機電一體化技術(shù)畢業(yè)設(shè)計完整版

1、<p>　　濱州職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計</p><p>　　題 目 PLC的皮帶集中控制系統(tǒng)設(shè)計 </p><p>　　學(xué) 生 劉新利 </p><p>　　學(xué) 號 </p><p>　　專

2、業(yè)班級 機電一體化技術(shù) </p><p>　　部門名稱 電氣工程學(xué)院 </p><p>　　指導(dǎo)教師 王新 </p><p>　　二○一○三年五月二十日</p><p>　　濱州職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書</p><

3、;p>　　機電一體化技術(shù)專業(yè) 10 年級</p><p>　　2013年 4 月 15日批準(zhǔn)</p><p><b>　　專業(yè)負(fù)責(zé)人：曹艷艷</b></p><p><b>　　發(fā)放經(jīng)手人：王新 </b></p><p>　　1．畢業(yè)設(shè)計題目：PLC的皮帶集中控制系統(tǒng)設(shè)計</p>

4、;<p>　　2．學(xué)生完成全部任務(wù)期限： 2013 年 6 月 20 日</p><p>　　3．任務(wù)要求：1 了解煤礦皮帶運輸系統(tǒng)運行工藝；</p><p>　　2 針對某一煤礦皮帶運輸?shù)膶嶋H情況，設(shè)計一種基于PLC的皮帶集中控制系統(tǒng)；</p><p>　　3 用AUTOCAD繪制系統(tǒng)的相關(guān)圖紙；</p><p>　　4

5、 用PLC語言編制控制系統(tǒng)軟件</p><p>　　4．發(fā)出日期：2013年4 月15日</p><p>　　指 導(dǎo) 教 師： 王新 （簽名）</p><p>　　學(xué)生： 劉新利 （簽名）</p><p>　　濱州職業(yè)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)設(shè)計進(jìn)程表</p><p>　　學(xué)生姓名：劉新利 學(xué)號:

6、 專業(yè)年級：10機電一體化一班 指導(dǎo)教師: 王建 論文設(shè)計題目：PLC的皮帶集中控制系統(tǒng)設(shè)計</p><p>　　濱州職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計中期檢查登記表</p><p>　　學(xué)生姓名：劉新利 學(xué)號： 專業(yè)年級：10機電一體化一班指導(dǎo)教師： 王建 畢業(yè)設(shè)計題目：PLC的皮帶集中控制系統(tǒng)設(shè)</p><p>　

7、　注：日期和指導(dǎo)、檢查內(nèi)容由指導(dǎo)教師填寫。</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　煤礦的運輸系統(tǒng)對保證礦井正常生產(chǎn)起著非常重要的作用。為了保證煤礦運輸系統(tǒng)可靠安全運行，對帶式輸送機進(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為背景，設(shè)計出了以PLC技術(shù)為核心的集中控制系統(tǒng)，提高了運輸系統(tǒng)的監(jiān)測和控制水平。</p&

8、gt;<p>　　文中首先介紹了本次設(shè)計的背景，然后設(shè)計了膠帶輸送機集中控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和應(yīng)具有的控制功能，參數(shù)的檢測和故障保護(hù)裝置，確定了各故障檢測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對系統(tǒng)進(jìn)行硬件和軟件設(shè)計，其中包括PLC的模塊配置及外部連線，梯形圖程序設(shè)計。最后提出PLC控制系統(tǒng)的主要干擾源，并設(shè)計了抗干擾的措施。</p><p>　　關(guān)鍵詞：膠帶輸送機；

9、 S7-300； 集中控制系統(tǒng)</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1 緒論7</b></p><p><b>　　1.1 概述7</b></p><p>　　1.2 膠帶輸送機集中控制系統(tǒng)7</p><p&g

10、t;　　1.2.1 膠帶輸送機集中控制系統(tǒng)的重要性7</p><p>　　1.2.2 集中控制系統(tǒng)的發(fā)展及存在的問題8</p><p>　　1.3 本課題研究的主要內(nèi)容9</p><p>　　2 膠帶機集中控制系統(tǒng)的總體設(shè)計10</p><p>　　2.1 課題背景介紹10</p><p>　　2.2 膠帶輸

11、送機集中控制系統(tǒng)的功能設(shè)計11</p><p>　　2.3 膠帶輸送機集中控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計12</p><p>　　2.4膠帶輸送機集中控制系統(tǒng)設(shè)備構(gòu)成14</p><p>　　2.4.1 膠帶輸送機14</p><p>　　2.4.2 PLC簡述15</p><p>　　2.4.3 人機界面HMI19&l

12、t;/p><p>　　3 膠帶輸送機集控系統(tǒng)硬件設(shè)計21</p><p>　　3.1 SIMATIC S7-300 PLC簡介21</p><p>　　3.1.1 SIMATIC S7-300 PLC簡介21</p><p>　　3.1.2 模塊安裝23</p><p>　　3.2 集控系統(tǒng)PLC的設(shè)計23<

13、;/p><p>　　3.2.1 CPU的選擇23</p><p>　　3.2.2數(shù)字量模塊選擇26</p><p>　　4 膠帶集中控制系統(tǒng)軟件設(shè)計30</p><p>　　4.1 集中控制的流程圖30</p><p>　　4.2 系統(tǒng)軟件實現(xiàn)31</p><p>　　4.2.1 控制方式

14、選擇31</p><p>　　4.2.2 模擬量的處理33</p><p><b>　　5 總結(jié)34</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn):36</b></p><p><b>　　致 謝37</b></p><p><b>

15、;　　1 緒論</b></p><p><b>　　1.1 概述</b></p><p>　　煤炭運輸是煤炭生產(chǎn)過程中不可缺少的一部分。礦井中，運輸線路比較長，巷道條件多種多樣，運輸若不通暢，采掘工作或是其它的工作都無法進(jìn)行，整個煤炭生產(chǎn)系統(tǒng)將處于癱瘓狀態(tài)。礦井運輸機械的類型很多，按運行方式不同，可分為連續(xù)運行和往返運行兩種。連續(xù)運行式運輸設(shè)備的特點是，一

16、經(jīng)開動就不需操作而連續(xù)運行。普通膠帶機、鋼繩芯膠帶輸送機、鋼繩牽引膠帶輸送機等均屬于此類運輸設(shè)備。往返運行式運輸設(shè)備的特點是，在運行區(qū)間，以一定的方式，作往返式周期性運行，運行中需要操作換向。機車運輸及單繩牽引運輸?shù)葘儆诖祟愡\輸設(shè)備。</p><p>　　隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，礦井生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴大，運輸系統(tǒng)也經(jīng)歷了不斷的變革和進(jìn)步，并以煤流運輸?shù)倪B續(xù)化（輸送機化），設(shè)備大型化（使用長運距、大運營、高運速、大功

17、率輸送機）、自動化、高可靠性與安全性能來保證礦井的連續(xù)、高效生產(chǎn)。</p><p>　　礦井膠帶運輸系統(tǒng)，是由多條膠帶搭接或由煤倉轉(zhuǎn)載形成的煤流運輸系統(tǒng)，因此它內(nèi)部的基本運輸單元就是單臺膠帶機。膠帶輸送機是選煤廣的主要運輸設(shè)備，它可用于物料的水平或傾斜運輸上。由于膠帶輸送機的輸送能力變化范圍大、運輸距離長、貨載和輸送機間沒有相對運動、運轉(zhuǎn)時阻力小等，因而具有適應(yīng)性強、工作平穩(wěn)可靠、動力消耗小、機件磨損小、使用維修

18、方便等優(yōu)點，在選煤廠中得到廣泛應(yīng)用。</p><p>　　1.2 膠帶輸送機集中控制系統(tǒng)</p><p>　　1.2.1 膠帶輸送機集中控制系統(tǒng)的重要性</p><p>　　礦井膠帶運輸系統(tǒng)是原煤運輸?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行受到很大程度的重視。由于礦井膠帶運輸系統(tǒng)分布廣、信息分散以及控制要求高的特點，隨著礦井生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴大，以及技術(shù)

19、水平的不斷提高，現(xiàn)代化礦井也需要現(xiàn)代化的管理，因此對膠帶運輸系統(tǒng)的控制和管理提出了更高的要求。</p><p>　　以往對膠帶輸送機都采用人工就地分臺控制，即每臺輸送機的控制均由一名司機就地操作，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，并因每個司機的思想素質(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

20、，是在整個運輸線上新增一套集中控制裝置，在控制室內(nèi)集中操縱機構(gòu)，由一名司機來完成操作。這不但節(jié)省了大量的司機人員，也為及時發(fā)現(xiàn)故障，縮短停產(chǎn)時間和綜合自動化創(chuàng)造了條件。目前，已經(jīng)成為礦井膠帶運輸?shù)闹饕刂品绞健?lt;/p><p>　　1.2.2 集中控制系統(tǒng)的發(fā)展及存在的問題</p><p>　　在煤礦中，煤流的運輸一般在幾百米到十幾公里之間，因此它的運輸系統(tǒng)要有多臺膠帶輸送機、給煤機、煤倉

21、等構(gòu)成，協(xié)調(diào)配合完成長距離運輸任務(wù)。為保證運輸系統(tǒng)的安全可靠，提高運輸效率，對其進(jìn)行完善的管理和監(jiān)控是現(xiàn)代礦井煤流運輸迫切需要的一項技術(shù)。</p><p>　　隨著礦井功能和規(guī)模的不斷擴大，計算機技術(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，對膠帶輸送機的集中控制系統(tǒng)也得到了飛速發(fā)展。從單臺控制系統(tǒng)到多臺的集中控制系統(tǒng)，有價格相對較貴的PLC構(gòu)成的系統(tǒng)和低廉的單片機應(yīng)用系統(tǒng)。目前，雖然市場上有著各式各樣方案構(gòu)

22、成的集控系統(tǒng)，但發(fā)展的方向是一致的，那就是朝自動化、智能化、信息化的方向發(fā)展。</p><p>　　皮帶機的綜合自動化控制是整個礦井實現(xiàn)自動控制的重要組成部分。 目前對膠帶輸送機集中控制系統(tǒng)存在的主要問題有：</p><p>　　(1)在安全保護(hù)方面，為提高膠帶輸送機運行的可靠性，安全性，減少故障，提高效率，多種檢測方法已應(yīng)用于電動機、液力偶合器、減速器和膠帶運行系統(tǒng)故障檢測，但

23、是這些系統(tǒng)是相互獨立的。</p><p>　　(2)故障檢測系統(tǒng)誤報率高。誤報將造成膠帶輸送機不應(yīng)有的停機，使全礦井停產(chǎn)，對礦井生產(chǎn)造成極大影響。</p><p>　　(3)皮帶機的控制、運行、保護(hù)等信息不能較好的與礦井其他控制系統(tǒng)共享，不能與整個礦井信息系統(tǒng)的集成。視頻監(jiān)視系統(tǒng)不規(guī)范，沒有語音通訊功能，不能實現(xiàn)無人值守。</p><p>　　1.3 本課題研究的主

24、要內(nèi)容</p><p>　　礦井生產(chǎn)自動化已經(jīng)成為一種趨勢，如何更好的實現(xiàn)礦井運輸系統(tǒng)的集中安全控制管理是現(xiàn)在迫切解決的問題。而皮帶機集中控制系統(tǒng)可實現(xiàn)對整個皮帶機運輸系統(tǒng)的遙測、遙信、遙控，提高生產(chǎn)效率、降低事故率，減少故障處理時間、減少現(xiàn)場操作人員、提高經(jīng)濟效益。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為背景，設(shè)計一種基于PLC的運輸皮帶和給煤機的集中控制系統(tǒng)。</p><

25、;p>　　本次設(shè)計主要內(nèi)容如下：</p><p>　　(1)對膠帶運輸控制系統(tǒng)概述。</p><p>　　(2)以煤礦主斜井與地面膠帶輸送機為背景，概述膠帶輸送機集中控制系統(tǒng)的功能，設(shè)計其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，討論要監(jiān)控的故障對象、傳感器配置及對故障的處理措施。 </p><p>　　(3)膠帶集控系統(tǒng)的硬件設(shè)計，進(jìn)行S7-300 PLC模塊選型和外部連線設(shè)計。為了使集控

26、系統(tǒng)更加完善，實現(xiàn)控制的可觀化、清晰化，加入了觸摸屏設(shè)計。它可以實時顯示系統(tǒng)的運行情況和各種故障情況，進(jìn)行及時的報警顯示和記錄。</p><p>　　(4)進(jìn)行系統(tǒng)的軟件設(shè)計，實現(xiàn)系統(tǒng)功能。</p><p>　　2 膠帶機集中控制系統(tǒng)的總體設(shè)計</p><p>　　2.1 課題背景介紹</p><p>　　一般中型煤礦，采用帶式運輸機作為主要

27、運輸方式，其主運輸系統(tǒng)包括主提升帶式輸送機、走廊帶式輸送機、振動篩、中煤塊帶式輸送機、大煤塊帶式輸送機、過橋帶式輸送機和末煤刮板輸送機、煤倉等。各條皮帶機都由一臺電動機驅(qū)動，正常運行速度為2m/s，其中振動篩為雙層的，每條皮帶機均設(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。</p><p>　　圖2.1 運輸工藝流程圖</p><p>

28、;　　如圖所示，煤炭從井底煤倉經(jīng)給煤機運到主提升皮帶，通過主斜井中的主提升皮帶運至地面，經(jīng)地面的走廊皮帶輸送機轉(zhuǎn)運到振動篩，振動篩為雙層的，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，中塊煤經(jīng)中塊皮帶運到中塊煤倉，而末煤先通過過橋皮帶轉(zhuǎn)運，再利用過橋皮帶機尾的分煤擋板分到兩條末煤刮板輸送機上，運輸?shù)礁髯缘拿簜}，其分煤擋板是固定的。</p><p>　　本礦井皮帶運輸系統(tǒng)控制采用繼電器控制，可

29、靠性差、體積大、故障率高、勞動強度較大。其控制方式有兩種：集中手動控制和就地控制，沒有集中自動控制，所有的控制都由人來操作。集中控制室設(shè)在選煤樓振動篩的附近，由控制柜、操作臺和觸摸屏組成。皮帶機的控制通過操作臺上對應(yīng)的啟停按鈕集中控制，觸摸屏實時顯示皮帶的運行狀態(tài)和故障狀態(tài)集、故障位置。各皮帶機的機頭或機尾都設(shè)置就地控制箱，在檢修或特殊情況下進(jìn)行現(xiàn)場的就地啟停控制。皮帶按逆煤流啟動，順煤流停車。啟動順序為：末煤刮板機、過橋皮帶、大小塊皮

30、帶、振動篩、走廊皮帶、主提升皮帶、給煤機；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，勞動量大、效率低。</p><p>　　2.2 膠帶輸送機集中控制系統(tǒng)的功能設(shè)計</p><p>　　本膠帶輸送機集中控制系統(tǒng)具有的功能如下所述：</p><p>　　1) 本系統(tǒng)有集控、就地、檢修三種工作模式。一般系統(tǒng)運行在集控工作模式下，當(dāng)組成生產(chǎn)流水線時，本機根據(jù)前后閉

31、鎖關(guān)系自動啟停，同時檢測各檢測保護(hù)設(shè)備的狀況；運行就地工作模式時，操作員手動操作按鈕啟動/停止膠帶機，但所有保護(hù)設(shè)備均投入使用；運行檢修工作模式時，操作員手動啟動/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，我們使膠帶低速運行。工作方式的改變，只有在膠帶輸送機不轉(zhuǎn)時進(jìn)行，膠帶輸送機運作時，不能改變其工作方式；</p><p>　　2) 程序設(shè)計中，報警停車等故障信號自動保持，即一旦發(fā)出故障信號，即使經(jīng)維

32、修后信號消失，計算機內(nèi)仍保留信號故障狀態(tài)，這時復(fù)位指令可以清除故障保持信號；</p><p>　　3）皮帶輸送機按照逆煤流啟動，順煤流延時停車，并具有閉鎖功能；</p><p>　　4) 系統(tǒng)具有膠帶機低速打滑、機頭堆煤、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發(fā)生后的動作情況：</p><p>　　a.拉線開關(guān)：信號發(fā)出后馬上發(fā)出急

33、停指令，系統(tǒng)可以識別哪個急停開關(guān)動作，發(fā)出拉線開關(guān)聲光報警。</p><p>　　b.堆煤：信號發(fā)出后，執(zhí)行堆煤聲光報警指令和急停指令。</p><p>　　c.跑偏：信號發(fā)出后，執(zhí)行跑偏聲光報警指令，此為一級動作，當(dāng)報警時間超出一定時間段時，同時再執(zhí)行急停指令，此為二級動作。</p><p>　　d.打滑；信號發(fā)出后，執(zhí)行打滑聲光報警指令, 再執(zhí)行急停指令。<

34、;/p><p>　　e.超速：信號發(fā)出后，執(zhí)行超速聲光報警和急停指令。</p><p>　　f.斷帶：信號發(fā)出后，執(zhí)行斷帶聲光報警和急停指令。</p><p>　　g.縱撕：信號發(fā)出后，執(zhí)行縱撕聲光報警和急停指令。</p><p>　　h.滾筒超溫：信號發(fā)出后，執(zhí)行滾筒超溫聲光報警、灑水指令和急停指令。</p><p>　

35、　i.煙霧：信號發(fā)出后，執(zhí)行煙霧聲光報警、灑水指令和急停指令。</p><p>　　5) 對設(shè)備故障和工藝參數(shù)的異常實時報警，并進(jìn)行聲光提示，系統(tǒng)狀態(tài)對位顯示，更便于維護(hù)。</p><p>　　6) 可與工業(yè)電視系統(tǒng)配合，實時監(jiān)視皮帶機重點部位運行情況，以確保人員及設(shè)備的安全；具有喊話、打點通訊功能，基本實現(xiàn)無人值守。</p><p>　　7) 膠帶運輸機就地控制箱

36、上設(shè)啟停、起動預(yù)警按鈕，設(shè)備啟動前發(fā)出預(yù)警信號，提示有關(guān)人員應(yīng)立即遠(yuǎn)離設(shè)備；現(xiàn)場可隨時停車，若設(shè)備由集控啟動，控制系統(tǒng)接到現(xiàn)場停車信號后，可作急停處理，實施故障停車操作。</p><p>　　8）具有聯(lián)網(wǎng)功能，能與全礦井自動化監(jiān)控系統(tǒng)可靠的聯(lián)接、實現(xiàn)全局監(jiān)控。</p><p>　　2.3 膠帶輸送機集中控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計</p><p>　　本次設(shè)計中需要集中控制的皮

37、帶共有7條，各條皮帶分布較廣，現(xiàn)場控制點分散，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、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。完成一個系統(tǒng)內(nèi)多條皮帶多個設(shè)備全過程的控制、監(jiān)測，構(gòu)成一個完善的集中控制系統(tǒng)。其系

38、統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2.2所示。</p><p>　　圖2.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　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、易擴展，基本免維護(hù)，實現(xiàn)與上位機的通信，以循環(huán)掃描的方式，檢測傳感器及被控設(shè)備的信號，發(fā)出程序指令，完成對皮帶機的集中監(jiān)控，使各個皮帶協(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

39、種模塊組成；集中控制臺和觸摸屏是人機的交流界面，控制臺面板上有各條皮帶機的起?？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運行情況，同時也顯示出所有皮帶上的各種保護(hù)傳感器的動作情況、故障位置等。就地控制箱上有控制皮帶的啟動、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)采集和控制。每個遠(yuǎn)程I/O站可以處理256個開關(guān)量

40、或64個模擬量，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。</p><p>　　2.4膠帶輸送機集中控制系統(tǒng)設(shè)備構(gòu)成</p><p>　　膠帶輸送機集中控制系統(tǒng)主要由PLC、人機界面等組成，它主要控制膠帶輸送機、各種參數(shù)檢測和故障保護(hù)裝置，將各種信息在觸摸屏上集中顯示。下面我們對集

41、控系統(tǒng)各部分進(jìn)行詳細(xì)的介紹。</p><p>　　2.4.1 膠帶輸送機</p><p>　　帶式輸送機是以膠帶作為牽引機構(gòu)和承載機構(gòu)的連續(xù)運輸機械，又稱為膠帶輸送機，它在礦山的物料運輸，特別是煤的輸送方面得到了廣泛應(yīng)用。帶式輸送機主要由以下幾種主要部件組成：傳動裝置、膠帶、機架、滾筒、托輥、拉緊裝置、清掃器、裝料和卸料裝置等。</p><p>　　膠帶輸送機的基木

42、結(jié)構(gòu)見圖2.3所示。膠帶1繞過傳動滾筒2及尾部滾筒3形成無級循環(huán)的牽引機構(gòu)，在滾筒2和3之間的機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)，傳動滾筒由電動機通過減速器帶動，膠帶與滾筒之間的摩擦力使膠帶移動，這時，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。當(dāng)膠帶繞過傳動滾筒時，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的拉緊裝置，

43、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，而傳動滾筒也能有足夠的牽引力傳送給膠帶。</p><p>　　膠帶是經(jīng)主動滾筒和機尾改向滾筒形成一個無極環(huán)行帶。它上下的兩股膠帶分別由上下的托輥來支承。膠帶機的傳動裝置一般位于輸送帶的頭部、中部或是尾部，它是帶式輸送機的重要組成部分。傳動裝置一般由驅(qū)動裝置和傳動滾筒組成。驅(qū)動裝置一般采用電動機、液力偶合器、減速器及制動

44、輪、傳動滾筒組成。</p><p>　　輸送機的驅(qū)動有單滾筒驅(qū)動和多滾筒驅(qū)動，一般常采用單滾筒驅(qū)動，功率大時可采用多滾筒驅(qū)動。多滾筒驅(qū)動的優(yōu)點就是能夠傳遞較大的功率，帶動較大的負(fù)載，并能降低輸送帶的張力；其缺點就是可能會出現(xiàn)功率不平衡問題，從而增加了電動機的備用功率。本項目的膠帶輸送機都采用一臺電機的單滾筒驅(qū)動。</p><p>　　膠帶輸送機向上運輸物料的傾角不能過大，運輸煤炭時的傾角一

45、般為18O—2lO。向下運輸?shù)膬A角一般在150以下。超過這些數(shù)值，運輸物料和膠帶之間就會有相對運動，使物料下滑。因此，在輸送同樣高度條件下，膠帶輸送機所需廠房面積或成長度較大。</p><p>　　2.4.2 PLC簡述</p><p>　　隨著微處理器、計算機和數(shù)字通信技術(shù)的飛速發(fā)展，計算機控制已經(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 Contr

46、oll 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（NEMA）對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器、數(shù)字的或模擬的輸入輸出接口，以位運算為主，能完成邏輯、順序、定時、計數(shù)和算術(shù)運算功能，用于控制機器和生產(chǎn)過程的自動控制裝置?？删幊绦蚩刂破骱喎QPLC，它的應(yīng)用面廣、功能強大、使用方便，已經(jīng)成為當(dāng)代工業(yè)自動化的主要支柱之一。PLC已經(jīng)廣泛地應(yīng)用在各種機械設(shè)備和生

47、產(chǎn)過程的自動控制系統(tǒng)中，PLC在其它領(lǐng)域，例如在民用和家庭自動化設(shè)備中的應(yīng)用也得到了迅速發(fā)展。</p><p><b>　　PLC 的系統(tǒng)構(gòu)成</b></p><p>　　PLC的硬件系統(tǒng)由CPU、I/O擴展機及外部設(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)計所采用的S7—300屬

48、于模塊式PLC，主要由機架、CPU模塊、信號模塊、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，可以與計算機、其它PLC或其它設(shè)備通信。</p><p>　　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器來代替繼電器控制線路，控制作用是通過編制好

49、并存入內(nèi)存的程序來實現(xiàn)的。我們可以認(rèn)為PLC的等效電路如下：</p><p>　　輸入部分：用于接受外部輸入信號，與外部輸入設(shè)備連接。可以等效為一個受控于外部用戶輸入設(shè)備的繼電器線圈（輸入繼電器）。</p><p>　　控制部分：等效于一個受控于內(nèi)部邏輯的一個線圈，接點可用于驅(qū)動外部輸出設(shè)備的繼電器。</p><p>　　輸出部分：用于與外部輸出設(shè)備連接。</

50、p><p>　　圖2.10 PLC控制系統(tǒng)示意圖</p><p>　　2、PLC的工作原理</p><p>　　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、刷新輸入/輸出過程映像區(qū)、調(diào)用用戶程序、處理中斷和錯誤、管理存儲區(qū)和通信等任務(wù)。用戶程序由用戶生成，用來實現(xiàn)用戶要求的自動化任務(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

51、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。</p><p>　　PLC采用循環(huán)執(zhí)行用戶程序的方式，這種運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，CPU執(zhí)行啟動操作，清除沒有保持功能的位存儲器、定

52、時器和計數(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。</p><p>　　在PLC的存儲器中，設(shè)置了一片區(qū)域用來存放輸入信號和

53、輸出信號的狀態(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應(yīng)的映像存儲區(qū)。在循環(huán)程序處理中，CPU并不直接訪問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

54、變，輸入信號變化了的狀態(tài)字能在下一個循環(huán)掃描周期的讀輸入模塊階段被讀入。</p><p>　　PLC用戶程序由若干條指令組成，指令在存儲器中順序排列。在沒有跳轉(zhuǎn)指令和塊調(diào)用指令時，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，從輸入過程映像區(qū)或別的存儲區(qū)中將有關(guān)編程元件的0、1狀態(tài)讀出來，并根據(jù)指令的要求執(zhí)行相應(yīng)的邏輯運算，運算的結(jié)果寫入到對應(yīng)的存儲區(qū)中，因此，各編程元件的存儲區(qū)（

55、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。</p><p>　　圖2.11 PLC對輸入輸出的處理規(guī)則</p><p><b>　　3、PLC的特點</b></p><p><b>　　1)靈活、通用</b></p><p>　　在繼電器控制系統(tǒng)中，使用的控制裝置是大量的繼電器，整個系統(tǒng)是根

56、據(jù)設(shè)計好的電氣控制圖，由人工通過布線、焊接、固定等手段組裝完成的，其過程費時費力。如果因為工藝上少許變化，需要改變電氣控制系統(tǒng)時，原先整個電氣控制系統(tǒng)將被全部拆除，而重新進(jìn)行布線、焊接、固定等工作，耗費大量人力、物力、和時間。而PLC是通過在存儲器中的程序?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PLC還可用于不同控制對象，通過改變軟件則可實現(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)

57、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。</p><p>　　2)可靠性高、抗干擾能力強</p><p>　　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，不會出現(xiàn)繼電器一接觸器控制系統(tǒng)中接線老化、脫焊、觸點電弧等現(xiàn)象，故被稱為“專為適應(yīng)惡劣工業(yè)環(huán)境而設(shè)計的計算機”。&

58、lt;/p><p>　　3)編程簡單、使用方便</p><p>　　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)人員的讀圖習(xí)慣和應(yīng)用實際，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)行時間，但對大多數(shù)機電控制

59、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，具有較強的驅(qū)動能力。</p><p><b>　　4)接線簡單</b></p><p>　　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。</p>

60、<p><b>　　5)功能強</b></p><p>　　PLC不僅具有條件控制、定時、計數(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，PLC既可對開關(guān)量進(jìn)行控制，又可對模擬量進(jìn)行控制?？煽刂埔慌_單機、一條生產(chǎn)線，也可控制一個機群、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)。&l

61、t;/p><p>　　6)體積小、重量輕、易于實現(xiàn)機電一體化</p><p>　　PLC具有體積小、重量輕、功耗低等特點。由于PLC是專為工業(yè)控制而設(shè)計的專用計算機，其結(jié)構(gòu)緊湊、堅固耐用，以及有很強的可靠性和抗干擾能力，易于嵌入機械設(shè)備內(nèi)部。因此，PLC在機電一體化產(chǎn)品中被廣泛應(yīng)用。</p><p>　　2.4.3 人機界面HMI</p><p>

62、;　　人機界面是操作人員與PLC之間進(jìn)行對話和相互作用的接口設(shè)備。近年來人機界面的應(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臺。觸摸屏用來監(jiān)視帶式輸送機的運行工況。觸摸屏可以監(jiān)視帶式機速度、拉線急停和跑偏開關(guān)的動作位置等各種保護(hù)狀況以及顯示帶式輸送機的正常運行工況和各種故障狀態(tài)。通過操作臺的各種控制按鈕，可以進(jìn)行工作方式選擇和就地控制帶式輸送機。圖2.12和圖2.13分別是本次設(shè)計的操作臺、就地

63、控制箱面板。</p><p>　　圖2.12 操作臺</p><p>　　觸摸屏技術(shù)就是使用者只要用手指輕輕地觸碰計算機顯示屏上的圖符或文字，就能實現(xiàn)對主機的操作或查詢，這樣就擺脫了鍵盤和鼠標(biāo)操作，從而大大地提高了計算機的可操作性。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象，計算機便會執(zhí)行相應(yīng)的操作。觸摸屏具有方便直觀、圖像清晰、堅固耐用和節(jié)省空間等優(yōu)點。</p>

64、<p>　　在觸摸屏上，我們主要顯示皮帶的運行狀況和給煤機的運行信號，膠帶的速度和各個故障的狀態(tài)及故障出現(xiàn)的具體位置，同時也可以查詢到各皮帶滾筒的溫度，以實時監(jiān)測皮帶，減少故障查找環(huán)節(jié)，提高工作效率。</p><p>　　3 膠帶輸送機集控系統(tǒng)硬件設(shè)計</p><p>　　3.1 SIMATIC S7-300 PLC簡介</p><p>　　3.1.1

65、 SIMATIC S7-300 PLC簡介</p><p>　　SIMATIC S7—300系列PLC是模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計，各個單獨模塊之間可以進(jìn)行單獨組合和擴展，從而使控制系統(tǒng)設(shè)計更加靈活滿足不同的應(yīng)用需求。編程器PG用來為S7-300 PLC編制程序，使用編程電纜連接編程器和CPU。通過PROFIBUS電纜可以實現(xiàn)S7-300 CPU之間的通訊，以及與其他SIMATIC S7 PLC進(jìn)行通訊。一根PROFIBUS

66、總線電纜可以連接多個S7-300。S7-300 PLC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）、信號模塊（SM）、功能模塊（FM）等。它通過MPI網(wǎng)的接口直接與編程器PG、操作員面板OP、和其它S7 PLC相連。</p><p>　　圖3.1 PLC系統(tǒng)構(gòu)成圖</p><p>　　導(dǎo)軌（RACK）：導(dǎo)軌是安裝S7-300各類模塊的機

67、架，它是特制不銹鋼異型板，其長度有160、482、530、830、2000（mm）五種，可根據(jù)實際需要選擇。電源模塊、CPU、及其它信號模塊都可方便地安裝在導(dǎo)軌上。除CPU模塊外，每塊信號模塊都帶有總線處理器，安裝時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，通過背板總線將各模塊從物理上和電氣上連接起來。</p><p>　　電源模塊（PS）：電源模塊用于將SIMATIC S7-300連接到

68、120/230V交流電源和24/48/60/110V直流電源。它與CPU模塊和其它信號模塊之間通過電纜連接，而不是通過背板總線連接。 </p><p>　　中央處理單元模塊（CPU）：SIMATIC S7-300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

69、背板總線提供5V直流電源，并通過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，配以STEP7軟件包，并加MPI卡和MPI編程電纜構(gòu)成。</p><p>　　接口模塊（IM）：接口模塊用于多機架配置時連接主機架和擴展機架。S7-300通過分布式的主機架和3個擴展機架，可操作多達(dá)32個模塊。</p&

70、gt;<p>　　信號模塊（SM）：信號模塊使不同的過程信號電平和S7-300的內(nèi)部信號電平相匹配，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.每個信號模塊都配有自編碼的螺緊型前連接器，外部過程信號可以方便地連接在信號模塊的前連接器上。特別指出的是，其模擬量輸入模塊獨具特色，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，輸入量程

71、范圍很寬。</p><p>　　功能模塊（FM）：用于實時性強、存儲計數(shù)量較大的過程信號處理任務(wù)。如：快給進(jìn)和慢給進(jìn)驅(qū)動定位模塊FM351、電子凸輪控制模塊FM352、步進(jìn)電機定位模塊FM353、伺服電機位控模塊FM354、智能位控制模塊SINUMERIK FM-NC等。</p><p>　　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)以實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。如：具有R

72、S-232C接口的CP340，與現(xiàn)場總線連網(wǎng)的CP342 -5DP。</p><p><b>　　3.1.2模塊安裝</b></p><p>　　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）。</p><p>　　S7-300是模

73、塊化組合結(jié)構(gòu)，根據(jù)應(yīng)用對象不同，可選擇不同型號和不同數(shù)量的模塊，并可以將這些模塊安裝在同一個機架上（導(dǎo)軌）或多個機架上。除電源模塊、CPU模塊和接口模塊外，一個機架上最多只能安裝八個信號模塊或功能模塊。IM360/IM361接口模塊用來將S7-300背板總線從一個機架連接到下一個機架。在使用擴展機架時，除了另需模塊機架和接口模塊以外，可能還需要另加電源模塊。</p><p>　　中央處理單元總是在0號機架的2號槽

74、位上，1號槽安裝電源模塊，3號槽總是安裝接口模塊，槽號4到11，可自由分配信號模塊，功能模塊和通信模塊。需要注意的是槽號是相對的，每一個機架的導(dǎo)軌并不存在物理的槽位。</p><p>　　3.2 集控系統(tǒng)PLC的設(shè)計</p><p>　　3.2.1 CPU的選擇</p><p>　?。?）I/O點數(shù)的確定</p><p>　　經(jīng)過對各輸入輸出

75、的大略計算，本設(shè)計中需要數(shù)字量輸入164點，數(shù)字量輸出69點，模擬量輸入通道14路，其具體分配見表3. 2，3.3，3.4。 </p><p>　　表3.2模擬量輸入通道統(tǒng)計表</p><p>　　表3.3數(shù)字量輸入點數(shù)統(tǒng)計表</p><p>　　表3.4數(shù)字量輸出點數(shù)統(tǒng)計表</p><p>　　考慮到前面的設(shè)計中I/O點數(shù)可能有疏漏，并考慮

76、到I/O端的分組情況以及隔離與接地要求，應(yīng)在統(tǒng)計后得出的I/O總點數(shù)基礎(chǔ)上，增加10％到15％的裕量。考慮裕量后的I/O總點數(shù)即為I/O點數(shù)估計值。選定的PLC機型的I/O能力極限值必須大于I/O點數(shù)估計值，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。</p><p>　?。?） 存儲器容量選擇</p><p>　　PLC的I/O點數(shù)估算值大小，在很大程度上反映了PLC系統(tǒng)的

77、功能要求，因此可以在I/O點數(shù)估算值的基礎(chǔ)上計算對PLC存儲器容量的需求。目前，大多用統(tǒng)計經(jīng)驗公式進(jìn)行存儲器容量估算。這種方法是以PLC處理每個信息量所需存儲器數(shù)的統(tǒng)計平均經(jīng)驗值為依據(jù)，乘以信息量數(shù)再考慮一定的裕量計算得到存儲器需要容量。作為一般應(yīng)用下的一種經(jīng)驗公式是：</p><p><b>　　存儲器容量</b></p><p>　　其中：DI為數(shù)字量輸入總點數(shù)；

78、</p><p>　　DO為數(shù)字量輸出總點數(shù)；</p><p>　　AI/O為模擬量I/O通道總數(shù)。</p><p>　　DI點數(shù)估計值為164×1.15=189，DO點數(shù)估計值為69×1.15=80，AI通道估計值為14×1.15=17個。所以存儲器容量為:</p><p>　　1.2×(189

79、15;10+69×5+17×100)/1024=4.62KB</p><p>　　工程實踐中，大多采用粗略估算，加大裕量，實際選型時參考此值采用就高不就低的原則。</p><p><b>　　（3） 響應(yīng)速度</b></p><p>　　PLC是為工業(yè)自動化而設(shè)計的通用控制器，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)

80、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有特別的速度要求時，確定PLC的型號就應(yīng)特別慎重。</p><p>　　通過上面的計算，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，隨機存儲器為

81、48KB，最大數(shù)字量I/O點數(shù)為1024個，最大模擬量I/O通道數(shù)為128個。最大配置4個機架，32塊模塊。滿足設(shè)計需要。</p><p>　　3.2.2數(shù)字量模塊選擇</p><p>　　1、數(shù)字量輸入模塊的選擇及外部連線</p><p>　　數(shù)字量輸入模塊SM321：數(shù)字量輸入模塊用于將現(xiàn)場過程送來的數(shù)字信號電平轉(zhuǎn)換成S7-300內(nèi)部信號電平。數(shù)字量輸入模塊有直

82、流輸入方式和交流輸入方式。直流輸入模塊各輸入點所對應(yīng)的電路都相同，它們有一個公共的端子，即有一個公共匯入集點，因此直流輸入方式又稱為直流匯點輸入方式。交直流輸入模塊各輸入電路都相同，但它們各個輸入電路可能有一個公共端子，稱為匯點輸入方式；也可能沒有公共端子，而是彼此獨立，互不影響，稱為分隔式輸入方式。</p><p>　　輸入信號進(jìn)入模塊后，一般都經(jīng)過光電隔離和濾波，然后才送至輸入緩沖器等待CPU采樣。采樣時，信

83、號通過背板總線進(jìn)入到輸入映像區(qū)。數(shù)字量輸入模塊SM321有四種型號模塊可供選擇，即直流16點輸入，直流32點輸入，交流16點輸入，交流8點輸入模塊。模塊的每個輸入點有一個綠色發(fā)光二極管顯示輸入狀態(tài)，輸入開關(guān)閉合即有輸入電壓時，二極管亮。</p><p>　　輸入模塊的選擇時應(yīng)注意以下幾方面：a.根據(jù)現(xiàn)場設(shè)備與模塊之間的距離來選擇模塊電壓水平，其傳輸距離不宜太遠(yuǎn)；b.模塊的同時接通點數(shù)不宜太多，一般來講，同時接通點

84、數(shù)不要超過輸入點數(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，傳輸距離也越遠(yuǎn)。</p><p>　　綜合考慮以上幾點，本次設(shè)計中選用直流32點輸入的輸入模塊SM321（6ES7 321-1BL00-0AA0）。操作臺輸入開關(guān)量有23個點，遠(yuǎn)程I/O主提升皮帶輸入開關(guān)量有38個，其他皮帶輸入開關(guān)量點數(shù)都少于20個。故操作臺輸入模塊SM321選1塊，主提升皮帶遠(yuǎn)程I/O

85、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。</p><p>　　輸入模塊是通過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輸入點。每一個輸入點能接受一個來自用戶輸入設(shè)備所發(fā)出的開關(guān)信號。輸入模塊與外部用戶輸入設(shè)備的接線分匯點式輸入接線和分隔式輸入接線兩種基本接線形式。匯點式輸入接線如下圖，各輸入電路有一個公共端（匯集端）COM，可以是全部輸入端為一組，共用一個公共端和一個電源；

86、也可以是將全部輸入點分為幾組，每組有一個公共端和獨立的一個電源。匯點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。本項目輸入模塊的外部接線如附圖所示，它采用匯點式直流輸入方式。</p><p>　　(a) (b)</p><p>　　圖3.2 匯點式

87、輸入接線（a 直流模塊 b 交流模塊）</p><p>　　2、數(shù)字量輸出模塊的選擇和外部連線</p><p>　　SM322數(shù)字量輸出模塊的作用是將S7-300的輸出信號傳給外部負(fù)載（即用戶輸出設(shè)備），并將S7-300內(nèi)部低電平信號轉(zhuǎn)換成外部所需要電平的輸出信號。因此每一個輸出點的輸出電路可等效為一個輸出繼電器，可直接用于驅(qū)動電磁閥、接觸器、小型電機、燈和電動機啟動器。按負(fù)載回路使用電源

88、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)用靈活性角度來看，以繼電器觸點輸出型最

89、佳。</p><p>　　數(shù)字量輸出模塊SM322有七種型號輸出模塊可供選擇，即16點晶體管輸出、32點晶體管輸出、16點可控硅輸出、8點晶體管輸出、8點可控硅輸出、8點繼電器輸出和16點繼電器輸出模塊。模塊的每個輸出點有一個綠色發(fā)光二極管顯示輸出狀態(tài)，輸出邏輯“1”時，二極管發(fā)光。</p><p>　　本次設(shè)計中，數(shù)字量輸出驅(qū)動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的特性

90、，故選用16點繼電器輸出的模塊SM322（6ES7 322-1BH10-0AA0），輸出16個點，帶隔離，8點為一個組，24 VDC 額定負(fù)載電壓。操作臺和各遠(yuǎn)程I/O分別選1塊，共選用8塊。</p><p>　　模塊是通過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輸出點，每一個輸出點能驅(qū)動一個用戶輸出設(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燈等。輸出模塊與外部用戶輸出設(shè)備的

91、接線分為匯點式輸出接線和分隔式輸出接線兩種基本接線形式。</p><p>　　圖3.3 匯點式輸出接線 圖3.4 分隔式輸出接線</p><p>　　匯點式輸出接線如圖3.3所示，各輸出回路有一個公共端，可以是全部輸出信號為一組，共用一個公共端和一個電源；也可以將全部輸出點分為幾組，每組有一個公共端和獨立的一個電源。負(fù)載電源可以是直流也可以是交流，但必

92、須是有用戶提供。匯點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，每個輸出回路有兩個接線端，由單獨一個電源供電。相對于電源來說，每個輸出點之間是相互隔離的。負(fù)載電源可以是交流，也可以是直流，它必須由用戶提供。本項目輸出模塊的外部接線如附圖所示，它采用匯點式輸出方式。</p><p>　　4 膠帶集中控制系統(tǒng)軟件設(shè)計</p><p>　　4.1 集中控

93、制的流程圖</p><p>　　西門子的S7-300系列PLC所用的編程語言是西門子開發(fā)的STEP7，這是一種可運行于通用微機中，在WINDOWS環(huán)境下進(jìn)行編程的語言。將它通過計算機的串行口和一根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STEP7編程軟件，不僅可以非常方便地使用梯形圖和語句表等形式進(jìn)行離線編程，經(jīng)過編譯后通過轉(zhuǎn)接電纜直接送入PLC的內(nèi)存中執(zhí)行，而且在調(diào)試運行時，還可以

94、在線監(jiān)視程序中各個輸入輸出或狀態(tài)點的通斷狀況，甚至可以在線修改程序中變量的值，給調(diào)試工作也帶來極大的方便。</p><p>　　圖4.1 系統(tǒng)軟件流程圖</p><p>　　該集中控制系統(tǒng)共有三種工作方式。集控方式下，膠帶機和給煤機根據(jù)生產(chǎn)工藝流程預(yù)先編制的程序來集中控制啟停，各種保護(hù)均投入；就地方式下，膠帶機和給煤機由操作員控制手動按鈕通過PLC分別控制它們的啟停，保護(hù)也均投入；檢修方式

95、下，膠帶機和給煤機也采用手動按鈕通過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。</p><p>　　4.2 系統(tǒng)軟件實現(xiàn)</p><p>　　4.2.1 控制方式選擇</p><p>　　我們通過控制臺的三位置選擇開關(guān)來選擇系統(tǒng)的工作方式，任何時候只能處于一種工作方式。膠帶和給煤機在運行的時候，工作方式不可改變。在

96、觸摸平屏上可以由顯示燈來表示系統(tǒng)當(dāng)前的工作方式。</p><p>　　集控方式下，按下顯示屏上的啟動/停止控制按鈕，各條皮帶按設(shè)好的程序起停，啟動允許信號可以由逆煤流的前一條皮帶啟動一段時間后給出，停止信號可以由順煤流的前一條皮帶停止一段時間后給出，時間設(shè)定與膠帶運行速度有關(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)行程序說明。</p><p><b

97、>　　1、工作方式選擇</b></p><p>　　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，當(dāng)在任一個工作方式下發(fā)出皮帶啟動信號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，起自保作用。M0.0常閉結(jié)點不用來控制，只是讓梯形圖漂亮。</p><p>　　2、就地方式啟?？刂?

98、lt;/p><p>　　程序段1：I0.3是皮帶的啟動按鈕，I0.4是其停止按鈕，M4.0是故障急停信號。有任何故障發(fā)出急停指令時不允許啟動皮帶。 </p><p>　　程序段2：啟動報警信號。當(dāng)M0.4閉合時，脈沖定時器T9開始計時，發(fā)出30S的報警指令Q0.0。同時啟動接通延時定時器T10。</p><p>　　程序段3：當(dāng)30S延時預(yù)警成功后，向皮帶正式發(fā)出啟動指

99、令Q0.2。I1.2是皮帶電機運行返回信號，起自保作用。Q1.0是操作臺上對應(yīng)運行指示燈，PLC_D02是觸摸屏上的啟動指示燈。</p><p>　　啟動允許信號發(fā)出后，根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境和設(shè)備的工藝需求，在啟動運行皮帶沿線發(fā)出預(yù)警聲響，時間一般是30秒。只有在無故障啟動的情況下，預(yù)警才會成功。</p><p>　　4.2.2 模擬量的處理</p><p>　　膠帶在煤炭

100、運輸中的重要角色，讓煤礦無法忽視它的運行狀況，因此，有效的監(jiān)測故障，及時采取預(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，同時我們?yōu)榱吮苊庖恍o法監(jiān)測的而又非常惡劣的事故發(fā)生，在膠帶輸送機的沿線，我們每隔80～100米設(shè)置一個拉線急停開關(guān)。</p><p>　　在第二章我們已經(jīng)確定了監(jiān)測各種故障的傳感器類型或方法

101、，并確定了輸出信號類型。故障信號分為兩類：一類為數(shù)字信號，當(dāng)輸出為“1”時，即是報警信號，我們收到信號后，對信號進(jìn)行處理，或是皮帶緊急停機，或是只發(fā)出聲光報警。當(dāng)輸出為“0”時，膠帶運行正常，無故障發(fā)生；另一類為模擬量信號，傳感器輸出的模擬量信號是標(biāo)準(zhǔn)的電壓或是電流信號，通過模擬輸入模塊，將電壓或電流信號轉(zhuǎn)化成數(shù)字形式，但是我們需要知道它所測的真實值，如溫度傳感器，輸出9V，我們需要得到9V對應(yīng)的溫度值，因此我們需要對輸入PLC的數(shù)值進(jìn)

102、行處理。下面我們簡要介紹一下模擬量數(shù)值的采集及轉(zhuǎn)換。</p><p><b>　　1.模擬量數(shù)據(jù)處理</b></p><p>　　程序段1：將采集到的數(shù)值current_value轉(zhuǎn)化為實數(shù)型，并存在b3中。</p><p>　　程序段2：作b3與量程值相除運算，并將值放入輸出值yunsuanzhi中。</p><p>

103、　　2.調(diào)用模擬量數(shù)據(jù)處理塊</p><p>　　程序段1：調(diào)用上面兩段程序構(gòu)成的FC塊。PIW270是滾筒溫度1的輸入值存儲地址，測量的實際溫度與PLC內(nèi)數(shù)字表示值成100倍關(guān)系。AI_7是滾筒溫度1實際溫度存儲地址變量。</p><p>　　在知道模擬量的真實值后，或?qū)⑵渲苯虞敵龅接|摸屏上直接顯示出來，或是將其與設(shè)定值比較后再輸出布爾變量“0”或者“1”。如實際溫度超過設(shè)定值時，PLC

104、發(fā)出聲光報警，同時啟動灑水裝置降溫。</p><p><b>　　5 總結(jié)</b></p><p>　　礦井膠帶運輸系統(tǒng)是分布復(fù)雜，部件繁多，且又要求運行協(xié)調(diào)一致的連續(xù)運輸系統(tǒng)。因此在膠帶運輸系統(tǒng)集中監(jiān)視和控制，保證膠帶的安全可靠運行，提高運輸效率是很必要的。本論文以新疆哈密煤礦主斜井和地面皮帶輸送機為背景，研究設(shè)計了一種以S7-300 PLC為核心的皮帶輸送機集中控

105、制系統(tǒng)。本文重點介紹了以下幾點內(nèi)容：</p><p>　　結(jié)合實際情況設(shè)計了集中控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和要完成的控制功能，并對其各個組成部分分別論述。根據(jù)功能要求對參數(shù)檢測和故障保護(hù)裝置中使用的傳感器進(jìn)行選擇。</p><p>　　通過估算的輸入輸出點數(shù)和要求的PLC的存儲容量及響應(yīng)速度，確定所用PLC的型號和功能模塊。</p><p>　　設(shè)計出了系統(tǒng)控制的流程圖，使用P

106、LC語言編寫了皮帶集中控制的部分程序。</p><p><b>　　附錄</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn):</b></p><p>　　[1] 于學(xué)謙. 礦山運輸機械. 徐州: 中國礦業(yè)大學(xué)出版社,1998，第2版</p><p>　　[2] 駱德漢. 可編程控制器與現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)控制.

107、 北京：科學(xué)出版社,2005，第1版</p><p>　　[3] 高欽和. 可編程控制器應(yīng)用技術(shù)與設(shè)計實例. 北京：人民郵電出版社，2004，</p><p><b>　　第1版</b></p><p>　　[4] 李斌，鄒燦紅. PLC控制系統(tǒng)抗干擾技術(shù)研究. 機電工程技術(shù)，2008，37，（4）：103-105</p><

108、;p>　　[5] 胡學(xué)林. 可編程控制器教程（提高篇）. 北京：電子工業(yè)出版社, 2005</p><p>　　[6] 廖常初. S7-300/400 PLC應(yīng)用技術(shù). 北京:機械工業(yè)出版社,2007</p><p>　　[7] 俞漢琪. 電氣控制與可編程序控制器應(yīng)用技術(shù). 南京：東南大學(xué)出版社，2003</p><p>　　[8] 國家經(jīng)貿(mào)委安全生產(chǎn)局組織.