基于plc的装载自动化潘亚菲.doc

河南理工大学成人教育学院 毕毕 业业 设设 计 论文 任计 论文 任 务务 书书 站 班级专业 学生 一 设计 论文 题目 二 设计 论文 任务要求及主要原始资料 三 设计 论文 时间 年 月 日至 年 月 日 指导教师 签 名 成教院院长 签 名 河南理工大学成人教育学院 毕毕 业业 设设 计 论文 总计 论文 总 评评 定定 书书 专业 年级 学生于 年 月 日完成了 毕业 设计 论文 设计 论文 包括说明书 页 附图 张 审阅意见及总评语 指导教师 签 名 成教院院长 签 名 年 月 日 河南理工大学成人教育学院 毕毕 业业 设设 计 论文 答计 论文 答 辩辩 委委 员员 会会 记记 录录 站 专业学生 的毕业 设计 论文 于 年 月 日进行答辩 设计 论文 题目 出席人员 主 任 委 员 副主任委员 委 员 答辩学生提交毕业设计 论文 答辩委员会 小组 下列资料 一 设计 论文 说明书 共 页 二 设计 论文 图纸 共 页 三 指导教师评阅意见 共 页 毕业设计 论文 答辩委员会 小组 根据毕业设计 论文 提出的材料 指导教师的意见和学生回答问题的情况 毕业设计 论文 答辩委员会决定 一 学生 完成答辩并毕业设计 论文 以后 确定 成绩为 二 对毕业设计 论文 的总评语 毕业设计 论文 答辩委员会主任 组长 或副主任 副组长 毕业设计 论文 答辩委员会委员 组员 摘摘 要要 由于 PLC 可编程控制器可靠性高 应用极为方便 已成为当今应用场合最为广泛 的工业控制装置 成为机电控制不可缺少的核心控制部件 随着工业生产自动化程度 要求的不断提高 更加可靠的可编程控制器 PLC 已应用到煤炭行业的各个系统中 根 据 PLC 的外围设备少 占地面积小 维护量小 安全程度高 易于实现自动化的特点 结 合该矿实际 决定选用 PLC 为核心的控制体统对该井装载系统进行改造 井下部分主要完成给煤机控制 皮带控制 原煤称重及井下信号发送给井口 井口部分主要完信号转发给绞车房 与绞车房进行信号联系 整个系统形成一种完 善 严密的信号闭锁系统 该装置具有技术先进 安装简单 功能完善 动作可靠 程序修改方便等优点 可与具有相同协议的监控系统进行联网通信 关键字 可编程控制器 梯形图 给煤机 定重装载 SummarySummary As the PLC programmable controller high reliability convenient application Yi become the most widespread applications of industrial control devices a mechanical and electrical control Bukequeshao of He Xin control Bu Jian with the requirements of automatic standards Gongyeshengchan rising Gengjia reliability of Programmable Logic Controller PLC has been applied to various systems in the coal industry according to PLC peripherals small small footprint less maintenance high safety easy automated features combined with the actual mine and decided to use PLC as the core of the control system to transform the shaft loading system The completion of some major underground coal feeder control belt control and underground coal weighing signal sent to the wellhead wellhead part of the main signal transmitted to the winch room complete with winch room to signal contact the whole system to form a perfect tight signal locking system The equipment has advanced technology simple installation functional and reliability and easy changes in procedures can have the same agreement with the monitoring system for network communication KeyKey wordword Ladder weight loading of coal feeder 目目 录录 河南理工大学成人教育学院毕业设计说明书纸 第 1 页 共 42 页 第一章第一章 前言前言 随着科学技术的发展和生产的机械化和设备化 目前 世界上经济比较发达的国 家 提升机的运行速度已达 20 50m s 一次提升量达到 50t 电动机的容量已超过 10000kw 其可靠性尤为突出 在矿井生产的过程中 如果提升设备出了故障 必然会 造成停产 轻者 影响煤炭产量 重者 则会危及人身安全 为了提高煤矿主井提升效率 主井提升运行无人值守的自动化控制一直是煤矿追 求的目标 为此采用全数字控制技术 计算机技术 电力电子技术 核子检测技术等先 进技术 在解决提高全数字提升机电控系统的工作可靠性和安全可靠性以及定量装载控 制和基于核子技术的卸载监视系统等诸多技术关键基础上 将全数字提升机电控系统和 定量装卸载控制有机结合 构成了煤矿主井提升及装卸载综合自动化控制系统 井下开采的煤炭主要依靠立井箕斗设备提升到地面进入储煤仓 然后通过火车或 汽车销往全国各地 在提升煤炭过程中 由于立井箕斗没有安装称重系统 箕斗中的 煤炭装多或装少无法知道 如果装多了 造成箕斗超负荷运行 加快钢丝绳磨损老化 时常有掉罐 出现罐毁人亡事故 严重影响了煤矿的安全生产 如果每罐煤炭装少了 工作效率降低 浪费了能耗 不利于节能减排 更重要的是 井下每天 每月甚至每 年实际生产的原煤产量无法计量 只能依靠收尺量方和数矿车来推算产量 计量严重 失准 无法对采区实行定额考核 造成了产销量不一致 常常出现亏吨或涨吨现象 严重地影响煤炭企业经营生产 因此 智能型矿井提升定量称重系统 对于加强井下 生原煤计量 实现对采区的定额管理 做到产销一致 确保矿井提升系统的安全 节 能减排和高产高效 都有着重要的现实意义和深远的历史意义 河南理工大学成人教育学院毕业设计说明书纸 第 2 页 共 42 页 第二章自动装载系统的简介第二章自动装载系统的简介 主井自动装载系统概述主井自动装载系统概述 主井定重自动装卸载控制系统是北京天地科技有限公司专为煤矿安全提升运输而 使用可编程控制器研制的专用设备 该称重装置采用液压传递原理来确定装载重量 保证称重准确可靠 具有稳定性好 能够满足现场各种条件和工况要求等优点 是应 用了传感器技术 微电子技术 可编程控制器技术等高科技的先进计量仪器 定重装载控制系统是使用可编程控制器开发的 是利用 CZ 140 型液压称重装置进 行称重计量 根据事先设定的定重值 当定量斗装煤量达到设定重量后 自动输出控 制信号 控制给煤机 皮带机和分煤器的运行状态 等待箕斗到位 提升箕斗到位后 自动控制定量斗上的扇形门和发出允许提升机运行的信号 具有安全闭锁 防止同一 箕斗重复装载等功能 避免发生因超载而出现的提升事故 同时 井底设备运行状态 信号状态 联络信号状态和定量斗装煤重量同步在提升机房显示 从而保证提升箕斗 不超载也不欠载 提高提升机的运行安全与生产效率 煤矿安全规程 2005 年版 第三百八十二条 提升装置的最大载重量和最大载重 差 应在井口公布 严禁超载和超载重差运行 即要求严禁提升箕斗重载下放 特别是提升箕斗卸载量的监测 现有利用拉力传感器对箕斗进行称重 称重装置 安装在箕斗上 通过无线发射装置发射箕斗重量 可靠性较差 不能长期有效的工作 到目前为止 没有成熟能够实际应用的计量与监测手段 国内现有的主井卸载控制子 系统 需要人工监视卸煤及转发信号 部分煤矿取消人工转发信号 没有从根本上采 取卸载量的监测 造成提升箕斗滞煤下放安全事故的发生 主井装卸载控制系统的发展主井装卸载控制系统的发展 随着煤矿自动化技术水平与监测手段的不断完善和发展 主井装卸载控制子系统 的计量与监控问题亟待解决 它是整个提升系统实现无人值守的关键技术 该问题的 解决也将会使主井定重装卸载控制系统实现真正意义上的提升运输系统的自动化 本 系统预留核子称重的方法对卸载煤量的计量接口 卸载煤量核子称重的方法已通过鉴 定 第三章自动装载系统的硬件组成部分第三章自动装载系统的硬件组成部分 自动装载系统的构成主要由给煤机 皮带机 称重系统 物料传感器 液压站等 硬件设施构成 它们各自有着重要的作用 而通过可编程控制器又把它们紧密联系在 一起 组成了自动装载系统 CZ 140CZ 140 型液压称重装置型液压称重装置 河南理工大学成人教育学院毕业设计说明书纸 第 3 页 共 42 页 CZ 140 型液压称重装置采用 主受力元件与称重传感器相分离 的结构 其基本工作原理是 主 受力元件以液压能的形式将定量 斗的装载量传递给称重传感器 称重传感器再把压力信号以电信 号方式输出 将传感器信号接到 装载测控设备上 就能实现定量 装载控制 由于称重传感器不承 受定量斗的直接载荷 保证了称重 传感器的测量精度与工作可靠性 避免了压磁传感器在实际使用中 存在的诸多问题 具有结构简单 安装使用方便等优点 很好地满足了现场的实际要 求 CZ 140 型液压称重装置主受力元件采用新型高压密封液压装置 具有较好受力结 构和密封性能 可承受 0 50 吨的压力 其高压动态工作寿命是普通密封的 5 10 倍 且摩擦阻力小 是普通橡胶密封的 1 2 1 4 很好地满足了对定量斗的承力要求和井 下装载峒室的环境要求 CZ 140 型液压称重装置称重装置承重载荷 W 与压力值读数 P 的对应关系 P Mpa 0510152025 W t 010 04820 09630 1440 1950 24 定量斗 定量测重装置 提煤箕斗 给煤胶带机 给煤机 煤仓 河南理工大学成人教育学院毕业设计说明书纸 第 4 页 共 42 页 i mA 4 027 1910 3813 5916 7920 02 称重装置外形尺图 如图 3 5 28 图 3 5 称重装置外形尺寸 图中 1 充液孔 2 放气螺栓 H1 称重装置无油最低位 52 mm 河南理工大学成人教育学院毕业设计说明书纸 第 5 页 共 42 页 H2 称重装置充液最低位 62 mm H3 称重装置充液最高位 82 mm 带式输送机带式输送机 TD75 型带式输送机 这是一般用途的带式输送机 用于化工 冶气 煤炭 水电 建材等部门 输送堆积容重 0 5 2 5 吨 立方米的各种块状 粒状等散状物料 也可用来 输送成件物品 4 14 1 TD75TD75 型带式输送机结构型带式输送机结构 TD75 型带式输送机结构如下 1 输送带 煤矿通常用橡胶输送带 其径向扯断强力为 56 公斤 厘米层 根据带宽 不同有不同层数 800 毫米及 1000 毫米带宽的分别为 4 6 层及 5 8 层 其上 下胶层 厚度为 3 0 及 1 5 毫米 接头试推荐硫化接头井上皮带也可以冷胶胶接 2 驱动装置 通常由电动机 减速机 柱销联轴器或十字滑块联轴器及护罩等 由于 十几年来技术进步 电动机和减速机等国家标准做了相应修改 故该设计制造时均采用 现行国家标准 驱动装置部分包括采用电动滚筒驱动 但受功率限制 3 传动滚筒 钢板焊接结构 有光面和包胶 铸胶 两种 其直径选择一般遵循直径 帆布 层数 3 125 4 改向滚筒 钢板焊接结构 直径一般比传动滚筒小一个档次 可作 180 90 及 45 改向 5 托辊 托棍可用普通型和改善密封型 本公司开发的托辊密封型式具有防尘 防水 寿命长 阻力系数少等优点 在使用中效果非常好 800 毫米带宽采用 89 托辊 1000 毫 米带宽采用 108 托棍 以上托辊分槽型与平型两种 下托辊采用平行 煤矿上除手选皮 带机采用平皮带以外 一般采用槽型上托辊 受斜点配用缓冲托辊 6 机架 该型皮带机机架一般用于输迸容重小于 1 6 吨 立方米的物料 一般分为 头架 尾架 中间架及支腿等均有标准图纸供制造 7 拉紧装置 分螺旋式 车式和垂直式三种张紧形式 一般小于 80 米皮带机 功率小 采 用螺旋张紧方式 张紧行程按机长 1 配置 一般有 500 和 800 毫米两种 4 2TD754 2TD75 常用皮带运输机规格常用皮带运输机规格 1 装轮配合带式输送机 B 1000 Q 370t h L 31M 配用 11KW 油浸式电动滚筒式及 1 5KW 行走电机 减速机 5 层 普通橡胶带 河南理工大学成人教育学院毕业设计说明书纸 第 6 页 共 42 页 2 选矸搂手选皮带机 B 1000 带宽 Q 40t h L 9m y112 4 4K 电机 NGW92 2 型减速机 3 带式拼式机 B 1000 Q 440t h L 81 12m X 11 5 电机 37KW Y225S 4 减速机 ZQ100 4 带式输送机 B 1000 Q 450t h L 122 23m X 17 5 电机 55KW Y250S 4 减速机 ZQ100 5 带式输送机 B 650 Q 10t h L 26 17m X 5 5 油浸电动滚筒 YTD30 160 6550 N 3 0KW 装载给煤机介绍装载给煤机介绍 GLD800 5 5 SGLD800 5 5 S 甲带给料机甲带给料机 一 结构及工作原理 1 结构 甲带给料机 连接段安装于料仓口部 在其下安装导料槽 在导料槽下安装甲带给料 装置 甲带给料装置由驱动滚筒 缓冲托辊及支架 改向滚筒 甲带 胶带 下护板 等机构 所组成 驱动装置由无级变速减速机经链传动带动滚筒 驱动装置和甲带给 料装置均安装在托架上 并可调整位置 在导料槽上 安装有闸门机构和驱动手轮 在维护时实现出料口的开闭 2 工作原理 料仓口的物料经联接段进入导料槽落在甲带上 甲带静止时物料最终靠内摩擦力而停 止运动 在出料口形成一定角度的静止堆积 当驱动滚筒在外动力的驱动下开始旋转 时 带动胶带运动 胶带带动其上的甲带运动 甲带带动其上的物料导向出料口 运 行中的甲带在出料口卸料后转向回程 物料不断的从出料口排出 从而完成给料过程 二次密封装置对从导料槽和胶带之间间隙中漏出的物料提供密封 粘结在甲带上的未 卸干净物料在回程中 受重力 振动等因素影响不断掉落于下护板上 而后又被甲带 之甲片上凸起的刮料板再带回出料口重新卸料 改变进料口大小可通过闸板开度大小 来实现 改变给料量 也可通过选配变频器 改变电动机转速 从而改变给料量 甲 带给料机运行中 系统主要负荷均由滚筒轴承支撑 运行阻力小 设备所需驱动功率 河南理工大学成人教育学院毕业设计说明书纸 第 7 页 共 42 页 小 系统各零部件工作寿命长 二 甲带给料机的优点 运行功率小 给煤量 800 吨 小时 5 5KW 最大带速 0 73 s 能量消耗少 运行经济 性好 给料量大 稳定 且调速方便 手动或电气无级变速 运行平稳 噪音小 保护环境 磨损小 维修量小 使用寿命长 零部件通用性强 安装 维修简便 可替换现用的其它类型的给料机 KG1006A 物料传感器物料传感器 一 用途 KG1006A 物料探测传感器为矿用本质安全形 可用于煤炭 冶金 化工 建材 电 力 交通 港口 等行业检测散状物料固体或液体的料位 主要用于 检测料仓物料的高位 仓满 检测输送机溜槽堵塞或转载点物料堆积 如煤堆 检测输送机上是否有料流 1 1 使用环境条件 环境温度 0 40C 相对湿度 95 25C 1 2 主要特点 a 外壳坚固 密封性好 能在恶略工业环境中使用 b 动作灵敏 可靠 安装方便 c 传感器能延时动作 延时时间可调 避免由于大块物撞击引起的误动作 d 变换探杆可检测多种物料料位 二 主要技术参数 触电容量 AC220V 1A 电阻性负载 河南理工大学成人教育学院毕业设计说明书纸 第 8 页 共 42 页 延时动作时间 0 4 60 秒可调 出厂时调为 3 4 秒 动作角度 19 2C 复位角度 6 1 C 复位时间 瞬时复位 主体外形尺寸 95 340 重量 6 5Kg 外壳防护等级 IP65 三 主要结构及工作原理 物料探测传感器由圆柱型主体和探杆两部分组成 主体壳内有一钢球和气动延时开关 悬挂的传感器处于垂直状态时 钢球压在延 时开关上 当物料上升使传感器倾斜超过动作角度时 钢球滚开 开关延时动作发出 信号 无聊下降后 传感器恢复垂直状态 钢球又压住延时开关使其瞬间复位 探杆分类应用 出厂时随主机仅配探杆套筒 用户可根据使用场合和要求自制或我公 司制定适当的探杆类型 探杆的长度 300 500 之间分三档调节 MYV20 A 智能称重显示器智能称重显示器 1 概述 1 1简介 MYV20 A本质安全型智能称重显示器 简称称重显示器 具有抗干扰性强 全面数 字面板调校 掉电数据保持等多种功能 适合工业自动化称重控制系统中的应用及有 瓦斯和煤尘爆炸危险的矿井中 1 2型号 基本参数和型式 1 2 1型号 M Y V 20 A 类型 序号 称重 河南理工大学成人教育学院毕业设计说明书纸 第 9 页 共 42 页 煤研 1 2 2基本参数 工作电源 采用MCDX 本质安全型电源供电 输入电压 AC 127V 输出电压为DC12V 1A 最大称重 可调 分度值 1 5 10 20 50 可调 采样速度 20次 秒 准确度等级 级 防护等级 IP54 1 2 3型式 本质安全型 1 3技术要求 1 3 1工作环境条件 a 环境温度 0 40 b 相对湿度 95 c 大气压力 86kpa 110kpa d 有瓦斯和煤尘爆炸危险的矿井中 e 空气中无腐蚀金属 破坏绝缘的气体及导电尘埃 f 应防止水及其它液体侵入箱体内 1 3 2 存储 运输环境条件 温度 10 50 相对湿度 90 25 2 结构特征与工作原理 2 1总体机构 该仪表主要又3块 印刷 电路板组成 分为主板 显示板和电源板 安装在硬质 塑料外壳中 若用于有瓦斯和煤尘爆炸危险的矿井中时 需将硬质塑料外壳置于铁制 操作台中 2 2工作原理 河南理工大学成人教育学院毕业设计说明书纸 第 10 页 共 42 页 由称重显示器的电源提供直流10V给应变式称重传感器的桥源 称重传感器载荷发 生 变化时 称重传感器桥路产生不平衡的毫伏电压信号 称重显示器的 24位A D 转换器将毫伏电压信号放大并转换成数字信号 由89C52单片机控制 在5位LED显示器 上显示并有4个开关量机数据通讯输出 2 3功能特点 a 适用于所有电阻应变式称重器 b 具有多级数字式滤波功能 c 金属外壳 抗FRI干扰 d 丰富的软件管理功能 e 采用 A D转换方式 f 自动零位跟踪 g 可选择毛重及净重 h 超载时LED显示自动熄灭 i 选用清晰稳定的七段发光二极管显示 显示字符为5位 字高21mm j 全数字面板调校 FDC 河南理工大学成人教育学院毕业设计说明书纸 第 11 页 共 42 页 k 内设 看门狗 电路 抗工业干扰 l 采样速度 20次 秒 m 内设分辨率为1 000 000码 n 接通电源时具有自我诊断功能 o 按键自动去皮 p 最大显示度数为10 000 q 4个小数点的位置可供选择 r 显示的重量可选用六种不同的分度1 2 5 10 20 50 s 带有光隔的下下限 下限 上限 上上限四个开关量输出 供控制适用 3 技术参数 3 1工作环境 1 电源电压 DC12V 额定电流 0 4A 2 工作温度 0 40 3 相对湿度 95 4 防爆型式 ib 5 防护等级 IP54 3 2数字部分 1 数字显示 7段发光二极管 2 数字高度 21mm 3 指示灯号 显示毛重 净重 置零 稳定 公斤 吨 4 负载显示 最左边的数字显示 号 5 超载显示 全部显示熄灭 6 重量范围 500 60000 7 显示分度数 1 2 5 10 20 50 8 小数点位置 4个不同位置可供选择 3 3模拟部分 1 适用的传感器类型 适用于所有电阻应变式沉重传感器 2 传感器输入电压 10v 河南理工大学成人教育学院毕业设计说明书纸 第 12 页 共 42 页 3 输入灵敏度 0 5 V D 65 V D 4 输入阻抗 10 5 零位可调电压范围 0 2mV 15mV 6 量程稳定度 读数的 6ppm 7 零位稳定度 0 4 V 0 006 初始零位偏移电压 8 非线性误差 0 01 F S 9 采样方法 A D转换方式 10 采样速度 20次 秒 11 内部分辨率 1 000 000码 12 最大显示分度数 10 000 可编程控制器可编程控制器 一 PLC 的基本结构 主要有 CPU 电源 存储器和专门设计的输入 输出接口电路等组成 如图 1 1 模模拟拟量量输输入入 行行程程开开关关 继继电电器器触触点点 各各种种开开关关 传传感感器器 模模拟拟量量输输入入 行行程程开开关关 继继电电器器触触点点 各各种种开开关关 传传感感器器 CPU ROM RAM 电电源源部部件件 输输 出出 接接 口口 输输 入入 接接 口口 外外设设接接口口 CPU ROM RAM 电电源源部部件件 输输 出出 接接 口口 输输 入入 接接 口口 外外设设接接口口 CPU ROM RAM 电电源源部部件件 输输 出出 接接 口口 输输 入入 接接 口口 外外设设接接口口外外设设接接口口 照照明明 电电磁磁装装置置 执执行行机机构构 照照明明 电电磁磁装装置置 执执行行机机构构 采采用用光光电电 隔隔离离装装置置 采采用用光光电电 隔隔离离装装置置 编编程程器器打打印印机机计计算算机机编编程程器器打打印印机机计计算算机机 继继电电器器 可可控控硅硅 晶晶体体管管电电路路 继继电电器器 可可控控硅硅 晶晶体体管管电电路路 图 1 1 plc 的基本结构 1 CPU 1 将输入信号送入 PLC 中存储起来 2 按存储的先后顺序取出用户指令 3 完成用户指令规定的各种操作 4 将结果送到输出端 5 响应各种外围设备的请求 2 存储器 河南理工大学成人教育学院毕业设计说明书纸 第 13 页 共 42 页 1 RAM 随即存储器 存储各种暂存数据 中间结果 用户正调试的程序 2 ROM 只读存储器 存放监控程序和用户已调试好的程序 3 输入输出接口电路 采用光电隔离 减小了电磁干扰 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 4 电源部分 5V 12 24V 5 扩展接口 用于扩展单元吸收功能模块与基本单元相连 6 运行接口 7 编程器 编程器是 PLC 很重要的外部设备 它主要由键盘 显示器组成 编程器分简易型 和智能型两类 小型 PLC 常用简易编程器 大 中型 PLC 多用智能编程器 编程器的 作用是编制用户程序并送入 PLC 程序存储器 利用编程器可检查 修改 调试用户程 序和在线监视 PLC 工作状况 现在许多 PLC 采用和计算机联接 并利用专用的工具软 件进行编程或监控 二 二 PLC 的工作原理的工作原理 PLC 采用 顺序扫描 不断循环 的工作方式 这个过程可分为输入采样 程序执 行 输出刷新三个阶段 整个过程扫描并执行一次所需的时间称为扫描周期 河南理工大学成人教育学院毕业设计说明书纸 第 14 页 共 42 页 图 1 2 PLC 的工作方式 1 输入采样阶段 PLC 在输入采样阶段 以扫描方式顺序读入所有输入端的通 断状态或输入数据 并将此状态存入输入状态寄存器 即输入刷新 接着转入程序执行阶段 在程序执行 期间 即使输入状态发生变化 输入状态寄存器的内容也不会改变 只有在下一个扫 描周期的输入处理阶段才能被读入 2 程序执行阶段 PLC 在执行阶段 按先左后右 先上后下的步序 执行程序指令 其过程如下 从 输入状态寄存器和其它元件状态寄存器中读出有关元件的通 断状态 并根据用户程序 进行逻辑运算 运算结果再存入有关的状态寄存器中 3 输出刷新阶段 在所有指令执行完毕后 将各物理继电器对应的输出状态寄存器的通 断状态 在 输出刷新阶段转存到输出寄存器 去控制各物理继电器的通 断 这才是 PLC 的实际输 出 由 PLC 的工作过程可见 在 PLC 的程序执行阶段 即使输入发生了变化 输入 状态寄存器的内容也不会立即改变 要等到下一个周期输入处理阶段才能改变 暂存 在输出状态寄存器中的输出信号 等到一个循环周期结束 CPU 集中将这些输出信号全 部输出给输出锁存器 这才成为实际的 CPU 输出 因此全部输入 输出状态的改变就 需要一个扫描周期 换言之 输入 输出的状态保持一个扫描周期 河南理工大学成人教育学院毕业设计说明书纸 第 15 页 共 42 页 图 4 2 所示的过程是简化的过程 实际的 PLC 工作流程还要复杂些 除了 I O 刷 新及运行用户程序 还要做些公共处理工作 公共处理工作有 循环时间监控 外设 服务及通讯处理等 PLC 的开机流程要经过上电初始化 系统自检 运行程序 循环时间计算 I O 刷新 外设及通讯服务等几个阶段 如图 1 3 所示 河南理工大学成人教育学院毕业设计说明书纸 第 16 页 共 42 页 图图 1 31 3 PLCPLC 的工作流程的工作流程 河南理工大学成人教育学院毕业设计说明书纸 第 17 页 共 42 页 三 三 PLC 的技术性能的技术性能 基本技术性能 1 输入 输出点数 即 I O 点数 指 PLC 外部输入和输出端子数 2 程序容量 按点存放的 一点占用一个地址单元 一个地址单元占两个字节 3 扫描速度 采用循环扫描 扫描周期的长短决定了 PLC 运行速度的快慢 单位 MS K 一步指 令 单位为 US 步 4 指令条数 PLC 指令一般分为基本指令和高级指令 5 内部继电器和寄存器 用已存的变量状态 中间结果 数据等 还有许多只有特殊功能的辅助继电器和 寄存器 6 编程语言及编程手段 手持编程器和带有相应编成器软件的计算机两种 7 高级模块 PLC 除了主控模块外还可以配接各种高级模块 A D D A 高速计数 高速脉冲输出 PID 控制 模块控制 位置控制 网络通信 以及物理量转换模块等 四 四 PLC 内存分配及内存分配及 I O 点数点数 1 I O 继电器区 1 I O 区的寄存器可直接与 PLC 外部的输入 输出端子传递信息 PLC 点 一般小型的 PLC 主机有十几至几十个 I O 点 2 I O 点不够 可进行 I O 扩展 2 内部运用继电器区 寄存器与 I O 区结构相同 3 数据寄存器区 只能按字使用 不能按位使用 河南理工大学成人教育学院毕业设计说明书纸 第 18 页 共 42 页 4 特殊继电器 寄存器区 存储各种标志 标准时钟脉冲 计数器和定时器的设定值和经过植 自诊断的错 误信息等 5 系统寄存器区 用来存储各种只要信息和参数 如各种故障检测信息 各种特殊功能的控制参数以 及 PLC 产品出厂设定值 五 五 PLC 的主要功能的主要功能 1 条件控制 只用 PLC 的与 或 非指令取代继电器触点的串联 并联及其他各种逻辑连接 2 定时 计数控制功能 PLC 提供的定时器 计数器指令实现对某种操作的定时或计数控制 3 步进控制功能 用步进指令来实现有多道加工工序的控制 4 数据处理功能 能进行数据传送 比较 移位 数制转换 计数运算与逻辑运算以及编码和译码等 操作 5 A D 与 D A 转换功能 模拟量和数字量之间的转换 6 运动控制功能 通过 PLC 的 PID 控制指令或模块实现对温度 压力 速度 流量等物理参数的闭环 控制 7 过程控制功能 通过 PLC 的 PID 控制指令或模块实现对温度 压力 速度 流量等物理参数的闭环 控制 8 扩展功能 通过连接 I O 扩展单元来增加输入输出点数 河南理工大学成人教育学院毕业设计说明书纸 第 19 页 共 42 页 六 六 PLC 可编程控制器的特点可编程控制器的特点 1 可靠性高 抗干扰能力强 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 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 2 配套齐全 功能完善 适用性强 PLC 发展到今天 已经形成了大 中 小各种规模的系列化产品 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 3 易学易用 深受工程技术人员欢迎 PLC 作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 4 系统的设计 建造工作量小 维护方便 容易改 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 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 5 体积小 重量轻 能耗低 以超小型 PLC 为例 新近出产的品种底部尺寸小于 100MM 重量小于 150G 功 河南理工大学成人教育学院毕业设计说明书纸 第 20 页 共 42 页 耗仅数瓦 由于体积小很容易装入机械内部 是实现机电一体化的理想控制 PLCPLC选型选型 根据自动转载系统需要输入点和输出点 在输出的时候只有继电器输出 考虑到 日后维护方便和性能稳定和煤矿瓦斯防爆标准 选用德国西门子 Siemens 公司的 S7 300 系列 PLC 电源模块 PS370 一块 CPU 模块 351 一块 输入模块 321 两块和输 出模块 322 一块 S7 300 的基本性能的基本性能 SIMATlC S7 300 是一种模块化的小型 PLC 系统 其优越的性能价格比 使之成为 中小规模控制系统理想的选择 1 多种规格的处理器 系统采用独特的导轨安装 2 高速的指令处理 可满足快速程序控制要求 3 浮点数运算 可有效地实现更为复杂的数学运算 4 CPU 内集 MPI 接口 多种通讯模块能用来连接 AS 一 I 接口 PROFIBUS 和工业 以太网总线系统 5 具有时间 中断驱动 开环定位和 PlD 等高级控制功能 6 I O 模块采用前连接器方式 维修或更换十分方便 7 系统自行组态 信号或通讯模块不受限制地随意安放 8 具有满足高速计数 步进电机和伺服定位控制等特殊应用的 l O 模块 9 STEP7 编程语言具有大量的以 STEP5 为基础的指令集 使程序的编制简单快捷 S7 300 的基本组成的基本组成 1 中央处理单元 CPU 各种 CPU 有各种不同的性能 例如 有的 CPU 上集 成有输入 输出点 有的 CPU 上集成有 PROFIBUS DP 通讯 接口等 2 信号模块 SM 用于数字量和模拟量输入 输出 3 通讯处理器 CP 用于连接网络和点对点连接 河南理工大学成人教育学院毕业设计说明书纸 第 21 页 共 42 页 4 功能模块 FM 用于高速计数 定位操作 开环或闭环定位 和闭环控制 5 负载电源模块 PS 用于将 SIMATIC S7 300 连接到 120 230 伏交流电源 或 24 48 60 110 伏直 流电源 6 接口模块 IM 用于多机架配置时连接主机架 CR 和扩展机架 ER S7 300 通过分布式的 主机架 CR 和 3 个扩展机架 ER 可以操作多达 32 个模块 运行时无需风扇 7 S7 300 适用于通用领域 高电磁兼容性和强抗振动 冲击性 使其具有最高的工业环境适应性 8 S7 300 有两种类型 标准型 温度范围从 0 到 60 环境条件扩展型 温度范围从 25 到 60 更强的耐受振动和污染特性 S7 300 的通讯的通讯 这是一个经济而有效的解决方案 方便用户的 STEP7 的用户界面提供了通讯组 态功能 这使得组态非常容易 简单 SIMATIC S7 300 具有多种不同的通讯接口 多种通讯处理器用来连接 AS I 接 口 和工业以太网总线系统 串行通讯处理器用来连接点到点的通讯系统 多点接口 MPI 集成在 CPU 中 用于同时连接编程器 PC 机 人机界面系统 及其他 SIMATIC S7 M7 C7 等自动化控制系统 CPU 支持下列通讯类型 过程通讯 通过总线 AS I 或 PROFIBUS 对 I O 模块周期寻址 过程映象交换 数据通讯 在自动控制系统之间或人机界面 HMI 和几个自动控制系统之间 数据通讯会 周期地进行或被用户程序或功能块调用 河南理工大学成人教育学院毕业设计说明书纸 第 22 页 共 42 页 S7 300 的基本结构的基本结构 1 DIN 标准导轨安装 只需简单地将模块钩在 DIN 标准的安装导轨上 转动到位 然后用螺栓锁紧 2 集成的背板总线 背板总线集成在模块上 模块通过总线连接器相连 总线连接器插在机壳的背 后 3 更换模块简单并且不会弄错 更换模块时 只需松开安装螺钉 很简单地拔下已经接线的前连接器 在连接 器上的编码防止将已接线的连接器插到其他的模块上 4 可靠的接线端子 对于信号模块可以使用螺钉型接线端子或弹簧型接线端子 5 TOP 连接 采用一个带螺钉或夹紧连接的 1 至 3 线系统进行预接线 或者直接在信号模 块上进行接线 6 确定的安装深度 所有的端子和连接器都在模块上的凹槽内 并有端盖保护 因此所有的模块都 有相同的安装深度 7 没有槽位的限制 信号模块和通讯处理模块可以不受限制地插到任何一个槽上 系统自行组态 河南理工大学成人教育学院毕业设计说明书纸 第 23 页 共 42 页 第四章自动装载系统的设计第四章自动装载系统的设计 煤矿装载系统的要求 主井井筒净直径为7m 装备两对箕斗 本矿井主井提升设备选用JKMD 2 8 4 I E型落地式多绳摩擦轮提升机和JKMD 4 4 III E型低速直联落地式多绳摩擦轮提升机 各 套 电动机选用直流电动机各 台 电控设备选用PLC控制全数字直流传动系统 套 卸载利用区轨卸载 首山矿井主井深700米 装备2套12吨箕斗 年最大提升能力240万吨 井下每套装 载系统对应一个原煤仓 仓下有两台给煤机 卸载采用曲轨卸载方式 由于装载系统是在煤矿有瓦斯和煤尘爆炸危险的矿井中 因此要求采用隔爆兼本 安型设计 可以自动或手动装载 并且能够定量称重 能够和自动提升系统结合 满 足提升任务 加快劳动效率 主井定量装卸载综合控制系统 采用进口PLC可编程控制器为主机 增强了系统的 可靠性和安全性 提高了生产效率 与继电器和集成电路同类产品相比 维护量 故 障率明显降低 并且PLC很容易实现与微机联网 对煤矿实现调度自动化提供了方便 本系统可以自动对到位的箕斗进行装载 它主要由甲带给煤机 皮带输送机 定 量仓 液压站以及物料传感器等设备组成 而且完成了完善的闭锁功能 1 甲带给 煤机与皮带机闭锁功能 即皮带机不开信号 甲带给煤机不开 2 甲带给煤机 皮 带机与定量仓闭锁功能 即重量不到 甲带给煤机 皮带机 3 井底箕斗到位与信 号的闭锁 即箕斗不到位 信号指令不能发出 4 井底信号与装载闭锁功能 即井 底定量斗闸门关闭状态 信号才能发出 河南理工大学成人教育学院毕业设计说明书纸 第 24 页 共 42 页 系统框图 河南理工大学成人教育学院毕业设计说明书纸 第 25 页 共 42 页 系统工作流程图系统工作流程图 井下信号 装载系统自动方式 先以主箕斗为例 装载转换开关 信号转换开关 自动方式 自动方式 1 定量斗闸门打开 进行装载 1 定量斗空载 称重传感器实时判断 1 定量斗闸门关闭 自动发信号2 代表主箕斗上提 传给上井口卸载站 装载1 皮带机启动 1 给煤机启动 1 定量斗满载 称重传感器实时判断 1 给煤机停止 装载1 皮带机停止 等待下次箕斗到位重复上述操作 副箕斗工作流程图 副箕斗到位 2 定量斗闸门打开 进行装载 2 定量斗空载 称重传感器实时判断 2 定量斗闸门关闭 自动发信号3 代表副箕斗上提 传给上井口卸载站 装载2 皮带机启动 2 给煤机启动 2 定量斗满载 称重传感器实时判断 2 给煤机停止 2 装载皮带机停止 等待下次箕斗到位重复上述操作 河南理工大学成人教育学院毕业设计说明书纸 第 26 页 共 42 页 注 按装载急停按钮 可使装载站设备在任何状态下停止输出 按下信号急停可 使提升机在任何状态下停止运行 信号闭锁在箕斗到位状态下按下 可防止提升机启 动 装载示意图 一 一 I OI O分配分配 河南理工大学成人教育学院毕业设计说明书纸 第 27 页 共 42 页 河南理工大学成人教育学院毕业设计说明书纸 第 28 页 共 42 页 河南理工大学成人教育学院毕业设计说明书纸 第 29 页 共 42 页 第五章自动装载系统部分程序设计第五章自动装载系统部分程序设计 主钩到位 1 仓满 车房松闸条件