平煤四矿地面控制系统设计.doc

毕 业 设 计（论文）（说 明 书）题 目：平煤四矿地面控制系统设计 姓 名： 编 号： 平顶山工业职业技术学院 年 月 日平顶山工业职业技术学院毕 业 设 计 （论文） 任 务 书姓名 专业 任 务 下 达 日 期 年 月 日设计（论文）开始日期 年 月 日设计（论文）完成日期 年 月 日设计（论文）题目： A编制设计 B设计专题（毕业论文） 指 导 教 师 系（部）主 任 年 月 日平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）答辩委员会记录 系 专业，学生 于 年 月 日进行了毕业设计（论文）答辩。设计题目： 专题（论文）题目： 指导老师： 答辩委员会根据学生提交的毕业设计（论文）材料，根据学生答辩情况，经答辩委员会讨论评定，给予学生 毕业设计（论文）成绩为 。答辩委员会 人，出席 人答辩委员会主任（签字）： 答辩委员会副主任（签字）： 答辩委员会委员： ， ， ， ， ， ， 平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）评语第 页共 页学生姓名： 专业 年级 毕业设计（论文）题目： 评 阅 人： 指导教师： （签字） 年 月 日成 绩： 系（科）主任： （签字） 年 月 日毕业设计（论文）及答辩评语： 36 / 43摘 要四矿地面生产系统主要包括三个部分：即皮带运输系统、筛分系统、储装运及计量系统。利用西门子S7-300系列PLC形成地面生产系统的集中控制系统，控制范围包括从主井煤仓至主煤仓过程中的所有皮带、给煤机、破碎机、动筛、转载机等设备以及煤仓煤位的控制和保护。在地面生产系统变电站设置主控PLC系统，通过硬件接口控制生产系统高低压供电设备，从而控制皮带等设备的启停，同时采集高低柜电量信息。主控PLC系统完成整个生产系统设备间的闭锁和集中控制，在主控PLC柜体上安装触摸屏（或操作屏）在筛分楼安装分站PLC系统，主要采集各类保护信号，并输出控制命令给各就地控制箱，监测和控制筛分楼配电设备，与主控PLC进行通讯。在煤仓上仓的配电分站，设置煤仓分站PLC，监测和控制筛分楼配电设备，与主控PLC进行通讯。在煤仓下仓的配电点设置火车装车分站PLC。主要控制装车皮带、皮带制动器、煤仓给煤机、出煤口电动阀门、牵引系统等。在各类皮带、动筛等设备附近安装就地控制箱，就地控制分手动（就地）和自动（远动），在自动（远动）方式时，设备的其他由PLC系统控制，当在手动方式时，即使PLC系统瘫痪仍能由就地直接控制设备。PLC系统能识别就地控制箱的手动或自动方式的选择。在皮带沿线安装紧停（或拉线）包括，对长皮带安装跑偏保护，在动筛、煤仓等容易堆煤的点安装煤位传感器。在沿线安装语音信号设备，语音信号自成一路沿皮带走廊布置。各个控制对象的运行信息、控制信号、皮带沿线信号引到PLC柜内，同语音信号一起通过MCTP多通道传输平台送到调度监控中心。关键词： PLC系统控制 触摸屏目 录摘 要1第一章 前言1第二章 地面生产控制系统概况22.1地面生产控制系统组成和内容22.2地面生产控制系统的特点62.3地面生产控制系统的主要功能7第三章 地面生产控制系统的电路部分设计73.1集中联动要求73.2操作过程83.3设备保护和操作信号83.4防爆及瓦斯断电要求83.5控制系统的电路组成9第四章 控制系统的PLC设计154.1PLC的选型154.2S7-300的基本结构164.3.S7-300系列PLC简介174.4地面控制系统的PLC组成19附 录30致 谢33参考文献34第一章 前 言平煤股份四矿位于擂鼓台山下,距市中心6公里, 市北环路横穿矿区, 公路、铁路四通八达，交通便利。职工总数 6200 人, 固定资产原值1.926亿元，是平顶山天安煤业股份有限公司大型骨干矿井之一。 该矿1955年11月破土动工，1958年8月1日正式投产。 1985年12月二水平建成投产，年设计能力由60万吨增加到 120万吨。进入九十年代以来，该矿大力实施“科技兴矿”战略，企业步入了快速发展的新阶段，实际年生产能力达到180万吨以上，经济实力显著增强，矿井面貌涣发出勃勃生机。 该矿坚持走“以煤为本、多种经营、综合发展”的道路，非煤产业迅猛发展，重点项目有矸石热电厂、砌块水泥厂、磁化肥厂、标准件厂等20多个厂点，从业人员2500人，资产总额达6718万元，成为企业经济发展的主要支柱。 企业先后被国家煤炭工业局、中煤企协命名为“中国煤炭工业一级企业”、“行业一级高产高效矿井”，被河南省委、省政府及省经贸委授予“文明单位”、“优秀思想政治工作企业”、“五好煤矿”、“企业管理达标先进单位”等一系列荣誉称号。 该矿矿井井田面积7.5平方公里,可采储量5160.7万吨,可采煤层3组8层,各煤层赋予条件较好,地质构造比较简单。一水平开采的丁、戊组煤层属1/3焦混煤, 灰分2428%，发热量52005500大卡， 广泛用于电力、建材等行业；二水平开采的己组煤属肥煤，灰分1624%，发热量5500大卡以上， 是冶金、炼焦的理想燃（原）料。多年来，该矿坚持质量第一、用户至上的营销方针，建立、健全井上下全员、全方位、全过程的质量管理网络体系,产品畅销华东和中南五省,幅射广东、广西、福建等省市，在用户中一直享有良好信誉。 第二章 地面生产控制系统概况2.1地面生产控制系统组成和内容四矿地面控制系统是由以控制为主的现代化大型调度指挥中心和矿井众多自动化子系统（包括通风、排水、提升、运输、压风和供电等）组成。其动力子系统均具有无人值守功能，系统以安全可靠为设计原则，利用智能控制等多项技术，同时利用声音和图象确保动力系统自动控制及操作运行的安全可靠，取得了多项技术新成果。同时对系统进行了集成，改变了传统的综合控制模式，提出多系统集成的新模式，“二统一，一开放”：统一的数据库即多个系统的原始信息通过两台互为备用的操作服务器的采集送到统一数据库中进行处理；统一的平台软件即各系统的监测监控功能均由统一的工控组态软件开发，各操作终端处于同一平台；开放的网络即系统有最大限度的开放性，可提供600多种通讯转换软件，接纳各种设备。通过大屏幕、监视器、CRT展现出了整个矿井的主要生产过程，机电设备运行状态以及工业现场的视频图像，通过鼠标即可完成对设备的控制操作。如图2-1图2-1调度控制中心四矿采用分采分运分储方式，因此己组煤和戊组煤的生产流程是独立的，其生产流程也不同，具体如下：己组煤：在主井井口西侧对应布置一个箕斗受煤仓，卸装己组煤。己组煤经由受煤仓下给煤机及原煤带式输送机进入筛分楼，根据入洗上限对+50mm设计筛分手选矸石及破碎成-50级混煤，经上仓带式输送机运至跨线装车仓。当煤仓装满后，原煤可通过上仓带式输送机头部分岔溜槽进入去储煤场带式输送机，将原煤运到原煤储煤场储存。储煤场设于铁路南侧，容量15000t，可存矿井生产3天以上产煤。储煤场设有返煤漏斗及地道，返煤漏斗下设往复式给煤机，储煤场的煤可通过给煤机及返煤带式输送机运到装车带式输送机上装车外运。戊组煤：在主井井口东侧对应布置一个箕斗受煤仓，卸装戊组煤。戊组煤经由受煤仓下给煤机及原煤带式输送机进入筛分楼，对戊组煤进行0-13mm、13-25mm、+25mm级筛分，1325 mm供本矿锅炉用，对筛出的+25mm块煤只拣大块矸石。然后进入破碎机破碎，破碎机出料为-50mm，以050mm混煤，经上仓带式输送机运至跨线装车仓。当煤仓装满后，原煤可通过上仓带式输送机头部分岔溜槽进入去储煤场带式输送机，将原煤运到原煤储煤场储存。储煤场设于铁路南侧，容量15000t，可存矿井生产3天以上产煤。储煤场设有返煤漏斗及地道，返煤漏斗下设往复式给煤机，储煤场的煤可通过给煤机及返煤带式输送机运到装车带式输送机上装车外运。在煤仓上仓的配电分站，设置煤仓分站PLC，监测和控制筛分楼配电设备，与主控PLC进行通讯。在煤仓下仓的配电点设置火车装车分站PLC。主要控制装车皮带、皮带制动器、煤仓给煤机、出煤口电动阀门、牵引系统等。在各类皮带、动筛等设备附近安装就地控制箱，就地控制分手动（就地）和自动（远动），在自动（远动）方式时，设备的其他由PLC系统控制，当在手动方式时，即使PLC系统瘫痪仍能由就地直接控制设备。四矿地面生产控制系统主要包括三个部分：即皮带运输系统、筛分系统，储装运及计量系统。其流程如图2-2：地面的控制的设备有很多，包括有给煤机，双齿辊破碎，皮带机等，具体的设备编号如下图2-3图2-2 控制系统流程图图2-3 设备编号地面生产控制系统主要是对原煤皮带、上仓皮带、筛分设备、破碎设备、给煤机、分岔溜槽设备及各类电机进行控制和保护。通过增加PLC柜、皮带沿线保护、就地操作箱、语音装置，达到能手动、自动控制皮带、给煤机、动筛装置，发出语音命令，同时监控筛分车间运输系统各种运行信息、保护信息，实现综合的自动化控制。其设备名称，规格型号和相关的设备如下表2-1表2-1设备明细表序号设备名称规格型号相关设备备注1已组煤原煤上筛分楼带式输送机B=1000mm，L=78.2m给煤机、电机、制动器2已组煤筛分楼内转载带式输送机B=1000mm，L=15.5m电机等3己组煤手选带式输送机B=1000mm，L=15.65m电机等4已组煤上转载楼带式输送机B=1000mm，L=115.9m电机、制动器5已组煤上仓带式输送机B=1000mm，L=86.0m电机、转载机6已组煤至汽车仓带式输送机B=1000mm，L=24.3m电机、分岔溜槽7戊组煤原煤转载带式输送机B=1000mm，L=8.9m给煤机、电机、转载机8戊组煤原煤上筛分楼带式输送机B=1000mm，L=65.6m电机等9戊组煤筛分楼内转载带式输送机B=1000mm，L=16.5m电机等10戊组煤手选带式输送机B=1000mm，L=13.54m电机等11戊组煤上转载楼带式输送机B=1000mm，L=113.1m电机、制动器12戊组煤上仓带式输送机B=1000mm，L=86.2m电机、转载机、13戊组煤至汽车仓带式输送机B=1000mm，L=47.7m电机、分岔溜槽14锅炉上煤皮带（共3段）B=650mm，L=150.0m电机等15己组煤煤仓移动皮带B=1000mm，L=30.0m电机，移动电机16戊组煤煤仓移动皮带B=1000mm，L=30.0m电机，移动电机17338.8己戊组煤装车带式输送机B=1200mm，L=92.0m电机等18338.17己戊组煤装车带式输送机B=1200mm，L=153.0m电机等19螺旋分级筛2台20对齿破碎机4台21悬挂式除铁器2台22下仓给煤机4*623己组火车装载皮带B=1200mm，L=87.2m电机、给煤机等24戊组火车装载皮带B=1200mm，L=87.2m2.2地面生产控制系统的特点1.利用西门子S7-300系列PLC形成地面生产系统的集中控制系统，控制范围包括从主井煤仓至主煤仓过程中的所有皮带、给煤机、破碎机、动筛、转载机等设备以及煤仓煤位的控制和保护。2.在地面生产系统变电站设置主控PLC系统，通过硬件接口控制生产系统高低压供电设备，从而控制皮带等设备的启停，同时采集高低柜电量信息。主控PLC系统完成整个生产系统设备间的闭锁和集中控制，在主控PLC柜体上安装触摸屏（或操作屏）3.在筛分楼安装分站PLC系统，主要采集各类保护信号，并输出控制命令给各就地控制箱，监测和控制筛分楼配电设备，与主控PLC进行通讯。在煤仓上仓的配电分站，设置煤仓分站PLC，监测和控制筛分楼配电设备，与主控PLC进行通讯。4.在煤仓下仓的配电点设置火车装车分站PLC，采用隔爆设计。主要控制装车皮带、皮带制动器、煤仓给煤机、出煤口电动阀门、牵引系统等（5）在各类皮带、动筛等设备附近安装就地控制箱，就地控制分手动（就地）和自动（远动），在自动（远动）方式时，设备的其他由PLC系统控制，当在手动方式时，即使PLC系统瘫痪仍能由就地直接控制设备。PLC系统能识别就地控制箱的手动或自动方式的选择。（6）在皮带沿线安装紧停（或拉线）包括，对长皮带安装跑偏保护，在动筛、煤仓等容易堆煤的点安装煤位传感器。（7）在沿线安装语音信号设备，语音信号自成一路沿皮带走廊布置。各个控制对象的运行信息、控制信号、皮带沿线信号引到PLC柜内，同语音信号一起通过MCTP多通道传输平台送到调度监控中心。2.3地面生产控制系统的主要功能皮带沿线保护（智能跑偏/拉线保护）：对胶带机运行当中的跑偏故障进行保护和沿线出现紧急情况时进行紧急停车。由于选用的智能跑偏/拉线开关，在调度中心可以监视到智能跑偏/拉线开关的动作位置，以便及时发现故障地点，进行处理恢复生产。堆煤保护：监测上煤点是否堵塞，出现故障能控制胶带机紧急停车。生产系统的集中控制，能实现整个系统的一键启停，能实现系统设备的顺序自动闭锁，能对系统中的所有设备（具备电动）进行远程手动控制和远程自动控制（闭锁控制），集中控制主要由设在生产系统变电所中的主控PLC完成，在主控PLC柜上设立触摸屏，可进行就地集中控制。能综合主井提升系统、主煤仓系统以及装运系统的信息，实现自动启停，当生产系统发生故障时，能对为主井提升系统及其他煤流系统提供相关的决策信息，实现整个煤流系统的智能联动。火车自动装载及计量，与火车牵引系统、煤仓给煤机及输送皮带、位置检测、轨道衡等进行配合，完成火车的自动装载和计量。远程监控，能通过控制决策中心的地面生产系统监控系统进行远程监视和远程控制，远程控制既能实现对全系统的一键启停，也能在应急情况下，单独启动某一环节的设备，如各段皮带、动筛等。第三章地面生产控制系统的电路部分设计地面控制系统是一个复杂的控制系统，其操作方式分：控制室集中联动运转、控制室集中单独运转、机旁手动(仅用于机旁检修和调试)。输送线的运转方式包括：启动、停机、紧急停机和故障。其中需要对电路部分进行详细的设计，并且和plc紧密的联系起来，通过plc和工业计算机联合控制，以达到集中控制的要求，所以就需要对控制系统的集中控制联动要求作详细的设计3.1集中联动要求1.系统启动联锁顺序：设备启动时自系统的始端设备开始，按逆物料输送方向顺序依次开始启动。2.系统停机联锁顺序：设备停机时，自系统始端的供料设备开始，按顺物料输送方向顺序待料运完后依次停车。3.设备故障时，其来料方向所有设备同时停机，后面的设备运转至物料全部排空即停机。4.按动控制室操作计算机或机旁的紧急停车开关，可使联动系统所有设备一起停机。3.2操作过程1.控制室集中联动运转：1) 启动：操作人员在控制室发出启动指令，整个生产系统沿线发出启动预告信号，接着沿线设备按逆流程依次开始启动。2) 停车：操作人员在控制室发出停车指令，整个生产系统按顺流程待料运完后依次停车。3) 紧急停车：当现场发生事故时，现场可拉动按动现场操作箱上的急停按钮，料线全线停车。4) 故障：系统中某一带式输送机故障停机时，其来料方向所有设备同时停机，后面的设备继续运转，至物料全部排空立即停车。2.控制室单动运转：所有集中控制设备都应能在控制室进行单机运转操作。3.机旁手动：所有设备都可以通过设置在机旁的单独运转开关进行单独运转。这种运转方式通常在设备检修或试车时使用，机旁开关设在设备操作箱上。3.3设备保护和操作信号：带式输送机的保护装置有：.事故开关：所有作业设备的近旁都必须设有明显的事故紧急停车开关。.开车信号：联锁系统开始作业时，需发出启动预告信号，通知沿线工作人员离开设备，然后再启动设备。.事故信号：各种事故引起的紧急停车，均需在控制室内发出音响信号，并显示出事故所在的设备。3.4防爆及瓦斯断电要求：煤尘比较集中的地点的电气设备必须防爆或采取防爆措施。.在火车仓和汽车仓设置高低浓瓦斯传感器，当煤仓内瓦斯浓度达到1.5%时，附近20m范围内的电气设备立即停止运转。.与煤仓相通的房间和走廊瓦斯浓度达到0.5%时，立即切断全部非本质安全型电源(含照明电源)。.为巡检人员配备便携式瓦斯检测仪，对瓦斯量大的煤仓、与煤仓相通的房间和走廊以及其他煤尘比较集中的地方进行定期检测，以确保安全生产。3.5控制系统的电路组成以下对地面生产系统的皮带运输部分的电路图进行分析，戊组煤的皮带运输主要包括有20戊组煤转载带式输送机，1戊组煤原煤上筛分楼带式输送机，4戊组煤手选带式输送机，6戊组煤筛分楼内转载带式输送机，8戊组煤上转载楼带式输送机，9戊组煤上仓带式输送机，而已组煤的皮带运输主要有13已组煤原煤上筛分楼带式输送机，15已组煤手选带式输送机，16已组煤筛分楼内转载带式输送机，17已组煤上转载楼带式输送机，18已组煤上仓带式输送机。还有给煤机和双齿辊破碎机等设备的集中控制，其中4戊组煤手选带式输送机，6戊组煤筛分楼内转载带式输送机，15已组煤手选带式输送机，16已组煤筛分楼内转载带式输送机，20戊组煤转载带式输送机共用一个电路图；1戊组煤原煤上筛分楼带式输送机，9戊组煤上仓带式输送机，13已组煤原煤上筛分楼带式输送机，18已组煤上仓带式输送机共用一个电路图；8戊组煤上转载楼带式输送机和17已组煤上转载楼带式输送机共用一个电路图。1控制系统的电路组成图如图3-2即为甲带给料机的电路图如图3-2中所示：主电路由380交流电源供电，由接触器控制，接触器闭合，电路通电，并且其中串接热继电器，当电路过电流时，热继电器动作，热继电器的作用是短路保护和过载保护，控制回路控制接触器断开和闭合控制电机的启动和停止。电机的外壳接地。控制回路由220V电源供电，其中包括集中控制和机旁控制，集中控制由plc及其上位机自动控制，而机旁手动控制则是由机旁操作工人操作；也包括有急停开关和保护。运行时有正常运行指示灯和故障指示灯，控制回路设有保护。集中控制和机旁控制由转换开关控制，转换开关如图3-1图3-1转换开关图3-2甲带给料机电路图图3-3双齿辊破碎机双齿辊破碎机是把大块的煤破碎成符合标准的煤，为下一步的筛分做准备，其电路图如图3-3主电路有380V电源供电，由接触器控制主电路的通断，也串联有热继电器，能对电机实施短路保护和过载保护，其控制类型也是继电器接触器控制，电机的外壳接地。控制回路有220V电源供电，由继电接触器控制，同时也设有集中控制和机旁控制，接有plc，能实施远程控制，设有事故急停开关，便于事故时及时停车;控制回路中有指示灯，能随时的显示正常和故障的情况。保护为热继电器保护。图3-4为皮带机的电路图，1戊组煤原煤上筛分楼带式输送机、9戊组煤上仓带式输送机、13己组煤原煤上筛分楼带式输送机和18己组煤上仓带式输送机、19己组煤至汽车仓带式输送机均用此电路图.其控制与上面的控制略有不同，设有启动信号预告，其保护用的是限位开关。图3-41戊组煤原煤上筛分楼带式输送机图3-520戊组煤转载带式输送机的电路图图3-5为4戊组煤手选带式输送机、6戊组煤筛分楼内转载带式输送机、15已组煤手选带式输送机、16已组煤筛分楼内转载带式输送机、20戊组煤转载带式输送机的电路图，其控制也是为继电器接触器控制，设计有集中控制和机旁控制，事故急停开关为拉线开关，当有紧急情况时有机器旁边的工作人员拉动拉线，即可实施急停控制，也设有远程急停，引到plc控制中，也能实施远程急停。另也设有启动信号预告。在皮带运输机所有设备的运行中均采用定时器和外部动作信号连锁的动作方式，控制设备的运作，并且设有故障报警，当故障情况下，除过有备用的设备，可以使系统皮带运输机继续工作，若无备用的设备一旦发生故障，则均不能运行，只有当该设备的故障解除后，才可正常运行。该皮带已设计了比较可靠的运作保护系统，提高了皮带运输机运行的可靠性和安全性。控制电路图如上图图3-6为8戊组煤上转载楼带式输送机和17已组煤上转载楼带式输送机的电路图。它的控制和上图3-5的控制基本相同，就不再赘述图3-68戊组煤上转载楼带式输送机电路图由于四矿的地面集中控制是一个非常复杂的地面控制系统，所以其中的电路部分非常的冗杂，上面的电路图只给出了集中控制的部分的电路控制图，简单的对其电路部分作出说明，现在的控制系统已经不是简单的继电器接触器控制了，随着工控技术的发展，现在的控制系统已经越来越现代化，越来越自动化，所以集中控制加入了plc技术，用于远程自动控制，以达到现代化的控制要求。不过现代的自动控制还少不了原始的控制器件，包括有继电器、接触器、开关等等。上面的电路连接，就需要在机器旁安装配电柜，用于控制皮带和给煤机的控制，设备的用料如图3-7所示图3-7设备的用料图上面的设备材料表仅为上煤皮带的配电箱的材料，其余的材料用表就不一一列表了，基本上都是有继电器接触器和开关等组成。2线路敷设：1）控制线路与动力线路，同路径敷设。2）控制电缆沿电缆沟和桥架敷设，当采用电缆桥架敷设时，控制电缆桥架与动力电缆桥架统一考虑，控制电缆桥架应安装在动力电缆桥架的上层。3）线路引至设备处时，应穿钢管保护。4）操作箱底边距地安装高度1.4m。第四章 控制系统的PLC设计4.1PlC的选型在PLC系统设计时，首先应确定控制方案，下一步工作就是PLC工程设计选型。工艺流程的特点和应用要求是设计选型的主要依据。PLC及有关设备应是集成的、标准的，按照易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则选型所选用PLC应是在相关工业领域有投运业绩、成熟可靠的系统，PLC的系统硬件、软件配置及功能应与装置规模和控制要求相适应。熟悉可编程序控制器、功能表图及有关的编程语言有利于缩短编程时间，因此，工程设计选型和估算时，应详细分析工艺过程的特点、控制要求，明确控制任务和范围确定所需的操作和动作，然后根据控制要求，估算输入输出点数、所需存储器容量、确定PLC的功能、外部设备特性等，最后选择有较高性能价格比的PLC和设计相应的控制系统。.输入输出（I/O）点数的估算.存储器容量的估算.控制功能的选择1）.运算功能 2）.控制功能 3）.通信功能 4）.编程功能 5）.诊断功能 6）.处理速度.机型的选择1）.PLC的类型2）.输入输出模块的选择 3）.电源的选择 4）.存储器的选择 5）.冗余功能的选择 （1）.控制单元的冗余 （2）.I/O接口单元的冗余4.2S7-300的基本结构S7-300 属于模块式PLC，主要由机架、CPU 模块、信号模块、功能模块、接口模块、通信处理器、电源模块和编程设备组成。图4-1 PLC控制系统示意图PLC 采用循环执行用户程序的方式。OB1 是用于循环处理的组织块（主程序），它可以调用别的逻辑块，或被中断程序（组织块）中断。在起动完成后，不断地循环调用OB1，在OB1 中可以调用其它逻辑块(FB, SFB, FC 或SFC)。循环程序处理过程可以被某些事件中断。在循环程序处理过程中，CPU 并不直接访问I/O 模块中的输入地址区和输出地址区，而是访问CPU 内部的输入/输出过程映像区。批量输入、批量输出。图4-2 扫描过程梯形图中Q4.0 的线圈“通电”时，对应的输出过程映像位为1 状态。信号经输出模块隔离和功率放大后，继电器型输出模块中对应的硬件继电器的线圈通电，其常开触点闭合，使外部负载通电工作。外部输入电路接通时，对应的输入过程映像位(例如I0.0)为1 状态，梯形图中对应的输入位的常开触点接通，常闭触点断开。某一编程元件对应的过程映像位为1 状态时，称该编程元件为ON，过程映像位为0 状态时，称该编程元件为OFF。循环时间（Cycle time）是指操作系统执行一次图4-2 所示的循环操作所需的时间，又称为扫描循环时间（Scan Cycle Time）或扫描周期。4.3.S7-300系列PLC简介1S7-300的基本情况S7-300 的CPU 模块（简称为CPU）都有一个编程用的RS-485 接口，有的有PROFIBUS-DP 接口或PtP 串行通信接口，可以建立一个MPI（多点接口）网络或DP 网络。图4-3 S7-300 PLC功能最强的CPU 的RAM 为512KB，最大8192 个存储器位，512个定时器和512 个计数器，数字量最大65536，模拟量通道最大为4096。有350 多条指令。计数器的计数范围为1999，定时器的定时范围为10ms9990s。模块诊断功能可以诊断出以下故障：失压，熔断器熔断，看门狗故障，EPROM、RAM 故障。模拟量模块共模故障、组态/参数错误、断线、上下溢出。过程中断是指数字量输入信号上升沿、下降沿中断，模拟量输入超限，CPU 暂停当前程序，处理OB40。2CPU硬件指示1）状态与故障显示LEDSF（系统出错/故障显示，红色）：CPU 硬件故障或软件错误时亮。BATF（电池故障，红色）：电池电压低或没有电池时亮。DC 5V（5V 电源指示，绿色）： 5V 电源正常时亮。FRCE（强制，黄色）：至少有一个I/O 被强制时亮。RUN（运行方式，绿色）：CPU 处于RUN 状态时亮；重新启动时以2 Hz 的频率闪亮； HOLD（单步、断点）状态时以0.5Hz 的频率闪亮。STOP（停止方式，黄色）：CPU 处于STOP，HOLD 状态或重新启动时常亮。图4-4 CPU 315-2 的面板2）模式选择开关（1）RUN-P(运行-编程)位置：运行时还可以读出和修改用户程序，改变运行方式。（2）RUN (运行)位置：CPU 执行、读出用户程序，但是不能修改用户程序。（3）STOP（停止）位置：不执行用户程序，可以读出和修改用户程序。（4）MRES（清除存储器）：不能保持。将钥匙开关从STOP 状态搬到MRES 位置，可复位存储器，使CPU 回到初始状态。复位存储器操作：通电后从STOP 位置扳到MRES 位置，“STOP”LED 熄灭1s，亮1s，再熄灭1s 后保持亮。放开开关，使它回到STOP位置，然后又回到MRES，“STOP”LED 以2Hz 的频率至少闪动3s，表示正在执行复位，最后“STOP”LED 一直亮。某些CPU 模块上有集成I/O。PLC 使用的物理存储器：RAM，ROM，快闪存储器（Flash EPROM）和EEPROM。图4-5为s7-300的组件图4-5 s7-300的组件4.4四矿地面控制系统的PLC组成四矿PLC控制系统主要是由西门子S7-300系列PLC形成地面生产系统的集中控制系统，控制范围包括从主井煤仓至主煤仓过程中的所有皮带、给煤机、破碎机、等设备以及煤仓煤位的控制和保护。为了实现工艺控制功能，系统采用S7系列PLC进行控制，西门子可编程控制器编程简单，使用方便, 控制灵活，程序可变，具有很好的柔性, 可靠性高，抗干扰能力强, 被广大用户公认为最可靠的工业控制设备之一；同时通过工业以态网接口，与操作监控计算机联结，实现整个地面生产系统的集中控制。主控室设置在筛分楼内，在煤仓配电点设置远程I/O站，通过Profibus DP总线联结到主控室PLC上。控制系统设有2套操作监控计算机(采用工控机)，1台宽行打印机，组成冗余监控系统。1PLC的基本配置由图4-6可知，PLC的cpu型号为315，CP为343，通过Profibus DP总线联结到plc分站配电室，接口模板IM 365用来在机架之间传递总线。IMS 接口代表发送，IMR 接口代表接收。接口模板必须安装到特定的插槽。如果需要，在扩展机架可以安装辅助电源。对于双层组态，硬连线的IM 365 接口模板较为经济（不需要辅助电源，在扩展机架上不能使用CP模板）。图4-6PLC配置图PLC控制系统的连接主要由工业以太网连接交换机，通过交换机连接plc机，而以太网的另一端则是连接交换站，由工业用计算机监控plc的运行。在筛分楼安装分站PLC系统，主要采集各类保护信号，并输出控制命令给各就地控制箱，监测和控制筛分楼配电设备，与主控PLC进行通讯。在煤仓上仓的配电分站，设置煤仓分站PLC，监测和控制筛分楼配电设备，与主控PLC进行通讯。在煤仓下仓的配电点设置火车装车分站PLC，采用隔爆设计。主要控制装车皮带、皮带制动器、煤仓给煤机、出煤口电动阀门、牵引系统等2PLC的I/O电路Plc的电路控制包括工作和保护两部分，它的I/O电路图的绘制如图4-7所示图4-7 I/O电路图的绘制以上图示只是简单的把PLC的I/O分配电路图给表示出来了，其中输入触点能控制电动机的工作信号、电气保护、设备急停和集中操作，它还能对设备的各种保护起控制作用，例如对设备的制动器、一级跑偏和二级跑偏的控制。PLC的输出触点可以控制机器的集中操作和启动预告，即当输入触点有动作的时候，信号经过PLC的内部运算，给输出触点一个数字信号，由输出触点控制接触器的线圈，使接触器动作，达到控制的要求。3PLC的接地：1）.PLC接地系统和电气设备接地系统，共用接地极，接地电阻1欧姆。（如果接地电阻不能满足要求，设单独接地极，该接地极采用镀锌角钢L50505，每根长2.5m，埋深0.8米且在冻土层以下，接地极之间间距5米，接地极距建筑物3m，且与电气设备接地极之间的间距15m，安装参照国标03D501-4页进行，该接地极接地电阻4欧姆。)2）.PLC接地，需满足一点接地要求，采用黄绿双色多股铜芯导线BVR-500 125穿PVC25管直接与室外接地极相连，不得在电气室内部将电气接地和PLC接地连通。4PLC的程序图目前，PLC始终处于工业自动化控制领域的主战场，为各种各样的自动化控制设备提供了非常可靠的控制应用。其主要原因，在于它能够为自动化控制应用提供安全可靠和比较完善的解决方案，适合于当前工业企业对自动化的需要。煤矿胶带输送系统的工作环境通常比较恶劣,设备所处环境一般粉尘较大，空气相对湿度高，所以对煤矿胶带输送控制系统工作的安全性、可靠性、维护简便性要求较高。以前，电器控制系统中大多使用分立的继电器，接触器等电器元件作为控制元件，其控制系统复杂，操作难度大，并且安装接线工作量大、修改控制策略难,维护量大，严重影响了正常生产。因此，煤矿胶带输送控制系统成了制约生产的瓶颈。而采用可靠性较高的PLC及其各种传感器组成的控制系统作为控制回路、自动顺序操作的主要设备。实现煤矿胶带输送系统的皮带过程控制、自动控制和系统运行诊断，满足了系统可靠性、稳定性和实时性的要求。根据集中控制的需求，可以对集中控制的各种电动机进行I/O触点的分配，其操作过程为：闭合I0.2开始打点，十秒后停止，闭合I0.0系统开始逆序启动，每各十秒启动一台皮带，当在打点时发生故障，按复位按钮系统停止打点皮带机不启动，运行过程中系统某一带式输送机故障停机时，其来料方向所有设备同时停机，后面的设备继续运转至物料全部排空即听车。当现场发生事故时，现场可拉动现场操作箱上的急停按钮I3.2，料线全线停车。操作人员在控制室发出闭合I0.1，整个生产系统按顺序流程待运料完后依次听车。其I/O触点的分配表如表4-1表4-1 I/O触点的分配表I0.0启动I1.5第四台烟温保护I0.1停止I1.6第四台堆煤保护I0.2打点I1.7第四台跑偏保护I0.3复位I2.0第五台堆煤保护I0.4第一台拉线保护I2.1第五台堆煤保护I0.5第一台堆煤保护I2.2第五台跑偏保护I0.6第一台瓦斯保护I2.3第六台堆煤保护I0.7第二台拉线保护I2.4第六台堆煤保护I1.0第二台堆煤保护I2.5第六台跑偏保护I1.1第二台瓦斯保护I2.6第七台烟温保护I1.2第三台拉线保护I2.7第七台堆煤保护I1.3第三台堆煤保护I3.0第七台跑偏保护I1.4第三台瓦斯保护I3.1急停Q0.0第一台输送机Q0.5第五台输送机Q0.1第二台输送机Q0.6螺旋分级筛Q0.2第三台输送机Q0.7第六台输送机Q0.3第四台输送机Q1.0第七台输送机Q0.4双齿辊破碎机Q1.1给料机打点和复位10秒脉冲逆序启动第一条皮带保护输入故障后顺序停止第二条皮带保护输入故障后顺序停止第三条皮带保护输入故障后顺序停止第四条皮带保护输入故障后顺序停止第五条皮带保护输入故障后顺序停止第六条皮带保护输入故障后顺序停止第七条皮带保护输入急停顺序停止5集中控制的保护1）.满仓保护偏摆式堆煤保护装置，由偏摆传感器和控制箱构成。偏摆传感器安装在煤包上口或两部带式输送机的搭接处。偏摆传感器内有一钢球和延时开关，悬挂的传感器处于垂直状态时，钢球压在延时开关上。当煤位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，控制箱便控制带式输送机断电停机；当煤下降后，传感器恢复垂直状态，钢球又压住延时开关，使其瞬时复位。2）.烟温超限报警洒水系统烟温报警灭火系统装置能够连续检测矿井带式输送机系统温度和烟雾的变化情况。当带式输送机周围温度和烟尘浓度达到设定值时，装置中的报警器发出声光报警，同时断电停机，洒水灭火。烟温报警灭火系统装置主要由控制箱、传感器、声光报警器和喷水装置组成。一般烟雾保护的传感器为光敏和气敏元件，它的安装位置一般在机头卸载滚筒下风口的5m 范围内。温度保护通常采用热电偶元件或热敏电阻作为监视温度的传感器，对于运动部件（如传动滚筒）是利用铁磁材料的磁导率与温度的变化关系，用磁感应脉冲发送器作为传感器，一旦温度过高，保护装置动作，输送机便停止运行。3）.跑偏保护装置带式输送机大多采用的防跑偏保护装置是由防跑偏传感器的动触头和固定触头接触，通过控制箱控制带式输送机断电停机。一般利用带柄的滚式行程开关对输送带的跑偏进行检测 附 录网络传输系统：网络传输系统采用规范化、开放式综合布线方式。环网交换机节点间采用单模光纤传输方式，各网络节点机房内采用超五类屏蔽或非屏蔽双绞线布线，井下网络原则上全部采用单模光纤作为传输介质。采用单环型结构组建首山一矿工业控制以太网。工业现场总线：工业现场总线是一种专门用于工业监测与控制的网络，其实时性强，安全可靠，传输速率和开放性比普通的串行通讯要高。特点是工作稳定性好，技术成熟；网络节点就是控制器，投资少；能满足煤矿安全、生产监测监控的需求。国际上公认的现场总线之间,以及与以太网间,有标准的转换模块,可以方便进行转换。不足之处是不能实现三网合一（数字、音频、视频的三网），数据传输量有限，不适用于大规模的复杂网络。工业以太网：工业以太网传输平台的特点是能很好的满足上述对传输网络平台的要求，1000M工业以太环网同时能实现数字、音频、视频的三网合一，真正实现综合业务传输。同时采用高可靠性工业以太网协议，可满足控制网实时性的要求。不足是由于工业以太网通信节点通常是以太网交换机，而对煤矿生产设备的控制仍需要基于工业现场总线的控制器，投资较大。另外，有些现场系统不具备以太网通讯能力，需要在各种工业总线协议与TCP/IP协议之间的进行转换。我国投入运行的工业以太网系统，有100M工业以太环网和1000M工业以太环网。而真正能实现三网合一的