煤矿皮带运输PLC控制

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1、毕 业 设 计（论文）（说 明 书）题 目： 煤矿皮带运输PLC控制 姓 名： 编 号： 20102003707 平顶山工业职业技术学院 2013 年 5 月 10 日平顶山工业职业技术学院毕 业 设 计 （论文） 任 务 书姓名 专业 电气自动化技术专业 任 务 下 达 日 期 2013 年 3 月 4 日设计（论文）开始日期 2013 年 3 月 11 日设计（论文）完成日期 2013 年 5 月 17 日设计（论文）题目： 煤矿皮带运输PLC控制 A编制设计 B设计专题（毕业论文） 指 导 教 师 系（部）主 任 2013年 5 月24日平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）答辩委员会记

2、录自动化与信息工程系电气自动化技术专业，学生 于 年 月 日进行了毕业设计（论文）答辩。设计题目： 煤矿皮带运输PLC控制设计 专题（论文）题目： 煤矿皮带运输PLC控制设计 指导老师： 答辩委员会根据学生提交的毕业设计（论文）材料，根据学生答辩情况，经答辩委员会讨论评定，给予学生 毕业设计（论文）成绩为 。答辩委员会 人，出席 人答辩委员会主任（签字）： 答辩委员会副主任（签字）： 答辩委员会委员： ， ， ， ， ， ， 平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）评语第 页共 页学生姓名： 专业电气自动化技术专业 年级 2010 毕业设计（论文）题目： 煤矿皮带运输PLC控制设计 评 阅 人：

3、 指导教师： （签字） 年 月 日成 绩： 系（科）主任： （签字） 年 月 日毕业设计（论文）及答辩评语： 平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文） 摘 要本篇毕业设计介绍了一种利用先进的PLC技术对煤矿企业皮带机系统进行技术改造的方案；并且叙述了皮带机的基本原理、皮带机监控系统的工程设计步骤。输煤皮带系统是工矿企业中较为庞大的一个公用系统，现阶段的大多数企业中，其输送过程是通过皮带输送机来完成，整个输煤系统有多台输送距离较长的皮带输送机组成。输煤系统的主要任务是由料斗和皮带的传递将煤由给煤机输送到洗煤厂，再经由皮带机传送到煤仓。在此次设计中主要概述了输煤过程中对皮带传输的控制和监控。输

4、煤皮带控制系统的设计是一个很传统的课题，现在随着各种先进精确的诸多控制仪器的出现，输煤皮带控制的设计方案也越来越先进，越来越趋于完美，各种参考文献也数不胜数。该系统用西门子公司S7-300系列PLC作为控制核心，整个系统采用了一台PLC控制3台皮带机，整个控制系统设一个控制室。利用PLC控制皮带输煤机，实现了逆煤启动、顺煤停止、故障停止、紧急停止的功能，并且有手动控制和自动控制两种控制方式， 从而实现了输煤系统的自动化功能。 可编程控制器（简称PLC）由于其将系统的继电器技术，计算机技术和通信技术融为一体，以其可靠性高，稳定性好、抗干扰能力强，以及编程简单，维护方便，通讯灵活等众多优点，广泛应

5、用于工业生产过程和装置的自动控制中。PLC不仅能实现复杂的逻辑控制，还能完成定时、计算和各种闭环控制功能。设置性能完善、质量可靠、技术先进的可编程控制器PLC控制皮带运输机监控系统，可以实现高自动化的皮带机群的集中控制（包括遥控）及保护。关键字：可编程序控制器；输煤自动控制系统 ；皮带输送机；单机控制；目 录摘 要1第一章 概述31.1首山矿概述31.2综合自动化系统31.2.1综合自动化系统的概念31.2.2 综合自动化总体设计理念41.2.3系统结构4第二章 井下皮带运输自动化系统52.1基本情况52.2总体设计62.3 操作方式62.3.1 远程集控操作方式62.3.2 就地集控操作方式

6、62.3.3 手动操作方式72.4 带式输送机72.4.1 带式输送机的类型72.4.2 带式输送机的组成72.4.3 工作原理102.4.4 安全保护装置102.5往复式给煤机132.5.1 概述132.5.3 往复式给煤机的组成142.5.4 型往复式给煤机工作原理简述142.5.5 往复式给煤机的主要特点：14第三章 基于井下皮带机PLC控制系统153.1 PLC简介153.1.1 PLC组成153.1.2 PLC特点163.1.3 PLC应用领域163.1.4 PLC的基本工作原理173.2井下远程KTK（80）矿用隔爆兼本安型可编程控制装置193.2.1主要功能特点：203.2.2

7、KTK（80）矿用隔爆兼本安型可编程控制装置组成203.2.3主要技术指标203.2.4 结构特性213.2.5 KTK（80）矿用隔爆兼本安型可编程控制装置工作原理21第四章 控制系统设计224.1控制装置组成：224.2控制系统的总体结构224.3控制系统的硬件组成234.4 PLC硬件系统配置24根据控制系统的要求及I/O点数的估算系统PLC选用SIEMENS公司S7-300。244.5 井下皮带系统控制294.5.1 单台启动294.5.2 一键启动304.6 PLC的皮带控制系统的软件设计314.6.1 S7-300输入、输出端子分配314.6.2 电气原理图：334.6.3 编程程

8、序：33参考文献40致 谢41第一章 概述1.1首山矿概述首山一矿井田位于平顶山市东北，距平顶山市约25km，行政区隶属襄城县管辖。井田位于丘陵平原的过度部位。井田内可采及局部可采煤层5层，可采储量308.49Mt，主采戊9-10及己16-17(含己15)煤层为中厚及厚煤层，厚度稳定，结构简单，具备了建设现代化大型高产高效矿井的资源条件。矿井正常涌水量405.34m3/h；最大涌水量486.41m3/h。地质报告初步预测己及戊煤层为有瓦斯突出危险煤层，己煤层底板埋深多在730m以下，钻孔实测岩温39.7050.57，全部处在二级高温区，戊煤层底板埋深多在550m以下，钻孔实测岩温32.6242

9、.99，大部处在二级高温区，少部处在一级高温区。采煤方法以走向长壁综采一次采全高采煤法为主。矿区煤炭生产计划目标是到原煤产量达22.00Mt/a，其中己组煤产量10.76Mt/a。设计矿井年工作日300d,每天4班作业,每天净提升14h。首山一矿在设计时对矿井安全生产综合自动化（简称综合自动化）方面考虑较少，因此在矿井建设过程中对综合自动化系统建设缺乏总体的规划，对综合自动化涉及的范围、目标定位、综合自动化的所起的作用、工程实施等方面都没有详细的规划。本规划将从明确综合自动化系统概念开始，对综合系统化的必要性、可行性、适用性、实效性等方面进行研究，并针对首山一矿的具体特点，规划综合自动化将要达

10、到的目标、具备的性能、包括的内容、工程实施的方案等方面进行有针对性的研究，以期指导首山一矿建设安全生产综合自动化的工作。1.2综合自动化系统1.2.1综合自动化系统的概念综合自动化系统是应用现代电子技术和自动化技术对矿井生产过程实现全面监控的系统，把采掘生产设备监控系统、皮带运输监控系统、辅助生产设备监控系统等子系统数据进行集中监控，实现生产及辅助生产各运行参数的统计并上传至矿区办公局域网，这样使得煤矿生产和管理更加科学高效。集成当今先进的计算机信息化、自动化和监测监控等技术，针对煤矿高危险、恶劣环境的特点，通过系统优化和创新，开发煤矿综合自动化技术，在现场控制为主的局部控制系统基础上，实现以

11、地面集中操作、分布控制为主的全过程控制。即通过生产现场的设备层、控制层与信息层的集成，实现控制与管理的数据通讯与共享；通过开发基于中间件技术的控制软件，将对生产过程的控制、监测能力随网络的扩展而自然延伸，直至实现通过互联网络进行的异地远程监测与维护。综合自动化系统覆盖了全矿的生产过程，使用WEB浏览功能或安装客户端软件可以使上级主管部门及时了解安全生产情况，进行远程实时监察，及时处理生产过程中的不安全因素生产过程。1.2.2 综合自动化总体设计理念综合自动化从去定义上来看应包括两个部分即“自动化”和“综合”。所谓自动化主要指矿井生产过程中的涉及的有关生产、安全、管理等方面的自动化子系统或监测监

12、控系统，这是综合自动化的基础。所谓“综合”是利用网络通讯技术将上述子系统和监测监控系统的信息进行有机的集成，并利用先进的计算机软件技术，建立矿井生产的自动化模型，将各子系统的信息进行有机的共享和融合，形成符合生产工艺和安全保障的控制策略，并反馈控制各子系统，实现远程控制、智能联动、综合故障诊断、专家决策、事故预警等功能。1.2.3系统结构矿井综合自动化是以矿井生产和安全相关的各类自动化执行系统为基础，利用先进高效的传输网络将各执行系统的信息进行综合，并将综合处理之后的控制决策指令反馈各执行系统，综合自动化的系统结构示意图如下：图1.1 综合自动结构图由上图可见，规划的综合自动化主要包括密不可分

13、的三部分，分别是：执行系统、网络传输系统、控制决策系统，另外还需具备信息发布系统作为辅助系统第二章 井下皮带运输自动化系统2.1基本情况首山一矿前期主要采两种煤，即己组和戊组煤，此两种煤质差异很大，因此采用的是分采分运的方式进行生产，井下主运皮带目前已经基本安装完毕，主运皮带主要有6条，包括，己组上仓、己组上山、戊组上仓、已戊配仓和两条岩石皮带，沿线还有两个主要的给煤机、若干翻板等。其中己组上仓和戊组上仓的电控已经完成设计，皮带驱动采用隔爆变频器，但其控制系统主要是完成对单条皮带的保护和控制，没有对皮带相关的给煤机、变频器、翻板、除铁器等进行控制，不能完成所有皮带的集中协调控制。2.2总体设计

14、增加各节点煤仓的煤位检测可在皮带机头增加人员探测装置，防止人员靠近传动部位增加一套井下皮带运输系统系主控制PLC，完成对给煤机、变频器的控制，现有集控的PLC控制箱作为分站控制器，主控PLC采用现场通讯方式与分站PLC进行通讯，完成各皮带的流程控制，包括顺煤流启停，一键启停，根据煤仓的控制策略等功能。增加各节点煤仓的煤位检测在各溜煤嘴下口可增加防撕检测，能及时检测穿透皮带的尖锐物，防止大规模皮带撕裂。在各运输皮带距离皮带机头50米和30米分别配置物料检测器，以判断皮带的运输状况，为皮带的顺煤流启停提供依据。主控PLC采用以太网方式接入综合自动化系统在已组、戊组上仓的皮带分别设置两台皮带秤，用于

15、计量原煤产量（含岩石）。在两条岩石皮带上分别设置皮带秤用于计量岩石量，并配合主运皮带的皮带秤计算准确的原煤产量。2.3 操作方式操作控制分远程集控、就地集控和就地手动三种操作方式。可以通过各种逻辑闭锁设置实现皮带运输机轻载启动，有效减少电机及各方面损耗，实现节能增效。2.3.1 远程集控操作方式远程集控方式的控制操作在工控机上进行。系统在进入集控方式后，根据键盘/鼠标的输入自动启动/停止皮带机的运行状况，所有的皮带机保护自动投入运行，并能实现必要的联锁及保护报警。运行过程中，若设备出现故障或事故，能立即停止该设备，系统设置“紧急停车”按钮，在按下“紧急停车”按钮后，立即停止所有设备。系统启动前

16、，请将机头控制箱的转换开关应处于程控位置。2.3.2 就地集控操作方式就地集控操作方式在井下皮带操作台操作，系统可设置每条皮带机的联锁/解锁状态。联锁自动方式下，皮带机可按正常闭锁关系实现启动、停机及自动闭锁停机；解锁手动方式下，皮带机在无闭锁关系的状态下启停机。2.3.3 手动操作方式当启动皮带机的机头矿用隔爆兼本安型可编程控制装置的转换开关处于手动位置时，可在机头控制箱上实现就地启停机。此方式用作检修试验，一般不作为正常使用方式。2.4 带式输送机2.4.1 带式输送机的类型（1）按牵引方式不同 可分为滚筒驱动式和钢丝绳牵引式两类 （2）按输送带的强度不同 可分为通用型和强力型（3）按带式

17、输送机作用不同 可分为转载式、伸缩式和固定式 （4）按式输送机的安装方式不同 可分为落地式、吊挂式和组合式 2.4.2 带式输送机的组成图2.1带式输送机1-卸载滚筒 2-输送带 3-传动滚筒 4-导向滚筒5-拉紧滚筒 6-拉紧装置 7-紧绳装置 8-上托辊9-下托辊 10-机身钢丝绳 11-清扫器 12-机尾滚筒带式输送机的主要组成部分：输送带、托架及机架、传动装置、拉紧装置、储带装置和清扫装置等。1）输送带输送带既是承载机构，又是牵引机构。常用的输送带有3种类型，即普通输送带、钢丝绳芯输送带和钢丝绳牵引输送带。在这里只介绍前两种输送带的结构。a、普通输送带 普通输送带可用在固定式、绳架吊挂

18、式和可伸缩带式输送机上。输送带夹层用数层帆布做带芯，层与层之间用橡胶粘合在起，然后在外表面周围用橡胶盖层加以保护。帆布由棉、尼龙等纤维织成或为混纺物。帆布层用来承受载荷并传递牵引力，而橡胶保护层用来防止外界物体对帆布层的损伤及有害物质的腐蚀。输送带强度按帆布层的拉断力来计算。国产橡胶带有两种：一种为普通型，每层帆布的径向拉断力为56oN / cm ；另一种为强力型，每层帆布的径向拉断力为960N / cm 。保护层的厚度是：上层（与货载接触面）厚度为3mm ；下层厚度为lmm 。b、钢丝绳芯输送带此输送带是用细钢丝绳做带芯（以承受拉力），外面覆盖橡胶的强力输送带。这种输送带基本上分无布层（全胶

19、型）和有布层两种。2）托辊和机架a、托辊的作用：用来支承输送带，减少输送带阻力，并使输送带悬垂度不超过一定限度，以保证输送带运行平稳。 b、托辊的结构托辊由轴、轴承和标准套筒等组成c、托辊的分类及用途托辊按用途可分为槽型托辊、平型托辊、调心托辊和缓冲托辊4种 。槽型托辊：槽型托辊用于支承承载输送带，上托辊的间距一般为1.5m。一般由3个托辊组合而成，槽角一般为30。平行托辊：平行托辊用于支承回空段输送带，一般为长托辊，下托辊的间距一般为3 m。下托辊轴头卡在机架的支座里。调心托辊：调心托辊多用在固定式带式输送机上,纠正跑偏的输送带。固定式输送机的托辊式固定的安装在机架上的，当输送带跑偏时，不能

20、用挪动托辊位置的办法来纠正跑偏现象。 缓冲托辊：缓冲托辊装在带式输送机的装载处，用以缓和货载对输送带的冲击，从而保护输送带。这种托辊的结构与一般托辊相同，只是在套筒上套以若干个橡胶圈。3）驱动装置 驱动装置有单电动机驱动和多电动机驱动，有单滚筒传动和双滚筒传动。单滚筒传动多用于功率不大的带式输送机。一般驱动装置均布置在机头卸载端。用于矿井下的SPJ -800型与SJ -800 型的带式输送机采用双滚筒传动。采用单电动机驱动时，两个滚筒需要用一对齿数相等的齿轮连接起来；采用双电动机传动时可将齿轮去掉，由两台电动机分别驱动两个滚筒。4）拉紧装置拉紧装置的作用，一是保证输送带有足够的张力，使滚筒与输

21、送带之间产生必要的摩擦力；二是限制输送带在各托辊之间的悬垂度，确保输送机的正常运转。拉紧装置分为: 机械拉紧式和重砣拉紧式两种。机械拉紧式又分:螺杆式拉紧与钢丝绳绞筒式拉紧。5）储带装置储带装置是用来把可伸缩带式输送机伸缩前后的多余输送带暂时储存起来，以满足采煤工作面持续前进和后退的需要。6）制动装置对带式输送机制动装置的规定，带式输送机在正常工作状态或故障状态下，根据不同的停车要求，都必须采取必要的制动，而在制动过程中又要求带式输送机制动装置必须灵活可靠，各部分传动机构、闸瓦及接触面积等应符合要求。制动器的种类:带式逆止器、滚柱逆止器、电力液压制动器及液压盘式制动器等。带式逆止器是在卸载滚筒

22、的架子上固定一块逆止带，当带式输送机向上运输时，逆止带在卸载滚筒分离段上呈卷曲状态。若满载的带式输送机停车发生逆转时，固定逆止带的另一头（浮动的一头）被逆转的输送带带入输送带与滚筒之间，利用其摩擦力，停止滚筒和输送带的逆转。这种逆止器的结构简单、造价低，缺点是在制动时输送机必须先倒转一定距离，等到逆止带完全楔入滚筒后才能产生逆止作用。功率大的输送机不宜采用，只用于向上运输的小型带式输送机。7）清扫装置清扫装置主要安装在卸载端和靠近机尾换向滚筒的内侧回空段输送带的上面。用来清扫胶带表面的黏附物，防止输送带损坏。清扫装置安设在卸载端，用来清扫胶带表面的粘附物料。目前我国带式输送机上使用较多的是刮板

23、式清扫器。其刮板（用橡胶带制成）靠重砣的重量紧贴在输送带上，将卸载后输送带表面的粘附物料刮掉。这种重砣刮板式清扫装置的使用效果不好。近年来，各部门已广泛使用弹簧式清扫刮板，效果较好。2.4.3 工作原理 输送带（或钢丝绳）连接成封闭环形，用张紧装置将它们张紧，在电动机的驱动下，靠输送带（或钢丝绳）与驱动滚筒（或驱动轮）之间的摩擦力，使输送带（或钢丝绳）连续运转，从而达到将货载由装载端运到卸载端的目的。带式输送机摩擦传递的基本原理，可用欧拉公式表示如下：式中 SY-输送带在主动滚筒相遇点的最大张力，即摩擦牵引力； -输送带在主动滚筒上的围包角度； e -自然对数的底，e =2.718； SL -

24、输送带在主动滚筒分离点的张力（初张力）; -输送带与主动滚筒间的摩擦系数。2.4.4 安全保护装置（1）、防跑偏保护装置 防跑偏保护装置的作用原理： 图2.2 防跑偏保护装置 它由防偏传感器的动触头和固定触头接触，通过控制箱控制带式输送机断电停机。一般利用带柄的滚式行程开关队输送带的跑偏进行检测。皮带输送机跑偏的处理方法：自动托辊调偏：当输送带跑偏范围不大时，可在输送带跑偏处，安装调心托辊。单侧立辊调偏：输送带始终向一侧跑偏，可在跑偏的一侧跑偏范围内加装若干立辊，使输送带复位。适度拉紧调偏：当输送带跑偏忽左忽右方向不定时，说明输送带过松，可适当调整拉紧装置以消除跑偏。调整滚筒调偏：输送带在滚筒

25、处跑偏，检查滚筒是否异常或窜动，调整滚筒至水平位置正常转动，消除跑偏。校正输送带接头调偏：输送带跑偏始终一个方向而且最大跑偏在接头处，可校正输送带接头与输送带中线垂直消除跑偏。垫高托辊调偏：距离一定，可在跑偏方向的对侧垫高托辊若干组，消除跑偏。调整托辊调偏：输送带跑偏方向一定，检查发现托辊中线与输送带中线不垂直，就可调整托辊，消除跑偏。消除煤泥调偏：输送带跑偏点不变，发现托辊、滚筒粘着煤泥，就要消除煤泥调偏。校正给料调偏：输送带轻载不跑偏，重载跑偏，可调整给料重量及位置消除跑偏。校正支架调偏：输送带跑偏方向、位置固定，跑偏严重，可调整支架的水平和垂直度。（2）防滑保护装置防滑保护装置的作用原理

26、：管式打滑保护装置一般将传感器的磁铁安装在导向滚筒的侧面，用螺栓固定。传感器安装在导向滚筒相近处。如输送带在运行中发生断带、打滑时，导向滚筒的速度将发生变化，通过传感器反映的导向滚筒转速降至设定值时，保护装置发出信号，让带式输送机停止运行。 防止输送带打滑具体措施有：经常检查输送带的张紧程度，适度拉紧输送带。经常检查输送带接头状况。采取有效的防淋水措施。保证清扫装置、防打滑装置的可靠运行。装载量要控制，严禁超载运行。停机时要拉清输送带上的煤，且不得再装载。（3） 堆煤保护装置 堆煤保护装置，又叫煤位保护装置。它是一种用来检测煤仓是否装满或转载点是否堆积堵塞的装置。当发生堆煤时，堆煤保护装置控制

27、带式输送机停机。堆煤保护装置的作用原理：碳极式堆煤保护装置，由堆煤传感器和控制箱构成。堆煤传感器（一条电缆或特制的煤位探头）置于煤仓或转载点某一高度处作为固定触头，以煤作为动触头，当煤堆到一定高度与堆煤传感器相接触时，控制箱便控制带式输送机断电停机 图2.3 堆煤保护装置（4） 烟温报警灭火系统装置烟温报警灭火系统装置主要由控制箱、传感器、声光报警器和喷水装置组成。一般烟雾保护的传感器为光敏和气敏元件，它的安装位置一般在机头卸载滚筒下风口的5m 范围内的巷道内。温度保护通常采用热电偶元件或热敏电阻作为监视温度的传感器。对于运动部件（如传动滚筒）是利用铁磁材料的磁导率与温度的变化关系，用磁感应脉

28、冲发送器作为传感器，一旦温度过高，保护装置动作，输送机便停止运行。烟温报警灭火系统装置能够连续监测矿井带式输送机系统温度和烟雾的变化情况。当带式输送机周围温度和烟尘浓度达到设定值时，装置中的报警器发出声光报警，同时断电停机，洒水灭火图2.4 烟温报警灭火系统装置先导式电磁阀 原理：通电时，电磁力把先导孔打开，上腔室压力迅速下降，在关闭件周围形成上低下高的压差，流体压力推动关闭件向上移动，阀门打开；断电时，弹簧力把先导孔关闭，入口压力通过旁通孔迅速腔室在关阀件周围形成下低上高的压差，流体压力推动关闭件向下移动，关闭阀门。 图2.5 烟温报警灭火系统装置（5）沿线保护装置沿线保护装置的作用就是在带

29、式输送机的任何部位都可以人为地停止输送机的运转，及时控制带式输送机事故的发生和扩展。（1）按钮式沿线保护装置，即每隔40-50m安装1个紧急停止按钮，并接入带式输送机控制系统。通常安装在带式输送机机巷的外邦上。（2）拉线式沿线保护装置，又称沿线急停开关。它用铁丝或钢丝绳控制一个小的行程开关，行程开关接入带式输送机控制系统。这种保护装置通常安装在带式输送机机架上靠人行道一侧。图2.6 拉线急停开关2.5往复式给煤机2.5.1 概述往复式给煤机在我国煤矿、选煤厂及其它行业应用已有几十年。给煤设备是煤矿生产系统的主要设备之一,给煤设备的可靠性,特别是关键咽喉部位给煤设备的可靠性,直接影响整个生产系统

30、的正常运行。生产实践证明,该设备对煤的品种、粒度、外在水份等适应能力强,与其他给煤设备相比,具有运行可靠、性能稳定、噪音低、完全可靠、维护工作量小等优点。往复式给煤机的主要缺点是能耗较高。2.5.2 往复式给煤机的用途最通用的往复式给煤机为K型，一般用于煤或其他磨琢性小、黏性小的松散粒状物料的给煤，将储料仓或料坑里的物料连续均匀地卸运到运输设备或其他筛选设备中。2.5.3 往复式给煤机的组成由机架、 底拖板（给煤槽）、电动机、减速器、联轴器、传动平台、漏斗、闸门、托辊等组成。本机可根据需要设有带漏斗、不带漏斗两种形式。给煤机设有两种结构形式：1、带调节闸门 2、不带调节闸门，其给煤能力由底板行

31、程来达到。2.5.4 型往复式给煤机工作原理简述 往复式给煤机由槽形机体和带有曲柄连杆装置的活动地板组成的曲柄滑块机构，地板是工作机构。传动原理：当电动机开动后，经弹性联轴器、减速器、曲柄连杆机构拖动倾斜的底板在托辊上作直线往复运动，当底板正行时,将煤仓和槽形机体内的煤带到机体前端;底板逆行时,槽形机体内的煤被机体后部的斜板挡住,底板与煤之间产生相对滑动,机体前端的煤自行落下。将煤均匀地卸到运输机械或其它筛选设备上。2.5.5 往复式给煤机的主要特点： 工作可靠、寿命长；重量轻、体积小、维护保养方便；结构简单，运行可靠，调节安装方便；封闭式框架结构，大大提高了机架的刚度；装有限矩形液力偶合器，

32、能满载启动，过载保护；给煤量大是目前国内最大的给煤设备；采用了先进的平面二次包络环面螺杆减速器设计，承载能力大，传动效率高；侧衬板与地板之间留缝可调，能较准确地控制留缝大小，大大减少了漏料；驱动装置对称布置，并采用双推杆，使整机受力均衡，传动平稳，消除了底版往复时的扭摆现象；地板有立向筋板，并用三道通长拖辊支撑，保证了地板本身刚度，消除了现有机械的缺点。图2.7 K型往复式给煤机第三章 基于井下皮带机PLC控制系统3.1 PLC简介可编程序控制器（Programmable Logic Controller），简称PLC，是一种带有指令存储器、数字的或模拟的输入输出接口，以位运算为主，能完成逻辑

33、、顺序、定时、计数和算术运算功能，用于控制机器和生产过程的自动控制装置。它专为在工业环境应用而设计，应用面广、功能强大、使用方便，已经成为当代工业自动化的主要支柱之一。3.1.1 PLC组成PLC由中央处理单元，输入输出单元高速计数单元组成。西门子研制的PLC以其极高的性能价格比，在国内占有很大的市场份额，在我国的各行各业得到了广泛的应用。S7300属于模块式PLC，主要由机架、CPU模块、信号模块、功能模块、接口模块、通信处理器、电源模块和编程设备组成，各种模块安装到机架上。通过CPU模块或通信模块上的通信接口，PLC被连接到通信网络上。PLC可以认为是由输入部分、控制部分和输出部分等组成，

34、但它是采用大规模的集成电路的微处理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的程序来实现的。PLC的等效电路如下： 图3.1 PLC等效电路图输入部分：用于接受外部输入信号，与外部输入设备连接。可以等效为一个受控于外部用户输入设备的继电器线圈（输入继电器）。控制部分：等效于一个受控于内部逻辑的一个线圈，接点可用于驱动外部输出设备的继电器。输出部分：用于与外部输出设备连接。3.1.2 PLC特点PLC具有以下特点：1)灵活、通用PLC是通过在存储器中的程序实现控制功能，若控制功能需要改变，只需修改程序及少量接线即可。而且，同一台PLC还可用于不同控制对象，通过改变软件则可实现

35、不同控制的控制要求。因此，PLC具有很大的灵活性和通用性，结构形式多样化，可以适用于各种不同规模、不同工业控制要求。2)可靠性高、抗干扰能力强PLC具有很高的可靠性和抗干扰能力，不会出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，因此，在各种恶劣工作环境和条件下也可以可靠工作，将故障率降至最低。3)编程简单、使用方便 PLC采用面向控制过程、面向问题的“自然语言”编程，容易掌握。目前，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的清晰直观感，又考虑到电气技术人员的读图习惯和应用实际，电气技术人员易于编程，程序修改灵活方便。此外，PLC的I/O接口可直接与控制现场的用户

36、设备联接,如继电器、接触器、电磁阀等联接，具有较强的驱动能力。4)接线简单 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。接线极其简单、工作量极少。5)功能强 PLC不仅具有条件控制、定时、计数、步进等控制功能，而且还能完成A/D. D/A转换、数字运算和数据处理以及通信联网、生产过程监控等。因此，PLC既可对开关量进行控制，又可对模拟量进行控制；可控制一台单机、一条生产线，也可控制一个机群、多条生产线；可用于现场控制，也可用于远距离控制；可控制简单系统，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具有体积小、重量轻、功

37、耗低等特点。由于PLC是专为工业控制而设计的专用计算机，其结构紧凑、坚固耐用，以及有很强的可靠性和抗干扰能力，易于嵌入机械设备内部。因此，PLC在机电一体化产品中被广泛应用.3.1.3 PLC应用领域1、开关量的逻辑控制：它是PLC最基本的功能。所控制的逻辑可以是各种各样的，如时序的、组合的、计数的、等待，控制的输入/输出点数可以不受限制，少则10点，几十点，多则成千上万点，并可以通过联网来实现控制。2、模拟量的闭环控制：PLC具有A/D、D/A转换及算术运算功能，一次可以实现模拟量控制，有的PLC还具有PID控制或模糊控制的功能。可用于闭环的位置控制、速度控制的过程控制。3、数字量的智能控制

38、：利用PLC能接受和输入高速脉冲的功能，再配备相应的传感器或脉冲伺服装置（如环形分配器、功放、步进电机），就能实现数字量的智能控制，较高级的PLC还专门开发了位控制单元模块、运动单元模块等，可实现曲线插补。现开发的运动单元模块还能识别数控技术的编程语言，为PLC进行数字量的智能控制提供了方便。4、数据采集与监控：PLC实现控制时，可以把现场的数据实时现实出来或采集保存下来，供进一步分析研究。较普遍使用的是PLC加上触摸屏，可以随时观察采集来的数据及统计分析结果。5、通信、联网及集散控制：PLC的通信联网能力很强，除了PLC和PLC之间的通信联网以外，PLC还可以与计算机进行通信和联网，由计算机

39、来实现对其编程和管理。PLC也能与智能仪表、智能执行装置（如变频器）进行通信和联网，互相交换数据并对其实施控制。利用PLC的强大的通信功能，把PLC分布到控制现场，并实现各站间及上、下层间的通信，达到分散控制、集中管理，即构成了集散型计算机控制系统(DCS)或现场总线控制系统。3.1.4 PLC的基本工作原理PLC运行时，内部要进行四大类操作：公共操作（以故障诊断、通信处理为主），数据输入和输出操作，执行用户程序的操作，以及服务于外部设备的操作（如果外部设备有中断请求）。其过程示意图如图所示。 图3. 2过程示意图PLC接通电源后，在进行循环扫描之前，PLC首先确定自身的完好性，这是起始操作的

40、主要工作。PLC进行清零或复位处理，消除各元件状态的随机性；检查I/O单元连接是否正确；启动监控定时器T0，执行一段涉及到各种指令和内存单元的程序，如果所用的时间不超过T0，则可证实自身完好，否则系统关闭。此后，将监控定时器T0复位，允许扫描用户程序。1)公共操作公共操作是在每次扫描程序前进行自检，若发现故障，除了故障灯外，还可判断故障性质：一般性故障，只报警不停机，等待处理；严重故障，则停止运行用户程序，此时PLC切断一切输出联系。2)数据I/O操作数据I/O操作也称为I/O状态刷新。它包括两种操作：一个是采样输入信号，即刷新输入状态表的内容；二是送出处理结果，即用输出状态表的内容刷新输出电

41、路。在PLC的存储器中，有一个专门存放I/O的数据区，其中对应于输入端子的数据区，我们称之为输入映像存储器。当CPU采样时输入信号由缓冲区进入映像区，这就是数据输入状态刷新；同样道理，CPU不能直接驱动负载。当前处理的结果放在输出映像存储器区内，在程序执行结束后，才将输出映像区的内容通过锁存器输出到端子上。这步操作称为输出状态刷新。3)执行用户程序操作在程序执行前复位监控定时器T1，即执行程序并开始计时。监控定时器T1就是通常所说的“看门狗”，它是用来监视程序执行是否正常的，正常时，执行完用户程序所用的时间不会超过T1的设定值，执行完用户程序后立即使“看门狗”复位，表示程序执行正常。当程序执行

42、过程中因某种干扰使扫描失控或进入死循环时，“看门狗”会发出超时报警信号，使程序重新开始执行。如果是偶然因素造成超时，重新扫描程序不会再遇到“偶然干扰”，系统便转入正常运行；若由于不可恢复的确定性故障，则系统会自动地停止执行用户程序、切断外部负荷、发出故障信号，等待处理。4)处理外设请求操作每次执行完用户程序后，就进入服务外设请求命令的操作，外设的请求命令包括操作人员的介入和硬件设备的中断。外设请求一般不会影响系统正常工作，而且可能更有利于系统的控制和管理。如果没有外设请求，系统则会自动循环地进行扫描。3.2井下远程KTK（80）矿用隔爆兼本安型可编程控制装置图3. 3 S7-300实物图3.2

43、.1主要功能特点：1、可以采集或接入各种参数、保护信号 （开关量和模拟量），并具有扩展功能。2、可以方便定义和修改所有被测模拟参数的报警值、保护动作值。3、实现多路控制输出，启动或停止有关设施（有的输出带延时，且延时时间可以调）。4、实现采集数据、参数、运行状态的就地显示，并可以上传地面中心站。5、实现故障位置、原因、类型等的就地显示，比可以上传地面中心站。6、具有检修时的安全闭锁功能。7、与地面断开后系统仍能正常运行在就地或自动方式下。8、控制装置可接收各类传感器信号。9、提供电流和温度的时时检测。10、具有以太网接口功能。3.2.2 KTK（80）矿用隔爆兼本安型可编程控制装置组成KTK（

44、80）矿用隔爆兼本安型可编程控制装置内由S7-300系列PLC可编程控器、电源组件、中间隔离继电器组成。控制装置与控制装置之间由PROFIBUS协议通讯，控制装置与工控机之间通过TCP/IP协议进行通讯，实现实时监控。3.2.3主要技术指标电源：输入电压：AC 127V或220V或660V电压允许波动：+15%-20%：50HZ纹波：300mV一组本安电源：DC12V,过压保护值小于15V,最高开路电压小于13V,最大短路电流小于750mA一组非安电源：DC24V基本配置：1 基本配置一个中央处理单元（CPU）本体：24点输入，16点输出。一个4点输入模拟量模,一个通讯模块2 模块电源A. A

45、C220V输入B. DC24V输出信号转换24路本安开关量信号（无电位接点）转换成非安无电位接点输出。点容量250V/5A （阻性）隔离电路PLC输入/输出，均有隔离措施。隔离路数为12路。接点容量250V/5A （阻性）逻辑控制电路作为本控制装置的手动操作控制。此时，可编程控制器为脱机状态。3.2.4 结构特性控制装置为矿用隔爆兼本质安全型。标志为“ExdibI”.本产品的结构分接线盒与箱体和机芯两大部分，箱体的门盖采用快开门时结构。接线盒：由传感器输入；开关输入；控制负载输出；电源等几部分构成箱体和机芯：由S7-300系列PLC可编程控器、电源组件、中间隔离继电器构成3.2.5 KTK（8

46、0）矿用隔爆兼本安型可编程控制装置工作原理S7-300PLC中央处理器模块(CPU)各种型号的CPU有不同的性能，例如有的CPU集成了数字量和模拟量的IO通道，有的CPU集成了PROFIBUSDP的通信接口。CPU面板上有状态指示灯、模式转换开关、24V电源端子、电池盒和存储卡插槽。电源模块(PS) 电源模块用于将220V交流电转换为24V直流电，供给CPU和其他模块使用。电源模块的额定输出电流有2A、5A和10A 3种，电源模块的面板上有工作开关和状态指示灯，当电源过载时指示灯会闪烁。信号模块(SM )信号模块包括了数字量和模拟量的IO模块，它们作为PLC的过程输入和输出通道。信号模块主要有

47、数字量输入模块SM321、数字量输出模块SM322、模拟量输入模块SM331和模拟量输出模块SM332。模拟量输入模块可以输入热电偶、热电阻、DC420mA和DC010V等多种不同类型和不同量程的模拟量信号。信号模块通过背板总线将现场的过程信号传递给CPU。功能模块(FM)功能模块主要用于对实时性和存储容量要求较高的特殊控制任务，例如计数器模块、快速慢速进给驱动位置控制模块、电子凸轮控制器模块、步进电动机定位模块、伺服电动机定位模块、定位和连续路径控制模块、闭环控制模块、工业标识系统的接口模块、称重模块、位置输入模块和超声波位置解码器等。通信处理器(CP)通信处理器用于PLC与PLC之间、PL

48、C与计算机之间、PLC与其他智能设备之间的通信，它可以将PLC连人PROFIBUS现场总线、AS-I现场总线和工业以太网，或用于实现点对点通信等。通信处理器可以减轻CPU处理通信的负担，并减少用户对通信的编程工作。信号模块CP343-1第四章 控制系统设计4.1控制装置组成：控制装置由就地控制装置与远程可编程控制器控制装置两部分构成。采用就地控制方式时，操作人员可通过机旁就地操作箱对皮带进行控制，这种方式为单台皮带的启停；采用远程自动启动或停止各台电机时，操作人员通过地面集控室的工控机发送控制指令，实现皮带组的起、停顺序控制与单台皮带单独控制。4.2控制系统的总体结构系统采用现场层(远程IO)

49、,控制层(PLC)和管理层(工业计算机)组成的三级控制系统来实现皮带的自动控制。工业计算机利用友好人机界面实现人机对话和远程监控功能，PLC作为控制器完成逻辑处理和控制任务，远程I/O实现现场数据的采集和上传。下位机集控部分由PLC（可编程逻辑控制器）、触摸屏、检测部分（模拟量和开关量采集）和执行部分等组成。图4.1控制系统的总体结构图图4.2 单条皮带下位机控制结构图4.3控制系统的硬件组成在整个系统的设计过程中，除了现场已有的设备之外，还需要相应的就地控制箱等现场设备，另外，还需要为现场的设备提供相应的保护设备。为实现集中监控的要求，完成实时数据采集、自动控制和上位监控的功能，将监控系统分

50、成两大部分：下层的过程控制级，上层的监控管理级。4.4 PLC硬件系统配置根据控制系统的要求及I/O点数的估算系统PLC选用SIEMENS公司S7-300。表4.1 PLC配置清单名称规格注释CPU模块CPU315-2DPCPU自带存储器电源框架PS307-5A数字量输入模块SM321每个模块有32个输入点数字量输出模块SM322每个模块有32个输出点模拟量输入模块SM331每个模块有8点输入模拟量输出模块SM332每个模块有8点输出CPUS7-300 CPU模块类型多种多样，有CPU312IFM、CPU313、CPU314、CPU314 IFM、CPU315/315-2DP、CPU316-2

51、DP、CPU318-2DP等8种不同的中央处理单元可供选择。CPU312IFM、CPU314IFM是带有集成的数字和模拟输入/输出的紧凑型CPU，用于要求快速响应并具有许多特殊功能的装置。CPU313、CPU314、CPU315模块不带集成的I/O端口，其存储容量、指令执行速度、可扩展的点数、计数器/定时器数量、软件块数量等随序号的递增而增加。315-2DP、CPU316-2DP、CPU318-2DP都具有现场总线扩展的功能。因此我们考虑系统以后的扩展，可选择带总线扩展功能的CPU，考虑它们的性价比，最终我们选用315-2DP。CPU315-2DP是具有中到大容量程序存储器和PROFIBUS-

52、DP主/从接口的CPU，它用于包括分布式及集中式I/O的任务中。CPU315-2DP具有48KB的RAM，内置80KB的装载存储器（RAM），可用存储器卡扩充装载存储器，最大容量为512KB，指令执行速度为0.1ms/1000条，最大可扩展1024点数字量或128个模拟量通道，其他特性与CPU314相同。CPU315-2DP是带现场总线（PROFIBUS）SINEC L2-DP接口的CPU模块，其它特性与CPU315模块相同。电源框架PS307是西门子S7-300的专配24V直流电源，这一系统共有2A、5A、10A三种不同额定输出电流的电源，其工作原理和备用参数均相同。在这个系统中，选择PS3

53、07 5A电源，它安装在导轨的1号槽，在CPU的左侧，用电源连接线连接到CPU上面。图4.3 供电系统电气图PS307 5A负载电源模块连接单相交流系统，将120或是220伏交流电压变为24伏直流工作电压。具有防短路和开路保护的功能。一个带有保护罩的开关可用来选择120伏或220伏交流线电压。安装一小型断路器，以保护电源模块的电源进线电缆，断路器指标应是：220VAC时额定电流是10A，跳闸特性为C类。当输出正常额定电压24V时，绿色LED灯亮；当输出电路过载时，则LED灯闪烁，输出电流长期在5到6.5A之间时，输出电压下降，缩短电源的使用寿命，当输出电流超过6.5A时，电压跌落，过后可以自动

54、恢复；当输出短路时，则LED灯暗下来，输出电压为0V，短路故障排除后，电压可以自动恢复；当一次侧低电压时，LED灯暗下，电源自动切断，电压自动恢复；当一次侧发生过压时，LED灯熄灭，电源可能会被彻底毁坏。电源输入功率为138W，效率是87%，功率消耗为18W，输出电压额定值是24VDC，允许误差是24V5%，上升时间最大为2.5S。PS307 2A的输人功率是58W，效率是83%。数字量输入模块根据计算，系统的数字量输入点数为23，为了系统留有余量，选用SM321数字量输入模块。该模块具有32点输入，电气隔离为16组，额定输入电压24VDC，适用于开关及2-/3-/4线接近开关。图4.4 SM321接线图及方框图数字量输出模块SM322数字量输出模块的作用是将S7-300的输出信号传给外部负载（即用户输出设备），并将S7-300内部低电平信号转换成外部所需要电平的输出信号。因此每一个输出点的输出电路可等效为一个输出继电器，可直接用于驱动电磁阀、接触器、小型电机、灯和电动