机电一体化核心技术优质毕业设计完整版.doc
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1、滨州职业学院毕业设计题 目 PLC皮带集中控制系统设计 学 生 刘新利 学 号 专业班级 机电一体化技术 部门名称 电气工程学院 指导老师 王新 二一三年五月二十日滨州职业学院毕业设计任务书 机电一体化技术专业 10 年级 4 月 15日同意 专业责任人:曹艳艳 发放经手人:王新 1毕业设计题目:PLC皮带集中控制系统设计2学生完成全部任务期限: 年 6 月 20 日3任务要求:1 了解煤矿皮带运输系统运行工艺;2 针对某一煤矿皮带运输实际情况,设计一个基于PLC皮带集中控制系统;3 用AUTOCAD绘制系统相关图纸;4 用PLC语言编制控制系统软件4发出日期:4 月15日 指 导 教 师:
2、王新 (署名)学生: 刘新利 (署名)滨州职业学院学生毕业设计进程表学生姓名:刘新利 学号: 专业年级:10机电一体化一班 指导老师: 王建 论文设计题目:PLC皮带集中控制系统设计序号日期工作安排要求1.4上旬提出毕业设计初步设想符合实际2.4上旬搜集、整理和毕业设计或论文相关资料明确任务,初步理清思绪3.5上旬毕业设计早期框架构建思绪清楚,层次分明4.5中旬毕业设计撰写(作品设计)按要求和规范认真撰写5.5下旬向指导老师报送毕业设计初稿或作品按时6.6中旬指导老师批阅和修改毕业设计初稿7.6下旬按老师要求完成毕业设计最终稿,装订成册按要求完成8.7毕业答辩做好准备9滨州职业学院毕业设计中期
3、检验记录表学生姓名:刘新利 学号: 专业年级:10机电一体化一班指导老师: 王建 毕业设计题目:PLC皮带集中控制系统设序号日期指导、检验内容学生署名1刘新利2刘新利3刘新利4刘新利5刘新利6刘新利7刘新利8刘新利9刘新利10刘新利注:日期和指导、检验内容由指导老师填写。摘 要煤矿运输系统对确保矿井正常生产起着很关键作用。为了确保煤矿运输系统可靠安全运行,对带式输送机进行集中监视和控制很必需。本文以新疆哈密煤矿主斜井及地面胶带输送机为背景,设计出了以PLC技术为关键集中控制系统,提升了运输系统监测和控制水平。文中首先介绍了此次设计背景,然后设计了胶带输送机集中控制系统结构和应含有控制功效,参数
4、检测和故障保护装置,确定了各故障检测传感器类型及安装位置。在此基础上采取SIEMENSS7-300系列PLC对系统进行硬件和软件设计,其中包含PLC模块配置及外部连线,梯形图程序设计。最终提出PLC控制系统关键干扰源,并设计了抗干扰方法。关键词:胶带输送机; S7-300; 集中控制系统目 录1 绪论71.1 概述71.2 胶带输送机集中控制系统71.2.1 胶带输送机集中控制系统关键性71.2.2 集中控制系统发展及存在问题81.3 本课题研究关键内容92 胶带机集中控制系统总体设计102.1 课题背景介绍102.2 胶带输送机集中控制系统功效设计112.3 胶带输送机集中控制系统结构设计1
5、22.4胶带输送机集中控制系统设备组成142.4.1 胶带输送机142.4.2 PLC简述152.4.3 人机界面HMI193 胶带输送机集控系统硬件设计213.1 SIMATIC S7-300 PLC介绍213.1.1 SIMATIC S7-300 PLC介绍213.1.2 模块安装233.2 集控系统PLC设计233.2.1 CPU选择233.2.2数字量模块选择264 胶带集中控制系统软件设计304.1 集中控制步骤图304.2 系统软件实现314.2.1 控制方法选择314.2.2 模拟量处理335 总结34参考文件:36致 谢371 绪论1.1 概述煤炭运输是煤炭生产过程中不可缺乏一
6、部分。矿井中,运输线路比较长,巷道条件多个多样,运输若不通畅,采掘工作或是其它工作全部无法进行,整个煤炭生产系统将处于瘫痪状态。矿井运输机械类型很多,按运行方法不一样,可分为连续运行和往返运行两种。连续运行式运输设备特点是,一经开动就不需操作而连续运行。一般胶带机、钢绳芯胶带输送机、钢绳牵引胶带输送机等均属于这类运输设备。往返运行式运输设备特点是,在运行区间,以一定方法,作往返式周期性运行,运行中需要操作换向。机车运输及单绳牵引运输等属于这类运输设备。伴随科学技术不停发展,矿井生产规模不停扩大,运输系统也经历了不停变革和进步,并以煤流运输连续化(输送机化),设备大型化(使用长运距、大运行、高运
7、速、大功率输送机)、自动化、高可靠性和安全性能来确保矿井连续、高效生产。矿井胶带运输系统,是由多条胶带搭接或由煤仓转载形成煤流运输系统,所以它内部基础运输单元就是单台胶带机。胶带输送机是选煤广关键运输设备,它可用于物料水平或倾斜运输上。因为胶带输送机输送能力改变范围大、运输距离长、货载和输送机间没有相对运动、运转时阻力小等,所以含有适应性强、工作平稳可靠、动力消耗小、机件磨损小、使用维修方便等优点,在选煤厂中得到广泛应用。1.2 胶带输送机集中控制系统1.2.1 胶带输送机集中控制系统关键性矿井胶带运输系统是原煤运输唯一路径,是矿井生产关键步骤,所以它安全高效运行受到很大程度重视。因为矿井胶带
8、运输系统分布广、信息分散和控制要求高特点,伴随矿井生产规模不停扩大,和技术水平不停提升,现代化矿井也需要现代化管理,所以对胶带运输系统控制和管理提出了更高要求。以往对胶带输送机全部采取人工就地分台控制,即每台输送机控制均由一名司机就地操作,这是一个最原始控制方法。这种控制方法是直接操作输送机控制开关,操作最简单,不增加任何控制元器件,维护工作较少,但需要人员太多,并因每个司机思想素质和技术素质不等常有以外事故发生,影响生产正常进行。而集中控制方法,是在整个运输线上新增一套集中控制装置,在控制室内集中操纵机构,由一名司机来完成操作。这不仅节省了大量司机人员,也为立即发觉故障,缩短停产时间和综合自
9、动化发明了条件。现在,已经成为矿井胶带运输关键控制方法。1.2.2 集中控制系统发展及存在问题在煤矿中,煤流运输通常在几百米到十几公里之间,所以它运输系统要有多台胶带输送机、给煤机、煤仓等组成,协调配合完成长距离运输任务。为确保运输系统安全可靠,提升运输效率,对其进行完善管理和监控是现代矿井煤流运输迫切需要一项技术。伴随矿井功效和规模不停扩大,计算机技术、网络技术、新工业控制器技术等新技术应用,对胶带输送机集中控制系统也得到了飞速发展。从单台控制系统到多台集中控制系统,有价格相对较贵PLC组成系统和低廉单片机应用系统。现在,即使市场上有着各式各样方案组成集控系统,但发展方向是一致,那就是朝自动
10、化、智能化、信息化方向发展。皮带机综合自动化控制是整个矿井实现自动控制关键组成部分。现在对胶带输送机集中控制系统存在关键问题有:(1)在安全保护方面,为提升胶带输送机运行可靠性,安全性,降低故障,提升效率,多个检测方法已应用于电动机、液力偶合器、减速器和胶带运行系统故障检测,不过这些系统是相互独立。(2)故障检测系统误报率高。误报将造成胶带输送机不应有停机,使全矿井停产,对矿井生产造成极大影响。(3)皮带机控制、运行、保护等信息不能很好和矿井其它控制系统共享,不能和整个矿井信息系统集成。视频监视系统不规范,没有语音通讯功效,不能实现无人值守。1.3 本课题研究关键内容矿井生产自动化已经成为一个
11、趋势,怎样愈加好实现矿井运输系统集中安全控制管理是现在迫切处理问题。而皮带机集中控制系统可实现对整个皮带机运输系统遥测、遥信、遥控,提升生产效率、降低事故率,降低故障处理时间、降低现场操作人员、提升经济效益。本论文正是以此为目标,以新疆哈密煤矿主斜井和地面胶带输送机为背景,设计一个基于PLC运输皮带和给煤机集中控制系统。此次设计关键内容以下:(1)对胶带运输控制系统概述。(2)以煤矿主斜井和地面胶带输送机为背景,概述胶带输送机集中控制系统功效,设计其系统结构,讨论要监控故障对象、传感器配置及对故障处理方法。 (3)胶带集控系统硬件设计,进行S7-300 PLC模块选型和外部连线设计。为了使集控
12、系统愈加完善,实现控制可观化、清楚化,加入了触摸屏设计。它能够实时显示系统运行情况和多种故障情况,进行立即报警显示和统计。(4)进行系统软件设计,实现系统功效。2 胶带机集中控制系统总体设计2.1 课题背景介绍通常中型煤矿,采取带式运输机作为关键运输方法,其主运输系统包含主提升带式输送机、走廊带式输送机、振动筛、中煤块带式输送机、大煤块带式输送机、过桥带式输送机和末煤刮板输送机、煤仓等。各条皮带机全部由一台电动机驱动,正常运行速度为2m/s,其中振动筛为双层,每条皮带机均设置跑偏、堆煤、烟雾、拉线急停、打滑、纵撕等保护。其工艺步骤图图2.1所表示。其中箭头指示煤流方向。图2.1 运输工艺步骤图
13、图所表示,煤炭从井底煤仓经给煤机运到主提升皮带,经过主斜井中主提升皮带运至地面,经地面走廊皮带输送机转运到振动筛,振动筛为双层,经筛分后分成大块煤、中块煤和末煤三种。大块煤经大块皮带到大块煤仓,中块煤经中块皮带运到中块煤仓,而末煤先经过过桥皮带转运,再利用过桥皮带机尾分煤挡板分到两条末煤刮板输送机上,运输到各自煤仓,其分煤挡板是固定。本矿井皮带运输系统控制采取继电器控制,可靠性差、体积大、故障率高、劳动强度较大。其控制方法有两种:集中手动控制和就地控制,没有集中自动控制,全部控制全部由人来操作。集中控制室设在选煤楼振动筛周围,由控制柜、操作台和触摸屏组成。皮带机控制经过操作台上对应启停按钮集中
14、控制,触摸屏实时显示皮带运行状态和故障状态集、故障位置。各皮带机机头或机尾全部设置就地控制箱,在检修或特殊情况下进行现场就地启停控制。皮带按逆煤流开启,顺煤流停车。开启次序为:末煤刮板机、过桥皮带、大小块皮带、振动筛、走廊皮带、主提升皮带、给煤机;停止次序和此相反。每一条皮带安排一人专门负责巡视,劳动量大、效率低。2.2 胶带输送机集中控制系统功效设计本胶带输送机集中控制系统含有功效以下所述:1) 本系统有集控、就地、检修三种工作模式。通常系统运行在集控工作模式下,当组成生产流水线时,本机依据前后闭锁关系自动启停,同时检测各检测保护设备情况;运行就地工作模式时,操作员手动操作按钮开启/停止胶带
15、机,但全部保护设备均投入使用;运行检修工作模式时,操作员手动开启/停止胶带,保护设备可有选择性投入使用,在检修模式下,我们使胶带低速运行。工作方法改变,只有在胶带输送机不转时进行,胶带输送机运作时,不能改变其工作方法;2) 程序设计中,报警停车等故障信号自动保持,即一旦发出故障信号,即使经维修后信号消失,计算机内仍保留信号故障状态,这时复位指令能够清除故障保持信号;3)皮带输送机根据逆煤流开启,顺煤流延时停车,并含有闭锁功效;4) 系统含有胶带机低速打滑、机头堆煤、超温洒水、烟雾、滚筒超温、沿线急停和跑偏等多个保护。下面简单介绍它们信号发生后动作情况:a.拉线开关:信号发出后立即发出急停指令,
16、系统能够识别哪个急停开关动作,发出拉线开关声光报警。b.堆煤:信号发出后,实施堆煤声光报警指令和急停指令。c.跑偏:信号发出后,实施跑偏声光报警指令,此为一级动作,当报警时间超出一定时间段时,同时再实施急停指令,此为二级动作。d.打滑;信号发出后,实施打滑声光报警指令, 再实施急停指令。e.超速:信号发出后,实施超速声光报警和急停指令。f.断带:信号发出后,实施断带声光报警和急停指令。g.纵撕:信号发出后,实施纵撕声光报警和急停指令。h.滚筒超温:信号发出后,实施滚筒超温声光报警、洒水指令和急停指令。i.烟雾:信号发出后,实施烟雾声光报警、洒水指令和急停指令。5) 对设备故障和工艺参数异常实时
17、报警,并进行声光提醒,系统状态对位显示,更便于维护。6) 可和工业电视系统配合,实时监视皮带机关键部位运行情况,以确保人员及设备安全;含有喊话、打点通讯功效,基础实现无人值守。7) 胶带运输机就地控制箱上设启停、起动预警按钮,设备开启前发出预警信号,提醒相关人员应立即远离设备;现场可随时停车,若设备由集控开启,控制系统接到现场停车信号后,可作急停处理,实施故障停车操作。8)含有联网功效,能和全矿井自动化监控系统可靠联接、实现全局监控。2.3 胶带输送机集中控制系统结构设计此次设计中需要集中控制皮带共有7条,各条皮带分布较广,现场控制点分散,而且现场环境比较恶劣。所以,系统结构采取PROFIBU
18、S-DP现场总线技术,组成主从系统结构。依据工艺步骤划分,系统以PLC为控制主站,以每条皮带就地箱配置远程I/O ET200M为从站,共设7个从站,这么就节省了大量电缆等材料。本系统由集中控制台、PLC控制柜、触摸屏、就地箱、多种保护传感器及实施器组成。完成一个系统内多条皮带多个设备全过程控制、监测,组成一个完善集中控制系统。其系统结构图2.2所表示。图2.2 系统结构图以SIEMENS企业S7-300系列PLC作为关键控制器件,含有防潮、抗干扰能力强、易扩展,基础免维护,实现和上位机通信,以循环扫描方法,检测传感器及被控设备信号,发出程序指令,完成对皮带机集中监控,使各个皮带协调完成工作。P
19、LC控制柜内部由S7-300 PLC模块、接线端子、电源模块、变压器及多种模块组成;集中控制台和触摸屏是人机交流界面,控制台面板上有各条皮带机起停控制按钮,总启、总停按钮,起车预警按钮、集控/就地/检修工作方法转换开关,系统紧急停车按钮;触摸屏则具体显示各条皮带及给煤机运行情况,同时也显示出全部皮带上多种保护传感器动作情况、故障位置等。就地控制箱上有控制皮带开启、停止按钮,急停按钮,内部配SIMATIC ET200M远程I/O,完成现场皮带数据采集和控制。每个远程I/O站能够处理256个开关量或64个模拟量,它和CPU通信速率最高可达12Mbps,通信距离最远可达1200米。ET200M 远程
20、单元经过IM153-2总线接口模块连接到PROFIBUS总线上。2.4胶带输送机集中控制系统设备组成胶带输送机集中控制系统关键由PLC、人机界面等组成,它关键控制胶带输送机、多种参数检测和故障保护装置,将多种信息在触摸屏上集中显示。下面我们对集控系统各部分进行具体介绍。2.4.1 胶带输送机带式输送机是以胶带作为牵引机构和承载机构连续运输机械,又称为胶带输送机,它在矿山物料运输,尤其是煤输送方面得到了广泛应用。带式输送机关键由以下多个关键部件组成:传动装置、胶带、机架、滚筒、托辊、拉紧装置、清扫器、装料和卸料装置等。胶带输送机基木结构见图2.3所表示。胶带1绕过传动滚筒2及尾部滚筒3形成无级循
21、环牵引机构,在滚筒2和3之间机架上按一定距离安装着托辊4和5,用来支承载有物料胶带段(重段)和回空胶带段(空段),传动滚筒由电动机经过减速器带动,胶带和滚筒之间摩擦力使胶带移动,这时,由给料漏斗7(装载装置)加到胶带上物料就和胶带一起移动。当胶带绕过传动滚筒时,物料就在重力和离心力作用下卸到排料漏斗8(卸料装置)中。小车和系在它上面重物是胶带输送机拉紧装置,它作用是经过安装在小车上尾部滚筒使胶带处于张紧状态。这么,胶带在两托辊之间悬垂度不致过大,而传动滚筒也能有足够牵引力传送给胶带。胶带是经主动滚筒和机尾改向滚筒形成一个无极环行带。它上下两股胶带分别由上下托辊来支承。胶带机传动装置通常在输送带
22、头部、中部或是尾部,它是带式输送机关键组成部分。传动装置通常由驱动装置和传动滚筒组成。驱动装置通常采取电动机、液力偶合器、减速器及制动轮、传动滚筒组成。输送机驱动有单滚筒驱动和多滚筒驱动,通常常采取单滚筒驱动,功率大时可采取多滚筒驱动。多滚筒驱动优点就是能够传输较大功率,带动较大负载,并能降低输送带张力;其缺点就是可能会出现功率不平衡问题,从而增加了电动机备用功率。本项目标胶带输送机全部采取一台电机单滚筒驱动。胶带输送机向上运输物料倾角不能过大,运输煤炭时倾角通常为18O2lO。向下运输倾角通常在150以下。超出这些数值,运输物料和胶带之间就会有相对运动,使物料下滑。所以,在输送一样高度条件下
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