基于plc的皮带集中控制系统设计电气工程及自动化毕业论文

基于plc的皮带集中控制系统设计电气工程及自动化毕业论文内容摘要：

制台、 PLC 控制柜、触摸屏、就地箱、各种保护传感器及执行器组成。 完成一个系统内多条皮带多个设备全过程的控制、监测 ,构成一个完善的集中控制系统。 其系统结构如图 所示。 图 系统结构图 以 SIEMENS 公司 S7300 系列 PLC 作为核心控制器件 ,具有防潮、抗干扰能力强、易扩展 ,基本免维护 ,实现与上位机的通信 ,以循环扫描的方式 ,检测传感器及被控设备的信号 ,发出程序指令 ,完成对皮带机的集中监控 ,使各个皮带协调完成工作。 PLC 控制柜内部由 S7300 PLC 模块、接线端子、电源模块、变压器及各种模块组成。 集中控制台和触摸屏是人机的交流界面 ,控制台面板上有各条皮带机的起停控制按钮 ,总启、总停按钮 ,起车预警按钮、集控 /就地 /检修工作方式的转换开关 ,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行情况 ,同时也显示出所有皮带上的各种保护传感器的动作情况、故障位置等。 就地控制箱上有控制皮带的启动、停止按钮 ,急停按钮 ,内部配 SIMATIC ET200M 远程I/O,完成现场皮带的数据采集和控制。 每个远程 I/O 站可以处理 256 个开关量或64 个模拟量 ,它与 CPU 的通信速率最高可达 12Mbps,通信距离最远可达 1200 米。 ET200M 远程单元通过 IM1532 总线接口模块连接到 PROFIBUS 总线上。 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主要由 PLC、人机界面等组成 ,它主要控制胶带输送 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。 下面我们对集控系统各部分进行详细的介绍。 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的连续运输机械 ,又称为胶带输送机 ,它在矿山的物料运输 ,特别是煤的输送方面得到了广泛应用。 带式输送机主要由以下几种主要部件组成 :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。 胶带输送机的基木结构见图 所示。 胶带 1 绕过传动滚筒 2 及尾部滚筒 3 形成无级循环的牵引机构 ,在滚筒 2 和 3 之间的机架上按一定距离安装着托辊 4和 5,用来支承载有物料的胶带段重段和回空的胶带段空段 ,传动滚筒由电动机通过减速器带动 ,胶带与滚筒之间的摩擦力使胶带移动 ,这时 ,由给料漏斗 7 装载装置加到胶带上的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的作用下卸到排料漏斗 8 卸料装置中。 小车和系在它上面的重物是胶带输送机的拉紧装置 ,它的作用是通过安装在小车上的尾部滚筒使胶带处于张紧的状态。 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的牵引力传送给胶带。 胶带是经主动滚筒和机尾改向滚筒形成一个无极环行带。 它上下的两股胶带分别由上下的托辊来支承。 胶带机的传动装置一般位于输送带的头部、中部或是尾部 ,它是带式输送机的重要组成部分。 传动装置一般由驱动装置和传动滚筒组成。 驱动装置一般采用电动机、液力偶合器、减速器及制动轮、传动滚筒组成。 输送机的驱动有单滚筒驱动和多滚筒驱动 ,一般常采用单滚筒驱动 ,功率大时可采用多滚筒驱动。 多滚筒驱动的优点就是能够传递较大的功率 ,带动较大的负载 ,并能降低输送带的张力。 其缺点就是可能会出现功率不平衡问题 ,从而增加了电动机的备用功率。 本项目的胶带输送机都采用一台电机的单滚筒驱动。 胶带输送 机向上运输物料的倾角不能过大 ,运输煤炭时的倾角一般为18O?2lO。 向下运输的倾角一般在 150 以下。 超过这些数值 ,运输物料和胶带之间就会有相对运动 ,使物料下滑。 因此 ,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。 参数检测及故障保护装置 为了能实时的掌握带式输送机的运行状况 ,需要对其一些参数如速度、滚筒温度等进行检测。 带式输送机在输送过程中也难免出现一些故障 ,如果这些故障处理不当 ,可能会导致更大的事故 ,对生产造成重大损失。 所以 ,对带式输送机的参数检测和采取相关保护措施是必须的。 下面简要介绍一下带式输送机出现的一些常见故障及其参数的检测。 跑偏 近年来 ,带式输送机在运转中最常见的故障是运输机跑偏 ,如果处理不及时 ,因输送带边缘与托辊或机架剧烈摩擦 ,很快会把输送带边上的保护层磨掉 ,使带芯受潮湿大气的侵蚀而迅速损坏 ,也可能扯坏输送带 ,造成断带事故。 另外 ,皮带严重跑偏时也会导致向外撒煤 ,造成浪费。 因此 ,防护输送带跑偏是带式运输机运行保护中的重要问题。 胶带输送机跑偏的根本原因是输送带在运行过程中 ,横向受力不平衡。 主要有以下几种原因 :1 安装质量原因 :a 机架、滚筒没有调整平直。 b 托辊轴线与输送带中心线不垂直。 c 机架与地面连接强度不够 ,机架不稳定。 d 导料槽和卸料槽的导料挡板安装位置不当 ,受力不均。 2 输送带质量原因 :a 输送带接头与中心线不直。 b 输送带带边呈“ S”型。 3 装载质量原因 :装载点不在输送带中央。 4 维护质量原因 :滚筒清扫不干净 ,造成直径不等。 目前 ,对运输机跑偏的解决办法主要有两种 :1 通过人工调整滚筒或托辊进行调偏。 2 使用回转式槽型调偏托辊 (上胶带装 )或平行调偏托辊 (下胶带装 )进行自动调偏。 为实现无人值守 ,多数都使用能自动调偏的托辊。 为实时监测运输皮带是否跑偏 ,一般在机头、机中和机尾皮带最容易跑偏的地方分别安装一对防跑偏保护装置。 本设计中采用煤炭科学总院常州自动化研究所的 KG1007A2 型胶带二级防跑偏开关 ,其跑偏信号通过接入临近拉线急停开关传输。 在皮带正常工作时 ,跑偏开关的探杆在竖直位置。 当皮带跑偏时 ,皮带碰到跑偏开关的探杆 ,并带动探杆轴转动 ,此时与探杆固定在一轴上的凸轮也同时转动 ,拨动跑偏开关的微动开关发出跑偏信号。 图 跑偏开关 图 速度传感器 KG1007A2 型胶带防跑偏开关为本质安全型电气设备 ,使用于煤矿有瓦斯、矿尘爆炸危险的环境。 它体积比较小、重量轻、密封性能好。 触点动作后还留有较大的探杆转动缓冲角 ,探杆上装有尼龙滚动护套 ,避免探杆和胶带之间的磨擦 ,使本身不易损坏 ,输出开关量信号。 它的转动角度可以通过改变微调开关的位置来改变。 在此设计中 ,我们要求跑偏信号发出传送给 PLC,一级跑偏时发出声光报警。 二级跑偏时 PLC 发出急停指令 ,语音报警 ,同时触摸屏故障位置指示灯亮并启动急停报警。 KG1007A2 型防跑偏开关技术参数如下所示 : 胶 带跑偏开关型号 : KG1007A2 型 外壳防护等级 : IP54 触点容量 AC380V、 DC220V,5A,煤矿井下使用时必须和本质安全型电路连接 探杆动作转动最大角度 : 大于 70176。 ,双向转动 触点动作时探杆转动角度 : 25176。 (一级 ) 40176。 (二级 ) 引入电缆外径 : 6~12mm,两个出线口 重量 : 2kg 速度检测 检测胶带打滑、超速和断带故障 ,均需要知道胶带的运行速度 ,因此我们给每条皮带设置一个速度传感器来检测胶带的速度。 本设计中 ,我们选用常州联力的 KJ5007A型速度传感器 ,输出频率信号 ,幅值 5V,频率 f200VV为胶带速度值 ,输出电流信号 4~20mA。 其工作原理是 :带式输送机运行时 ,速度检测传感器由紧贴胶带的滚轮带动转盘 (带有齿槽 )在光电传感器凹槽内转动 ,光电传感器光路通断受齿槽控制 ,输出相应的方波频率信号 ,频率信号经整形放大后 ,再经频率 /电压、电压 /电流变换后输出 4~20mA 的电流信号。 图 速度检测传感器部分电路方框图 打滑 驱动滚筒打滑的原因是滚筒的摩擦牵引力降低、超载或带子被卡住。 摩擦牵引力降低的原因是输送带或滚筒沾 泥水、输送带张力下降。 采用自动调整的拉紧装置是防止驱动滚筒打滑的有效方法。 滚筒持续打滑得不到纠正 ,则会招致输送带着火 ,引起重大火灾事故。 采用阻燃输送带 ,驱动滚筒持续打滑也会冒烟污染空气。 因此设置打滑保护装置 ,自动监视调整或停止。 在此设计中我们没有选用专门的打滑检测传感器 ,是通过检测胶带的速度 ,把胶带速度和滚筒速度做比较来实现的。 理论上我们是将胶带的实际运行速度与滚筒实际速度作比较 ,但是实际上 ,在滚筒速度不容易获取的情况下 ,我们可让胶带实际速度与滚筒的额定转速比较 ,监测传动滚筒和输送带之间的线速度之差 ,当检测到输送机速度滑差率大于或等于 8%时 ,立即发出声光报警 :当测得输送机速度滑差率大于或等于 8%和运行时间大于或等于 20秒时使带式输送机与给煤机紧急停车 ,并发出声光报警。 或当测得输送机速度滑差率大于或等于 12%和运行时间大于或等于 5 秒时使带式输送机与给煤机紧急停车 ,并发出声光报警。 超速 当胶带负载忽然变轻或是胶带忽然断带时 ,胶带运行速度会马上升高。 胶带。