機(jī)電一體化技術(shù)畢業(yè)設(shè)計(jì)完整版

.專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（說(shuō)明書(shū)）題目：PLC的皮帶集中控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)：莫軍編號(hào)：（）字號(hào)中國(guó)礦業(yè)大學(xué)二0年月日中國(guó)礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)機(jī)械電子工程專業(yè)14年級(jí)2016年4月15日批準(zhǔn)專業(yè)負(fù)責(zé)人：曹艷艷發(fā)放經(jīng)手人：王新1．畢業(yè)設(shè)計(jì)題目：PLC的皮帶集中控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)2．學(xué)生完成全部任務(wù)期限：2013年6月20日3．任務(wù)要求：1了解煤礦皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)運(yùn)行工藝； 2針對(duì)某一煤礦皮帶運(yùn)輸?shù)膶?shí)際情況，設(shè)計(jì)一種基于PLC的皮帶集中控制系統(tǒng)； 3用AUTOCAD繪制系統(tǒng)的相關(guān)圖紙； 4用PLC語(yǔ)言編制控制系統(tǒng)軟件4．發(fā)出日期：2013年4月15日指導(dǎo)教師：劉同岡（簽名）學(xué)生：莫軍（簽名）中國(guó)礦業(yè)大學(xué)學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)程表學(xué)生姓名：劉新利學(xué)號(hào):專業(yè)年級(jí)：1電一體化一班指導(dǎo)教師:王建論文設(shè)計(jì)題目：PLC的皮帶集中控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)序號(hào)日期工作安排要求12013.4上旬提出畢業(yè)設(shè)計(jì)的初步設(shè)想符合實(shí)際22013.4上旬搜集、整理與畢業(yè)設(shè)計(jì)或論文有關(guān)的資料明確任務(wù)，初步理清思路32013.5上旬畢業(yè)設(shè)計(jì)初期框架構(gòu)建思路清晰，層次分明42013.5中旬畢業(yè)設(shè)計(jì)撰寫（作品設(shè)計(jì)）按要求和規(guī)范認(rèn)真撰寫52013.5下旬向指導(dǎo)教師報(bào)送畢業(yè)設(shè)計(jì)初稿或作品準(zhǔn)時(shí)62013.6中旬指導(dǎo)教師批閱和修改畢業(yè)設(shè)計(jì)初稿72013.6下旬按教師要求完成畢業(yè)設(shè)計(jì)最終稿，裝訂成冊(cè)按要求完成82013.7畢業(yè)答辯做好準(zhǔn)備9

濱州職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)中期檢查登記表學(xué)生姓名：劉新利學(xué)號(hào)：專業(yè)年級(jí)：10機(jī)電一體化一班指導(dǎo)教師：王建畢業(yè)設(shè)計(jì)題目：PLC的皮帶集中控制系統(tǒng)設(shè)序號(hào)日期指導(dǎo)、檢查內(nèi)容學(xué)生簽名1劉新利2劉新利3劉新利4劉新利5劉新利6劉新利7劉新利8劉新利9劉新利10劉新利注：日期和指導(dǎo)、檢查內(nèi)容由指導(dǎo)教師填寫。

摘要煤礦的運(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。為了保證煤礦運(yùn)輸系統(tǒng)可靠安全運(yùn)行，對(duì)帶式輸送機(jī)進(jìn)行集中監(jiān)視和控制很必要。本文以新疆哈密煤礦主斜井及地面膠帶輸送機(jī)為背景，設(shè)計(jì)出了以PLC技術(shù)為核心的集中控制系統(tǒng)，提高了運(yùn)輸系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)和控制水平。文中首先介紹了本次設(shè)計(jì)的背景，然后設(shè)計(jì)了膠帶輸送機(jī)集中控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和應(yīng)具有的控制功能，參數(shù)的檢測(cè)和故障保護(hù)裝置，確定了各故障檢測(cè)傳感器的類型及安裝位置。在此基礎(chǔ)上采用SIEMENS的S7-300系列PLC對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行硬件和軟件設(shè)計(jì)，其中包括PLC的模塊配置及外部連線，梯形圖程序設(shè)計(jì)。最后提出PLC控制系統(tǒng)的主要干擾源，并設(shè)計(jì)了抗干擾的措施。關(guān)鍵詞：膠帶輸送機(jī)；S7-300；集中控制系統(tǒng)目錄1緒論 71.1概述 71.2膠帶輸送機(jī)集中控制系統(tǒng) 71.2.1膠帶輸送機(jī)集中控制系統(tǒng)的重要性 71.2.2集中控制系統(tǒng)的發(fā)展及存在的問(wèn)題 81.3本課題研究的主要內(nèi)容 92膠帶機(jī)集中控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 102.1課題背景介紹 102.2膠帶輸送機(jī)集中控制系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì) 112.3膠帶輸送機(jī)集中控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 122.4膠帶輸送機(jī)集中控制系統(tǒng)設(shè)備構(gòu)成 142.4.1膠帶輸送機(jī) 142.4.2PLC簡(jiǎn)述 152.4.3人機(jī)界面HMI 193膠帶輸送機(jī)集控系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 213.1SIMATICS7-300PLC簡(jiǎn)介 213.1.1SIMATICS7-300PLC簡(jiǎn)介 213.1.2模塊安裝 233.2集控系統(tǒng)PLC的設(shè)計(jì) 233.2.1CPU的選擇 233.2.2數(shù)字量模塊選擇 264膠帶集中控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 304.1集中控制的流程圖 304.2系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn) 314.2.1控制方式選擇 314.2.2模擬量的處理 335總結(jié) 34參考文獻(xiàn): 36致 371緒論1.1概述煤炭運(yùn)輸是煤炭生產(chǎn)過(guò)程中不可缺少的一部分。礦井中，運(yùn)輸線路比較長(zhǎng)，巷道條件多種多樣，運(yùn)輸若不通暢，采掘工作或是其它的工作都無(wú)法進(jìn)行，整個(gè)煤炭生產(chǎn)系統(tǒng)將處于癱瘓狀態(tài)。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(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(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)。礦井膠帶運(yùn)輸系統(tǒng)，是由多條膠帶搭接或由煤倉(cāng)轉(zhuǎn)載形成的煤流運(yùn)輸系統(tǒng)，因此它內(nèi)部的基本運(yùn)輸單元就是單臺(tái)膠帶機(jī)。膠帶輸送機(jī)是選煤廣的主要運(yùn)輸設(shè)備，它可用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(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(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刂品绞健?.2.2集中控制系統(tǒng)的發(fā)展及存在的問(wèn)題在煤礦中，煤流的運(yùn)輸一般在幾百米到十幾公里之間，因此它的運(yùn)輸系統(tǒng)要有多臺(tái)膠帶輸送機(jī)、給煤機(jī)、煤倉(cāng)等構(gòu)成，協(xié)調(diào)配合完成長(zhǎng)距離運(yùn)輸任務(wù)。為保證運(yùn)輸系統(tǒng)的安全可靠，提高運(yùn)輸效率，對(duì)其進(jìn)行完善的管理和監(jiān)控是現(xiàn)代礦井煤流運(yùn)輸迫切需要的一項(xiàng)技術(shù)。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)的集中控制系統(tǒng)也得到了飛速發(fā)展。從單臺(tái)控制系統(tǒng)到多臺(tái)的集中控制系統(tǒng)，有價(jià)格相對(duì)較貴的PLC構(gòu)成的系統(tǒng)和低廉的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。目前，雖然市場(chǎng)上有著各式各樣方案構(gòu)成的集控系統(tǒng)，但發(fā)展的方向是一致的，那就是朝自動(dòng)化、智能化、信息化的方向發(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。

目前對(duì)膠帶輸送機(jī)集中控制系統(tǒng)存在的主要問(wèn)題有：(1)在安全保護(hù)方面，為提高膠帶輸送機(jī)運(yùn)行的可靠性，安全性，減少故障，提高效率，多種檢測(cè)方法已應(yīng)用于電動(dòng)機(jī)、液力偶合器、減速器和膠帶運(yùn)行系統(tǒng)故障檢測(cè)，但是這些系統(tǒng)是相互獨(dú)立的。(2)故障檢測(cè)系統(tǒng)誤報(bào)率高。誤報(bào)將造成膠帶輸送機(jī)不應(yīng)有的停機(jī)，使全礦井停產(chǎn)，對(duì)礦井生產(chǎn)造成極大影響。(3)皮帶機(jī)的控制、運(yùn)行、保護(hù)等信息不能較好的與礦井其他控制系統(tǒng)共享，不能與整個(gè)礦井信息系統(tǒng)的集成。視頻監(jiān)視系統(tǒng)不規(guī)范，沒(méi)有語(yǔ)音通訊功能，不能實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守。1.3本課題研究的主要內(nèi)容礦井生產(chǎn)自動(dòng)化已經(jīng)成為一種趨勢(shì)，如何更好的實(shí)現(xiàn)礦井運(yùn)輸系統(tǒng)的集中安全控制管理是現(xiàn)在迫切解決的問(wèn)題。而皮帶機(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。本論文正是以此為目的，以新疆哈密煤礦主斜井與地面膠帶輸送機(jī)為背景，設(shè)計(jì)一種基于PLC的運(yùn)輸皮帶和給煤機(jī)的集中控制系統(tǒng)。本次設(shè)計(jì)主要內(nèi)容如下：(1)對(duì)膠帶運(yùn)輸控制系統(tǒng)概述。(2)以煤礦主斜井與地面膠帶輸送機(jī)為背景，概述膠帶輸送機(jī)集中控制系統(tǒng)的功能，設(shè)計(jì)其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，討論要監(jiān)控的故障對(duì)象、傳感器配置及對(duì)故障的處理措施。(3)膠帶集控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，進(jìn)行S7-300PLC模塊選型和外部連線設(shè)計(jì)。為了使集控系統(tǒng)更加完善，實(shí)現(xiàn)控制的可觀化、清晰化，加入了觸摸屏設(shè)計(jì)。它可以實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)的運(yùn)行情況和各種故障情況，進(jìn)行及時(shí)的報(bào)警顯示和記錄。(4)進(jìn)行系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能。 2膠帶機(jī)集中控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)2.1課題背景介紹一般中型煤礦，采用帶式運(yùn)輸機(jī)作為主要運(yùn)輸方式，其主運(yùn)輸系統(tǒng)包括主提升帶式輸送機(jī)、走廊帶式輸送機(jī)、振動(dòng)篩、中煤塊帶式輸送機(jī)、大煤塊帶式輸送機(jī)、過(guò)橋帶式輸送機(jī)和末煤刮板輸送機(jī)、煤倉(cāng)等。各條皮帶機(jī)都由一臺(tái)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，正常運(yùn)行速度為2m/s，其中振動(dòng)篩為雙層的，每條皮帶機(jī)均設(shè)置跑偏、堆煤、煙霧、拉線急停、打滑、縱撕等保護(hù)。其工藝流程圖如圖2.1所示。其中箭頭指示煤流方向。圖2.1運(yùn)輸工藝流程圖 如圖所示，煤炭從井底煤倉(cāng)經(jīng)給煤機(jī)運(yùn)到主提升皮帶，通過(guò)主斜井中的主提升皮帶運(yùn)至地面，經(jīng)地面的走廊皮帶輸送機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)到振動(dòng)篩，振動(dòng)篩為雙層的，經(jīng)篩分后分成大塊煤、中塊煤和末煤三種。大塊煤經(jīng)大塊皮帶到大塊煤倉(cāng)，中塊煤經(jīng)中塊皮帶運(yùn)到中塊煤倉(cāng)，而末煤先通過(guò)過(guò)橋皮帶轉(zhuǎn)運(yùn)，再利用過(guò)橋皮帶機(jī)尾的分煤擋板分到兩條末煤刮板輸送機(jī)上，運(yùn)輸?shù)礁髯缘拿簜}(cāng)，其分煤擋板是固定的。本礦井皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)控制采用繼電器控制，可靠性差、體積大、故障率高、勞動(dòng)強(qiáng)度較大。其控制方式有兩種：集中手動(dòng)控制和就地控制，沒(méi)有集中自動(dòng)控制，所有的控制都由人來(lái)操作。集中控制室設(shè)在選煤樓振動(dòng)篩的附近，由控制柜、操作臺(tái)和觸摸屏組成。皮帶機(jī)的控制通過(guò)操作臺(tái)上對(duì)應(yīng)的啟停按鈕集中控制，觸摸屏實(shí)時(shí)顯示皮帶的運(yùn)行狀態(tài)和故障狀態(tài)集、故障位置。各皮帶機(jī)的機(jī)頭或機(jī)尾都設(shè)置就地控制箱，在檢修或特殊情況下進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的就地啟?？刂?。皮帶按逆煤流啟動(dòng)，順煤流停車。啟動(dòng)順序?yàn)椋耗┟汗伟鍣C(jī)、過(guò)橋皮帶、大小塊皮帶、振動(dòng)篩、走廊皮帶、主提升皮帶、給煤機(jī)；停止順序與此相反。每一條皮帶安排一人專門負(fù)責(zé)巡視，勞動(dòng)量大、效率低。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)，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。工作方式的改變，只有在膠帶輸送機(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；2)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；4)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。5)對(duì)設(shè)備故障和工藝參數(shù)的異常實(shí)時(shí)報(bào)警，并進(jìn)行聲光提示，系統(tǒng)狀態(tài)對(duì)位顯示，更便于維護(hù)。6)可與工業(yè)電視系統(tǒng)配合，實(shí)時(shí)監(jiān)視皮帶機(jī)重點(diǎn)部位運(yùn)行情況，以確保人員及設(shè)備的安全；具有喊話、打點(diǎn)通訊功能，基本實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守。7)膠帶運(yùn)輸機(jī)就地控制箱上設(shè)啟停、起動(dòng)預(yù)警按鈕，設(shè)備啟動(dòng)前發(fā)出預(yù)警信號(hào)，提示有關(guān)人員應(yīng)立即遠(yuǎn)離設(shè)備；現(xiàn)場(chǎng)可隨時(shí)停車，若設(shè)備由集控啟動(dòng)，控制系統(tǒng)接到現(xiàn)場(chǎng)停車信號(hào)后，可作急停處理，實(shí)施故障停車操作。8）具有聯(lián)網(wǎng)功能，能與全礦井自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)可靠的聯(lián)接、實(shí)現(xiàn)全局監(jiān)控。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)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/OET200M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2.2所示。圖2.2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)完成工作。PLC控制柜內(nèi)部由S7-300PLC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(kāi)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SIMATICET200M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)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)成膠帶輸送機(jī)集中控制系統(tǒng)主要由PLC、人機(jī)界面等組成，它主要控制膠帶輸送機(jī)、各種參數(shù)檢測(cè)和故障保護(hù)裝置，將各種信息在觸摸屏上集中顯示。下面我們對(duì)集控系統(tǒng)各部分進(jìn)行詳細(xì)的介紹。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。膠帶輸送機(jī)的基木結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2.3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)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18O—2lO。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。2.4.2PLC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?？删幊绦蚩刂破鳎≒rogrammableLogicController）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?？删幊绦蚩刂破骱?jiǎn)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。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2.3.9所示。西門子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S7—300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(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?？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）。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)備的繼電器。輸出部分：用于與外部輸出設(shè)備連接。電源電源擴(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)電源按鈕圖2.10PLC控制系統(tǒng)示意圖2、PLC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(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(lái)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(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)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)，CPU從第一條指令開(kāi)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(guò)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(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。圖2.11PLC對(duì)輸入輸出的處理規(guī)則3、PLC的特點(diǎn)1)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。2)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)”。3)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。4)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。5)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(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?？煽刂埔慌_(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?？煽刂坪?jiǎn)單系統(tǒng)，又可控制復(fù)雜系統(tǒng)。6)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。2.4.3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(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2.12和圖2.13分別是本次設(shè)計(jì)的操作臺(tái)、就地控制箱面板。圖2.12操作臺(tái)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(cè)皮帶，減少故障查找環(huán)節(jié)，提高工作效率。3膠帶輸送機(jī)集控系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1SIMATICS7-300PLC簡(jiǎn)介3.1.1SIMATICS7-300PLC簡(jiǎn)介SIMATICS7—300系列PLC是模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，各個(gè)單獨(dú)模塊之間可以進(jìn)行單獨(dú)組合和擴(kuò)展，從而使控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)更加靈活滿足不同的應(yīng)用需求。編程器PG用來(lái)為S7-300PLC編制程序，使用編程電纜連接編程器和CPU。通過(guò)PROFIBUS電纜可以實(shí)現(xiàn)S7-300CPU之間的通訊，以及與其他SIMATICS7PLC進(jìn)行通訊。一根PROFIBUS總線電纜可以連接多個(gè)S7-300。S7-300PLC的主要組成部分有導(dǎo)軌（RACK）、電源模塊（PS）、中央處理單元模塊（CPU）、接口模塊（IM）、信號(hào)模塊（SM）、功能模塊（FM）等。它通過(guò)MPI網(wǎng)的接口直接與編程器PG、操作員面板OP、和其它S7PLC相連。圖3.1PLC系統(tǒng)構(gòu)成圖導(dǎo)軌（RACK）：導(dǎo)軌是安裝S7-300各類模塊的機(jī)架，它是特制不銹鋼異型板，其長(zhǎng)度有160、482、530、830、2000（mm）五種，可根據(jù)實(shí)際需要選擇。電源模塊、CPU、及其它信號(hào)模塊都可方便地安裝在導(dǎo)軌上。除CPU模塊外，每塊信號(hào)模塊都帶有總線處理器，安裝時(shí)先將總線連接器裝在CPU模塊并固定在導(dǎo)軌上，然后依次將各模塊裝入，通過(guò)背板總線將各模塊從物理上和電氣上連接起來(lái)。電源模塊（PS）：電源模塊用于將SIMATICS7-300連接到120/230V交流電源和24/48/60/110V直流電源。它與CPU模塊和其它信號(hào)模塊之間通過(guò)電纜連接，而不是通過(guò)背板總線連接。中央處理單元模塊（CPU）：SIMATICS7-300提供了多種不同性能的CPU，以滿足不同用戶的需求，包括CPU312IFM、CPU313、CPU314、CPU315、CPU315-2DP等。CPU模塊除完成執(zhí)行用戶程序的主要任務(wù)之外，還為S7-300背板總線提供5V直流電源，并通過(guò)MPI接口與其它中央處理器和編程裝置通信。S7-300的編程裝置可以是西門子專用的編程器，如PG705、PG720、PG740、PG760等，也可以用通用微機(jī)，配以STEP7軟件包，并加MPI卡和MPI編程電纜構(gòu)成。接口模塊（IM）：接口模塊用于多機(jī)架配置時(shí)連接主機(jī)架和擴(kuò)展機(jī)架。S7-300通過(guò)分布式的主機(jī)架和3個(gè)擴(kuò)展機(jī)架，可操作多達(dá)32個(gè)模塊。信號(hào)模塊（SM）：信號(hào)模塊使不同的過(guò)程信號(hào)電平和S7-300的內(nèi)部信號(hào)電平相匹配，主要有數(shù)字量輸入模塊SM321、數(shù)字量輸出模塊SM322、模擬量輸入模塊SM331、模擬量輸出模塊SM332.每個(gè)信號(hào)模塊都配有自編碼的螺緊型前連接器，外部過(guò)程信號(hào)可以方便地連接在信號(hào)模塊的前連接器上。特別指出的是，其模擬量輸入模塊獨(dú)具特色，可以接入熱電偶、熱電阻、4～20mA電流、0～10V電壓等18種不同的信號(hào)，輸入量程范圍很寬。功能模塊（FM）：用于實(shí)時(shí)性強(qiáng)、存儲(chǔ)計(jì)數(shù)量較大的過(guò)程信號(hào)處理任務(wù)。如：快給進(jìn)和慢給進(jìn)驅(qū)動(dòng)定位模塊FM351、電子凸輪控制模塊FM352、步進(jìn)電機(jī)定位模塊FM353、伺服電機(jī)位控模塊FM354、智能位控制模塊SINUMERIKFM-NC等。通信處理器（CP）是一種智能模塊，它用于PLC間和PLC與其它裝置間連網(wǎng)以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。如：具有RS-232C接口的CP340，與現(xiàn)場(chǎng)總線連網(wǎng)的CP342-5DP。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0～40℃（垂直安裝）和0～60℃。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)3.2.1CPU的選擇（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)，模擬量輸入通道14路，其具體分配見(jiàn)表3.2，3.3，3.4。表3.2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3.3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(kāi)關(guān)2*12其他皮帶跑偏開(kāi)關(guān)8*6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3.4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(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。（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，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，實(shí)際選型時(shí)參考此值采用就高不就低的原則。（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(guò)上面的計(jì)算，考慮系統(tǒng)通訊和冗余的要求，選用SIMATICS7-300系列中的CPU315-2DP是最合適的。其中最主要的原因是CPU315-2DP是S7-300系列中唯一帶現(xiàn)場(chǎng)總線(PROFIBUS)SINECL2-DP接口的CPU模塊。內(nèi)置80KBRAM，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。3.2.2數(shù)字量模塊選擇1、數(shù)字量輸入模塊的選擇及外部連線數(shù)字量輸入模塊SM321：數(shù)字量輸入模塊用于將現(xiàn)場(chǎng)過(guò)程送來(lái)的數(shù)字信號(hào)電平轉(zhuǎn)換成S7-300內(nèi)部信號(hào)電平。數(shù)字量輸入模塊有直流輸入方式和交流輸入方式。直流輸入模塊各輸入點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的電路都相同，它們有一個(gè)公共的端子，即有一個(gè)公共匯入集點(diǎn)，因此直流輸入方式又稱為直流匯點(diǎn)輸入方式。交直流輸入模塊各輸入電路都相同，但它們各個(gè)輸入電路可能有一個(gè)公共端子，稱為匯點(diǎn)輸入方式；也可能沒(méi)有公共端子，而是彼此獨(dú)立，互不影響，稱為分隔式輸入方式。輸入信號(hào)進(jìn)入模塊后，一般都經(jīng)過(guò)光電隔離和濾波，然后才送至輸入緩沖器等待CPU采樣。采樣時(shí)，信號(hào)通過(guò)背板總線進(jìn)入到輸入映像區(qū)。數(shù)字量輸入模塊SM321有四種型號(hào)模塊可供選擇，即直流16點(diǎn)輸入，直流32點(diǎn)輸入，交流16點(diǎn)輸入，交流8點(diǎn)輸入模塊。模塊的每個(gè)輸入點(diǎn)有一個(gè)綠色發(fā)光二極管顯示輸入狀態(tài)，輸入開(kāi)關(guān)閉合即有輸入電壓時(shí)，二極管亮。輸入模塊的選擇時(shí)應(yīng)注意以下幾方面：a.根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與模塊之間的距離來(lái)選擇模塊電壓水平，其傳輸距離不宜太遠(yuǎn)；b.模塊的同時(shí)接通點(diǎn)數(shù)不宜太多，一般來(lái)講，同時(shí)接通點(diǎn)數(shù)不要超過(guò)輸入點(diǎn)數(shù)的60%；c.為提高控制系統(tǒng)的可靠性，應(yīng)考慮其門檻電平的大小。門檻電平越高，抗干擾能力越強(qiáng)，傳輸距離也越遠(yuǎn)。綜合考慮以上幾點(diǎn)，本次設(shè)計(jì)中選用直流32點(diǎn)輸入的輸入模塊SM321（6ES7321-1BL00-0AA0）。操作臺(tái)輸入開(kāi)關(guān)量有23個(gè)點(diǎn)，遠(yuǎn)程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。輸入模塊是通過(guò)輸入端子與外部用戶輸入設(shè)備相連接的。輸入模塊通常有若干個(gè)輸入點(diǎn)。每一個(gè)輸入點(diǎn)能接受一個(gè)來(lái)自用戶輸入設(shè)備所發(fā)出的開(kāi)關(guān)信號(hào)。輸入模塊與外部用戶輸入設(shè)備的接線分匯點(diǎn)式輸入接線和分隔式輸入接線兩種基本接線形式。匯點(diǎn)式輸入接線如下圖，各輸入電路有一個(gè)公共端（匯集端）COM，可以是全部輸入端為一組，共用一個(gè)公共端和一個(gè)電源；也可以是將全部輸入點(diǎn)分為幾組，每組有一個(gè)公共端和獨(dú)立的一個(gè)電源。匯點(diǎn)式輸入接線即可以用于直流輸入模塊，也可用于交流輸入模塊。直流輸入模塊的電源一般由PLC本身的電源供給，交流輸入模塊的電源由用戶提供。本項(xiàng)目輸入模塊的外部接線如附圖所示，它采用匯點(diǎn)式直流輸入方式。(a)(b)圖3.2匯點(diǎn)式輸入接線（a直流模塊b交流模塊）2、數(shù)字量輸出模塊的選擇和外部連線SM322數(shù)字量輸出模塊的作用是將S7-300的輸出信號(hào)傳給外部負(fù)載（即用戶輸出設(shè)備），并將S7-300內(nèi)部低電平信號(hào)轉(zhuǎn)換成外部所需要電平的輸出信號(hào)。因此每一個(gè)輸出點(diǎn)的輸出電路可等效為一個(gè)輸出繼電器，可直接用于驅(qū)動(dòng)電磁閥、接觸器、小型電機(jī)、燈和電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)器。按負(fù)載回路使用電源的不同，可分為直流輸出模塊、交流輸出模塊和交直流兩用輸出模塊三種。按輸出開(kāi)關(guān)器件的種類不同又可分為晶體管輸出方式、可控硅輸出方式和繼電器觸點(diǎn)輸出方式三種。晶體管輸出方式的模塊只能帶直流負(fù)載，屬于直流輸出模塊；可控硅輸出方式的模塊只能帶交流負(fù)載，屬于交流輸出模塊；繼電器觸點(diǎn)輸出方式的模塊可帶直流負(fù)載，也可帶交流負(fù)載，屬于交直流兩用輸出模塊。從響應(yīng)速度來(lái)看，晶體管響應(yīng)最快，繼電器最慢；從安全隔離效果和應(yīng)用靈活性角度來(lái)看，以繼電器觸點(diǎn)輸出型最佳。數(shù)字量輸出模塊SM322有七種型號(hào)輸出模塊可供選擇，即16點(diǎn)晶體管輸出、32點(diǎn)晶體管輸出、16點(diǎn)可控硅輸出、8點(diǎn)晶體管輸出、8點(diǎn)可控硅輸出、8點(diǎn)繼電器輸出和16點(diǎn)繼電器輸出模塊。模塊的每個(gè)輸出點(diǎn)有一個(gè)綠色發(fā)光二極管顯示輸出狀態(tài)，輸出邏輯“1”時(shí)，二極管發(fā)光。本次設(shè)計(jì)中，數(shù)字量輸出驅(qū)動(dòng)的主要是指示燈和電磁閥，考慮到安全性和皮帶的不頻繁啟動(dòng)的特性，故選用16點(diǎn)繼電器輸出的模塊SM322（6ES7322-1BH10-0AA0），輸出16個(gè)點(diǎn)，帶隔離，8點(diǎn)為一個(gè)組，24VDC額定負(fù)載電壓。操作臺(tái)和各遠(yuǎn)程I/O分別選1塊，共選用8塊。模塊是通過(guò)輸出端子與外部用戶輸出設(shè)備連接的。輸出模塊通常有若干個(gè)輸出點(diǎn)，每一個(gè)輸出點(diǎn)能驅(qū)動(dòng)一個(gè)用戶輸出設(shè)備（負(fù)載）。典型用戶輸出設(shè)備有繼電器、接觸器、電磁閥線圈以及信號(hào)燈等。輸出模塊與外部用戶輸出設(shè)備的接線分為匯點(diǎn)式輸出接線和分隔式輸出接線兩種基本接線形式。圖3.3匯點(diǎn)式輸出接線圖3.4分隔式輸出接線匯點(diǎn)式輸出接線如圖3.3所示，各輸出回路有一個(gè)公共端，可以是全部輸出信號(hào)為一組，共用一個(gè)公共端和一個(gè)電源；也可以將全部輸出點(diǎn)分為幾組，每組有一個(gè)公共端和獨(dú)立的一個(gè)電源。負(fù)載電源可以是直流也可以是交流，但必須是有用戶提供。匯點(diǎn)式輸出接線既可以用于直流輸出模塊，也可用于交流輸出模塊。分隔式輸出接線如圖3.4所示，每個(gè)輸出回路有兩個(gè)接線端，由單獨(dú)一個(gè)電源供電。相對(duì)于電源來(lái)說(shuō)，每個(gè)輸出點(diǎn)之間是相互隔離的。負(fù)載電源可以是交流，也可以是直流，它必須由用戶提供。本項(xiàng)目輸出模塊的外部接線如附圖所示，它采用匯點(diǎn)式輸出方式。4膠帶集中控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1集中控制的流程圖西門子的S7-300系列PLC所用的編程語(yǔ)言是西門子開(kāi)發(fā)的STEP7，這是一種可運(yùn)行于通用微機(jī)中，在WINDOWS環(huán)境下進(jìn)行編程的語(yǔ)言。將它通過(guò)計(jì)算機(jī)的串行口和一根PC/MPI轉(zhuǎn)接電纜與PLC的MPI口相連，即可進(jìn)行相互間的通信。通過(guò)STEP7編程軟件，不僅可以非常方便地使用梯形圖和語(yǔ)句表等形式進(jìn)行離線編程，經(jīng)過(guò)編譯后通過(guò)轉(zhuǎn)接電纜直接送入PLC的內(nèi)存中執(zhí)行，而且在調(diào)試運(yùn)行時(shí)，還可以在線監(jiān)視程序中各個(gè)輸入輸出或狀態(tài)點(diǎn)的通斷狀況，甚至可以在線修改程序中變量的值，給調(diào)試工作也帶來(lái)極大的方便。圖4.1系統(tǒng)軟件流程圖該集中控制系統(tǒng)共有三種工作方式。集控方式下，膠帶機(jī)和給煤機(jī)根據(jù)生產(chǎn)工藝流程預(yù)先編制的程序來(lái)集中控制啟停，各種保護(hù)均投入；就地方式下，膠帶機(jī)和給煤機(jī)由操作員控制手動(dòng)按鈕通過(guò)PLC分別控制它們的啟停，保護(hù)也均投入；檢修方式下，膠帶機(jī)和給煤機(jī)也采用手動(dòng)按鈕通過(guò)PLC分別控制啟停，但是保護(hù)可根據(jù)需要有選擇的進(jìn)行投入，各故障的投入選擇可在顯示屏內(nèi)進(jìn)行控制。4.2系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)4.2.1控制方式選擇我們通過(guò)控制臺(tái)的三位置選擇開(kāi)關(guān)來(lái)選擇系統(tǒng)的工作方式，任何時(shí)候只能處于一種工作方式。膠帶和給煤機(jī)在運(yùn)行的時(shí)候，工作方式不可改變。在觸摸平屏上可以由顯示燈來(lái)表示系統(tǒng)當(dāng)前的工作方式。集控方式下，按下顯示屏上的啟動(dòng)/停止控制按鈕，各條皮帶按設(shè)好的程序起停，啟動(dòng)允許信號(hào)可以由逆煤流的前一條皮帶啟動(dòng)一段時(shí)間后給出，停止信號(hào)可以由順煤流的前一條皮帶停止一段時(shí)間后給出，時(shí)間設(shè)定與膠帶運(yùn)行速度有關(guān)，以膠帶上煤流全部卸載完畢為最佳。下面我們以工作方式選擇和就地方式啟停為例進(jìn)行程序說(shuō)明。1、工作方式選擇程序段1：工作方式選擇。I0.0、I0.1、I0.2分別是集控方式、就地方式、檢修方式信號(hào)，當(dāng)在任一個(gè)工作方式下發(fā)出皮帶啟動(dòng)信號(hào)Q0.2后，不能再選擇其它工作方式。M0.7、M0.6、M0.5分別是三種方式下的自保信號(hào)，起自保作用。M0.0常閉結(jié)點(diǎn)不用來(lái)控制，只是讓梯形圖漂亮。2、就地方式啟?？刂瞥绦蚨?：I0.3是皮帶的啟動(dòng)按鈕，I0.4是其停止按鈕，M4.0是故障急停信號(hào)。有任何故障發(fā)出急停指令時(shí)不允許啟動(dòng)皮帶。程序段2：?jiǎn)?dòng)報(bào)警信號(hào)。當(dāng)M0.4閉合時(shí)，脈沖定時(shí)器T9開(kāi)始計(jì)時(shí)，發(fā)出30S的報(bào)警指令Q0.0。同時(shí)啟動(dòng)接通延時(shí)定時(shí)器T10。程序段3：當(dāng)30S延時(shí)預(yù)警成功后，向皮帶正式發(fā)出啟動(dòng)指令Q0.2。I1.2是皮帶電機(jī)運(yùn)行返回信號(hào)，起自保作用。Q1.0是操作臺(tái)上對(duì)應(yīng)運(yùn)行指示燈，PLC_D02是觸摸屏上的啟動(dòng)指示燈。啟動(dòng)允許信號(hào)發(fā)出后，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境和設(shè)備的工藝需求，在啟動(dòng)運(yùn)行皮帶沿線發(fā)出預(yù)警聲響，時(shí)間一般是30秒。只有在無(wú)故障啟動(dòng)的情況下，預(yù)警才會(huì)成功。4.2.2模擬量的處理膠帶在煤炭運(yùn)輸中的重要角色，讓煤礦無(wú)法忽視它的運(yùn)行狀況，因此，有效的監(jiān)測(cè)故障，及時(shí)采取預(yù)防措施，避免重大事故發(fā)生，或者盡量減少損失是非常必要的。膠帶常見(jiàn)的故障有以下幾種：跑偏、打滑、超速、斷帶、滾筒超溫、張緊下滑、縱撕、煙霧、堆煤等，同時(shí)我們?yōu)榱吮苊庖恍o(wú)法監(jiān)測(cè)的而又非常惡劣的事故發(fā)生，在膠帶輸送機(jī)的沿線，我們每隔80～100米設(shè)置一個(gè)拉線急停開(kāi)關(guān)。在第二章我們已經(jīng)確定了監(jiān)測(cè)各種故障的傳感器類型或方法，并確定了輸出信號(hào)類型。故障信號(hào)分為兩類：一類為數(shù)字信號(hào)，當(dāng)輸出為“1”時(shí)，即是報(bào)警信號(hào)，我們收到信號(hào)后，對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，或是皮帶緊急停機(jī)，或是只發(fā)出聲光報(bào)警。當(dāng)輸出為“0”時(shí)，膠帶運(yùn)行正常，無(wú)故障發(fā)生；另一類為模擬量信號(hào)，傳感器輸出的模擬量信號(hào)是標(biāo)準(zhǔn)的電壓或是電流信號(hào)，通過(guò)模擬輸入