毕业设计（论文）-基于c语言的教务系统软件设计.doc

基于c语言的教务系统软件设计摘 要本系统依据开发要求主要应用于教育系统，完成对日常的教育工作中学生成绩档案的数字化管理。开发本系统可使学院教职员工减轻工作压力，比较系统地对教务、教学上的各项服务和信息进行管理，同时，可以减少劳动力的使用，加快查询速度、加强管理，以及国家各部门关于信息化的步伐，使各项管理更加规范化。目前，学校工作繁杂、资料重多，虽然各类管理信息系统已进入高校，但还未普及，而对于学生成绩管理来说，目前还没有一套完整的、统一的系统。因此，开发一套适和大众的、兼容性好的系统是很有必要的。本系统在开发过程中，注意使其符合操作的业务流程，并力求系统的全面性、通用性，使得本系统不只适用于一家教育机构。在开发方法的选择上，选择了生命周期法与原型法相结合的方法，遵循系统调查研究、系统分析、系统设计和系统实施四个主要阶段进行设计，而在具体的设计上，采取了演化式原型法，随着用户的使用及对系统了解的不断加深，对某一部分或几部分进行重新分析、设计、实施。本论文主要从系统分析、系统设计、系统实施与使用等几个方面进行介绍【关键词】 成绩管理 成绩查询 C语言 面向过程AbstractThis system according to the development requirements are mainly applied in education system of education, the daily work of the digital archives management of student performance. This system can make the college development staff to reduce the working pressure, educational and teaching to the various services and information management, also can reduce the use of force, accelerate query speed, strengthen management, as well as the national departments about the pace of normalization, make each management standardized.At present, the school work multifarious, material more, though various management information system has entered the university, but has not been popular, and for students performance management, it has been a complete and unified system. Therefore, the development of a suitable and the populace, compatibility good system is very necessary.This system in the process of development, pay attention to the operation of the business process, and strive to system of comprehensive, generalization, makes this system not only applicable to a education institutions. On the choice of methods in the development life cycle method, a method of combining with the prototype, follow the system research and systematic analysis, system design and system implementation, four main stages, and the specific design in the design, taking the evolution as users of prototype, the use of system and the deepening understanding of a part or a few parts for analysis, design and implementation. This thesis mainly from the system analysis, system design and system implementation and use etc.【Key Words】 Achievement Management Achievement Query C Programming Language Procedure-Oriented目录第1章 绪 论11.1 学籍管理系统概述11.2 面向过程编程的基础知识2第2章 需求分析52.1 目标52.2 要求52.3 学生成绩管理系统的功能6第3章概要设计73.1主模块73.2 添加学生信息73.3 显示学生信息73.4 排序学生信息73.5 查找学生信息8第4章 详细设计与实现9第5章 流程图11第6章 源代码126.1 数据结构与函数声明的头文件126.2主控程序模块136.3添加学生模块206.4显示学生模块216.5 对学生进行排序模块226.6 查找学生模块30致 谢35参 考 文 献36III河南理工大学毕业设计（论文）说明第1章 绪 论本章介绍学生学籍管理系统的有关知识、面向过程的编程技术以及应用程序的开发方法和开发过程等基础理论知识，这是深入了解后续内容的必要准备。1.2 国内外矿用胶带运输机控制技术研究现状和发展趋势1.2.1 矿用胶带运输机控制技术研究现状当前煤矿井下带式输送机比较普遍的驱动方式有以下几种：（1）直流电动机拖动直流电动机的调速方法通常是，在额定转速以下，保持励磁电流恒定，可用改变电枢电压的方法实现恒转矩调速；在额定转速以上，保持电枢电压恒定，可用改变励磁的方法实现恒功率调速。直流电动机具有调速范围宽，易于平滑调节；过载、起动、制动力矩大，承受过载能力较强；易于控制，可靠性高；调速时能耗较小等特点。在20世纪80年代以前直流调速一直占据主导地位。直流电动机用作带式输送机的驱动有两种方式：一是低速直流电动机直接与驱动滚筒相连，二是用高速直流电动机通过减速机与驱动滚筒相连。直流电动机的明显缺点是造价很高、电刷和整流子的维护量大。随着交流电动机调速技术的突破性进展，形成了一系列在性能上可以和直流调速系统相媲美的高性能交流调速系统，直流调速系统逐渐被市场所淘汰。（2）电动机加液粘离合器传动液粘性离合器又称粘滞离合器、油膜离合器或离合器，它是通过改变离合片的间距达到改变粘性液体剪切力来改变传递力矩。当调整离合片的间隙时，传递力矩和输出转速可随之变化3。典型的液粘性离合器是差动式轮系液粘调速装置CST（Controlled Start Transmission)。CST是由美国DODGE公司研制开发的一种新型机电一体化产品，它由多级齿轮减速机、湿式线形离合器、液压系统及控制系统组成，是一种以离合器为核心元件的传动系统。其工作原理是：把系统要求的输出加速度设置在电液控制器内，当接收到电动机的起动信号后，电动机空载起动，达到额定速度后，液压控制器开始对离合器系统增加液体压力，随着离合器开始起作用，输出力矩逐渐驱动负载。当收到停车信号时，液压控制器开始对离合器系统减少液体压力，通过调整液体压力，输送机获得一个恒定的减速度而停车。CST具有以下优点：改善系统的起动性能。实现电动机空载起动，利用其尖峰力矩作起动力矩，提高起动能力，缩短了电动机起动时间，而使输送带滞后于电动机缓慢起动，输送带受力平稳，可使所选择输送带的强度可降低30%左右；由于电动机的选择是基于运动条件而不是起动条件，从而使用CST时电动机的功率及尺寸可减小到最小；带式输送机起动平稳，可在较低的力矩及加速度状态下投入运行，消除输送带过大的张力；该系统可防止传递到带式输送机的功率和力矩超过安全限度，以保证带式输送机过载时不能运行，从而保护该系统的其他部件。CST装置的缺点是：驱动电动机空载起动，不可避免地会出现大的起动电流，严重时会引起电网电压的波动；提高的仅是机械的传动效率，对整个传动系统的总体效率贡献不大，并且运行中发热量极大；CST用油的质量要求非常高，液压及控制系统复杂，备件难以供应，维修困难。CST可控驱动装置已经有1000余套投入使用，在中国市场的应用较多，到目前已成功应用300余套。然而CST只有美国一家生产、价格高、投资大、经济性差，因此CST在美国用的也不多，中国以外的地区基本不用。（3）电动机加液力耦合器传动液力耦合器是利用液力来传递功率(力矩)的装置，采用液力耦合器传动可改善系统的起动性能，增大起动力矩，缩短电动机的起动时间。液力耦合器应用较多的是调速型液力耦合器。调速型液力耦合器主要由液力耦合器、电动执行器、稀油润滑装置与油箱等组成4。它的主要特点是在输入转速不变的情况下，通过导管或其他方式调节工作腔中的充油量以改变输出转速和力矩，而且其充油量的调节是在运行中进行的。采用调速型液力耦合器驱动的优点如下：实现电动机空载起动，改善系统的起动性能；起动时间随带式输送机主参数可以在一定范围内调节，并能实现满载起动；确保输送机起动加速度在0.1m/s20.3m/s2范围内，使输送带起动张力控制在允许范围内；具有过载保护作用。由于它隔离扭矩，减缓冲击，防止动力过载，保护电动机及带式输送机主要部件，不会因过载而损坏；多台电动机驱动时，易于实现各台电动机的功率平衡，其平衡精度为5%；结构简单，无机械磨损，能在环境恶劣条件下工作，使用寿命长，运行维护费用低，易于实现输送机自动控制；操作维护简单，工人易于掌握，备品备件方便。调速型液力耦合器最大特点是价格低廉，在一定程度上满足了带式输送机的软起动和软停车，但也存在一些问题：起动时调速型液力耦合器的机械效率为零，电动机空载起动。虽然可以采用转子串接电阻改善起动转矩或降压空载起动等方法，但电动机的起动电流仍然很大，不仅会引起电网电压的剧烈波动，还会造成电动机内部机械冲击和发热等现象。同时采用调速型液力耦合器软起输送机，如果起动时间过短，负载过大，容易引起输送带断裂和老化，因此要求输送带的强度高。加之液力耦合器长时间工作会使其内部油温升高、金属部件磨损、泄漏及效率波动等情况发生，不仅会加大维护难度和成本，污染环境，还会在多台电动机驱动时难以解决功率平衡和同步问题；另外体积比较大，需附加油液冷却装置，占地面积大。（4）交流电动机变频调速交流电动机变频调速通过改变定子的供电频率来改变电动机的同步转速来实现速度调节。具有调速范围宽、精度高等特点，易于实现起、制动速度曲线的自动跟踪，能够提供理想的可控起、制动性能，在多台电动机驱动时能有效地分配负荷，实现多台驱动电动机之间的功率平衡，对负载变化的响应快。可以控制输送机按照预先设定的“S”形速度曲线起动和制动，以满足整机动态稳定性及可靠性的要求。变频调速驱动还可以提供低速验带功能。随着变频技术的发展和成熟，它以优异的性能和简易的维护特性在煤炭行业获得了广泛的应用。带式输送机的软起动技术和功率平衡控制技术是当前带式输送机控制的关键部分。综合比较上述几种驱动方式对于带式输送机这两个关键问题的解决方式，效率最高的是CST装置和交流变频调速装置。调速型液力耦合器由于受启动力矩和控制精确性的限制，一般仅适用于中小型带式输送机系统。变频调速是通过改变定子的供电频率以改变电机的转速来实现可控驱动，精度高、调整范围广。变频启动可控性要优于CST，而且变频器驱动可以在任意速度下运行，克服了CST低速验带不利的缺点，节能效果明显，但电路系统较为复杂，且维修困难5。CST可控软启动传动装置以其优良的启动、停车、调速和功率平衡性能。是大型带式输送机上较理想的动力传输装置，实践证明：选用CST传动系统在保障设备安全可靠性能、提高运行经济效益、推进矿井技术进步等方面都具有非常现实的意义。1.2.2 矿用胶带运输机控制技术发展趋势目前对煤矿井下带式输送机的控制，大多数以开环控制策略为主，只是通过固定的程序控制起动、运行和停车，没有对控制过程进行优化。大多数起动控制为速度控制和转矩控制，空载和满载时没有什么不同，尽管功率和输送带的张力有很大的变化，以致使带式输送机的控制达不到较为满意的性能指标和精度要求。带式输送机控制系统技术发展趋势是引入基于工况反馈的闭环控制，进行智能动态控制系统的开发。采用传感器或其他方式采集输送机的实现参数，如：驱动装置、张紧装置、运量检测装置、综合保护装置等，反馈给控制器后，控制程序优化调节输送机的转速、电动机的转矩，控制输送机的起停、报警等，使整个输送机系统的安全性和可靠性将大大提高6。1.3 论文研究方法和结构安排毕业设计（论文）所采用的研究方法和手段：该课题主要为多电机驱动矿用胶带运输机控制系统硬件设计，通过对控制系统硬件的研究，查阅图书馆资料，到现场参观学习，参阅前人所做的研究理论和成果，熟悉掌握其工作原理和设计方法。 论文结构上分为五章，每章内容安排如下：第一章：绪论，首先叙述了选择该题的意义和背景（其中背景主要从安全，可靠，经济，自动化方面来说明），其次对国内外现状进行大概描述和对比。第二章：分析了白坪煤矿运输系统的工作原理并依此提出了本次胶带设计的控制要求，确定控制系统硬件总体方案。第三章：对多电机驱动矿用胶带运输机控制系统硬件做具体介绍并选型。第四章：测试，验证本次设计的胶带运输机主要性能。第五章：对本次设计做总体概述，展望。1.4 小结本章阐述了课题多电机驱动矿用胶带运输机控制系统硬件设计研究的背景和意义，了解矿用胶带运输机国内外研究的现状，并介绍了国内外煤矿用胶带运输机控制技术研究现状，最后陈述了论文的研究方法和结构安排。2 白坪煤矿运输系统工作原理分析及控制系统总体方案设计白坪矿主井胶带运输机为DTL120/60/4*450S带式输送机，主斜井带式输送机用于由井底煤仓向上输送原煤，输送机的输送倾角2027251950，输送机总长1375m。该输送机的主要参数为：带宽1200mm，运量600t/h，带速3.15m/s，装机功率4450kW/10kV。驱动装置位于输送机头部，采用功率配比为2：2的双滚筒四电机驱动，采用由美国罗克韦尔的750K CST可控软起动技术，实现强力胶带机软启动、软停止功能，从而有效的减少强力胶带机启动停止时对主电机、CST、强力胶带接头等设备的机械震动冲击，强力胶带机张紧方式采用自动液压控制装置技术。制动系统安装一套盘式制动闸和两台低速逆止器。图2-1 主矿井胶带运输机示意图郑煤集团所属白坪煤矿运输距离远、运量大，主井的带式输送机采用如图2-1所示的驱动系统。系统采用双滚筒拖动，每个滚筒由双电机驱动，共有4台电机共同出力驱动胶带机。2.1 白坪煤矿主井胶带输送机的主要结构（1）输送带输送带在带式输送机中，既是承载构件又是牵引构件，它不仅要有承载能力，还要有足够的强度。输送带由芯体和覆盖层构成，芯体承受拉力，覆盖层保护芯体不受损伤和腐蚀。芯体的材料有织物和钢丝绳两类。白坪矿主斜井为钢丝绳芯阻燃胶带。（2）托辊和支架托辊和支架的作用是支承胶带和胶带上所承载的物料，使胶带保持在一定垂度下平稳地运行。托辊沿输送机全长分布，数量很多，它的工作情况好坏直接影响输送机运行。托辊的制造质量主要表现为旋转阻力和使用寿命。托辊由中心轴、轴承和套筒三部分组成。重载侧胶带在三托辊槽形托辊上运行。外面的两个托辊设置成20或30槽角。合理选择槽角可使胶带上的物料横断面积增大。运输量也随之增大。托辊的间距，应保证胶带在托辊间的下垂度尽可能地小。胶带在托辊间的下垂度，一般不超过托辊间距的1。下托辊间距可取2.13m或取上托辊标准间距的2倍。支架可用钢板冲压而成，重型的要用槽钢制成，两侧支脚要有足够的刚度。（3）传动装置传动装置是将电动机的转矩传给胶带，使胶带连续运动的装置。它由电动机、传动滚筒、联轴器、减速器等组成。随着输送机运输能力的提高，运输距离的加长，电动机的功率在不断增加，多电动机传动也在逐渐增多。采用多电动机传动，可以减少传动装置的高度和宽度。传动滚筒是传递动力的主要部件，它有单滚筒和双滚筒之分。单滚筒传动具有传动系统简单、部件少的优点。但在井下，为了结构紧凑，增大包角，以适应井下的不利条件。常采用双滚筒传动。传动滚筒用钢板焊接或用钢铸成。其表面有光面、包胶和铸胶等三种。在功率不大，环境温度的情况下，采用光面滚筒；在功率大，环境潮湿的情况下，则采用胶面滚筒，以防止胶带在滚筒上打滑。（4）拉紧装置拉紧装置的作用是：保证胶带具有足够的张力，使滚筒和胶带产生必要的摩擦力，限制胶带在各支架间的垂度，使输送机正常工作。白坪矿主斜井运输机拉紧装置为液压自动拉紧,尾部拉紧，采用ZYL400型自控液压拉紧装置：拉力调节范围：1750kN，最大拉紧行程：9m。（5）清扫装置胶带输送机运转时，清扫胶带、滚筒和托辊上的脏物非常重要，因为脏物会引起胶带跑偏和运转部件严重磨损。通常在卸载滚筒的后面，设置刮板清扫胶带的脏污面，另一种方法是在卸载滚筒的底部装设回转刷进行清扫。2.2 胶带运输机工作原理主斜井强力胶带机采用强力胶带机通过人工控机配合输送机PLC控制柜，在胶带启动前对胶带的所有外接安全保护装置进行自检，同时监测高低压供电是否正常。系统自检正常后，进入待机状态，当发出启动指令后，由输送机PLC柜控制发出信号装置打点报警，同时控制制动液压站启动，盘型闸打开。盘型闸压力达到8.5MPa后，由输送机PLC柜向CST控制柜发出启动信号。CST控制柜接收到指令后，控制4台高压主电机启动、对应的冷却强力胶带机、冷却风扇全部启动，CST装置开始进行软启动状态，随着控制压力的增加，CST装置开始带动2个主驱滚筒转动，胶带开始运行，当胶带速度达到3.15m/s时，CST控制压力趋于衡压状态，胶带机平稳运行。主斜井强力胶带机核心部分是采用四台可控起动传输（CST）装置，它是用于大惯性负载平滑起动的多级减速齿轮装置，多用于煤矿和矿山中带式输送机的驱动。CST的主要结构包括减速齿轮箱、滑油冷却系统、液压系统和基于可编程控制器（PLC）的控制装置。主要目的是为在启动过程加速阶段降低张力作用对皮带机带来不利影响，通过控制起动上升曲线，可减小皮带机空载或满载起动时带来的瞬时尖峰张力，从而得到一个满意的动态结果。在一些超长的带式输送机应用中，通过在上升曲线中增加一段缓冲特性来提升起动性能。缓冲特性确保皮带机在起动初始阶段逐渐的张紧，皮带机各部分单元在正常加速之前处于低速低起动力矩的运行状态，这降低了皮带机的应力作用能够实现四台电机的功率平衡7。2.3 胶带运输机控制要求及控制系统硬件总体方案确定2.3.1 胶带运输机控制要求控制方案必须满足用户对于皮带运输系统的控制保护功能，并充分考虑其先进性、安全性、可靠性、使用维护的方便性进行设计。（1）控制功能丰富能在主站综合操作台上采用PLC集中控制全系统皮带机、给煤机等设备的开停及起动预警；电机采用CST控制系统，可以根据输送煤量大小，改变电机的运行速度和输出功率；能逆煤流方向联锁起动、顺煤流方向联锁停止；满足煤的分采、分贮、分运控制要求；可实现皮带机沿线起动预告、打点信号及通话联络等功能；检测保护功能齐全，能准确识别故障性质和位置；配置有皮带跑偏保护、速度检测、打滑和超速保护、沿线急停闭锁、堆煤检测、动力设备温度检测、驱动滚筒的表面温度检测、自动洒水灭火、烟雾检测、皮带纵向撕裂保护、电机电流和开关故障检测、皮带张紧力检测、连续煤仓煤位检测等检测保护装置8。（2）显示和操作界面友好通过编写PLC程序可以根据实际要求随时改变启动和停止胶带运输机；采用人机界面，可以动画、图形、汉字等方式直观显示工艺设备的运行状态、生产工况参数、设备故障状态等；具有菜单式操作界面，易于操作。用户可以根据现场情况屏蔽不需要的保护功能；可以集中显示胶带运输机及其关联设备的工作状态、故障类型、故障地点及料仓料位、皮带速度、驱动电机的电流等参数。（3）故障查询及诊断功能出现停机保护时，显示故障性质、地点，因而可快速定位故障，及时维修处理。（4）安装、调试、维护方便组网能力强，工业以太环网和现场总线方式，网络结构简明，便于扩展。（5）皮带上人自动停车保护82.3.2 胶带运输机控制系统硬件总体方案确定皮带运输机智能控制系统由控制装置、CST可控驱动装置、执行电动机等组成。中控制装置由可编程序控制器PLC、A/D及D/A转换模块等组成。煤矿井下皮带运输机系统多为双滚筒驱动或多滚筒驱动，每个驱动滚筒由两台电动机拖动9。控制器PLC可实现功率平衡、启动信号给定、速度控制与给定、与其他控制器通信、数据采集和集控等功能。PLC主要实现以下几个方面的功能：胶带机速度、电流、压力和温度等信号的监视；液压电机、主电机以及比例节流阀、比例流量阀的控制；人机对话，实现电机速度、运行平衡以及压力、温度的控制。根据白坪煤矿多电机驱动带式输送机控制系统的要求，本文构建了由PLC组成的电气控制系统如图2-2所示。图2-2 胶带运输机控制系统框图2.4 系统工作原理井下皮带运输监控分站作为带式输送机的急停、跑偏、堆煤、撕裂、温度、位移、烟雾等综合保护及多台皮带系统间实现集中控制和打点通讯，同时皮带运输监控分站将皮带机的信息上传到地面中心站由皮带运输监控软件显示、记录皮带运输系统的信息，很方便的了解现场皮带运输状况及出现的故障，以便及时通知有关部门进行处理，无论是在控制现场还是在办公室内，都可以进行交互式的操作，让操作者和管理人员作出快捷有效的决策，实现井下皮带机的监控管理，减少了解现场的时间，提高了生产效率。皮带运输机集中控制系统由集中控制总站和若干监控分站组成6。控制主站是整个控制系统的核心，配有操作面板和显示屏，可对各台运输机的运行参数进行设置，对运行状态进行显示。同时主站配有通讯接口，可与总调度室通信。分站安装在各皮带运输机控制箱附近，通过通信线与主站相连。每台分站可单独设定地址号，作为通信时的目标地址，分站只与主站进行通信。分站实时采集物流传感器的输出信号（物流传感器的触杆的高度可根据实际情况进行调整），当有煤流出现时，分站向主站发送煤流到达信息。分站可接收主站下达的启动车命令，向现有的运输机控制箱送出相应的控制信号，完成启动车操作。2.4.1 监控主站系统主站由工业控制计算机、不间断电源及相应的系统软件、集控软件及组态软件组成。在系统主站上，操作人员可以实时了解各皮带机的工作状态、故障性质、故障地点、煤仓煤位、皮带机速度等各种重要参数和信息，并能在主站上远控皮带机、给煤机等设备的开停，便于指挥和控制运输系统高效运行。系统主站通过传输接口依次巡检各监控分站，接收分站采集的各种信息，并负责多台相关设备之间的联锁控制，接收键盘指令，发出远控命令。在主、从站上可图形显示各分站皮带机的运行状况，操作简单、显示直观。主站具备OPC接口方便与全矿井综合自动化平台相连，实现信息共享，使矿各级管理人员能够非常方便的在网页上进行皮带运输系统的信息浏览。2.4.2 监控分站在皮带机机头设置一个监控分站，各分站除实现单条皮带机（设备）的正常开/停、急停等控制功能外，还可以接受主站的远控命令，同时具备完善的保护和信号联络功能。2.5 小结本章介绍了郑煤集团白坪煤矿主井胶带运输控制系统的主要结构和工作原理，并对其控制系统的主要硬件及其功能进行了简单的介绍分析，最后依此提出了本次胶带设计的控制要求，确定控制系统硬件总体方案。3 多电机驱动矿用胶带运输机控制系统硬件设计3.1 电机控制回路的设计本系统使用的是山西防爆电机集团有限公司生产的三相异步电动机，型号为Y160M2-2，额定功率15kW额定转速2930r/pm。两台电机分别连接两个驱动滚筒，安装在第二章图2-1驱动滚筒一端。（1）电机主电路两台三相异步电机分别连接到三相电源上，在接线上有两个启动开关QF1和QF2，两个停止开关RJ1和RJ2，两个中间继电器KM1和KM2，具体的接线图如图3-1所示。图3-1 电机主电路接线图（2）控制箱回路将主电路上的启动开关和停止开关分别跟皮带控制箱上的启动按钮和停止按钮相连接，可以实现在控制箱的控制面板上对皮带的启动和停止进行控制，实现远程操作。具体内部接线图如图3-2所示。图3-2 控制回路接线图（3）控制面板按钮控制箱面板装有控制按钮和指示灯全线启停按钮、1号电机启停、2号电机启停、故障复位按钮、蜂鸣器和故障指示灯。如图3-3所示。图3-3 控制箱面板图3.2 PLC的选取及其各模块的选择与接线3.2.1 PLC的选型及模块选择（1）PLC的选型和介绍本系统选择了西门子S7-200系列PLC。它是西门子公司S7系列PLC中的重要产品，是西门子全集成自动化（TIA）的核心组成部分，凭借其强大的可靠的稳定性、运算处理能力、强大的控制能力和灵活的通信扩展能力，已成为全球市场使用率最高的PLC产品，在我国也有广泛的应用，西门子公司推出了具有中国特点的S7-200CNPLC系列（与S7-200PLC相同）。SIMATIC S7-200系列PLC采用模块化设计，属于紧凑型可编程控制器，控制系统的硬件有CPU模块、各种扩展模块和附加模块组成，它具有极高的性价比，其控制系统的构成如图3-4所示。使用时，选择适合的CPU型号、扩展模块和附加硬件组成满足需要的系统，其应用领域极为广泛，覆盖所有与自动化控制和自动检测有关的工业领域10。图3-4 S7-200PLC控制系统构成行程结构紧凑，安装方便SIMATIC S7-200PLC的结构紧凑牢固，拆线和接线方便，有连接器和接线端子排等接线配件，其标准安装孔和标准DIN导轨方便在机柜上水平或垂直安装。指令丰富，功能强大指令包括定时器、通信指令、时钟指令、位逻辑指令、字符串指令和复杂数学运算指令等。除指令丰富外，S7-200PLC的功能也很强大，包括丰富的内置集成功能、丰富的扩展模块和强劲的通信能力等。因此，它能够监视不同的输入状态和输出状态，实现系统的复杂控制。质量稳定，安全可靠S7-200CPU系列符合VD和CSA等国标标准，它具有易于掌握，可靠性高、操作便捷、质量稳定可靠和数据安全性好等优点，在内部EEPROM存储预设值和用户程序，在一个较长时间段内（如200h），所有中间数据可以存储在一个超级电容器内，如果选配电池模块可以确保停电后中间数据可以保存多达200天。4）编程软件易学好用STEP7-Micro/WIN编程软件为用户提供了系统开发、程序编辑和实时监控的良好编程环境。全中文界面、丰富的编程向导、Windows的界面风格和中文的在线帮忙信息，能使用户快速进入编程环境11。（2）CPU型号的确定CPU的选型主要根据系统所需要的I/O点数，本系统的输入点如表3-1所示。表3-1 传感器的类型序号传感器名称信号类型数量1拉绳开关触点输入22跑偏开关触点输入23堆煤开关触点输入14撕裂传感器触点输入15温度传感器模拟量输入16速度传感器模拟量输入17烟雾传感器模拟量输入1皮带有数字量输入点数6个，模拟量输入点3个，考虑控制系统的综合要求，本系统采用的CPU模块为CPU-224XP，它集成了2个输入，1个输出共3个模拟量输入输出点；14个输入，10个输出共24个数字量输入输出点，最多可连接7个扩展模块。具体参数如表3-2所示。表3-2 CPU的技术参数分类项目名称参数物理特性尺寸（WHD）140mm80mm62mm重量390g功耗8WI/O特性本机数字量输入14输入本机数字量输出10输出本机模拟输入2输入本机模拟输出1输出数字I/O映象区256（128输入/128输出）模拟I/O映象区64（32输入/32输出）允许最大扩展I/O模块7个模块允许最大的只能模块7个模块常规特性定时器总数256个计数器总数256（由超级电容或电池备份）集成的通信功能接口2个RS-485接口最大站点数每段32个站，每网络126个站电源特性输入电压20.4至28.8VDC输入电流120mA（仅CPU，24VDC）900mA（最大负载，24VDC）冲击电流12A，28.8VDC时（3）本系统选用的数字量输入扩展模块是西门子公司的EM221系列，具体参数如表3-3所示。表3-3 扩展模块的技术参数分类项目名称参数物理特性尺寸（WHD）71.2mm80mm62mm重量160g功耗3W+5VDC消耗电流30mA输入特性输入点数8AC 120/230V续表3-3类型IEC Type I额定电压120VAC，6Ma/230VAC，9mA电压范围76至264VAC（47至63HZ）隔离组4点输入延迟最大延迟4.5ms浪涌-电压逻辑“1”（最小）79VAC或2.5mA最小逻辑“0”（最大）20V AC或1mA AC最大输入延时15ms漏电流1mA AC（最大）隔离（现场与逻辑之间）有光电隔离1500V AC，1分钟隔离组数1组，单独隔离可同时为on的输入点数所有点（低于55）电缆长度屏蔽500m非屏蔽300m（4）通信模块CP243-1它是S7-200系列PLC的通信模块，它主要用于自动化系统中运行。它可用于将PLC连接到工业以太网（IE）中。该通信模块有助于PLC通过因特网进行通讯，因此，可以使用STEP7对PLC进行编程、诊断和远程组态。而且，一台PLC还可以通过工业以太网与其他系列的PLC控制器进行通讯。3.2.2 PLC的I/O地址分配PLC的I/O地址分配是一张非常重要的工作，一般在在编写系统控制说明书时就根据控制要求对PLC进行I/O点数的估算，之后才能根据需要的型号进行设备的购买。I/O地址分配的只要作用是确定PLC的I/O模块上的具体接线位置和各个I/O设备多能实现的具体功能，以便使每个设备对应唯一的PLC程序地址，避免发生冲突。对PLC的I/O地址分配应按一定的规则进行，尽量将功能相似的I/O设备的地址编写在一起，这样会是程序和读程序更加简单，也便于以后的管理12。PLC的I/O地址具体分配包括：AI（模拟量输入）、AO（模拟量输出）、DI（数字量输入）和DO（数字量输出）。如表3-4所示。表3-4 PLC的I/O地址分配表序号名称地址注释1故障复位M12.02速度信号I0.1显示速度值31号电机启动信号I0.0KM142号电机启动信号I0.2KM251号电机就地启动信号I0.3启动时延时蜂鸣器响T3961号电机就地停止信号I0.4就地停止72号电机就地启动信号I0.5启动时延时蜂鸣器响T4082号电机就地停止信号I0.6就地停止9皮带拉线开关I0.7101号CST启动信号I1.0112号CST启动信号I1.1121号CST停止信号I1.2132号CST停止信号I1.314撕裂故障信号I1.415左跑偏故障信号I2.016右跑偏故障信号I2.117堆煤故障信号I2.218烟雾故障信号I2.319温度故障信号I2.420故障复位按钮I2.521全线自动启动I2.622全线自动停止I2.7231号电机启动Q0.0XJ1242号电机启动Q0.1XJ2251号电机停止Q0.2XJ3，自锁续表3-4262号电机停止Q0.3XJ427蜂鸣器Q0.4281号CST启动Q0.5XJ5292号CST启动Q0.6XJ6301号CST停止Q0.7XJ7，自锁312号CST停止Q1.0XJ832故障指示灯Q1.133温度AIW0温度的模拟量输入341号电机手动启动信号M0.0352号电机手动启动信号M0.1361号电机自动启动M4.0上位机371号电机自动停止M4.4上位机1号停止信号382号电机自动启动M4.1上位机启动信号392号电机自动停止M4.5上位机2号停止信号40全线自动启动M4.241全线自动停止M4.3上位机-全线停止42喷水Q0.643故障控制M11.2复位故障用的3.2.3 PLC的模块布置和接线本系统的PLC接线图如图3-5所示。图3-5 PLC的接线图3.3 传感器的选择传感器（transducer）是能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件和装置。随着现代科学技术的迅猛发展，非电物理量的测试与控制技术已越来越广泛地应用于各个领域。传感器时实现测试与自动控制（包括遥测、遥控、遥感）的首要环节，如果没有传感器对原始信息进行准确可靠的捕获和转换，一切准确的测试和控制将无法实现。当前世界范围内的信息革命正在猛烈冲击各个领域，信息革命的两大重要支柱是信息的采集和处理，信息的采集和转换主要依靠各类传感器，信息的处理则主要依赖于各类计算机。传感器在现代科学技术中的重要作用已成为人们充分认识。因此，国内外对传感器的研究和发展越来越重视，传感器已成为各个工业领域不可缺少的重要工具，传感器技术已发展成为一种专门的技术学科13。皮带机控制系统传感器布置如图3-6所示图3-6 皮带机控制系统传感器布置图3.3.1 传感器的选择原则现代传感器在原理与机构上千差万别，如何根据具体的测量目的、测量对象以及测量环境合理地选用传感器，是在进行某个量的测量时首先要解决的问题。当传感器确定之后，与之相配套的测量和测量设备也就可以确定了。测量结果的成败，在很大程度上取决于传感器的选用是否合理13。（1）根据测量对象与测量环境确定传感器的类型要进行一个具体的测量工作，首先要考虑采用何种原理的传感器，这需要分析多方面的因素之后才能确定。以为，即使是测量同一物理量，也有多重原理的传感器可供选用，哪一种原理的传感器更为合适，则需要根据被测量的特点和传感器的使用条件考虑一下一些具体问题：量程大小；被测位置对传感器体积的要求；测量方式为接触式还是非接触式；信号的引出方法，有线或是非接触测量；传感器的来量，是国产还是进口，价格能否承受，还是自行研制。在考虑上述问题之后就能确定选用何种类型的传感器，然后再考虑传感器的具体性能指标。（2）传感器的灵敏度选择通常，在传感器的线性范围内，希望传感器的灵敏度越高越好。因为只有灵敏度高时，与被测量变化对应的输出信号值才比较大，有利于信号处理。但要注意的是，传感器的灵敏度高，与被测量无关的外界噪声也容易混入，也会被放大系统放大，英雄测量精度。因此，要求传感器本身应具有较高的信噪比，尽量减少从外界引入的干扰信号。传感器的灵敏度是有方向性的。当被测量的是单向量，而且对其方向性要求较高时，应该选择方向灵敏度小的传感器。当被测量时多维向量，则要求传感器的交叉灵敏度越小越好。（3）传感器的频率响应特性传感器的频率响应特性决定了被测量的频率范围，必须在允许频率范围内保持不失真测量条件，实际上传感器的响应总是有一定延迟，希望延迟时间越短越好。传感器的频率相应高，可测的信号频率范围就宽，而由于受到结构特性的影响，机械系统的惯性较大，因有频率低的传感器可测信号的频率较低。在动量测量中，应根据信号的特点（稳态、瞬态、随机等）响应特性，以免产生过火的误差。（4）传感器的线性范围传感器的线性范围是指输出与输入成正比的范围。以理论上讲，在此范围内，灵敏度保持定值。传感器的线性范围越宽，则其量程越大，并且能保证一定的测量精度。在选择传感器时，当传感器的种类确定以后首先要看其量程是否满足要求。但实际上，任何传感器都不能保证绝对的线性，其线性度也是相对的。当所要求测量精度比较低时，在一定范围内，可将非线性误差较小的传感器近似看做线性的，这会给测量带来极大的方便。（5）传感器的稳定性传感器使用一段时间后，其性能保持不变化的能力称为稳定性。影响传感器长期稳定性的因素除传感器本身结构外，主要是传感器的使用环境。因此，要使传感器具有良好的稳定性，传感器必须要有较强的环境适应能力。在选择传感器之前，应对其使用环境进行调查，并根据具体的使用环境选择合适的传感器，或采取适当的措施，减小环境的影响。传感器的稳定性有定量指标，在超过使用期后，在使用前应重新进行标定，以确定传感器的性能是否发生变化。在某些要求传感器能长期使用而又不能轻易更换或标定的场合，所选用的传感器稳定性要求更严格，要能够经受住长时间的考验。（6）传感器的精度精度是传感器的一个重要的性能指针，它是关系到整个测量系统测量精度的一个重要环节。传感器的精度越高，其价格越昂贵，因此，传感器的精度只要满足整个测量系统的精度要求就可以，不必选得过高。这样就可以在满足同一测量目的的诸多传感器中选择比较便宜个简单的传感器14。如果测量目的的是定性分析的，选用重复精度高的传感器即可，不宜选用绝对量值精度高的；如果是为了定量分析，必须获得精确的测量值，就需选用精度等级能满足要求的传感器。3.3.2 急停开关选择（1）急停开关的工作原理急停开关是煤矿皮带运输机自动控制系统中使用最多的设备之一，急停开关通常安装输送机的两侧，用于设备的紧急停机，以保护人员或设备的安全。急停开关的钢丝绳一段固定在一个固定的拉线螺栓上，另一段固定在开关臂上，钢丝绳每三米用一个用有孔螺栓支撑，当外力促使开关臂杆转动到报警位置时，触动卫东开关并锁定，直到人工复位。其作用是当工作人员在胶带沿线发现故障或故障隐患时，可拉动与急停开关相连的钢丝绳，强迫皮带停机的一种设备，以防止发生较大的事故。（2）急停开关的选型本系统使用的急停开关是上海东升仪表有限公司的SPS-2D，技术规格如表3-5所示：表3-5 急停开关的技术参数项目名称参数开关触点容量SPDT，10A/500V法向报警角度20外壳防护等级IP65外形尺寸190（L）178（W）167（H） 单位：mm作用力57kg开关间最大距离48m（水平），36m（倾斜）重量3.8kg3.3.3 跑偏开关选择（1）行程开关的工作原理行程开关是一种常用的小电流主令装置。它是借助运动机械部件的碰撞使其触头发生动作而实现控制电路接通或分断的一种装置。通常，此类开关被用来限制机械运动的行程和位置，使机械装置按一定行程和位置实现变速运动、自动停止、反向运动或自动往返运动等。电气控制系统中，行程开关主要实现机械设备的行程控制和限位保护，它的作用是实现行程控制、顺序控制和位置控制。在实际生产中，将行程开关安装在设定的位置，当运动机械上的某一部分撞击到行程开关时，行程开关的触点发生动作，实现控制电路的接通或分断。因此，行程开关是一种根据机械运动的位置而实现电路切换的装置。（2）行程开关的选型本系统采用的是上海东升仪表有限公司的LXW5-11G1系列的行程开关。该系列适用于交流380V（50HZ）或直流24V以下的控制电路或辅助电路中（使用类别AC-15，DS-13），作控制行程、信号传递或锁链之用。行程开关开关正常工作及安装条件如表3-6所示：表3-6 行程开关的技术参数项目名称参数环境温度-540相对湿度090大气压力80110KPa触点方式1SPDT单刀双掷负载电流AC380V 5A；DC24 5A电气寿命10万次动作力75100N第一级动作角度XLPP-：12，XLPP-：10，XLPP-：20第二级动作角度XLPP-：30，XLPP-：45，XLPP-：35极限角度75复位方式自动复位防护等级IP653.3.4 堆煤开关选择（1）堆煤的原因和危害皮带输送机在矿井下工作时，由于工作条件恶劣、时停时开等原因，在前一步设备停止运行时，如果工作人员稍不注意，在皮带输送机的机头就会堆满煤块，皮带堆煤使传动滚筒空转、皮带打滑，皮带启动不起来。堆煤对于皮带运输系统的危害很大，皮带在多次堆煤会出现皮带跑偏，皮带表面面磨损严重等问题，大大降低了皮带的使用寿命，影响了皮带运输系统的稳定性，如果堆煤故障不及时的解除，轻则设备停运影响生产，重则造成烧电机、断带和翻机头等设备事故，甚至造成