毕业论文 基于PLC集中控制的多台胶带输送机系统 带高清大图.pdf

河河南南理理工工大大学学 毕业设计报告 基于基于 PLCPLC 集中控制的多台胶带输送机系统集中控制的多台胶带输送机系统的设计的设计 姓 名 学 号 专业班级 院 系 电气工程与自动化学院 指导老师 目录 摘要 1 Abstract 2 1 绪论 3 1 1 胶带输送机简介 3 1 2 胶带输送机国内外发展状况 3 1 3 PLC 简介 4 1 4 用 PLC 控制胶带输送机的优势 5 2 相关理论 6 2 1 PLC 基本组成及工作原理 6 2 1 1 PLC 的基本组成 6 2 1 2 PLC 的工作原理 8 2 2 组态王简介 10 2 3 煤上料设备概述 11 3 系统硬件 13 3 1 系统总体结构 13 3 2 相关电路与 I O 分配 14 3 2 1 现场 PLC1 4 的相关电路与 I O 分配 14 3 2 2 现场 PLC5 的相关电路与 I O 分配 18 3 23 中心 PLC 的 I O 分配 21 3 3 PLC 通讯 24 3 3 1 远程 I O 系统的基本部件和特点 24 3 3 2 RS 485 通信 26 3 4 PLC 输入输出模块 27 3 4 1 数字量输入输出模块 27 3 4 2 模拟量输入输出模块 31 3 5 胶带输送机保护装置的选择及其工作原理 33 3 5 1 打滑保护 33 3 5 2 跑偏保护 34 3 5 3 断带与逆转保护 36 3 5 4 纵向撕裂保护 37 3 5 5 过流保护 37 3 5 6 高压失压保护 38 3 5 7 皮带超速保护 40 3 5 8 皮带温度保护 41 3 5 9 电动机温度保护 41 3 5 10 防煤位堵塞保护 41 3 5 11 皮带机过载保护 42 3 5 12 机尾重锤限位保护 43 3 5 13 电动机降压启动 43 3 5 14 电动机反接制动 44 4 软件设计 45 4 1 主程序流程图 45 4 2 A D 转换中断子程序 46 4 3 故障检测处理子程序 46 5 调试与运行 48 5 1 系统总体框图 48 5 2 单台胶带运输机系统的运行 50 5 3 系统故障信号流程 51 5 3 1 三号断带 51 5 3 2 五号跑偏 52 6 结论 53 特别感谢 54 参考资料 55 河南理工大学毕业设计 论文 说明书 1 摘要 胶带输送机是一种摩擦驱动以连续方式运输物料的机械 应用它可以 将物料在一定的输送线上 从最初的供料点到最终的卸料点间形成一种物 料的输送流程 它既可以进行碎散物料的输送 也可以进行成件物品的输 送 除进行纯粹的物料输送外 还可以与各工业企业生产流程中的工艺过 程的要求相配合 形成有节奏的流水作业运输线 所以胶带输送机广泛应 用于现代化的各种工业企业中 在矿山的井下巷道 矿井地面运输系统 露天采矿场及选矿厂中 广泛应用胶带输送机 它用于水平运输或倾斜运 输 使用非常方便 PLC Programmable Logic Controller 可编程逻辑控制器 是一种能 直接应用于工业环境的数字电子装置 是以微处理器为基础 结合计算机 技术 自动控制技术和通信技术 用面向控制过程 面向用户的 自然语 言 编程的一种简单易懂 操作方便 可靠性高的新一代通用工业控制装 置 随着计算机和控制技术的飞速发展 厂矿采用上位机和 PLC 集中控制 已越来越普遍 技术也越来越先进 本文研究开发了一种基于 PLC 的煤矿 井上胶带机集中控制系统 适合于当前工业企业对自动化的需要 关键词 胶带输送机 PLC 集中控制 河南理工大学毕业设计 论文 说明书 2 Abstract Belt conveyor is a kind of friction drive with continuous of material mechanical modes of transport Applications it can be in a certain conveying materials online from the original material feeding point to a final unloading point is formed between a material conveying process It can for the broken material conveying also can undertake into items conveyor Besides pure conveying outside still can with various industrial enterprise production process process requirements forming a rhythmic combined the flow operation transit So belt conveyor is widely used in various modern industrial enterprise In mine underground mine laneway ground transportation system open mines and concentrator widely used in belt conveyor It is used for horizontal transportation or tilted transportation use very convenient PLC Programmable Logic Controller is a kind of can directly applied in industrial environments digital electronic device based on microprocessor combined with the computer technology automatic control technology and communication technology using the facing the control process user oriented natural language programming a simple and understandable convenient operation high reliability of a new generation of general industry control device Along with the computer and control technology rapid development minding adopts PC and PLC centralized control more and more general already technology is also more and more advanced This paper studied and developed a kind of coal based on PLC inoue tape machine centralized control system suitable for the current industrial enterprises to automation needs Keywords belt conveyor PLC Centralized control 河南理工大学毕业设计 论文 说明书 3 1 绪论 1 1 胶带输送机简介胶带输送机简介 胶带输送机是一种利用连续而具有挠性的输送带输送物料的输送机 输送带绕过若干滚筒后首尾相连形成环形 并由拉紧装置将其拉紧 输送 带及其上面的物料由沿输送机全长布置的托辊支承 驱动装置使传动滚筒 旋转 借助传动滚筒与输送带之间的摩擦力使输送带运动 它的输送能力大 500 1000m3 h 运输距离长 可达数千米 能耗 低 运转费低 结构简单 便于维护 对地形的适应能力强 它既能运输 各种块 粒 粉状等散状物料 又能运输单件质量不大的成件物品 是应 用最广 产量最高的一种输送机 胶带输送机适用于输送堆积密度小于 1 67 吨 立方米 易于掏取的粉 状 粒状 小块状的低磨琢性物料及袋装物料 如煤 碎石 砂 水泥 化肥 粮食等 被送物料温度小于 60 其机长及装配形式可根据用户要 求确定 传动可用电滚筒 也可用带驱动架的驱动装置 常用的胶带输送机可分为 普通帆布芯胶带输送机 钢绳芯高强度胶 带输机 全防爆下运胶带输送机 难燃型胶带输送机 双速双运胶带输送 机 可逆移动式胶带输送机 耐寒胶带输送机等等 1 2 胶带输送机国内外发展状况胶带输送机国内外发展状况 国外胶带输送机的发展很快 一方面是胶带输送机的功能多元化 应 用范围扩大化 如高倾角胶带输送机 管状胶带输送机 空间转弯胶带输 送机等各种机型 另一方面是胶带输送机本身的技术与装备有了巨大发 展 尤其是长距离 大运量 高带速等大型胶带输送机已经成为发展的主 要方向 其核心技术是开发应用了胶带输送机的动态分析与监控技术 提 高了胶带输送机的运行性能与可靠性 河南理工大学毕业设计 论文 说明书 4 国内生产的胶带输送机的品种 类型较多 在 八五 期间 通过国 家一条龙 日产万吨综采设备 项目的实施 胶带输送机的技术水平有了 较大提高 井下用大功率 长距离胶带输送机的关键技术研究和新产品开 发进步较大 如大倾角长距离胶带输送机成套设备 高产高效工作面顺槽 可伸缩胶带输送机等均填补了国内的空白 研制成功了多种软启动和制动 装置以及以 PLC 为核心的可编程电控装置 1 3 PLC 简介简介 PLC Programmable Logic Controller 可编程逻辑控制器 一种数字 运算操作的电子系统 专为在工业环境应用而设计的 它采用一类可编程 的存储器 用于其内部存储程序 执行逻辑运算 顺序控制 定时 计数 与算术操作等面向用户的指令 并通过数字或模拟式输入 输出控制各种类 型的机械或生产过程 是工业控制的核心部分 为适应工业环境使用 与一般控制装置相比较 PLC 机有以下特点 1 可靠性高 抗干扰能力强 系统亦可达 4 5 万小时甚至更长时间 2 通用性强 控制程序可变 使用方便 PLC 品种齐全的各种硬件装 置 可以组成能满足各种要求的控制系统 用户在硬件确定以后 在生产 工艺流程改变或生产设备更新的情况下 不必改变 PLC 的硬设备 只需改 编程序就可以满足要求 因此 PLC 在工厂自动化中被大量采用 3 功能强 适应面广 现代 PLC 不仅有逻辑运算 计时 计数 顺序 控制等功能 还具有数字和模拟量的输入输出 功率驱动 通信 人机对 话 自检 记录显示等功能 既可控制一台生产机械 一条生产线 又可 控制一个生产过程 4 编程简单 容易掌握 目前 大多数 PLC 仍采用继电控制形式的 梯 形图编程方式 既继承了传统控制线路的清晰直观 又考虑到大多数工 厂企业电气技术人员的读图习惯及编程水平 所以非常容易接受和掌握 5 减少了控制系统的设计及施工的工作量 由于 PLC 采用了软件来取 代继电器控制系统中大量的中间继电器 时间继电器 计数器等器件 控 河南理工大学毕业设计 论文 说明书 5 制柜的设计安装接线工作量大为减少 同时 PLC 的用户程序可以在实验 室模拟调试 更减少了现场的调试工作量 并且 由于 PLC 的低故障率及 很强的监视功能 模块化等等 使维修也极为方便 6 体积小 重量轻 功耗低 维护方便 PLC 是将微电子技术应用于 工业设备的产品 其结构紧凑 坚固 体积小 重量轻 功耗低 并且由 于 PLC 的强抗干扰能力 易于装入设备内部 是实现机电一体化的理想控 制设备 1 4 用用 PLC 控制胶带输送机的优势控制胶带输送机的优势 胶带输送机是煤矿生产中非常重要的运输设备 它能否安全高效的运 行 直接决定着矿井机电设备的开机率和产量 且各个皮带的配置差异较 大 同时用人工操作 操作人员劳动强度大 运行效率低 且易引起操作 失误 造成设备损坏 甚至人员伤亡 给国家造成重大损失 为此 实现 胶带输送机的集中控制意义重大 用 PLC 控制胶带输送机有诸多优势 减人增效 运输安全可靠 由于实现了集中控制 井下胶带运输机司 机全部撤离 只配备巡检工 节约大量岗位 工资与福利 解决了人工操 作存在的各类隐患 提高了开机率 减少了故障率 减少故障时间 提高开机率 由于系统具有完善的监视和控制功能 提高了运行的可靠性 减少故障停机时间 工人在地面控制井下胶带机 劳动环境和强度都得到改善 实现顺煤流开车和集中控制连锁 改造后按照顺煤流程序开车 将减 少皮带机空载运行时间 结合了自动化技术 计算机技术 通讯技术和监 控技术 具有操作简单 可靠性高 便于维护等优点 将锻炼和培养一批 高素质的技术人员 河南理工大学毕业设计 论文 说明书 6 2 相关理论 2 1 PLC 基本组成及工作原理基本组成及工作原理 2 1 1 PLC 的基本组成的基本组成 中央处理单元 CPU 图 2 1 PLC 的 CPU 作用 接收与存储用户由编程器键入的用户程序和数据 检查编程过 程中的语法错误 诊断电源及 PLC 内部的工作故障 用扫描方式工作 接 收来自现场的输入信号 并输入到输入映像寄存器和数据储存器中 在进 入运行方式后 从存储器中逐条读取并执行用户程序 完成用户程序所规 定的逻辑运算 算术运算及数据处理 根据运算结果 更新有关标志位的 状态 刷新输出映像寄存器的内容 再经输出部件实现输出控制 打印制 表或数据通信 硬件类型 1 通用处理器 8086 80286 80386 2 单片机芯片 8031 8096 3 位片式微处理器 AMD 2900 小型 PLC 多采用 8 位微处理器或单片机作为 CPU 河南理工大学毕业设计 论文 说明书 7 中型 PLC 多采用 16 位微处理器或单片机作为 CPU 大型 PLC 多采用高速位片式微处理器 存储器 RAM 存储各种暂存数据 中间结果 用户正调试的程序 ROM 存放监控程序和用户已调试好的程序 PLC 内存的大小常用 RAM 构成 为防止电源掉电使 RAM 中的信息丢失 常用锂电池做后备保护 输入 输出接口 采用光电隔离 实现了 PLC 的内部电路与外部电路的电气隔离 减小 了电磁干扰 输入接口作用 将按钮 行程开关或传感器等产生的信号 转换成数字信号送入主机 输出接口作用 将主机向外输出的信号转换成 可以驱动外部执行电路的信号 以便控制接触器线圈等电器通断电 另外 输出电路也使计算机与外部强电隔离 输出三种形式 继电器 低速大 功率 可控硅 高速大功率 晶体管 高速小功率 直流输入数字量接口电路 内部电路 COM 输入端子 直流电源 24V SB 1000PF 发光二极管 470 光电耦合器 3 3K PLC 图 2 2 直流输入数字量接口电路 分析 R1 3 3K 与 C1 1000pF 组成 RC 低通滤波器 抑制输 入信号的高频干扰 R2 470 是 C1 上的电荷泄放电阻 当 SB 断开时 河南理工大学毕业设计 论文 说明书 8 C1 上的电荷通过 R2 泄放 采用光电耦合器 防止强电干扰 2 输出接口电路 内部电路 J Y 压敏电阻 直流或交流电源 图 2 3 输出接口电路 电源 把外部供应的电源 一般为单相 85 260V 50 60HzAC 电源 变换 成系统内部各单元所需的电源 5V 和 15VDC 电源 有的电源单元还 向外提供 24V 隔离直流电源 可供开关量输入单元连接的现场无源开关等 使用 可编程序控制器的电源一般采用开关式电源 其特点是输入电压范 围宽 体积小 重量轻 效率高 抗干扰性能好 各种接口 高功能模块 便于扩展 小型机 一体机 有接口可扩展 中 大型机 模块式 可根据需要在主板上随意组合 编程设备 编程设备可以是专用的手持式的编程器 也可以是安装了专门的编程 通讯软件的个人计算机 用户可以通过键盘输入和调试程序 另外在运行 时 还可以对整个控制过程进行监控 2 1 2 PLC 的工作原理的工作原理 由于 PLC 以微处理器为核心 故具有微机的许多特点 但它的工作方 河南理工大学毕业设计 论文 说明书 9 式却与微机有很大不同 微机一般采用等待命令的工作方式 如常见的键 盘扫描方式或 I O 扫描方式 若有键按下或者有 I O 发生变化 则转入相 应的子程序 若无则继续扫描等待 PLC 则是采用循环扫描的工作方式 对每个程序 CPU 从第一条指令 开始执行 按指令步序号做周期性的程序循环扫描 如果无跳转指令 则 从第一条指令开始循环 每一个循环称为一个扫描周期 扫描周期的长短 主要取决于以下几个因素 一是 CPU 执行指令的速度 二是执行每条指 令占用的时间 三是程序中指令条数的多少 一个循环扫描周期主要分为 三个阶段 输入刷新阶段 在输入刷新阶段 CPU 扫描全部输入端口 读取其状态并写入输入状 态寄存器 完成输入端刷新工作后 将关闭输入端口 转入程序执行阶段 在程序执行期间即使输入端状态发生变化 输入状态寄存器的内容也不会 发生变化 而这些变化必须等到下一工作周期的输入刷新阶段才能被读 入 程序执行阶段 在程序执行阶段 根据用户输入的控制程序 从第一条开始逐条执行 并将相应的逻辑运算结果存入相应的内部辅助寄存器和输出状态寄存器 当最后一条控制程序执行完毕后 即转入输出刷新阶段 输出刷新阶段 当所有指令执行完毕后 将输出状态寄存器中的内容 依次送到输出 锁存电路 并通过一定输出方式输出 驱动外部相应执行元件工作 这才 形成 PLC 的实际输出 由此可见 输入刷新 程序执行和输出刷新三个阶段构成 PLC 的一个 工作周期 由此循环往复 因此称为循环扫描工作方式 由于输入刷新阶 段是紧接输出刷新阶段后马上进行的 所以亦将这两个阶段统称为 I O 刷 新阶段 实际上 除了执行程序和 I O 刷新外 PLC 还要进行各种错误并 与编程工具通信 这些操作统称为 监视服务 一般在程序执行之后进 河南理工大学毕业设计 论文 说明书 10 行 综上所述 PLC 的扫描工作过程如下图所示 图 2 4PLC 扫描工作过程 关于 PLC 的时间滞后问题 PLC 对输入和输出信号的响应是有延时的 这就是滞后现象 为了确 保 PLC 在任何情况下都能正常无误地工作 一般情况下 输入信号的脉冲 宽度必须大于一个扫描周期 T 还应该注意一个问题是输出信号的状态是在输出刷新时才送出的 因 此 在一个程序中若给一个输出端多次赋值时 中间状态只改变输出映像 区 只有最后一次赋的值才能送到输出端 2 2 组态王简介组态王简介 组态王开发监控系统软件 是新型的工业自动控制系统 它以标准的 工业计算机软 硬件平台构成的集成系统取代传统的封闭式系统 它具有适应性强 开放性好 易于扩展 经济 开发周期短等优点 通常可以把这样的系统划分为控制层 监控层 管理层三个层次结构 其 中监控层对下连接控制层 对上连接管理层 它不但实现对现场的实时监 测与控制 且在自动控制系统中完成上传下达 组态开发的重要作用 尤 其考虑三方面问题 画面 数据 动画 通过对监控系统要求及实现功能 输入端子 输入锁存器 程序执行 输出映像寄存器 输入映像寄存器 输出锁存器 输出端子 输出设备 输入设备 河南理工大学毕业设计 论文 说明书 11 的分析 采用组态王对监控系统进行设计 组态软件也为试验者提供了可 视化监控画面 有利于试验者实时现场监控 而且 它能充分利用 Windows 的图形编辑功能 方便地构成监控画面 并以动画方式显示控制设备的状 态 具有报警窗口 实时趋势曲线等 可便利的生成各种报表 它还具有 丰富的设备驱动程序和灵活的组态方式 数据链接功能 2 3 煤上料设备概述煤上料设备概述 一 煤上料系统由型煤料斗 手动插板阀 振动给料机 大倾角胶带 机 下料溜槽 防雨棚等组成 1 型煤料斗用于储存型煤 2 手动插板阀用于控制物料流量 3 振动给料机将型煤料斗中物料均匀传给大倾角胶带机 4 大倾角胶带机将物料垂直提升到一定高度后将物料卸到头部漏斗 然后经下料溜槽将物料卸到胶带机上 二 大倾角胶带机结构概述 1 波状挡边带 在带式输送机起曳引和承载物料作用 2 电动滚筒 是动力传动部件 输送带借其与滚筒之间的摩擦力而运行 电动滚筒 具有胶面 胶面滚筒可以增加滚筒和输送带之间的附力 3 改向滚筒 压带轮 用来改变输送带的运行方向 4 托辊组 托辊组用于支承输送带和带上的物料 使其稳定运行 平行托辊组用 于支承输送带和带上的物料 缓冲托辊装于输送机受料处 以保护输送带 延长输送带使用寿命 凸弧托辊组用于波状挡边带转弯处 挡辊组用于防 止胶带跑偏 5 螺旋拉紧装置 河南理工大学毕业设计 论文 说明书 12 它的作用有 1 使输送带具有足够的张力 保证输送和滚筒间不打 滑 2 限制输送带在各支承的垂度 使输送机正常运转 6 清扫器 其作用是清扫粘附在输送带上的物料 本系列有滚振清扫器 空段清 扫器两种 7 头架 头部漏斗 头部护罩 导料槽 中间架 尾架 支腿 驱动架等在输送机中分别起支承 防尘和导料作用 各件间联接采用螺栓 联接或焊接 河南理工大学毕业设计 论文 说明书 13 3 系统硬件 3 1 系统总体结构系统总体结构 图 3 1 系统总体结构框图 本系统包括上位机 中心 PLC 五台现场 PLC 五台胶带输送机以及 各种显示设备 输入输出模块 通讯模块等 上位机负责总体监控 显示 各个胶带输送机的运行情况 中心 PLC 负责收集现场 PLC 发送的数据 传送至上位机 在系统启动和停止时控制五台现场 PLC 有秩序的启停 现 场 PLC 直接控制各自对应的胶带输送机的启停和现场故障显示 胶带输送 机负责运输物料 河南理工大学毕业设计 论文 说明书 14 3 2 相关电路与相关电路与 I O 分配分配 3 2 1 现场现场 PLC1 4 的相关电路与的相关电路与 I O 分配分配 本系统包含五台胶带输送机 由于继电器型 PLC 更适合现场条件 故 现场 PLC 全部选用西门子 S7 200 226 CN DC 型PLC 由于其位置原因 1 4 号输送机除对应代码外 其他相关电路与 I O 分配基本相同 现以 1 号 PLC 为例 如图 3 2 S7 200 226CN DC ST11 ST12 ST13 ST14 ST15 KA12 KA13 KA14 KS11 FR11 FR12 KA16 KA17 KA11 KA15 KB11 KB12 KB13 KB14 KB15 KB16 KB17 KB11 KB12 KB13 KT11 KB18 KB19 KB110 KT11 KT12 KT13 KT14 KT15 KM11 KM12 KM13 上传至中心PLC M KM11 KM11 KM11 KM14 KM12 KM13 R11 R12 FU1 FU1 FU1 QK1 380V L M 24VDC I1 7 I1 6 I1 5 I1 4 I1 3 I1 2 I1 1 I1 0 2L 2M I0 7 I0 6 I0 5 I0 4 I0 3 I0 2 I0 1 I0 0 1L M Q0 0 Q0 1 Q0 2 Q0 3 Q0 4 Q0 5 Q0 6 Q0 7 Q1 1 Q1 2 Q1 3 Q1 4 2M Q1 5 Q1 6 Q1 7 Q2 0 Q2 1 Q2 2 Q2 3 Q2 4 Q2 5 Q2 6 Q2 7 M KB14 KB15 KB16 KB17 KT12 KT13 KT14 KT15 KB18 KB19 KB110 QK1 QK1 KM12 KM12 KM14 KM14 KM13 KM13 R11R11 R12 R12 GND 24VDC 24VDC GND GND 1M GND D0 D15 胶带机运行状态显示 能耗制动 降压启动 正常运行 中心PLC VCC GND 24VDC 24VDC 24VDC 现场现场PLC1 Q1 0 图 3 2 现场 PLC1 原理图 河南理工大学毕业设计 论文 说明书 15 表 3 1 现场 PLC1 的输入端口分配 对象 PLC输 入端口 注释 胶带断带或逆转 ST11 I0 0 检测胶带是否断带或逆转 1 有效 胶带跑偏 ST12 I0 1 检测跑偏是否发生 1 有效 胶带纵向撕裂 ST13 I0 2 检测纵向撕裂是否发生 1 有 效 中间煤仓煤位堵塞 ST14 I0 3 检测煤位是否堵塞 1 有效 钢丝绳机尾重锤限 位 ST15 I0 4 检测重锤是否过限 1 有效 胶带打滑 KA11 I0 5 检测胶带是否打滑 1 有效 电动机过流 KA12 I0 6 检测电动机是否过流 1 有效 电动机高压失压 KA13 I0 7 检测电动机高压失压是否发 生 1 有效 胶带机皮带超重 KA14 I1 0 检测皮带是否超重 1 有效 胶带机皮带超速 KS11 I1 1 检测皮带是否超速 1 有效 电动机过热 FR11 I1 2 检测电动机温度是否过高 1 有效 胶带机皮带过热 FR12 I1 3 检测皮带温度是否过高 1 有 效 胶带机急停 KA15 I1 4 接收中心 PLC 的急停信号 1 有效 胶带机正常停止 KA16 I1 5 接收中心 PLC 的正常停止信 号 1 有效 胶带机启动 KA17 I1 6 接收中心 PLC 的启动信号 1 有效 河南理工大学毕业设计 论文 说明书 16 现场 PLC 的主要作用是直接控制相应胶带输送机的启停 当胶带输送 机运行过程中出现故障时 现场 PLC 必须能及时发出控制指令使相关部件 动作 以快速有效处理故障 同时将故障信号传送至中心 PLC 并接收中 心 PLC 的控制信号 现以现场 PLC1 为例 输入端口分配如表 3 1 输出 端口分配如表 3 2 河南理工大学毕业设计 论文 说明书 17 表 3 2 现场 PLC1 输出端口分配 对象 PLC 输 出口 注释 胶带断带或逆转 KB11 Q0 0 停止胶带机运转 1 有效 胶带跑偏 KB12 Q0 1 停止胶带机运转 1 有效 胶带纵向撕裂 KB13 Q0 2 停止胶带机运转 1 有效 中间煤仓煤位堵 塞 KT11 Q0 3 延时一定的时间停止胶带机运 转 1 有效 钢丝绳机尾重锤 限位 KB14 Q0 4 停止胶带机运转 1 有效 胶带打滑 KB15 Q0 5 停止胶带机运转 1 有效 电动机过流 KB16 Q0 6 停止胶带机运转 1 有效 电动机高压失压 KB17 Q0 7 停止胶带机运转 1 有效 胶带机皮带超重 KT12 Q1 0 延时一定的时间停止胶带机运 转 1 有效 胶带机皮带超速 KT13 Q1 1 延时一定的时间停止胶带机运 转 1 有效 电动机过热 KT14 Q1 2 延时一定的时间停止胶带机运 转 1 有效 胶带机皮带过热 KT15 Q1 3 延时一定的时间停止胶带机运 转 1 有效 胶带机急停 KB18 Q1 4 停止胶带机运转 1 有效 胶带机正常停止 KB19 Q1 5 电动机进入能耗制动进而停止运 转 1 有效 胶带机启动 KB110 Q1 6 电动机进入降压启动状态进而启 动 1 有效 河南理工大学毕业设计 论文 说明书 18 3 2 2 现场现场 PLC5 的相关电路与的相关电路与 I O 分配分配 现场PLC5区别于前 4 台现场PLC 的原因是其对应胶带输送机位于整 个系统的末端 设计时要另外考虑卸煤仓的堵塞问题 故需要另加一个卸 煤仓煤位堵塞检测设备 现场 PLC5 原理图如图 3 3 所示 S7 200 226CN DC ST51 ST52 ST53 ST54 ST55 KA52 KA53 KA54 KS51 FR51 FR52 KA56 KA57 KA51 KA55 KB51 KB52 KB53 KB54 KB55 KB56 KB57 KB51 KB52 KB53 KT51 KB58 KB59 KB510 KT51 KT52 KT53 KT54 KT55 KM51 KM52KM53 上传至中心PLC M KM51 KM51 KM51 KM54 KM52 KM53 R51 R52 FU5 QK5 380V L M 24VDC I1 7 I1 6 I1 5 I1 4 I1 3 I1 2 I1 1 I1 0 2L 2M I0 7 I0 6 I0 5 I0 4 I0 3 I0 2 I0 1 I0 0 1L M Q0 0 Q0 1 Q0 2 Q0 3 Q0 4 Q0 5 Q0 6 Q0 7 Q1 1 Q1 2 Q1 3 Q1 4 2M Q1 5 Q1 6 Q1 7 Q2 0 Q2 1 Q2 2 Q2 3 Q2 4 Q2 5 Q2 6 Q2 7 M KB54 KB55 KB56 KB57 KT52 KT53 KT54 KT55 KB58 KB59 KB510 KM52 KM52 KM54 KM54 KM53 KM53 R51R51 R52 R52 GND 24VDC 24VDC GND GND 1M GND D0 D15 胶带机运行状态显示 能耗制动 降压启动 正常运行 中心PLC VCC GND 24VDC 24VDC 24VDC 现场现场PLC5 Q1 0 ST56 KT56 KT56 GND FU5 FU5 QK5 QK5 图 3 3 现场 PLC5 原理图 河南理工大学毕业设计 论文 说明书 19 表 3 3 现场 PLC 的输入口分配表 对象 PLC 输 入端口 注释 胶带断带或逆转 ST51 I0 0 检测胶带是否断带或逆转 1 有 效 胶带跑偏 ST52 I0 1 检测跑偏是否发生 1 有效 胶带纵向撕裂 ST53 I0 2 检测纵向撕裂是否发生 1 有效 中间煤仓煤位堵 塞 ST54 I0 3 检测煤位是否堵塞 1 有效 钢丝绳机尾重锤 限位 ST55 I0 4 检测重锤是否过限 1 有效 胶带打滑 KA51 I0 5 检测胶带是否打滑 1 有效 电动机过流 KA52 I0 6 检测电动机是否过流 1 有效 电动机高压失压 KA53 I0 7 检测电动机高压失压是否发生 1 有效 胶带机皮带超重 KA54 I1 0 检测皮带是否超重 1 有效 胶带机皮带超速 KS51 I1 1 检测皮带是否超速 1 有效 电动机过热 FR51 I1 2 检测电动机温度是否过高 1 有 效 胶带机皮带过热 FR52 I1 3 检测皮带温度是否过高 1 有效 胶带机急停 KA55 I1 4 接收中心 PLC 的急停信号 1 有 效 胶带机正常停止 KA56 I1 5 接收中心 PLC 的正常停止信号 1 有效 胶带机启动 KA57 I1 6 接收中心 PLC 的启动信号 1 有 效 卸料仓煤位堵塞 ST56 I1 7 检测煤位是否堵塞 1 有效 河南理工大学毕业设计 论文 说明书 20 现场 PLC5 的输出口分配如表 3 4 表 3 4 现场 PLC5 的输出口分配表 对象 PLC 输 出口 注释 胶带断带或逆转 KB51 Q0 0 停止胶带机运转 1 有效 胶带跑偏 KB52 Q0 1 停止胶带机运转 1 有效 胶带纵向撕裂 KB53 Q0 2 停止胶带机运转 1 有效 中间煤仓煤位堵塞 KT51 Q0 3 延时一定的时间停止胶带机运 转 1 有效 钢丝绳机尾重锤限位 KB54 Q0 4 停止胶带机运转 1 有效 胶带打滑 KB55 Q0 5 停止胶带机运转 1 有效 电动机过流 KB56 Q0 6 停止胶带机运转 1 有效 电动机高压失压 KB57 Q0 7 停止胶带机运转 1 有效 胶带机皮带超重 KT52 Q1 0 延时一定的时间停止胶带机运 转 1 有效 胶带机皮带超速 KT53 Q1 1 延时一定的时间停止胶带机运 转 1 有效 电动机过热 KT54 Q1 2 延时一定的时间停止胶带机运 转 1 有效 胶带机皮带过热 KT55 Q1 3 延时一定的时间停止胶带机运 转 1 有效 胶带机急停 KB58 Q1 4 停止胶带机运转 1 有效 胶带机正常停止 KB59 Q1 5 电动机进入能耗制动进而停止 运转 1 有效 胶带机启动 KB51 0 Q1 6 电动机进入降压启动状态进而 启动 1 有效 写料仓煤位阻塞 KT56 Q1 7 延时一定的时间停止胶带机运 转 1 有效 河南理工大学毕业设计 论文 说明书 21 3 23 中心中心 PLC 的的 I O 分配分配 中心 PLC 主要用于收集现场 PLC 信号 并发出控制指令 同时与上 位机协调显示各个胶带输送机的工作状态 由于中心 PLC 原理图过于庞大 篇幅所限 此处不再引用 可在附录 总图中查看 中心 PLC 的输入输出端口分配如表 3 5 表 3 5 中心 PLC 的 I O 分配 一号现场 PLC 中心 PLC 端口 注释 Q0 0 胶带机断带或逆转故障 I0 0 Q0 1 胶带跑偏故障 I0 1 Q0 2 胶带纵向撕裂故障 I0 2 Q0 3 中间煤仓堵塞故障 I0 3 Q0 4 钢丝绳机尾重锤位置过限故障 I0 4 Q0 5 胶带打滑故障 I0 5 Q0 6 电动机过流故障 I0 6 Q0 7 电动机高压失压故障 I0 7 Q1 0 胶带机皮带超重故障 I1 0 Q1 1 胶带机皮带过速故障 I1 1 Q1 2 电动机过热故障 I1 2 Q1 3 胶带机皮带过热故障 I1 3 二号现场 PLC 端口 注释 中心 PLC Q0 0 胶带机断带或逆转故障 I2 0 Q0 1 胶带跑偏故障 I2 1 Q0 2 胶带纵向撕裂故障 I2 2 河南理工大学毕业设计 论文 说明书 22 Q0 3 中间煤仓堵塞故障 I2 3 Q0 4 钢丝绳机尾重锤位置过限故障 I2 4 Q0 5 胶带打滑故障 I2 5 Q0 6 电动机过流故障 I2 6 Q0 7 电动机高压失压故障 I2 7 Q1 0 胶带机皮带超重故障 I3 0 Q1 1 胶带机皮带过速故障 I3 1 Q1 2 电动机过热故障 I3 2 Q1 3 胶带机皮带过热故障 I3 3 三号现场 PLC 端口 注释 中心 PLC Q0 0 胶带机断带或逆转故障 I4 0 Q0 1 胶带跑偏故障 I4 1 Q0 2 胶带纵向撕裂故障 I4 2 Q0 3 中间煤仓堵塞故障 I4 3 Q0 4 钢丝绳机尾重锤位置过限故障 I4 4 Q0 5 胶带打滑故障 I4 5 Q0 6 电动机过流故障 I4 6 Q0 7 电动机高压失压故障 I4 7 Q1 0 胶带机皮带超重故障 I5 0 Q1 1 胶带机皮带过速故障 I5 1 Q1 2 电动机过热故障 I5 2 Q1 3 胶带机皮带过热故障 I5 3 四号现场 PLC 端口 注释 中心 PLC Q0 0 胶带机断带或逆转故障 I6 0 Q0 1 胶带跑偏故障 I6 1 Q0 2 胶带纵向撕裂故障 I6 2 河南理工大学毕业设计 论文 说明书 23 Q0 3 中间煤仓堵塞故障 I6 3 Q0 4 钢丝绳机尾重锤位置过限故障 I6 4 Q0 5 胶带打滑故障 I6 5 Q0 6 电动机过流故障 I6 6 Q0 7 电动机高压失压故障 I6 7 Q1 0 胶带机皮带超重故障 I7 0 Q1 1 胶带机皮带过速故障 I7 1 Q1 2 电动机过热故障 I7 2 Q1 3 胶带机皮带过热故障 I7 3 五号现场 PLC 端口 注释 中心 PLC Q0 0 胶带机断带或逆转故障 I8 0 Q0 1 胶带跑偏故障 I8 1 Q0 2 胶带纵向撕裂故障 I8 2 Q0 3 中间煤仓堵塞故障 I8 3 Q0 4 钢丝绳机尾重锤位置过限故障 I8 4 Q0 5 胶带打滑故障 I8 5 Q0 6 电动机过流故障 I8 6 Q0 7 电动机高压失压故障 I8 7 Q1 0 胶带机皮带超重故障 I9 0 Q1 1 胶带机皮带过速故障 I9 1 Q1 2 电动机过热故障 I9 2 Q1 3 胶带机皮带过热故障 I9 3 Q1 7 卸料仓堵塞故障 I9 4 河南理工大学毕业设计 论文 说明书 24 3 3 PLC 通讯通讯 3 3 1 远程远程 I O 系统的基本部件和特点系统的基本部件和特点 基本部件 远程 I O 系统的基本部件包括远程 I O 主站模块 远程 I O 子站模块 传送终端 I O 继电器终端 传送 I O 终端 传送模块和链路适配器等 远程 I O 主站与子站模块 其结构如图 3 4 所示 图 3 4 远程 I O 主站与子站模块 河南理工大学毕业设计 论文 说明书 25 传送终端 I O 继电器终端 该部件为一组合部件 传送终端的功能类 似于 I O 子站模块 可以 I O 主站模块相连 完成 I O 信息通信功能 I O 继电器功能提供继电器输入和输出功能 并通过传送终端将 I O 状态传送 给 CPU 或接收 CPU 发来的输出状态指令 完成终端的 I O 输入 输出功 能 该部件以 16 点为基本单位 每个部件占用一个通道 其结构如图 3 5 所示 图 3 5 传送终端 I O 继电器终端 传送 I O 终端 传送 I O 终端与上述部件中的传送终端功能和结构基 本相同 如图 3 5 所示 只是它所配置的 I O 部件不一定都是继电器阵列 根据不同型号的产品具有不同的配置 传送模块 传送模块专用于与传感器控制器相连接 完成传感器与 CPU 之间的数据交换 河南理工大学毕业设计 论文 说明书 26 3 3 2 RS 485 通信通信 智能仪表是随着 80 年代初单片机技术的成熟而发展起来的 现在世 界仪表市场基本被智能仪表所垄断 究其原因就是企业信息化的需要 企 业在仪表选型时其中的一个必要条件就是要具有联网通信接口 最初是数 据模拟信号输出简单过程量 后来仪表接口是 RS232 接口 这种接口可以 实现点对点的通信方式 但这种方式不能实现联网功能 随后出现的RS485 解决了这个问题 RS 485 的电气特性 逻辑 1 以两线间的电压差为 2 6 V 表示 逻辑 0 以两线间的电压差为 2 6 V 表示 接口信号电平比 RS 232 C 降低了 就不易损坏接口电路的芯片 且该电平与 TTL 电平兼容 可方 便与 TTL 电路连接 RS 485 的数据最高传输速率为 10Mbps RS 485 接口是采用平衡驱动器和差分接收器的组合 抗共模干扰能力 增强 即抗噪声干扰性好 RS 485 最大的通信距离约为 1219M 最大传输速率为 10Mb S 传输 速率与传输距离成反比 在 100Kb S 的传输速率下 才可以达到最大的通 信距离 如果需传输更长的距离 需要加 485 中继器 RS 485 总线一般最 大支持 32 个节点 如果使用特制的 485 芯片 可以达到 128 个或者 256 个节点 最大的可以支持到 400 个节点 由于每个现场 PLC 距离中心 PLC 大约为 500M 故选用 500M 的 RS 485 总线 河南理工大学毕业设计 论文 说明书 27 3 4 PLC 输入输出模块输入输出模块 输入 输出模块是 PLC 与现场 I O 设备或其他外设之间的连接部件 PLC 通过输入模块把工业设备或生产过程的状态或信息读入主机 通过用 户程序的运算与操作 把结果通过输出模块输出给执行机构 输入模块用 于对信号进行滤波 隔离 电平转换等 把输入信号的逻辑值安全可靠地 传递到 PLC 内部 输出模块用于把用户程序的逻辑运算结果输出到 PLC 外部 输出模块具有隔离 PLC 内部电路和外部执行元件的作用 还具有功 率放大的作用 3 4 1 数字量输入输出模块数字量输入输出模块 现场输入的数字量大多是开关量 开关量一般是直流信号 个别情况 下也有交流信号 直流开关量输入模块的工作过程如下 END 5V HD74HC373 DB SN74HC244 DB 码 译 器 驱动控制器 SN74HC139 图 3 6 直流开关量输入模块的工作过程 河南理工大学毕业设计 论文 说明书 28 如图 3 13 所示为 24V 直流输入模块 图中 HD74HC373 是 8 路锁存器 SN74HC139 为二 四译码器 SN74HC244 为总线驱动控制器 这些器件将 有关信息按时分组送到 CPU 外接 24V 直流电源的开关 S 闭合后经过 2 5k 与电阻 1 3k 的分压 1 3k 电阻与 100 F 电容的滤波 1 3k 电阻与 稳压管2CW52形成3V左右的稳定电压再经过一个发光二极管后供给过隔 离器的发光二极管 通过过隔离器副侧光敏晶体管输出的开关信息又经 150k 电阻与 22nF 电容的滤波 形成合适 CPU 需要的标准信息 接到 HD74HC373 锁存器的输入端 该信息何时及如何送到 CPU 由 CPU 与 SN74HC139 译码器与 SN74HC244 驱动控制器处理 译码器有两个端子接 到系统总线的地址总线 0 AB 1 AB 二位 4 6 号端子 由此通过 1 11 号端子控制选择锁存器 将外接信号送到系统的数据总线 DB 通过驱动 控制器取得和 CPU 的联系 并启动译码器工作 达到读入信息的目的 若输入信号源是交流信号 而 CPU 只能接受与处理 0V 与 5V 的直流 信号 因此 此时输入模块必须解决限流与信号的连续问题 如图 3 14 是交流 220V 信号输入原理图 5V END 图 3 7 交流信号输入原理图 首先通过56KW电阻限流 再经过单相整流桥将交流编程直流 这样 使流过光隔离器的发光二极管的电流就是一个具有适当大小的直流电流 河南理工大学毕业设计 论文 说明书 29 保证其安全有效地工作 图中 240W电阻和0 1 F m 电容 20KW电阻和 1000pF 电容 150KW电阻和0 2 F m 电容分别构成交流和直流三级阻容滤 波 其余的组成结构与 24V 直流模块相同 在开关量输出接口电路中 首先也是一个隔离问题 在 PLC 系统中均 采用光隔离器件 将 PLC 与工业现场实现电气隔离 其次是功率放大问题 不同接口板功率放大也不一样 有的提供直流输出信号 有的提供交流输 出信号 还有的仅仅是闭合一个常开触点 图 3 15 是直流输出模块的原 理图 图 3 8 直流输出模块原理图 译 码 器 控 制 驱 动 器 缓 冲 锁 存 器 缓 冲 锁 存 器 D 0 D 7 11 1 1 11 SN 74H C139 M C74H C244 SN 74H C273 P C 8 9 0 1 K 功 率 驱 动 器 4 7 0 0 p F 5 1 K V 9 0 1 5 V 9 2 IN 5 3 5 2 IN 4 0 5 5 IN 4 0 0 5 2 4 F 8 2 0 FZL4141 河南理工大学毕业设计 论文 说明书 30 模块上电气线路基本由两部分组成 左半部分为控制部分 右半部分 为功率输出部分 控制部分的组成结构与输入模板类似 但在这里数据的 流向是输出 因此所用的联络信息有所不同 如输入模块是用读信号 7 M