膠帶輸送中控制系統(tǒng)電氣工程及其自動(dòng)化研究方案

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(cè)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(wèn)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(cè)及故障保護(hù)裝置82.4.3 PLC簡(jiǎn)述152.4.4 人機(jī)界面HMI193 膠帶輸

2、送機(jī)集控系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)213.1 SIMATIC S7-300 PLC簡(jiǎn)介213.1.1 SIMATIC S7-300 PLC簡(jiǎn)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233.2.2數(shù)字量模塊選擇253.2.3模擬量模塊選擇283.2.4電源模塊的選擇293.3西門(mén)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

3、謝461 引言1.1 引言礦井運(yùn)輸機(jī)械的類(lèi)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(kāi)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(lèi)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(chē)運(yùn)輸及單繩牽引運(yùn)輸?shù)葘儆诖祟?lèi)運(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(zhǎng)運(yùn)距大運(yùn)營(yíng)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(lái)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,它可用于

4、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(zhǎng)貨載和輸送機(jī)間沒(méi)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?是礦井生產(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)都采用人工就地分臺(tái)控制,即每臺(tái)輸

5、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(kāi)關(guān),操作最簡(jiǎn)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(lái)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?.2.2 集中控制系統(tǒng)的發(fā)展及存在的問(wèn)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)等新技術(shù)的應(yīng)用,對(duì)膠帶輸送機(jī)的集中控制系

6、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(cè)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(chǎng)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(cè)各檢測(cè)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),

7、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(chē)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(chē),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(jiǎn)單介紹它們信號(hào)發(fā)生后的動(dòng)作情況:a.拉線開(kāi)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)別哪個(gè)急停開(kāi)關(guān)動(dòng)作,發(fā)出拉線開(kāi)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

8、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)中需要集中控制的皮帶共有7條,各條皮帶分布較廣,現(xiàn)場(chǎng)控制點(diǎn)分散,并且現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境比較惡劣所以,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

9、采用PROFIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)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(guò)程的控制監(jiān)測(cè),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),實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)的通信,以循環(huán)掃描的方式,檢測(cè)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

10、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(chē)預(yù)警按鈕集控/就地/檢修工作方式的轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān),系統(tǒng)緊急停車(chē)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(chǎng)皮帶的數(shù)據(jù)采集和控制每個(gè)遠(yuǎn)程I/O站可以處理256個(gè)開(kāi)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)

11、程單元通過(guò)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(chēng)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(jiàn)圖2-2所示膠帶1繞過(guò)傳動(dòng)滾筒2及尾部滾筒3形成無(wú)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

12、輥4和5,用來(lái)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(guò)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(guò)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(chē)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(guò)安裝在小車(chē)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(guò)大,而傳動(dòng)滾筒也能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(wú)極環(huán)行帶它上下的兩股膠帶分別由上下的托輥來(lái)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)

13、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(wèn)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)輸物料的傾角不能過(guò)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(guò)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(zhǎng)度較大

14、2.4.2 參數(shù)檢測(cè)及故障保護(hù)裝置速度檢測(cè)檢測(cè)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(lái)檢測(cè)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(cè)傳感器由緊貼膠帶的滾輪帶動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)(帶有齒槽)在光電傳感器凹槽內(nèi)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(cè)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

15、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(wèn)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(chē)時(shí)應(yīng)力變化大; (5)輸送帶自身質(zhì)量不過(guò)關(guān),輸送帶服務(wù)年限過(guò)長(zhǎng),輸送帶長(zhǎng)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(guò)檢測(cè)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(chē),同時(shí)停給煤機(jī),

16、并發(fā)出聲光報(bào)警堆煤傳感器 當(dāng)煤倉(cāng)內(nèi)有大煤塊塞住煤倉(cāng)漏口時(shí),會(huì)使煤流阻在煤倉(cāng)內(nèi),無(wú)法向膠帶投放由于煤倉(cāng)特別大,如果沒(méi)有人及時(shí)發(fā)現(xiàn)煤倉(cāng)堆煤,煤在煤倉(cāng)內(nèi)會(huì)越堆越多,最后會(huì)迫使使用大量人力物力來(lái)挖除煤倉(cāng)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(cāng)內(nèi)阻塞的煤此設(shè)計(jì)中我們采用常州自動(dòng)化研究所的物料探測(cè)傳感器KG1006系列物料探測(cè)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(cè)料倉(cāng)物料高度;檢測(cè)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)

17、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(kāi)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(cè)傳感器 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(cè)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(kāi)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(cè)到煙霧濃

18、度超過(guò)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(guò)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(kāi)關(guān)在皮帶輸送機(jī)運(yùn)行過(guò)程中,總有一些無(wú)法監(jiān)測(cè)到而又非常惡劣的事情發(fā)生,當(dāng)遇到這種緊急情況時(shí),可以采用手動(dòng)的拉線急停開(kāi)關(guān),使輸送帶緊急停車(chē),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(kāi)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(zhǎng)度方向配置的跑偏縱撕

19、(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(guò)它們與監(jiān)控系統(tǒng)連接拉線急停開(kāi)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(guò)高時(shí),會(huì)使膠帶燃著因此,我們要及時(shí)監(jiān)測(cè)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接觸式和非接觸式兩大類(lèi),接觸式目前使用較為廣泛,而非接觸式測(cè)量是通過(guò)檢測(cè)被測(cè)物體所發(fā)出的紅外線,來(lái)達(dá)到測(cè)溫的目的根據(jù)課題項(xiàng)目的具體要求,被測(cè)對(duì)象是一直轉(zhuǎn)動(dòng)的滾筒表面,接觸式溫度傳感器測(cè)量起來(lái)誤差太大,響應(yīng)時(shí)間太長(zhǎng),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(cè)量不適用于

20、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(cè)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(cè)量范圍為-32535度它具有響應(yīng)速度快,測(cè)量精度高,安裝維護(hù)簡(jiǎn)便等特點(diǎn)我們將檢測(cè)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)考慮周邊情況,如:膠帶的制作材料,燃點(diǎn)等縱撕檢測(cè)鋼線芯帶式輸送機(jī)以其強(qiáng)度高運(yùn)量大和運(yùn)距長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn),受到各企業(yè)的青睞,也得到越來(lái)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

21、經(jīng)濟(jì)損失,即使能修補(bǔ),也浪費(fèi)很長(zhǎng)的時(shí)間,給生產(chǎn)造成損失縱向撕裂,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(zhǎng)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(lái)看,大部分是在裝載處,因此縱撕檢測(cè)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,提出了多種檢測(cè)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(jiàn)類(lèi)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(cè),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(cè)器當(dāng)輸送帶被撕裂后,物料會(huì)通過(guò)裂口掉到下面的托盤(pán)上,根據(jù)平衡原理,當(dāng)物料重量克服平衡錘的重量,

22、使裝置繞支點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng),迫使限位開(kāi)關(guān)動(dòng)作(圖2-8)這種檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單,檢查方便,但是,只有物料落下后才可檢測(cè)到,當(dāng)裂口因?yàn)槔χ睾系揭黄?物料無(wú)法落下時(shí),卻無(wú)法檢測(cè)的到圖2-8 漏料檢測(cè)器 (2)帶寬檢測(cè)器它是利用與輸送帶邊緣相接觸的檢測(cè)輥或是利用超音波距離測(cè)量來(lái)檢測(cè)輸送帶寬度這就避免了上面漏料檢測(cè)器的失誤當(dāng)輸送帶寬度變小時(shí),兩個(gè)檢測(cè)輥之間的距離變小,通過(guò)萬(wàn)向節(jié)把撕帶的信息傳遞給開(kāi)關(guān),開(kāi)關(guān)控制電動(dòng)機(jī)停機(jī)此外,帶寬檢測(cè)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(cè)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

23、之產(chǎn)生超聲波振蕩,再通過(guò)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(cè)器它的激振器是一個(gè)偏心圓盤(pán),布置在兩個(gè)承載托輥之間的輸送帶上的無(wú)載邊在輸送帶的另一邊安裝振動(dòng)接收器,它通過(guò)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

24、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(guò)設(shè)定重量(0.2kg)時(shí),傳感器發(fā)出動(dòng)作信號(hào)送至主控系統(tǒng),立即停車(chē)并聲光報(bào)警2.4.3 PLC簡(jiǎn)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)域可編程序控制器(Programmable 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(guó)電氣制造協(xié)會(huì)(NEMA)對(duì)可編程序控制器下了定義:可編

25、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(guò)程的自動(dòng)控制裝置可編程序控制器簡(jiǎn)稱(chēng)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(guò)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CPUI/O擴(kuò)展機(jī)及外部設(shè)備組成如圖2-9所示西門(mén)子PLC以其極高的性能價(jià)格比,在國(guó)內(nèi)占有很大的市場(chǎng)份額,在我國(guó)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

26、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(guò)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(lái)代替繼電器控制線路,控制作用是通過(guò)編制好并存入內(nèi)存的程序來(lái)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)備連接可以等效為一個(gè)受控于外部用戶(hù)輸入設(shè)備的繼電器線圈(輸入繼電器)控制部分:等效于一個(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

27、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(kāi)關(guān)指示燈限位開(kāi)關(guān)電源按鈕 (2)PLC的工作原理CPU中的程序分為操作系統(tǒng)和用戶(hù)程序操作系統(tǒng)用來(lái)處理PLC的啟動(dòng)刷新輸入/輸出過(guò)程映像區(qū)調(diào)用用戶(hù)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(hù)程序由用戶(hù)生成,用來(lái)實(shí)現(xiàn)用戶(hù)要求的自動(dòng)化任務(wù)STEP7將用戶(hù)編寫(xiě)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(hù)編寫(xiě)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(hù)使用的標(biāo)準(zhǔn)子程序,這些塊也通稱(chēng)為邏輯塊PLC采用循環(huán)執(zhí)行用戶(hù)程序的方

28、式,這種運(yùn)行方式也稱(chēng)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(hù)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模式切換到RUN模式時(shí),CPU執(zhí)行啟動(dòng)操作,清除沒(méi)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(hù)編寫(xiě)的“系統(tǒng)啟動(dòng)組織塊”O(jiān)B100,完成用戶(hù)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(guò)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(kāi)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(lái)

29、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(guò)程映像區(qū)和輸出過(guò)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并不直接訪問(wèn)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(wèn)CPU內(nèi)部的過(guò)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(kāi)狀態(tài)讀如輸入過(guò)程映像區(qū)在寫(xiě)輸出模塊的階段,CPU將輸出過(guò)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(guò)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(hù)程序由若干條指令組成,指令在存儲(chǔ)器中順序排列在沒(méi)有跳轉(zhuǎn)指令和塊調(diào)用指令時(shí),C

30、PU從第一條指令開(kāi)始,逐條順序執(zhí)行用戶(hù)程序,直到用戶(hù)程序結(jié)束在執(zhí)行指令時(shí),從輸入過(guò)程映像區(qū)或別的存儲(chǔ)區(qū)中將有關(guān)編程元件的01狀態(tài)讀出來(lái),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(xiě)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(guò)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(guò)布線焊接固定等手段組裝完成的,其過(guò)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(guò)在存儲(chǔ)器中的程

31、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(guò)改變軟件則可實(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(chēng)為“專(zhuān)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(jiǎn)單使用方便PLC采用面向控制過(guò)程面向問(wèn)題的“自然語(yǔ)言”編程,容易掌握目前,PLC大多

32、采用梯形圖語(yǔ)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(guò)程面向問(wèn)題的編程方式,與匯編語(yǔ)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(lái)說(shuō),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(chǎng)的用戶(hù)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(jiǎn)單 PLC只需將輸入設(shè)備(如按鈕開(kāi)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(jiǎn)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

33、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(guò)程監(jiān)控等因此,PLC既可對(duì)開(kāi)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)線可用于現(xiàn)場(chǎng)控制,也可用于遠(yuǎn)距離控制可控制簡(jiǎn)單系統(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(zhuān)為工業(yè)控制而設(shè)計(jì)的專(zhuān)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(huà)和相互作用的接口設(shè)備近年來(lái)人機(jī)界面的應(yīng)用越來(lái)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

34、我們選用觸摸屏和操作臺(tái)觸摸屏用來(lái)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(kāi)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(guò)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(xún),這樣就擺脫了鍵盤(pán)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)省空間等

35、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(xún)到各皮帶滾筒的溫度,以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)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(jiǎn)介3.1.1 SIMATIC S7-300 PLC簡(jiǎn)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)機(jī)架上除電

36、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(lái)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(guò)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)字量輸出69點(diǎn),模擬量輸入

37、通道14路,其具體分配見(jiàn)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(chē)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(kāi)關(guān)2*12其他皮帶跑偏開(kāi)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(kāi)關(guān)2主提升皮帶拉線急停開(kāi)關(guān)20其他皮帶拉線急停開(kāi)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)164表3-3數(shù)字量輸出點(diǎn)數(shù)統(tǒng)計(jì)

38、表數(shù)字量輸出點(diǎn)數(shù)皮帶電機(jī)開(kāi)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)算對(duì)PLC存儲(chǔ)器容量的需求目前,

39、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=4.62KB工程實(shí)踐中,大多采用粗略估算,加大裕量

40、,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(mǎn)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(guò)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(chǎng)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,最大數(shù)字量I/O點(diǎn)數(shù)為1024個(gè),最大模擬量I/O

41、通道數(shù)為128個(gè)最大配置4個(gè)機(jī)架,32塊模塊滿(mǎn)足設(shè)計(jì)需要3.2.2數(shù)字量模塊選擇 I/O主提升皮帶輸入開(kāi)關(guān)量有38個(gè),其他皮帶輸入開(kāi)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,3.2.3模擬量模塊選擇I/O分別設(shè)1塊,共選用7塊3.2.4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;SM322數(shù)字量輸出模塊;SM

42、331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(mén)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(guò)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(lèi)眾多,ET200M尤其適用于復(fù)雜的自動(dòng)化任務(wù)可插入模擬量HART的輸入和輸出模塊,意味著ET200M適用于過(guò)程工程它也適宜

43、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/SET200M也可以在運(yùn)行過(guò)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(chǎng)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(guò)程中不能更換模塊; 有源總線模塊設(shè)計(jì),在運(yùn)行過(guò)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:都可應(yīng)用(功能和通信模塊只用于SIMATIC S7/M7主

44、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(guò)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(kāi)放式工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)總線系統(tǒng)一樣,PROFIBUS能夠減少運(yùn)營(yíng)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,PROFIBUS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PRO

45、FIBUS-DP是PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線的三個(gè)兼容版本之一,它是專(zhuān)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(guò)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)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)

46、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(guò)程控制等優(yōu)點(diǎn),在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)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(chǎng)強(qiáng)磁場(chǎng)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(guò)程中,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

47、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(lèi),內(nèi)部干擾是PLC本身的問(wèn)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(guò)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(chǎng)通過(guò)感應(yīng)進(jìn)入PLC系統(tǒng)的干擾信號(hào)下面簡(jiǎn)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)生諧波,諧波通過(guò)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(guò)兩種途徑傳輸?shù)絇

48、LC控制系統(tǒng),一是通過(guò)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(cè)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(guò)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)采用以下三點(diǎn)來(lái)有效控制供