基于PLC的供料控制系統(tǒng)設(shè)計說明

1、 PAGE / NUMPAGES22物理與電子工程學(xué)院PLC原理與應(yīng)用課程設(shè)計報告書設(shè)計題目： 基于PLC的供料控制系統(tǒng)設(shè)計 專 業(yè)：自動化 班級： XXX 學(xué)生: XX 學(xué)號: XXXX 指導(dǎo)教師： XXXX 2013年 12 月 17日物理與電子工程學(xué)院 課程設(shè)計任務(wù)書專業(yè)： 自動化 班級： 3班 學(xué)生XX學(xué)號XX課程名稱PLC原理與應(yīng)用設(shè)計題目基于PLC的供料控制系統(tǒng)設(shè)計設(shè)計目的、主要容（參數(shù)、方法）與要求設(shè)計目的：1、掌握PLC功能指令的用法2、掌握PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計流程設(shè)計主要容與要求：1、設(shè)計一個驅(qū)動小車自動送料的控制程序，具體要求如下:（1）運(yùn)料小車負(fù)責(zé)向4個料倉送料，送料路上

2、從左向右共有4個料倉（1號4號）位置開關(guān)，當(dāng)某個料倉位置開關(guān)檢測為1狀態(tài)時，說明運(yùn)料小車到達(dá)相應(yīng)料倉位置。（2）料倉要料信號由4個手動按鈕發(fā)出，從左到右（1號4號）。當(dāng)要料信號發(fā)出后，運(yùn)料小車根據(jù)料倉號，左行或右行自動送料。（3）要料倉位與小車的車位一樣時，小車停止。（4）小車右行時不允許左行起動，同樣小車左行時也不允許右行起動。2、畫出實現(xiàn)程序流程圖。3、列出輸入、輸出端口。4、寫出梯形圖程序。5、調(diào)試程序，直至符合設(shè)計要求。工作量2周時間，每天3學(xué)時，共計42學(xué)時進(jìn)度安排第1天：明確課程設(shè)計的目的和意義，根據(jù)課程設(shè)計要求查找相關(guān)資料第2-3天：學(xué)習(xí)課程設(shè)計中用到的PLC相關(guān)知識第4-5天：

3、根據(jù)課程設(shè)計的要求畫出程序流程圖第6天：列出I/O分配表第7-8天：寫出梯形圖程序，并對程序進(jìn)行注釋第9-10天：學(xué)習(xí)西門子S7-200的編程軟件STEP 7 MicroWIN SP6，并在該軟件中編寫梯形圖程序第11天：學(xué)習(xí)西門子S7-200仿真軟件，并進(jìn)行程序仿真和調(diào)試。第12天：將課程設(shè)計中用到的程序在PLC試驗箱上進(jìn)行運(yùn)行和調(diào)試。第13-14天：撰寫課程設(shè)計報告。主要參考資料1廖常初.S7-200 PLC編程與應(yīng)用M.:機(jī)械工業(yè),2013.82梅麗鳳.電氣控制與PLC應(yīng)用技術(shù)M.機(jī)械工業(yè),2012.33殷洪義.可編程序控制器選擇設(shè)計與維護(hù)M.機(jī)械工業(yè),2006.1指導(dǎo)教師簽字教研室主任

4、簽字摘 要隨著社會的發(fā)展，冶煉廠的規(guī)模也隨之?dāng)U大，對礦石的需求量大大提高，傳統(tǒng)的供料是一種半自動化的系統(tǒng)，已經(jīng)滿足不了冶煉廠的需要。對傳統(tǒng)供料控制系統(tǒng)進(jìn)行了認(rèn)真的分析與研究后，結(jié)合相關(guān)理論和技術(shù)，制定出一套由PLC為控制核心的皮帶傳輸供料控制系統(tǒng)。為了實現(xiàn)供料系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，處理諸如皮帶跑偏、打滑與撕裂等問題，在主電路中用傳感器檢測故障信號，軟件中調(diào)用相應(yīng)傳感器檢測到的故障信號處理子程序并執(zhí)行處理。運(yùn)用皮帶運(yùn)輸線進(jìn)行礦石供料大大提高了工作效率。在PLC中應(yīng)用子程序的方式，不僅便于實現(xiàn)多種運(yùn)行方式，而且大大提高了程序的可維護(hù)性和可靠性。關(guān)鍵詞：PLC；供料系統(tǒng)；傳感器目 錄 TOC o 1-3

5、h z u HYPERLINK l _Toc3755869601 緒論 PAGEREF _Toc375586960 h 1HYPERLINK l _Toc3755869611.1課題的提出 PAGEREF _Toc375586961 h 1HYPERLINK l _Toc3755869621.2礦石供料系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展前景 PAGEREF _Toc375586962 h 1HYPERLINK l _Toc3755869632 系統(tǒng)總體方案設(shè)計 PAGEREF _Toc375586963 h 2HYPERLINK l _Toc3755869642.1礦石供料系統(tǒng)的工藝應(yīng)用與特點(diǎn) PAGEREF _T

6、oc375586964 h 2HYPERLINK l _Toc3755869652.2 礦石供料系統(tǒng)的組成 PAGEREF _Toc375586965 h 2HYPERLINK l _Toc3755869662.3 供料系統(tǒng)工藝流程 PAGEREF _Toc375586966 h 3HYPERLINK l _Toc3755869673 系統(tǒng)硬件設(shè)計 PAGEREF _Toc375586967 h 5HYPERLINK l _Toc3755869683.1 系統(tǒng)主要設(shè)備選型 PAGEREF _Toc375586968 h 5HYPERLINK l _Toc3755869693.1.1 PLC簡介

7、 PAGEREF _Toc375586969 h 5HYPERLINK l _Toc3755869703.1.2 PLC與其擴(kuò)展模塊的選型 PAGEREF _Toc375586970 h 8HYPERLINK l _Toc3755869713.1.3 皮帶機(jī)的選型 PAGEREF _Toc375586971 h 8HYPERLINK l _Toc3755869723.1.4 電動機(jī)的選型 PAGEREF _Toc375586972 h 8HYPERLINK l _Toc3755869733.1.5 電機(jī)過流檢測元件的選型 PAGEREF _Toc375586973 h 9HYPERLINK l

8、 _Toc3755869743.1.6 稱重傳感器的選型 PAGEREF _Toc375586974 h 9HYPERLINK l _Toc3755869753.1.7 皮帶跑偏檢測元件的選型 PAGEREF _Toc375586975 h 10HYPERLINK l _Toc3755869763.1.8 皮帶機(jī)打滑檢測元件的選型 PAGEREF _Toc375586976 h 11HYPERLINK l _Toc3755869773.1.9 皮帶機(jī)撕裂元件的選型 PAGEREF _Toc375586977 h 11HYPERLINK l _Toc3755869783.2 系統(tǒng)主電路設(shè)計 PA

9、GEREF _Toc375586978 h 12HYPERLINK l _Toc3755869793.3 系統(tǒng)硬件配置與I/O接線圖 PAGEREF _Toc375586979 h 12HYPERLINK l _Toc3755869804 心得體會 PAGEREF _Toc375586980 h 16HYPERLINK l _Toc375586981參 考 文 獻(xiàn) PAGEREF _Toc375586981 h 171 緒論皮帶運(yùn)輸是一種長距離、大批量、告訴運(yùn)輸貨物原料的運(yùn)輸體系。皮帶傳輸系統(tǒng)因其結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，造價低廉，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中，如冶金、煤炭、港口、建筑、食品加工等。隨著冶

10、煉廠規(guī)模的逐漸擴(kuò)大，礦石需求量逐漸提高，對冶煉廠供料系統(tǒng)的高效運(yùn)輸能力要求越來越高。1.1課題的提出傳統(tǒng)的冶煉廠礦石供料控制系統(tǒng)是一種基于繼電接觸器人工手動方式的半自動化系統(tǒng)。現(xiàn)場環(huán)境十分惡劣，對設(shè)備損傷較大，使得設(shè)備會經(jīng)常出現(xiàn)一些故障，例如有皮帶跑偏、打滑與撕裂等等。供料系統(tǒng)由于處在一個電網(wǎng)中，設(shè)備不能同時啟動，必須有次序的啟動和停止。如果供料系統(tǒng)在運(yùn)行過程中某單體設(shè)備出現(xiàn)故障，則該設(shè)備與應(yīng)按照順序停止的設(shè)備同時停止，并給出故障指示信號供工人們能夠準(zhǔn)確的找出故障位置并排除故障，以減少供料系統(tǒng)設(shè)備維修時間。隨著冶煉廠規(guī)模的迅速擴(kuò)大，供料控制系統(tǒng)的作用日益突出，而傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)已無法滿足冶煉廠的

11、需要，因此需要對傳統(tǒng)的冶煉廠供料系統(tǒng)進(jìn)行改造。同時當(dāng)今世界是一個信息技術(shù)高度發(fā)展的世界，信息貫穿社會的每個角落，現(xiàn)代化的工廠。建立全自動化的供料系統(tǒng)，不僅可以讓工人從惡劣的環(huán)境中、繁重的勞動中解放出來。而且可以通過建立控制網(wǎng)絡(luò)將相距較遠(yuǎn)的各輸煤機(jī)架控制器相連，實現(xiàn)信息的相互傳遞，不僅保證了控制的時實性，可靠性，同時便于未來廠級或車間級的管理。因此，冶煉生產(chǎn)應(yīng)用自動化已經(jīng)成為必然要求，其投入產(chǎn)出比顯著，且逐漸成為冶煉工業(yè)現(xiàn)代化的標(biāo)志。1.2礦石供料系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展前景礦石供料系統(tǒng)是冶煉廠重要的礦石傳輸部分。其后工序是冶煉廠冶煉爐，這些工序的控制都涉與過程控制技術(shù)。隨著科技的不斷進(jìn)步，電子技術(shù)的不斷發(fā)

12、展，過程控制技術(shù)經(jīng)歷了三四十年代單參數(shù)儀表控制、四五十年代的單元組合儀表綜合參數(shù)儀表控制以與60年代興起的計算機(jī)過程控制等幾個階段。尤其是近一二十年來，隨著微處理器、計算機(jī)技術(shù)和過程自動化控制理論的飛速發(fā)展，可編程控制器（PLC）性價比大幅提高，并得到了很快的普與和提高?？删幊炭刂破骶哂行畔⒋鎯?、邏輯判斷、精確、快速和自動化程度高等特點(diǎn)。將計算機(jī)技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)控制系統(tǒng)，既可大幅度地提高勞動效率，改善勞動條件，提高熱效率，節(jié)約能源，降低成本，又具有結(jié)構(gòu)簡單、性價比高、使用方便的優(yōu)點(diǎn)。所以，PLC已成為工業(yè)自動化控制的有力工具，是工業(yè)自動化的發(fā)展方向。2 系統(tǒng)總體方案設(shè)計2.1礦石供料系統(tǒng)的工藝應(yīng)

13、用與特點(diǎn)礦石供料系統(tǒng)是冶煉廠的重要組成部分，其作用就是從礦石倉輸送到冶煉爐。由于將礦石輸送到冶煉爐之間環(huán)節(jié)較多，人們從不同的工藝角度出發(fā)設(shè)計可以自行設(shè)計與實際需要相符合的供料系統(tǒng)。PLC供料系統(tǒng)是在由繼電器控制的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。由于供料系統(tǒng)的設(shè)備分散且與控制室相距較遠(yuǎn)，且整個礦石供料過程中，不可避免的礦石粉末飛揚(yáng)，使得整個系統(tǒng)所處環(huán)境非常惡劣，這些都決定了必須提高礦石供料系統(tǒng)的自動化水平。又因為它具有可靠性好、成本較低、運(yùn)行周期長、更改方案靈活、節(jié)能和便于自動化管理等特點(diǎn)。因此70年代已在歐洲大陸廣泛使用。90年代以來，我國新建的大、中型冶煉廠差不多都采用了PLC控制礦石供料工藝。供料系統(tǒng)是

14、冶煉廠冶煉工藝中的重要環(huán)節(jié)，而供料系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定、可靠，是保證冶煉廠高效運(yùn)行的關(guān)鍵。若通過合理的設(shè)計，使供料系統(tǒng)經(jīng)常處于最優(yōu)條件下工作，既可以延長工作周期，提高工業(yè)生產(chǎn)量，也可以節(jié)能和減少勞動力等。而采用PLC為核心控制系統(tǒng)的出現(xiàn)，從以下幾方面改善了供料系統(tǒng)的輸料性能： （1）增加了供料系統(tǒng)調(diào)整的靈活性。（2）增加了供料系統(tǒng)的可靠性。（3）減少了供料系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)開支。2.2 礦石供料系統(tǒng)的組成供料控制系統(tǒng)一般由PLC、電氣執(zhí)行機(jī)構(gòu)和上位機(jī)組成。電氣執(zhí)行機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)控制的具體實施，它從PLC接收控制命令，然后相關(guān)的接觸器接點(diǎn)閉合或斷開，電路導(dǎo)通，設(shè)備獲得動力繼而進(jìn)行動作。如果單體設(shè)備故障，操作人員可以

15、通過控制面板來進(jìn)行緊急停車，也可對設(shè)備進(jìn)行手動停車操作。PLC是實現(xiàn)自動控制的核心，所有自動控制容都通過對它的編程實現(xiàn)。礦石供料系統(tǒng)的控制與其它車間略有不同，它的設(shè)備較多且重復(fù)，通過對PLC的編程來實現(xiàn)諸多設(shè)備的控制使得電氣接線簡單許多，這是供料控制系統(tǒng)發(fā)展的一種趨勢。本設(shè)計冶煉廠供料系統(tǒng)部分由4臺皮帶機(jī)、1臺給料器、1臺粉碎機(jī)、1臺篩選機(jī)等，來完成給料、粉碎、篩選、冶煉爐的工藝流程。礦石供料系統(tǒng)的作用就是將礦石經(jīng)給料器給料、粉碎、篩選后送到冶煉爐。由于其中的環(huán)節(jié)較多，所以不可能由一條皮帶實現(xiàn)直接輸送，應(yīng)由多條皮帶將各設(shè)備連接而成；同時供料系統(tǒng)是冶煉廠眾多環(huán)節(jié)中的一個重要環(huán)節(jié)，礦石不經(jīng)供料系統(tǒng)

16、的運(yùn)輸，就不能到達(dá)冶煉爐的爐膛，就不能進(jìn)行冶煉生產(chǎn)?？梢姡睙拸S礦石的供料是十分重要的，因此供料系統(tǒng)必須穩(wěn)定、可靠。為了提高系統(tǒng)的安全運(yùn)行，采用傳感技術(shù)與其它檢測元件與PLC結(jié)合使用。該供料系統(tǒng)由四條供料皮帶機(jī)和粉碎機(jī)、篩選機(jī)連接組成的。這四條機(jī)架的輸料原理是完全一樣的，都是機(jī)架上的皮帶運(yùn)輸機(jī)。其中的篩選機(jī)包含一臺可以正反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動的電動機(jī)，它與稱重傳感器與三皮帶共同完成礦石篩選，并將不符合要求的礦料重新送回粉碎機(jī)粉碎。國礦石供料系統(tǒng)普遍采用皮帶運(yùn)輸?shù)姆绞?，該方式結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)輸?shù)拈L短便于調(diào)整、負(fù)荷便于分擔(dān)、便于添加中間環(huán)節(jié)。供料生產(chǎn)線基本工藝可分為給料、粉碎、篩選等環(huán)節(jié)組成等幾個相關(guān)過程。其中篩選

17、過程又由稱重傳感器與可以正反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動的電動機(jī)組成。為了保證供料系統(tǒng)的可靠性，即不能間斷輸料，實際的供料系統(tǒng)采用每一機(jī)架兩條皮帶運(yùn)輸?shù)V石（見圖2-2-1），當(dāng)其中一條皮帶運(yùn)輸機(jī)出現(xiàn)問題時，另一臺運(yùn)輸機(jī)接替運(yùn)行工作；或者由于運(yùn)行時間條件或電動機(jī)過熱條件，兩運(yùn)輸機(jī)輪流運(yùn)行工作，但在這里只研究其簡單運(yùn)行方式暫不考慮復(fù)雜方式。圖2-2-1 礦石供料系統(tǒng)工藝過程簡圖2.3 供料系統(tǒng)工藝流程當(dāng)檢查好各設(shè)備正常情況后，按下啟動按鈕。供料器開始向皮帶一供料，皮帶一把礦石輸送到粉碎機(jī)，粉碎機(jī)把礦石料粉碎后經(jīng)二皮帶輸送到篩選機(jī)，之后篩選機(jī)開始工作（篩選機(jī)含有稱重傳感器），當(dāng)?shù)V石重量比設(shè)定值大時，其控制翻板的電動機(jī)正轉(zhuǎn)

18、，將大塊的礦石通過三皮帶送回粉碎機(jī)重新加工粉碎，然后控制翻板的電動機(jī)反轉(zhuǎn)復(fù)位，規(guī)格符合要求的礦料直接通過四皮帶輸送到冶煉爐。其工藝流程圖如圖2-3-1所示。圖2-3-1 工藝流程圖系統(tǒng)處于正常狀態(tài)下，當(dāng)接收到啟動與停止信號時，其動作如圖2-3-2所示。其停止過程則反之。圖2-3-2 啟動過程當(dāng)某設(shè)備需要臨時檢修時按下手動停止按鈕，該設(shè)備之前的設(shè)備按順序停止后該設(shè)備停止。又當(dāng)某設(shè)備出現(xiàn)意外緊急停車時，按下手動緊急停止按鈕，此單體設(shè)備與其之前的設(shè)備同時緊急停止，并發(fā)出報警信號。3 系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1 系統(tǒng)主要設(shè)備選型根據(jù)對礦石供料控制系統(tǒng)的分析，畫出系統(tǒng)電氣控制總框圖，如圖3-1-1所示：圖3-1

19、-1 系統(tǒng)的電氣控制總框圖根據(jù)對該供料系統(tǒng)工藝分析，確定該系統(tǒng)的主要硬件設(shè)備包括以下幾部分：PLC與其擴(kuò)展模塊、皮帶機(jī)、電動機(jī)、電機(jī)過流檢測元件、稱重傳感器、皮帶跑偏檢測元件、皮帶機(jī)打滑檢測裝置、皮帶機(jī)撕裂檢測元件。主要設(shè)備選型如表3-1-1。表3-1-1 主要設(shè)備選型表3.1.1 PLC簡介可編程控制器，簡稱PLC(Programmable logic Controller)，是指以計算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置。在1987年國際電工委員會(International Electrical Committee)頒布的PLC標(biāo)準(zhǔn)草案中對PLC做了如下定義:“PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)

20、用而設(shè)計的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計時、計數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。PLC與其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計。”PLC的基本組成可歸為四大部件:中央處理單元(CPU板)控制器的核心；輸入部件(1/0部件)連接現(xiàn)場設(shè)備與CPU之間；輸出部件連接驅(qū)動或受控元件的接口電路；電源部件為PLC部電路提供能源；整體結(jié)構(gòu)的PLC四部分裝在同一機(jī)殼；模塊式結(jié)構(gòu)的PLC各部件獨(dú)立封裝，稱為模塊，通過機(jī)架和總線連接而成。I/O的能力可按

21、用戶需要進(jìn)行擴(kuò)展和組合，另外，還必須有編程器將用戶程序?qū)戇M(jìn)規(guī)定的存儲器。用PLC設(shè)計的控制系統(tǒng)具有如下的優(yōu)點(diǎn)：(1)能適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場的惡劣環(huán)境，能抗電磁干擾與電壓沖擊。(2)簡單，易于使用，不必要求微機(jī)軟硬件方面的知識，編程不需要高級語言。(3)可靠性高，平均故障間隔時間(MTBF)超過20000小時，羅克韋爾公司的產(chǎn)品MTBF達(dá)到50000小時。(4)編程或修改程序容易，程序可以保存和固化。(5)體積小，價格低。(6)可直接將數(shù)據(jù)送入處理器中，可直接連接到現(xiàn)場。(7)可在基本系統(tǒng)上擴(kuò)展，系統(tǒng)容易配置，與負(fù)載最遠(yuǎn)距離可達(dá)10000英尺，存可以擴(kuò)展。(8)有很強(qiáng)的通訊功能，可與多種支持設(shè)備連接。(

22、9)系統(tǒng)化，有標(biāo)準(zhǔn)外圍接口模塊。(10)系統(tǒng)在一種現(xiàn)場不需要時，仍可改在另一現(xiàn)場使用等一系列優(yōu)點(diǎn)。本設(shè)計系統(tǒng)PLC采用的是梯形圖編程語言。梯形圖在形式上類似于繼電器控制電路圖，它簡單，直觀，易讀，好懂，是PLC中普遍采用的一種編程方式。梯形圖中沿用了繼電器線路的一些圖形符號，這些圖形符號被稱為編程元件，每一個編程元件對應(yīng)有一個編號。不同廠家的PLC，其編程元件的多少與編號方法不盡一樣，但是基本的元件與功能很相近。PLC的工作過程基本上是用戶的梯形圖程序的執(zhí)行過程，是在系統(tǒng)軟件的控制下順次掃描各輸入點(diǎn)的狀態(tài)，按用戶程序解算控制邏輯，然后順序向各個輸出點(diǎn)發(fā)出相應(yīng)的控制信號。除此之外，為提高工作的可

23、靠性和與時的接收外來的控制命令，每個掃描周期還要進(jìn)行故障自診斷和處理與編程器、計算機(jī)的通信請求。因此，PLC工作過程分為以下五步：(1)自診斷自診斷功能可使PLC系統(tǒng)防患于未然，而在發(fā)生故障時能盡快的修復(fù)，為此PLC每次掃描用戶程序以前都對CPU、存儲器、輸入輸出模塊等進(jìn)行故障診斷，若自診斷正常便繼續(xù)進(jìn)行掃描，而一旦發(fā)現(xiàn)故障或異?，F(xiàn)象則轉(zhuǎn)入處理程序，保留現(xiàn)行工作狀態(tài)，關(guān)閉全部輸出，然后停機(jī)并顯示出錯的信息。(2)與外設(shè)通信自診斷正常后PLC即掃描編程器、上位機(jī)等通信接口，如有通信請求便響應(yīng)處理。在與編程器通信過程中，編程器把指令和修改參數(shù)發(fā)送給主機(jī)，主機(jī)把要顯示的狀態(tài)、數(shù)據(jù)、錯誤碼進(jìn)行相應(yīng)指示

24、，編程器還可以向主機(jī)發(fā)送運(yùn)行、停止、清存等監(jiān)控命令。在與上位機(jī)通信過程中PLC將接收上位機(jī)發(fā)出的指令進(jìn)行相應(yīng)的操作，把現(xiàn)場工作狀態(tài)、PLC的部工作狀態(tài)、各種數(shù)值參數(shù)發(fā)送給上位機(jī)以與執(zhí)行啟動、停機(jī)、修改參數(shù)等命令。(3)輸入現(xiàn)場狀態(tài)完成前兩步工作后PLC便掃描各個輸入點(diǎn)，讀入各點(diǎn)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，如開關(guān)的通斷狀態(tài)、形成現(xiàn)場的存映象。這一過程也稱為輸入采樣或輸出刷新，在一個掃描周期存映象的容不變，即使外部實際開關(guān)狀態(tài)己經(jīng)發(fā)生了變化也只能在下一個掃描過程中的輸入采樣時刷新，解算用戶邏輯所用的輸入值是該輸入值的存映象值而不是當(dāng)時現(xiàn)場的實際值。(4)解算用戶邏輯即執(zhí)行用戶程序。一般是從用戶出現(xiàn)存儲器的最低地

25、址存放的第一條程序開始，在無跳轉(zhuǎn)的情況下按存儲器地址的遞增方向順序的掃描用戶程序，按用戶程序進(jìn)行邏輯判斷和算術(shù)運(yùn)算，因此稱之為解算用戶邏輯。解算過程中所用的計數(shù)器、定時器，部繼電器等編程元件為相應(yīng)存儲單元的即時值，而輸入繼電器，輸出繼電器則用的是存映象值。在一個掃描周期，某個輸入信號的狀態(tài)不管外部實際情況是否己經(jīng)變化，對整個用戶程序是一致的，不會造成結(jié)果混亂。(5)輸出結(jié)果將本次的掃描過程中解算最新結(jié)果送到輸出模塊取代前一次掃描解算的結(jié)果，也稱為輸出刷新。解算用戶邏輯到用戶程序為止，每一步所得到的輸出信號被存入輸出信號寄存表并未發(fā)送到輸出模塊，相當(dāng)于輸出信號被輸出門阻隔，待全部解算完成后打開輸

26、出門一并輸出，所用輸出信號由輸出狀態(tài)表送到輸出模塊，其相應(yīng)開關(guān)動作。驅(qū)動用戶輸出設(shè)備即PLC的實際輸出。在依次完成上述五個步驟操作后PLC又開始進(jìn)行下一次掃描。如此不斷的反復(fù)循環(huán)掃描，實現(xiàn)對全過程與設(shè)備的連續(xù)控制，直至接收到停止命令、停電、或出現(xiàn)故障。3.1.2 PLC與其擴(kuò)展模塊的選型PLC是整個供料控制系統(tǒng)的核心，它要完成對系統(tǒng)中所有輸入信號的采集、所有輸出單元的控制以與對外的數(shù)據(jù)交換。因此我們在選擇PLC時，要考慮PLC的指令執(zhí)行速度、指令豐富程度、存空間、通訊接口與協(xié)議、帶擴(kuò)展模塊的能力和編程軟件的方便與否等多方面因素。由于本設(shè)計礦石供料自動控制系統(tǒng)控制設(shè)備相對較少，因此選用德國SIE

27、MENS公司的S7-200型PLC。S7-200型PLC的結(jié)構(gòu)緊湊，價格低廉，具有較高的性價比，廣泛適用于一些小型控制系統(tǒng)。SIEMENS公司的PLC具有可靠性高，可擴(kuò)展性好，又有較豐富的通信指令，且通信協(xié)議簡單等優(yōu)點(diǎn)；PLC可以上接工控計算機(jī)，對自動控制系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測控制。PLC和上位機(jī)的通信采用PC/PPI電纜，支持點(diǎn)對點(diǎn)接口(PPI)協(xié)議，PC/PPI電纜可以方便實現(xiàn)PLC的通信接口RS485到PC機(jī)的通信接口RS232的轉(zhuǎn)換，用戶程序有三級口令保護(hù)，可以對程序?qū)嵤┌踩Ｗo(hù)。根據(jù)控制系統(tǒng)實際所需端子數(shù)目，與考慮PLC端子數(shù)目要有一定的預(yù)留量，因此選用S7-200型PLC的主模塊為CPU22

28、6，其開關(guān)量輸出為16點(diǎn)，輸出形式為AC220V繼電器輸出；開關(guān)量輸入CPU226為16點(diǎn)，輸入形式為+24V直流輸入。由于實際中需要模擬量輸入點(diǎn)1個，模擬量輸出點(diǎn)1個，所以需要擴(kuò)展，擴(kuò)展模塊選擇的是EM235，該模塊有4個模擬輸入(AIW)，1個模擬輸出(AQW)信號通道。輸入輸出信號接入端口時能夠自動完成A/D的轉(zhuǎn)換，標(biāo)準(zhǔn)輸入信號能夠轉(zhuǎn)換成一個字長(16bit)的數(shù)字信號；輸出信號接出端口時能夠自動完成D/A的轉(zhuǎn)換，一個字長(16bit)的數(shù)字信號能夠轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)輸出信號。EM235模塊可以針對不同的標(biāo)準(zhǔn)輸入信號，通過DIP開關(guān)進(jìn)行設(shè)置。3.1.3 皮帶機(jī)的選型皮帶機(jī)型號選擇正確與否是供料系

29、統(tǒng)中相當(dāng)重要的一個環(huán)節(jié)，如果選擇的型號過小則會因負(fù)荷過大而將電機(jī)燒毀或造成皮帶的斷裂，而如果選擇的型號過大，不能完全發(fā)揮其負(fù)荷能力，造成電能和設(shè)備的經(jīng)費(fèi)浪費(fèi)。皮帶機(jī)的選型基本原則：根據(jù)該冶煉廠年消耗礦石量與其輸送距離遠(yuǎn)近進(jìn)行大體的選型與考慮每小時皮帶機(jī)需要輸送多少噸礦料，根據(jù)各滾筒相互之間受力比例關(guān)系算出皮帶所承受的力，據(jù)此選出皮帶機(jī)的型號。本設(shè)計中選用DSJ1200/3355型皮帶機(jī)。3.1.4 電動機(jī)的選型電動機(jī)選型基本原則，一是要確保平穩(wěn)運(yùn)行；二是要確保其負(fù)載能力能滿足現(xiàn)場需要，以達(dá)到較好的節(jié)能效果。所選用的電動機(jī)必須與系統(tǒng)輸料量的變化幅度相匹配。則首先要了解工業(yè)現(xiàn)場輸料量，然后根據(jù)輸料

30、量來確定電動機(jī)的機(jī)械負(fù)載能力，根據(jù)機(jī)械負(fù)載能力額定容量、額定轉(zhuǎn)速、額定電壓等來選擇電動機(jī)的型號。要為某一生產(chǎn)機(jī)械選配一臺電動機(jī)，首先要合理選擇電動機(jī)的功率。通常根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械負(fù)載的需要來選擇電動機(jī)的功率，同時，還要考慮負(fù)載的工作制問題，也就是說，所選的電動機(jī)應(yīng)適應(yīng)機(jī)械負(fù)載的連續(xù)、短時或間斷周期工作性質(zhì)。功率選用時不能太大，也不能太小。選小了，保證不了電動機(jī)和生產(chǎn)機(jī)械的正常工作；選大了，雖然能保證正常運(yùn)行，但是不經(jīng)濟(jì)，電動機(jī)容量不能被充分利用，而且電動機(jī)經(jīng)常不能滿載運(yùn)行，使得效率和功率因數(shù)不高。其次，根據(jù)電源電壓條件，要求所選用的電動機(jī)的額定電壓與頻率同供電電源電壓與頻率相符合。電動機(jī)的轉(zhuǎn)速一定要

31、按生產(chǎn)機(jī)械銘牌上的要求選擇，否則可能改變生產(chǎn)機(jī)械的性能。此外，電動機(jī)的結(jié)構(gòu)、防護(hù)、冷卻和安裝形式，應(yīng)適應(yīng)使用環(huán)境條件的要求，并且要力求安裝、調(diào)試、檢修方便，以保證電機(jī)能安全可靠的運(yùn)行。由于設(shè)備處于眾多礦料環(huán)境中，應(yīng)選用防爆電動機(jī)，因此本設(shè)計中篩選機(jī)中用于帶動翻板的電機(jī)選用功率為75KW的高壓電機(jī)廠生產(chǎn)的YB2防爆電動機(jī)。3.1.5 電機(jī)過流檢測元件的選型開始考慮的是電流互感器。電流互感器的工作原理，在測量交變電流大電流時，為了能夠安全測量，在火線（或接地線）上串聯(lián)一個變壓器（接在變壓器的輸入端），這個變壓器的輸出端接入電流表，由于輸入線圈的匝數(shù)小于輸出線圈的匝數(shù)，因此輸出電流小于輸入電流（這時

32、的輸出電壓大于輸入電壓，但是由于變壓器是串聯(lián)在電路中，所以輸入電壓很小，輸出電壓也不大），電流互感器就是升壓（降流）變壓器。其輸出的信號為模擬電信號。SMD系列數(shù)字型電流傳感器（電流互感器），能在電隔離的條件下測量電流，并在達(dá)到額定電流時輸出開關(guān)量的驅(qū)動信號?？芍苯舆B接PLC等控制部件，特別適合于功率器件和電路系統(tǒng)的過流、短路保護(hù)、電流檢測等，響應(yīng)速度極快，性能卓越。經(jīng)過比較發(fā)現(xiàn)電流互感器輸出的信號為模擬量，不能直接驅(qū)動PLC，不免有些麻煩，因此本設(shè)計中選用可以直接驅(qū)動PLC的SMD系列數(shù)字開關(guān)型電流傳感器（電流互感器）。3.1.6 稱重傳感器的選型稱重傳感器實際上是一種將質(zhì)量信號轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓽y量

33、的電信號輸出的裝置。稱重傳感器按轉(zhuǎn)換方法分為光電式、液壓式、電磁力式、電容式、磁極變形式、振動式、陀螺儀式、電阻應(yīng)變式等8類。 其中，電磁力式傳感器準(zhǔn)確度高，可達(dá)1/20001/60000，但稱量圍僅在幾十毫克至10千克之間。 磁極變形式傳感器的準(zhǔn)確度不高，一般為1/100，適用于大噸位稱量工作，稱量圍為幾十至幾萬千克。振動式傳感器有振弦式和音叉式兩種。 稱量圍為100克至幾百千克，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工難度大，造價高。電阻應(yīng)變式傳感器的稱量圍為300g至數(shù)千kg，計量準(zhǔn)確度達(dá)1/10001/10000，結(jié)構(gòu)較簡單，可靠性較好，大部分電子衡器均使用此傳感器。電阻應(yīng)變式傳感器利用電阻應(yīng)變片變形時其電阻

34、也隨之改變的原理工作。主要由彈性元件、電阻應(yīng)變片、測量電路和傳輸電纜4部分組成。電阻應(yīng)變片貼在彈性元件上，彈性元件受力變形時，其上的應(yīng)變片隨之變形，并導(dǎo)致電阻改變。測量電路測出應(yīng)變片電阻的變化并變換為與外力大小成比例的電信號輸出。電信號經(jīng)處理后以數(shù)字形式顯示出被測物的質(zhì)量。根據(jù)實際現(xiàn)場要求與經(jīng)濟(jì)方面綜合分析，這里選用電阻應(yīng)變式傳感器。 3.1.7 皮帶跑偏檢測元件的選型皮帶運(yùn)輸機(jī)運(yùn)行時皮帶跑偏是最常見的故障，皮帶跑偏輕則造成撤料、皮帶磨損，重則由于皮帶與機(jī)架劇烈摩擦引起皮帶軟化、燒焦甚至引起火災(zāi)，造成整個生產(chǎn)線停產(chǎn)，因而，正確地處理好皮帶跑偏關(guān)系到整個生產(chǎn)系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。這里考慮選用光電式傳感

35、器，光電式傳感器在受到可見光照射后即產(chǎn)生光電效應(yīng)，將光信號轉(zhuǎn)換成電信號輸出。它除能測量光強(qiáng)之外，還能利用光線的透射、遮擋、反射、干涉等測量多種物理量，如尺寸、位移、速度、溫度等，因而是一種應(yīng)用極廣泛的重要敏感器件。它是光照射到某些物質(zhì)上，使該物質(zhì)的電特性發(fā)生變化的一種物理現(xiàn)象。其基于外光電效應(yīng)的光電敏感器件有 HYPERLINK :/baike.baidu /view/495717.htm t _blank 光電管和 HYPERLINK :/baike.baidu /view/485210.htm t _blank 光電倍增管?；诠怆妼?dǎo)效應(yīng)的有光敏電阻?；趧輭拘?yīng)的有光電二極管和光電三極管

36、(見半導(dǎo)體光敏元件)?；趥?cè)向光電效應(yīng)的有反轉(zhuǎn)光敏二極管。光電式傳感器還可按信號形式分為模擬式 HYPERLINK :/baike.baidu /view/479137.htm t _blank 光電傳感器(見 HYPERLINK :/baike.baidu /view/405647.htm t _blank 位移傳感器)和數(shù)字式光電傳感器（見 HYPERLINK :/baike.baidu /view/485254.htm t _blank 轉(zhuǎn)速傳感器、光柵式傳感器、 HYPERLINK :/baike.baidu /view/485234.htm t _blank 數(shù)字式傳感器）。光電式傳

37、感器還有光纖傳感器、 HYPERLINK :/baike.baidu /view/485216.htm t _blank 固體圖像傳感器等。因為礦石供料系統(tǒng)工作現(xiàn)場條件惡劣，環(huán)境不適合高精度元件工作，所以本設(shè)計選用常見的光電二極管。光電二極管是將光信號變成電信號的半導(dǎo)體器件。它的核心部分也是一個PN結(jié)，和普通二極管相比，在結(jié)構(gòu)上不同的是，為了便于接受入射光照，PN結(jié)面積盡量做的大一些，電極面積盡量小些，而且PN結(jié)的結(jié)深很淺，一般小于1微米。光電二極管是在反向電壓作用之下工作的。沒有光照時，反向電流很?。ㄒ话阈∮?.1微安），稱為暗電流。當(dāng)有光照時，攜帶能量的光子進(jìn)入PN結(jié)后，把能量傳給共價鍵上

38、的束縛電子，使部分電子掙脫共價鍵，從而產(chǎn)生電子空穴對，稱為光生載流子。 它們在反向電壓作用下參加漂移運(yùn)動，使反向電流明顯變大，光的強(qiáng)度越大，反向電流也越大。這種特性稱為“光電導(dǎo)”。光電二極管在一般照度的光線照射下，所產(chǎn)生的電流叫光電流。如果在外電路上接上負(fù)載，負(fù)載上就獲得了電信號，而且這個電信號隨著光的變化而相應(yīng)變化。3.1.8 皮帶機(jī)打滑檢測元件的選型皮帶打滑是由于皮帶在與主動滾筒相遇點(diǎn)上的實際力大于皮帶兩端力的極限值而產(chǎn)生的。此時皮帶運(yùn)輸機(jī)電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩降低。皮帶過負(fù)荷故障是由于皮帶裝載礦石量過大對托滾的正壓力N增加，托滾軸上的磨擦阻力T=fN(f為磨擦系數(shù))增加，使得皮帶牽引力F小于摩擦阻

39、力T，電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩增加。因此，為時刻檢測皮帶機(jī)是否發(fā)生打滑情況，現(xiàn)想出兩種方法：一、用兩個速度傳感器分別檢測電機(jī)和皮帶的速度，經(jīng)比較如果不一致則可認(rèn)為皮帶打滑，但這為軟件編程帶來一定的難度，且不方便。二、直接用轉(zhuǎn)矩傳感器檢測皮帶是否打滑，其原理是利用扭軸把轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換成扭應(yīng)力或扭轉(zhuǎn)角，再轉(zhuǎn)換成與轉(zhuǎn)矩成一定關(guān)系的電信號的傳感器。扭軸的形式有實心軸、空心軸、矩形軸等。按照作用原理不同，扭應(yīng)力式轉(zhuǎn)矩傳感器可分為電阻應(yīng)變式和壓磁式兩種；扭轉(zhuǎn)角式轉(zhuǎn)矩傳感器可分為振弦式、光電式和相位差式三種。本設(shè)計選用GSC200智能型速度傳感器，其主要用于對煤礦井下膠帶運(yùn)輸機(jī)因堆煤而引起的皮帶打滑對皮帶機(jī)的從動輪進(jìn)行監(jiān)控，

40、轉(zhuǎn)速分別分為1、2、3轉(zhuǎn)/秒三個檔,供現(xiàn)場整定用, 正常時，速度傳感器輸出端“速度”輸出高電平，當(dāng)從動輪的速度低于整定值25%時,經(jīng)過1015秒延時,GSC200型速度傳感器輸出端“速度”輸出低電平,通過主機(jī)自動切斷皮帶機(jī)電源,實現(xiàn)低速保護(hù)。GSC200型速度傳感器為全封閉結(jié)構(gòu)，有三個接線端子供與主機(jī)配接用。3.1.9 皮帶機(jī)撕裂元件的選型在運(yùn)輸線上，物料從溜槽落下，其鋒利部分往往扎透皮帶，當(dāng)運(yùn)輸線繼續(xù)運(yùn)行時，皮帶從扎透處沿縱向依次被撕裂，成為引起大事故的原因。等到皮帶損傷到不能修理的程度，就得換皮帶，使運(yùn)輸線不得不停運(yùn)，造成很大損失。那么如何來檢測皮帶縱向撕裂事故，避免更大事故以與停產(chǎn)的發(fā)生

41、呢？目前主要使采用縱向撕裂探測器來檢測。縱向撕裂檢測器采用攔索式方法，攔索通過滑板與開關(guān)連接，使開關(guān)隨著攔索的牽移而輸出停機(jī)信號。本設(shè)計選用市地坤機(jī)械設(shè)計研究所生產(chǎn)的2501系列縱向撕裂檢測器。它主要用于檢測各種規(guī)格型號的帶式輸送機(jī)膠帶縱向撕裂（惡性事故），當(dāng)膠帶發(fā)生縱向撕裂時能與時發(fā)出停機(jī)信號以防止撕裂事故擴(kuò)大化，給用戶造成嚴(yán)重?fù)p失。2501-L-Y型：（無控制箱）由n個傳感器組成，（n=m-1；m為緩沖托輥數(shù)），每個受料段設(shè)一組；從傳感器直接輸出停機(jī)信號。撕裂傳感器應(yīng)安裝在受料段膠帶下緩沖托輥之間，控制箱應(yīng)就近安裝在附近機(jī)架上;調(diào)整滑板和索桿使攔索距膠帶下表面20-30mm，再調(diào)整調(diào)線器使

42、攔索緊，且開關(guān)也處于動作狀態(tài)即可。新安裝的撕裂傳感器應(yīng)每隔5日按上述方法重新調(diào)整24次以消除因攔索伸縮而引起誤差。3.2 系統(tǒng)主電路設(shè)計基于PLC的礦石供料系統(tǒng)的主電路圖如圖3-2-1所示：八臺電機(jī)分別為M1、M2、M3M8，它們分別帶動給料器、皮帶一、粉碎機(jī)、二皮帶、篩選機(jī)、三皮帶、四皮帶、冶煉爐。接觸器KM1、KM2、KM3KM8分別控制M1、M2、M3M8的得電運(yùn)行； FR1、FR2、FR3FR8分別為八臺電機(jī)過載保護(hù)用的熱繼電器；QS為八臺電機(jī)主電路的隔離開關(guān)；FU為主電路的熔斷器。接通三相電源后，三相電經(jīng)低壓熔斷器FU、隔離開關(guān)QS。當(dāng)供料系統(tǒng)按下啟動按鈕后，KM1得電，電機(jī)M1開始

43、運(yùn)行，經(jīng)PLC的定時器延時一段時間后，KM2得電，電機(jī)M2運(yùn)行，其后類推。這里的KM1、KM2、KM3KM8絕對不能同時動作，相互之間必須設(shè)計可靠的互鎖，此互鎖在軟件中實現(xiàn)。為監(jiān)控電機(jī)負(fù)載運(yùn)行情況，主回路的電流大小可以通過電流互感器將數(shù)字開關(guān)量信號送至PLC來處理。同時可以通過轉(zhuǎn)換開關(guān)接電壓表顯示線電壓。并通過轉(zhuǎn)換開關(guān)利用同一個電壓表顯示不同相之間的線電壓。初始運(yùn)行時，必須觀察電動機(jī)的轉(zhuǎn)向，使之符合要求。如果轉(zhuǎn)向相反，則可以改變電源的相序來獲得正確的轉(zhuǎn)向。系統(tǒng)啟動、運(yùn)行和停止的操作不能直接斷開主電路(如直接使熔斷器或隔離開關(guān)斷開)，必須采用自耦變壓器降壓啟動或軟啟動的方式以降低電流。圖3-2-1 礦石供料系統(tǒng)主電路圖3.3 系統(tǒng)硬件配置與I/O接線圖根據(jù)以上硬件的選型我們可以知道，上位機(jī)通過PLC自帶的RS-232串口與之通信，并可以對PLC的工作狀況進(jìn)行監(jiān)控。PLC的CPU模塊負(fù)責(zé)PLC的數(shù)據(jù)處理和通信，用于實現(xiàn)對礦石供料系統(tǒng)的自動控制，要完成以下功能：可自動控制給料器、粉碎機(jī)、篩選機(jī)、皮帶機(jī)與冶煉爐的順序啟停；對各單體設(shè)備的操作要有手動/自動控制功能，手動只在應(yīng)急或檢修時臨時使用；系統(tǒng)要有完善的報警功能并能顯示運(yùn)行狀況。其硬件配置如圖3-3-1所示。圖3-