基于plc控制的储煤仓升降系统设计说明书

基于plc控制的储煤仓升降系统设计说明书内容摘要：

在动力系统和控制系统上都必须符合要求，而系统的动力是绞车提升，在工业系统中绞车已经被广泛的应用，其技术和经验都已很成熟；同时 PLC技术在本系统中的应用，由于 PLC的稳定可靠的控 制性使得系统的运行可靠性很高。 我国在很久以前的古代，就知道采用辘辘等来提升重物，以减轻体力劳动的强度和提高生产率。 但提升设备的生产是解放以后才开始的，随着生产的发展到了 60年代，由于对煤炭的开采，对提升设备在生产和使用越来越多。 改革开放以后，为了发展提升设备的生产，行业组织了有关厂家的人员对全国提升机的生产和应用情况进行了调查，是新产品的开发提到日程上来。 不少生产厂家成了了厂属研究所，开发了如告诉卷扬机、变速卷扬机、自动限位卷扬机等新产品，以及谐波传动、摆线针轮传动、圆弧齿齿轮传动、圆弧圆柱蜗杆传动等具有 新型传动型式的卷扬机。 对单筒快速提升卷扬机起重质量从。 基本实现了结构紧凑、加工简单、操作方便、体积小，重量轻，满足了生产的需要和技术的进步。 PLC控制技术是电气控制技术中的一朵奇葩。 经过 30多年的发展替代继电—— 接触器控制的简单功能，发展到目前的具有接近计算机的强有力的软硬件功能。 PLC源于替代继电 —— 接触器控制，它与传统的电气控制技术有着密不可分的联系。 PLC是以微处理器微基础，综合了计算机技术、半导体技术、自动控制技术、数字技术和网络通信技术发展起来的一种通用工业 自动控制装置。 PLC以其可靠性高、灵活性强、使用方便的优越性，迅速占领了工业控制领域。 从运动控制到过程控制，从单机自动化到生产线自动化乃至工厂自动化，从工业机器人、数控设备到柔性制造系统，从集中控制系统到大型集散控制系统， PLC均充当着重要角色，并展现出了强劲的态势。 PLC作为先进的、应用势头最强的工业控制器风靡全球。 PLC用于包括逻辑运算、数值运算、数据传输、过程控制、位置控制、高速计数、中断控制、人机对话、网络通信等功能的控制领域。 解决了动力和信号系统的关键部分，使得整个设计以此为基础顺利的进行下去。 2 设计方案 中国矿业大学 2020 届本科生毕业设计 第 8 页 皮带输送能力： 400T/t； 煤最大块度： 200mm(最大直径 )； 煤仓高度 ： 2025m； 自动升降缓冲仓的设计； 牵引系统设计； 控制系统设计； 说明书； 防破碎的方法 1) 螺旋溜槽：适用于大型的圆筒仓中。 其作用机理是延长块煤下降的距离，利用摩擦和离心力，降低块煤运动的末速度，防止块煤破碎。 其优点是运行费用低廉，维护简单。 其缺点是制造、加工和安装难度较大，防破碎效果取决于煤质、粒度、螺旋角和内倾角的大小，需要个别试验和科学计 算，角度不合适会造成堵煤或防碎效果不理想，而且发生过因堵煤造成溜槽垮台事故。 其具体有以下几方面： 螺旋溜槽 图 (1 )由于溜槽是钢板焊接而成，溜槽面为钢板，无耐磨材料，有可能长时间使用出现钢板凹凸不平现象，影响使用效果，甚至造成钢板磨穿需重新制作更换，维护不便。 建议溜槽面使用耐磨喷涂材料，以保护钢板不被磨损。 (2 )因螺旋仓单口入料，故用螺旋溜槽装满仓后，另一侧仍有空间无煤，比原设计仓储减小很多。 (3 )煤仓底部锥体部分的螺旋溜槽技术问题。 中国矿业大学 2020 届本科生毕业设计 第 9 页 2) 斜面仓法：这种方法克服了限位放煤 法的缺点，有效利用了仓体的容量。 其作用机理是延长块煤运动时间，降低块煤运动的末速度，防止块煤破碎。 缺点是土建工程量大、施工难度大、有限下率构成的细粒煤容易沉积在斜坡上，造成块煤颗粒滚动，降低了防止块煤破碎的效果。 3) 自动放煤机：工作原理是利用 PLC 集中控制系统，对定量斗、放煤斗通过压力传感器实施自动间断放煤的防破碎方法。 定量斗存储一定量的块煤后，打开闸门给放煤斗供煤，放煤斗盛煤结束后，自动下落到仓底或与存煤接触底部位，打开底部闸板，实施放煤，完成煤炭的防破碎功能。 从工作过程不难看出，其工作机理变胶带的 连续给煤为定量斗间断放煤，完全避免了块煤的速度对破碎的影响，使块煤的运动速度降低到了一个理想的状态，块煤的势能完全被运输的机械所消化，因此防破碎的效果是明显的。 其优点是自动化程度高，对仓体的适应能力较强，效果好。 缺点是制造工艺复杂，运行费用高 (提升电机功率大，带式输送机必须断续运行 )，维护工作量大，具有一些易损的部件，要经常检修、保养。 图中： 图 4) 煤仓内缓冲仓法：在煤仓这个大仓内再建一个截 面 1m2 左右的圆形或矩形小仓，此小仓是由多节套筒组成，可以上、下升降。 其工作原理：在往煤仓内装煤前，先开动绞车，下放套筒，套筒底面与煤仓料面接触后，位置传感器将信号传给 PLC 控制器， PLC 指令提升机停电抱闸，同时带式输送机转动，块煤通过套筒仓上部的缓冲仓，流入套筒仓，待块煤装到缓冲仓上料 中国矿业大学 2020 届本科生毕业设计 第 10 页 位传感器时，提升机开始提升最下节套筒，同时装仓带式输送机连续给料，随着套筒的不断升高，套筒中块煤不断流入大的煤仓中。 整体设计结构如 所示： 因为套筒中块煤流动量应大于或等于 输送带给料量，缓冲仓中块煤下落快。 料位落到下限位时，下料位压力传感器发出信号， PLC 命令绞车停机，等待缓冲仓位上升到上限位时，绞车再开动，提升套筒。 当煤仓装火车时，煤仓料位下降后压力传感器断开，绞车自动反转，套筒下放，最下节套筒底面与煤仓内料面相接触。 简单的也有采用绞车上提套筒，套筒靠自重下降的方法。 套筒仓法的最大优点是可以煤的破碎率低，可以将破碎率降低 5%，但缺点是以现有的料位传感器的可靠性均难以满足块煤仓的使用要求，传感器在块煤的冲击作用下经常误动作或不动作，造成使用效果不理想。 针对上述情况分析，我个 人认为比较有效的方法应该是套筒仓法，当然问题的关键是要设计合适的传感器和传感方式感知煤位，所以我通过对现有系统的进行改进，采用改进后的可靠性更高的机械式位置传感器和压力传感器，利用可编程序控制器的智能对传感信号可能出现的错误进行判断和剔除，并且对系统本身的故障进行判断和报警，可以满足现场使用的要求。 3 缓冲仓的设计 1）每个圆筒上端都焊接了圆环状内环 4，下端安装了圆环状外环，套筒在伸缩过程中内环与外环之间形成了一个伸缩空腔，煤仓中的煤尘和细小颗粒很容易通过内外圆环 与筒壁之间的空隙进入伸缩空腔，在伸缩空腔的下部堆积。 由于外环与筒壁之间的间隙小，堆积的煤尘和细小颗粒大部分不能从伸缩空腔中排出。 套筒收缩到最后这些堆积的煤尘和细小颗粒被积压成坚硬的煤层，套筒反复伸缩，煤尘和细小颗粒反复被挤压成坚硬的煤层，使套筒的伸缩距离越来越小，防破碎效果越来越低，最终失效。 2）内外圆环与筒壁焊接后形成了一个整体，每个铁筒都不能方便地从套筒中拆出，同时清除堆积在空腔中的煤层非常的不方便，给维修、更换造成很多的困难。 3）绞车必须沿绞车梁小幅移动才能使钢丝绳的相对位置保持不变，这种双向移动 的绞车结构比较复杂，并且在移动过程中容易引起钢丝绳的晃动。 为解决套筒仓法的不足，本设计采用了一种新型的设计：将圆环状外圆环用 定位板替换，这样套筒仓内够将进入伸缩空腔的绝大多数煤尘和细小颗粒排出，同时也能够清除进入套筒伸缩空腔的煤尘和细小颗粒，煤尘和细小颗粒不会在伸缩空腔内存留、积压和堆积，能够保证较长时间的无故障运行。 另外，这种新型设计还能使得套筒仓中的每个桶都能方便地从整体中取出， 中国矿业大学 2020 届本科生毕业设计 第 11 页 便于维修和更换。 另外本次设计改变了绞车的安装位置 —— 绞车与漏斗几乎在同一水平线上，便于安装和维修。 同时设计了导向轮装置，这样 使得钢丝绳定位准确、不晃动。 1）圆筒下端沿筒外壁分散焊接了两个以上的定位板，定位板之间较大的间隙，间隙两端都是光滑的筒壁，克服了已有技术外圆环与筒壁之间间隙较小、堆积的煤尘和细小颗粒大部分不能从伸缩空腔内排出的弊病。 套筒在伸缩的过程中，圆筒上端的内圆环和圆筒下端的定位板不断刮除进入伸缩空腔并且粘附在筒壁上的煤尘和细小颗粒，它们不会在伸缩空腔内存留、积压和堆积，能够较长时间的无故障运行。 2. 筒仓 3. 绳 槽 6. 内环槽 图 2）在圆筒上端的内圆环上开了两个以上的槽口。 套筒在伸缩时，因为槽口中的中线与内筒下端定位板的中线相差角度为 30度，在钢丝绳的限位下槽口与定位板始终相错角度 30度。 检修更换时，先将钢丝绳从提升板中分离，然后需要更换的套筒旋转角度 30度，使定位板对准槽口，因为槽口的宽度略宽于定位板的宽度，槽口的数目与定位板的数目相同，槽口的中线位置与定位板的中线位置对应，这样套筒中的每个筒都能方便地从整体中拆出，便于 中国矿业大学 2020 届本科生毕业设计 第 12 页 维修和更换。 3） .在最上端固定圆筒上安装两个滑轮组 钢丝绳从滑轮组中心穿过（如图 ），由导向轮组将钢丝绳定位，这样钢丝绳定位准确不晃动。 综上所述，我所设计得新型筒仓的形式如图 ： 筒仓的设计要求：（ 1）重量不能太重；（ 2）耐冲击，有一定的韧性；（ 3）耐磨性好易制造，；（ 4）制造成本低 由于圆筒仓的工作情况，输送能力 400 吨 /小时，设计选材用 45钢板，钢板的厚度取 1cm。 钢板的高度取 2m。 本题目设计要用到煤的堆积密度，堆积密度是指在 20186。 下单位（包括煤的内外空隙及煤粒间的空隙）煤的质量，用 BRD表示（为方便计算本题目用 γ 表示并取γ =），堆积密度的大小除与煤的真密度有关外，主要决定于煤的粒度组成和堆积的密实度，堆积密度对煤炭的生产和加工利用部门设计矿车、煤仓、估算煤堆质量等很关键。 假设煤从输送机上脱落进入漏斗并滑到漏斗下断口，此过程中重力对煤做的功等于摩擦力对煤做的功，即此过程中外力不对煤做功，那么理论上漏斗的下端口的面积大于等于落入煤的有效面积即可。 落入漏斗的有效面积（用 Sm 表示）计算如下： 因为 Q = Sm ⋅ v ⋅γ 式中： γ − 煤的堆积密度， γ = / cm3 = 1200kg/m3 ； Q − 筒仓的运输量， Q = 400t / h = / s ； v − 煤的入仓速度； 由于煤进行的是自由落体运动， S = 21 at2 漏斗的垂直距离可取 下落的距离 s=，得 t =  = v = at = 179。 = 从而 Sm = Q / v ⋅γ =179。 1200= 中国矿业大学 2020 届本科生毕业设计 第 13 页 而对于圆截面 Sm =π d2m /4 式中 md 为截面的有效直径 求得： dm =ms4=  = 所以设计的漏斗下端口直径只要能大于等于 即可，但考虑到其他象冲击、输送煤量的不均匀等，设计漏斗下断口的直径为 dL =,漏斗上端口直径为 Hl =，接下来的第一节套筒（后文称为第一节固定套筒）的直径应大于等于漏斗下端口的外径（ ），同时由于输送能力为 400 吨 /小时，综合以上因素可取第一节（最上端）圆筒的横截面尺寸 S≥。 因为 S=π r2 所以 解得 r= 米 取 r=400mm R=410mm（外径） 筒仓铁板的体积 V=2π r179。 H179。 dm 式中 V 筒仓铁板的实际体积 dm 铁板的厚度 R 为筒仓的内径 H 筒仓的高度 现定义最上端可移动桶为 A1 ，依此类推由上至下依次定义各可移动桶为 A A A A A6。 选取伸缩空腔的厚度为 35mm，内筒外环至外筒壁的距离取 d=5mm，桶高H=2020mm。 为简化计算将筒仓展开成铁板计算其体积从而求得其重量 计算筒仓 1重量： V1 = 2π r1 179。 H179。 dm =2179。 179。 179。 2179。 = M1 = V1 179。 ρ =179。 7850= G1A = M1 179。 g = 179。 = 中国矿业大学 2020 届本科生毕业设计 第 14 页 计算筒仓 2重量： V2 = 2π r2 179。 H179。 dm =2179。 179。 (++)179。 2179。 = M2 = V2 179。 ρ =179。 7850= G 2A = M2 179。 g = 17。