礦山機(jī)電畢業(yè)論文(含外文翻譯)礦用膠帶輸送機(jī)智能監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　本科畢業(yè)論文</b></p><p><b>　?。?0 屆）</b></p><p>　　礦用膠帶輸送機(jī)智能監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　Design and Research of the Mine Belt Conveyor Control System Based on PLC&

2、lt;/p><p>　　所在學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級 礦山機(jī)電 </p><p>　　學(xué)生姓名 學(xué)號 </p><p>　　指導(dǎo)教師 職稱 </

3、p><p>　　完成日期 年 月 </p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì) 共 65頁（其中：外文文獻(xiàn)及譯文21頁）圖紙共2張</p><p><b>　　遼寧工程技術(shù)大學(xué)</b></p><p>　　本科畢業(yè)論文學(xué)生誠信承諾保證書</p><p>　　本人鄭重承諾：

4、《礦用膠帶輸送機(jī)智能監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)》畢業(yè)論文的內(nèi)容真實(shí)、可靠，系本人在 指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下，獨(dú)立完成。如果存在弄虛作假、抄襲的情況，本人承擔(dān)全部責(zé)任。</p><p><b>　　學(xué)生簽名：</b></p><p>　　年 月 日</p><p><b>　　遼寧工程技術(shù)大學(xué)</b></p&g

5、t;<p>　　本科畢業(yè)論文指導(dǎo)教師誠信承諾保證書</p><p>　　本人鄭重承諾：我已按學(xué)校相關(guān)規(guī)定對 同學(xué)的畢業(yè)論文的選題與內(nèi)容進(jìn)行了指導(dǎo)和審核，確認(rèn)由該生獨(dú)立完成。如果存在弄虛作假、抄襲的情況，本人承擔(dān)指導(dǎo)教師相關(guān)責(zé)任。</p><p><b>　　指導(dǎo)教師簽名：</b></p><p>　　年 月

6、 日</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　膠帶輸送機(jī)是以膠帶兼做牽引機(jī)構(gòu)和承載機(jī)構(gòu)的一種連續(xù)動作式的運(yùn)輸設(shè)備。膠帶帶運(yùn)輸機(jī)具有輸送運(yùn)量大、距離長、輸送連續(xù)等優(yōu)點(diǎn)，運(yùn)行可靠，易于實(shí)現(xiàn)自動化控制和集中化控制。尤其在高產(chǎn)高效的礦井中，膠帶輸送機(jī)己經(jīng)成為實(shí)現(xiàn)礦井運(yùn)輸機(jī)電一體化的關(guān)鍵設(shè)備。</p><p>　　但是在膠帶運(yùn)輸

7、機(jī)的連續(xù)運(yùn)行中，經(jīng)常會出現(xiàn)跑偏、打滑、斷帶、撕裂、堆煤、過熱、煙霧等故障，給煤礦生產(chǎn)帶來了極大的不便和損失，甚至?xí)斐扇藛T傷亡，因此對膠帶運(yùn)輸機(jī)保護(hù)系統(tǒng)的研究具有重要的意義。本文針對膠帶運(yùn)輸機(jī)運(yùn)行過程中出現(xiàn)的不同故障，選擇了相應(yīng)的傳感器，通過PLC實(shí)現(xiàn)報(bào)警。在本文中，對各種故障發(fā)生的原因及危害進(jìn)行了簡單的描述，著重介紹了各種故障檢測傳感器的選型、性能、安裝和調(diào)試。</p><p>　　本文對控制系統(tǒng)的硬件和軟件都

8、做了詳細(xì)的介紹，硬件方面，采用西門子S7-200PLC對系統(tǒng)進(jìn)行硬件和軟件設(shè)計(jì)，其中包括PLC的模塊配置及外部連線，梯形圖程序設(shè)計(jì)。軟件方面，本系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)兩種控制：一種是簡單控制，該部分實(shí)現(xiàn)膠帶運(yùn)輸機(jī)的變頻調(diào)速啟動和停止，對于膠帶的各種保護(hù)不做要求；另一種是保護(hù)控制，具有如下檢測保護(hù)功能：跑偏，撕裂，急停，過熱，堆煤，煙霧，打滑。</p><p>　　關(guān)鍵詞：膠帶運(yùn)輸機(jī)；PLC；傳感器；故障檢測</p&g

9、t;<p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Belt conveyor, as a handling machine, can convey materials continuously,mainly used to transport massive, granular and other bulk materials and goods. Belt

10、 conveyor has a long conveyor distance, I/Olume, continuous conveying and running reliable, it is easy to be automatically and centralized controlled, so it is widely used to modern industrial production, especially for

11、the highly yielding and efficient mine. Belt conveyor has become the key equipment to achieve Transport- Electronics integrat</p><p>　　However, the conveyor belt running continuous will has some failure，such

12、 as belt overheat, belt deviation, belt tearing，belt coal pile，belt fire，belt creep. It will cause greatly loss to the industrial production and casualties，so it is necessary to study the conveyor belt protective system.

13、 According to the different failure of this running conveyor belt，we select the appropriate sensors, and it achieves the alarm through the PLC. In this paper, we describe the reason and damage of various fail</p>

14、<p>　　In this paper, we describe the hardware and software of the control system in detail. According to the needed input /output nodes of the system, the paper chooses the Siemens S7-200 series PLC, the CPU unit us

15、ing the CPU-224, the expansion modules using the EM221, the communication module using the CP243一1, and introduce the detailed functions of each unit module and the detailed communication parameters setting between the c

16、ommunication module and the host computer. The system is mainly to achi</p><p>　　Key words: Conveyor Belt; PLC; Fault Detection; Explosive; D-S Evidence Theory</p><p><b>　　目錄</b><

17、/p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p>　　1.1 膠帶運(yùn)輸機(jī)的發(fā)展概述1</p><p>　　1.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的背景2</p><p>　　1.3 膠帶輸送機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)幾種常見技術(shù)2</p><p>　　1.3.1 基于PLC的集中控制技術(shù)2</p>

18、;<p>　　1.4 論文主要工作3</p><p>　　2 膠帶輸送機(jī)的常見故障及其傳感器的選擇4</p><p>　　2.1 傳感器技術(shù)的概述4</p><p>　　2.2 膠帶輸送機(jī)的故障類型及其傳感器的選擇5</p><p>　　2.2.1 急停5</p><p>　　2.2.

19、2 跑偏6</p><p>　　2.2.3 斷帶7</p><p>　　2.2.4 打滑8</p><p>　　2.2.5 撕裂9</p><p>　　2.2.6 堆煤11</p><p>　　2.2.7 驅(qū)動滾筒過熱12</p><p>　　2.2.8 電動機(jī)定子超溫

20、13</p><p>　　2.2.9 煙霧13</p><p>　　2.2.10 聲光報(bào)警系統(tǒng)15</p><p>　　2.2.11 傳感器數(shù)量選定15</p><p>　　3 PLC的介紹及其PLC的選用16</p><p>　　3.1 PLC的基本組成結(jié)構(gòu)16</p><p

21、>　　3.1.1 中央處理器(CPU)17</p><p>　　3.1.2 存儲器17</p><p>　　3.1.3 I/0接口17</p><p>　　3.1.4 I/O擴(kuò)展接口18</p><p>　　3.1.5 通信接口18</p><p>　　3.1.6 外圍設(shè)備接口及特殊模塊1

22、8</p><p>　　3.1.7 電源18</p><p>　　3.2 PLC的工作原理18</p><p>　　3.2.1 內(nèi)部處理階段19</p><p>　　3.2.2 通信處理階段19</p><p>　　3.2.3 輸入采樣階段19</p><p>　　3.2.4

23、 程序執(zhí)行階段19</p><p>　　3.2.5 輸出刷新階段19</p><p>　　3.3 PLC的選型和介紹20</p><p>　　3.3.1 PLC的選型20</p><p>　　3.3.2 CPU型號的確定21</p><p>　　3.3.3 擴(kuò)展模塊22</p>

24、<p>　　3.3.4 I/O地址分配23</p><p>　　4 膠帶輸送機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)25</p><p>　　4.1 膠帶輸送機(jī)變頻調(diào)速啟動25</p><p>　　4.2 膠帶監(jiān)控系統(tǒng)控制功能25</p><p>　　4.3 膠帶輸送機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)26</p><p>　

25、　4.3.1 STEP7概述26</p><p>　　4.3.2 模塊化編程思想26</p><p>　　4.3.3 主程序的設(shè)計(jì)28</p><p>　　5 控制系統(tǒng)的抗干擾措施設(shè)計(jì)37</p><p>　　5.1 主要干擾源37</p><p>　　5.1.1 電源線引入干擾37</

26、p><p>　　5.1.2 信號線引入干擾37</p><p>　　5.1.3 接地干擾37</p><p>　　5.2 抗干擾措施38</p><p>　　5.2.1 抗供電電源干擾38</p><p>　　5.2.2 抗輸入、輸出端的干擾38</p><p>　　5.2.3

27、 接地系統(tǒng)抗干擾39</p><p>　　6 系統(tǒng)的安裝、調(diào)試及維護(hù)40</p><p>　　6.1 系統(tǒng)的安裝40</p><p>　　6.1.1 系統(tǒng)安裝方法40</p><p>　　6.1.2 I/O端的接線40</p><p>　　6.1.3 注意以下問題40</p><

28、;p><b>　　7 總結(jié)42</b></p><p><b>　　致謝43</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)44</b></p><p>　　附錄A 外文翻譯45</p><p>　　附錄B 外文文獻(xiàn)55</p><p>

29、<b>　　1 緒論</b></p><p>　　1.1 膠帶運(yùn)輸機(jī)的發(fā)展概述</p><p>　　煤炭運(yùn)輸是煤炭生產(chǎn)過程中不可缺少的一部分。礦井中，運(yùn)輸線路比較，巷道條件多種多樣，運(yùn)輸若不通暢，采掘工作或是其它的工作都無法進(jìn)行，整個(gè)煤炭生產(chǎn)系統(tǒng)將處于癱瘓狀態(tài)。礦井運(yùn)輸機(jī)械的類型很多，按運(yùn)行方式不同，可分為連續(xù)運(yùn)行和往返運(yùn)行兩種。連續(xù)運(yùn)行式運(yùn)輸設(shè)備的特點(diǎn)是，一經(jīng)開

30、動就不需操作而連續(xù)運(yùn)行。普通膠帶機(jī)、鋼繩芯膠帶輸送機(jī)、鋼繩牽引膠帶輸送機(jī)等均屬于此類運(yùn)輸設(shè)備。往返運(yùn)行式運(yùn)輸設(shè)備的特點(diǎn)是，在運(yùn)行區(qū)間，以一定的方式，作往返式周期性運(yùn)行，運(yùn)行中需要操作換向，機(jī)車運(yùn)輸及單繩牽引運(yùn)輸?shù)葘儆诖祟愡\(yùn)輸設(shè)備。</p><p>　　1-膠帶 2-傳動滾筒 3-機(jī)尾滾筒 4-上下托輥 5-拉緊裝置</p><p>　　圖1-1膠帶輸送機(jī)工作原理示意圖</p>

31、<p>　　Fig.1-1 Schematic diagram of the belt conveyor</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(kuò)大，運(yùn)輸系統(tǒng)也經(jīng)歷了不斷的變革和進(jìn)步，并以煤流運(yùn)輸?shù)倪B續(xù)化（輸送機(jī)化），設(shè)備大型化（使用長運(yùn)距、大運(yùn)營、高運(yùn)速、大功率輸送機(jī)）、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)。正是在這種環(huán)境下，膠帶輸送機(jī)系統(tǒng)由于具有輸送距離長、

32、運(yùn)量大、連續(xù)輸送等優(yōu)點(diǎn)，而且運(yùn)行可靠，易于實(shí)現(xiàn)自動化和集中化控制，目前，特別是在高產(chǎn)高效礦井，它已成為煤炭開采機(jī)電一體化技術(shù)與裝備的關(guān)鍵設(shè)備。</p><p>　　1.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的背景</p><p>　　膠帶輸送機(jī)是以膠帶兼作牽引機(jī)構(gòu)和承載機(jī)構(gòu)的一種連續(xù)動作的運(yùn)輸設(shè)備。在實(shí)際生產(chǎn)中，膠帶輸送機(jī)容易出現(xiàn)膠帶跑偏、打滑、撕裂、急停、過熱、堆煤、煙霧等故障，造成生產(chǎn)中斷，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失

33、。膠帶輸送機(jī)能否高效的運(yùn)行直接決定著礦井機(jī)電設(shè)備的開機(jī)率和產(chǎn)量。我國煤炭開采技術(shù)相對落后，大部分礦井都還在使用老式膠帶輸送機(jī)。這種膠帶輸送機(jī)一般采用繼電器控制，每條膠帶都是獨(dú)立控制開停，控制方式靈敏性差，且各條膠帶輸送機(jī)的配置差異大，只能采用人工操作方式勞動強(qiáng)度大，運(yùn)行效率低，且易引起操作失誤，設(shè)備損壞甚至人員傷亡，給煤礦帶來重大損失。</p><p>　　1.3 膠帶輸送機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)幾種常見技術(shù)</p&g

34、t;<p>　　計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、新的工業(yè)控制器技術(shù)的出現(xiàn)及應(yīng)用，使得礦井生產(chǎn)自動化得到了很好的發(fā)展，現(xiàn)代化的監(jiān)控技術(shù)也應(yīng)用到礦井監(jiān)控系統(tǒng)中來。現(xiàn)在常見的礦井運(yùn)輸監(jiān)控技術(shù)：基于PLC的集中控制技術(shù)。</p><p>　　1.3.1 基于PLC的集中控制技術(shù)</p><p>　　這種控制技術(shù)是直接對控制對象進(jìn)行控制，此類型有兩種形式，一種是用PLC直接對膠帶機(jī)進(jìn)行控制。這

35、種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)就是控制集中、直觀、軟硬件相對簡單，投資少。但是它的控制范圍小，只能對小型礦井或者相對集中的幾條膠帶輸送機(jī)進(jìn)行控制，同時(shí)由于控制的相對集中，致使輸入輸出點(diǎn)較多，所以連接線多而密集，增加了故障點(diǎn)。</p><p>　　另一種結(jié)構(gòu)是以PLC為核心，且配備了遠(yuǎn)程I/O點(diǎn)。它所有的控制功能集中由主PLC來實(shí)現(xiàn)，方便了程序的編制和修改分析。遠(yuǎn)程智能I/O的設(shè)置，一方面是避免了上面提及到的集中式結(jié)構(gòu)的集中連接控制

36、線，同時(shí)也增加了控制范圍。但是智能遠(yuǎn)程I/O站沒有獨(dú)立運(yùn)行的能力，正常工作完全依賴主機(jī)。一旦PLC出現(xiàn)故障或通訊中斷都將造成系統(tǒng)癱瘓。因此，此種系統(tǒng)一般要求主PLC具有硬件冗余的雙機(jī)熱備，同時(shí)，通訊線也應(yīng)具有雙線熱備功能。</p><p>　　圖1-2 基于PLC的集中控制結(jié)構(gòu)</p><p>　　Fig.1-2 PLC-based centralized control structur

37、e</p><p>　　1.4 論文主要工作</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(shí)現(xiàn)礦井運(yùn)輸系統(tǒng)的集中安全控制管理是現(xiàn)在迫切解決的問題。本論文正是以此為目的，設(shè)計(jì)單條膠帶的監(jiān)控系統(tǒng)。此監(jiān)控系統(tǒng)是以西門子S7-200 PLC為核心，實(shí)現(xiàn)膠帶輸送機(jī)啟?？刂坪透鞣N故障監(jiān)測的膠帶運(yùn)輸監(jiān)測控制系統(tǒng)。本論文是針對單條膠帶輸送機(jī)設(shè)計(jì)，它主要內(nèi)容如下：</p>

38、<p>　　(1)對膠帶運(yùn)輸監(jiān)控系統(tǒng)的幾種主要類型進(jìn)行概述。由于膠帶輸送線路過長，本設(shè)計(jì)選取膠帶輸送機(jī)中的50米進(jìn)行設(shè)計(jì)。</p><p>　　(2)講述膠帶輸送機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的硬件構(gòu)成，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，并給出了本監(jiān)控系統(tǒng)所需要的各種傳感器和執(zhí)行器。 </p><p>　　(3)概述監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能，進(jìn)行S7-20

39、0 PLC模塊選型和外部連線設(shè)計(jì)。</p><p>　　(4)采用梯形圖方法編制程序，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能。</p><p>　　(5)為了使監(jiān)控系統(tǒng)更加完善，還設(shè)計(jì)了報(bào)警系統(tǒng)。當(dāng)膠帶輸送機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警。</p><p>　　2 膠帶輸送機(jī)的常見故障及其傳感器的選擇</p><p>　　2.1 傳感器技術(shù)的概述</p>

40、<p>　　傳感器是能感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件和裝置。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，非電物理量的測試與控制技術(shù)已越來越廣泛地應(yīng)用于航天、航空、船舶、冶金、化工、輕工、交通運(yùn)輸、機(jī)械制造、常規(guī)武器、生物化學(xué)工程、自動檢測與計(jì)量等各個(gè)領(lǐng)域，而且也正在逐步引入人們的日常生活中。</p><p>　　傳感器是實(shí)現(xiàn)測試與自動控制(包括遙測、遙控、遙感)的首要環(huán)節(jié)，如果沒有傳感器對原始

41、信息進(jìn)行準(zhǔn)確可靠的捕獲和轉(zhuǎn)換，一切準(zhǔn)確的測試和控制將無法實(shí)現(xiàn)。當(dāng)前世界范圍內(nèi)的信息革命正在猛烈沖擊各個(gè)領(lǐng)域，信息革命的兩大重要支柱是信息的采集和處理，信息的采集和轉(zhuǎn)換主要依靠各類傳感器，信息的處理則主要依賴于各類計(jì)算機(jī)。</p><p>　　傳感器在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中的重要作用已為人們充分認(rèn)識。因此，國內(nèi)外對傳感器的研究和發(fā)展越來越重視，傳感器已成為各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域不可缺少的重要工具，傳感器技術(shù)已發(fā)展成為一種專門的技術(shù)學(xué)

42、科。</p><p>　　傳感器一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件和變送器三部分組成，有時(shí)候還需要加一些輔助電路。</p><p>　　圖2-1 傳感器工作原理圖</p><p>　　Fig.2-1 Working Principle of Sensors</p><p>　　(1)敏感元件：指傳感器中能直接感受（或響應(yīng)）被測量的部分；</p&g

43、t;<p>　　(2)轉(zhuǎn)換元件：指傳感器中能將直接感受（或響應(yīng)）的被測量轉(zhuǎn)換成適于傳輸和測量的電信號部分；</p><p>　　(3)變送器：指使輸出的電信號轉(zhuǎn)換成為規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)信號的部分。</p><p>　　傳感器的發(fā)展即受到相關(guān)學(xué)科的制約，有對其他學(xué)科產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。從當(dāng)前信息科技和計(jì)算機(jī)科學(xué)的發(fā)展趨勢分析，未來傳感器技術(shù)的發(fā)展向兩個(gè)方向進(jìn)行：其一是開發(fā)新材料、新工藝和利

44、用新原理開發(fā)新型傳感器；其二是研究傳感器技術(shù)的高精度、微型化、集成化、智能化、仿生和多傳感器融合等。</p><p>　　傳感器技術(shù)的研究和應(yīng)用向著傳感器本身的基礎(chǔ)研究和智能化傳感器方向發(fā)展，前者重點(diǎn)研究新的傳感器材料和工藝，后者研究的是如何將檢測功能與信號處理技術(shù)相結(jié)合，在微處理器技術(shù)的支持下，是傳感器的功能更加豐富和完善，能夠適應(yīng)更多的應(yīng)用領(lǐng)域。</p><p>　　2.2 膠帶輸送

45、機(jī)的故障類型及其傳感器的選擇</p><p>　　膠帶鋪設(shè)長度較長，特別是在井下，工作條件差，很容易引起損壞。主要有以下幾種損傷形式和原因：</p><p>　　(1)轉(zhuǎn)載機(jī)與膠帶輸送機(jī)機(jī)尾搭接高度不夠，或機(jī)尾緩沖托輥失去彈性，當(dāng)大塊的物料從轉(zhuǎn)載機(jī)上落下，形成較大的沖擊力而裝破膠帶的上覆蓋層，甚至破斷帶芯，形成窟窿。特別是當(dāng)物料中夾帶尖銳物體，很容易劃破膠帶，造成膠帶縱斯。</p&g

46、t;<p>　　(2)當(dāng)膠帶跑偏，會引起膠帶和機(jī)架摩擦，產(chǎn)生帶邊拉毛開裂，帶邊磨損后，水從破損處滲入，時(shí)間久了，帆布層會逐漸腐爛。</p><p>　　(3)膠帶搭接不符合要求。如果接頭不齊，不平不直，造成膠帶受力不均勻而破裂。</p><p>　　(4)膠帶制造質(zhì)量差或使用保管不當(dāng)，如地面使用的膠帶，夏季長期在烈日下曝曬，冬季膠帶表面積水結(jié)冰造成膠帶膠質(zhì)變硬使膠帶提前老化。

47、如果使用中膠帶張緊力過大或膠帶鋪設(shè)距離太短，撓曲次數(shù)超過了極限值，也容易造成膠帶提前老化損傷。</p><p>　　膠帶輸送機(jī)在輸送過程中經(jīng)常出現(xiàn)故障，除以上的一些原因外，還有許多其它的原因，如果這些故障處理不當(dāng)，可能會導(dǎo)致更大的事故，對生產(chǎn)造成重大損失。</p><p><b>　　2.2.1 急停</b></p><p>　　急停開關(guān)是煤

48、礦膠帶運(yùn)輸機(jī)自動控制系統(tǒng)中使用最多的設(shè)備之一，急停開關(guān)通常安裝在輸送機(jī)的兩側(cè)，用于設(shè)備的緊急停機(jī)，以保護(hù)人員或設(shè)備的安全。急停開關(guān)的鋼絲繩一端固定在一個(gè)固定的拉線螺栓上，另一端固定在開關(guān)臂上，鋼絲繩每三米用一個(gè)有孔螺栓支撐，當(dāng)外力促使開關(guān)臂桿轉(zhuǎn)動到報(bào)警位置時(shí)，觸動微動開關(guān)并鎖定，直到人工復(fù)位。其作用是當(dāng)工作人員在膠帶沿線發(fā)現(xiàn)故障或故障隱患時(shí)，可拉動與急停開關(guān)相連的鋼絲繩，強(qiáng)迫膠帶停機(jī)的一種設(shè)備，以防止發(fā)生較大的事故。</p>

49、<p>　　圖2-2 拉線急停開關(guān)</p><p>　　Fig.2-2 Pull emergency stop switch</p><p>　　急停開關(guān)的鋼絲繩一端固定在螺栓上，另一端固定在開關(guān)臂上。鋼絲繩每三米用一個(gè)有孔螺栓支撐，開關(guān)到固定端的距離通常不超過30米，兩開關(guān)之間的距離通常不超</p><p>　　過60米，向上、向下或拉動的力都能促使

50、臂桿轉(zhuǎn)動到報(bào)警位置，觸動微動開關(guān)并鎖定，</p><p>　　直到人工手動復(fù)位。我們采用KG9001A-C型編碼式拉繩急停閉鎖開關(guān)，可用作輸送機(jī)沿線電纜接線盒，并具有故障位置識別電路，識別各種不同故障及故障發(fā)生的地點(diǎn)。</p><p><b>　　2.2.2 跑偏</b></p><p>　　膠帶輸送機(jī)跑偏的根本原因是膠帶在運(yùn)行過程中，橫向受

51、力不平衡。主要有以下幾種原因：</p><p>　　安裝質(zhì)量原因：a機(jī)架、滾筒沒有調(diào)整平直；b托輥軸線與膠帶中心線不垂直；c機(jī)架與地面連接強(qiáng)度不夠，機(jī)架不穩(wěn)定；d導(dǎo)料槽和卸料槽的導(dǎo)料擋板安裝位置不當(dāng)，受力不均。</p><p>　　(2)膠帶質(zhì)量原因：a膠帶接頭與中心線不直；b膠帶帶邊呈”S”型。</p><p>　　(3)裝載質(zhì)量原因：裝載點(diǎn)不在膠帶中央。<

52、/p><p>　　(4)維護(hù)質(zhì)量原因：滾筒清掃不干凈，造成直徑不等。</p><p>　　我們一般在機(jī)頭、機(jī)中和機(jī)尾膠帶最容易跑偏的地方分別安裝一對防跑偏保護(hù)裝置。本設(shè)計(jì)中采用煤炭科學(xué)總院常州自動化研究所的KG1007A型膠帶防跑偏開關(guān)，其跑偏信號通過接入臨近拉線急停開關(guān)傳輸。在膠帶正常工作時(shí)，跑偏開關(guān)的探桿在豎直位置。當(dāng)膠帶跑偏時(shí)，膠帶碰到跑偏開關(guān)的探桿，并帶動探桿軸轉(zhuǎn)動，此時(shí)與探桿固定在一

53、軸上的凸也同時(shí)轉(zhuǎn)動，撥動跑偏開關(guān)的微動開關(guān)發(fā)出跑偏信號。</p><p>　　圖2-2 KG1007A型膠帶防跑偏開關(guān)</p><p>　　Fig.2-2 Belt Anti-deviation switch of KG1007A</p><p>　　KG1007A型膠帶防跑偏開關(guān)為本質(zhì)安全型電氣設(shè)備，使用于煤礦有瓦斯塵爆炸危險(xiǎn)的環(huán)境。它體積比較小、重量輕、密封性能

54、好；觸點(diǎn)動作后還留有較大的探桿轉(zhuǎn)動緩沖角，使本身不易損壞，輸出開關(guān)量信號。它的轉(zhuǎn)動角度可以通過改變微調(diào)開關(guān)的位置來改變。在此設(shè)計(jì)中，我們要求跑偏信號發(fā)出傳送給PLC后，使PLC發(fā)出急停指令，啟動急停報(bào)警。</p><p>　　跑偏開關(guān)應(yīng)成對安裝在膠帶運(yùn)輸機(jī)兩側(cè)，其位置應(yīng)使立輥與膠帶的帶邊垂直，且應(yīng)保證帶邊位于立輥高度的1/3處。將跑偏開關(guān)支架固定在膠帶運(yùn)輸機(jī)機(jī)架上之后，用螺栓將跑偏開關(guān)緊固在安裝支架上即可。立輥軸

55、線與膠帶平面相垂直，立輥與膠帶的邊緣距離為50-1OOmm。跑偏開關(guān)應(yīng)成對安裝在膠帶運(yùn)輸機(jī)的頭、尾和中間三個(gè)位置，一般的膠帶安裝3對為宜。</p><p><b>　　2.2.3 斷帶</b></p><p>　　從大量的斷帶事故分析可知，膠帶輸送機(jī)斷帶原因大概有以下幾種：</p><p>　　(1)齒輪減速器損壞，液力耦合器噴液或電動機(jī)逆轉(zhuǎn)

56、；</p><p>　　(2)膠帶接頭質(zhì)量問題；</p><p>　　(3)運(yùn)輸中因其他東西卷入而引起運(yùn)輸載荷突然增加；</p><p>　　(4)啟動和停車時(shí)應(yīng)力變化大；</p><p>　　(5)膠帶自身質(zhì)量不過關(guān)，膠帶服務(wù)年限過長，膠帶長時(shí)間超負(fù)荷運(yùn)輸，日常維護(hù)不到位；</p><p>　　(6)物料分配不均勻，

57、膠帶會跑偏。</p><p>　　為了防止由這些原因引起的斷帶事故，除了進(jìn)行人為的檢修和維護(hù)外，在輸送機(jī)沿線上布置斷帶保護(hù)裝置尤為重要。檢測膠帶打滑、超速和斷帶故障，均需要知道膠帶的運(yùn)行速度，因此我們設(shè)置一個(gè)速度傳感器來檢測膠帶的速度。本設(shè)計(jì)中，我們選用KJ5007A型速度傳感器。</p><p>　　圖2-4光電速度傳感器</p><p>　　Fig.2-4 Ph

58、otoelectric speed sensor</p><p>　　膠帶輸送機(jī)運(yùn)行時(shí)，速度檢測傳感器由緊貼膠帶的滾輪帶動轉(zhuǎn)盤（帶有齒槽）在光電傳感器凹槽內(nèi)轉(zhuǎn)動，光電傳感器光路通斷受齒槽控制，輸出相應(yīng)的方波頻率信號，頻率信號再經(jīng)頻率/電壓、電壓/電流變換后輸出電流信號。</p><p>　　圖2-5 速度檢測傳感器部分電路方框圖</p><p>　　Fig.2-5

59、Speed sensor portion of the circuit</p><p>　　因?yàn)樗梢员苊馔话l(fā)事故，隨時(shí)處于待命狀態(tài)。在滾筒實(shí)際轉(zhuǎn)速不能確定的情況下，我們通過檢測膠帶線速度與滾筒額定線速度差確定是否斷帶，當(dāng)差值大于設(shè)定值時(shí)，發(fā)出斷帶信號，命令停車，并發(fā)出聲光報(bào)警。</p><p><b>　　2.2.4 打滑</b></p><p

60、>　　驅(qū)動滾筒打滑的原因是滾筒的摩擦牽引力降低、超載或帶子被卡住。摩擦牽引力降低的原因是膠帶或滾筒沾泥水、膠帶張力下降。采用自動調(diào)整的拉緊裝置是防止驅(qū)動滾筒打滑的有效方法。滾筒持續(xù)打滑得不到糾正，則會招致膠帶著火，引起重大火災(zāi)事故。采用阻燃膠帶，驅(qū)動滾筒持續(xù)打滑也會冒煙污染空氣。因此設(shè)置打滑保護(hù)裝置，自動監(jiān)視調(diào)整或停止。</p><p>　　圖2-6 打滑檢測傳感器</p><p>

61、　　Fig.2-6 Slip detection sensor</p><p>　　在此設(shè)計(jì)中我們沒有選用專門的打滑檢測傳感器，是通過檢測膠帶的速度，把膠帶速度和滾筒速度做比較來實(shí)現(xiàn)的。理論上我們是將膠帶的實(shí)際運(yùn)行速度與滾筒實(shí)際速度作比較，但是實(shí)際上，在滾筒速度不容易獲取的情況下，我們可讓膠帶實(shí)際速度與滾筒的額定轉(zhuǎn)速比較，監(jiān)測傳動滾筒和膠帶之間的線速度之差，當(dāng)檢測到輸送機(jī)速度滑差率大于或等于8%時(shí)，立即發(fā)出聲光報(bào)

62、警：當(dāng)測得輸送機(jī)速度滑差率大于或等于8%和運(yùn)行時(shí)間大于或等于20秒時(shí)使膠帶輸送機(jī)與給煤機(jī)緊急停車，并發(fā)出聲光報(bào)警；或當(dāng)測得輸送機(jī)速度滑差率大于或等于12%和運(yùn)行時(shí)間大于或等于5秒時(shí)使膠帶輸送機(jī)緊急停車，并發(fā)出聲光報(bào)警。</p><p><b>　　2.2.5 撕裂</b></p><p>　　膠帶運(yùn)輸機(jī)廣泛應(yīng)用于煤炭、冶金、礦山、港口等工業(yè)領(lǐng)域中，膠帶撕裂是膠帶運(yùn)輸

63、機(jī)運(yùn)行中一種最嚴(yán)重、最常見的故障，因膠帶價(jià)格昂貴，一旦發(fā)生膠帶撕裂故障，造成的損失是十分嚴(yán)重的。膠帶縱向撕裂原因包括：</p><p><b>　?。?）膠帶跑偏撕裂</b></p><p>　　在礦下膠帶運(yùn)行過程中，當(dāng)膠帶向一側(cè)的偏移較大時(shí)，容易在膠帶的另一側(cè)形成折疊，因受到不均衡拉力而造成膠帶撕裂。這種情況一般不會瞬間發(fā)生，發(fā)現(xiàn)膠帶發(fā)生這類跑偏時(shí)及時(shí)地調(diào)整膠帶的位

64、置，即可防止這類撕裂事故的發(fā)生。</p><p><b>　?。?）膠帶抽芯撕裂</b></p><p>　　當(dāng)有外部劇烈的沖擊力作用時(shí)，有可能會導(dǎo)致膠帶中鋼絲繩發(fā)生斷裂，長時(shí)間的外力沖擊，會使膠帶遭受嚴(yán)重的磨損，斷裂的鋼絲繩也會從磨損處裸露出來，當(dāng)裸露出鋼絲繩太長時(shí)，隨著膠帶的運(yùn)行，鋼絲繩就有可能纏繞到滾筒上，造成膠帶的撕裂。還有一種情況就是膠帶表面的金屬絲與清掃器

65、的橡膠刮板纏繞在一起，使膠帶遭受嚴(yán)重的磨損，發(fā)現(xiàn)裸露在膠帶外面的鋼絲繩的長度超過20cm時(shí)，立即剪掉，防止膠帶撕裂故障的發(fā)生。</p><p>　　（3）膠帶卡壓堵塞撕裂</p><p>　　這種情況常發(fā)生在溜槽的下部，由于膠帶面與溜槽前端之間的距離比較小，且起緩沖作用的托輥間隔分布在膠帶下面，承載力的強(qiáng)度不夠均勻。當(dāng)所運(yùn)輸?shù)拿簤K長度超過膠帶面與溜槽前端之間的距離時(shí)，很容易使比較大塊的煤塊

66、卡在膠帶面與溜槽前端之間，使膠帶遭受強(qiáng)力擠壓而導(dǎo)致撕裂事故。還有一種情況就是裝載點(diǎn)處的煤量突然增大，使膠帶裝煤處發(fā)生堵塞。經(jīng)過長時(shí)間的煤塊和膠帶面的摩擦，也會導(dǎo)致膠帶撕裂事故的發(fā)生。</p><p><b>　?。?）膠帶異物劃傷</b></p><p>　　這種撕裂經(jīng)常發(fā)生在膠帶的下部，一般分為有三種情況：一是壓力性劃傷。當(dāng)進(jìn)入溜槽的煤塊尺寸大于其通過尺寸時(shí)，由于膠

67、帶的不斷地向前運(yùn)動，會使卡在溜槽下部得煤塊擠壓力增大，而導(dǎo)致膠帶撕裂。二是穿透性劃傷。上膠帶和下膠帶的首尾銜接處要一定的高度差，這樣就給上膠帶的煤塊積累了很大的重力勢能，當(dāng)煤塊落到下膠帶時(shí)會具有一定的速度，如果煤堆中有一些帶有鋒利棱角的煤塊，當(dāng)落到下膠帶的時(shí)候，由于慣性作用，這些煤塊就直接刺穿下膠帶而卡在托輥上，在膠帶不斷向前運(yùn)動的過程中劃傷膠帶，最終導(dǎo)致膠帶撕裂。三是其他劃傷。如果滾筒的端蓋處有一些金屬片沒有焊接好，當(dāng)滾筒旋轉(zhuǎn)時(shí)，這些

68、金屬片就會把膠帶割開，而導(dǎo)致膠帶撕裂。由此可以看出，膠帶的機(jī)尾處是膠帶撕裂故障的多發(fā)處。</p><p>　　目前國內(nèi)外膠帶縱向撕裂檢測方法很多，常用的主要有以下幾種：棒型檢測法、弦線型檢測法、擺動托輥檢測法、撕裂壓力檢測法、金屬線圈檢測法、帶寬檢測法、測振式檢測法、漏料檢測法、超聲波檢測法、X光透視檢測法、導(dǎo)電橡膠檢測法、磁性橡膠檢測法。其中漏料檢測法應(yīng)用最為普遍。 </p><p&g

69、t;　　本系統(tǒng)選用的是漏料檢測器，由于這種檢測器操作簡單，檢測方便，所以在國內(nèi)外應(yīng)用廣泛，它由支點(diǎn)、托盤和平衡錘等組成。當(dāng)膠帶發(fā)生縱向撕裂時(shí)，膠帶上的煤塊通過膠帶的撕裂口漏到膠帶下方的托盤里，當(dāng)托盤的重量大于平衡錘的重量時(shí)，整個(gè)檢測裝置繞支點(diǎn)轉(zhuǎn)動，使限位開關(guān)的觸點(diǎn)動作，從而使膠帶運(yùn)輸機(jī)停機(jī)。</p><p>　　1—回空帶；2—托盤；3—支點(diǎn)：4—平衡錘；5—承載帶</p><p>　　圖

70、2-7 漏料檢測器</p><p>　　Fig.2-7 Material leakage detector</p><p><b>　　2.2.6 堆煤</b></p><p>　　膠帶輸送機(jī)在礦井下工作時(shí)，由于工作條件惡劣、時(shí)停時(shí)開等原因，前一部設(shè)備停止運(yùn)行時(shí)，如果工作人員稍不注意，在膠帶輸送機(jī)的機(jī)頭就會堆滿煤塊，膠帶堆煤使傳動滾筒空轉(zhuǎn)、膠

71、帶打滑，膠帶起動不起來。堆煤對于膠帶運(yùn)輸系統(tǒng)的危害很大，膠帶在多次堆煤會出現(xiàn)膠帶跑偏，膠帶表面面磨損嚴(yán)重等問題，大大降低了膠帶的使用壽命，影響了膠帶運(yùn)輸系統(tǒng)的穩(wěn)定性，如果堆煤故障不及時(shí)的解除，輕則設(shè)備停運(yùn)影響生產(chǎn)，重則造成燒</p><p>　　電機(jī)、斷帶甚至造成人員傷亡事故。</p><p>　　圖2-8 堆煤傳感器開關(guān)</p><p>　　Fig.2-8 Hea

72、p of coal sensor switch</p><p>　　本系統(tǒng)采用的是上海東升儀表有限公司的LXWS-1161系列的行程開關(guān)。堆煤傳感器安裝在膠帶運(yùn)輸機(jī)兩條膠帶的搭接處，具體位置在前部膠帶的上方約200 - 300mm，流方向平行，且距離應(yīng)在前部膠帶軸線側(cè)向300-400mm，其平面位置應(yīng)與前部膠帶煤當(dāng)堆煤觸及到堆煤保護(hù)探頭時(shí)，保護(hù)器將自動停機(jī)報(bào)警。</p><p>　　2.2

73、.7 驅(qū)動滾筒過熱</p><p>　　膠帶輸送機(jī)的滾筒溫度過高主要原因有兩個(gè)：膠帶堆煤和滾筒軸承卡死。膠帶的堆煤事故是井下最常見的事故之一，由于井下條件惡劣，而且膠帶時(shí)開時(shí)停，所以膠帶運(yùn)輸機(jī)的很容易出現(xiàn)堆煤事故，膠帶堆煤會導(dǎo)致滾筒受力過大、膠帶啟動困難。如果不及時(shí)清理膠帶上的煤塊，將會使?jié)L筒的溫度迅速升高。由于礦井下粉塵、顆粒濃度比較大，膠帶運(yùn)輸機(jī)的滾筒在運(yùn)行時(shí)，如果不經(jīng)常清掃，會造成膠帶滾筒軸承的卡死，因此

74、，滾筒的溫度就會持續(xù)升高，當(dāng)升高到一定的溫度就易引燃膠帶及周圍的煤粉，引發(fā)礦井火災(zāi)，造成財(cái)產(chǎn)的損失和人員的傷亡。</p><p>　　溫度傳感器從使用上可分為接觸式和非接觸式兩大類，接觸式目前使用較為廣泛，而非接觸式測量是通過檢測被測物體所發(fā)出的紅外線，來達(dá)到測溫的目的。根據(jù)課題項(xiàng)目的具體要求，被測對象是一直轉(zhuǎn)動的滾筒表面，接觸式溫度傳感器測量起來誤差太大，響應(yīng)時(shí)間太長，溫度變化的傳遞完全依靠空氣為介質(zhì)進(jìn)行熱交換

75、，因而采用接觸式測量不適用于該次設(shè)計(jì)，為此，選用了RAYTEK非接觸式紅外熱敏元件作為測溫元件，溫度傳感器的輸出信號為0～10V模擬量電壓信號，測量范圍為-32～535度。它具有響應(yīng)速度快，測量精度高，安裝維護(hù)簡便等特點(diǎn)。我們將檢測到的紅外溫度與設(shè)定值比較，當(dāng)溫度大于設(shè)定值時(shí)，則發(fā)出報(bào)警指令，同時(shí)啟動灑水閥灑水降溫。一般我們的設(shè)定值要根據(jù)考慮周邊情況，如：膠帶的制作材料，燃點(diǎn)等。</p><p>　　圖2-9 R

76、AYTEK紅外線溫度傳感器</p><p>　　Fig.2-9 RAYTEK Infrared temperature sensor</p><p>　　2.2.8 電動機(jī)定子超溫 </p><p>　　膠帶輸送機(jī)電動機(jī)定子超溫一般從電和磁兩方面來講。從電的方面來說，主要原因是：</p><p>　?。?）電機(jī)長時(shí)間過負(fù)荷；</p&

77、gt;<p>　　（2）線圈繞組中出現(xiàn)相間或匝間短路；</p><p>　?。?）線圈絕緣層損傷；</p><p>　?。?）內(nèi)部放電；從磁的方面來說，主要原因是電磁磁耗、渦流損耗過大。</p><p>　　當(dāng)定子溫度過高時(shí)，會使絕緣層破壞，造成短路。我們監(jiān)測定子溫度是通過在定子繞組中放入PT100熱敏電阻溫度傳感器來實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)環(huán)境溫度變化時(shí)，熱敏電阻

78、的阻值變化，輸出電流也隨著改變。</p><p>　　圖2-10 PT100熱敏電阻溫度傳感器</p><p>　　Fig.2-10 PT100 thermistor temperature sensor </p><p><b>　　2.2.9 煙霧</b></p><p>　　膠帶運(yùn)輸機(jī)發(fā)生火災(zāi)的原因有很多，既有因

79、為膠帶運(yùn)輸機(jī)附近有火源，也有因?yàn)槟z帶運(yùn)輸機(jī)自身發(fā)生故障。以下主要介紹由于膠帶運(yùn)輸機(jī)自身發(fā)生故障而引起膠帶著火的原因。在膠帶發(fā)生著火的事故中，主要是由于滾筒停轉(zhuǎn)或滾筒在膠帶表面打滑而導(dǎo)致滾筒溫度升高甚至著火。由于礦井下環(huán)境條件比較差，滾筒的軸承內(nèi)部比較容易進(jìn)入煤粉，當(dāng)進(jìn)入的煤粉較多時(shí)，滾筒的軸承會被卡死，膠帶將在滾筒表面打滑，使?jié)L筒的溫度迅速升高，嚴(yán)重影響滾筒的使用壽命。由于膠帶打滑的原因而引起膠帶著火事故主要發(fā)生在膠帶停機(jī)后，當(dāng)下滾筒附

80、近堆積大量的煤粉時(shí)，如果下滾筒不轉(zhuǎn)或發(fā)生打滑事故，大量的煤粉將滾筒表面層層地覆蓋住，致使?jié)L筒表面的散熱條件變差，溫度迅速升高，特別容易引起膠帶著火。從上面可以看出滾筒不轉(zhuǎn)引起膠帶著火的條件是：靠近膠帶運(yùn)輸機(jī)機(jī)尾部分的下滾筒被卡死，并且在滾筒處堆積了大量煤粉(這些煤粉有一部分是從膠帶上落下的，也有一部分是滾筒不轉(zhuǎn)時(shí)從膠帶表面磨下的煤粉。</p><p>　　煙霧報(bào)警器可分為光電式煙霧報(bào)警器和離子式煙霧報(bào)警器兩大類。

81、光電式煙霧報(bào)警器內(nèi)部有一個(gè)光學(xué)迷宮，其中安裝有紅外對管，沒有煙霧時(shí)紅外接收管接收不到紅外發(fā)射管發(fā)出的紅外光，當(dāng)有煙霧進(jìn)入光學(xué)迷宮時(shí)，經(jīng)過折射和反射，紅外接收管接收到紅外發(fā)射管發(fā)出紅外光，煙霧報(bào)警器內(nèi)部的智能報(bào)警電路判斷紅外光的強(qiáng)度是否超過閥值，如果超過閥值就發(fā)出警報(bào)。離子式煙霧報(bào)警器內(nèi)部有一個(gè)電離室，電離室里邊的放射元素一媚(Am241) ,強(qiáng)度約0.8微居里，正常狀態(tài)下媚處于電場的平衡狀態(tài)，當(dāng)有煙霧進(jìn)入電離室時(shí)會破壞這種平衡關(guān)系，當(dāng)報(bào)

82、警電路檢測到煙霧濃度超過設(shè)定的閡值時(shí)就會發(fā)出報(bào)警。光電式煙霧報(bào)警器對顆粒稍大的煙霧粒子感應(yīng)較為靈敏，對灰煙和黑煙的響應(yīng)較差，離子式煙霧報(bào)警器對顆粒較小的煙霧粒子感應(yīng)較為靈敏。膠帶著火時(shí)，如果火勢蔓延的速度較慢，空氣中較大的煙霧粒子會多一些，光電式煙霧報(bào)警器會比離子式煙霧報(bào)警器敏感，這種情況下建議安裝光電式煙霧報(bào)警器。當(dāng)膠帶發(fā)生熊熊大火時(shí)，空氣中微小的煙霧粒子較多，離子式煙霧報(bào)警器會比光電式煙霧報(bào)警器敏感一些，這種情況下建議安裝離子式煙霧

83、報(bào)警器。如果想既能檢測較大顆粒的煙霧粒子又能檢測微小的煙霧粒子</p><p>　　本設(shè)計(jì)我們采用KGN1-1型煙霧傳感器，它為礦用本質(zhì)安全型，用于監(jiān)測煤礦井下因機(jī)械磨擦、電纜發(fā)熱、煤層自然等原因引起的火災(zāi)事故，輸出信號。</p><p>　　圖2-11 KGN1-1型煙霧傳感器</p><p>　　Fig.2-11 KGN1-1 type smoke sensor

84、</p><p>　　2.2.10 聲光報(bào)警系統(tǒng)</p><p>　　報(bào)警電路在工業(yè)電氣自動控制中的應(yīng)用相當(dāng)普遍。工作過程中，當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，報(bào)警指示燈閃爍，報(bào)警電鈴鳴響10s。</p><p>　　圖2-12 聲光報(bào)警系統(tǒng)模擬圖</p><p>　　Fig.2-12 Sound and light alarm systems Renderi

85、ng</p><p>　　2.2.11 傳感器數(shù)量選定</p><p>　　本設(shè)計(jì)選取膠帶輸送機(jī)中的50米進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)包括50米膠帶，驅(qū)動滾筒和改向滾筒。 </p><p>　　表2-1 傳感器配置表</p><p>　　Form.2-1 Sensor configuration table</p><

86、;p>　　3 PLC的介紹及其PLC的選用</p><p>　　可編程控制器PC(Programmable Controller)是由美國電器制造商協(xié)會命名的，但由于今年來PC又可代表個(gè)人計(jì)算機(jī)((Personal Computer)，為了加以區(qū)別，人們常把可編程控制器成為可編程邏輯控制器PLC(Programmable Logic Controller)。它是以微處理器為基礎(chǔ)，在傳統(tǒng)的繼電器控制技術(shù)基礎(chǔ)

87、上，并綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體集成技術(shù)、自動控制技術(shù)、數(shù)字技術(shù)和通訊網(wǎng)絡(luò)技術(shù)而發(fā)展起來的新型控制器，是用作數(shù)字控制的專用計(jì)算機(jī)。在工業(yè)生產(chǎn)中已獲得及其廣泛的應(yīng)用，它與CAD/CAM技術(shù)和機(jī)器人技術(shù)并稱為現(xiàn)代工業(yè)自動化的三大支柱。要正確地應(yīng)用可編程控制器去完成各種不同的控制任務(wù)，必須認(rèn)識可編程控制器，并了解其結(jié)構(gòu)、工作原理及編程語言等。</p><p>　　3.1 PLC的基本組成結(jié)構(gòu)</p>&l

88、t;p>　　目前PLC生產(chǎn)廠家很多，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)也各不相同，但其基本組成部分大致相同，如圖所示。從圖中可以看出，PLC采用了典型的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)，主要由主機(jī)、I/O擴(kuò)展接口及外圍設(shè)備組成。PLC主機(jī)由中央處理器(CPU)、存儲器(Memory)、通信接口、I/0展接口、輸入/輸出(I/O)接口、外圍設(shè)備接口和電源等部分組成。</p><p>　　圖3-1 PLC的結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　

89、Fig.3-1 Structure of the PLC</p><p>　　3.1.1 中央處理器(CPU)</p><p>　　CPU是PLC的控制和運(yùn)算中心，它由控制器和微處理器組成，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)學(xué)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算，協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)內(nèi)部各部分的工作。PLC常用的CPU有微處理器、單片機(jī)和位片式微處理器。微處理器通過它來實(shí)現(xiàn)與各個(gè)單元之間的可靠信息交換和最佳的時(shí)序配合，控制器的作用是控制整個(gè)

90、微處理器的各個(gè)部件有條不紊地進(jìn)行工作，其基本功能就是從內(nèi)存中讀取指令和執(zhí)行指令?？刂破鞯闹饕δ苋缦拢?lt;/p><p>　　(1)采集現(xiàn)場檢測裝置送來的數(shù)據(jù)，用掃描方式接受輸入設(shè)備的狀態(tài)信號，并存入相應(yīng)的數(shù)據(jù)區(qū)(輸入映像寄存器)。</p><p>　　(2)按存儲器中程序存放的次序讀取指令，完成各種數(shù)據(jù)的運(yùn)算、傳遞和存儲等功能，進(jìn)行程序的編譯解釋后，按指定的指令任務(wù)完成運(yùn)算的各種操作。&l

91、t;/p><p>　　(3)將各種運(yùn)算結(jié)果送到輸出端。</p><p>　　(4)檢測和診斷電源PLC內(nèi)部電路工作狀態(tài)及用戶程序編程中出現(xiàn)的語法錯誤。</p><p>　?。?)根據(jù)數(shù)據(jù)處理的最終結(jié)果，刷新有關(guān)標(biāo)志位的狀態(tài)和輸出寄存器的內(nèi)容，響應(yīng)各種外圍設(shè)備(如編程器、打印機(jī)、上位計(jì)算機(jī)、條碼判讀器、圖形監(jiān)控系統(tǒng)等)的工作請求，以實(shí)現(xiàn)輸出控制、制表打印或數(shù)據(jù)通信等功能。

92、</p><p>　　3.1.2 存儲器</p><p>　　PLC的存儲器有存儲卡型存儲器、保持型存儲器和隨機(jī)存取存儲器等類型，用于存放PLC系統(tǒng)程序、用戶程序和運(yùn)行數(shù)據(jù)。存儲卡型存儲器為擴(kuò)展與后備用存儲器，用戶可以根據(jù)需要選配。保持型存儲器用于存放PLC的系統(tǒng)程序和編好的用于控制系統(tǒng)運(yùn)行的用戶程序，可長時(shí)間存儲。隨機(jī)存取存儲器用于存放用戶臨時(shí)程序和數(shù)據(jù)，存儲的內(nèi)容會因斷電而丟失。&l

93、t;/p><p>　　3.1.3 I/0接口</p><p>　　I/0接口是PLC與控制現(xiàn)場的連接裝置。PLC通過輸入接口能夠得到生產(chǎn)過程的各種參數(shù)，并通過輸出接口將處理結(jié)果送給被控制對象。由于外部輸入設(shè)備和輸出設(shè)各所需要的電平信號是多樣，而CPU處理的信息只能是標(biāo)準(zhǔn)電平，因此I/0接口必須能實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換。輸入接口的作用是把現(xiàn)場的按鈕、各種開關(guān)或傳感器等信號轉(zhuǎn)變成PLC內(nèi)部可處理的標(biāo)準(zhǔn)信號

94、。輸入接口采用光禍合電路，它可以大大減少強(qiáng)電和電磁干擾。輸出接口的作用是將PLC內(nèi)部的標(biāo)準(zhǔn)信號轉(zhuǎn)換為外部現(xiàn)場執(zhí)行機(jī)構(gòu)所需要的電開關(guān)量輸出信號。PLC的輸出接口也采用光禍和電路設(shè)計(jì)，按PLC內(nèi)部所使用的功率放大元器件不同可以分為晶體管型、晶閘管型和繼電器型。</p><p>　　3.1.4 I/O擴(kuò)展接口</p><p>　　I/O擴(kuò)展接口用來擴(kuò)展PLC的I/O端子數(shù)。當(dāng)用戶所需要的 I/

95、0端子數(shù)超過PLC基本單元的I/O端子數(shù)時(shí)，即主機(jī)單元(帶CPU)的 I/0端子數(shù)不能滿足 I/0設(shè)備端子數(shù)的需要時(shí)，可通過此接口用扁平電纜將 I/0擴(kuò)展接口(不帶有CPU)與主機(jī)單元相連接，以增加PLC的 I/0端子數(shù)，適應(yīng)控制的要求。其他很多的智能單元也通過該接口與主機(jī)相連，PLC的擴(kuò)展能力主要受CPU尋址能力和主機(jī)驅(qū)動能力的限制。</p><p>　　3.1.5 通信接口</p><p

96、>　　PLC配有各種通信接口，這些通信接口有的需要通信處理器。PLC通過這些接口可與打印機(jī)和監(jiān)視器等設(shè)備實(shí)現(xiàn)通信。</p><p>　　3.1.6 外圍設(shè)備接口及特殊模塊</p><p>　　外圍設(shè)備接口是可編程控制器主機(jī)實(shí)現(xiàn)人機(jī)對話、機(jī)機(jī)對話的通道?？删幊炭刂破骺梢酝ㄟ^它和編程器、彩色圖形顯示器、打印機(jī)等外圍設(shè)備相連，也可以與其他編程控制器或上位計(jì)算機(jī)連接。PLC還有許多特殊功能

97、模塊，主要包括模擬量I/O單元、遠(yuǎn)程I/O單元、高速計(jì)數(shù)模塊、中斷輸入模塊和PID調(diào)節(jié)模塊等。隨著PLC的進(jìn)一步發(fā)展，特殊功能單元的種類也越來越多。</p><p><b>　　3.1.7 電源</b></p><p>　　PLC的電源是指把外部供應(yīng)的交流電源經(jīng)過整合、濾波和穩(wěn)壓處理后，轉(zhuǎn)換成滿足PLC內(nèi)部的CPU、存儲器和I/O接口等電路工作所需要的直流電源電路或

98、電源模塊。不同型號的PLC有不同的供電方式，所以PLC的電源輸入電壓既有直流電壓SV, 12V和24V，又有交流電壓110V和220V。</p><p>　　3.2 PLC的工作原理</p><p>　　PLC的一個(gè)工作過程一般有5個(gè)階段：內(nèi)部處理階段、通信處理階段、輸入采樣階段、程序執(zhí)行階段和輸出刷新階段。當(dāng)PLC開始運(yùn)行時(shí)，首先清除I/O映像區(qū)的內(nèi)容，其次進(jìn)行自診斷，然后與外部設(shè)備進(jìn)

99、行通信連接，確認(rèn)正常后開始掃描。對于每一個(gè)PLC程序，CPU每次都是從第一條開始掃描，并做周期性的循環(huán)掃描，如果程序中沒有跳轉(zhuǎn)指令，如此周而復(fù)始不斷循環(huán)，因此，PLC的工作方式是一種串行循環(huán)工作方式。</p><p>　　3.2.1 內(nèi)部處理階段</p><p>　　在內(nèi)部處理階段，CPU檢測主機(jī)硬件、用戶程序存儲器、I/O模塊的狀態(tài)并清除I/O映像區(qū)的內(nèi)容等，即PLC進(jìn)行各種錯誤檢測(

100、自診斷功能)，若自診斷正常，繼續(xù)向卜掃描。</p><p>　　3.2.2 通信處理階段</p><p>　　在通信處理階段，CPU自動檢測并處理各種通信端口接收到的任何信息，即檢查是否有編程器、計(jì)算機(jī)或上位PLC的通信請求，若有，則進(jìn)行相應(yīng)處理，完成數(shù)據(jù)通信任務(wù)。例如，PLC接受計(jì)算機(jī)送來的命令、程序或各種數(shù)據(jù)，并把要顯示的數(shù)據(jù)和出錯的信息發(fā)給計(jì)算機(jī)顯示，這稱為CPU的“監(jiān)視服務(wù)”，一

101、般在程序執(zhí)行之后進(jìn)行。</p><p>　　3.2.3 輸入采樣階段</p><p>　　PLC首先掃描所有的輸入端口，按順序?qū)⑺休斎攵说男盘栕x入寄存器，這個(gè)過程稱為對輸入信號的采樣，或稱輸入刷新階段。完成輸入刷新工作后，將關(guān)閉輸入端口，轉(zhuǎn)入下一步工作的過程，我們稱為程序執(zhí)行階段。在這個(gè)階段，如果PLC的輸入端指令發(fā)生變化，也不會改變輸入狀態(tài)寄存器中的內(nèi)容，必須要等到下一個(gè)周期的輸入刷

102、新階段，才能改變輸入狀態(tài)寄存器中的內(nèi)容。</p><p>　　3.2.4 程序執(zhí)行階段</p><p>　　程序執(zhí)行階段又稱程序處理階段，是程序按PLC指令順序執(zhí)行的過程。在程序執(zhí)行階段，PLC按照輸入的順序程序，從第一條指令程序開始順序執(zhí)行，并將邏輯運(yùn)算的結(jié)果存入輸出狀態(tài)寄存器和內(nèi)部輔助寄存器。只有輸入映像寄存區(qū)存放的輸入采樣值不會發(fā)生改變，其它各種數(shù)據(jù)在系統(tǒng)RAM存儲區(qū)或輸出映像寄存

103、器區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)有可能隨著執(zhí)行程序的改變而發(fā)生改變。前邊執(zhí)行的結(jié)果可能被后面的程序所用到，而影響了后面程序執(zhí)行的結(jié)果；但是后面程序執(zhí)行的結(jié)果不可能改變前面程序掃描的結(jié)果，只有到了下一個(gè)掃描周期再次掃描前面程序時(shí)才有可能起作用。但是，在程序掃描過程中如果遇到跳轉(zhuǎn)指令，就會根據(jù)程序跳轉(zhuǎn)條件是否滿足來決定跳轉(zhuǎn)地址。當(dāng)程序中有大量輸入、輸出指令時(shí)，從PLC的輸入映像寄存器中讀入上一個(gè)階段存入的輸入端子的指令，從輸出映像寄存器讀出相應(yīng)寄存器的當(dāng)前指令

104、。</p><p>　　3.2.5 輸出刷新階段</p><p>　　輸出狀態(tài)寄存器中所有輸出繼電器的狀態(tài)，將被依次送入鎖存電路中，并通過一定的輸出方式來驅(qū)動外部負(fù)載。在上述S個(gè)階段中，內(nèi)部處理階段、通信處理階段為PLC公共處理部分，與用戶程序的執(zhí)行無直接關(guān)聯(lián)；PLC執(zhí)行用戶程序的主要分為三個(gè)主要階段，他們分別是輸入采樣階段、程序執(zhí)行階段和輸出刷新階段，這三個(gè)階段構(gòu)成PLC的一個(gè)工作周期

105、，并在程序掃描過程中循環(huán)執(zhí)行，這就是PLC循環(huán)掃描工作方式的由來。因此可以總結(jié)出PLC在掃描過程中信號的出來規(guī)則。</p><p>　　3.3 PLC的選型和介紹</p><p>　　3.3.1 PLC的選型</p><p>　　本系統(tǒng)選擇了西門子S 7-200系列PLC。它是西門子公司S7系列PLC中的重要產(chǎn)品，是西門子全集成自動化(TIA)的核心組成部分，憑

106、借其強(qiáng)大的可靠的穩(wěn)定性、運(yùn)算處理能力、強(qiáng)大的控制能力和靈活的通信擴(kuò)展能力，已成為全球市場使用率最高的PLC產(chǎn)品，</p><p>　　在我國也有廣泛的應(yīng)用，西門子公司推出了具有中國特點(diǎn)的57-200CNPLC系列(57-200PLC相同)。 SIMATIC 57-200PLC系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，屬緊湊型可編程序控制器，控制系統(tǒng)的硬件有CPU模塊、各種擴(kuò)展模塊和附加模塊組成，它具有極高的性價(jià)比，其控制系統(tǒng)的構(gòu)成形式

107、如圖3-2所示。使用時(shí)，選擇合適的CPU型號、擴(kuò)展模塊和附加硬件組成滿足需要的系統(tǒng)。S7-200 PLC既可獨(dú)立控制簡單的系統(tǒng)，又可與其他PLC連成網(wǎng)絡(luò)控制復(fù)雜的系統(tǒng)，其應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，覆蓋所有與自動化控制和自動檢測有關(guān)的工業(yè)領(lǐng)域。</p><p>　　圖3-2 S7-200控制系統(tǒng)構(gòu)成形式</p><p>　　Fig.3-2 S7-200 control system structur

108、e in the form of</p><p>　?。?）結(jié)構(gòu)緊湊，安裝方便</p><p>　　SIMATIC 57-200PLC的結(jié)構(gòu)緊湊牢固，拆線和接線方便，有連接器合接線端子排等接線配件，其標(biāo)準(zhǔn)安裝孔和標(biāo)準(zhǔn)DIN導(dǎo)軌方便在機(jī)柜上水平或垂直安裝。</p><p>　?。?）指令豐富，功能強(qiáng)大</p><p>　　指令包括定時(shí)器、通信指

109、令、時(shí)鐘指令、位邏輯指令、字符串指令和復(fù)雜數(shù)學(xué)運(yùn)算指令等。除指令豐富外，57-200 PLC的功能也很強(qiáng)大，包括豐富的內(nèi)置集成功能、豐富的擴(kuò)展模塊和強(qiáng)勁的通信能力等。因此，它能夠監(jiān)視不同的輸入狀態(tài)和輸出狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的復(fù)雜控制。</p><p>　?。?）質(zhì)量穩(wěn)定，安全可靠</p><p>　　57-200CPU系列符合VD和CSA等國際標(biāo)準(zhǔn)，它具有易于掌握、可靠性高、操作便捷、質(zhì)量穩(wěn)定可