毕业设计 洗煤厂设计.doc

西南交大毕业设计选煤厂洗煤厂储备运输车间皮带运输机控制系统设计毕业设计（论文）任务书 一、设计（论文）题目：选煤厂洗煤厂储存输送车间皮带运输机控制系统设计二、设计（论文）任务与要求洗煤厂普遍存在跑空车，过载造成煤料堆积，控制处理不及时。一旦造成煤料堆积，处理费时费力，影响时间过长，降低洗煤效率，影响产量。本设计通过对电气设备的电气闭锁、机械闭锁、构成煤料堆积的保护系统，避免发生煤料堆积事故，这样对人力资源起到了一定的节约作用，对促进生产有一定的意义。通过对本次的设计，掌握控制系统的设计方法，以及电器常用元器件的选型，初步具有控制系统主电路、控制电路的分析和设计方法。 三、设计（论文）时间 2011 年 02月 28日至 2011年 05 月 23日指导教师（签名） 成教院院长（签名） 西南交通大学成人教育学院毕业设计（论文）评定书 一、设计（论文）题目：选煤定位系统研究与应用二、设计（论文）说明书 38 页，附图 张。三、审阅意见及评语 根据学院毕业设计管理的有关规定，同意（不同意）参加毕业设计（论文）答辩。指导教师（签名） 职 称 工 作 单 位 目 录第一章：绪论.31.1设计目的.31.2设计要求.31.3设计主要内容.4第二章：洗煤厂简介.4第三章：洗煤厂工艺流程.53.1洗煤厂洗煤工艺流程.53.2洗煤厂储运上煤流程.6第四章：电器元件的选择与确定.74.1电器元件的选择74.2电气保护系统的选择84.3控制元件的选择.114.4确定I/O点数及PLC的选型164.5软件系统设计.23第五章：电路图设计、控制分析.275.1设计对象分析.27 5.2系统程序流程图285.3本文所用的电气图符号说明如下295.4具体设计.315.4.1主电路设计.315.4.2控制电路设计. 34 5.4.3保护环节设计.365.4.4设计优化.38致谢.40参考文献40摘 要皮带运输机被广泛应用在港口、电厂等生产线，在生产中发挥着越来越重要的作用，本次设计的皮带运输机基于改善常规生产中出现的种种状况，通过改进设计将生产要求的安全、可靠、稳定等技术指标进一步提高皮带运输机核心部分的控制线路设计尤显重要，对实现皮带运输机的启动、调速、反转和制动等进行性能控制；实现对拖动系统的保护：满足生产工艺要求：实现生产过程自动化，在完成设计的过程中一直立足于：设计简单，设计、安装、调整、维修方便，价格低廉，运行可靠，为完善设计和提高设计效率，除了建立必要的数据、符号、标准元件库外，另采用了CAD、PLC等相关分析和计算软件对控制线路、电动机的设计和选择上，通过反复比较和讨论以求获得最优方案，关键词：电气控制系统；主电路；控制线路；保护电路；PLC控制系统：电气元件。第一章 绪论1.1设计目的通过对皮带运输机电气控制系统设计，使学生初步掌握电气控制系统的设计方法，以及电气常用元器件的选型：使学生初步具有控制系统主电路、控制电路的分析和设计方法；同时使学生掌握电气线路原理图的绘制方法，为今后走上工作岗位应用电气控制基本理论知识奠定良好的基础。1.2设计要求该洗煤厂采用皮带运输机运送原煤，其工作示意图由下图所示：抓煤斗MMM252振动筛253破碎机M1号仓201皮带251皮带夹带皮带256皮带MM(1)起动时，要求顺序为256皮带、253破碎机、252振动筛、251皮带 、201皮带、夹带给煤机皮带电动机，并要有一定的时间间隔，以免煤料在皮带上堆积，造成后面的皮带重载起动。(2)停车事，要求顺序为夹带给煤机、201皮带、251皮带、252振动筛、253破碎机、256皮带且应有一定的时间间隔，以保证停车后皮带上不残存煤料。(3)无论哪台电动机过载，所有电动机必须按顺序停车，以免造成沙料堆积。(4)线路应有失压、过载、短路等保护环节。1.3设计主要内容 l、设计主电路 2、设计基本控制电路 3、设计保护环节，完善控制线路 4、对线路工作原理进行分析，最后审查确定线路的可靠性 5、完成器件选型第二章 洗煤厂简介该选煤厂原煤处理能力1.20Mt/a，主要洗煤方法为重介洗煤和跳汰洗煤。选煤方法为：混煤跳汰+浮选联合工艺。目前邢台矿选煤厂选煤方法为：不脱泥无压三产品重介旋流器分选/煤泥重介旋流器分选/浮选+加压过滤回收/一次浓缩+筛网沉降过滤离心机回收/二次浓缩+压滤机回收工艺。第三章 洗煤厂工艺流程3.1洗煤厂洗煤工艺流程煤炭加工系统由筛分、破碎、选煤、储存、装车等主要环节构成。筛分用带孔的筛面把颗粒大小不同的混合物料分成各种粒极的作业叫筛分。筛分所用的机器叫筛分机或者筛子。在选煤厂中，筛分作业广泛地用于原煤准备和处理上。按照筛分方式不同，分为干法筛分和湿法筛分。破碎把大块物料粉碎成小颗粒的过程叫做破碎。用于破碎的机器叫做破碎机。在选煤厂中破碎作业主要有以下要求：1)适应入选颗粒的要求；精选机械所能处理的煤炭颗粒有一定的范围度，超过这个范围的大块要经过破碎才能洗选。2)有些煤快是煤与矸石夹杂而生的夹矸煤，为了从中选出精煤，需要破碎成更小的颗粒，使煤和矸煤分离。3)满足用户的颗粒要求，把选后的产品或煤快粉碎到一定的粒度物料粉碎主要用机械方法，有压碎、劈碎、折断、击碎、磨碎等几种主要方式。选煤是利用与其它物质的不同物理、物理一化学性质，在选煤厂内用机械方法去处混在原煤中的杂质，把它分成不同质量、规格的产品，以适应不同有户的需求。 3.2洗煤厂储运上煤流程原煤经抓煤斗进入夹带给煤机，给煤机将煤送到201皮带，皮带上方的设有除铁器，用来吸除煤中的杂质铁后，被送入到251皮带，皮带上方仍设有除铁器，用来二次吸除煤中的杂质铁，接下来被送入252振动筛，这样，经过震动后，大块的煤被分选出来，送进253破碎机进行粉碎，经过破碎后的煤由一个三通阀送到256皮带，256皮带位于一号煤仓的顶端，煤直接进入一号仓待用。如图3.1所示。原煤抓煤斗夹带给煤机201皮带（除铁器）253破碎机252振动筛251皮带（除铁器）三通阀256皮带机1号料仓图3.1 洗煤厂储运上煤流程第四章 电器元件的选择4.1电动机的选择设备名称设备情况选用电机夹带给煤机200m 0.8m/s 78t/s15kw201皮带机500m 1.0m/s 97t/s60kw251皮带机500m 1.2m/s 131t/s75kw232振动筛筛面规格1200*3700 mm 30kw253破碎机出料粒度0.5-30mm 30kw x2256皮带机1000m 1.2m/s 435t/s175kw图4.1上煤设备基本情况对于像夹带皮带、201皮带这类仅有一两个简单往复动作的普通机械，可采用三相鼠笼式异步电动机拖动，经齿轮减速后用螺旋传动机构来传动。本系列采用B级绝缘，外壳防护等级为封闭式(IP44)或防护式(IP23)。Y系列电动机额定电压380V，额定频率50HZ，1：要参数如表4.2，实物图如图4.3。图4.2选定电机的型号参数4.3电机实图4.2电动机起动方式的确定对于起动性能要求不高的机械设备，电动机的起动可根据其容量决定，当电动机总容量不超过供电变压器容量的20%时，一般采用直接起动。当容量大于该值时，可采用星一三角形降压起动或在定子中串电阻降压起动、也可采用自耦变压器降压起动。如果机械设备要求电动机软起动，应采用软起动器起动或变频器控制的加速起动。第五章 电路图设计、自动、手动控制5.1设计对象分析洗煤厂运输机运送原煤，其工作示意图由下图所示抓煤斗MMM252振动筛253破碎机M1号仓201皮带251皮带夹带皮带256皮带MM：图5.1洗煤厂运煤工作示意图(1)起动时，顺序为256皮带、253破碎机、252振动筛、251皮带 、201皮带、夹带给煤机皮带电动机，并要有一定的时间间隔，以免原煤在皮带上堆积，造成后面的皮带重载起动。我们可以利用按扭自锁、继电器触点等控制电动机的启停，使用时间继电器控制一定的时间间隔，让电动机按先后顺序启动。(2)电动机的停车顺序为夹带给煤机皮带、201皮带、251皮带、252振动筛、253破碎机、256皮带且应有一定的时间间隔，以保证停车后皮带上不残存原煤。由于停止顺序与开始顺序要求相反，所以我们同样可以通过时间继电器来控制，只是时间继电器的控制顺序相反而已。(3)无论哪台电动机过载，所有电动机必须按顺序停车，以免造成沙料堆积。为了达到此目的我们将夹带给煤机皮带、201皮带、251皮带、252振动筛、253破碎机、256皮带的过载保护器件与开关串联在一条线路上，无论哪台电动机过载，都可使得相当于开关断开，达到按照预先安排的夹带给煤机皮带、201皮带、251皮带、252振动筛、253破碎机、256皮带的电机顺序停止。(4)线路应有失压、过载、短路等保护环节。”我们用熔断器实现短路保护；热继电器FR实现过载保护；而失压保护是指电动机自动的保护，我们利用电压继电器实现失压保护，即自锁控制。总而言之，我们根据题目的要求，选取相对应的器件，手动或自动地接通或断开电路断续或连接地改变电路参数，一实现该电路的切换，控制，保护，检测，变换和调节。5.2系统程序流程图根据对设计题目的分析，我们得出该系统的运行方式：按下启动按钮后，256皮带电动机最先启动，经过一定时间的延时后，破碎机电动机启动，再过一定时间，振动筛电动启动，系统启动完毕，在正常运行情况下，电动机的停车顺序为夹带给煤机皮带、201皮带、251皮带、252振动筛、253破碎机、256皮带且应有一定的时间间隔，以保证停车后皮带上不残存沙料。在运行过程中若发生异常情况，如过载等，系统立刻按夹带给煤机皮带、201皮带、251皮带、252振动筛、253破碎机、256皮带的顺序停车，以保证系统的安全。具体的流程图如图5.2所示： 启动运行256皮带电机启动，同时间继？电器得电延时。253破碎机电机启动，同时间继电器得电延时。是否过载？给煤正常进行夹带给煤机皮带、201皮带、251皮带、252振动筛、253破碎机、256皮带顺序停止结束传感器检测报警251皮带电机启动，同时间继电器得电延时。201皮带电机启动，同时间继电器得电延时。252振动筛电机启动，同时间继电器得电延时。夹带皮带电机启动，同时间继电器得电延时。是否图5.2 系统运行流程图5.3本文所用的电气图符号说明如下： 1、图形符号 根据GB4728电器图用图形符号 2、文字符号 根据GB7159-87的规定，文字符号分为基本文字符号（单字母或双字母）、辅助文字符号和附加文字符号。 (1)、基本文字符号 单字母符号：按拉丁字母将各种电器设备装置和元器件划分为23大类，每一类用一个专用单字母符号表示。 如：“T表示变压器；“K表示继电器、接触器；“R”表示电阻器。 双字母符号：由一个表示种类的单字母和另一个按有关电器术语国家标准或专业标准中规定的英文术语缩写而成的字母组成。 如：“KT”表示是继电器，其中“K”表示继电器、“T”表示时间；TA-电流互感器；TV-电压互感器：TC-控制变压器；TM-电力变压器。 (2)、辅助文字符号 表示电器设备、装置和元器件及线路的功能、状态、特征。 (3)、补充文字符号的原则 3、接线端子标记 接线端子用字母数字符号标记 三相交流电源引入线：L1、L2、L3、N、PE 直流电源正、负、中间线：L+、L-、M 三相动力电器引出线：U、V、W 三相感应电动机绕组首端：Ul、V1、Wl 三相感应电动机绕组尾端：U2、V2、W2 三相感应电动机绕组中间抽头：U3、V3、W3对于数台电动机，在字母前冠以数字来区别：M1-IU、IV、IW; M2-2U、2V、2W控制电路各线号采用数字标志5.4具体设计5.4.1主电路设计降压启动主电路图5.3.降压启动主电路电路说明： 如图5.3所示在电动机起动工程中，常在三相定子电路中串接电阻（电抗）来降低定子绕组上的电压，使电动机在降低了的电压下起动，以达到限制起动电流的目的。一旦电动机转速接近额定值时，切除串联电阻（电抗），使电动机进入全电压正常运行。这种线路的设计思想，通常都是采用时间原则按时切除起动时串入的电阻（电抗），以完成起动过程。在具体线路中可采用人工手动控制或时间继电器自动控制来加以实现。具体线路如图5.5所示图5.4.手动控制运行电路图5.5.自动控制运行电路上图仅仅是对主电路中其中一个电机的降压控制电路。其他两个电机的降压启动电路与上同，为了控制电路清晰明了而没有将该电路加到主控制电路图5.6、图5.7中。 A、手动控制运行方式图3为手动控制线路。其工作原理为：闭合电源开关QS：按起动按钮SB2：接触器KM,线圈得电，主触点KM1闭合，电动机M1串入电阻R1起动，接触器KM1的常开辅助触点闭合自锁，即使释放SB2，电动机仍然为降压起动运行状态。当电动机转速接近额定值时，再按SB3：接触器KM4得电，其常开辅助触点闭合自锁，常开主触点闭合，切除电阻R，使电动机进入正常全压运行，即降压起动过程结束。按停止按钮SB,：接触器KM4、KM4失电，电动机M停止运行。 B、自动控制运行方式 在上诉手动控制线路中，短接电阻的时间要由操作者估计，不容易掌握。如果把时间估计得过长，起动过程变慢，影响劳动生产率；如果把时间估计得太短，过早按下SB3，将会引起过大的换接冲击电流，导致电压波动。因此，在生产设备上采用时间继电器来自动切除电阻。时间继电器的延时可以较为准确的整定。整定动作时间就是电动机降压起动时间，不会出现过大的换接冲击电流，操作方便，但需多用一个时间继电器。串电阻降压起动自动控制线路如图4所示。线路工作原理：按起动按钮SB2：接触器KM1线圈得电，KM1的常开辅助触点闭合自锁，常开主触点闭合，电动机M1串入电阻R1起动。在按下SB2的同时，时间继电器KT4线圈也得电。经一定延时，其常开触点闭合，接触器圈KM4得电，KM4得主触点闭合，短接电阻R1，使电动机进入全电压下运行，降压起动过程结束。按停止按钮SB：切断KM1、KM4及KT4线圈电源电路，使电动机停转。这时主电路和控制电路都恢复了常态，为下次降压起动作好了准备。串电阻降压起动的优点是控制线路结构简单，成本低，动作可靠，提高了功率因素，有利于保证电网质量。适用于要求起动平稳的中小容量电动机以及起动不频繁的场合。(3)两种主电路的对比分析式中异步电动机采用全压直接起动时，控制线路简单，维修工作量较少。但是，并不是所有异步电动机在任何情况下都可以采用全压起动的。这是因为异步电动机的全压起动电流一般可达额定电流的47倍。过大的起动电流会降低电动机寿命，致使变压器二次电压大幅度下降，减小电动机本身的起动转矩，甚至使电动机根本无法起动，还要影响同一供电网路中其他设备的正常工作。一般规定，电动机容量在10KW以下者，可直接起动。lOKW以上的异步电动机是否允许直接起动，要根据电动容量和电源变压器容量的比值来确定。对于给定容量的电动机，一般用下面的经验公式来估计：Iq电动机全电压起动电流(A) Ie电动机额定电流(A)若计算结果满足上述经验公式，一般可以全压起动，否则不予全压起动，应考虑采用降压起动。有时，为了限制和减少起动转矩对机械设备的冲击作用，允许全压起动的电动机，也多采用降压起动方式。以限制起动电流（一般降低电压后的起动电流为电动机额定电流的23倍），减小供电干线的电压降落，保障各个用户的电气设备正常运行。5.4.2控制电路设计图5.6控制电路电路启动说明： 起动：按照顺序为256皮带、破碎机、振动筛、251皮带 、201皮带、夹带给煤机皮带电动机依次启动当按下SB2，继电器KTI得电动作，触点KTI闭合，形成自锁并且使中间继电器KA得电动作，使触点KA闭合；继电器KM3得电动作，电机M3延时运行，触点KM3闭合形成自锁；同时时间继电器KT2得电， KM3支路上的延时断开触电闭合，延时闭合触点KT2延时闭合，使继电器KM2得电，电机M2延时运行，触点KM2闭合形成自锁；同时使时间继电器KT2失电，并且使时间继电器KT3得电动作，KM2支路上的延时断开触点KT3闭合，同时延时闭合触点KT3延时闭合，使继电器KMI得电动作，电机M1延时启动，触点KMI断开，KT3失电，相应触点动作。 停止：手动停车，停车顺序为夹带给煤机、201皮带、251皮带、振动筛、破碎、256皮带电动机依次停止。按下SBI，时间继电器KTI失电，KTI触点断开，使继电器KMI失电，电机M1失电停止运行，触点KM1闭合；使时间继电器KT3失电，触点KT3延时断开，使继电器KM2失电，电机M2经过KT3的延时后停止；KM2闭合，使时间继电器KT2得电，延时断开触点KT2断开，使电机M3经过延时后停止。此时KA支路上的触点全部断开，使中间继电器KA失电，触点KA断开，而达到控制支路全部断电的目的。 在控制电路中，在关闭以前，时间继电器KTI -直得电；中间继电器KA在整个控制电路失电以前一直运行。优点：控制电路在实现相应功能与保护的同时，时间继电器运用比较少，并且进行了双向运用，经济实用。缺点：电路在运行复杂，难以分析，对时间继电器的通断要求较高，否则容易出现寄生电路。时间继电器KTI与中间继电器KA -直得电，使器件寿命缩短。5.4.3、保护环节设计： (1)过载保护对于方法一来说当任意一台电机发生过载情况，热继电器FU常闭触点断开，导致KMI失电电动机M1断电停止运行。同时时问继电器KT5得电，其常闭触点延时断开导致接触器KM2失电，电动机M2断电而停止运行。同时KT5常开触点延时闭合，时间继电器KT6得电，其常闭触点延时断开，KM3失电，其常开触点断开，电动机M3断电停止运行。对于方法二来说为了在过载保护中达到顺序的关机，所以使过载保护FRI、FR2、FR3的功能与开关SBI相同。对于过载保护也可以通过在主电路上接入电流检测器，通过对电流的检测与给定最大额定电流的比较来判断电机是否过载。将比较后的信号与控制电路中过载保护触点相连来达到过载保护。(2)欠压和失压保护当电动机三相电源中有任意一相断电时，如果电动机为Y接，则其中性点（中点电压将显著提高。因此，中点电压可用作断相故障的信号。如图7所示图5.7 失压保护电路电路用电压继电器作保护器件。当某相断线（如熔丝FUl熔断）后，接在中点的继电器KV动作，切断KM的控制回路，电动机M停车。该保护电路适用于0.655kW电动机。同时在控制线路中还可通过接触器的KM的自锁触电来实现欠压和失压保护。在电动机正常运行中，由于某种原因使电网电压消失或降低，当电压低于接触器线圈的释放电压时，接触器释放，自锁触电断开，同时主触点断开，切断电动机电源，电动机停转。如果电源电压恢复正常，由于自锁解除，电动机不会自行起动，避免了意外事故发生。5.4.4设计优化(1)、为保证电气控制电路可靠的工作，我们从以下几方面考虑：、电路元件应完好无损且符合质量要求，工作稳定可靠，符合使用环境条件，电器元件动作时间的配合不致引起竞争。、电器元件的线圈和触点的连接符合GB5226-85的规定：每个电磁动作器件的线圈、信号灯或向信号灯供电的变压器的一次线圈，必须连接在控制电路接地的一边，各个器件的触点应接在线圈和控制电路的另一边之间。、在实际连接时，应注意以下几点： a)正确连按电器的电磁线圈。交流电压线圈通常不能串联使用。 b)合理安排电器元件及触点位置