534556107毕业设计（论文）选煤厂电气控制系统的研究与设计

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1、内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）题 目：选煤厂电气控制系统的研究与设计选煤厂电气控制系统的研究与设计摘 要能源是人类生存发展的必要条件，煤炭又是人类所利用的主要能源之一。因此对煤炭的分选，综合利用是科学进步的体现，也是充分利用不可再生资源，减少资源浪费必须解决的问题。随着科学技术的发展，人类对煤炭利用的多样性和完全性有所提高，生产企业对原煤分选的要求也在不断提高。分选煤炭的设备的控制水平也尤为重要，为此将PLC技术应用于选煤厂集中控制，并设计了一种基于PLC的自动选煤系统。本设计主要研究的是从给煤机到犁煤机的整个电气控制过程，采用了西门子s7-200PLC，通过梯形图编程语言对整个系统

2、进行顺序控制。在正文部分主要介绍了研究选煤厂的意义及各类电机的电气控制，之后重点讲述了PLC程序设计中的顺序启动、停止，故障停止，及指示灯控制等问题，也对PLC的一些基本知识进行了阐述。关键词：煤炭分选；电气控制；PLC；内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） The electrical control system of coal preparation plant Research and designAbstractEnergy is necessary for the survival and development of humankind, and coal is one of

3、 the primary energy resources which can be utilized. Therefore, the sorting and multipurpose utilization of coal is a manifestation of scientific progress, and the problems to make full use of non-renewable resources and reduce waste of resources must be addressed.With the development of science and

4、 technology, the coal utilization has been improved in its diversity and completeness, and manufacturing enterprises requirement for sorting raw coal is also rising. Hence the level of controlling coal-sorting equipments is particularly important, so the PLC technology is applied in the centralized

5、control of coal preparation plant, and a PLC-based automatic coal preparation system is designed.The main study of this project is the entire electrical control process from coal feeder to plough, which adopts Siemens s7-200PLC and controls the entire system sequentially through ladder-diagram progr

6、amming language. The paper focuses on the significance of researching on coal preparation plant and the electrical control of various motors, and the emphasis is put on the sequence start, stop breakdown of PLC program, light control, and some basic knowledge on PLC are also included.Key words: sort

7、ing of coal;electrical control;PLC目录摘 要IAbstractII第一章 引 言11.1 我国煤炭资源的状况及选煤的必要性11.2选煤厂集中控制系统的含义与发展现状21.3 电气控制技术的发展概况3第二章 选煤厂电气控制系统的设计72.1 给煤机、振动机、2、3号皮带机电气控制72.2 1号、4号、5号皮带机和刮煤机电气控制82.3 破碎机电气控制102.4 犁煤机电气控制13第三章 选煤厂电气控制系统的硬件选型143.1负荷计算143.1.1用电设备分类及特征143.1.2需要系数法计算负荷153.2 选煤系统中的辅助低压电器的选择173.2.1断路器的选择

8、173.2.2 接触器的选择183.2.3主令电器193.2.4熔断器20第四章 矿山破碎系统PLC控制方案的实现234.1可编程控制器（PLC）概述234.1.1可编程控制器的概念234.1.2 PLC的基本特点244.1.3 PLC的基本组成254.1.4 PLC控制与继电器控制的比较294.2 PLC硬件部分的设计294.2.1系统工艺流程294.2.2 PLC的选择304.2.3 S7-200 CPU226简介334.2.4 PLC的I/O接口设计334.3 PLC软件部分的设计364.3.1 PLC的编程语言364.3.2 联锁控制分析374.3.3 顺序启动384.3.4 顺序停止

9、394.3.5 指示灯控制39第五章 总结41参考文献42附录43内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）第一章 引 言1.1 我国煤炭资源的状况及选煤的必要性煤炭是我国的主要能源，是国民经济和社会发展不可缺少的物资基础。我国煤炭资源丰富，分布面积约60多万平方公里，占国土面积的6%,煤炭资源总量居世界第一。根据第三次全国煤炭资源预测与评价，全国煤炭资源总量约5.57万亿吨，煤炭资源潜力巨大,探明储量达到10202亿吨，其中可开采储量1891亿吨，占18%，人均占有量仅145吨，低于世界平均水平。20世纪80年代以来，煤炭在我国一次性能源生产和消费的比重一直维持在70%左右，我国77%的发电能

10、源，65%的化工能源，45%的民用商品能源都是由煤炭提供，预计在今后相当长的时间内会有所下降，但主导地位不会改变。坚持以煤炭为基础能源，多种能源共同发展将是我国能源发展的长期战略。选煤是通过物理、微生物、化学等方法降低原煤中的灰分、硫分和岩石等杂质的含量，是中国洁净煤技术的源头技术，特别是近几年来，随着环保意识的加强和市场需求的变化，中国选煤业和选煤技术发展较快。煤炭的洗选加工是从源头上提高商品煤质量，提高煤炭利用率，节约运力，增加煤炭企业经济效益的有效方法。充分利用先进的选煤技术，提高原煤的入洗比例，已经成为中国煤炭工业进行工业结构调整和优化升级、提高煤炭企业经济效益和社会效益，保持煤炭工业

11、可持续发展的必然选择，是综合利用资源、节约能源和环境保护的有效途径。 煤炭是不洁净的能源，而且我国煤炭资源的特点是:难选煤多;高灰、高硫煤比重大，我国煤炭的生产和利用是对大气污染、酸雨等区域性环境问题的主要影响因素。其次我国煤炭存储量的80%集中在华北和西北，而70%的煤炭消耗在东南及沿海，造成60%的煤炭需要运输，占铁路货运量的40%。然而未经洗选的煤炭中含有大量的岩石，在运输中造成极大的人力、物力的浪费，煤炭的洗选已成为必然。1.2选煤厂集中控制系统的含义与发展现状 随着科技和经济的发展，选煤行业经过多年不断的努力，在电气自动化、仪表检测、计算机应用等方面取得了较大的进步，使多年来传统的集

12、中控制系统有了根本意义的改变。现代化的选煤厂集中控制系统应是集生产控制系统、生产过程各参数实时检测分析管理系统、生产局部环节自动化系统、生产工艺系统的数字模拟及智能系统为一体的高度自动化系统，是基于计算机网络技术、控制技术、通信技术及电气技术之上的网络化、智能化系统。 我国选煤厂自动化技术进入了新的发展阶段。国内选煤厂集中控制、过程控制和信息管理方面取得了很大的进步，但从总体方面来说，与一些发达国家还有一定的差距。从发展的角度来看，由于设备技术进步，目前集控系统中所采用的主要控制设备PLC已经从简单的逻辑控制发展为兼有逻辑控制、过程控制、浮点运算及数据处理功能的高性能产品，其技术性能完全满足选

13、煤厂自动化系统的要求。目前，我国新建的选煤厂绝大部分都设置了集控系统，其配置标准根据选煤厂的建厂时间和选煤厂的规模大小有所不同，集控系统主要分为两个层面:第一个是PLC控制层，它包括PLC本地站、远程站以及现场信息检测控制装置。其主要功能是控制设备的参数和监测设备的运行状态。80年代末建成的选煤厂集控系统主要采用集中型的PLC，虽然与继电器系统相比其功能和可靠性已经有了质的提高，但还是存在电缆用量大、线路长、信号传送距离远等问题。从90年代后期起，集控系统设计中局部采用带有远程控制功能或分布控制功能的PLC产品，在这种控制系统中，PLC的远程站或分布站设置在设备较为集中的配电室，节省了大量的控

14、制电缆，并进一步提高了系统的可靠性;第二个层面是工控机监控层，其主要功能是将PLC采集到的现场信息用人们容易理解和接受的方式显示出来，将调度人员发布的操作命令传送给PLC执行，对现场设备出现的故障进行原因分析，并可打印故障报表。至现在这样模式的生产自动控制系统乃是选煤厂集控改造和设计的主流，如在张集选煤厂、大柳塔选煤厂等。 选煤厂生产工艺环节多，程序复杂、采用了大量的机械设备，在生产过程中，各种设备必须按照一定的工艺程序进行运转，并需要监视其运行状态;各种工艺参数需及时检测，并调整到规定的范围内。因此，这样一个复杂的机械化生产过程，靠人工就地操作和监控，显然是不合理的。实践证明，采用人工就地操

15、作和监控，不仅岗位人员多，劳动强度大、劳动生产率低，而且设备很难达到安全运转和合理运行，不能充分发挥设备的效能，难以获得预期的生产工艺指标和较高的经济效益。因此，实现选煤厂集中控制不仅是选煤生产的客观需要，还是实现选煤现代化的必要技术手段。为此，采用选煤厂集中控制系统可以实现选煤设备的充分自动控制和生产工艺参数的自动调节，使设备在最佳条件下运转，充分发挥其效能、确保产品质量、数量及其它工艺指标的稳定，提高精煤的回收率，进而达到最佳控制目的;利用计算机网络技术的优势，综合分析、处理全企业经营过程中的问题，及时为企业管理者提供企业获取最大经济效益的措施;实现全厂设备的自动或集中控制、自动监视、自动

16、保护或报警以及生产工艺参数的自动检测和调节，可大幅度地减少岗位人员，提高劳动生产率，减轻工人劳动强度，改善工人的劳动条件，降低选煤生产成本，增加生产利润。 1.3 电气控制技术的发展概况电气控制技术是随着科学技术的不断发展、生产工艺的不断提出新的要求而得到迅速发展的。从最早的手动控制发展到自动控制，从简单的控制设备发展到复杂的控制系统，从有触点的硬接线继电器控制系统发展到以计算机为中心的软件控制系统。现代电气控制技术综合应用了计算机、自动控制、电子技术、精密测量等许多先进的科学技术成果。继电接触式控制系统主要由继电器、接触器、按钮、行程开关等组成，其控制方式是断续的，所以又称为断续控制系统。由

17、于这种系统具有结构简单、价格低廉、维护容易抗干扰能力强等优点，至今仍是机床和其他许多机械设备广泛使用的基本电气控制形式，也是学习更先进的电气控制系统的基础。这种控制形式的缺点是采用固定接线方式、灵活性差、工作频率低，触点容易损坏，可靠性差。从20世纪30年代开始，机械加工企业为了提高生产效率，采用机械化流水作业的生产方式，对不同类型的零件分别组成自动生产线。随着产品机型的更新换代，生产线承担的加工对象也随之改变，这就需要改变控制程序，使生产线的机械设备按新的工艺过程运行，而继电接触器控制系统是采用固定接线的，很难适应这个要求。大型自动生产线的控制系统使用的继电器数量很多，这种有触点的电器工作频

18、率较低，在频繁动作情况下寿命短，从而造成系统故障，使生产线的运行可靠性降低。为了解决这个问题，20世纪60年代初期利用电子技术研制出矩阵式控制器和晶体管逻辑控制系统来代替继电接触器控制系统，对复杂的自动控制系统则采用电子计算机控制，由于这些控制装置本身存在某些不足，均未能获得广泛使用。1968年美国最大的汽车制造商通用汽车公司为适应汽车型号的不断更新，提出把计算机的完备功能以及灵活性、通用性好等优点和和继电接触器控制系统的简单易懂、操作方便、价格低等优点结合起来，做成一种适应工业环境的通用控制装置，并把编程方法和程序输入方式加以简化使得不熟悉计算机的人员也能很快掌握它的使用技术。第一台可编程控

19、制器(以下简称PLC)的设计规范是美国通用汽车公司提出的。当时的目的是要求设计一种新的控制装置以取代继电器盘，在保留了继电器控制系统的简单易懂。操作方便、价格便宜等优点的基础上，同时具有现代化生产线所要求的时间响应快、控制精度高、可靠性好、控制程序可随工艺改变、易于与计算机接口、维修方便等诸多高品质与功能。这一设想提出后，美国数字设备公司D(EC)于1969年研制成第一台PLC，型号为PDP-14，投入通用汽车公司的生产线控制中，取得了令人满意的效果，从此开创了PLC的新纪元。在短时间内，PLC在其他工业部门也得到应用。到20世纪70年代初，食品、金属和制造等工业部门相继使用PLC代替继电器控

20、制设备，迈出其实用化阶段的第一步。70年代中期，由于大规模集成电路的出现，使8位微处理器和位片处理器相继问世，在逻辑运算功能的基础上，增加了数值运算。闭环控制，提高了运算速度，扩大了输入输出规模。在这个时期，日本、西德(原)和法国相继研制出自己的PLC，我国在1974年也开始研制。70年代末由于超大规模集成电路的出现，使PLC向大规模、高速性能方向发展，形成了多种系列化产品。进入八九十年代后，PLC的软硬件功能进一步得到加强，PLC已发展成为一种可提供诸多功能的成熟的控制系统，能与其他设备通信，生成报表，调度产出，可诊断自身故障及机器故障。PLC未来的发展不仅依赖于对新产品的开发，还在于PLC

21、与其他工业控制设备和工厂管理技术的综合。无疑，PLC将在今后的工业自动化中扮演重要角色。在未来的工业生产中，PLC技术和机器人、CAD/CMA将成为实现工业生产自动化的三大支柱。目前PLC朝以下几个方向发展:(1)大型网络化:主要朝DCS方向发展，网络化和强通信能力是PLC发展的一个主要的方面，向下与多个智能装置相连，向上与工业计算机、以太网等相连构成特殊的控制任务。(2)多功能:为了适应特殊功能的需要，连续推出多种智能模块，如模拟量模输入输出、回路控制、通信控制、机械运动控制、高速技术、中断输入等。这些智能模块以为处理器为基础，其CPU与LPC的CPU并行工作，占用主机CPU时间很少，有利于

22、提高PLC扫描速度和完成特殊的控制任务。(3)高可靠性、好兼容性:由于现代控制系统的可靠性和兼容性日渐受到人们的重视，一些公司强自诊断技术、冗余技术、容错技术广泛应用到现有产品中，推出了高可靠的冗余系统。(4)编程语言向高级语言发展:PLC的编程语言在原有梯形图语言、顺序功能块和指令表语言基础上，推出了可运行与计算机windwos环境下，界面友好的强劲的梯形图和语句表两种形式的编程、调试、诊断等功能。SMIATIC则使用C/C+等高级语言进行编程，体现了面向未来的种种特征。 第二章 选煤厂电气控制系统的设计针对选煤厂电气控制系统的要求设计了每个机械的控制回路。由于破碎系统的现场分布较广，输煤线

23、路较长，为了在控制室既能集中了解现场的运行情况又能对现场的设备进行操作控制，以使对设备的检修与维护。所以，每个机械都设计了远程自动和就地手动两部分。2.1 给煤机、振动机、2、3号皮带机电气控制选煤控制系统的控制方式有PLC控制方式、和就地控制方式，也就是自动和手动控制。这两种控制方式可以通过万能转换开关进行选择。PLC控制方式是操作人员通过控制PLC输入量，然后，PLC系统按照梯形图程序启动有关设备。就地控制方式是通过位于电机旁的控制箱进行现场控制。当有紧急情况时能通过就地控制实现紧急停车。当万能转换开关置于手动时我们可以通过控制台和就地箱两个地方中的任何一个地方来控制电机，合上控制柜上的开

24、关SB3或者就地箱上的开关按钮SB1实现皮带的启动,断开开关为控制柜上的SB4与就地箱上的SB2实现皮带的停车功能。当置于自动时则通过PLC控制皮带的起停。图3.1为给煤机、振动机、2、3号皮带机单向全压启动、停止控制线路。主电路由断路器QF、熔断器FU、接触器KM的主触点、热继电器FR的热元件和电动机M组成。控制回路由万能转换开关SA、启动、停止、急停按钮、接触器线圈KM、常开触点KM、长闭触点FR、熔断器FU2、继电器常开触点KA1、继电器线圈KA2和指示灯HD组成。KM的辅助常开触点起到自锁作用，PLC是通过控制控制继电器KA1的常开触点的闭合与断开来控制电机的启停。 图3.12.2 1

25、号、4号、5号皮带机和刮煤机电气控制 1号皮带机功率为160kW，4号皮带机功率为75KW，5号皮带机功率为90KW,刮煤机功率为75KW,他们直接起动时将产生很大的起动电流，这股强大的电流会给变压器遭成很大冲激，它会使电源线超负载工作。与此同时，转矩也会激增，这突然的拉动会对运行中的电动机，机器以及能源传输辅助设备产生压力。尤其对于大于75KW的电机必须用降压启动才行。综合安全，稳定性考虑，采用了软启动方式。其控制电路如下图3.2所示软启动的优点是：提供灵活的启动方式选择及优异的启动特性可提供软启动、带可选突跳启动的软起动、限流起动及双斜坡启动和全压启动等启动方式选择，用户可根据自身要求及系

26、统电网要求来选择相应的启动方式并设置起动参数，以达到最佳的启动效果。全功能保护系统可提供各种操作故障状态下的保护，诸如输入 /输出缺相、电机堵转、晶闸管短路及失压、过压、短路等保护。运行可靠，维修方便 。软启动器大电流运行无触点，采用交流开关无级调压，消除了系统中产生接触不良的影响，且调压范围宽，过载能力强，人性化的菜单界面可极为方便地查阅参数或修改参数，通过附加的通信网络接口达到自动化集中控制。 图3.22.3 破碎机电气控制破碎机的主电路和控制电路与上面的皮带机和刮煤机相似，只不过破碎机需要正转和反转控制电路。主电路中有正反转接触器主触点，控制电路与上面刮煤机等相似只不过多加了控制正反转的

27、机械、电气互锁电气控制电路。如下图所示，SB6与KM2分别为控制电动机正转的启动按钮和接触器，SB7与KM3分别控制电动机反转的启动按钮和接触器。如果没有互锁的控制电路，按下SB6或SB7，KM2或KM3得电其对应主触点吸合并自锁，电动机正转或反转。该电路缺点是:若电动机正转时按下反转按钮SB7，则反转接触器KM3同时得电吸合，主触点闭合，由于KM1主触点已闭合，造成两相电源短路。反之电动机反转时按下正转按钮SB2，同样出现两相电源短路现象。为了避免电源短路现象，可采用电气互锁又称联锁的方法解决。互锁的方法有三种：电气互锁（接触器互锁）、机械互锁（按钮互锁）、电气机械双重互锁。电气互锁特点是将

28、KM2的常闭辅助触点串联于KM3线圈电路中，KM3的常闭辅助触点串联于KM1线圈电路中，形成相互制约关系。由于常闭触点KM2-3的存在，在电动机正转时按下反转按钮SB3，反转接触器不可能得电就不会出现电源短路现象。电气互锁正、反转控制电路的优点是工作可靠，不会因为接触器主触点熔焊或接触器衔铁被杂物卡住使主触点不能分断而发生短路。缺点是电动机由正转变为反转时，必须先按停止按钮后，才能按反转按钮，给操作带来不便。 为了克服上述电路的缺点，可采用具有机械互锁的控制电路，图3-3中的SB6和SB7是复合按钮，SB6的常闭触点串联于KM3线圈电路中，SB3的 常闭触点串联于KM2的线圈电路中，形成相互制

29、约关系。此电路不用电动机先停车就可直接进行正、反转的转换但要注意监测转换瞬间电流不应超过电动机允许的过载电流。此电路优点是操作方便，缺点是容易产生短路现象，当KM2的主触点熔焊或被杂物卡住时，即使接触器线圈断电，主触点也不能分断，此时按下按钮SB7，KM3线圈得电，其主触点闭合，势必造成电源短路。为了克服以上电气互锁、机械互锁分别所具有的缺点，可使用具有电气机械双重互锁的控制电路。此电路具有机械互锁和电气互锁控制电路的优点，电路安全可靠，操作方便，此电路要求按下SB7的时间要比接触器KM2失电释放时间长，否则电动机停车而不能反转。 图3-32.4 犁煤机电气控制犁煤机功率为1.5KW，所以不需

30、要软启动器启动直接启动就可以，但是根据工艺需求犁煤机的电动机需要正反转，所以它的控制电路里需要加正反转控制电路。与破碎进一样正反转控制电路为电气机械互锁控制电路安全可靠方便。根据工艺需求需要在控制电路中加两个限位开关来控制电动机的动作，如图中的SQ1和SQ2。当万能转换开关打在自动位置时，控制电动机正转的继电器KA3的常闭触点串联于控制电动机反转的电路中，反之控制电动机反转的继电器KA4的常闭触点串联于控制电动机正转的电路中，这样达到互锁的关系缺保电路不发生短路。 第三章 选煤厂电气控制系统的硬件选型3.1负荷计算电力负荷在不同场合可以有不同的含义，他得以指用电设备或用电单位，也可以指用电设备

31、或用电单位的功率或电流的大小。负荷按用途可分为：照明负荷和动力负荷。按行业分可分为工业负荷，非工业负荷和居民负荷。电力负荷按工作制分可分为长期连续工作制，短期工作制，断续周期工作制。3.1.1用电设备分类及特征 选煤系统中用电设备按电流可分为直流与交流，而大多数设备为交流：破碎电机电压都为380V，照明电压为220V。各车间破碎机械都属于连续运行设备。表3.1 选煤系统的设备分类及特征序号设备名称数量功率(kW)功率因数COS特征用途启动方式1给煤机67.50.8连续工作制给煤直接启动2 皮带机11600.8连续工作制传送煤软启动3皮带机2370.8连续工作制传送煤直接启动4皮带机1750.8

32、连续工作制传送煤软启动5皮带机1900.8连续工作制传送煤软启动6 振动筛2370.8连续工作制筛分直接启动7刮煤机1750.8连续工作制刮煤软启动8破碎机21100.8连续工作制粗碎软启动9破碎机2750.8连续工作制细碎软启动10犁煤机11.50.8连续工作制分离煤直接启动3.1.2需要系数法计算负荷（1）单台用电设备的计算负荷有功负荷考虑到单台用电设备也有满载运行的时候，其计算负荷 Pe-电动机的额定容量，是指客定电压下的功率。-电动机在额定负荷时的效率。跟据上式可算得：给煤机=7.5/90%=8.3( kW)1#破碎机=110/80%=137.5( kW)2#破碎机=75/80%=93

33、.75( kW)1#皮带机=160/90%= 177.8(kW)2、3#皮带机=37/90%=41.1 (kW)4#皮带机=75/90%=83.3(kW)5#皮带机=90/90%=100(kW)1#振动筛=37/90%=41.1(kW)2#振动筛=37/90%=41.1(kW)犁煤机=1.5/90%=1.7(kW)(2) 计算电流为 I = 通过计算得到各电机计算电流为： 给煤机I=15.8(A) 1#破碎机I=261.1(A) 2#破碎机I=178.1（A）1#皮带机I=337.7（A）2、3#皮带机I=78.1（A）4#皮带机I=158.2(A)5#皮带机I=189.9(A)1#振动筛I=

34、78.1(A)2#振动筛I=78.1(A) 犁煤机I=3.2(A)3.2 选煤系统中的辅助低压电器的选择3.2.1断路器的选择断路器是指能接通、承载以及分断正常电路条件下的电流，也能在规定的非正常电路条件下接通、承载一定时间和分断电流的一种机械开关电器。按规定条件，对配电电路、电动机或其它用电设备实行通断操作并起保护作用，即当电路内出现过载、短路或欠电压等情况时能自动分断电路的开关设备。断路器的种类繁多，按结构形式来分，常用的有万能式和塑料外壳式两大类。断路器基本结构组要由触头系统、操作机构、脱扣器、和灭弧装置等组成。万能式断路器可装设多种功能的脱扣器和较多的辅助触头，其容量较大，所以常用于要

35、求较高分段能力和选择性保护的场合。塑料外壳式断路器与万能式断路器相比，具有结构紧凑、体积小操作简便安全可靠等优点，缺点是通断能力比万能式断路器低，保护和操作方式较少，DZ系列塑料外壳式断路器主要在电力系统中作配电及保护电动机之用。最常见的负载有配电线路、电动机和家用与类似家用（照明、家用电器等）三大类。以此相对应的便有配电保护型、电动机保护型和家用及类似家用保护型的断路器。这三类断路器的保护性质和保护特性是不相同的。对配电型断路器而言，它有A类和B类之分：A类为非选择型，B类为选择型。所谓选择型是指断路器具有过载长延时、短路短延时和短路瞬时的三段保护特性。万能式（又称框架式）断路器中的DW15

36、系列、DW17（ME）系列、AH系列和DW40、DW45系列中大部分是B型，而DZ5、DZ15、 DZ20、TO、TG、CM1、TM30及HSM1等系列和万能式DW15、DW17的某些规格因仅有过载长延时 、短路瞬时的二段保护，它们是属于非选择型的A类断路器。选择性保护，对于直接保护电动机的电动机保护型断路器，它只要有过载长延时和短路瞬时的二段保护性能就够了，也就是说它可选择A类断路器（包括塑壳式和万能式），DZ5、DZ15、TO、TG、GM1、TM30、HSM1及DW15等系列除有配电保护的性能外，它们的630A及以下规格均有保护电动机的功能按正常工作条件选择：额定电压。电气设备接入电网的工

37、作电压小于等于设备的额定电压： 额定电流。电气设备的额定电流应大于等于所控制的负荷的最大长时工作电流： 在选煤厂系统中所保护的电动机的计算电流在上一节中已算出，然后再根据断路器选择条件各电机的保护断路器选型如下：3.2.2 接触器的选择接触器是一种用于频繁地接通或断开交直流主电路、大容量控制电路等大电流电路的自动切换电器。在功能上接触器除能自动切换外，还具有手动开关所缺乏的远距离操作功能和失压保护功能，它虽然具有一定的过载能力，但却不能切断短路电流，也不具备过载保护功能。接触器具有操作频率高，使用寿命长、工作可靠、性能稳定、成本低廉、维修简便等优点，主要用于控制电动机、电热设备、电焊机等，是电

38、气工程中应用最为广泛的控制电器之一。 接触器的选择（1） 接触器类型选择：根据接触器控制的负载性质，选择直流接触器或交流接触器。如果控制系统中主要是交流电动机，且直流负载的容量比较小时，也可用交流接触器进行控制，但是触头的额定电流应适当选择大些。再根据接触器的工作任务确定合适的系列。（2） 额定电压选择：接触器的额定电压应大于或等于负载回路的额定电压。如果接触器使用在频繁启动、制动和频繁正反转的场合时，应增大一倍左右。（3） 额定电流选择：若电动机操作频率不高，如压缩机、水泵、风机、空调、冲床等，接触器额定电流大于负载额定电流即可；对重任务型电机，且常工作在启动、点动、正反向运行、反接制动等状

39、态，为了保证电寿命，接触器额定电流应大于电机额定电流。对于一般设备用电动机，工作电流小于额定电流，启动电流虽然达到额定电流的47倍，但时间短，对接触器的触头损伤不大，接触器在设计时已考虑此因素，一般选用触头容量大于电动机额定容量的1.25倍即可。对于在特殊情况下工作的电动机要根据实际工况考虑。如电动葫芦属于冲击性负载，重载启停频繁，反接制动等，所以计算工作电流要乘以相应倍数，由于重载启停频繁，选用4倍电动机额定电流，通常重载下反接制动电流为启动电流2倍，所以对于此工况要选用8倍额定电流。 CJ系列交流接触器常用的有CJ12系列、CJ20系列、CJ28系列、CJ38系列和CJ40系列等产品。其中

40、，CJ12系列适用于交流50Hz的电力线路中，主要用于冶金、轧钢企业起重机等电气设备中，作远距离闭合和断开电路，并作交流电动机频繁启动、停止和反接等；CJ20系列主要适用于交流50Hz或60Hz的电力系统中闭合和断开电路，并与热继电器组合成电动机启动器以保护可能发生过载的电路；CJ28系列适用于交流50Hz或60Hz电力线路中，供远距离频繁启动和控制电动机用。根据以上选择条件在本系统中，各电动机启停、不频繁，属于一般负载的电机，所以常选用选用CJ20系列接触器。给煤机1#破碎机2#破碎机1#皮带机2、3#皮带机4#皮带机5#皮带机振动筛犁煤机CJ20-25CJ20-630CJ20-400CJ2

41、0-400CJ20-100CJ20-250CJ20-250CJ20-100CJ20-6.3这里用的软启动器为AOR2000系列，它是三相鼠笼式电动机启动、运行智能型数字是新产品，它成功的解决了交流电动机启动时造成的较大启动电流对供电电压质量的影响和供电线路电耗增大以及对机械设备冲击等问题3.主令电器1控制按钮控制按钮是一种简单而且适用广泛的手动主令电路，在控制过程中作远距离手动控制电磁式电器用，也可以用来转换各种信号电路和电器连锁电路等。为识别按钮作用，通常作出不同颜色，一般红色表示停止，绿色或黑色表示启动按钮。2万能转换开关万能转换开关是由多组相同结构的触点组件叠装而成的多回路控制电器，它的

42、作用是用于控制回路的信号转换；可直接控制小量程电动机。目前使用最多的是LW5系列万能转换开关，可分为自复式和定位式两种，万能转换开关的手柄的操作位置是以角度来表示的，不同型号的万能转换开关，其手柄有不同的操作位置，不同型号的万能转换开关，起手柄操作位置可从电器设备手册中万能转换开关的“定位特征表”中查找到。万能转换开关由于触点的分合状态是与操作手柄的位置有关，为此，在电路中除画出触点图形符号之外，还应有操作手柄位置与触点分合的状态表示方法。其表示法有两种，一种是在电路图中画虚线和画“”的方法，即用虚线表示操作手柄的位置，用有无“”表示触点的闭合和打开状态，比如，在触点图形符号下方的虚线位置上画

43、“”，则表示当操作手柄处于该位置时，该位置是处于闭合状态；若在虚线位置上没有画“”时，则表示该触点是处于打开状态。万能转换开关主要用于低压断路操作机构的合闸与分闸控制、各种控制线路的转换、电压和电流的换相测量控制、配电装置线路的转换和遥控等3. 熔断器熔断器在结构主要由熔断管、熔体及导电部件等部分组成。其中熔体是主要部分，它既是感测元件又是执行元件。熔断管一般由硬质纤维和瓷质绝缘材料制成半封闭式或封闭式管状外壳，熔体装于其内。熔断管的作用是便于安装熔体和有利于熔体熔断时熄灭电弧。熔体是由不同金属材料（铅锡合金、锌、铜或银）制成丝状、带状、片状或笼状，它串接于被保护电路。熔断器的作用是当电路发生

44、短路或过载故障时，通过熔体的电流使其发热，当达到熔化温度时熔体自行熔断，从而分断故障电路。熔断器在电路中作过载和短路保护之用。1熔断器的保护特性熔断器的保护特性也称熔化特性（或称安秒特性），是指熔体的熔化电流与熔化时间之间的关系，具有反时限特性。根据对熔断器的要求，熔体在额定电流Ire时绝对不应熔断。最小熔化电流Ir与熔体额定Ire之比为熔断器的熔化系数。一般大于1，它是表征熔断器保护小倍数过载时灵敏度的指标。熔化系数主要取决于熔体的材料和工作温度以及它的结构，不同熔体材料的熔断器，在电路中起保护作用的侧重点是不同的。2熔断器的主要参数（1）额定电压：指熔断器长期工作时和分断后能够承受的电压，

45、其值一般等于或大于电器设备的额定电压。（2）额定电流：指熔断器长期工作时，设备不见温升不超过规定值是所能承受的电流。厂家为了减少熔断管额定电流的规格，熔断管的额定电流等级比较少，而熔体额定电流等级比较多，也即在一个额定电流等级的熔断管内可以分装几个额定电流等级的熔体，但熔体的额定电流最大不能超过熔断器的额定电流（3）极限分断能力：是指熔断器在规定的额定电压和功率因数的条件下，能分断的最大电流值，在电路中出现的最大电流值一般是指短路电流值。所以，极限分断能力也是反映了熔断器分断短路电流的能力。3熔断器的一般选用（1）熔断器类型的选择选择熔断器的类型时，主要依靠负载的保护特性和短路电流的大小。用于

46、保护照明电路和电动机的熔断器，一般是考虑它们的过载保护，这时，希望熔断器的熔化系数适当小些，所以容量较小的照明线路和电动机适宜用熔体为铅锌合金的RC1A系列熔断器，而大容量的照明线路和电动机，除过载保护外，还应考虑短路时的分断短路电流能力，若短路电流较小时，可采用熔体为锡质的RC1A系列或熔体为锌质的RM10系列熔断器。用于车间低压供电线路的保护熔断器，一般是考虑短路时的分断能力，当短路电流较大时，宜采用有限流作用的RT0及RT12系列熔断器。（2）熔断器的额定电压应等于或大于所在电路的额定电压。电机水泵起动电流一般为额定电流的2倍左右，为了保证在起动电机时熔断器不会熔断。第四章 矿山破碎系统

47、PLC控制方案的实现4.1可编程控制器（PLC）概述4.1.1可编程控制器的概念可编程序控制器（Programmable Controller）是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。早期的可编程序控制器主要用来代替继电器实现逻辑控制，称可编程逻辑控制器（Programmable Logic controller），简称PLC随着技术的发展，这种装置的功能己经大大超过了逻辑控制的范围，不仅具有逻辑控制功能，而且还能实现数据运算、数据传输和处理等功能，使其真正成为一种电子计算机工业控制设备，因此，今天这种装置称作可编程序控制器，简称PC，但是为了避免与个人计算机（Personal c

48、omputer）的简称PC混淆，所以仍将可编程序控制器简称为PLC。1987年，国际电工委员会（IEC）颁布了新的PLC标准及其标准定义：“可编程控制器”是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作指令，并通过数字模式或模拟模式的输入、输出，控制各种类型的机械或生产过程。而有关外围设备，都应按照易于与工业系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计”。PLC就是使用一系列指令构成的程序来操作、控制相关工业控制机械，使其形成一个完整的工业控制系统，以完成各种各样的控制功能。随着微电子技术、计算机技术和

49、数字通信技术的高速发展，PLC产品高度融合了计算机产业最先进的技术与工业自动控制的经典理论，在其功能及性能指标上得以丰富和完善，从而突破了传统PLC的概念，在中、小型控制领域内极大地扩展了其应用范围。在特定的范围内，高性能价格比己成为新型PLC的最突出的特点。PLC以其高可靠性、适应性强和使用方便等突出优点在自动化控制领域应用广泛。另外，PLC的制造成本不断下降，而其功能却不断增强。目前在先进工业国家中PLC已成为工业控制的标准设备，应用面几乎覆盖了所有工业企业，诸如钢铁、冶金、采矿、水泥、石油、化工、轻工、电力、机械制造、汽车、造纸、纺织、环保、交通、建筑等各行各业。特别是轻工行业中，生产门

50、类多、加工方式多变、产品更新换代快，PLC广泛应用在组合机床自动化生产线、专用机床、塑料机械、包装机械、电梯等电气设备中。PLC已跃居现代工业自动化三大支柱(PLC，ROBOT，CAD/CAM)的主导地位。PLC广泛的应用在以下领域：（1）逻辑控制领域；（2）运动控制领域；（3）过程控制领域；（4）数据处理领域；（5）多级控制领域。4.1.2 PLC的基本特点PLC用软件代替大量的中间继电器和时间继电器，仅剩下与输入和输出有关的少量硬件，接线可减少到继电器控制系统的1/101/100，因触点接触不良造成的故障大为减少。 高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采

51、用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。 硬件配套齐全，功能完善，适用性强。PLC发展到

52、今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品，并且已经标准化、系列化、模块化，配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，用户能灵活方便地进行系统配置，组成不同功能、不同规模的系统。PLC的安装接线也很方便，一般用接线端子连接外部接线。PLC有较强的带负载能力，可直接驱动一般的电磁阀和交流接触器，可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。 PLC作

53、为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。 系统的设计、安装、调试工作量小，维护方便，容易改造 PLC的梯形图程序一般采用顺序控制设计法。这种编程方法很有规律，很容易掌握。对于复杂的控制系统，梯形图的设计时间比设计继电器系统电路图的时间要少得多。 PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，

54、同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。 4.1.3 PLC的基本组成PLC实质上是一种业控制计算机，只不过它比一般的计算机具有更强的与工业过程相连接的接口和更直接的适应于控制要求的编程语言，故PLC与计算机的组成十分相似。从硬件结构看，它也有中央处理器（CPU）、存储器、输入/输出（I/O）接口、电源等，如图4.1图4.1 PLC的基本组成由图可见，PLC主要由中央处理器（CPU）、存储器、输入接口电路、输出接口电路、通信接口、内部电源等部分组成。PLC硬件各组成部分的作用分别如下：（1）中央处理器（CPU）与一般计算机

55、一样，CPU是PLC的核心，它按PLC中系统程序赋予的功能指挥PLC有条不紊地进行工作，其主要任务有：控制从编程器键入的用户程序和数据的接收与存储;用扫描的方式通过I/O部件接收现场的状态或数据，并存入输入映像存储器或数据存储器中；PLC进入运行状态后，从存储器逐读取用户指令，经过命令解释后按指令规定的任务进行数据传送、逻辑或算术运算等；根据运算结果，更新有关标志位的状态和输出映像存储器的内容，再经输出部件实现输出控制、制表打印或数据通信等功能。不同型号PLC的CPU芯片是不同的，有采用通用CPU芯片的，如8031、8051、8086、80286等，也有采用厂家自行设计的专用CPU芯片的。CP

56、U芯片的性能关系到PLC处理控制信号的能力与速度，CPU位数越高，系统处理的信息量越大，运算速度也越快。随着芯片技术的不断发展，PLC所用CPU芯片也越来越高档。（2）存储器PLC的存储器包括系统存储器和用户存储器两部分。系统存储器用来存放由PLC生产厂家编写的系统程序，并固化在ROM内，用户能直接更改。它使PLC具有基本的智能，能够完成PLC设计者规定的各项工作。系统程序质量的好坏,很大程度上决定了PLC的性能，其内容主要包括三部分。第一部分为系统管理程序，它主管控制PLC的运行，使整个CPU按部就班地工作。第二部分用户指令解释程序。通过用户指令解释程序，将PLC的编程语言变机器语言指令，再

57、由CPU执行这些指令。第三部分为标准程序模块与系统调用。它包括许多不同功能的子程序及其调用管理程序，如完成输入、输出及特殊运算等子程序。PLC的具体工作都是由这部分程序来完成的，这部分程序的多少决定了PLC性能的强弱。用户存储器包括用户程序存储器和功能存储器两部分。用户程序存储器用来存放用户针对具体控制任务用规定的PLC编程语言编写的各种用户程序。用户程序存储器根据所选用存储器单元的不同，可以是RAM（有掉电保护）、EPRO或EEPROM存储器，其内容可以由用户任意修改或增删。用户功能存储器是用来存放（记忆）用户程序中使用的ON/OFF状态、数值数据等，它构成PLC的各种内部器件，也称“软元件

58、”。用户存储器容量大小，关系到用程序容 量的大小和内部器件的多少，反映PLC性能的重要指标之一。（3）I/O单元l/0单元也称为1/0模块。PLC通过I/0单元与工业生产过程现场相联系，输入单元接收操作指令和现场的状态信息，加控制按钮、操作开关和限位开关、光电管、继电器触点、行程开关、接近开关等信号，并通过输入电路的滤波、光电隔离和电平转换等将这些信号转换成CUP能够接收和处理的信号。输出单元将CUP送出的弱电控制信号通过输出电路的光电隔离和功率放大等转换成现场需要的强电信号输出，以驱动接触器、电磁阀、电磁铁等执行元件。（4）通信接口通信接口的主要作用是实现PLC与外部设备之间的数据交换(通信

59、)。通过通信接口，PLC可以与编程器、人机界面（如触摸屏等）、显示器等连接，以实现PLC的数据输入/输出；也可以与上位计算机、其他PLC、远程I/O等进行连接，构成局域网、分布式控制系统或综合管理系统。通信接口的形式多样，最基本的有RS-232、RS-422、RS-485等标准的串口接口。接口可以通过多芯电缆、双绞线、同轴电缆、光缆等进行连接。RS-232接口常用于PLC与编程器、PLC与计算机、PLC与人机界面等设备之间的通信，其特点是传送距离较近（通常应在15m以内），传送速率较低（通常在20Kbit/s以下），且抗干扰能力较差，因此，一般不能用于高速、远距离通信。RS-442接口常用于生

60、产现场PLC与PLC之间、PLC与其他设备间的现场通信。RS-442接口通过两对平衡差分信号线进行连接，采用了“全双工”方式传送数据，其特点是传送距离较远（最大可以到1200m左右），传送速率较高（通常在10Mbit/s左右），且抗干扰能力强，适合于远距离通信。RS-485接口的用途与RS-442类似，但采用的是“半双工”方式传送数据，只需要一对平衡差分信号线进行连接。（5）内部电源PLC的外部输入电源有交流输入与直流输入两种基本形式。由于PLC内部一般采用开关电源，因此大部分PLC对输入电压的范围要求不高，当采用交流输入时，一般为单相AC85260V，50/60HZ；当使用直流输入时，要求为

61、DC15.631.2V，但部分PLC对“纹波”有一定的要求。PLC内部电源的作用主要是提供PLC内部的TTL集成电路与集成运算放大器等组件的工作电源，因此，需要将外部输入转换为DC5V、DC15V、DC24V等不同电压。在部分PLC中，还可以提供外部的开关量(触点)输入信号使用的DC24V；但PLC输出（外部负载）使用的电源（即使是使用DC24V），原则上也不可以由PLC提供，必须另外准备负载电源，这点在使用时应注意。4.1.4 PLC控制与继电器控制的比较不断有许多新的软逻辑控制软件产品被推出，传统PLC供应商也己经开始逐渐增加基于工业PC的控制的产品。另外，PLC开发费用中，软件开发费用所

62、占的百分数正得到稳定的增长。软逻辑控制软件产品正在逐步取代传统的继电器控制占主导地位的控制系统。继电器控制系统的控制功能是用硬件继电器实现的，而PLC的控制功能主要是用软件编程来实现的。PLC与继电器接触器控制的重要区别之一就是工作方式不同。继电器接触器控制是按并行方式工作的，也就是说是按同时执行的方式工作的，只要形成电流通路，就可能有几个继电器同时动作，而PLC是以反复扫描的方式工作的，它是循环地连续逐条执行程序，任意时刻它只能执行一条指令，PLC是以串行方式工作的这种串行工作方式可以避免继电器控制的触点竞争和时序失配的问题4.2 PLC硬件部分的设计4.2.1系统工艺流程选煤流程：六台给煤机将煤送到1#皮带，然后经振动筛，细煤直接上4#皮带，块煤再通过过两通挡板选择是否破碎，如果破碎则通过刮板机和破碎机破碎，然后经2#、3#皮带输送到4#皮带，再经4#皮带输送到2#振动筛，再通过两通挡板来选择是否精破，如果进行精破则送到2#破碎机，破碎机进行精破后，经5#皮带将煤送到存煤处。控制要求：系统被控设备共17台，工艺要求设备之间联锁：开车时，先启动犁煤机然后再启动5#皮带机，按一定的时问间隔，然后是2#破碎机 ，2#振动筛，4#、3#、2#皮带机、1#破碎机，刮