高炉运矿皮带拣铁装置控制系统设计.doc

毕业设计说明书GRADUATE DESIGN设计题目：高炉运矿皮带拣铁装置控制系统设计 摘 要毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日期： 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： 学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日注 意 事 项1.设计（论文）的内容包括：1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）2）原创性声明3）中文摘要（300字左右）、关键词4）外文摘要、关键词 5）目次页（附件不统一编入）6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论7）参考文献8）致谢9）附录（对论文支持必要时）2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。3.附件包括：任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。4.文字、图表要求：1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印4）图表应绘制于无格子的页面上5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档5.装订顺序1）设计（论文）2）附件：按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订3）其它摘 要 文章介绍了一种以西门子PLC为软件基础设计的高炉运矿拣铁装置控制系统。PLC在工业自动化控制领域越来越受到重视，它的应用提高了机械装置控制系统的自动化水平和可靠性。高炉运矿皮带拣铁装置控制系统的硬件部分主要包括：金属探测器、行走小车机构、电磁吸盘、整流变压器、分离平台、除铁漏斗和金属机构支架。这套拣铁系统适用于拣出弱磁性物料中的铁件，在高炉运矿中应用，防止铁件撕裂皮带或造成设备的损坏，本装置的使用，能可靠的保护运输机，破碎机，研磨机等机械的设备的正常的运转。当金属探测器检测到有铁信号时，PLC接收来铁信号，PLC通过不同电压来控制电磁吸盘的强磁，保磁、弱磁、去磁四种状态。通过限位开关对小车的位置监测，从而将废铁从皮带上检出。本课题完成了高炉运矿皮带拣铁装置控制系统的硬件和软件部分的设计,模拟实现了PLC对高炉运矿皮带拣铁装置的自动控制。关键词 高炉运矿拣铁；PLC；金属探测器；电磁吸盘-VII- 目录AbstractThis paper introduces a kind of based on Siemens PLC for the software design of the blast furnace iron ore pick device control system.With more attention paid to the PLC in the field of industrial automation control, its application improves the automation level and reliability of the mechanical device control system.Pick iron blast furnace ore belt device control system hardware mainly includes: metal detectors, walk the car body, magnetic chuck, rectifier transformer, separation platform, in addition to iron funnel and institutions metal stents.The jian iron system applicable to pick out the weak magnetic material of iron, used in blast furnace ore, prevent iron torn belt or causes the damage of equipment, the use of this device, can protect the conveyor, crusher, grinding machine and other mechanical equipment normal operation.When the metal detector to detect iron signal,The PLC receives signals of iron PLC control through the different voltage magnetic chuck strong magnetic, magnetic, weak magnetism, demagnetization four state.Through monitoring of limit switch on the position of the car, which from the scrap iron on the belt will be checked out.This topic finished pick iron blast furnace ore belt device part of the design of hardware and software of the control system.Implement the PLC for the blast furnace pick iron ore belt device automatic control.Keywords the mineral stone pick iron equips;PLC;a metal detector; magnetic chuck; 目录目 录摘 要IAbstractII第1章 绪论11.1高炉运矿皮带拣铁工艺简介11.2高炉运矿皮带拣铁装置的概况21.3本课题的背景与意义41.4 本课题的方案与设计原则61.5本章小结7第2章 控制系统整体方案设计82.1控制系统的组成82.2 控制工艺流程描述82.2.1控制工艺流程的特点82.2.2 矿石拣铁工艺流程92.3 吸铁时间的计算122.4本章小结12第3章 控制系统硬件部分的设计133.1 控制系统介绍133.2 拣铁装置硬件部分设计133.2.1 金属探测器选型133.2.2 电磁除铁器选型153.2.3 小车行走机构选型163.2.4 整流变压器选型183.2.5 位置监测元件选型193.2.6供电电缆选型203.2.7 PLC选型213.3 本章小结22第4章 控制系统设计254.1 控制系统硬件部分254.1.1 PLC的工作方式254.1.2 PLC的工作过程254.1.3 S7300PLC的CPU分类254.1.4 扩展模块264.2 控制系统的软件部分294.3 本章小结30结 论31参考文献32谢 辞34附 录35第1章 绪论第1章 绪论1.1高炉运矿皮带拣铁工艺简介在现代工业中高炉运矿皮带拣铁工艺是一个相对复杂的工作流程，根据不同的需求高炉拣铁系统需要能够对高炉原料按不同种类根据不同特性进行分类，分拣出铁。随着现在高炉加工过程的精细程度越来越高对铁矿选料系统的区分精度也变得更高，然而由于高炉原料在生产过程中往往伴随着多个不同种类的原料同时产生，这使得高炉选铁过程中如何有效地对不同种类的高炉原料进行区分成为一个有待解决的难题。另一方面当前高炉拣铁系统在实践应用过程中往往需要针对高炉原料的不同特点及时调整高炉拣铁机械装置的工作方式和工作步骤，传统的拣铁过程中，对高炉拣铁机械装置的调整和控制往往是采用人工的方式进行控制，这种控制方式所得到的控制精度取决于操作人员的经验和技术水平，容易导致高炉拣铁系统的产品质量不稳定，同时依靠人工的控制方式工作效率很低1。为了更好地提高高炉拣铁系统工作过程的自动化，提出了基于PLC的高炉运矿皮带拣铁控制系统。高炉运矿皮带拣铁工艺是以金属探测器为传感器为主要检测元件，以电磁吸盘和行走小车为主要执行机构，以PLC为主要控制手段的机电一体化设备。它主要适用于拣除弱磁性物质中的铁件，防止铁件进入下一道设备造成设备损坏，撕裂皮带，铁件卡堵各闸门和高炉下料喉口，影响高炉下料正常生产的关键设备。它具有自动化程度高，可靠性好，动作迅速，反映灵敏，设备简单，调整方便等优点。近几十年来，随着我国高炉炼铁行业的飞速发展，生产工艺不断优化，设备装备水平不断的提高，自动化，机械化，智能化高科技产品日新月异，特别是可编程序控制器的出现更是电气控制领域的一次革命， 以体积小，重量轻，编程操作简单，易学易懂，修改程序方便，抗干扰能力强，可靠性灵活性强，工作稳定，可靠，适合工作在生产现场的诸多特点，而被应用到各个领域，因此，在高炉运矿皮带拣铁装置自动控制系统中，采用进行自动化的控制是非常的合适的，同时他为企业的生存的发展直接或间接的带来了巨大的经济效益。有效拣除运矿皮带的铁件，消除皮带被刮伤的危险。矿石拣铁装置虽然是一个辅助设备，但是它在生产中有着不可替代的的重要作用，它主要适用于检除弱磁性的物料中的铁件，防止铁件撕裂皮带或流到下一道设备里造成下道设备的损坏，本装置的使用，能可靠的保护运输机，破碎机，研磨机等机械的设备的正常的运转，高炉运矿皮带属于高炉上料系统中的关键的环节，该设备不但在生产中的位置重要而且费用也相当的可观，因此，该设备的安全，稳定长周期长寿命的运行，将会给企业的发展带来巨大的经济效益和社会效益。另外，运矿拣铁装置把住了铁件进炉的关口，同时也有效的保护了高炉上料主皮带的安全和避免各种铁件卡住炉顶设备的可能，为高炉生产创造了条件。例如：1999年5月18日， 高炉运矿皮带拣铁装置曾在一天之内拣出4块矿称斗内脱落的衬板，有效的保护了皮带，成功避免了高炉的休风事故。PLC 稳定可靠,控制功能灵活多样。我们在不增加检测器件并简化控制接线的前提下,采用PLC作为核心控制器,不仅实现了除铁过程的全自动控制,而且使该除铁装置实现了初步的智能化,实现了部分故障自诊断和主要部件的智能化保护。本装置控制系统采用的可编程序控制器PLC动作可靠，运行稳定，检测的环节由单匝铜线和屏蔽型的骨架，信号的处理电路等组成，抗干扰能力强，灵活度高，对铁磁材料尤为敏感，执行机构采用了直流电磁吸盘和减速行走小车组成，动作速度快，工作寿命长，有良好的机动性和制动效果，因此降低了操作人员劳动强度。运矿皮带装置在炼铁里应用比较广泛，特别是在炉顶无料钟的新型大高炉生产中更发挥着其独特的作用，在首钢2560立方米的高炉矿石拣铁中采用了西门子系列的PLC控制系统 ；邯郸钢铁集团炼铁厂高炉运矿拣铁装置应用了施耐德可编程序控制器 。由此可见，矿石拣铁装置自动化控制系统中有着广阔的发展空间，它的各种功能不断的完善和发展，工作效率不断的提高，使拣铁装置日趋成熟。因此拣铁装置自动控制的优劣，控制手段的好坏，直接影响着整个系统自动化程序及各项性能指标。如：系统的工作效率，系统的准确性，系统的可靠性，系统的灵敏程度等，虽然各个单位的矿石拣铁装置在设备上大同小异，只不过是采取的编程序方法不太一致而已。1.2高炉运矿皮带拣铁装置的概况1986年中国宝钢集团建成了我国第一座4000立方米高炉，该高炉从工艺上、设备技术水平上、管理模式上均是引进日本最先进的无料钟工艺和设备装备，一时曾成为国内同行业的榜样。随后国家又在七五发展计划中先后批准建设四座1260立方米高炉，它们是攀钢，唐钢，邯钢，宝钢。该四座高炉均是以宝钢4000立方米高炉为模型，由北京钢铁研究总院设计而成的。不但引进了新生产工艺而且设备技术装备水平，自动化程度也比较高。以唐钢炼铁北区1高炉为例，该高炉于1989年9月建成投产，采用日本U84PLC为高炉上料系统的控制核心，矿槽设备当中运矿皮带矿石拣铁装置也毫不例外的实现了自动化和机械化。这一点对于唐钢今后的发展产生了积极的推动作用。过去唐钢炼铁南区仅四座120立方米小高炉，运矿根本谈不上什么拣铁装置，仅有一台皮带式除铁器，效果也是非常差，然而当时四座小炉均采用料钟布料器，拣铁装置的性能好坏不会对生产构成威胁和不利影响，因此也没有被人重视。目前，随着科技的发展，运输皮带越来越宽（已达2400mm）、带速也越来越高（已达5.7m/s）、料层也越来越厚（已达500mm）、处理量也越来越大（已达7200t/h）、除杂要求也越来越高（除净率要求达98%以上），因而对除铁器提出了更高的要求。目前除铁器的发展方向主要由以下几个方面：1.高磁场、高梯度根据磁力是磁场强度与磁场梯度的乘积的原理，采用多种聚磁方法和应用更好的材料，使除铁器在额定悬挂高度中心的磁场强度已达到90、120、150mt，同时梯度也越来越大，所以磁力也越来越大。出现了超强磁除铁器，其磁力指数是常规除铁器的4倍多。2.精细除铁 由于原料在加工过程中难免混入一些细小铁件和设备磨损产生的细铁粉，有时还混入少量铁钛质矿物，而工业上对除杂要求越来越高，要除去这部分较细的铁杂质就必须提高除铁器的除铁能力，向精细方向发展。3.自动化控制 过去除铁器的控制系统多采用断电器-接触器逻辑控制，其可靠性、灵活性、可维护性、自检能力、安全保障能力及通信能力等都不高。现在除铁器的控制系统往往采用PLC进行控制，不仅提高了自身的可靠性，减少维护量，而且可以方便地与其它自动控制系统联网，在上位机的统一管理下，进一步提高整个系统乃至企业生产工序的自动化程度。PLC是一种数字式运算操作的电子系统，专门应用于工业环境下的生产现场，易与工业控制系统形成一个整体，监控能力强、易于扩展。目前控制要求越来越高，如采用以太网等，对PLC的配置也从简单化、小型化向复杂化、中性化发展。4.节能方面 电磁除铁器是靠电流产生磁场，在使用过程中消耗大量电能，而且其散热系统也需要消耗能量。虽然永磁除铁器不需要消耗电能，但是节能降耗就成了电磁除铁器的发展趋势。谭坤玲在分析了电磁除铁器的运行特点后，提出了一种技术方案，即当出现铁件时给激磁线圈加上100%的全额电压，当没有出现铁件，仅需保持已吸起的铁件不坠落阶段，加上10%左右的全额电压，使整个设备运行时基本处于冷态。这样既可解决线圈散热与密封之间的矛盾，也可大大提高出现铁件时的磁吸引力，降低生产厂家的钢材铁材消耗和综合成本，降低使用厂家的成本。5.开发大功率除铁器 除铁器除铁能力的判断原来往往以磁场强度来表征。李勇等人对除铁器的除铁能力进行了研究，认为影响除铁能力的因素除磁场强度外，更重要是除铁器的功率。因此，开发大功率除铁器以提高除铁能力，将是以后的发展方向。6.研制新型电磁除铁器电源电源是电磁除铁器的主要构件之一，其性能决定了除铁器的运行状态和性能。尽管利用二极管和可控硅制造的除铁器电源具有制造工艺简单、成本低等优点，但其交流谐波分量大、功率因数低、相间容易不平衡和不宜于实现智能控制。高学朋介绍了利用IGBT和MOSFET设计制造的新型除铁器电源。它具有功率因数高，易于控制，成本低，节能和易于与其它智能设备连接等优点。同时，在设计中充分利用了电磁除铁器的电感量大，直流电阻小的电感特性，省去了中间频变压器或滤波电感等一些常规电源必要的元器件，降低了成本，使之成为具有较强性价比的新型电磁除铁器电源。近年来国内外对除铁器研究较少，但是大部分行业对产品的除杂要求却越来越高，所以今后一段时间需要不断寻找新型材料，寻求新方法，研究新型除铁器，以提高除铁器的性能。同时，如何在现有条件下更好的利用除铁器，发展新工艺也是值得研究的方面。除铁器按磁力来源不同，分为电磁除铁器和永磁除铁器。电磁除铁器实质上是一种直流电磁铁，其励磁线圈在通电过程中产生强磁场，将非磁性物质中的铁件吸起。永磁除铁器是以髙矫顽力、高剩磁的稀土磁性材料钕铁硼和铁氧体组成磁源，以形成强力磁场，用于吸除铁磁性杂物，整机不通电，无能耗。1.3 本课题的背景与意义运矿皮带拣铁装置在高炉炼铁中有着非常重要的用途。矿石中含有铁块对破碎机械，尤其对破碎机的易损部件有很大的影响。若不及时除去，将严重影响破碎系统的正常运行，造成经济损失。研制皮带拣铁装置，是高炉运矿中急需解决的关键性技术问题。运矿皮带拣铁装置是一套综合的设备，在高炉炼铁中有着非常重要用途。PLC智能控制除铁设备在高炉炼铁系统中应用的意义目前随着我国高炉炼铁行业飞速的发展，运输皮带越来越宽、带速也越来越高、料层也越来越厚、处理量也越来越大、除杂要求也越来越高（除净率要求达95%以上），这就需要生产工艺不断优化，设备装备水平不断的提高，产品的自动化，机械化，智能化的程度要越来越高，此时可编程序控制器的出现更是电气控制的领域的一次革命。 PLC以体积小、重量轻、编程操作简单，易学易懂，修改程序方便、抗干扰能力强、可靠性、灵活性强、工作稳定、可靠，适合工作在生产现场的逐多特点，而被应用到各个的领域，因此在高炉运矿皮带拣铁装置自动控制系统中，采用PLC进行自动化的控制是非常的合适的，同时它为企业生存的发展直接或间接的带来了巨大的经济的效益，简述以下几个方面： 1.有效拣除运矿皮带的铁件，消除皮带被刮伤的危险。矿石拣铁虽然不时什么大设备，但是它在生产中却有着不可代替的作用，它主要适用于拣除弱磁性的物料中的铁件，防止铁件撕裂皮带或流到下一道设备里造成下道设备的损坏，本装置能可靠的保护运输机，破碎机，研磨机等机械设备的正常运转，高炉运矿皮带属于高炉上料的关键环节，该设备不但在生产中的位置重要，而且费用也相当可观，因此该设备的安全运行，将带来巨大的经济和社会效益。另外，运矿拣铁装置把住了铁件进炉的关口，为高炉生产创造了条件。2.控制系统的自动化，检测系统的智能化，执行系统的机械化，运行处理的快速化，提高了作业的效率。本装置控制系统的可编程控制器PLC动作可靠、运行稳定，检测的环节由单匝铜管线圈和屏蔽型骨架，信号的处理电路组成，抗干扰能力强，灵活度高，对铁磁材料尤为敏感，执行机构采用了直流电磁吸盘和减速行走小车组成，动作速度快，工作寿命长，有良好的机动性和制动效果，因此降低了操作人员的劳动强度. 由此可见，运矿拣铁装置控制系统在高炉炼铁中有着广阔的发展空间和巨大的作用，它的优劣直接影响着整个系统的自动化程序和各项性能质量指标。各种功能不断的完善和发展，工作效率不断的提高，使拣铁装置日益成熟。3.先进性。矿石拣铁装置以金属探测器为传感器作为主要检测元件，以电磁吸盘和行走小车为主要执行机构，以PLC为主要控制手段的机电一体化设备。它具有自动化程度高，可靠性好，动作迅速，反应灵敏，设备简单，调整方便的优点。4.在高磁场、高梯度方面，根据磁力时磁场强度与磁场梯度的乘积的原理，采用多种聚磁方法和应用更好的材料，使除铁器在额定悬挂高度中心的磁场强度已达到90、120，150mt，同时梯度也越来越大，所以磁力也越来越大。出现了超强磁除铁器，其磁力指数是常规除铁器的4倍多。 5.在节能方面，电磁除铁器是靠电流产生磁场，在使用过程中消耗大量电能，而且其散热系统也需要消耗能量。虽然永磁除铁器不需消耗电能，但是在某些行业电磁除铁器有不可替代的优势（如陶瓷厂），因此节能降耗就成了电磁除铁器的发展趋势。谭昆玲在分析了电磁除铁器的运行特点后，提出了一种技术方案，即当出现铁件时给激磁线圈加上100%的全额电压，当没有出现铁件时，仅需保持已吸起的铁件不坠落阶段，加上10%左右的全额电压，使整个设备运行时基本处于冷态。这样既可解决线圈散热与密封之间的矛盾，也可大大提高出现铁件时的磁吸能力，降低生产厂家的钢材消耗和综合成本，降低使用厂家的成本。 1.4 本课题的方案与设计原则运矿皮带拣铁装置是一套综合设备，它由金属探测器、传感控制器、电磁吸盘、分离平台、除铁漏斗、行走小车结构等部分组成。运矿皮带拣铁装置控制系统有全自动控制系统。当第一个金属探测器检测到有铁信号时，给PLC发送来铁信号，PLC通过不同电压来控制电磁磁盘的强磁、保磁、弱磁及去磁等情况，通过限位开关实现行走小车的位置控制，从而将废铁从皮带上拣出。当有漏拣情况时，第二个金属检测器会检测到有铁信号，第二台PLC控制装置启动，处理漏铁的情况。本次设计主要完成运矿皮带拣铁装置及其自动控制系统所要设计的功能，以及整个系统的控制工艺，进行整体方案设计。同时完成运矿皮带拣铁装置相关辅助设备，如小车、电磁盘的控制工艺设计，选择合适的可编程控制器PLC、金属探测器、传感器，完成其软件设计。本次设计的研究方法：在图书馆和网络上，查阅有关运矿皮带拣铁装置的学术论文和专利等文献资料，了解国内外运矿拣铁装置的新动向和发展水平，对设计提供设计思路；去现场参观拣铁装置的构造、各部分的运动规律、整个工艺流程，考察目前所采用的方法以及需要解决的问题；了解PLC市场情况，选择合适的控制器，阅读用户手册，了解硬件结构及性能，熟悉编程环境；编制PLC控制程序。在设计之前，必须要有一个指导原则。这次毕业设计的设计原则是：以任务书所要求的具体设计要求为根本设计目标，充分考虑矿石拣铁装置的工作环境和工艺流程的具体要求。在满足工艺要求的基础上，尽可能的使结构简练，尽可能采用标准化元件以降低成本，同时提高可靠性。本着科学经济和满足生产要求的设计原则，同时也考虑本次设计是毕业设计的特点，将大学期间所学的知识，如机械设计、机械原理、液压、气动、电气传动等知识尽可能多的综合运用到设计中，使得经过本次设计对大学阶段的知识得到巩固和强化，同时也考虑个人能力水平和时间的客观实际，充分发挥个人能动性，脚踏实地，实事求是的做好本次设计。1.5 本章小结 此章节主要分析了高炉运矿皮带拣铁装置系统在国内的应用现状，同时总结出皮带拣铁装置控制系统的特征，指出高炉运矿皮带拣铁装置控制系统存在的一些问题。了解本课题的背景与意义，同时给出课题的方案和设计原则。-23- 第2章 控制系统整体方案设计第2章 控制系统整体方案设计2.1控制系统的组成高炉运矿皮带拣铁装置是一套综合性设备，它的控制系统硬件部分由金属探测器、除铁器、行走小车、整流变压器、除铁漏斗、分离平台等主要部分组成，同时需要西门子PLC来实现软件部分，其中包括PLC的选型，数字量输入输出点的确定，程序梯形图的汇编。 2.2 控制工艺流程描述矿石拣铁装置采用的是全自动的转换控制自动拣铁的过程：没有铁的情况下，电磁铁小车停在皮带运输机上方，等待过铁信号的到来。当金属探测器1检测到过铁信号时，经过时间计算，PLC控制电磁铁通电，利用强磁力（350V）吸出混在皮带运输机上矿石中的含铁矿石及铁金属，电磁吸盘经过保磁（290V）一段时间，PLC给小车一个向分离台移动的信号，当小车移动到分离台的时，触碰到第一个限位开关，产生限位信号，此时PLC给电磁吸盘一个弱磁电压（100V），弱磁性的矿石掉落在分离台上，小车在分离台上方延时几秒钟，PLC再次控制小车移动到除铁漏斗，触碰到限位开关，产生限位信号，PLC给电磁吸盘负向电压（-100）去磁，电磁吸盘开始去磁，铁块被落到除铁斗中，经过延迟时间，小车开始向右回程移动，当小车行走到分离台时，触碰到限位开关时，产生限位信号，PLC 给电磁吸盘强磁信号，落在分离台上的弱磁性矿石被捡起，经过延迟时间，PLC发出行走信号，小车继续向右移动到皮带上方，碰到限位开关，产生限位信号，小车停止移动，PLC给电磁吸盘加反向电压产生去磁信号，矿石被放回到运输皮带上，经过延迟时间，电磁吸盘断电并停留在原先的位置。有的时候矿石太多，会出现漏捡的的情况，为了处理漏捡的现象，我们需要安装两个金属探测器，在第一个金属探测器的后面安装另外一个金属探测器，当第一个金属探测器出现漏捡现象时，第二个金属探测器会发挥作用，PLC会控制第二台除铁装置，行走小车的路线和除铁过程和第一个相同 。2.2.1控制工艺流程的特点PLC内部时间继电器精度为0.001秒，能够满足系统控制要求，能处理比较复杂的工艺流程，速度快、灵活性强、可靠性高、吸铁准确无误，而且故障率很低。2.2.2 矿石拣铁工艺流程 分离台2 除铁斗2 西门子PLC 分离台1金属探测器2 拣铁有铁信号 除铁斗1 拣铁西门子PLC 控制箱2 运矿皮带金属探测器1 控制箱1 矿槽出料漏铁信号图2.1 控制工艺流程图2.2.3数字量输入/输出点系统数字量输入点共有36个：启动按钮SB1、皮带运行停止按钮SB2、急停按钮SB3、有铁信号YT、1#金属探测器1常开触点KA1、1#小车左超极限开关SQ1、1#小车右超极限开关SQ2、1#分离台接近开关SQ3、1#除铁斗接近开关SQ4、1#皮带上方接近开关SQ5、1#小车过负荷KA2、1#电磁吸盘直流熔断FU1、1#整流变压器合闸按钮SB4、1#电磁吸盘回路合闸按SB5、1#小车回路合闸按钮SB6、漏铁信号LT、2#金属探测器常开触点KA3、2#小车左超极限开关SQ6、2#小车右超极限开关SQ7、2#分离台接近开关SQ8、2#除铁斗接近开关SQ9、2#皮带上方接近开关SQ10、2#整流变压器合闸按钮SB7、2#小车过负荷KA4、2#电磁吸盘直流熔断FU2、2#电磁吸盘回路合闸按钮SB8、2#小车回路合闸按钮SB9、 皮带急停按钮SB10、金属探测器急停按钮SB11、小车急停按钮SB12、电磁吸盘急停按钮SB13、整流变压器急停按钮SB14、金属探测器停止按钮SB15、小车停止按钮SB16、整流变压器停止按钮SB17、电磁吸盘停止按钮SB18。数字量输出点有31个：1#小车左移指令、1#小车右移指令、1#磁盘强磁指令350V、1#磁盘保磁指令290V、1#磁盘弱磁指令100V、1#磁盘去磁指令-100V、1#金属探测器合闸指令、1#小车左超限报警、1#小车右超限报警、检测到铁信号警示灯亮、1#小车运行前电笛报警、1#电磁吸盘回路合闸指令、1#整流变压器合闸指令、1#拣铁设备运行中警示灯、1#小车回路合闸指令、2#小车左移指令、2#小车右移指令、2#磁盘强磁指令350V、2#磁盘保磁指令290V、2#磁盘弱磁指令100V、2#磁盘去磁指令-100V、2#小车左超限报警、2#小车右超限报警、2#金属探测器合闸指令、2#电磁吸盘回路合闸指令、2#小车回路合闸指令、2#整流变压器合闸指令、 检测到漏铁警示灯、2#拣铁设备运行中警示灯亮、皮带运行中警示灯、皮带电机运行。表2-1 I/O表序号地址号描述序号地址号描述10.0启动按钮SB11Q0.01#小车左移指令20.1皮带运行停止按钮SB22Q0.11#小车右移指令30.2急停按钮SB33Q0.21#磁盘强磁指令350V40.3有铁信号YT4Q0.31#磁盘保磁指令290V50.41#金属探测器常开触点S15Q0.41#磁盘弱磁指令100V60.51#小车左超极限开关SQ16Q0.51#磁盘去磁指令-100V70.61#小车右超极限开关SQ27Q0.61#金属探测器合闸指令80.71#分离台接近开关SQ38Q0.71#小车左超限报警91.01#除铁斗接近开关SQ49Q1.01#小车右超限报警101.11#皮带上方接近开关SQ510Q1.1检测到铁信号警示灯亮111.21#小车过负荷QS111Q1.21#小车运行前电笛报警121.31#电磁吸盘直流熔断FU112Q1.31#电磁吸盘回路合闸指令131.41#整流变压器合闸按钮SB413Q1.41#整流变压器合闸指令141.51#电磁吸盘回路合闸按钮SB514Q1.51#拣铁设备运行中警示灯151.61#小车回路合闸按钮SB615Q1.61#小车回路合闸指令2#拣铁装置输入点2#铁装置输出点161.7漏铁信号LT16Q1.72#小车左移指令172.02#金属探测器常开触点S217Q2.02#小车右移指令182.12#小车左超极限开关SQ618Q2.12#磁盘强磁指令350V192.22#小车右超极限开关SQ719Q2.22#磁盘保磁指令290V202.32#分离台接近开关SQ820Q2.32#磁盘弱磁指令100V212.42#除铁斗接近开关SQ921Q2.42#磁盘去磁指令-100V222.5皮带上方接近开关SQ1022Q2.52#小车左超限报警232.62#整流变压器合闸按钮SQ1123Q2.62#小车右超限报警242.72#小车过负荷QS224Q2.72#金属探测器合闸指令253.02#电磁吸盘直流熔断FU225Q3.02#电磁吸盘回路合闸指令263.12#电磁吸盘回路合闸按钮SB726Q3.12#小车回路合闸指令273.22#小车回路合闸按钮SB827Q3.22#整流变压器合闸指令28I3.3皮带急停按钮SB928Q3.3 检测到漏铁警示灯29I3.4金属探测器急停按钮SB1029Q3.42#拣铁设备运行中警示灯亮30I3.5小车急停按钮SB1130Q3.5皮带运行中警示灯31I3.6电磁吸盘急停按钮SB1231Q3.6皮带电机运行32I3.7整流变压器急停按钮SB1333I4.0金属探测器停止按钮SB1434I4.1小车停止按钮SB1535I4.2整流变压器停止按钮SB1636I4.3电磁吸盘停止按钮SB172.3 吸铁时间的计算根据皮带带速2m/s，电磁吸盘的有效吸铁半径为0.6m拣铁探测器至电磁吸盘中心的距离为5.6m，接触器的动作时间为0.05s，继电器的动作时间为0.03s，有铁信号送至PLC，PLC控制吸铁的时间，PLC发出吸铁指令，其中需要经过一个继电器动作，使电磁吸盘距离矿料为0.3m。则：铁块从拣铁探测器到电磁吸盘所走的时间为：5.62=2.8s 铁块经过电磁吸盘有效半径的所用的时间为：0.62=0.3s 估算电磁吸盘的吸铁速度为6m/s 则：电磁吸盘的吸铁所用的时间为：0.36=0.05s 吸铁时间内皮带所走的惯性距离为：0.05 2=0.1m 皮带的惯性时间为：0.12=0.05s 吸铁时间：铁块从探测器到电磁吸盘所走的时间接触器动作时间 继电器动作时间惯性时间=2.80.050.030.05=2.67s 铁经过电磁吸盘有效吸铁半径所用的时间可作为吸铁时间的公差，经过时间为： 2.670.3s 2.4本章小结本章分别对控制工艺流程和吸铁时间进行了研究。控制工艺流程方面首先介绍和分析了控制工艺的过程描述，接着研究控制工艺流程的特点，最后按照要求给出控制工艺流程图；吸铁时间方面主要介绍了电磁吸盘通电的时间和吸铁过程的时间。 第3章 控制系统硬件部分的设计第3章 控制系统硬件部分的设计3.1 控制系统介绍矿石拣铁装置系统由悬挂式小车行走机构，电磁吸盘，电控柜构成。小车的行走机构由一台三相异步锥型转子电机驱动，实现电磁吸盘的行走功能。电磁吸盘的主要作用是通过给电磁吸盘加入不同的电压来实现拣铁，分离，御铁的功能。电控柜PLC自动控制的执行元件组合，用于实现小车磁盘的不同控制。继电器系统由三个部分组成，既输入部分，逻辑部分和输出部分。系统输入部分由所有行程开关、仪表触点、方式选择开关、控制按钮等组成。逻辑部分是指由各种继电器及其触电组成的实现一定逻辑功能的控制线路，输出部分包括电磁阀线圈，指示灯和接通各种负载的接触器线圈。在控制系统中使用PLC就是代替继电器控制系统中的逻辑线路部分。3.2 拣铁装置硬件部分设计3.2.1 金属探测器选型 1、金属探测器由传感器和控制器两部分组成，这里选用的是潍坊博思特磁电设备有限公司的 GJT-2F系列金属探测器。GJT-2F系列金属探测仪是目前国内探测领域的最新产品。在电路设计中采用了最新金属检测技术数字移相及相关检测技术，性能稳定，检测灵敏度高、抗干扰能力强，主要用于火力发电、水泥、造纸、矿山、林业、环保、建材等行业的皮带输送机中。 2、GJT-2F型金属探测仪工作原理：将220V交流电转换成直流电源，通过数字电路将高频电流供给传感器，形成高频磁场。当有金属通过传感器时，金属中产生涡流，通过放大电路将被放大的输出信号送回控制回路，产生控制信号，控制驱动电路输出，使本机报警指示输出、外界输出动作信号，从而达到利用金属进入传感器电磁场范围时所产生的微弱变化信号，通过工控数字电路对之进行分析处理并驱动执行机构动作，从而排出有害金属。 3、GJT-2F型金属探测仪特点： 灵敏度高度定量化；高灵敏设计可检测超大金属及声光报警。 检测范围：铁、铝、不锈钢，合金等金属； 定时功能：继电器吸合后延时释放，时间1-10秒； 控制输出：继电器，接点一对常开，一对常闭。 报警方式：声光，故障灯闪亮，蜂鸣器鸣响。 图3.1 GJT-2F型金属探测器实物图 表 3-1 金属探测器技术参数项目适应带宽 mm功率mm适应带速 m/s输入电压 V灵敏度mm重量 kg参数型号GJT-2F-8800 50 0.8- 2.522010% 50Hz 可检测磁性 金属球 15-50mm 160 皮带速度为：0.52.0米/秒。4、金属探测器的安装： （1）传感器的安装： 1）传感器安装于皮带机架上，皮带机架振幅应小于0.5mm，增幅超过 0.5mm时，传感器支架应单独安装。 2）传感器与控制箱之间最大距离15m。 （2）仪器箱的安装： 1）仪器箱有防尘功能，仪器箱尽量放置在室内少尘干燥处，不能有明显震动，离传感器的距离尽量靠近，传感器与仪器的连接电缆为5m，仪器箱为挂式机箱，安装孔的距离为180mm,用M8螺钉将仪器箱固定在墙面或是铁架上。 2）用信号电缆将仪器箱与传感器连接。将输出控制插头拧紧并连接可编程控制器PLC或电铃。将电源线接于220V（最好接照明电）。 图3.2 金属探测器安装的实况图3.2.2 电磁除铁器选型 1、电磁除铁器选型：经过选择我选用潍坊博思特磁电设备有限公司的RCDB-5型电磁除铁器 除铁器电源箱KGLA-30/500。RCDB系列干式电磁除铁器（亦称PDC系列盘式、RCDY系列）是一种用于清除粉状或块状非磁性物料中杂铁的除铁装置。其内部采用电工专用树脂浇注，自冷式全密封结构。具有透磁深度大、吸力强、防尘、防雨、耐腐蚀等特点，在极其恶劣的环境中仍能可靠运行。其主要性能指标均达到或高于JB/T7689-95标准要求，该产品可除去混杂在非磁性物料中0.1-25公斤的铁磁性物质。图3.3 电磁吸盘实物图 2、电磁吸盘基本原理：电磁铁工作时，电源及控制设备向电磁铁供给直流电，电磁铁内部产生强大磁场，通过壳体磁路和工作气隙对被吸物产生强大磁力而达到搬运物料的目的。3-2 RCDB-5型电磁吸盘技术参数表项目适应带宽 mm额定吊高h mm磁场强度mT物料厚度mm励磁功率kw适应带速m/s重量kg参数型号RCDB-8 800 250 702003.6 2.5950 注：可根据用户需要定制各种除铁设备，满足不同客户的使用要求和效果。 3、RCDB-5型电磁吸盘的主要特点： （1）采用全密封结构，防潮性能好。 （2）经计算机优化设计，结构合理，自重轻，吸力大，能耗低。 （3）励磁线圈经特殊工艺处理，提高了线圈的电气和机械能，绝缘材料耐热等级达到C级，吸盘整体绝缘达H级，使用寿命长。 （4）普通型电磁铁的额定通电持续率由过去的50%提高到60%，提高了电磁铁的使用效率。 （5）高温型电磁铁采用独特的隔热方式，其被吸物温度由过去的600提高到700，扩展了电磁铁的适应范围。安装、运行、维护简便。3.2.3 小车行走机构选型 1、行走小车 行走小车选用的是上海捷仕起重机械有限公司的MT100型小车。行走小车是一台ZDY121-4 1.5KW三相交流锥型转子电动机拖动，因此，它有很好的机动性能和制动性能。行走小车的马达系统采用工业级高效率鼠笼式感应马达，多出线式，有三款电压选择配置，漆包线耐热等级达180度，为长时间起重特别设计。行走小车的刹车系统独家使用马达部与齿轮部双刹车系统，采用高摩擦系数碟片式刹车来令，完全不需要调整，停电或故障立即煞车制动安全满分高使用寿命。行走小车的电控系统采用DV-24V低压控制，下雨使用绝无触电，安全稳定，配电盘使用大电流卡式PCB电路板及日系继电器，品质高，更换快速，高使用寿命。行走小车齿轮系统使用最佳效率之行星式减速齿轮。行星式齿轮组为两段式,第二段出力齿轮采用两个合金钢热处理之运转惰轮,力量分担。寿命为一般传动式四倍以上。齿轮箱为FCD-45C铸钢一体成型,韧度强,电脑CNC加工,精密度高噪音低。主体架构采用5mm高强度钢板支撑吊车架构。3-3 行走小车的技术参数表重量kg电压V 相数 速度（M/min） 动力（HP）50Hz60Hz 2000220380440 31822 0.5图3.4 行走小车图 3.5 小车电机电路图2、小车轨道小车轨道有两种轨道型号KB1和KB11轨道，轨道和轨道之间可连接，标准轨道长度为1m到8m。可订购特殊尺寸，根据实际皮带宽度和小车行走的长度来订购。3.2.4 整流变压器选型 1、整流变压器选择的是上海西鲁电气科技有限公司的 ZSG-200KVA三相整流变压器。变压器是各种电