《带式输送机的PLC控制》

广州现代信息工程职业技术学院毕业设计（论文）课题名称 带式输送机的PLC控制 学号 1202132152 姓名 曾浩锋 性别 男 专业 工业电气 年级、班级 12届电气2班 指导教师 詹贤卿 职称 讲师 2015 年 5 月 12 日摘要 针对中小型皮带运输机的控制系统采用继电器控制，存在可靠性差、劳动强度大、生产效率低的问题，开发一种基于PLC的皮带运输机控制装置。本控制系统选用CPM2A系列PLC作为控制器。在硬件电路设计中，完成PLC选型及外部低压电器的选用，设计了硬件接线图，计算提出了接线要求，使之具有控制和保护作用。在软件设计中，给出了程序流程图，并设计出梯形图程序。将硬件和软件有机结合，使控制系统运行可靠，达到了预期的设计目的。实践结果表明，应用PLC控制系统具有操作简单、运行可靠、低能耗和易维护等优点。关键词：带式输送机、PLC、控制系统目 录摘要3引言4绪论4第一章 国内外带式输送机研究41.1 国外运带式输送机的研究现状41.2 国内运带式输送机技术的现状51.3 国内外运带式输送机的技术的差距51.4 改进方法61.5常用带式输送机类型与特点7第二章 带式输送机设计72.1带式输送机的技术优势72.2带式输送机的应用82.3带式输送机的结构82.4带式输送机部件的选用9第三章 可编程控制器143.1 PLC143.2 PLC提高其可靠性的措施183.3 控制装置的主要功能193.4 各控制部件功能19第四章 带式输送机的PLC控制204.1 工艺要求214.2 工作原理214.3软件系统234.4带式输送机电器控制系统的组成及工作原理28结语30致谢31参 考 文 献31 引言 PLC是以微型计算机结构为基础，由传统的继电器控制发展而形成的新型工业控制器。其以程序控制为主，回路调节为辅，能完成逻辑判断、定时、计数、记忆和算术运算等功能，既能控制开关量、也能控制模拟量，控制规模从几十点到上万点，具有可靠性高，能适应工业现场的高温、冲击。震动等恶劣环境，用于实现机械设备、生产流水线和生产过程的自动控制。PLC内部输入输出接点是数字逻辑接点而不是实物接点，开关性能非常可靠，而且PLC能完成逻辑控制功能故避免了复杂的外部连线。Plc技术的最大特点是采用了存储逻辑，即控制过程已程序方式放在存储器里，存储逻辑的提点是具有较大的灵活性和可扩展性。通过修改存储器里的程序就能改变工艺的控制过程，而修改程序比修改硬件容易，因此PLC技术正在越来也广泛的应用与电力、煤炭、石油、化工等工业生产中。 带式输送机的最新反战方向是一层现长距离、大运量、高速度、集中控制等特点。与其他运输设备（如机车类） 相比，不仅具有长距离、大运量、连续运输的特点，而且运行可靠，易于实现自动化和集中控制，经济效益十分明显。带式输送机也是煤矿最为理想的搞笑连续运输设备，特别是煤矿高产高效现代化的大型矿井，带式输送机已成为煤炭高效开采机电一体化与装备的关键设备。 随着煤矿现代化的发展和需求，我国对大倾角固定带式输送机、高产高效工作面顺槽可伸缩带式输送机及长远据、大运量带式输送机及其关键技术、关键零部件进行了理论研究和产品开发，应用动态分析技术和中间驱动与智能化控制等技术，研究成功了软启动和制动装置以及PLC控制为核心的电控装置，并且井下大功率防爆变频器也已经进入研发、试制阶段。 随着高产高效矿井的发展，带式输送机各项技术指标有了很大提高。 绪论带式输送机是一种摩擦驱动以连续方式运输物料的机械。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。所以带式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，广泛应用带式输送机。它可以用于水平运输或倾斜运输。 第一章 国内外带式输送机研究1.1 国外运带式输送机的研究现状国外在带式输送机动态分析研究方面开展得比较早,动态分析理论与研制的软件已基本能够满足当前带式输送机发展之需；而我国相对较晚,与国外相比还存在一定的差距,尤其是动态分析软件部分。为了尽快弥补这一差距,赶超世界水平,有必要研究和分析当今国外带式输送机的动态分析软件。国外动态分析软件目前,美国、法国、澳大利亚、意大利等国家在动态分析研究方面,已经达到国际领先地位。1.2 国内运带式输送机技术的现状我国生产制造的上运带式输送机的品种、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，带式输送机的技术水平有了很大提高，煤矿井下用大功率、长距离带式输送机的关键技术研究和新产品开发都取得了很大的进步。如大倾角、长距离带式输送机成套设备、高产高效工作面顺槽可伸缩带式输送机等均填补了国内空白，并对带式输送机的主要元部件进行了理论研究和产品开发，研制成功了多种软起动和制动装置以及以PLC为核心的可编程电控装置，驱动系统采用调速型液力耦合器和行星齿轮减速器。1.3 国内外运带式输送机的技术的差距a、大型皮带输送机的关键核心技术上的差距 (1) 皮带输送机动态分析与监测技术长距离、大功率皮带输送机的技术关键是动态设计与监测，它是制约大型皮带输送机发展的核心技术。目前我国用刚性理论来分析研究带式输送机并制订计算方法和设计规范，设计中对输送带使用了很高的安全系统（一般取n=10左右），与实际情况相差很远。(2) 可靠的可控软起动技术与功率均衡技术长距离大运量带式输送机由于功率大、距离长且多机驱动，必须采用软起动方式来降低输送机制动张力，特别是多电机驱动时。国内已大量应用调速型液力偶合器来实现输送机的软起动与功率平衡，解决了长距离带式输送机的起动与功率平衡及同步性问题。但其调节精度及可靠性与国外相比还有一定差距。当单机功率500 kW时，可控CST软起动显示出优越性。由于可控软起动是将行星齿轮减速器的内齿圈与湿式磨擦离合器组合而成（即粘性传动）。通过比例阀及控制系统来实现软起动与功率平衡，其调节精度可达98% 以上。但价格昂贵，急需国产化。b、技术性能上差距 我国上运带式输送机的主要性能与参数已不能满足高产高效矿井的需要，尤其是顺槽可伸缩带式输送机的关键部件及其功能如自移机尾、高效储带与张紧装置等与国外有着很大差距。(1) 装机功率 我国工作面顺槽可伸缩带式输送机最大装机功率为4250 kW，国外产品可达4970 kW，国产带式输送机的装机功率约为国外产品的30%40%，固定带式输送机的装机功率相差更大。 (2) 运输能力 我国带式输送机最大运量为3000 t/h，国外已达5500 t/h。 (3) 最大输送带宽度 我国带式输送机为1400 mm，国外最大1830 mm。 (4) 带速 由于受托辊转速的限制，我国带式输送机带速为4m/s，国外为5m/s以上。 (5) 工作面顺槽运输长度 我国为3000 m，国外为7300m。 (6) 自移机尾 国内自移机尾主要依赖进口。对自移机尾的要求是共同的，既要满足输送机正常工作时防滑的要求，又要满足在输送机不停机的情况下实现快速自移。 (7) 高效储带与张紧装置 我国采用封闭式储带结构和绞车拉紧为主。国外采用结构先进的开放式储带装置和高精度的大扭矩、大行程自动张紧设备，托辊小车能自动随输送带伸缩到位。(8) 输送机品种 国内机型品种少，功能单一，使用范围受限，不能充分发挥其效能。c、可靠性、寿命上的差距 (1) 输送带抗拉强度 我国生产的织物整芯阻燃输送带最高为2500 N/mm，国外为3150N/mm。钢丝绳芯阻燃输送带最高为4000 N/mm，国外为7000 N/mm。 (2) 输送带接头强度 我国输送带接头强度为母带的50%65%，国外达母带的70%75%。 (3) 托辊寿命 我国现有的托辊技术与国外比较，寿命短、速度低、阻力大。我国输送机托辊寿命为2万h，国产托辊寿命仅为国外产品的30%40%。 (4) 输送机减速器寿命 我国输送机减速器寿命2万h，国外输送机减速器寿命7万h。 (5) 带式输送机上下运行时可靠性差。d、控制系统上差距(1) 驱动方式 我国为调速型液力偶合器和硬齿面减速器，国外传动方式多样，如BOSS系统、CST可控传动系统等 。(2) 监控装置 国外输送机已采用高档可编程序控制器PLC。我国输送机仅采用了中档可编程序控制器来控制输送机的启动、正常运行、停机等工作过程。(3) 输送机保护装置 近年国外输送机先进保护装置技术是国内的空白。1.4 改进方法(1) 设备大型化、提高运输能力为了适应高产高效集约化生产的需要，带式输送机的输送能力要加大。长距离、高带速、大运量、大功率是今后发展的必然趋势，也是高产高效矿井运输技术的发展方向。(2)提高元部件性能和可靠性 设备开机率的高与低主要取决于元部件的性能和可靠性。除了进一步完善和提高现有元部件的性能和可靠性，还要不断地开发研究新的技术和元部件，如高性能可控软起动技术、动态分析与监控技术、高效贮带装置、快速自移机尾、高速托辊等，使带式输送机的性能得到进一步的提高。(3)扩大功能，一机多用化 拓展运人、运料或双向运输等功能，做到一机多用，使其发挥最大的经济效益。开发特殊型带式输送机，如弯曲带式输送机、大倾角或垂直提升输送机等。1.5常用带式输送机类型与特点带式输送机分类方法有多种,按运输物料的输送带结构可分成两类，一类是普通型带式输送机，这类带式输送机在输送带运输物料的过程中，上带呈槽形，下带呈平形，输送带有托辊托起，输送带外表几何形状均为平面；另外一类是特种结构的带式输送机，各有各的输送特点其简介如下各种带式输送机的特点：(1) QD80轻型固定式带输送机与TD型相比，其带较薄、载荷也较轻,运距一般不超过100m，电机容量不超过22kw。(2) U形带式输送机它又称为槽形带式输送机，其明显特点是将普通带式输送机的槽形托辊角提高到使输送带成U形。这样一来输送带与物料间产生挤压，导致物料对胶带的摩擦力增大，从而输送机的运输倾角可达25。(3) 管形带式输送机是U形带式输送带进一步的成槽，最后形成一个圆管状，即为管形带式输送机，故可以实现闭密输送物料，可明显减轻粉状物料对环境的污染，并且可以实现弯曲运行。(4) 压带式带输送机它是用一条辅助带对物料施加压力。这种输送机的主要优点是：输送物料的最大倾角可达90,输送能力不随倾角的变化而变化,可实现松散物料和有毒物料的密闭输送。其缺点是输送带的磨损增大和能耗较大。(5) 钢绳牵引带式输送机它是无际绳运输与带式运输相结合的产物，既具有钢绳的高强度、牵引灵活的特点，又具有带式运输的连续、柔性的优点。 第二章 带式输送机设计2.1带式输送机的技术优势 首先是它运行可靠。在许多需要连续运行的重要的生产单位，如发电厂煤的输送，钢铁厂和水泥厂散状物料的输送，以及港口内船舶装卸等均采用带式输送机。必要时，带式输送机可以一班接一班地连续工作。带式输送机动力消耗低。由于物料与输送带几乎无相对移动，不仅使运行阻力小，而且对货载的磨损和破碎均小，生产率高。有利于降低生产成本。带式输送机的输送线路适应性强又灵活。线路长度根据需要而定。可以安装在小型隧道内，也可以架设在地面交通混乱和危险地区的上空。根据工艺流程的要求，带式输送机能非常灵活地从一点或多点受料也可以向多点或几个区段卸料。2.2带式输送机的应用带式输送机(belt conveyer)由驱动装置、拉紧装置、输送带、中部构架和托辊组成。输送带作为牵引和承载构件，借以连续输送散碎物料或成件品。带式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。所以带式输送机广泛应用于现代化的各种工业企业中。带式输送机与其他运输设备(如机车类)相比，具有输送距离长、运量大、连续输送等优点，而且运行可靠，易于实现自动化和集中化控制，尤其对高产高效矿井，带式输送机已成为煤炭开采机电一体化技术与装备的关键设备。2.3带式输送机的结构通用带式输送机由输送带、托辊、滚筒及驱动、制动、张紧、改向、装载、卸载、清扫等装置组成。(1) 输送带常用的有橡胶带和塑料带两种。 橡胶带适用于工作环境温度-1540C之间。物料温度不超过50C。对于大倾角输送可用花纹橡胶带。塑料带具有耐油、酸、碱等优点，但对于气候的适应性差，易打滑和老化。(2) 托辊分单滚筒、双滚筒和多滚筒等。有槽形托辊、平形托辊、调心托辊、缓冲托辊。槽形托辊用以输送散粒物料；调心托辊用以调整带的横向位置，避免跑偏；缓冲托辊装在受料处，以减小物料对带的冲击。(3) 滚筒分驱动滚筒和改向滚筒。驱动滚筒是传递动力的主要部件。分单滚筒、双滚筒和多滚筒等。(4) 张紧装置其作用是使输送带达到必要的张力，以免在驱动滚筒上打滑。2.4带式输送机部件的选用2.4.1 驱动装置的选用带式输送机的负载是一种典型的恒转矩负载，而且不可避免地要带负荷起动和制动。电动机的起动特性与负载的起动要求在带式输送机上比较突出，一方面为了保证必要的起动力矩，电机起动时的电流要比额定运行时的电流大67倍，要保证电动机不因电流的冲击过热而烧坏，电网不因大电流使电压过分降低，这就要求电动机的起动要尽量快，使起动过程不超过35s。驱动装置是整个皮带输送机的动力来源，它由电动机、偶合器，减速器 、联轴器、传动滚筒组成。驱动滚筒由一台或两台电机通过各自的联轴器、减速器、和链式联轴器传递转矩给传动滚筒。传动滚筒采用焊接结构，主轴承采用调心轴承，传动滚筒的机架与电机、减速器的机架均安装在固定大底座上面，电动机可安装在机头任一侧。2.4.2 电机的选用电动机额定转速根据生产机械的要求而选定，一般情况下电动机的转速不低500r/min,本设计皮带机所采用的电动机的总功率为54kw，所以需选用功率为60kw的电机，拟采用YB200JDSB型电机，该型电机转矩大，可以满足要求。查运输机械设计选用手册，它的主要性能参数如下表：表2.6-1 YB200JDSB型电动机主要性能参数电动机型号额定功率kw满载转速r/min电流A效率功率因数YB200L-30147056.892.50.87起动电流/额定电流起动转矩/额定转矩最大转矩/额定转矩重量kg7.01.92.03202.4.3 减速器的选用已知输送带宽为800，查运输机械选用设计手册表277选取传动滚筒的直径D为500，则工作转速为：，已知电机转速为1470 r/min ，则电机与滚筒之间的总传动比为：本次设计选用 JS30型.矿用减速器,传动比为25，可传递30KW功率。第一级为螺旋齿轮，第二级、第三级为斜齿和直齿圆柱齿轮传动，其展开简图如下：图3.2-1 JS30型减速器展开简图电动机和I轴之间，IV轴和传动滚筒之间用的都是联轴器，故传动比都是1。 2.4.4 液力偶合器目前，在带式输送机的传动系统中，广泛使用液力偶合器，它安装在输送机的驱动电机与减速器之间，电动机带动泵轮转动，泵轮内的工作液体随之旋转，这时液体绕泵轮轴线一边作旋转运动，一边因液体受到离心力而沿径向叶片之间的通道向外流动，到外缘之后即进入涡轮中，泵轮的机械能转换成液体的动能，液体进去涡轮后，推动涡轮旋转，液体被减速降压，液体的动能转换成涡轮的机械能而输出作功本次设计选用的YOD400，输入转速为1470rmin，效率达0.96，起动系数为1.31.7。2.4.5 联轴器本次驱动装置的设计中，较多的采用联轴器，这里对其做简单介绍：联轴器是机械传动中常用的部件。它用来把两轴联接在一起，机器运转时两轴不能分离；只有在机器停车并将联接拆开后，两轴才能分离。联轴器所联接的两轴，由于制造及安装误差、承载后的变形以及温度变化的影响等，往往不能保证严格的对中，而是存在着某种程度的相对位移。这就要求设计联轴器时，要从结构上采取各种不同的措施，使之具有适应一定范围的相对位移的性能。根据对各种相对位移有无补偿能力，联轴器可分为刚性联轴器（无补偿能力）和挠性联轴器（有补偿能力）两大类。挠性联轴器又可按是否具有弹性元件分为无弹性元件的挠性联轴器和有弹性元件的挠性联轴器两个类别。2.4.6 输送带输送带在带式输送机中既是承载构件又是牵引构件，它不仅要有承载能力，还要有足够的抗拉强度。输送带有带芯和覆盖层组成。输送机的带芯主要是有各种织物或钢丝绳构成。按输送带带芯结构及材料不同，输送带被分成织物层芯和钢丝绳芯两大类。钢丝绳芯输送带是有许多柔软的细钢丝绳相隔一定的间距排列，用与钢丝绳有良好粘合性的胶料粘合而成。钢丝绳芯输送带的纵向拉伸强度高，抗弯曲性能好；伸长率小，需要拉紧行程小。同其它输送带相比，钢丝绳芯输送带的厚度小。1. 钢绳芯带与普通带相比较优点(1)强度高。由于强度高，可使1台输送机的长度增大很多。伸长量小，钢绳芯带的伸长量约为帆布带伸长量的十分之一，因此拉紧装置纵向弹性高。这样张力传播速度快，起动和制动时不会出现浪涌现象。(2)成槽性好。由钢绳芯是沿输送带纵向排列的，且只有一层，与托辊贴合紧密,可以形成较大的槽角。这样不仅可以增大运量，而且可以防止输送带跑偏。(3)抗冲击性及抗弯曲疲劳性好，使用寿命长。(4)破损后容易修补，钢绳芯输送带一旦出现破损，破伤几乎不再扩大，修补也很容易。(5)接头寿命长。这种输送带由于采用硫化胶接，接头寿命很长。(6)输送机的滚筒小。钢绳芯输送带由于带芯是单层细钢丝绳，弯曲疲劳轻微，允许滚筒直径比用帆布输送带的小。2. 钢绳芯输送带的缺点(1)制造工艺要求高，必须保证各钢绳芯的张力均匀，否则输送带运转中由于张力不均而发生跑偏现象。(2)由于输送带内无横向钢绳芯及帆布层，抗纵向撕裂的能力弱。(3)易断丝。当滚筒表面与输送带之间卡进物料时，容易引起输送带钢绳芯的断丝。因此,要求要有可靠的清扫装置。本设计选用钢绳芯输送带2.4.7 托辊的选用1、 托辊的作用与类型托辊是用来支承输送带和输送带上的物料，减少输送带的运行阻力，保证输送带的垂度不超过技术规定。是输送带使用寿命的最重要部件之一。托辊可分为承载托辊、回程托辊、缓冲托辊和调心托辊等；(1) 承载托辊安装在有载分支上，以支承输送带与物料。(2) 回程托辊安装在空载分支上，以支承输送带。通常采用平行托辊，大型输送机有时采用V形回程托辊。(3) 缓冲托辊大多安装在输送机的装载点上，以减轻物料对输送带的冲击。在运输沉重的大块物料的情况下，有时也需沿输送机全线设置缓冲托辊。通常缓冲托辊有弹簧钢板式和橡胶圈式两种。(4) 目前应用最为普遍的是前倾托辊，它取代了调心托辊，靠普通槽形托辊的两侧辊向输送带运行方向倾斜23实现防跑偏。2、 托辊间距托辊间距的布置应遵循胶带在托辊间所产生的挠度尽可能小的原则。胶带在托辊间的挠度值一般不超过托辊间距的2.5。在装载处的上托辊间距应小一些，一般的间距为300600mm，而且必须选用缓冲托辊，下托辊间距可取25003000mm，或取为上托辊间距的两倍。该设计采用槽形托辊。由原始尺寸B800mm查运输机械设计选用手册表242，取托辊为DT03C0311, 托辊直径D为89mm。在输送机的受料处，为了减少物料对输送带的冲击，减少运行阻力，拟采用DT03C0711缓冲托辊；结构型式为橡胶圈式，托辊直径选为89mm。下托辊采用平行型托辊DT03C2112,托辊直径为89mm托辊的间距设计由带宽B800mm，取上托辊间距为1200mm，下托辊间距为3000mm。2.4.8 拉紧装置及制动装置的选型1、 拉紧装置的作用拉紧装置的作用是：保证输送带在传动滚筒的绕出端有足够的张力，能使滚筒与输送带之间产生必须的摩擦力，防止输送带打滑；保证输送带的张力不低于一定值，以限制输送带在各支撑托辊间的垂度，避免撒料和增加运动阻力；补偿输送带在运转过程中产生的塑性伸长和过渡工况下弹性伸长的变化。2、 张紧装置在使用中应满足的要求(1) 布置输送机正常运行时，输送带在驱动滚筒的分离点具有一定的恒张力，以防输送带打滑。(2) 布置输送机在启动和停机时，输送带在驱动滚筒的分离点具有一定恒张力，比值一般取1.31.7（可以通过设计计算不小于启动系数进行确定）。(3) 保证输送带承载分支和回空分支最小张力处的输送带下垂度不应超过标准规定值 (4) 补偿输送带的塑性伸长和过渡工况下弹性伸缩的变化。(5) 为输送带接头提供必要的张紧行程。(6) 在工况过渡过程中，应能将输送带中出现的动力效应减至最小限度，以防损坏输送机。 2.4.9 制动装置的选型输送机向上运输时，在停车时需防止输送带的反向倒退，此时的制动一般称为逆止。向下运输时，在停车时需防止输送带的正向前进，此时称为制动。制动器的选型要考虑以下几点：(1) 机械运转状况，计算轴上的负载转矩，并要有一定的安全储备。(2) 应充分注意制动器的任务，根据各自不同的执行任务来选择，支持制动器的制动转矩，必须有足够储备，即保证一定的安全系数。(3) 制动器应能保证良好的散热功能，防止对人身、机械及环境造成危害。因为该输送机的设计为水平运输，所以不需要制动装置。2.4.10 清扫装置在带式输送机运行过程中，不可避免的有部分细块和粉料粘到输送带的表面，不能完全卸净。当表面粘有物料的输送带通过回程托辊或导向滚筒时，由于物料的积累而是它们的直径增大，加剧托辊和输送带的磨损，引起输送带跑偏，同时不断掉落的物料又污染了场地环境。如果粘有物料的输送带表面与传动滚筒表面相接触，除有上列危害外，还会破坏多滚筒传动的牵引力分配关系，以致使某些电机过载而烧毁。因此，清扫粘结在输送带表面的物料，对于提高输送带的使用寿命和保证输送带的正常运转是具有重要意义的。第三章 可编程控制器可编程序控制器(ProgrammableController)原本应简称PC，为了与个人计算机相区别，所以可编程序控制器简称定为PLC(ProgrammableLogicController)，但并非说PLC只能控制逻辑信号。PLC是专门针对工业环境应用设计的，自带直观、简单并易于掌握编程语言环境的工业现场控制装置。 3.1 PLC PLC基本组成包括中央处理器(CPU)、存储器、输入/输出接口(缩写为I/O，包括输入接口、输出接口、外部设备接口、扩展接口等)、外部设备编程器及电源模块组成，见图1。PLC内部各组成单元之间通过电源总线、控制总线、地址总线和数据总线连接，外部则根据实际控制对象配置相应设备与控制装置构成PLC控制系统。 目前，世界上一些著名电器生产厂家几乎都在生产PLC，产品功能日趋完善、换代周期越来越短。为了进一步扩大在工业自动化领域的应用范围，适应大、中、小型企业的不同需要，PLC产品大致向两个方向发展:小型PLC向体积缩小、功能增强、速度加快、价格低廉的方向发展，使之能更广泛的取代继电器控制、更便于实现机电一体化；大中型PLC向高可靠性、高速度、多功能、网络化的方向发展，将PLC系统的控制和信息管理功能融为一体，使之能对大规模、复杂系统进行综合性的自动控制。3.1.1可编程控制器的发展第一台可编程控制器的设计规范是美国通用公司提出的。当时的目的是要求设计一种新的控制装置以取代继电器盘，在保留了继电器控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点的基础上，同时，拥有现代化的生产线要求响应速度快，控制精度高，可靠性好，控制程序，以改变的过程，接口简单方便，维修和其他许多高质量和功能。这一设想提出后，美国数字设备公司（DEC）于1969年研制成第一台PLC，型号为PDP-14，投入通用汽车公司的生产线控制中，取得了令人满意的效果，从此开创了PLC的新纪元。第一个PLC是模块化的，可扩展的，适用于工业环境的可编程特性。这些控制器易于安装轻捷，占用空间小，可重复使用。虽然控制器编程有些繁琐，但它具备大众的工厂标准梯形图编程语言，这样使得不熟悉计算机的人也能方便的使用它。在短期内，PLC在其他工业部门也得到应用。到70年代初，食物、金属和制造等工业部门相继利用PLC代替继电器控制设备，迈出了其实用化阶段的第一步。70年代中期，因为大规模集成电路的出现，使8位微处理器和位片处理器相继问世，使可编程控制技术产生了飞跃。在逻辑运算功能的基础上，增加了数值运算、闭环控制、提高了运算速度，扩大了输入输出规模。在这期间，日本，德国和法国都开发了自己的公司，在1974中国也开始发展。70年代由于超大规模集成电路的出现，使PLC向大规模、高速性能方向发展，形成了多种系列化产物。这是一个发展过程中的工程技术人员的编程语言，图形语言的运用。在功能上，PLC可以代替某些模拟控制装置和小型机DDC系统。进入八九十年代后，PLC的软硬件功能进一步获得增强，PLC已发展成为一种可提供诸多功能的成熟的控制系统，能与其他设备通信，生成报表，调度产生，可诊断自身故障及机器故障。这些改进使PLC符合今天对高质量高产出的要求。尽管PLC功能越来越强，但他仍然保留了先前的简单与易于使用的特点2 (PLC实物图1-1) 图1-1 三种常见的PLC3.1.2 PLC的用途PLC的早期因为其价钱高于继电器控制装置,使其应用受到限制。但近年来因为微处理器芯片及有关元件价钱大大下降,使PLC的成本下降,同时又由于PLC的功能大大增强,使PLC 的应用越来越广泛,广泛应用于钢铁、水泥、石油、化工、采矿、电力、机械制造、汽车、造纸、纺织、环保等行业6-9。PLC的应用通常可分为五种类型：（1）顺序控制 这是PLC应用最广泛的领域，用以取代传统的继电器顺序控制。PLC可应用于单机控制、多机群控、生产自动线控制等。如注塑机、印刷机械、订书机械、切纸机械、组合机床、磨床、装配生产线、电镀流水线及电梯控制等。（2）运动控制 PLC制造商目前已提供了拖动步进电动机或伺服电动机的单轴或多轴位置控制模版。在多数情况下，PLC把扫描目标位置的数据送给模版块，其输出移动一轴或数轴到目标位置。每个轴移动时，位置控制模块保持适当的速度和加速度，确保运动平滑。相对来说，位置控制模块比计算机数值控制（CNC）装置体积更小，价格更低，速度更快，操作方便。（3）闭环过程控制 PLC能控制大量的物理参数，如温度、压力、速度和流量等。PID（Proportional Intergral Derivative）模块的提供使PLC具有闭环控制功能, PID控制PLC可编程序控制。当过程控制中某一个变量出现偏差时,PID控制算法会计算出正确的输出,把变量保持在设定值上。（4）数据处理 在机械加工中，出现了把支持顺序控制的PLC和计算机数值控制（CNC）设备紧密结合的趋向。出名的日本FANUC公司推出的Systen10、11、12系列，已将CNC控制功能作为PLC的一部分。为了实现PLC和CNC设备之间内部数据自由传递，该公司采用了窗口软件。通过窗口软件，用户可以独自编程，由PLC送至CNC设备使用。美国GE公司的CNC设备新机种也同样使用了具有数据处理的PLC。估计往后几年CNC系统将变成以PLC为主体的控制和管理系统。（5）通信和联网 为了适应国外近几年来兴起的工厂自动化（FA）系统、柔性制造系统（FMS）及集散控制系统（DCS）等发展的需要，必须发展PLC之间，PLC和上级计算机之间的通信功能。作为实时控制系统，不但PLC数据通信速度要求高，而且要考虑出现停电故障时的对策。3.1.3可编程控制器的特点(1)硬件的可靠性PLC是专为在恶劣的工业环境中的应用，一个设计良好的PLC能置于有很强的电噪声、电磁干扰、机械振动、极端温度和湿度很大的环境中5。在硬件设计方面，首先是采用优质器件，再就是采用合理的系统结构，加固，简化安装，使它易于抗振动冲击，对印制电路板的设计、加工及焊接都采取了极为严格的工艺措施，而且在电路、结构及工艺上采取了一些独特的方式。例如，在输入/输出电路中都采用了光电隔离措施，做到电浮空，既方便接地，用提高了抗干扰性能；各个I/O端口都除采用了常规模拟器滤波以外，还加上了数字滤波；内部采用了电磁屏蔽措施，防止辐射干扰；电源电路是先进的干扰信号，以防止电源串联电路；选用了较合理的电路程序，一旦某模块出现故障，进行在线插拔、调试时不会影响各机的正常运行。因为PLC本身具有很高的可靠性，所以发生故障的部位大多集中在输入/输出的部件上，以及如传感器件、限位开关、光电开关、电磁电机等外围装置上。(2) 编程简单，使用方便用微机实现自动控制，常使用汇编语言编程，难于掌握，要求使用者具有一定水平的计算机硬件和软件知识。PLC采用面向控制过程、面向问题的“自然语言”编程，容易掌握。例如，目前打多数PLC均采用的梯形图语言编程方式，既继承了传统控制线路的清晰直观感，又顾及了大多数电气技术人员的读图习惯及应用微机的水平很容易被电气技术人员所接受，易于编程，程序改变时也容易修改，很灵活方便。这类面向控制过程、面向问题的编程方式，与目前微机控制常用的汇编语言相比，虽然在PLC内部增加了解释程序，增加了程序执行时间，但对大多数的机电控制设备来说，这是微不足道的。(3) 接线简单，通用性好PLC的接线只需将输入信号的设备（按钮、开关等）与PLC输入端子连接，将接受输出信号执行控制任务的执行元件（接触器、电磁阀等）与PLC输出端子连接。接线简单、工作最少，省去了传统的继电器控制系统接线和拆线的麻烦。PLC的编程逻辑提供了能随要求而改变的“接线网络”，这样生产线的自动化过程就能随意改变。这种性能使PLC具有很高的经济效益。用于连接现场设备的硬件接口实际上是PLC的组成部分，模块化的自诊断接口电路能指出故障，并易于排除故障与替换故障部件，这样的软硬件设计就使现场电气人员与技术人员易于是用。(4)可连接为控制网络系统PLC可连成功能很强的网络系统。网络可分为两类：一类是低速网络，采用主从方式通信，传输速率从几千波特到上万波特，传输距离为5002500m；另一类为高速网络，采用令牌传送方式通信，传输速率为1M10Mbps，传输距离为5001000m，网上结点可达1024个。这两类网络可以级连，网上可兼容不同类型的可编程控制器和计算机，从而组成控制范围很大的局部网络。(5) 易于安装，便于维护PLC安装简单并且功能有效，其相对于小的体积使之能安装在通常继电器控制箱所需空间的一半的地方，在从继电器系统改换到PLC系统的情况下，PLC的模块结构，它可以安装在小区附近，连接到继电器端子，事实上，更换十分方便，只要输入/输出连接到终端设备。在大型安装中，长距离输入/输出站点安放在最优地点。长距离站通过同轴电缆获双扭线连向CPU，这种配置大大减少了物料和劳力，长距离子系统方法也意味着系统不同部分可在到达安装场地前由PLC制造商预先连好线，这一方法大大减少了电气技术人员的现场安装时间。从一开始，PLC具有易于维护的设计目标。因为几乎所有的设备都是固体，维护，只需要更换模块级的插件，故障检测电路的诊断指标将被嵌入在各部分工作正常，可以指示，借助于编程设备可见输入/输出是ON还是OFF，还可写编程指令来报告故障。PLC的这些和其他的特点成为任何控制系统的一个有用的部分。一旦安装后，其作用立即显现，其收益也马上实现，向其他智能设备一样,PLC的潜在优点还取决于应用时的创造性。3.4.4 PLC的工作原理PLC具有微机的许多特点，但它的工作方式却与微机有很大不同。微机是普遍采用的等待文字作品。利用PLC扫描周期。在PLC中，用户程序按先后顺序存放，CPU从第一条指令开始执行程序，直至遇到结束符后又返回第一条。如此周而不断循环。每个循环称为一个扫描周期。一个扫描周期约略可分为I/O刷新和执行指令两个阶段。所谓I/O刷新即对PLC的输入进行一次读取，将输入端各变量的状态重新读入PLC中存入内部寄存器，同时将新的运算结果送到输出端。这实际是将存入输入、输出状态的寄存器内容进行了一次更新，故称为“I（输入）/O(输出) 刷新”。由此可见，若输入变量在I/O刷新期间状态发生变化，则本次扫描期间输出端也会相应的发生变化，或者说输出队输入产生了响应。反之，若在本次I/O刷新之后，输入变量才发生变化，则本次扫描输出不变，即不响应，而要到下一次扫描期间输出才会产生响应。由于PLC采用循环扫描的工作方式，所以它的输出对输入的响应速度要受扫描周期的影响。扫描周期的长短主要取决于这几个因数：一是CPU执行指令的速度，二是每条指令占用的时间，三是指令条数的多少，即程序的长短。对于慢速控制系统，响应速度常常不是主要的，故这种方式不但没有坏处反而可以增强系统抗干扰能力。因为干扰常是脉冲式的、短时的，而由于系统响应较慢，常常要几个扫描周期才响应一次，而多次扫描后，瞬间干扰所引起的误动作将会大大减少，故增加了抗干扰能力。但对控制时间要求较严格、响应速度要求较快的系统，这一问题就需慎重考虑。应对响应时间作出精确的计算，精心编排程序，合理安排指令的顺序，以尽可能减少周期造成的响应延时等的不良影响。3.4.5 PLC的编程语言PLC提供了较完整的编程语言，以适应PLC在工业环境中的应用。利用编程语言，按照不同的控制要求编制不同的控制程序，这相当于设计和改变继电器的硬接线线路，这就是所谓的“可编程序”。程序由编程器送到PLC内部的存储器中，它也能方便地读出、检查与修改。PLC提供的编程语言通常由三种：梯形图、功能图、及布尔逻辑编程。梯形图(Ladder Programming)是应用最广的，梯形图编程有时称为继电器梯形图逻辑图编程。它使用的最广是因为它和以往的继电器控制线路很接近。梯形图是在原电器控制系统中常用的接触器、继电器梯形图基础上演变而来的，它与电气操作原理相呼应。它的最大优点是形象、直观和实用，为广大电气技术人员所熟知。PLC的梯形图与电气控制系统梯形图的基本思想是一致的，只是在使用符号和表达方式上有一定区别。PLC的梯形图使用的时内部继电器、定时器/计数器，都是由软件实现的，其主要特点为使用方便、修改灵活。功能图编程（Function Chart Programming）是一种较新的编程方法。它的作用使用功能图来表达一个顺序控制过程。布尔逻辑编程(Boolean Logic Programming)包括“与”（AND）、或(OR)、非(NOT)以及定时器、计数器、触发器等4。每一种编程方法都有它的优点和缺点，根据每一种特殊的控制要求，根据编程者的熟练程度正确合理应用编程方法。3.2 PLC提高其可靠性的措施3.2.1 硬件方面采取的措施对电源变压器、CPU、编程器等主要部件，均采用严格措施进行屏蔽，以防外界干扰；对供电系统技术如电路采用多种形式的滤波，以消除或抑制高频干扰，也削弱了个部分之间的相互影响；对PLC内部所需的+5V电源采用集成电压调整期进行调整，以消除由于交流电网的波动引起的过电压、欠电压的影响；采用光电隔离措施，有效的隔离了内部与外部电路间的直接电联系，以减少故障和误动作；采用模块式结构的PLC，一旦某一模块有故障，就可以迅速更换模块，从而尽可能缩短系统的故障停机时间。3.2.2 软件方面采取的措施其一，对掉电、欠电压、后备电池电压过低及强干扰信号等，PLC通过监控程序定时的进行检测。当检测到故障时，立即把当前状态保存起来，并禁止对程序的任何操作，以防止存储信息被冲掉。故障排除后立即恢复到故障前的状态继续执行程序。其二，PLC设置了监视定时器，如果程序每次循环的执行时间超过了规定值，表明程序已进入死循环，则立即报警。其三，加强对程序的检查和校验，发现错误立即报警，并停止程序的执行。其四，利用后备电池对用户程序即动态数据进行保护，确保停电是信息不丢失。由于采取了以上措施，PLC的抗干扰能力和可靠性得到大大提高3.3 控制装置的主要功能(1) 与机械系统、启动装置以及液压控制系统构成机电液一体化带式输送机可控起动系 统，使带式输送机在任何工况下均能平稳的起动开车；(2) 根据停车性质也可实现软停车控制；(3) 与带式输送机综合保护装置相配合完成常规保护；(4) 主要运行参数与故障类别指示；(5) 前后设备连锁控制；3.4 各控制部件功能3.4.1 电控公用指令所谓公用指令是指这些指令不管是在自动控制下还是手动控制下，对它们的操作都是有效的。其中一部分指令必须在开车前选定而在运行中禁止操作，它们是控制方式选择、运行方式选择；其余公用指令可随时根据需要进行操作。控制方式选择开关用来选定系统控制采用的方法或模式，它分为自动、手动和检修三种方式。运行方式选择开关用来确定设备（系统）处于何种状态。它分为工作、调试和停止三种形式。它与控制方式选择开关组合使用。可能的有效组合形式如表1。 表1运行方式调试停止工作控制方式手动检修自动停止位置：手动与自动控制指令均失败，但部分公用操作指令有效（如信号按钮）。检修位置：该位置与停止位置功能相同。调试工况下，只能采用手动控制方式，除主电机与控制泵间存在联锁关系外，其余各设备间无连锁关系。信号指令：在有电状态下，只要按下信号按钮，沿线电铃和蜂鸣器即响；松开按钮响声停止。故障复位：当出现故障停车时，待故障处理完毕必须按动此按钮才能解除故障记忆，重新开车。急停：输送机运行状态下，不论是自动控制还是手动控制，按下该按钮（带锁）时，将以最大的减速度停车。建议尽可能减少此种停车方式。3.4.2 自动控制指令当系统确定为自动控制工作方式时，这些指令与公用指令同时有效。润滑泵是否开启。在进行功率调节中或调节后，只要液粘调速器的传动比不是1：1，润滑泵就会自动开启，而不受此开关的限定。起动、停止指令：用于对输送机实施开车与停车的控制。3.4.3 手动控制指令当系统确定为手动控制下调试或工作运行方式时，这些指令与公用指令同时有效。油压调节：手动控制方式下，用于液粘调速器控制油压的增加或减小的调节，以实现加速或减速控制。 第四章 带式输送机的PLC控制4.1 工艺要求 钢丝绳牵引带式输送机作为煤矿的主要运输设备，具有运输距离长、运输量大、操作简单、维修方便等特点，并担负着运输煤炭及运送人员任务，其可靠性直接关系到人员生命财产的安全。由于现场带式输送机的工作环境恶劣，经常发生胶带打滑、断带、超负荷、连轴器断开等故障，严重与影响力正常生产。为了有效地对带式输送机践行监控，首先应分析带式输送机的故障，原有的带式输送控制系统有继电器连接组成，该系统功能差，维修麻烦，运行方式不灵活。带式输送机的这行继电器接点易烧毁，电机不能及时停机，则导致事故的发生。 引入PLC可编程控制器可解决上述问题。根据多年应用PLC的实践经验，依靠自力更生的技术力量，将PLC控制系统分为4个分站。麒保护内容有：胶带跑偏，胶带车控制回路故障，交待控制凹路故障，位置信号掉失，堆料，满仓信号提示等。该系统的特点是：性能稳定，扩展能力强、技术含量高，维修、维护，系统该着方便灵活，能够及时准确反映被保护胶带的故障与类型，遇到严重事故能及时停车，翻出声光报警信号，能及时适应生产现场需要，确保了带式输送机的安全正常运行，具有较广泛地实用性和推广应用价值。4.2 工作原理4.2.1 硬件系统4.2.1 PLC串行通信模块 PLC芯片集成了CPU、默W、ROM与输入输出电路，PLC主要用于输入输出之间的逻辑转换，裸机信号流程可表示为输入一CPU逻辑转换一输出，输出幸好对外围设备进行各种控制，实际上PLC只是起了中间变换器的作用。为实现控制系统数据的集中管理，将现场数据远程传输，采用了PLC串行通信模块。为减少电磁干扰，相应地收发器选取串行收发芯片MAX485。该文设计的PLC输入输出接口都伏击了光电隔离电路，光耦选取6N137，防止接触不良，产生误操作。采用12V与24V电路连接，需要额外增加电平转换电路，硬件框架如图1所示。其中PLC控制器是控制系统的核心，完成信号处理、逻辑判断、故障诊断和参数记忆功能。将接点开路电压提高到200V以上，闭合电流为5mA左右从而保证了接点在有机会的情况下丢失现象，可以确保系统正常工作。输出信号