間太長，溫度變化的傳遞完全依靠空氣為介質(zhì)進(jìn)行熱交換，因而采用接觸式測量不適用于該次設(shè)計(jì)，為此，選用了RAYTEK非接觸式紅外熱敏元件作為測溫元件，溫度傳感器的輸出信號(hào)為010V模擬量電壓信號(hào)，測量范圍為-32535度。它具有響應(yīng)速度快，測量精度高，安裝維護(hù)簡便等特點(diǎn)。我們將檢測到的紅外溫度與設(shè)定值比較，當(dāng)溫度大于設(shè)定值時(shí)，則發(fā)出報(bào)警指令，同時(shí)啟動(dòng)灑水閥灑水降溫。一般我們的設(shè)定值要根據(jù)考慮周

21、邊情況，如：膠帶的制作材料，燃點(diǎn)等?？v撕檢測鋼線芯帶式輸送機(jī)以其強(qiáng)度高、運(yùn)量大和運(yùn)距長等優(yōu)點(diǎn)，受到各企業(yè)的青睞，也得到越來越廣泛的應(yīng)用。它之所以強(qiáng)度高是因?yàn)槠鋬?nèi)部縱向布置了許多鋼絲繩，但是在其寬度上，抗拉強(qiáng)度是很低的。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?？v向撕裂，其原因是多方面的，主要有：一些料棒插入到輸送帶中；大塊長型矸石掉到輸送帶上；機(jī)架上某些固定件掛住輸送帶；各種鐵絲鉤住輸送帶等。就發(fā)生縱撕的地點(diǎn)來看，大部分是在裝載處，因此縱撕檢測傳感器一般放在裝載點(diǎn)前10處。輸送帶縱撕事故如此嚴(yán)重，提

22、出了多種檢測和監(jiān)視裝置，下面我們收集多方面資料比較詳細(xì)的介紹幾種常見類型。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，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。 （1）漏料檢測器。當(dāng)輸送帶被撕裂后，物料會(huì)通過裂口掉到下面的托盤上，根據(jù)平衡原理，當(dāng)物料重量克服平衡錘的重量，使裝置繞支點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，迫使限位開關(guān)動(dòng)作（圖2-8）。這種檢測裝置結(jié)構(gòu)比較簡單，檢查方便，但是，只有物料落下后才可檢測到，當(dāng)裂口因?yàn)槔χ睾系揭黄?，物料無法落下時(shí)，卻無法檢測的到。圖2-8 漏料檢測器 （2）帶寬檢測器。它是利用與輸送帶邊緣相接觸的檢測輥或是利用超音波距離測量來檢測輸送帶寬度。

23、這就避免了上面漏料檢測器的失誤。當(dāng)輸送帶寬度變小時(shí)，兩個(gè)檢測輥之間的距離變小，通過萬向節(jié)把撕帶的信息傳遞給開關(guān)，開關(guān)控制電動(dòng)機(jī)停機(jī)。此外，帶寬檢測裝置和時(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。 （3）超聲波檢測器。在輸送帶容易撕裂的地方的托輥之間安裝能夠產(chǎn)生超聲波的波導(dǎo)管，使之產(chǎn)生超聲波振蕩，再通過檢波器檢波后發(fā)出。當(dāng)輸送帶正常運(yùn)行時(shí)，超聲波送波、受波正常，發(fā)出正常信號(hào)；如果輸送帶撕裂，波導(dǎo)管因彎曲而破壞，這時(shí)送波和受波狀態(tài)不同，發(fā)出輸送帶縱向撕裂信號(hào)，使輸送機(jī)停機(jī)，避免輸送帶縱向撕裂事故繼續(xù)擴(kuò)大。 （4）振動(dòng)檢測器。它的激振器是一個(gè)偏心圓盤

24、，布置在兩個(gè)承載托輥之間的輸送帶上的無載邊。在輸送帶的另一邊安裝振動(dòng)接收器，它通過自由回轉(zhuǎn)的輥輪和輸送帶接觸。帶式輸送機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，偏心激振器使輸送帶產(chǎn)生橫向強(qiáng)迫振動(dòng)，振動(dòng)接收器受輸送帶振動(dòng)的作用，發(fā)出信號(hào)并輸入放大器。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)。在本設(shè)計(jì)中，我們選擇使DJSBA-1型縱撕傳感器。DJSBA-1型縱撕傳感器為礦用隔爆妝本質(zhì)安全型，適用于煤礦井下有瓦斯、煤塵爆炸性氣體環(huán)境中。安裝于輸送機(jī)膠帶下方，近落料點(diǎn)處。當(dāng)膠帶發(fā)生縱向撕裂時(shí)，物料灑落在傳感器上面，物料超過設(shè)定重量（0.2kg）時(shí)，傳感器發(fā)出動(dòng)作

25、信號(hào)送至主控系統(tǒng)，立即停車并聲光報(bào)警。2.4.3 PLC簡述 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?？删幊绦蚩刂破鳎≒rogrammable Logic Controll er）正是順應(yīng)這一潮流出現(xiàn)的，它是以微處理器為基礎(chǔ)的通用工業(yè)控制裝置。1987年，美國電氣制造協(xié)會(huì)（NEMA）對(duì)可編程序控制器下了定義：可編程序控制器是一種帶有指令存儲(chǔ)器、數(shù)字的或模擬的輸入輸出接口，以位運(yùn)算為主，能完成邏輯、順序、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算功能，用于控制機(jī)器和生產(chǎn)過程的自動(dòng)控制裝置。可編程序控制器簡稱PLC，它的應(yīng)用面廣、功能強(qiáng)大、使用方便，已經(jīng)成為當(dāng)代工業(yè)自動(dòng)化的

26、主要支柱之一。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。 （1）PLC 的系統(tǒng)構(gòu)成PLC的硬件系統(tǒng)由CPU、I/O擴(kuò)展機(jī)及外部設(shè)備組成。如圖2-9所示。西門子PLC以其極高的性能價(jià)格比，在國內(nèi)占有很大的市場份額，在我國的各行各業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。本次設(shè)計(jì)所采用的S7300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。通過CPU模塊或通信模塊上的通信接口，PLC被連接到通信網(wǎng)絡(luò)上，可以與計(jì)算機(jī)、其它PLC或其它設(shè)備通信。與繼

27、電器控制系統(tǒng)相比，PLC可以認(rèn)為是由輸入部分、控制部分和輸出部分等組成，但它是采用大規(guī)模的集成電路的微處理器和存儲(chǔ)器來代替繼電器控制線路，控制作用是通過編制好并存入內(nèi)存的程序來實(shí)現(xiàn)的。我們可以認(rèn)為PLC的等效電路如下：輸入部分：用于接受外部輸入信號(hào)，與外部輸入設(shè)備連接?？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）?？刂撇糠郑旱刃в谝粋€(gè)受控于內(nèi)部邏輯的一個(gè)線圈，接點(diǎn)可用于驅(qū)動(dòng)外部輸出設(shè)備的繼電器。輸出部分：用于與外部輸出設(shè)備連接。電源擴(kuò)展機(jī)架接觸器電磁閥電 源 模 塊接 口 模 塊輸入模塊輸出模塊CPU模塊通信接口其它設(shè)備其它PLC計(jì)算機(jī)選擇開關(guān)指示燈限位開關(guān)電源按鈕 （2）P

28、LC的工作原理CPU中的程序分為操作系統(tǒng)和用戶程序。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)。用戶程序由用戶生成，用來實(shí)現(xiàn)用戶要求的自動(dòng)化任務(wù)。STEP7將用戶編寫的程序和程序所需的數(shù)據(jù)放置在塊中，功能塊FB和功能FC相當(dāng)于用戶編寫的子程序，系統(tǒng)功能SFC的系統(tǒng)功能塊SFB是操作系統(tǒng)提供給用戶使用的標(biāo)準(zhǔn)子程序，這些塊也通稱為邏輯塊。PLC采用循環(huán)執(zhí)行用戶程序的方式，這種運(yùn)行方式也稱為掃描工作方式。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。PLC得電或由STOP模式切換

29、到RUN模式時(shí)，CPU執(zhí)行啟動(dòng)操作，清除沒有保持功能的位存儲(chǔ)器、定時(shí)器和計(jì)數(shù)器，清除中斷堆棧和塊堆棧的內(nèi)容，復(fù)位保存的硬件中斷等。此外還要執(zhí)行一次用戶編寫的“系統(tǒng)啟動(dòng)組織塊”O(jiān)B100，完成用戶指定的初始化操作，以后將進(jìn)入周期性的循環(huán)運(yùn)行。循環(huán)程序處理過程可以被某些事件中斷，如果有中斷事件出現(xiàn)，當(dāng)前執(zhí)行的塊將停止執(zhí)行，并調(diào)用分配給該事件的組織塊。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。在PLC的存儲(chǔ)器中，設(shè)置了一片區(qū)域用來存放輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的狀態(tài)，它們分別存放在輸入過程映像區(qū)和輸出過程映像區(qū)。PLC梯形圖中的其它編程元件也有對(duì)應(yīng)的映像存儲(chǔ)區(qū)。在循環(huán)程序處理中，CPU并不

30、直接訪問I/O模塊中的輸入地址區(qū)域和輸出地址區(qū)域，而是訪問CPU內(nèi)部的過程映像區(qū)。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)。在寫輸出模塊的階段，CPU將輸出過程映像區(qū)的狀態(tài)傳給輸出模塊。在程序執(zhí)行階段，即使外部輸入信號(hào)的狀態(tài)發(fā)生了變化，輸入過程映像位的狀態(tài)也隨之而變，輸入信號(hào)變化了的狀態(tài)字能在下一個(gè)循環(huán)掃描周期的讀輸入模塊階段被讀入。PLC用戶程序由若干條指令組成，指令在存儲(chǔ)器中順序排列。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。在執(zhí)行指令時(shí)，從輸入過程映像區(qū)或別的存儲(chǔ)區(qū)中將有關(guān)編程元件的0、1狀態(tài)讀出來，

31、并根據(jù)指令的要求執(zhí)行相應(yīng)的邏輯運(yùn)算，運(yùn)算的結(jié)果寫入到對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)區(qū)中，因此，各編程元件的存儲(chǔ)區(qū)（輸入過程映像區(qū)除外）的內(nèi)容將隨著程序的執(zhí)行而變化。PLC的特點(diǎn)a靈活、通用在繼電器控制系統(tǒng)中，使用的控制裝置是大量的繼電器，整個(gè)系統(tǒng)是根據(jù)設(shè)計(jì)好的電氣控制圖，由人工通過布線、焊接、固定等手段組裝完成的，其過程費(fèi)時(shí)費(fèi)力。如果因?yàn)楣に嚿仙僭S變化，需要改變電氣控制系統(tǒng)時(shí)，原先整個(gè)電氣控制系統(tǒng)將被全部拆除，而重新進(jìn)行布線、焊接、固定等工作，耗費(fèi)大量人力、物力、和時(shí)間。而PLC是通過在存儲(chǔ)器中的程序?qū)崿F(xiàn)控制功能，若控制功能需要改變，只需修改程序及少量接線即可。而且，同一臺(tái)PLC還可用于不同控制對(duì)象，通過改變軟件

32、則可實(shí)現(xiàn)不同控制的控制要求。因此，PLC具有很大的靈活性和通用性，結(jié)構(gòu)形式多樣化，可以適用于各種不同規(guī)模、不同工業(yè)控制要求。b可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)可靠性是工業(yè)控制器件的重要指標(biāo)。因此，要求在各種惡劣工作環(huán)境和條件（如電磁干擾、灰塵等）下可靠工作，將故障率降至最低。PLC具有很高的可靠性和抗干擾能力，不會(huì)出現(xiàn)繼電器一接觸器控制系統(tǒng)中接線老化、脫焊、觸點(diǎn)電弧等現(xiàn)象，故被稱為“專為適應(yīng)惡劣工業(yè)環(huán)境而設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)”。c編程簡單、使用方便PLC采用面向控制過程、面向問題的“自然語言”編程，容易掌握。目前，PLC大多采用梯形圖語言編程方式，它既繼承了繼電器控制線路的清晰直觀感，又考慮到電氣技術(shù)人員的讀圖

33、習(xí)慣和應(yīng)用實(shí)際，電氣技術(shù)人員易于編程，程序修改靈活方便。這種面向控制過程、面向問題的編程方式，與匯編語言相比，雖然增加了解釋程序和程序執(zhí)行時(shí)間，但對(duì)大多數(shù)機(jī)電控制設(shè)備來說，PLC的控制速度還是足夠快的。此外，PLC的I/O接口可直接與控制現(xiàn)場的用戶設(shè)備聯(lián)接。如繼電器、接觸器、電磁閥等聯(lián)接，具有較強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力。d接線簡單 PLC只需將輸入設(shè)備（如按鈕、開關(guān)等）與輸入端子聯(lián)接，將輸出設(shè)備（如接觸器、電磁閥等）與輸出端子聯(lián)接。接線極其簡單、工作量極少。e功能強(qiáng)PLC不僅具有條件控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)、步進(jìn)等控制功能，而且還能完成A/D. D/A轉(zhuǎn)換、數(shù)字運(yùn)算和數(shù)據(jù)處理以及通信聯(lián)網(wǎng)、生產(chǎn)過程監(jiān)控等。因此，P

34、LC既可對(duì)開關(guān)量進(jìn)行控制，又可對(duì)模擬量進(jìn)行控制。可控制一臺(tái)單機(jī)、一條生產(chǎn)線，也可控制一個(gè)機(jī)群、多條生產(chǎn)線?？捎糜诂F(xiàn)場控制，也可用于遠(yuǎn)距離控制?？煽刂坪唵蜗到y(tǒng)，又可控制復(fù)雜系統(tǒng)。f體積小、重量輕、易于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化PLC具有體積小、重量輕、功耗低等特點(diǎn)。由于PLC是專為工業(yè)控制而設(shè)計(jì)的專用計(jì)算機(jī)，其結(jié)構(gòu)緊湊、堅(jiān)固耐用，以及有很強(qiáng)的可靠性和抗干擾能力，易于嵌入機(jī)械設(shè)備內(nèi)部。因此，PLC在機(jī)電一體化產(chǎn)品中被廣泛應(yīng)用。2.4.4 人機(jī)界面HMI人機(jī)界面是操作人員與PLC之間進(jìn)行對(duì)話和相互作用的接口設(shè)備。近年來人機(jī)界面的應(yīng)用越來越廣泛，已經(jīng)成為現(xiàn)代工業(yè)控制系統(tǒng)不可缺少的設(shè)備之一。這里我們選用觸摸屏和操作

35、臺(tái)。觸摸屏用來監(jiān)視帶式輸送機(jī)的運(yùn)行工況。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)。通過操作臺(tái)的各種控制按鈕，可以進(jìn)行工作方式選擇和就地控制帶式輸送機(jī)。圖2-11和圖2-12分別是本次設(shè)計(jì)的操作臺(tái)、就地控制箱面板。圖2-12 就地控制箱面板觸摸屏技術(shù)就是使用者只要用手指輕輕地觸碰計(jì)算機(jī)顯示屏上的圖符或文字，就能實(shí)現(xiàn)對(duì)主機(jī)的操作或查詢，這樣就擺脫了鍵盤和鼠標(biāo)操作，從而大大地提高了計(jì)算機(jī)的可操作性。觸摸屏是一種最直觀的操作設(shè)備，只要觸摸屏幕上的圖形對(duì)象，計(jì)算機(jī)便會(huì)執(zhí)行相應(yīng)的操作。觸摸屏具有方便直觀、圖像清晰、堅(jiān)固耐用和節(jié)省空間

36、等優(yōu)點(diǎn)。在觸摸屏上，我們主要顯示皮帶的運(yùn)行狀況和給煤機(jī)的運(yùn)行信號(hào)，膠帶的速度和各個(gè)故障的狀態(tài)及故障出現(xiàn)的具體位置，同時(shí)也可以查詢到各皮帶滾筒的溫度，以實(shí)時(shí)監(jiān)測皮帶，減少故障查找環(huán)節(jié)，提高工作效率。3.1 SIMATIC S7-300 PLC簡介3.1.1 SIMATIC S7-300 PLC簡介 3.1.2 模塊安裝S7-300可以水平安裝也可以垂直安裝，其允許的環(huán)境溫度分別為040（垂直安裝）和060。電源和CPU必須安裝在導(dǎo)軌的左側(cè)（水平安裝）或低部（垂直安裝）。S7-300是模塊化組合結(jié)構(gòu)，根據(jù)應(yīng)用對(duì)象不同，可選擇不同型號(hào)和不同數(shù)量的模塊，并可以將這些模塊安裝在同一個(gè)機(jī)架上（導(dǎo)軌）或多個(gè)

37、機(jī)架上。除電源模塊、CPU模塊和接口模塊外，一個(gè)機(jī)架上最多只能安裝八個(gè)信號(hào)模塊或功能模塊。IM360/IM361接口模塊用來將S7-300背板總線從一個(gè)機(jī)架連接到下一個(gè)機(jī)架。在使用擴(kuò)展機(jī)架時(shí)，除了另需模塊機(jī)架和接口模塊以外，可能還需要另加電源模塊。中央處理單元總是在0號(hào)機(jī)架的2號(hào)槽位上，1號(hào)槽安裝電源模塊，3號(hào)槽總是安裝接口模塊，槽號(hào)4到11，可自由分配信號(hào)模塊，功能模塊和通信模塊。需要注意的是槽號(hào)是相對(duì)的，每一個(gè)機(jī)架的導(dǎo)軌并不存在物理的槽位。3.2 集控系統(tǒng)PLC的設(shè)計(jì)3.2.1 CPU的選擇 3.2.1.1 I/O點(diǎn)數(shù)的確定 經(jīng)過對(duì)各輸入輸出的大略計(jì)算，本設(shè)計(jì)中需要數(shù)字量輸入164點(diǎn)，數(shù)字

38、量輸出69點(diǎn)，模擬量輸入通道14路，其具體分配見表3-1，3-2，3-3。 表3-1模擬量輸入通道統(tǒng)計(jì)表 模擬量輸入通道數(shù)皮帶機(jī)速度1*7滾筒溫度1*7總計(jì)14 表3-2數(shù)字量輸入點(diǎn)數(shù)統(tǒng)計(jì)表數(shù)字量輸入點(diǎn)數(shù)操作臺(tái)控制方式選擇3總啟動(dòng)按鈕1總停止按鈕1起車預(yù)警按鈕1急停按鈕1給煤機(jī)啟停按鈕2各皮帶啟停按鈕14堆煤傳感器1*7主提升、走廊皮帶跑偏開關(guān)2*12其他皮帶跑偏開關(guān)8*6表3-2數(shù)字量輸入點(diǎn)數(shù)統(tǒng)計(jì)表（續(xù)表）數(shù)字量輸入點(diǎn)數(shù)縱撕傳感器1*7煙霧傳感器1*7走廊皮帶拉線急停開關(guān)2主提升皮帶拉線急停開關(guān)20其他皮帶拉線急停開關(guān)1*5就地箱啟動(dòng)按鈕1*7就地箱停止按鈕1*7就地箱急停按鈕1*7總計(jì)16

39、4表3-3數(shù)字量輸出點(diǎn)數(shù)統(tǒng)計(jì)表數(shù)字量輸出點(diǎn)數(shù)皮帶電機(jī)開7灑水裝置電磁閥7皮帶電機(jī)關(guān)7警鈴1給煤機(jī)啟動(dòng)、停止2狀態(tài)指示燈10就地箱故障顯示燈5*7總計(jì)69考慮到前面的設(shè)計(jì)中I/O點(diǎn)數(shù)可能有疏漏，并考慮到I/O端的分組情況以及隔離與接地要求，應(yīng)在統(tǒng)計(jì)后得出的I/O總點(diǎn)數(shù)基礎(chǔ)上，增加10到15的裕量。考慮裕量后的I/O總點(diǎn)數(shù)即為I/O點(diǎn)數(shù)估計(jì)值。選定的PLC機(jī)型的I/O能力極限值必須大于I/O點(diǎn)數(shù)估計(jì)值，并應(yīng)盡量避免使PLC能力接近飽和，一般應(yīng)留有30的裕量。 3.2.1.2 存儲(chǔ)器容量選擇 PLC的I/O點(diǎn)數(shù)估算值大小，在很大程度上反映了PLC系統(tǒng)的功能要求，因此可以在I/O點(diǎn)數(shù)估算值的基礎(chǔ)上計(jì)算

40、對(duì)PLC存儲(chǔ)器容量的需求。目前，大多用統(tǒng)計(jì)經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行存儲(chǔ)器容量估算。這種方法是以PLC處理每個(gè)信息量所需存儲(chǔ)器數(shù)的統(tǒng)計(jì)平均經(jīng)驗(yàn)值為依據(jù)，乘以信息量數(shù)再考慮一定的裕量計(jì)算得到存儲(chǔ)器需要容量。作為一般應(yīng)用下的一種經(jīng)驗(yàn)公式是：存儲(chǔ)器容量其中：DI為數(shù)字量輸入總點(diǎn)數(shù)； DO為數(shù)字量輸出總點(diǎn)數(shù)； AI/O為模擬量I/O通道總數(shù)。DI點(diǎn)數(shù)估計(jì)值為164×1.15=189，DO點(diǎn)數(shù)估計(jì)值為69×1.15=80，AI通道估計(jì)值為14×1.15=17個(gè)。所以存儲(chǔ)器容量為:1.2×（189×10+69×5+17×100）/1024=4.62K

41、B工程實(shí)踐中，大多采用粗略估算，加大裕量，實(shí)際選型時(shí)參考此值采用就高不就低的原則。 3.2.1.3 響應(yīng)速度PLC是為工業(yè)自動(dòng)化而設(shè)計(jì)的通用控制器，不同檔次的PLC的響應(yīng)速度一般能滿足起應(yīng)用范圍內(nèi)的需要。如果要跨范圍使用PLC，或者應(yīng)用中的某些功能或信號(hào)有特別的速度要求時(shí)，確定PLC的型號(hào)就應(yīng)特別慎重。通過上面的計(jì)算，考慮系統(tǒng)通訊和冗余的要求，選用SIMATIC S7-300系列中的CPU315-2 DP是最合適的。其中最主要的原因是CPU315-2 DP是S7-300系列中唯一帶現(xiàn)場總線（PROFIBUS） SINEC L2-DP接口的CPU模塊。內(nèi)置80KB RAM，隨機(jī)存儲(chǔ)器為48KB，

42、最大數(shù)字量I/O點(diǎn)數(shù)為1024個(gè)，最大模擬量I/O通道數(shù)為128個(gè)。最大配置4個(gè)機(jī)架，32塊模塊。滿足設(shè)計(jì)需要。數(shù)字量模塊選擇 I/O主提升皮帶輸入開關(guān)量有38個(gè)，其他皮帶輸入開關(guān)量點(diǎn)數(shù)都少于20個(gè)。故操作臺(tái)輸入模塊SM321選1塊，主提升皮帶遠(yuǎn)程I/O選2塊，其余皮帶遠(yuǎn)程I/O各選1塊，一共選9塊輸入模塊SM321。 3.2.2.1 數(shù)字量輸出模塊的選擇和外部連線I/O分別選1塊，模擬量模塊選擇I/O分別設(shè)1塊，共選用7塊。電源模塊的選擇綜上所述，本次設(shè)計(jì)中我們選用的模塊：CPU315-2 DP處理器；PS307電源模塊；ET200M遠(yuǎn)程控制單元；CP340通信模塊；SM321數(shù)字量輸入模塊

43、；SM322數(shù)字量輸出模塊；SM331模擬量輸入模塊。其具體配置如圖3-6所示。圖3-6 系統(tǒng)配置圖3.3西門子ET200M與PROFIBUS-DP總線 3.3.1 ET200MSIMATIC ET200M是采用模塊化的設(shè)計(jì)，方便安裝于控制柜。且與SIMATIC S7-300 I/O模塊及功能模塊兼容，安全性高。支持 “熱插拔”功能，適合過程控制中危險(xiǎn)區(qū)域使用，遠(yuǎn)程擴(kuò)展使用等特殊情況。 ET200M是高密度配置的模塊化I/O站，保護(hù)等級(jí)為IP20。它可用S7-300可編程序控制器的信號(hào)、功能和通訊模塊擴(kuò)展。由于模塊的種類眾多，ET200M尤其適用于復(fù)雜的自動(dòng)化任務(wù)?？刹迦肽M量HART的輸入和

44、輸出模塊，意味著ET200M適用于過程工程。它也適宜于與冗余系統(tǒng)一起使用。ET200M是在PROFIBUS-DP上的被動(dòng)站（從站）。最大數(shù)據(jù)傳輸速率為12M位/S。ET200M也可以在運(yùn)行過程中，在有電源情況下配置S7-300 I/O模塊的有源總線模塊，其余模塊仍繼續(xù)運(yùn)行。 ET200M由以下部分組成 ： （1）IM153接口：用于與PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線的連接 ； （2）各種I/O模塊：用總線連接器連接或插入在有源總線模塊內(nèi), 總線連接器設(shè)計(jì)，在運(yùn)行過程中不能更換模塊； 有源總線模塊設(shè)計(jì)，在運(yùn)行過程中能更換模塊；（3）電源（如有必要） ； （4）S7-300自動(dòng)化單元的所有I/O模塊

45、：都可應(yīng)用（功能和通信模塊只用于SIMATIC S7/M7主設(shè)備）； （5）HART模塊 。ET200M最多可擴(kuò)展8個(gè)I/O模塊，每個(gè)ET200M的最大地址區(qū)：128字節(jié)輸入和128字節(jié)輸出。ET200M通過RPOFIBUS-DP與PLC控制柜連接通信。3.3.2 PROFIBUS-DP總線PROFIBUS是世界上最大的開放式工業(yè)現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)之一，它的的技術(shù)性能使其可以用于工業(yè)自動(dòng)化的一切領(lǐng)域。這種網(wǎng)絡(luò)能夠支持32個(gè)節(jié)點(diǎn)，最高運(yùn)行速度為12Mbps。與大多數(shù)現(xiàn)場總線系統(tǒng)一樣，PROFIBUS能夠減少運(yùn)營成本，提高生產(chǎn)效率，加快新品上市時(shí)間，并改善產(chǎn)品質(zhì)量。與標(biāo)準(zhǔn)420mA 控制不同，PROFI

46、BUS能夠在由一根雙絞線電纜組成的單一總線網(wǎng)段上，支持32個(gè)工作站。PROFIBUS-DP是PROFIBUS現(xiàn)場總線的三個(gè)兼容版本之一，它是專為自動(dòng)控制系統(tǒng)和設(shè)備分散I/O之間通信設(shè)計(jì)的，是經(jīng)過優(yōu)化的高速、廉價(jià)的通信連接。PROFIBUS-DP 的特點(diǎn)： （1）代替 PLC/PC 與 I/O 之間昂貴的電線； （2）快速，傳輸 1 千字節(jié)的輸入數(shù)據(jù)和 1千字節(jié)的輸出數(shù)據(jù)所需時(shí)間<2 ms； （3）強(qiáng)有力的工具，減少組態(tài)和維護(hù)費(fèi)用； （4）被所有主要的 PLC 制造商支持； （5）有廣泛的產(chǎn)品：PLC, PC, I/O, 驅(qū)動(dòng)器, 編碼器等； （6）允許周期性和非周期性的數(shù)據(jù)傳輸； （7）

47、單主和多主網(wǎng)絡(luò)； （8）每個(gè)站的輸入和輸出數(shù)據(jù)最多可達(dá) 244 字節(jié)。 （9）強(qiáng)大的三級(jí)診斷功能，CPU、模塊、通道診斷一應(yīng)俱全。4.1 集中控制的流程圖4.2 系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)4.2.1 控制方式選擇4.2.2 模擬量的處理5 控制系統(tǒng)的抗干擾措施 PLC控制系統(tǒng)具有可靠性高、功能強(qiáng)、體積小、易于實(shí)現(xiàn)過程控制等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)生產(chǎn)過程控制中應(yīng)用相當(dāng)廣泛。一般的PLC控制系統(tǒng)不用采取什么特殊抗干擾措施，就可以直接在工業(yè)環(huán)境使用。但在特別惡劣的環(huán)境中，如強(qiáng)電場、強(qiáng)磁場、電氣設(shè)備產(chǎn)生的高頻干擾等，這些干擾會(huì)導(dǎo)致控制精度降低、PLC內(nèi)部數(shù)據(jù)丟失、機(jī)器誤動(dòng)作，甚至造成PLC發(fā)生故障或損壞。所以，在實(shí)際應(yīng)用過程

48、中，不僅要按照要求合理配置系統(tǒng)，正確配接線，還必須充分考慮各種異常情況，采取相應(yīng)抗干擾措施以確保PLC控制系統(tǒng)可靠穩(wěn)定地運(yùn)行。5.1主要干擾源 PLC控制系統(tǒng)的干擾源很多，從形式上講分為內(nèi)部干擾和外部干擾兩類，內(nèi)部干擾是PLC本身的問題，外部干擾包括傳導(dǎo)型干擾和輻射型干擾。傳導(dǎo)型干擾就是通過電氣線路進(jìn)入PLC控制系統(tǒng)的干擾信號(hào)，包括電源線、信號(hào)線等外部線引入的干擾和接地干擾；輻射型干擾是輻射電磁場通過感應(yīng)進(jìn)入PLC系統(tǒng)的干擾信號(hào)。下面簡要介紹一下這些干擾。（1）電源線引入干擾 PLC系統(tǒng)的正常供電電源均由電網(wǎng)供電。當(dāng)電網(wǎng)上的負(fù)載如大型電力設(shè)備、交直流傳動(dòng)裝置等啟停時(shí)會(huì)引起電網(wǎng)電壓的波動(dòng)，從而產(chǎn)

49、生諧波，諧波通過輸電線路傳到電源周邊，造成PLC控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障。（2）信號(hào)線引入干擾這些干擾信號(hào)主要通過兩種途徑傳輸?shù)絇LC控制系統(tǒng)，一是通過變壓器供電電源或公用信號(hào)儀表的供電電源串入的電網(wǎng)干擾，這往往被忽視；二是信號(hào)線受空間電磁輻射感應(yīng)的干擾。由信號(hào)引入的干擾會(huì)引起I/O信號(hào)異常和測量精度降低，嚴(yán)重時(shí)將引起元器件損壞。對(duì)隔離性能差的系統(tǒng)，將導(dǎo)致信號(hào)間相互干擾，引起共地系統(tǒng)總線回流，造成邏輯數(shù)據(jù)變化、誤動(dòng)和死機(jī)。（3）接地干擾PLC應(yīng)用系統(tǒng)的地線包括系統(tǒng)地、屏蔽地、交流地和保護(hù)地等。接地系統(tǒng)混亂會(huì)引起各個(gè)接地點(diǎn)電位分布不均，引起地環(huán)路電流，影響系統(tǒng)正常工作。例如電纜屏蔽層必須一點(diǎn)接地，如果兩端都接地，就存在地電位差，造成電流流過屏蔽層，影響PLC的正常工作。 5.2抗干擾措施 5.2.1 抗供電電源干擾本系統(tǒng)采用