基于PLC的供料控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

緒論皮帶運(yùn)輸是一種長(zhǎng)距離、大批量、告訴運(yùn)輸貨物原料的運(yùn)輸體系。皮帶傳輸系統(tǒng)因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便,造價(jià)低廉,被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中，如冶金、煤炭、港口、建筑、食品加工等。隨著冶煉廠規(guī)模的逐漸擴(kuò)大，礦石需求量逐漸提高，對(duì)冶煉廠供料系統(tǒng)的高效運(yùn)輸能力要求越來(lái)越高。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(dòng)方式的半自動(dòng)化系統(tǒng)?，F(xiàn)場(chǎng)環(huán)境十分惡劣,對(duì)設(shè)備損傷較大，使得設(shè)備會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)一些故障，例如有皮帶跑偏、打滑及撕裂等等。供料系統(tǒng)由于處在一個(gè)電網(wǎng)中,設(shè)備不能同時(shí)啟動(dòng)，必須有次序的啟動(dòng)和停止。如果供料系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)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(shí)停止,并給出故障指示信號(hào)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(shí)間.隨著冶煉廠規(guī)模的迅速擴(kuò)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(wú)法滿足冶煉廠的需要,因此需要對(duì)傳統(tǒng)的冶煉廠供料系統(tǒng)進(jìn)行改造.同時(shí)當(dāng)今世界是一個(gè)信息技術(shù)高度發(fā)展的世界，信息貫穿社會(huì)的每個(gè)角落，現(xiàn)代化的工廠。建立全自動(dòng)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(dòng)中解放出來(lái)。而且可以通過(guò)建立控制網(wǎng)絡(luò)將相距較遠(yuǎn)的各輸煤機(jī)架控制器相連，實(shí)現(xiàn)信息的相互傳遞，不僅保證了控制的時(shí)實(shí)性，可靠性，同時(shí)便于未來(lái)廠級(jí)或車(chē)間級(jí)的管理。因此,冶煉生產(chǎn)應(yīng)用自動(dòng)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(guò)程控制技術(shù)。隨著科技的不斷進(jìn)步，電子技術(shù)的不斷發(fā)展，過(guò)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(jì)算機(jī)過(guò)程控制等幾個(gè)階段。尤其是近一二十年來(lái)，隨著微處理器、計(jì)算機(jī)技術(shù)和過(guò)程自動(dòng)化控制理論的飛速發(fā)展，可編程控制器（PLC)性價(jià)比大幅提高，并得到了很快的普及和提高。可編程控制器具有信息存儲(chǔ)、邏輯判斷、精確、快速和自動(dòng)化程度高等特點(diǎn).將計(jì)算機(jī)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(dòng)效率，改善勞動(dòng)條件,提高熱效率，節(jié)約能源，降低成本,又具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性價(jià)比高、使用方便的優(yōu)點(diǎn).所以，PLC已成為工業(yè)自動(dòng)化控制的有力工具,是工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展方向.2系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)2。1礦石供料系統(tǒng)的工藝應(yīng)用及特點(diǎn)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(cāng)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(jì)可以自行設(shè)計(jì)與實(shí)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(lái)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(gè)礦石供料過(guò)程中，不可避免的礦石粉末飛揚(yáng),使得整個(gè)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(dòng)化水平。又因?yàn)樗哂锌煽啃院?、成本較低、運(yùn)行周期長(zhǎng)、更改方案靈活、節(jié)能和便于自動(dòng)化管理等特點(diǎn)。因此70年代已在歐洲大陸廣泛使用。90年代以來(lái)，我國(guó)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(yùn)行的穩(wěn)定、可靠，是保證冶煉廠高效運(yùn)行的關(guān)鍵。若通過(guò)合理的設(shè)計(jì)，使供料系統(tǒng)經(jīng)常處于最優(yōu)條件下工作，既可以延長(zhǎng)工作周期，提高工業(yè)生產(chǎn)量，也可以節(jié)能和減少勞動(dòng)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.（2）增加了供料系統(tǒng)的可靠性.(3）減少了供料系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)開(kāi)支。2。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(jī)構(gòu)和上位機(jī)組成。電氣執(zhí)行機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)控制的具體實(shí)施，它從PLC接收控制命令，然后相關(guān)的接觸器接點(diǎn)閉合或斷開(kāi),電路導(dǎo)通,設(shè)備獲得動(dòng)力繼而進(jìn)行動(dòng)作.如果單體設(shè)備故障，操作人員可以通過(guò)控制面板來(lái)進(jìn)行緊急停車(chē)，也可對(duì)設(shè)備進(jìn)行手動(dòng)停車(chē)操作.PLC是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的核心，所有自動(dòng)控制內(nèi)容都通過(guò)對(duì)它的編程實(shí)現(xiàn)。礦石供料系統(tǒng)的控制與其它車(chē)間略有不同,它的設(shè)備較多且重復(fù)，通過(guò)對(duì)PLC的編程來(lái)實(shí)現(xiàn)諸多設(shè)備的控制使得電氣接線簡(jiǎn)單許多，這是供料控制系統(tǒng)發(fā)展的一種趨勢(shì)。本設(shè)計(jì)冶煉廠供料系統(tǒng)部分由4臺(tái)皮帶機(jī)、1臺(tái)給料器、1臺(tái)粉碎機(jī)、1臺(tái)篩選機(jī)等,來(lái)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(shí)現(xiàn)直接輸送,應(yīng)由多條皮帶將各設(shè)備連接而成;同時(shí)供料系統(tǒng)是冶煉廠眾多環(huán)節(jié)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，礦石不經(jīng)供料系統(tǒng)的運(yùn)輸，就不能到達(dá)冶煉爐的爐膛，就不能進(jìn)行冶煉生產(chǎn)?？梢?jiàn)，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(yùn)行，采用傳感技術(shù)及其它檢測(cè)元件與PLC結(jié)合使用.該供料系統(tǒng)由四條供料皮帶機(jī)和粉碎機(jī)、篩選機(jī)連接組成的。這四條機(jī)架的輸料原理是完全一樣的，都是機(jī)架上的皮帶運(yùn)輸機(jī)。其中的篩選機(jī)包含一臺(tái)可以正反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)，它與稱(chēng)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(jī)粉碎。國(guó)內(nèi)礦石供料系統(tǒng)普遍采用皮帶運(yùn)輸?shù)姆绞?，該方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)輸?shù)拈L(zhǎng)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(gè)相關(guān)過(guò)程.其中篩選過(guò)程又由稱(chēng)重傳感器及可以正反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)組成.為了保證供料系統(tǒng)的可靠性，即不能間斷輸料，實(shí)際的供料系統(tǒng)采用每一機(jī)架兩條皮帶運(yùn)輸?shù)V石（見(jiàn)圖2—2—1)，當(dāng)其中一條皮帶運(yùn)輸機(jī)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，另一臺(tái)運(yùn)輸機(jī)接替運(yùn)行工作;或者由于運(yùn)行時(shí)間條件或電動(dòng)機(jī)過(guò)熱條件，兩運(yùn)輸機(jī)輪流運(yùn)行工作,但在這里只研究其簡(jiǎn)單運(yùn)行方式暫不考慮復(fù)雜方式.圖2—2—1礦石供料系統(tǒng)工藝過(guò)程簡(jiǎn)圖2.3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(dòng)按鈕.供料器開(kāi)始向皮帶一供料,皮帶一把礦石輸送到粉碎機(jī)，粉碎機(jī)把礦石料粉碎后經(jīng)二皮帶輸送到篩選機(jī),之后篩選機(jī)開(kāi)始工作（篩選機(jī)內(nèi)含有稱(chēng)重傳感器),當(dāng)?shù)V石重量比設(shè)定值大時(shí),其控制翻板的電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn),將大塊的礦石通過(guò)三皮帶送回粉碎機(jī)重新加工粉碎，然后控制翻板的電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)復(fù)位，規(guī)格符合要求的礦料直接通過(guò)四皮帶輸送到冶煉爐。其工藝流程圖如圖2—3—1所示.圖2—3-1工藝流程圖系統(tǒng)處于正常狀態(tài)下，當(dāng)接收到啟動(dòng)及停止信號(hào)時(shí)，其動(dòng)作如圖2-3—2所示。其停止過(guò)程則反之.圖2—3-2啟動(dòng)過(guò)程當(dāng)某設(shè)備需要臨時(shí)檢修時(shí)按下手動(dòng)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(chē)時(shí)，按下手動(dòng)緊急停止按鈕，此單體設(shè)備及其之前的設(shè)備同時(shí)緊急停止，并發(fā)出報(bào)警信號(hào)。3系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3。1系統(tǒng)主要設(shè)備選型根據(jù)對(duì)礦石供料控制系統(tǒng)的分析,畫(huà)出系統(tǒng)電氣控制總框圖,如圖3—1—1所示：圖3—1-1系統(tǒng)的電氣控制總框圖根據(jù)對(duì)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(kuò)展模塊、皮帶機(jī)、電動(dòng)機(jī)、電機(jī)過(guò)流檢測(cè)元件、稱(chēng)重傳感器、皮帶跑偏檢測(cè)元件、皮帶機(jī)打滑檢測(cè)裝置、皮帶機(jī)撕裂檢測(cè)元件。主要設(shè)備選型如表3-1—1.表3—1—1主要設(shè)備選型表3.1。1PLC簡(jiǎn)介可編程控制器，簡(jiǎn)稱(chēng)PLC（ProgrammablelogicController），是指以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置。在1987年國(guó)際電工委員會(huì)（InternationalElectricalCommittee)頒布的PLC標(biāo)準(zhǔn)草案中對(duì)PLC做了如下定義：“PLC是一種專(zhuān)門(mén)為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過(guò)數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出控制各種類(lèi)型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)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(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)。"PLC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(chǎng)設(shè)備與CPU之間；輸出部件-—連接驅(qū)動(dòng)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——四部分裝在同一機(jī)殼內(nèi);模塊式結(jié)構(gòu)的PLC-—各部件獨(dú)立封裝，稱(chēng)為模塊,通過(guò)機(jī)架和總線連接而成。I/O的能力可按用戶需要進(jìn)行擴(kuò)展和組合，另外,還必須有編程器將用戶程序?qū)戇M(jìn)規(guī)定的存儲(chǔ)器內(nèi).用PLC設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)具有如下的優(yōu)點(diǎn)：(1)能適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的惡劣環(huán)境，能抗電磁干擾與電壓沖擊。（2）簡(jiǎn)單，易于使用，不必要求微機(jī)軟硬件方面的知識(shí)，編程不需要高級(jí)語(yǔ)言.（3）可靠性高,平均故障間隔時(shí)間(MTBF）超過(guò)20000小時(shí),羅克韋爾公司的產(chǎn)品MTBF達(dá)到50000小時(shí)。（4）編程或修改程序容易，程序可以保存和固化。(5）體積小,價(jià)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(chǎng)。(7)可在基本系統(tǒng)上擴(kuò)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(kuò)展。(8)有很強(qiáng)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(chǎng)不需要時(shí),仍可改在另一現(xiàn)場(chǎng)使用等一系列優(yōu)點(diǎn)。本設(shè)計(jì)系統(tǒng)PLC采用的是梯形圖編程語(yǔ)言。梯形圖在形式上類(lèi)似于繼電器控制電路圖，它簡(jiǎn)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(hào),這些圖形符號(hào)被稱(chēng)為編程元件，每一個(gè)編程元件對(duì)應(yīng)有一個(gè)編號(hào)。不同廠家的PLC，其編程元件的多少及編號(hào)方法不盡相同，但是基本的元件及功能很相近.PLC的工作過(guò)程基本上是用戶的梯形圖程序的執(zhí)行過(guò)程，是在系統(tǒng)軟件的控制下順次掃描各輸入點(diǎn)的狀態(tài)，按用戶程序解算控制邏輯，然后順序向各個(gè)輸出點(diǎn)發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào)。除此之外，為提高工作的可靠性和及時(shí)的接收外來(lái)的控制命令，每個(gè)掃描周期還要進(jìn)行故障自診斷和處理與編程器、計(jì)算機(jī)的通信請(qǐng)求。因此,PLC工作過(guò)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(shí)能盡快的修復(fù),為此PLC每次掃描用戶程序以前都對(duì)CPU、存儲(chǔ)器、輸入輸出模塊等進(jìn)行故障診斷，若自診斷正常便繼續(xù)進(jìn)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(jī)并顯示出錯(cuò)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(jī)等通信接口，如有通信請(qǐng)求便響應(yīng)處理.在與編程器通信過(guò)程中，編程器把指令和修改參數(shù)發(fā)送給主機(jī),主機(jī)把要顯示的狀態(tài)、數(shù)據(jù)、錯(cuò)誤碼進(jìn)行相應(yīng)指示，編程器還可以向主機(jī)發(fā)送運(yùn)行、停止、清內(nèi)存等監(jiān)控命令。在與上位機(jī)通信過(guò)程中PLC將接收上位機(jī)發(fā)出的指令進(jìn)行相應(yīng)的操作,把現(xiàn)場(chǎng)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(jī)以及執(zhí)行啟動(dòng)、停機(jī)、修改參數(shù)等命令。(3）輸入現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)完成前兩步工作后PLC便掃描各個(gè)輸入點(diǎn)，讀入各點(diǎn)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，如開(kāi)關(guān)的通斷狀態(tài)、形成現(xiàn)場(chǎng)的內(nèi)存映象。這一過(guò)程也稱(chēng)為輸入采樣或輸出刷新，在一個(gè)掃描周期內(nèi)內(nèi)存映象的內(nèi)容不變，即使外部實(shí)際開(kāi)關(guān)狀態(tài)己經(jīng)發(fā)生了變化也只能在下一個(gè)掃描過(guò)程中的輸入采樣時(shí)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(shí)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)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(chǔ)器的最低地址存放的第一條程序開(kāi)始，在無(wú)跳轉(zhuǎn)的情況下按存儲(chǔ)器地址的遞增方向順序的掃描用戶程序，按用戶程序進(jìn)行邏輯判斷和算術(shù)運(yùn)算,因此稱(chēng)之為解算用戶邏輯。解算過(guò)程中所用的計(jì)數(shù)器、定時(shí)器，內(nèi)部繼電器等編程元件為相應(yīng)存儲(chǔ)單元的即時(shí)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(gè)掃描周期內(nèi)，某個(gè)輸入信號(hào)的狀態(tài)不管外部實(shí)際情況是否己經(jīng)變化，對(duì)整個(gè)用戶程序是一致的，不會(huì)造成結(jié)果混亂。(5)輸出結(jié)果將本次的掃描過(guò)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(chēng)為輸出刷新。解算用戶邏輯到用戶程序?yàn)橹?每一步所得到的輸出信號(hào)被存入輸出信號(hào)寄存表并未發(fā)送到輸出模塊，相當(dāng)于輸出信號(hào)被輸出門(mén)阻隔，待全部解算完成后打開(kāi)輸出門(mén)一并輸出,所用輸出信號(hào)由輸出狀態(tài)表送到輸出模塊,其相應(yīng)開(kāi)關(guān)動(dòng)作。驅(qū)動(dòng)用戶輸出設(shè)備即PLC的實(shí)際輸出。在依次完成上述五個(gè)步驟操作后PLC又開(kāi)始進(jìn)行下一次掃描。如此不斷的反復(fù)循環(huán)掃描,實(shí)現(xiàn)對(duì)全過(guò)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。2PLC及其擴(kuò)展模塊的選型PLC是整個(gè)供料控制系統(tǒng)的核心，它要完成對(duì)系統(tǒng)中所有輸入信號(hào)的采集、所有輸出單元的控制以及對(duì)外的數(shù)據(jù)交換。因此我們?cè)谶x擇PLC時(shí)，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(kuò)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(jì)礦石供料自動(dòng)控制系統(tǒng)控制設(shè)備相對(duì)較少，因此選用德國(guó)SIEMENS公司的S7—200型PLC。S7-200型PLC的結(jié)構(gòu)緊湊，價(jià)格低廉，具有較高的性價(jià)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(kuò)展性好，又有較豐富的通信指令，且通信協(xié)議簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn);PLC可以上接工控計(jì)算機(jī)，對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)控制。PLC和上位機(jī)的通信采用PC/PPI電纜，支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)接口(PPI)協(xié)議,PC/PPI電纜可以方便實(shí)現(xiàn)PLC的通信接口RS485到PC機(jī)的通信接口RS232的轉(zhuǎn)換,用戶程序有三級(jí)口令保護(hù),可以對(duì)程序?qū)嵤┌踩Ｗo(hù)。根據(jù)控制系統(tǒng)實(shí)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(kāi)關(guān)量輸出為16點(diǎn)，輸出形式為AC220V繼電器輸出；開(kāi)關(guān)量輸入CPU226為16點(diǎn)，輸入形式為+24V直流輸入。由于實(shí)際中需要模擬量輸入點(diǎn)1個(gè)，模擬量輸出點(diǎn)1個(gè)，所以需要擴(kuò)展，擴(kuò)展模塊選擇的是EM235,該模塊有4個(gè)模擬輸入（AIW），1個(gè)模擬輸出（AQW）信號(hào)通道。輸入輸出信號(hào)接入端口時(shí)能夠自動(dòng)完成A/D的轉(zhuǎn)換，標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)能夠轉(zhuǎn)換成一個(gè)字長(zhǎng)（16bit)的數(shù)字信號(hào);輸出信號(hào)接出端口時(shí)能夠自動(dòng)完成D/A的轉(zhuǎn)換，一個(gè)字長(zhǎng)（16bit）的數(shù)字信號(hào)能夠轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)輸出信號(hào)。EM235模塊可以針對(duì)不同的標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào),通過(guò)DIP開(kāi)關(guān)進(jìn)行設(shè)置.3。1.3皮帶機(jī)的選型皮帶機(jī)型號(hào)選擇正確與否是供料系統(tǒng)中相當(dāng)重要的一個(gè)環(huán)節(jié),如果選擇的型號(hào)過(guò)小則會(huì)因負(fù)荷過(guò)大而將電機(jī)燒毀或造成皮帶的斷裂,而如果選擇的型號(hào)過(guò)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(fèi)浪費(fèi)。皮帶機(jī)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(jìn)行大體的選型及考慮每小時(shí)皮帶機(jī)需要輸送多少?lài)嵉V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(jī)的型號(hào)。本設(shè)計(jì)中選用DSJ1200/3×355型皮帶機(jī)。3。1.4電動(dòng)機(jī)的選型電動(dòng)機(jī)選型基本原則，一是要確保平穩(wěn)運(yùn)行;二是要確保其負(fù)載能力能滿足現(xiàn)場(chǎng)需要，以達(dá)到較好的節(jié)能效果。所選用的電動(dòng)機(jī)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(chǎng)輸料量,然后根據(jù)輸料量來(lái)確定電動(dòng)機(jī)的機(jī)械負(fù)載能力，根據(jù)機(jī)械負(fù)載能力額定容量、額定轉(zhuǎn)速、額定電壓等來(lái)選擇電動(dòng)機(jī)的型號(hào).要為某一生產(chǎn)機(jī)械選配一臺(tái)電動(dòng)機(jī)，首先要合理選擇電動(dòng)機(jī)的功率。通常根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械負(fù)載的需要來(lái)選擇電動(dòng)機(jī)的功率，同時(shí)，還要考慮負(fù)載的工作制問(wèn)題，也就是說(shuō)，所選的電動(dòng)機(jī)應(yīng)適應(yīng)機(jī)械負(fù)載的連續(xù)、短時(shí)或間斷周期工作性質(zhì)。功率選用時(shí)不能太大,也不能太小。選小了，保證不了電動(dòng)機(jī)和生產(chǎn)機(jī)械的正常工作；選大了,雖然能保證正常運(yùn)行，但是不經(jīng)濟(jì)，電動(dòng)機(jī)容量不能被充分利用，而且電動(dòng)機(jī)經(jīng)常不能滿載運(yùn)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(dòng)機(jī)的額定電壓與頻率同供電電源電壓與頻率相符合。電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速一定要按生產(chǎn)機(jī)械銘牌上的要求選擇，否則可能改變生產(chǎn)機(jī)械的性能。此外，電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)、防護(hù)、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(jī)能安全可靠的運(yùn)行.由于設(shè)備處于眾多礦料環(huán)境中,應(yīng)選用防爆電動(dòng)機(jī)，因此本設(shè)計(jì)中篩選機(jī)中用于帶動(dòng)翻板的電機(jī)選用功率為75KW的北京高壓電機(jī)廠生產(chǎn)的YB2防爆電動(dòng)機(jī)。3.1。5電機(jī)過(guò)流檢測(cè)元件的選型開(kāi)始考慮的是電流互感器。電流互感器的工作原理，在測(cè)量交變電流大電流時(shí),為了能夠安全測(cè)量，在火線（或接地線）上串聯(lián)一個(gè)變壓器（接在變壓器的輸入端)，這個(gè)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(shí)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，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(hào)為模擬電信號(hào)。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(cè)量電流，并在達(dá)到額定電流時(shí)輸出開(kāi)關(guān)量的驅(qū)動(dòng)信號(hào)?？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(guò)流、短路保護(hù)、電流檢測(cè)等,響應(yīng)速度極快，性能卓越.經(jīng)過(guò)比較發(fā)現(xiàn)電流互感器輸出的信號(hào)為模擬量,不能直接驅(qū)動(dòng)PLC，，不免有些麻煩，因此本設(shè)計(jì)中選用可以直接驅(qū)動(dòng)PLC的SMD系列數(shù)字開(kāi)關(guān)型電流傳感器(電流互感器）。3。1。6稱(chēng)重傳感器的選型稱(chēng)重傳感器實(shí)際上是一種將質(zhì)量信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓽y(cè)量的電信號(hào)輸出的裝置。稱(chēng)重傳感器按轉(zhuǎn)換方法分為光電式、液壓式、電磁力式、電容式、磁極變形式、振動(dòng)式、陀螺儀式、電阻應(yīng)變式等8類(lèi)。其中,電磁力式傳感器準(zhǔn)確度高，可達(dá)1/2000~1/60000，但稱(chēng)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(chēng)量工作，稱(chēng)量范圍為幾十至幾萬(wàn)千克。振動(dòng)式傳感器有振弦式和音叉式兩種。稱(chēng)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(jià)高.電阻應(yīng)變式傳感器的稱(chēng)量范圍為300g至數(shù)千kg，計(jì)量準(zhǔn)確度達(dá)1/1000～1/10000，結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)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(shí)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(cè)量電路和傳輸電纜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(shí)，其上的應(yīng)變片隨之變形，并導(dǎo)致電阻改變。測(cè)量電路測(cè)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(hào)輸出。電信號(hào)經(jīng)處理后以數(shù)字形式顯示出被測(cè)物的質(zhì)量。根據(jù)實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)要求及經(jīng)濟(jì)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(cè)元件的選型皮帶運(yùn)輸機(jī)運(yùn)行時(shí)皮帶跑偏是最常見(jiàn)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(jī)架劇烈摩擦引起皮帶軟化、燒焦甚至引起火災(zāi)，造成整個(gè)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(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)的正常運(yùn)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(jiàn)光照射后即產(chǎn)生光電效應(yīng),將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出。它除能測(cè)量光強(qiáng)之外，還能利用光線的透射、遮擋、反射、干涉等測(cè)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_blank”光電管和_blank"光電傳感器(見(jiàn)_blank”位移傳感器）和數(shù)字式光電傳感器（見(jiàn)HYPERLINK”http：///view/485254。htm"\t”_blank"轉(zhuǎn)速傳感器、光柵式傳感器、HYPERLINK”/view/485234。htm"\t”_blank”數(shù)字式傳感器）。光電式傳感器還有光纖傳感器、_blank”固體圖像傳感器等。因?yàn)榈V石供料系統(tǒng)工作現(xiàn)場(chǎng)條件惡劣,環(huán)境不適合高精度元件工作，所以本設(shè)計(jì)選用常見(jiàn)的光電二極管.光電二極管是將光信號(hào)變成電信號(hào)的半導(dǎo)體器件。它的核心部分也是一個(gè)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(méi)有光照時(shí),反向電流很小(一般小于0.1微安)，稱(chēng)為暗電流。當(dāng)有光照時(shí)，攜帶能量的光子進(jìn)入PN結(jié)后，把能量傳給共價(jià)鍵上的束縛電子，使部分電子掙脫共價(jià)鍵，從而產(chǎn)生電子—-—空穴對(duì),稱(chēng)為光生載流子。它們?cè)诜聪螂妷鹤饔孟聟⒓悠七\(yùn)動(dòng)，使反向電流明顯變大，光的強(qiáng)度越大,反向電流也越大.這種特性稱(chēng)為“光電導(dǎo)”。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(hào)，而且這個(gè)電信號(hào)隨著光的變化而相應(yīng)變化。3。1.8皮帶機(jī)打滑檢測(cè)元件的選型皮帶打滑是由于皮帶在與主動(dòng)滾筒相遇點(diǎn)上的實(shí)際張力大于皮帶兩端張力的極限值而產(chǎn)生的。此時(shí)皮帶運(yùn)輸機(jī)電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩降低.皮帶過(guò)負(fù)荷故障是由于皮帶裝載礦石量過(guò)大對(duì)托滾的正壓力N增加,托滾軸上的磨擦阻力T=f×N（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(jī)輸出轉(zhuǎn)矩增加。因此,為時(shí)刻檢測(cè)皮帶機(jī)是否發(fā)生打滑情況,現(xiàn)想出兩種方法:一、用兩個(gè)速度傳感器分別檢測(cè)電機(jī)和皮帶的速度，經(jīng)比較如果不一致則可認(rèn)為皮帶打滑,但這為軟件編程帶來(lái)一定的難度,且不方便。二、直接用轉(zhuǎn)矩傳感器檢測(cè)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(hào)的傳感器.扭軸的形式有實(shí)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(jì)選用GSC200智能型速度傳感器,其主要用于對(duì)煤礦井下膠帶運(yùn)輸機(jī)因堆煤而引起的皮帶打滑對(duì)皮帶機(jī)的從動(dòng)輪進(jìn)行監(jiān)控，轉(zhuǎn)速分別分為1、2、3轉(zhuǎn)/秒三個(gè)檔,供現(xiàn)場(chǎng)整定用，正常時(shí)，速度傳感器輸出端“速度"輸出高電平,當(dāng)從動(dòng)輪的速度低于整定值25%時(shí)，經(jīng)過(guò)10～15秒延時(shí),GSC200型速度傳感器輸出端“速度”輸出低電平,通過(guò)主機(jī)自動(dòng)切斷皮帶機(jī)電源，實(shí)現(xiàn)低速保護(hù)。GSC200型速度傳感器為全封閉結(jié)構(gòu)，有三個(gè)接線端子供與主機(jī)配接用。3。1。9皮帶機(jī)撕裂元件的選型在運(yùn)輸線上,物料從溜槽落下,其鋒利部分往往扎透皮帶,當(dāng)運(yùn)輸線繼續(xù)運(yùn)行時(shí)，皮帶從扎透處沿縱向依次被撕裂,成為引起大事故的原因。等到皮帶損傷到不能修理的程度,就得換皮帶，使運(yùn)輸線不得不停運(yùn)，造成很大損失。那么如何來(lái)檢測(cè)皮帶縱向撕裂事故，避免更大事故以及停產(chǎn)的發(fā)生呢？目前主要使采用縱向撕裂探測(cè)器來(lái)檢測(cè).縱向撕裂檢測(cè)器采用攔索式方法，攔索通過(guò)滑板與開(kāi)關(guān)連接，使開(kāi)關(guān)隨著攔索的牽移而輸出停機(jī)信號(hào)。本設(shè)計(jì)選用成都市地坤機(jī)械設(shè)計(jì)研究所生產(chǎn)的2501系列縱向撕裂檢測(cè)器.它主要用于檢測(cè)各種規(guī)格型號(hào)的帶式輸送機(jī)膠帶縱向撕裂（惡性事故），當(dāng)膠帶發(fā)生縱向撕裂時(shí)能及時(shí)發(fā)出停機(jī)信號(hào)以防止撕裂事故擴(kuò)大化，給用戶造成嚴(yán)重?fù)p失。2501-L—Y型：(無(wú)控制箱）由n個(gè)傳感器組成，(n=m—1；m為緩沖托輥數(shù)），每個(gè)受料段設(shè)一組；從傳感器內(nèi)直接輸出停機(jī)信號(hào)。撕裂傳感器應(yīng)安裝在受料段膠帶下緩沖托輥之間，控制箱應(yīng)就近安裝在附近機(jī)架上；調(diào)整滑板和索桿使攔索距膠帶下表面20-30mm，再調(diào)整調(diào)線器使攔索張緊,且開(kāi)關(guān)也處于動(dòng)作狀態(tài)即可。新安裝的撕裂傳感器應(yīng)每隔5日按上述方法重新調(diào)整2~4次以消除因攔索伸縮而引起誤差。3。2系統(tǒng)主電路設(shè)計(jì)基于PLC的礦石供料系統(tǒng)的主電路圖如圖3—2—1所示:八臺(tái)電機(jī)分別為M1、M2、M3…M8，它們分別帶動(dòng)給料器、皮帶一、粉碎機(jī)、二皮帶、篩選機(jī)、三皮帶、四皮帶、冶煉爐。接觸器KM1、KM2、KM3…KM8分別控制M1、M2、M3…M8的得電運(yùn)行;FR1、FR2、FR3…FR8分別為八臺(tái)電機(jī)過(guò)載保護(hù)用的熱繼電器；QS為八臺(tái)電機(jī)主電路的隔離開(kāi)關(guān)；FU為主電路的熔斷器。接通三相電源后，三相電經(jīng)低壓熔斷器FU、隔離開(kāi)關(guān)QS。當(dāng)供料系統(tǒng)按下啟動(dòng)按鈕后，KM1得電，電機(jī)M1開(kāi)始運(yùn)行，經(jīng)PLC的定時(shí)器延時(shí)一段時(shí)間后，KM2得電，電機(jī)M2運(yùn)行,其后類(lèi)推。這里的KM1、KM2、KM3…KM8絕對(duì)不能同時(shí)動(dòng)作,相互之間必須設(shè)計(jì)可靠的互鎖,此互鎖在軟件中實(shí)現(xiàn)。為監(jiān)控電機(jī)負(fù)載運(yùn)行情況，主回路的電流大小可以通過(guò)電流互感器將數(shù)字開(kāi)關(guān)量信號(hào)送至PLC來(lái)處理.同時(shí)可以通過(guò)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)接電壓表顯示線電壓。并通過(guò)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)利用同一個(gè)電壓表顯示不同相之間的線電壓.初始運(yùn)行時(shí)，必須觀察電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向,使之符合要求。如果轉(zhuǎn)向相反，則可以改變電源的相序來(lái)獲得正確的轉(zhuǎn)向.系統(tǒng)啟動(dòng)、運(yùn)行和停止的操作不能直接斷開(kāi)主電路（如直接使熔斷器或隔離開(kāi)關(guān)斷開(kāi)），必須采用自耦變壓器降壓?jiǎn)?dòng)或軟啟動(dòng)的方式以降低電流.圖3-2—1礦石供料系統(tǒng)主電路圖3。3系統(tǒng)硬件配置及I/O接線圖根據(jù)以上硬件的選型我們可以知道，上位機(jī)通過(guò)PLC自帶的RS-232串口與之通信,并可以對(duì)PLC的工作狀況進(jìn)行監(jiān)控。PLC的CPU模塊負(fù)責(zé)PLC的數(shù)據(jù)處理和通信,用于實(shí)現(xiàn)對(duì)礦石供料系統(tǒng)的自動(dòng)控制，要完成以下功能:可自動(dòng)控制給料器、粉碎機(jī)、篩選機(jī)、皮帶機(jī)及冶煉爐的順序啟停;對(duì)各單體設(shè)備的操作要有手動(dòng)/自動(dòng)控制功能,手動(dòng)只在應(yīng)急或檢修時(shí)臨時(shí)使用；系統(tǒng)要有完善的報(bào)警功能并能顯示運(yùn)行狀況.其硬件配置如圖3—3—1所示。圖3-3-1PLC及擴(kuò)展模塊外圍接線圖EM235模擬量擴(kuò)展模塊實(shí)現(xiàn)了4路模擬量輸入和1路模擬量輸出功能。EM235模擬量擴(kuò)展模塊的接線方法如圖3-3—2所示，對(duì)于電壓信號(hào),按正、負(fù)極直接接入X＋和X－；對(duì)于電流信號(hào),將RX和X＋短接后接入電流輸入信號(hào)的“＋"端;未連接傳感器的通道要將X＋和X－短接。圖3—3-2EM235端子連接圖控制系統(tǒng)的輸入信號(hào)的名稱(chēng)、代碼及地址編號(hào)如表3—3—1所示.表3-3-1輸入點(diǎn)代碼及地址編號(hào)名稱(chēng)代碼地址代碼輸入信號(hào)自動(dòng)順序啟動(dòng)按鈕SB1I0.0自動(dòng)順序停止按鈕SB2I0。1手動(dòng)停止按鈕SB3I2。0給料機(jī)緊急停止按鈕SB4I1。0給料機(jī)手動(dòng)停止按鈕SB5I2.1一皮帶緊急停止按鈕SB6I1.1一皮帶手動(dòng)停止按鈕SB7I2.2粉碎機(jī)緊急停止按鈕SB8I1.2粉碎機(jī)手動(dòng)停止按鈕SB9I2。3二皮帶緊