机电一体化关键技术毕业设计方案完整版.doc

毕 业 设 计

（阐明书）

题目： PLC皮带集中控制系统设计

姓名： 莫军

编号： （ ）字 号

中 国 矿 业 大 学
二0 年 月 日

中华人民共和国矿业大学毕业设计任务书

机械电子工程专业 14 年级
4 月 15日批准
专业负责人：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．学生完毕所有任务期限： 年 6 月 20 日
3．任务规定：1 理解煤矿皮带运送系统运营工艺；
2 针对某一煤矿皮带运送实际状况，设计一种基于PLC皮带集中控制系统；
3 用AUTOCAD绘制系统有关图纸；
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： 刘同冈 （签名）
学生： 莫军 （签名）

中华人民共和国矿业大学学生毕业设计进程表
学生姓名：刘新利 学号： 专业年级：1电一体化一班 指引教师： 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
规定
1
.4上旬

提出毕业设计初步设想

符合实际
2
.4上旬

收集、整顿与毕业设计或论文关于资料

明确任务，初步理清思路
3
.5上旬

毕业设计初期框架构建

思路清晰，层次分明
4
.5中旬

毕业设计撰写（作品设计）

按规定和规范认真撰写
5
.5下旬

向指引教师报送毕业设计草稿或作品

准时
6
.6中旬

指引教师批阅和修改毕业设计草稿

7
.6下旬

按教师规定完毕毕业设计最后稿，装订成册

按规定完毕
8
.7

毕业答辩

做好准备
9

滨州职业学院毕业设计中期检查登记表
学生姓名：刘新利 学号： 专业年级：10机电一体化一班指引教师： 王建 毕业设计题目：PLC皮带集中控制系统设
序号
日期
指引、检查内容
学生签名
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：日期和指引、检查内容由指引教师填写。
摘 要

煤矿运送系统对保证矿井正常生产起着非常重要作用。为了保证煤矿运送系统可靠安全运营，对带式输送机进行集中监视和控制很必要。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技术为核心集中控制系统，提高了运送系统监测和控制水平。
文中一方面简介了本次设计背景，然后设计了胶带输送机集中控制系统构造和应具备控制功能，参数检测和故障保护装置，拟定了各故障检测传感器类型及安装位置。在此基本上采用SIEMENSS7-300系列PLC对系统进行硬件和软件设计，其中涉及PLC模块配备及外部连线，梯形图程序设计。最后提出PLC控制系统重要干扰源，并设计了抗干扰办法。

核心词：胶带输送机； S7-300； 集中控制系统

目 录

1 绪论 7
1.1 概述 7
1.2 胶带输送机集中控制系统 7
1.2.1 胶带输送机集中控制系统重要性 7
1.2.2 集中控制系统发展及存在问题 8
1.3 本课题研究重要内容 9
2 胶带机集中控制系统总体设计 10
2.1 课题背景简介 10
2.2 胶带输送机集中控制系统功能设计 11
2.3 胶带输送机集中控制系统构造设计 12
2.4胶带输送机集中控制系统设备构成 14
2.4.1 胶带输送机 14
2.4.2 PLC简述 15
2.4.3 人机界面HMI 19
3 胶带输送机集控系统硬件设计 21
3.1 SIMATIC S7-300 PLC简介 21
3.1.1 SIMATIC S7-300 PLC简介 21
3.1.2 模块安装 23
3.2 集控系统PLC设计 23
3.2.1 CPU选取 23
3.2.2数字量模块选取 26
4 胶带集中控制系统软件设计 30
4.1 集中控制流程图 30
4.2 系统软件实现 31
4.2.1 控制方式选取 31
4.2.2 模仿量解决 33
5 总结 34
参照文献: 36
致 谢 37
1 绪论
1.1 概述
煤炭运送是煤炭生产过程中不可缺少一某些。矿井中，运送线路比较长，巷道条件各种各样，运送若不畅通，采掘工作或是其他工作都无法进行，整个煤炭生产系统将处在瘫痪状态。矿井运送机械类型诸多，按运营方式不同，可分为持续运营和来回运营两种。持续运营式运送设备特点是，一经开动就不需操作而持续运营。普通胶带机、钢绳芯胶带输送机、钢绳牵引胶带输送机等均属于此类运送设备。来回运营式运送设备特点是，在运营区间，以一定方式，作来回式周期性运营，运营中需要操作换向。机车运送及单绳牵引运送等属于此类运送设备。
随着科学技术不断发展，矿井生产规模不断扩大，运送系统也经历了不断变革和进步，并以煤流运送持续化（输送机化），设备大型化（使用长运距、大运营、高运速、大功率输送机）、自动化、高可靠性与安全性能来保证矿井持续、高效生产。
矿井胶带运送系统，是由多条胶带搭接或由煤仓转载形成煤流运送系统，因而它内部基本运送单元就是单台胶带机。胶带输送机是选煤广重要运送设备，它可用于物料水平或倾斜运送上。由于胶带输送机输送能力变化范畴大、运送距离长、货载和输送机间没有相对运动、运转时阻力小等，因而具备适应性强、工作平稳可靠、动力消耗小、机件磨损小、使用维修以便等长处，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重要性
矿井胶带运送系统是原煤运送唯一途径，是矿井生产重要环节，因而它安全高效运营受到很大限度注重。由于矿井胶带运送系统分布广、信息分散以及控制规定高特点，随着矿井生产规模不断扩大，以及技术水平不断提高，当代化矿井也需要当代化管理，因而对胶带运送系统控制和管理提出了更高规定。
以往对胶带输送机都采用人工就地分台控制，即每台输送机控制均由一名司机就地操作，这是一种最原始控制方式。这种控制方式是直接操作输送机控制开关，操作最简朴，不增长任何控制元器件，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。而集中控制方式，是在整个运送线上新增一套集中控制装置，在控制室内集中操纵机构，由一名司机来完毕操作。这不但节约了大量司机人员，也为及时发现故障，缩短停产时间和综合自动化创造了条件。当前，已经成为矿井胶带运送重要控制方式。
1.2.2 集中控制系统发展及存在问题
在煤矿中，煤流运送普通在几百米到十几公里之间，因而它运送系统要有多台胶带输送机、给煤机、煤仓等构成，协调配合完毕长距离运送任务。为保证运送系统安全可靠，提高运送效率，对其进行完善管理和监控是当代矿井煤流运送迫切需要一项技术。
随着矿井功能和规模不断扩大，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构成系统和低廉单片机应用系统。当前，虽然市场上有着各式各样方案构成集控系统，但发展方向是一致，那就是朝自动化、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重要构成某些。 当前对胶带输送机集中控制系统存在重要问题有：
(1)在安全保护方面，为提高胶带输送机运营可靠性，安全性，减少故障，提高效率，各种检测办法已应用于电动机、液力偶合器、减速器和胶带运营系统故障检测，但是这些系统是互相独立。
(2)故障检测系统误报率高。误报将导致胶带输送机不应有停机，使全矿井停产，对矿井生产导致极大影响。
(3)皮带机控制、运营、保护等信息不能较好与矿井其她控制系统共享，不能与整个矿井信息系统集成。视频监视系统不规范，没有语音通讯功能，不能实现无人值守。
1.3 本课题研究重要内容
矿井生产自动化已经成为一种趋势，如何更好实现矿井运送系统集中安全控制管理是当前迫切解决问题。而皮带机集中控制系统可实现对整个皮带机运送系统遥测、遥信、遥控，提高生产效率、减少事故率，减少故障解决时间、减少现场操作人员、提高经济效益。本论文正是以此为目，以新疆哈密煤矿主斜井与地面胶带输送机为背景，设计一种基于PLC运送皮带和给煤机集中控制系统。
本次设计重要内容如下：
(1)对胶带运送控制系统概述。
(2)以煤矿主斜井与地面胶带输送机为背景，概述胶带输送机集中控制系统功能，设计其系统构造，讨论要监控故障对象、传感器配备及对故障解决办法。
(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。为了使集控系统更加完善，实现控制可观化、清晰化，加入了触摸屏设计。它可以实时显示系统运营状况和各种故障状况，进行及时报警显示和记录。
(4)进行系统软件设计，实现系统功能。

2 胶带机集中控制系统总体设计
2.1 课题背景简介
普通中型煤矿，采用带式运送机作为重要运送方式，其主运送系统涉及主提高带式输送机、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。各条皮带机都由一台电动机驱动，正常运营速度为2m/s，其中振动筛为双层，每条皮带机均设立跑偏、堆煤、烟雾、拉线急停、打滑、纵撕等保护。其工艺流程图如图2.1所示。其中箭头批示煤流方向。

图2.1 运送工艺流程图
如图所示，煤炭从井底煤仓经给煤机运到主提高皮带，通过主斜井中主提高皮带运至地面，经地面走廊皮带输送机转运到振动筛，振动筛为双层，经筛分后提成大块煤、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，而末煤先通过过桥皮带转运，再运用过桥皮带机尾分煤挡板分到两条末煤刮板输送机上，运送到各自煤仓，其分煤挡板是固定。
本矿井皮带运送系统控制采用继电器控制，可靠性差、体积大、故障率高、劳动强度较大。其控制方式有两种：集中手动控制和就地控制，没有集中自动控制，所有控制都由人来操作。集中控制室设在选煤楼振动筛附近，由控制柜、操作台和触摸屏构成。皮带机控制通过操作台上相应启停按钮集中控制，触摸屏实时显示皮带运营状态和故障状态集、故障位置。各皮带机机头或机尾都设立就地控制箱，在检修或特殊状况下进行现场就地启停控制。皮带按逆煤流启动，顺煤流停车。启动顺序为：末煤刮板机、过桥皮带、大小块皮带、振动筛、走廊皮带、主提高皮带、给煤机；停止顺序与此相反。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能设计
本胶带输送机集中控制系统具备功能如下所述：
1) 本系统有集控、就地、检修三种工作模式。普通系统运营在集控工作模式下，当构成生产流水线时，本机依照先后闭锁关系自动启停，同步检测各检测保护设备状况；运营就地工作模式时，操作员手动操作按钮启动/停止胶带机，但所有保护设备均投入使用；运营检修工作模式时，操作员手动启动/停止胶带，保护设备可有选取性投入使用，在检修模式下，咱们使胶带低速运营。工作方式变化，只有在胶带输送机不转时进行，胶带输送机运作时，不能变化其工作方式；
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，虽然经维修后信号消失，计算机内仍保存信号故障状态，这时复位指令可以清除故障保持信号；
3）皮带输送机按照逆煤流启动，顺煤流延时停车，并具备闭锁功能；
4) 系统具备胶带机低速打滑、机头堆煤、超温洒水、烟雾、滚筒超温、沿线急停和跑偏等各种保护。下面简朴简介它们信号发生后动作状况：
a.拉线开关：信号发出后立即发出急停指令，系统可以辨认哪个急停开关动作，发出拉线开关声光报警。
b.堆煤：信号发出后，执行堆煤声光报警指令和急停指令。
c.跑偏：信号发出后，执行跑偏声光报警指令，此为一级动作，当报警时间超过一定期间段时，同步再执行急停指令，此为二级动作。
d.打滑；信号发出后，执行打滑声光报警指令，再执行急停指令。
e.超速：信号发出后，执行超速声光报警和急停指令。
f.断带：信号发出后，执行断带声光报警和急停指令。
g.纵撕：信号发出后，执行纵撕声光报警和急停指令。
h.滚筒超温：信号发出后，执行滚筒超温声光报警、洒水指令和急停指令。
i.烟雾：信号发出后，执行烟雾声光报警、洒水指令和急停指令。
5) 对设备故障和工艺参数异常实时报警，并进行声光提示，系统状态对位显示，更便于维护。
6) 可与工业电视系统配合，实时监视皮带机重点部位运营状况，以保证人员及设备安全；具备喊话、打点通讯功能，基本实现无人值守。
7) 胶带运送机就地控制箱上设启停、起动预警按钮，设备启动前发出预警信号，提示关于人员应及时远离设备；现场可随时停车，若设备由集控启动，控制系统接到现场停车信号后，可作急停解决，实行故障停车操作。
8）具备联网功能，能与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构造设计
本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，并且现场环境比较恶劣。因此，系统构造采用PROFIBUS-DP现场总线技术，构成主从系统构造。依照工艺流程划分，系统以PLC为控制主站，以每条皮带就地箱配备远程I/O ET200M为从站，共设7个从站，这样就节约了大量电缆等材料。本系统由集中控制台、PLC控制柜、触摸屏、就地箱、各种保护传感器及执行器构成。完毕一种系统内多条皮带各种设备全过程控制、监测，构成一种完善集中控制系统。其系统构造如图2.2所示。

图2.2 系统构造图
以SIEMENS公司S7-300系列PLC作为核心控制器件，具备防潮、抗干扰能力强、易扩展，基本免维护，实现与上位机通信，以循环扫描方式，检测传感器及被控设备信号，发出程序指令，完毕对皮带机集中监控，使各个皮带协调完毕工作。PLC控制柜内部由S7-300 PLC模块、接线端子、电源模块、变压器及各种模块构成；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/检修工作方式转换开关，系统紧急停车按钮；触摸屏则详细显示各条皮带及给煤机运营状况，同步也显示出所有皮带上各种保护传感器动作状况、故障位置等。就地控制箱上有控制皮带启动、停止按钮，急停按钮，内部配SIMATIC ET200M远程I/O，完毕现场皮带数据采集和控制。每个远程I/O站可以解决256个开关量或64个模仿量，它与CPU通信速率最高可达12Mbps，通信距离最远可达1200米。ET200M 远程单元通过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构成
胶带输送机集中控制系统重要由PLC、人机界面等构成，它重要控制胶带输送机、各种参数检测和故障保护装置，将各种信息在触摸屏上集中显示。下面咱们对集控系统各某些进行详细简介。
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持续运送机械，又称为胶带输送机，它在矿山物料运送，特别是煤输送方面得到了广泛应用。带式输送机重要由如下几种重要部件构成：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。

胶带输送机基木构造见图2.3所示。胶带1绕过传动滚筒2及尾部滚筒3形成无级循环牵引机构，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)，传动滚筒由电动机通过减速器带动，胶带与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，它作用是通过安装在小车上尾部滚筒使胶带处在张紧状态。这样，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。
胶带是经积极滚筒和机尾改向滚筒形成一种无极环行带。它上下两股胶带分别由上下托辊来支承。胶带机传动装置普通位于输送带头部、中部或是尾部，它是带式输送机重要构成某些。传动装置普通由驱动装置和传动滚筒构成。驱动装置普通采用电动机、液力偶合器、减速器及制动轮、传动滚筒构成。
输送机驱动有单滚筒驱动和多滚筒驱动，普通常采用单滚筒驱动，功率大时可采用多滚筒驱动。多滚筒驱动长处就是可以传递较大功率，带动较大负载，并能减少输送带张力；其缺陷就是也许会浮现功率不平衡问题，从而增长了电动机备用功率。本项目胶带输送机都采用一台电机单滚筒驱动。
胶带输送机向上运送物料倾角不能过大，运送煤炭时倾角普通为18O—2lO。向下运送倾角普通在150如下。超过这些数值，运送物料和胶带之间就会有相对运动，使物料下滑。因而，在输送同样高度条件下，胶带输送机所需厂房面积或成长度较大。

2.4.2 PLC简述
随着微解决器、计算机和数字通信技术飞速发展，计算机控制已经广泛应用在所有工业领域。可编程序控制器（Programmable Logic Controll er）正是顺应这一潮流浮现，它是以微解决器为基本通用工业控制装置。1987年，美国电气制造协会（NEMA）对可编程序控制器下了定义：可编程序控制器是一种带有指令存储器、数字或模仿输入输出接口，以位运算为主，能完毕逻辑、顺序、定期、计数和算术运算功能，用于控制机器和生产过程自动控制装置。可编程序控制器简称PLC，它应用面广、功能强大、使用以便，已经成为当代工业自动化重要支柱之一。PLC已经广泛地应用在各种机械设备和生产过程自动控制系统中，PLC在其他领域，例如在民用和家庭自动化设备中应用也得到了迅速发展。
1、 PLC 系统构成
PLC硬件系统由CPU、I/O扩展机及外部设备构成。如图2.3.9所示。西门子PLC以其极高性能价格比，在国内占有很大市场份额，在国内各行各业得到了广泛应用。本次设计所采用S7—300属于模块式PLC，重要由机架、CPU模块、信号模块、功能模块、接口模块、通信解决器、电源模块和编程设备构成，各种模块安装到机架上。通过CPU模块或通信模块上通信接口，PLC被连接到通信网络上，可以与计算机、其他PLC或其他设备通信。
与继电器控制系统相比，PLC可以以为是由输入某些、控制某些和输出某些等构成，但它是采用大规模集成电路微解决器和存储器来代替继电器控制线路，控制作用是通过编制好并存入内存程序来实现。咱们可以以为PLC等效电路如下：
输入某些：用于接受外部输入信号，与外部输入设备连接。可以等效为一种受控于外部顾客输入设备继电器线圈（输入继电器）。
控制某些：等效于一种受控于内部逻辑一种线圈，接点可用于驱动外部输出设备继电器。
输出某些：用于与外部输出设备连接。

电源
扩展机架
接触器
电磁阀
电 源 模 块
接 口 模 块
输入模块
输出模块
CPU模块
通信接口
其他设备
其他PLC
计算机
选取开关
批示灯
限位开关
电源
按钮

图2.10 PLC控制系统示意图

2、PLC工作原理
CPU中程序分为操作系统和顾客程序。操作系统用来解决PLC启动、刷新输入/输出过程映像区、调用顾客程序、解决中断和错误、管理存储区和通信等任务。顾客程序由顾客生成，用来实现顾客规定自动化任务。STEP7将顾客编写程序和程序所需数据放置在块中，功能块FB和功能FC相称于顾客编写子程序，系统功能SFC系统功能块SFB是操作系统提供应顾客使用原则子程序，这些块也通称为逻辑块。
PLC采用循环执行顾客程序方式，这种运营方式也称为扫描工作方式。OB1是用于循环解决组织块，相称于顾客程序主程序，它可以调用其他块，或被中断程序（组织块）中断。PLC得电或由STOP模式切换到RUN模式时，CPU执行启动操作，清除没有保持功能位存储器、定期器和计数器，清除中断堆栈和块堆栈内容，复位保存硬件中断等。此外还要执行一次顾客编写“系统启动组织块”OB100，完毕顾客指定初始化操作，后来将进入周期性循环运营。循环程序解决过程可以被某些事件中断，如果有中断事件浮现，当前执行块将停止执行，并调用分派给该事件组织块。该组织块执行完毕后，被中断块将从被中断地方开始继续执行。
在PLC存储器中，设立了一片区域用来存储输入信号和输出信号状态，它们分别存储在输入过程映像区和输出过程映像区。PLC梯形图中其他编程元件也有相应映像存储区。在循环程序解决中，CPU并不直接访问I/O模块中输入地址区域和输出地址区域，而是访问CPU内部过程映像区。在读输入模块阶段，PLC将所有外部输入电路接通/断开状态读如输入过程映像区。在写输出模块阶段，CPU将输出过程映像区状态传给输出模块。在程序执行阶段，虽然外部输入信号状态发生了变化，输入过程映像位状态也随之而变，输入信号变化了状态字能在下一种循环扫描周期读输入模块阶段被读入。
PLC顾客程序由若干条指令构成，指令在存储器中顺序排列。在没有跳转指令和块调用指令时，CPU从第一条指令开始，逐条顺序执行顾客程序，直到顾客程序结束。在执行指令时，从输入过程映像区或别存储区中将关于编程元件0、1状态读出来，并依照指令规定执行相应逻辑运算，运算成果写入到相应存储区中，因而，各编程元件存储区（输入过程映像区除外）内容将随着程序执行而变化。

图2.11 PLC对输入输出解决规则

3、PLC特点
1)灵活、通用
在继电器控制系统中，使用控制装置是大量继电器，整个系统是依照设计好电气控制图，由人工通过布线、焊接、固定等手段组装完毕，其过程费时费力。如果由于工艺上少量变化，需要变化电气控制系统时，原先整个电气控制系统将被所有拆除，而重新进行布线、焊接、固定等工作，耗费大量人力、物力、和时间。而PLC是通过在存储器中程序实现控制功能，若控制功能需要变化，只需修改程序及少量接线即可。并且，同一台PLC还可用于不同控制对象，通过变化软件则可实现不同控制控制规定。因而，PLC具备很大灵活性和通用性，构造形式多样化，可以合用于各种不同规模、不同工业控制规定。
2)可靠性高、抗干扰能力强
可靠性是工业控制器件重要指标。因而，规定在各种恶劣工作环境和条件(如电磁干扰、灰尘等)下可靠工作，将故障率降至最低。PLC具备很高可靠性和抗干扰能力，不会浮现继电器一接触器控制系统中接线老化、脱焊、触点电弧等现象，故被称为“专为适应恶劣工业环境而设计计算机”。
3)编程简朴、使用以便
PLC采用面向控制过程、面向问题“自然语言”编程，容易掌握。当前，PLC大多采用梯形图语言编程方式，它既继承了继电器控制线路清晰直观感，又考虑到电气技术人员读图习惯和应用实际，电气技术人员易于编程，程序修改灵活以便。这种面向控制过程、面向问题编程方式，与汇编语言相比，虽然增长理解释程序和程序执行时间，但对大多数机电控制设备来说，PLC控制速度还是足够快。此外，PLCI/O接口可直接与控制现场顾客设备联接。如继电器、接触器、电磁阀等联接，具备较强驱动能力。
4)接线简朴
PLC只需将输入设备(如按钮、开关等)与输入端子联接，将输出设备(如接触器、电磁阀等)与输出端子联接。接线极其简朴、工作量很少。
5)功能强
PLC不但具备条件控制、定期、计数、步进等控制功能，并且还能完毕A/D. D/A转换、数字运算和数据解决以及通信联网、生产过程监控等。因而，PLC既可对开关量进行控制，又可对模仿量进行控制。可控制一台单机、一条生产线，也可控制一种机群、多条生产线。可用于现场控制，也可用于远距离控制。可控制简朴系统，又可控制复杂系统。
6)体积小、重量轻、易于实现机电一体化
PLC具备体积小、重量轻、功耗低等特点。由于PLC是专为工业控制而设计专用计算机，其构造紧凑、结实耐用，以及有很强可靠性和抗干扰能力，易于嵌入机械设备内部。因而，PLC在机电一体化产品中被广泛应用。
2.4.3 人机界面HMI
人机界面是操作人员与PLC之间进行对话和互相作用接口设备。近年来人机界面应用越来越广泛，已经成为当代工业控制系统不可缺少设备之一。这里咱们选用触摸屏和操作台。触摸屏用来监视带式输送机运营工况。触摸屏可以监视带式机速度、拉线急停和跑偏开关动作位置等各种保护状况以及显示带式输送机正常运营工况和各种故障状态。通过操作台各种控制按钮，可以进行工作方式选取和就地控制带式输送机。图2.12和图2.13分别是本次设计操作台、就地控制箱面板。

图2.12 操作台

触摸屏技术就是使用者只要用手指轻轻地触碰计算机显示屏上图符或文字，就能实现对主机操作或查询，这样就挣脱了键盘和鼠标操作，从而大大地提高了计算机可操作性。触摸屏是一种最直观操作设备，只要触摸屏幕上图形对象，计算机便会执行相应操作。触摸屏具备以便直观、图像清晰、结实耐用和节约空间等长处。
在触摸屏上，咱们重要显示皮带运营状况和给煤机运营信号，胶带速度和各个故障状态及故障浮现详细位置，同步也可以查询到各皮带滚筒温度，以实时监测皮带，减少故障查找环节，提高工作效率。

3 胶带输送机集控系统硬件设计
3.1 SIMATIC S7-300 PLC简介
3.1.1 SIMATIC S7-300 PLC简介
SIMATIC S7—300系列PLC是模块化构造设计，各个单独模块之间可以进行单独组合和扩展，从而使控制系统设计更加灵活满足不同应用需求。编程器PG用来为S7-300 PLC编制程序，使用编程电缆连接编程器和CPU。通过PROFIBUS电缆可以实现S7-300 CPU之间通讯，以及与其她SIMATIC S7 PLC进行通讯。一根PROFIBUS总线电缆可以连接各种S7-300。S7-300 PLC重要构成某些有导轨（RACK）、电源模块（PS）、中央解决单元模块（CPU）、接口模块（IM）、信号模块（SM）、功能模块（FM）等。它通过MPI网接口直接与编程器PG、操作员面板OP、和其他S7 PLC相连。

图3.1 PLC系统构成图
导轨（RACK）：导轨是安装S7-300各类模块机架，它是特制不锈钢异型板，其长度有160、482、530、830、（mm）五种，可依照实际需要选取。电源模块、CPU、及其他信号模块都可以便地安装在导轨上。除CPU模块外，每块信号模块都带有总线解决器，安装时先将总线连接器装在CPU模块并固定在导轨上，然后依次将各模块装入，通过背板总线将各模块从物理上和电气上连接起来。
电源模块（PS）：电源模块用于将SIMATIC S7-300连接到120/230V交流电源和24/48/60/110V直流电源。它与CPU模块和其他信号模块之间通过电缆连接，而不是通过背板总线连接。
中央解决单元模块（CPU）：SIMATIC S7-300提供了各种不同性能CPU，以满足不同顾客需求，涉及CPU312IFM、CPU313、CPU314、CPU315、CPU315- 2DP等。CPU模块除完毕执行顾客程序重要任务之外，还为S7-300背板总线提供5V直流电源，并通过MPI接口与其他中央解决器和编程装置通信。S7-300编程装置可以是西门子专用编程器，如PG705、PG720、PG740、PG760等，也可以用通用微机，配以STEP7软件包，并加MPI卡和MPI编程电缆构成。
接口模块（IM）：接口模块用于多机架配备时连接主机架和扩展机架。S7-300通过度布式主机架和3个扩展机架，可操作多达32个模块。
信号模块（SM）：信号模块使不同过程信号电平和S7-300内部信号电平相匹配，重要有数字量输入模块SM321、数字量输出模块SM322、模仿量输入模块SM331、模仿量输出模块SM332.每个信号模块都配有自编码螺紧型前连接器，外部过程信号可以以便地连接在信号模块前连接器上。特别指出是，其模仿量输入模块独具特色，可以接入热电偶、热电阻、4～20mA电流、0～10V电压等18种不同信号，输入量程范畴很宽。
功能模块（FM）：用于实时性强、存储计数量较大过程信号解决任务。如：快给进和慢给进驱动定位模块FM351、电子凸轮控制模块FM352、步进电机定位模块FM353、伺服电机位控模块FM354、智能位控制模块SINUMERIK FM-NC等。
通信解决器（CP）是一种智能模块，它用于PLC间和PLC与其他装置间连网以实现数据共享。如：具备RS-232C接口CP340，与现场总线连网CP342 -5DP。
3.1.2模块安装
S7-300可以水平安装也可以垂直安装，其容许环境温度分别为0～40℃（垂直安装）和0～60℃。电源和CPU必要安装在导轨左侧（水平安装）或低部（垂直安装）。
S7-300是模块化组合构造，依照应用对象不同，可选取不同型号和不同数量模块，并可以将这些模块安装在同一种机架上（导轨）或各种机架上。除电源模块、CPU模块和接口模块外，一种机架上最多只能安装八个信号模块或功能模块。IM360/IM361接口模块用来将S7-300背板总线从一种机架连接到下一种机架。在使用扩展机架时，除了另需模块机架和接口模块以外，也许还需要另加电源模块。
中央解决单元总是在0号机架2号槽位上，1号槽安装电源模块，3号槽总是安装接口模块，槽号4到11，可自由分派信号模块，功能模块和通信模块。需要注意是槽号是相对，每一种机架导轨并不存在物理槽位。

3.2 集控系统PLC设计
3.2.1 CPU选取
（1）I/O点数拟定
通过对各输入输出大略计算，本设计中需要数字量输入164点，数字量输出69点，模仿量输入通道14路，其详细分派见表3. 2，3.3，3.4。

表3.2模仿量输入通道登记表
模仿量输入
通道数
皮带机速度
1*7
滚筒温度
1*7
总计
14
表3.3数字量输入点数登记表
数字量输入
点数

操
作
台
控制方式选取
3
总启动按钮
1
总停止按钮
1
起车预警按钮
1
急停按钮
1
给煤机启停按钮
2
各皮带启停按钮
14
堆煤传感器
1*7
主提高、走廊皮带跑偏开关
2*12
其她皮带跑偏开关
8*6
纵撕传感器
1*7
烟雾传感器
1*7
走廊皮带拉线急停开关
2
主提高皮带拉线急停开关
20
其她皮带拉线急停开关
1*5
就地箱启动按钮
1*7
就地箱停止按钮
1*7
就地箱急停按钮
1*7
总计
164

表3.4数字量输出点数登记表
数字量输出
点数
皮带电机开
7
洒水装置电磁阀
7
皮带电机关
7
警铃
1
给煤机启动、停止
2
状态批示灯
10
就地箱故障显示灯
5*7
总计
69
考虑到前面设计中I/O点数也许有疏漏，并考虑到I/O端分组状况以及隔离与接地规定，应在记录后得出I/O总点数基本上，增长10％到15％裕量。考虑裕量后I/O总点数即为I/O点数预计值。选定PLC机型I/O能力极限值必要不不大于I/O点数预计值，并应尽量避免使PLC能力接近饱和，普通应留有30％裕量。
（2） 存储器容量选取
PLCI/O点数估算值大小，在很大限度上反映了PLC系统功能规定，因而可以在I/O点数估算值基本上计算对PLC存储器容量需求。当前，大多用记录经验公式进行存储器容量估算。这种办法是以PLC解决每个信息量所需存储器数记录平均经验值为根据，乘以信息量数再考虑一定裕量计算得到存储器需要容量。作为普通应用下一种经验公式是：
存储器容量
其中：DI为数字量输入总点数；
DO为数字量输出总点数；
AI/O为模仿量I/O通道总数。
DI点数预计值为164×1.15=189，DO点数预计值为69×1.15=80，AI通道预计值为14×1.15=17个。因此存储器容量为:
1.2×(189×10+69×5+17×100)/1024=4.62KB
工程实践中，大多采用粗略估算，加大裕量，实际选型时参照此值采用就高不就低原则。
（3） 响应速度
PLC是为工业自动化而设计通用控制器，不同档次PLC响应速度普通能满足起应用范畴内需要。如果要跨范畴使用PLC，或者应用中某些功能或信号有特别速度规定期，拟定PLC型号就应特别慎重。
通过上面计算，考虑系统通讯和冗余规定，选用SIMATIC S7-300系列中CPU315-2 DP是最适当。其中最重要因素是CPU315-2 DP是S7-300系列中唯一带现场总线(PROFIBUS) SINEC L2-DP接口CPU模块。内置80KB RAM，随机存储器为48KB，最大数字量I/O点数为1024个，最大模仿量I/O通道数为128个。最大配备4个机架，32块模块。满足设计需要。
3.2.2数字量模块选取
1、数字量输入模块选取及外部连线
数字量输入模块SM321：数字量输入模块用于将现场过程送来数字信号电平转换成S7-300内部信号电平。数字量输入模块有直流输入方式和交流输入方式。直流输入模块各输入点所相应电路都相似，它们有一种公共端子，即有一种公共汇入集点，因而直流输入方式又称为直流汇点输入方式。交直流输入模块各输入电路都相似，但它们各个输入电路也许有一种公共端子，称为汇点输入方式；也也许没有公共端子，而是彼此独立，互不影响，称为分隔式输入方式。
输入信号进入模块后，普通都通过光电隔离和滤波，然后才送至输入缓冲器等待CPU采样。采样时，信号通过背板总线进入到输入映像区。数字量输入模块SM321有四种型号模块可供选取，即直流16点输入，直流32点输入，交流16点输入，交流8点输入模块。模块每个输入点有一种绿色发光二极管显示输入状态，输入开关闭合即有输入电压时，二极管亮。
输入模块选取时应注意如下几方面：a.依照现场设备与模块之间距离来选取模块电压水平，其传播距离不适当太远；b.模块同步接通点数不适当太多，普通来讲，同步接通点数不要超过输入点数60%；c.为提高控制系统可靠性，应考虑其门槛电平大小。门槛电平越高，抗干扰能力越强，传播距离也越远。
综合考虑以上几点，本次设计中选用直流32点输入输入模块SM321（6ES7 321-1BL00-0AA0）。操作台输入开关量有23个点，远程I/O主提高皮带输入开关量有38个，其她皮带输入开关量点数都少于20个。故操作台输入模块SM321选1块，主提高皮带远程I/O选2块，别的皮带远程I/O各选1块，一共选9块输入模块SM321。
输入模块是通过输入端子与外部顾客输入设备相连接。输入模块普通有若干个输入点。每一种输入点能接受一种来自顾客输入设备所发出开关信号。输入模块与外部顾客输入设备接线分汇点式输入接线和