矸石制浆材料工业生产线系统设计-论文

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1、编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第31页 共31页摘要本文主要针对矸石制浆材料工业生产线控制系统进行了设计，经过西门子S7-200/CPU224的PLC对系统进行控制，、电动机的控制方式、计算机软件等方面的设计进行了介绍，并提高了工业生产线的自动化的程度，同时着重解决了以下几个方面的问题：（1） 对工业生产线的所有电动机进行控制，以达到对所有生产设备的控制；（2） 控制所有电动机的启动，并且是按照一定的时间间隔控制；（3） 控制所有电动机的停止，并且是按照一定的时间间隔控制；（4） 当故障出现时，控制所有电动机的按照故障形式（已经设定的程序）进行停止。本工业控

2、制系统具有自动化程度高，操作方便，性能稳定可靠维修简单等特点；并对系统的通用性、可靠性以及经济性进行了分析。关键字： 矸石 控制系统 电动机 目录摘要1SUMMARY错误！未定义书签。第1章 绪论21.1 前言21.2 选题背景21.3 矸石制喷浆材料工业生产线的研究意义3第2章 对我国现有的工业生产线的介绍32.1 继电器控制系统32.2 电力拖动自动控制4第3章 系统的总体设计43.1 矸石工业生产线的工作原理43.2 设备的控制要求53.3 生产设备的选择5第4章 控制系统的PLC选型和资源配置74.1. PLC控制系统的硬件设计74.2 PLC框架配置图7第5章 自动控制系统程序设计和

3、调试95.1 编程软件95.2 程序的流程图、构成和相关设置10第6章 工业生产线控制系统PLC程序156.1系统资源分配156.1.1数字量输入部分156.2.2数字量输出部分166.2.源程序166.3 通电禁止输出程序176.4 PLC的抗干扰措施176.5 PLC的接地17第7章 模拟实验方案设计187.1题目：矸石制浆材料工业生产线系统设计187.2模拟实验设计187.3 实验步骤197.4.欲达到的实验效果197.5 实验结论20第8章 技术经济分析208.1. 技术分析20结论21答谢错误！未定义书签。参考文献22附录1错误！未定义书签。附录2错误！未定义书签。附录322第1章

4、绪论1.1 前言能源、人口、环境问题是当今世界面临的重大挑战，也是我国面临的重大课题。从可持续发展的战略高度来审视，必须处理好经济建设、生态平衡和环境保护协调发展的关系。能源是国民经济发展的物质基础，从长期供需预测看，供需矛盾仍很突出，从消耗能源产生“温室效应”导致全球气候变暖的现实，我国更面临环境问题的新挑战。因此，促进能源的合理和有效利用，对我国经济发展和环境保护具有深远的战略意义。本工业系统就选择了煤矸石这种材料作为解决能源的一种方法。煤矸石（煤矸石是煤矿地层中的脉石，开采煤炭时，从煤层的顶板或低板部位上，以及在掘进中从煤层周围挖掘和爆破出来的炭殖岩、泥殖岩、砂殖岩、粉沙岩和少量石灰石、

5、夹杂着数量不等的碎屑矿物和碳质统称煤矸石）在采煤、选煤过程中被剔除而丢弃，所有煤矿矿区都堆积如山。在我国，每吨煤矸石的基建和运输管理费平均达8元人民币；如果放任煤矸石的堆放，不仅压占大量土地，影响生态环境，而且煤矸石在遭受淋溶水的作用下，将污染周围的土壤和地下水。同时，因煤矸石中含有一定的可燃物，在一定条件下会发生自燃，排放出二氧化硫、氮氧化物、碳氧化物和烟尘等有害气体，污染大气环境，严重影响矿区居民的身体健康。如果煤矸山堆存方式不当，还可发生塌方、垮塌、崩塌等灾害事故。矸石常是煤的灰分增加的重要原因。1.2 选题背景世界各国都很重视煤矸石的综合利用研究。依靠技术进步来降低能源消耗是措施节能的

6、根本途径。不论是从国家战略层面考虑，还是从环保方面考虑，我们应该重视对矸石的工业利用。煤矸石的开发利用，在经济和技术途径上，主要分为二大类，一是索取能源；二是选择灰份作为工业原料。坑口电站和沸腾锅炉新技术使部分含碳高的煤矸石能源得以充分利用，但其经济效果不太好，而且烧后大量灰渣未能得到妥善处理，造成二次污染。目前我国煤矸石制砖工艺、炉窑设计、生产设备基本接近发达国家水平，煤矸石制砖企业正在向集约化、大型化方向发展，产品由实心砖向多孔砖和空心砖方向发展。如山东新汶矿业集团等单位建成煤矸石砖生产线20多条，每条生产线的能力均在6000万块/年以上。 利用煤矸石生产高附加值产品。我国已开发出煤矸石生

7、产增白和超细高岭土、生产无机复合肥和微生物有机肥料等技术，完善了利用煤矸石生产氯化铝、聚合氯化铝等化工产品、石棉及其制品、特种硅铝铁合金、铝合金等技术。利用煤矸石复垦塌陷区、修路等取得了较好的社会效益和环境效益。煤矸石在充填塌陷区、修路、水土保持、作物种植等技术上也取得较大突破，有效地提高了矸石和土地的利用率。如山东新汶矿业集团累计利用200多万吨煤矸石，来治理流经矿区的柴汶河两岸采砂坑和部分矿井开采塌陷区，复垦开发土地500余亩。存在的主要问题。一是矸石山灾害治理投入不足，技术管理标准不完善。分析近年来矸石山重大事故原因，一方面是煤矿企业安全欠账较多，即使加大了安全投入，也主要用于井下或生产

8、工程的隐患治理，忽视了对矸石山灾害必须的防范治理。另一方面是矸石山灾害治理技术标准、管理规范不健全，对防范治理矸石山灾害技术研究较少，缺少有效的技术支持。二是煤矸石综合利用总体水平不高。技术装备落后，企业规模小，竞争能力不强，发展后劲不足。如全国煤矸石砖厂的平均生产能力不足1000万块标准砖，且品种单一，不能适应市场需要。三是各地煤矸石综合利用发展不平衡。在能源相对短缺的地区，煤矸石综合利用发展较快，如华东、西南地区，煤矸石综合利用率一般在60%以上。而在煤炭资源相对丰富的地区，综合利用发展较慢。四是优惠政策落实难，不利于调动煤矿治理矸石山的积极性。国家在煤矸石发电、上网、电价、调峰等方面已出

9、台了一些优惠政策，但由于种种原因，在项目审批、并网发电等方面还比较困难，贷款条件也比较苛刻。1.3 矸石制喷浆材料工业生产线的研究意义要真正使煤矸石变成可以节约资源、能源、保护环境，取得综合优化效果的矿产资源，最有效的措施应该是资源化地开发利用。未来实现这个目标，可用作一是重点发展低热质煤(矸石)发电；随着国家在基础建设方面的大量投入，这就需要大量的建筑材料，重点发展全矸石烧结砖，实现新型墙材的高废渣掺加量、高孔洞率、高保温性能、高强度要求。，烧结粉煤灰陶粒、烧结粉煤灰陶粒砌块、烧结粉煤灰煤矸石页岩多孔砖、烧结粉煤灰煤矸石页岩高保温复合空心砖、压制烧结粉煤灰煤矸石砌块，、利用煤矸石制备微米级多

10、孔陶瓷. 煤矸石风化物复垦种植中的氮素营养，提取化工产品、烧制水泥、充填塌陷区、修路等。综合开发利用煤矿矸石山，不仅可有效改善矿区环境，避免矸石山意外灾害事故，而且可变废为宝，节约能源，治理环境污染，具有重要的经济效益与社会效益。这些都是对矸石的综合利用。但是这样的话，所有的产品就必须被利用在我们的生活中，需要解决运输问题，这样就无形的增加了成本。矸石制喷浆材料的应用将在本设计中得到体现。为了将煤矸石转化为对我们有益的资源，本工业生产线将会把它转化为制浆材料来作为建筑用材，更加作为加固巷道的材料。这样就可以就地取材，就地利用，减少了中间的环节；同时，也从根本上解决了地面下沉给人们的生产和生活造

11、成的种种不便的问题；再者，也减少了地下开采中瓦斯爆炸所产生的破坏力。第2章 对我国现有的工业生产线的介绍2.1 继电器控制系统首先是电动机拖动生产机械,我国现有的有相当多的机械设备是七八十年代的产品,完全是手工操作的机械,他们的精确度很低而且生产效率很低下,人为的操作故障有不可避免的增加了生产成本,导致了我们国家的生产能力较大,生产成本同样很高,进入20世纪以来,流水线,社会化大生产蓬勃发展,继电器控制系统已经被广泛的应用在工业生产的各个领域,创造了一个个成功的控制系统范例,并且对一些典型的逻辑控制关系建立了固定的继电器逻辑控制组合(也称功能单元).继电器控制电路实现的控制功能比较简单,只限于

12、逻辑,定时,记数等一些简单的控制,由于这种控制关系往往是针对某一个固定的生产工艺设计的,当生产过程发生了改变,就需要重新设计,改变继电器和接线.同时,由于继电器的机械动作还会造成控制速度低,安装施工工程大,系统不容易扩展,维护工作量大,故障不容易查找等缺点. 2.2 电力拖动自动控制但,20世纪60年代末,由于市场的需要,工业生产从大批量生产,少品种的生产方式转化为小批量,多品种的生产方式,然而,当时这样的大规模生产线的控制爱主要是继电器控制系统,体积大,耗电多,改变生产程序非常的困难.但对于当时的我们国家来说,那还是一种比较先进的控制方式,我们国家有廉价的劳动力,虽然我们的生产力低下,我们同

13、样可以生产大量的生产资料.而且,这样的控制方式还是比较容易学习的,并不需要大量的科学知识.简单方便.但是随着我们国家的开放,大量的机械设备的高度自动化,高度的精密化和高度的无人化等.我们就需要更新我们的生产方式和管理理念.电力拖动自动控制已经向无触点,连续控制,弱电化,微机控制方向发展.第3章 系统的总体设计3.1 矸石工业生产线的工作原理物料（大于200MM已经甩出）由某处经过输送机到达破碎机，在破碎机内被破碎成不同粒度的矸石块，然后，被二级输送机输送到筛分机，它将不同粒度的矸石分成不同的七份，大于15MM的经过滑道返回破碎机，被二次破碎，小于0.5MM的直接进入料池，被用于生产空心砖。在1

14、5MM和0.5MM之间的矸石被分成五份，经过滑道进入配料机，它把矸石按照预先的程序进行配比，再经过滑道进入混合机，把经过配比的矸石进行混合，混合后的矸石即成为矸石制浆材料，最后，经过三级输送机后进入仓库或是进入下一个流程即进行装袋。矸石工业生产线的工作流程示意图 3-1 图3-1 矸石制喷浆材料工业生产线工作流程3.2 设备的控制要求控制系统要求四能实现“正常运行”和“正常停止”和“强制停止”和“故障停止”四种控制方式。1）正常运行正常运行方式具体控制要求如下：按下启动按钮，一级输送机开始运转并保持，5秒后，破碎机开始运转并保持，由于破碎机的功率大于11千瓦故需要进行换接启动并保持，8秒后，二

15、级输送机开始运转并保持，5秒后，筛分机开始启动并保持运转，5秒后 ，配料机开始启动并保持运转，5秒后，混合机开始启动并保持运转，由于配料机的功率大于11千瓦故需要进行换接启动并保持，7秒后，三级输送机开始启动并保持运转。2）正常停止正常停止方式具体控制要求如下：按下停止按钮，三级输送机开始延时5秒，并停止，同时，混合机开始延时5秒，后停止，同时，配料机开始延时5秒，后停止，同时筛分机开始延时5秒，后停止，同时二级输送机开始延时5秒，后停止，同时，破碎机开始延时5秒，后停止，同时，一级输送机开始延时5秒，后停止。3）强制停止强制停止方式具体控制要求如下：按下强制按钮，所有的电路全部都断开，即整个

16、工业过程停止。4）故障停止故障停止方式具体控制要求如下：当三级输送机电动机出现短路或过大的电枢电流（如严重过载）而损害电动机，就要断开，前面的混合机开始延时5秒，后停止，同时，前面的配料机开始延时5秒，后停止，同时前面的筛分机开始延时5秒，后停止，同时，前面的二级输送机开始延时5秒，后停止，同时，前面的破碎机开始延时5秒，后停止，同时，前面的一级输送机开始延时5秒，后停止。当混合机电动机出现短路或过大的电枢电流（如严重过载）而损害电动机，就要断开，后面的三级输送机立刻停止，同时，前面的配料机开始延时5秒，后停止，同时，前面的筛分机开始延时5秒，后停止，同时，前面的二级输送机开始延时5秒，后停止

17、，同时， 前面的破碎机开始延时5秒，后停止，同时， 前面的一级输送机开始延时5秒后停止。当配料机的电动机出现短路或过大的电枢电流（如严重过载）而损害电动机， 要断开，后面的三级输送机，混合机就要立刻停止，同时，前面的筛分机开始延时5秒，后停止，同时，前面的二级输送机开始延时5秒，后停止，同时，前面的破碎机开始延时5秒，后停止，同时， 前面的输送机开始延时5秒，后停止，同时，前面的一级输送机开始延时5秒，后停止。当筛分机的电动机出现短路或过大的电枢电流（如严重过载）而损害电动机，就要断开，后面的三级输送机，混合机，配料机就要立刻停止，同时， 前面的二级输送机开始延时5秒，后停止，同时，前面的破碎

18、机开始延时5秒，后停止，同时，前面的一级输送机开始延时5秒，后停止。当二级输送机电动机出现短路或是过大的电枢电流（如严重过载）而损害电动机，就要断开，后面的三级输送机，混合机，配料机就要立刻停止，同时，前面的破碎机开始延时5秒，后停止，同时， 前面的一级输送机开始延时5秒，后停止。当破碎机电动机出现短路过大的电枢电流（如严重过载）而损害电动机 ，就要断开，后面的三级输送机，混合机，配料机，筛分机，二级输送机就要立刻停止，同时，前面的一级输送机开始延时5秒，后停止。当一级输送机电动机出现短路或过大的电枢电流（如严重过载）而损害电动机，就要立刻断开，后面的三级输送机，混合机，配料机，筛分机，二级输

19、送机，破碎机都要停止。3.3 生产设备的选择1）生产设备工业生产线是由破碎机，筛分机，输送机，配料机，混合机等机械设备组成，输送机则是由一级输送机，二级输送机，三级输送机组成。由于我做的是系统设计,所以这里的机械设备都是根据系统的需要进行必要的选择.如图3-2设备名称电机功率生产能力 电流 电压频率 转速输送机75KW60-130T/H15A380V50HZ970N/M破碎机75KW60T/H140A380V50HZ 960N/M配料机55KW40-70T/H11.1A380V50HZ960N/M混合机11KW50-70 T/H21.8A380V50HZ970N/M筛分机1.5KW50-100

20、T/H3.44A380V50HZ970N/M图3-2 设备的选择2）控制系统出了要满足能正常的生产以外，要想长期的无故障运行工作，还必须要有各种保护措施。保护环节是所有的控制系统不可缺少的组成部分，利用它来保护电动机，电网，控制设备以及人身安全等。（1）过载保护电动机长期工作超载运行，电动机绕组温度升高超过其容许值，电动机的绝缘就要便脆，寿命就要减少，严重时候使电动机损坏。选择的根据：根据电动机的额定电流来确定其型号与规格。热继电器元件的额定电流应接近或大于电动机的额定电流。故热继电器（保护输送机）选择型号：JR16B-20/3（16）故热继电器（保护破碎机）选择型号：JR16B-150/3（

21、160）故热继电器（保护筛分机）选择型号：JR16B-20/3（3.5）故热继电器（保护配料机）选择型号：JR16B-20/3（16）故热继电器（保护混合机）选择型号：JR16B-20/3（22）故主路热继电器选择型号： RT0-400（250）（2）过电流保护电动机短路或过大的电枢电流（如严重过载）而损坏电动机，就要采用过电流保护。当然过电流保护是快保护；而热继电器保护是慢保护。选择的依据：线圈的额定电流*80%负载电流过电流继电器（保护输送机）选择型号：JL12-20过电流继电器（保护破碎机）选择型号：JL12-150过电流继电器（保护筛分机）选择型号：JL12-5过电流继电器（保护配料机

22、）选择型号：JL12-15过电流继电器（保护混合机）选择型号：JL12-30（3）接触器用于带有负载的主电路的自动接通或切断。选择根据：主触点额定电流，一般根据电动机容量计算触点电流：接触器（保护输送机）选择型号：CJ10-20接触器（保护破碎机）选择型号：CJ10-150接触器（保护筛分机）选择型号：CJ10-5接触器（保护配料机）选择型号：CJ10-10接触器（保护混合机）选择型号：CJ10-20（4）自动空气开关 它能接通或分断正常工作电流，也能自动分断过载或短路电流，有欠电压和过载短路保护作用。选择根据：保护电动机时，电磁脱扣器的瞬时脱扣整定电流为电动机启动电流的1.7倍故主路自动空气

23、开关型号：DW10-400（5）控制变压器的选用依据控制线路最大工作负载所需要的功率计算，一般可根据下面的计算： 变压器容量（1.11.26）*控制线路最大负载的工作功率；显然对于交流电器，负载的工作功率要取吸持功率值。故选择控制变压器的型号：BK-1000第4章 控制系统的PLC选型和资源配置4.1. PLC控制系统的硬件设计PLC控制系统的硬件设计是指硬件选型.机型选择的基本原则是在满足控制功能要求的前提下,保证系统工作可靠,维护使用方便极其最佳的性价比.具体考虑下面的因素.1)结构合理由于工艺过程相对固定,但生产环境不好,噪声比较大,空气流通不好等选择模块式结构的PLC.2)功能强,弱恰

24、当对于开关量控制的工程项目,本设计没有控制速度的特别要求,一般选择低档的PLC.如西门子的S7-200系列机.如图4-1 性能指标 CPU224 外型尺寸 120.5*80*62 本机数字量 14个输入/10个输出 程序空间 4096字 数据空间 2560字用户储存器类型EPROM扩展模块数量7个模块数字量I/O128个输入/128个输出模拟量I/O32输入/32输出定时器/计时器256/256内部继电器256布尔指令执行速度0.37MS/指令通信口数量1(RS485)图4-1 SIMATICS7CPU224主要性能指标3)PLC环境适应性由于PLC是直接用于工业控制的工业控制器,生产厂家把它

25、设计成在恶劣的环境条件下工作.尽管这样,每一种PLC都要有自己的环境技术条件.一般的PLC及其外部电路(I/O模块等)都能满足:温度: 工作温度0-55度湿度: -40-+85度电源: 交流200V,容许变化范围为-15%-+15%,频率为47-53赫兹,瞬间停电保持10MS.4.2 PLC框架配置图矸石制浆材料工业生产线控制系统采用西门子的S7-200系列整体式PLC。PLC框架配置图如图4-2 图4-2 PLC框架配置图1)PLC的I/O模块的选择PLC是一种工业控制系统,它的控制对象是工业生产设备或是生产过程,它与工业生产过程的联系就是I/O接口模块来实现的.通过它来检测被控制的生产过程

26、.同时,控制器又通过接口模块将控制器的处理结果送给工业生产过程中的被控制设备,驱动各种执行机构来实现控制.首先是确定I/O点数，I/O点数的确定要充分考虑到容量，能方便的对功能进行扩展。对一个控制对象，由于采用不同的控制方法或编程水平不一样，I/O点数就可能有所不同。由于西门子S7-200系列整体式PLC-CPU模块有14个数字量输入，有14个数字量输出。所以需要输出、输入扩展模块，扩展模块为：SE223输出、输入为8输出、8输入，需要两个扩展模块，扩展模块功能概述图4-3： EM223 24VDC 8输入/输出 输入特性 I/O端子排 可拆卸 输入 8点 类型 漏型/源型输入电压额定值 24

27、VDC“ 1 ”信号 15-30VDC“ 0”信号 0-5V隔离光耦每组点数4输入电流“ 1 ”信号4MA输入延迟额定输入电压4.5MS2线BERO连接容许漏电流 1MA输出特性输出8点额定负载电压 L+/L1 24VDV容许范围20.4-28.8VDC输出电压 “1 ”信号 最小20VDC 隔离光耦每组点数 4最大输出电流“1”信号 40时额定值 0.75A 55时额定值 0.75A 最小电流 -“ 0 ” 信号 10MA接点开关量阻性负载0.75A 感性负载0.75 灯负载5W 短路保护外部提供能量损耗从背板总线(5VDC)80MA从传感器电源32MA图4-3 扩展模块功能其次，开关量I/

28、O：标准的I/O接口用于同开关（按钮等）及控制开关设备（如：指示灯、报警器等）进行数据传输典型的I/O信号为24-240V（AC）（1）选择开关量输入模块主要从以下两个方面考虑：一是根据现场输入信号与PLC输入模块距离的远近来选择电平的高低，一般24V以下属于低电平，其传输距离不易太远，如12V电压模块，一般不超过10米。二是高密度的输入模块，能允许接通点数取决于电压和温度环境，一般同时接通的点数不超过总输入点数的百分之六十。（2）选择开关量输出模块应从以下三个方面来考虑：一是输出方式的选择，输出模块有三种输出方式，继电器输出、晶闸管输出、晶体管输出，其中，继电器输出价格便宜使用电压范围广，导

29、通压降小，承受瞬时过电压和过电流的能力强，并且有隔离作用，非常适合本工业生产线控制系统的应用。二是输出电流的选择。模块的输出电流必须大于负载电流的额定值，如果负载电流较大，输出模块不能直接驱动时，应增加中间放大环节。对于电容性负载，热敏电阻负载，考虑到接通时有冲击电流，要留有足够的余量。三是允许同时接通的输出点数。在选用点数时，不但要核算一个输出点的驱动能力，还要核算整个输出模块的满负荷负载能力，即输出模块同时接通点数的总电流值，不得超过模块规定的最大允许电流值。若I/O设备由不同电源供电，应当使用带隔离公共线的接口电路。结合以上的方法，本系统输入模块为开关量和继电器的触点。共有十一个输入，二

30、十个输出电源模块的选择：电源模块的选择一般只需考虑输出电流。电源模块的额定输出电流必须大于处理器模块、I/O模块、专用模块等消耗电流的总和。以下步骤为选择电源的一般规则：（1）确定电源的输入电压；（2）将框架中每块所需的总背板电流相加，计算出I/O模块所需的总背板电流值；（3）I/O模块所需的总背板电流值再加上以下各电流；框架中带有处理器时，则加上处理器的最大电流值；当框架中带有远程适配器模块或扩展本地I/O适配器模块时，应加上其最大电流值。由此可知，电源的输入电压为24V，输出电压（指示灯和报警器等）为6V，输出电压（接触器等）为220V。第5章 自动控制系统程序设计和调试5.1 编程软件编

31、程软件采用西门子公司为其生产的PLC而设计的编程软件STEP-Micro/Win32，它可以在Windows平台上运行，而且提供了一个完整的编程环境，可以进行离线编程和在线编程和调试，并能实现梯形图和语句表的相互转换。1）系统要求586CPU以上的计算机16MB的内存配置，50MB的硬盘空间。WIN95、WIN98、WindowsNT2）软件安装启动Windows，将装有STEP7-MICRO/WIN32的光盘插入光驱；在我的电脑中找到光盘驱动器，然后双击，打开光盘，找到SETUP.EXE文件并双击该文件，开始运行安装程序；在安装过程中，会出现PC/PC接口对话框，可以点击“CANCEL”继续

32、下一步；按照提示，完成剩余的安装操作。5.2 程序的流程图、构成和相关设置5.2.1正常运行流程部分图 正常的运行流程部分又可以分成两个小的部分，就是正常的起动部分和正常的停止部分，正常的起动就是不涉及到故障的部分，下面的是整个工业生产线的正常的工作状态，而且也是正常的起动并保持工作的状态。当整个工业生产产线要工作的时候，按下启动按钮开关，整个系统就开始进入正常的工作状态，可以说很简单地就控制了电动机的顺序起动，这样的顺序起动是利用了时间继电器的作图5-1-1 正常起动运行流程部分图5-1-2 正常停止运行流程部分开始正常工作一级输送机电动机故障？故障筛分机电动机故障？二级输送机电动机故障？破

33、碎机电动机故障？一级输送机电动机停止一破碎机机电动机停止二级输送机电动机停止筛分机电动机停止配料机电动机故障？哈尔滨市老年人优待规定配料机电动机停止混合机电动机故障？混合机电动机停止三级输送机电动机停止三级输送机电动机故障？断开确认按钮开关断开紧急停止按钮开关结束图5-2 故障流程运行流程部分用，利用它的延时功能来实现的，即当一级输送机电动机起动时候，与它相连的时间继电器就开始工作，就是开始记时，时间一到，破碎机就开始起动，避免了外用的不必要的麻烦，按照这样的顺序整个工业系统就开始；当然，在起动过程中，电动机也可能出现一些故障而导致电动机停机，这样就属于故障范围的，一旦任何一台电动机在起动过程

34、中出现了故障（过流或是过载），与它相连的过流继电器或者是热继电器就会根据具体的故障的问题的出现来使它们的触点进入工作状态，这样就使触点动作，使故障电路处于接通状态，报警电路开始工作，信号灯工作，蜂鸣报警器也开始处于工作状态，直到确认按钮开关处于断开的状态。如图5-1-1。正常的停止部分就是按下停止按钮开关以后，所有设备的电动机就要按照控制程序开始动作，比如按下以后，5秒后，一级输送机电动机就要停止，而在经过5秒后，后面的电动机也要停止工作，按照这样的顺序，所有的电动机停止；也可以说正常的起动是按照从后面的设备的电动机先开始起动，而当关闭的时候，则是从前面的设备的电动机开始先停止。如图5-1-2

35、5.2.2故障运行流程部分图一套完整的工业控制系统要有必要的故障系统，保证正常的运行，否则这样的工业系统如果出现了故障，就不能进行正常的工作，却需要更多的时间去检查事故的地点。一旦出现了故障，就要判断故障的类型，和故障出现的地点，保证能让维修人员在第一时间去修理，保证在最短的时间内将故障处理掉，再进行生产，本工业系统主要考虑了系统在工作中可能出现的电流过大和负载过大两种主要的故障。一旦出现交流电动机的电枢电流过大，那么过电流继电器的触点就要动作，使故障的电路工作；一旦出现交流电动机的过载，断相及其电流不平衡，那么热继电器的触点就要动作，使故障的电路工作。系统不仅可以将出现的故障迅速的表示出来，

36、还可以通过观察PLC知道是那个设备的电动机出现了故障，即立刻就知道第一事故点，因为当故障出现时候，故障小灯就会工作，通过这样的设置，就大大的减少了检查事故的难度，这样就可以大大的提高工作时间，提高生产的效率，即是增加了经济的收益。如图5-25.3程序的构成这个程序有自动方式和手动方式两种，在自动方式下，PLC将运行设置好的程序和参数（适用于机械一切都正常运行和正常停止的情况下）。在手动方式下是在紧急停止情况下，可以手动控制所有机械设备的电动机，使它们立刻停止运转；在紧急故障情况下，可以确认并指出第一事故的源头。1）程序的下载、安装和调试将各个输入/输出端子和实际控制系统中的按钮、所需控制设备正

37、确连接，完成硬件的安装。全自动矸石制喷浆材料工业生产线程序是由STEP7-Micro/Win32软件的指令完成，正常工作时程序存放在存储卡中，若要修改程序，先将PLC设定在STOP状态下，运行STEP7-Micro/Min32编程软件，打开矸石制喷浆材料工业生产线程序，即可在线调试，也可用编程器进行调试。第6章 工业生产线控制系统PLC程序6.1系统资源分配6.1.1数字量输入部分这个控制系统的输入由起动按钮开关、停止按钮开关、紧急停止按钮开关、确认按钮开关、过电流继电器1触点、过电流继电器2触点、过电流继电器3触点、过电流继电器4触点、过电流继电器5触点、过电流继电器6触点、过电流继电器7触

38、点、热继电器1触点，热继电器2触点，热继电器3触点，热继电器4触点，热继电器5触点，热继电器6触点，热继电器7触点共18个输入点。具体的分配如图6-1： 输入地址 对应的外部设备 I0.0 起动按钮开关 I0.1 停止按钮开关 I0.2 紧急停止按钮开关I0.3确认按钮开关I0.4 过电流继电器1触点I0.5过电流继电器2触点I0.6过电流继电器3触点I0.7 过电流继电器4触点I1.0 过电流继电器5触点I1.1过电流继电器6触点I1.2过电流继电器7触点11.3 热继电器1触点I1.4 热继电器2触点I1.5 热继电器3触点I2.0 热继电器4触点I2.1热继电器5触点I2.2热继电器6触

39、点I2.3热继电器7触点图6-1 输入地址分配6.2.2数字量输出部分这个控制系统需要控制的外部设备有故障指示灯1、故障指示灯2、故障指示灯3、故障指示灯4、故障指示灯5、故障指示灯6、故障指示灯7、闪烁指示报警灯、蜂鸣器、一级输送机电动机接触器、破碎机电动机电源接触器、Y启动接触器，启动接触器，二级输送机电动机接触器、筛分机电动机接触器、配料机电动机接触器、混合机电动机电源接触器、Y启动接触器，启动接触器，三级输送机电动机接触器、共20个输出端。具体的输出分配如图6-2：输出地址 对应的外部设备 Q0.0故障指示灯1 Q0.1故障指示灯2 Q0.2故障指示灯3 Q0.3故障指示灯4 Q0.4

40、故障指示灯5 Q0.5故障指示灯6 Q0.6故障指示灯7 Q0.7闪烁指示报警灯 Q1.0蜂鸣器 Q2.0一级输送机电动机接触器 Q2.1破碎机电动机电源接触器 Q2.2破碎机电动机Y启动接触器 Q2.3破碎机电动机Y启动接触器 Q2.4二级输送机电动机接触器 Q2.5筛分机电动机接触器 Q2.6配料机电动机接触器Q2.7混合机电动机电源接触器Q3.0混合机电动机Y启动接触器Q3.1混合机电动机启动接触器Q3.2混合机电动机Y启动接触器图6-2 输出地址分配表6.2.源程序在本程序中，M21.0是三级输送机电动机出现故障，切断控制它的内部电路的辅助继电器，M21.1是混合机电动机出现故障，切断

41、控制它和三级输送机的内部电路的辅助继电器，M21.2是配料机电动机出现故障，切断控制它和三级输送机和混合机的内部电路的辅助继电器，M21.3是二级输送机电动机出现故障，切断控制它和三级输送机和混合机和配料机的内部电路的继电器，M21.4是筛分机电动机出现故障，切断控制它和三级输送机和混合机和配料机和二级输送机的内部电路的辅助继电器，M21.5是破碎机电动机出现故障，切断控制它和三级输送机和混合机和配料机和二级输送机和筛分机的内部电路的继电器，M21.6是一级输送机电动机出现故障，切断控制它和三级输送机和混合机和配料机和二级输送机和筛分机和破碎机的内部电路的继电器。M0.0则是为了需要过电流继电

42、器和热继电器的常闭触点而利用的内部中间继电器的线圈；当PLC通电时，所有的触点都是闭合的，当工作时候，它们又都是断开的。按下起动按钮,工业生产线开始顺序开启；按下停止按钮,工业生产线开始顺序停止。当按下起动按钮以后，而电动机在正常起动时候，故障出现时,与PLC内部的辅助继电器M21.0（控制三级输送机电动机），M21.1（控制混合机电动机），M21.2（控制配料机电动机），M21.3（控制筛分机电动机），M21.4（控制二级输送机），M21.5（控制破碎机电动机），M20.6（控制一级输送机）就会按照程序自动的接通自己的电路，报警闪烁灯开始闪烁,报警器开始发出声音；同时，别的电动机还会按照程序

43、顺序停止 。 6.3 通电禁止输出程序在实际工作中，因停电而停止生产（突击性）是常有的事。在复电时，有些设备是不允许立即恢复工作的，不然会发生严重的事故。在这种场合必须采用通电禁止输出程序（见图6-4）。PLC上电进入RUN状态时，SM0.3接通一个扫描周期。使M1.0置1，M1.0的常闭接点切断了输出线圈Q2.0的控制逻辑，故输出被禁止。只有接通允许工作的按钮I0.0和I0.2时，M1.0被复位，输出线圈才有可能输出。6.4 PLC的抗干扰措施电源,输入,输出接线是外部干扰入侵PLC的重要途径,应该采取相应的抗干扰措施.在PLC电源的输入端加接隔离变压器,由隔离变压器的输出端直接向PLC供电

44、,这样可以抑制来自电网的干扰.(1) 开关量信号不容易受外界干扰,可用普通单根导线传输;(2) PLC的输入,输出线要与动力线分开,距离应该在20以上,如果不能保证上述最小距离.可以将这部分动力线穿套管,并将管接地;(3) 应该尽量减小动力线与信号线平行铺设的长度,一般在20CM;应用灭弧器,提高抗干扰能力。对于交流线圈(继电器线圈),在负载两端并联阻容吸收电路,即灭弧器,可以吸收负载接通瞬间产生的冲击电流及其负载断开时产生感应过电压.图中R可取51-120欧,C可取0.10.47微法,电容的耐压要大于电源的峰值电压.如图6-5：6.5 PLC的接地良好的接地是PLC抑制干扰的重要措施.PLC

45、接地应该注意以下图6-4 通电禁止输出程序 1L Q0.0 PLC 图6-5 交流负载并联PC容阻电图6-5 抗干扰灭弧图几个方面;(1) PLC接地最好采用专用接地线;(2) PLC的接地极离PLC越近越好,即接地线越短越好;(3) PLC输入,输出信号线采用屏蔽电缆时,其屏蔽层采用一点接地,并且在靠近PLC这一端的电缆接地,电缆另一端不接地.第7章 模拟实验方案设计7.1题目：矸石制浆材料工业生产线系统设计7.2模拟实验设计虽然我做的是工业生产线控制系统，故毕业设计的需要，需要做实物演示，但实验设备有限，不能有足够的设备来做这样演示，实验室里没有必要的系统为我的实际来做必要的实物连接。但我

46、可以应用现有的设备进行必要的模拟实物，并且按照程序的编制来控制模拟实物的。1）需要的电动机我可以用发光二极管来代替，但我们都知道它的电流和电压都很小，所以必须要有和一定的电阻进行串联。结合实际的例子我来选择二极管和电阻。其次，不能在用220V的电源，我使用了与下面计算的电源，也就是6V的电池组。这样减少了突发事件的可能，也简化了实验的难易。如图8-1发光二极管的电流一般为几毫安到十几毫安之间。电压一般小于5V，大于它就会使二极管被击穿。结合我们学校现有的资源，我选择了电阻是470欧，二极管为普通绿色和黄色的发光二极管。2）故障信号灯我也选择了替代，也用上面的公式选择了电阻470欧和二极管为普通

47、绿色和黄色的发光二极管。3）没有过电流继电器，我用了二极管和电阻代替了过电流继电器的线圈 ，用按钮开关代替了它的线圈，同样的利用了按钮开关替代了热继电器的线圈；当电路接通的时候，就是模拟的按钮保持常开状态，当出现故障，按钮开关就会动作，手工代替使按钮闭合，即代表过电流继电器的线圈使常闭触点由工作时的常开转变为常闭状态。7.3 实验步骤1.根据实验图纸所示，连接实物。2.下载程序，将已经仿真模拟的程序从微机中下载到PLC的CPU224中。3.闭合确认按钮开关，紧急停止按钮开关；按下起动按钮开关，观察现象。4.完全出现现象后，按下停止按钮开关，观察现象。5.按下启动按钮开关后，现象出现以后，再分别

48、按下故障开关按钮1和故障开关按钮8，观察现象，现象完全出现后，按下确认按钮开关。6. 断开紧急按钮开关，闭合确认按钮开关，闭合紧急按钮开关，出现现象后，再分别按下故障按钮开关2和9，观察现象，现象完全出现后，按下确认按钮开关。然后按照以上的方法分别按下故障按钮开关3和10，4和11，5和12，6和13，7和14，观察现象后，按下确认按钮开关。7.再断开紧急按钮开关，闭合确认按钮开关后，闭合紧急按钮开关，按下起动按钮开关，最后，断开紧急按钮开关。7.4.欲达到的实验效果通过上面的实验步骤，我们观察到了下面的实验现象：1. 动作2. 实验现象3. 1.按下确认按钮开关，紧急按钮开关，按下起动按钮开

49、关4. 从面板上看，粘上三级输送机的小灯立刻发光，5秒后，粘上混合机电源和Y启动的小灯开始亮，3秒后，粘上混合机起动的小灯亮，以后，每相隔5秒后，粘上配料机，二级输送机，筛分机的小灯都亮，在5秒后，粘上破碎机电源和Y起动的小灯开始亮，3秒后，粘上破碎机起动的小灯亮，5秒后，粘上一级输送机的小灯亮.5. 2.按下停止按钮开关6. 粘上一级输送机的小灯在5秒后，熄灭；以后，每相隔5秒，粘上破碎机（电源和起动），二级输送机，筛分机，配料机，混合机（电源和起动）和三级输送机的小灯熄灭.7. 3按下起动按钮开关，后分别按下故障按钮开关1和8，最后断开确认按钮开关8. 1出现的现象后，粘上一级输送机的小灯

50、立刻熄灭；同时，故障小灯1开始亮，闪烁报警小灯亮，蜂鸣器响，后每5秒，粘上破碎机（电源和起动），二级输送机，筛分机，配料机，混合机（电源和起动），三级输送机的小灯顺序熄灭。后闪烁小灯熄灭，蜂鸣器停止。9. 4. 断开紧急按钮开关，闭合确认按钮开关，闭合紧急按钮开关；再分别按下故障按钮开关2和9；最后断开确认按钮开关10. 出现1的现象后，粘上一级输送机和破碎机的小灯熄灭，同时，故障小灯1开始亮，闪烁报警小灯亮，蜂鸣器响，后每5秒，粘上二级输送机，筛分机，配料机，混合机（电源和起动），三级输送机的小灯顺序熄灭。11. 5.按照以上的方法按下故障按钮开关3和10，4和11，5和12，6和13，7和

51、14；最后断开确认按钮开关。12. 出现以上的现象中，粘上机器设备名称的小灯都会有一个先熄灭。13. 6. 断开紧急按钮开关，闭合确认按钮开关，按下起动按钮开关14. 出现1的现象后，粘上一级输送机，破碎机，二级输送机，筛分机，配料机，混合机（电源和起动），三级输送机的小灯立刻熄灭。图7-1 实验效果图7.5 实验结论根据实验的效果，虽然与实际的生产有一定的距离，但也尽可能的反映了本工业生产线的实际工作机理，反应了正常工作和有故障等问题的出现和本系统所能作出的必要的动作；基本符合设计的要求，故可以说达到了设计实物的目标。实验注意：注意保证个接触点之间的接通； 注意各个电路之间的分离，不要错接，

52、防止短路。第8章 技术经济分析8.1. 技术分析首先，本技术属于绿色环保技术，本身就是利用工业的废料进行二次的再利用，减少了对耕地的大量占用，保护了生态环境，而且不会污染周围的土壤和地下水。同时，不会排放气体，造成大气污染；当然，由于工业生产中有大量的噪声产生，故应该将厂房和生产建立在矸石山的旁边（远离市区）。其次，本技术具有很高的自动化程度，远比现在的工业生产线的加工效率要高，减少了人力的利用，减少了对人体的重大伤害（比如对人体的听力系统等），维护也比较方便，再者，可以增加工作的时间，产生更大的利润。为了保证正常的生产和生活需要环境保护和劳动安全：1）环境保护厂区绿化：大量种植草坪、树木，改

53、善厂区空气质量，降低污染。将有专人负责厂内绿化、环保工作。2）劳动安全对员工全面进行了安全用电、安全生产教育，有完善安全生产制度。3）配套设施所定方案中，厂房和配套设施都采用自有的模式，电、及配套动力完全能满足设备要求，保证生产的正常运行。8.2 经济分析首先，因为本来就是工业废料，要作为被处理的对象，故生产原料的成本几乎为0，还可以节省下来每吨8元的处理和运输的费用；其次，工业生产线的每小时生产60吨设计，一天生产16时，一年按300天计划生产（已经扣除了节假日和生产期间的维护所用）；一个生产厂共有这样的2条生产线。那么一年的生产总量约为60*16*300*2=55万吨，以每吨100元计算，

54、共产生0.55亿元的经济总量。由于没有这样的工业生产线，每吨煤矸石的基建和运输管理费平均达8元人民币，那我们就是这样赢利了8元/吨，本工业生产线年使用矸石为55万吨，这一项共收入8*55=440万元。当然对于无形的效益（比如：环境的保护收益等）远远的要大于这种已经计算的数目；其次购买生产设备需要花费大约是0.1亿元，生产厂房（包括一些配套的生产和生活设施）的建设硬件的投入前期的投入约为0.1亿元，运输费用每年约为0.1亿元，设备的正常维护和人员的后期培训每年为一百万；软件的投入（包括人员的培训等）约为一百万；那么一年的收益约为两千万；这样的收入是非常可观的。达到了我们以科学为本，不断创新，不断

55、地利用新的技术来实现生产力的转化，来实现用最少的力做最大的功。可以发现我设计的工业系统虽然并非十分低廉，但与同类产品比较，还是有一定的价格优势；而且在运行的可靠性与稳定性和经济效益方面存在优势；最后，土壤，地下水，和环境资源的保护，对于这些问题上的经济收益，我想完全不是用经济数字能够体现出来的。结论本次设计所完成的矸石制浆材料工业生产线控制系统设计在满足设计与开发的质量、工作效率、各种参数要求和使用稳定性等的前提下，基本上达到了设计的要求。我设计的毕业设计在性能和工作效率上有了很大的提高，与传统的设计系统相比，本工业系统设计由于采用固态继电器和PLC，动作更准，速度更快，抗干扰能力变强，精度也

56、更高。也使用了一些比较先进的设备，这样就提高了系统的先进性，自动化程度高，减少了操作人员的疲劳强度，同时也减少了事故的发生率。该项目将具有自主知识产权，工艺技术独特、先进，产业化前景好，矸石材料的成本几乎为0，是一个盈利把握大，抗风险能力强的高科技项目工程，项目可行。本次改为PLC控制，符合行业国际发展趋势，也迎合了广大用户的心理；在功能方面，较之以前更强大，自动化程度也罢更高；但在模型工作的过程中，由于工作环境、位置、所需元器件等因素，在实际的应用过程中仍存在一些问题。另外在整个工业系统中，实际产品安装中，控制系统的安装应充分考虑到安装位置和所处的外部环境温度影响，避免因其它的因素扰动而使整

57、个系统产生较大的误差。可以说已离期待目标很近了。需要在实际中做一些必要的调整，来达到我们设计的目标，满足工厂实际的操作要求，为实际生产做一个具体的指导作用。科学在发展，技术也在突飞猛进，伴随网络和控制技术的发展，有些大型的煤矿企业也开始了对矸石的研究和应用；但将PLC应用在这一领域还有一段路要走；毕竟我们国家的企业不论是设备的先进性还是人员的操作水平与国外的相比，都有很大的距离，相信此套控制系统应用于实际后，无论是在效率还是在生产中的诸多领域定会给广大的用户带来众多的效益和实惠。可以在这一领域缩短与国外的差距，提高我们国家在这一工业领域的实际生产能力。但随着这一行业现代控制技术的不断进步，这一

58、行业的发展前景一片光明。也可以发现现在的控制系统未来的发展趋势主要有以下几方面：1 使用功能扩展广泛使用微机技术；2 运行方式更加智能化（借助于传感器技术）；3 利用网络技术实现远程控制；4 控制电路集成化/模块化/商品化；5 外形设计个性化/风格化；6 外观设计通透化/简约化。参考文献1 用仁.东洋电机制造（株）,1992 ：20-352 齐上庆.机床电气控制技术.机械工业出版社，1993 ：37-503 严锋.筛分机械.煤炭工业出版社，1994 ： 50-684 顾绳谷.电机及拖动技术.机械工业出版社，1994 ：98-1105 刘树英.破碎机粉磨机械设计.东北大学出版社，2000 ：15

59、9-2006 邓星钟.机电传动控制.华中科技大学出版社，2000 ：162-1807 戴自祥.可编程控制器原理及应用技巧.化学工业出版社，2003 ：57-758 日岩本 洋，森田克己.机电一体化入门.科学出版社，2003 ：86-909 吴中俊.可编程序控制器原理及其应用.机械工业出版社，2004 ：20023010 求是科技.PLC应用开发技术与工程实践.人民邮电出版社2004 ：302-30711 高宏滨.PLC分析与设计应用.电子工业出版社，2004 ： 308-32112 于广庆.可控编程控制器原理及系统设计.清华大学出版社，2004 ：176-19713 成大先.机械设计手册 机械

60、传动.化学工业出版社 2004 ：219-22914 林宋，刘杰生，殷际英.光机电一体化技术产品实例.化学工业出版社，2004 ：4-815 张万忠.可编程控制器入门应用实例。中国电力出版社，2004 ：495716 张万忠，刘明芹.电器与PLC控制技术。化学工业出版社，2005 ：69-8717齐占庆。机床电器控制技术。机械工业出版社，2005 ：21-23附录3PLC对多电机的控制应用摘要： 本文简要介绍了PLC（可编程控制器）的性能、特点，介绍了可编程控制器作为控制核心在多电机控制系统中的应用。关键词 可编程控制器 自动化 电机Abstract：This text synopsis introduced the PLC( programmable controller) function, characteristics, introducing the progra