煤矿皮带机plc控制系统设计

中文题目煤矿皮带机PLC控制系统设计外文题目COALMINEBELTCONVEYOROFPLCCONTROLSYSTEMDESIGN毕业设计（论文）共59页（其中外文文献及译文25页）图纸共1张完成日期2015年6月答辩日期2015年6月摘要皮带运输机作为一种连续输送物料的搬运机械，主要用来输送块状、粒状和散状的物料。皮带运输机具有输送距离长、运量大、输送连续等优点，而且运行可靠，易于实现自动化和集中化控制，因此，它被广泛应用于现代工业生产，尤其在高产高效的矿井中，皮带输送机己成为实现矿井运输机电一体化的关键设备。但是在皮带运输机的连续运行中，往往会出现跑偏、撕裂、急停、温度、堆煤、烟雾、打滑等故障，给工业生产带来了极大的不便和损失，甚至会造成人员伤亡，因此对皮带运输机保护系统的研究具有重要的意义。本文针对皮带运输机运行过程中出现的不同故障，选择了相应的传感器，通过PLC实现报警。在本文中，对各种故障发生的原因及危害进行了简单的描述，着重介绍了各种故障检测传感器的选型、性能、安装和调试。本文对控制系统的硬件和软件都做了详细的介绍，硬件方面，本文根据系统所需要的输入/输出节点数，选用了西门子S7200系列PLC,其中CPU单元为CPU224XP，扩展模块采用了EM221和EM223。软件方面，本系统主要实现保护控制，具有如下检测保护功能跑偏、撕裂、急停、温度、堆煤、烟雾、打滑。关键词皮带运输机,PLC,故障检测,ABSTRACTBELTCONVEYORASACONTINUOUSCONVEYINGMATERIALHANDLINGMACHINERY,MAINLYUSEDFORTRANSPORTINGMATERIALSINSHAPEOFMASSIVE,GRANULARANDPOWDEROFBELTCONVEYORWITHLONGDISTANCE,LARGECAPACITY,TRANSPORTATIONADVANTAGESOFCONTINUOUS,ANDRELIABLEOPERATION,EASYTOREALIZEAUTOMATIONANDCENTRALIZEDCONTROL,THEREFORE,ITISWIDELYUSEDINMODERNINDUSTRIALPRODUCTION,ESPECIALLYINHIGHYIELDANDEFFICIENTMINEBELTCONVEYORHASBECOMEAKEYEQUIPMENTFORTHEMINETRANSPORTATIONMECHANICALANDELECTRICALINTEGRATIONBUTINCONTINUOUSOPERATIONOFBELTCONVEYOR,THERUNNINGDEVIATION,TEARING,OFTENCANAPPEARTOSTOP,TEMPERATURE,ANDPILEOFCOAL,SMOKEANDSLIDINGFAILURE,TOINDUSTRIALPRODUCTIONHASBROUGHTGREATINCONVENIENCEANDLOSS,ANDEVENCAUSECASUALTIES,THEREFORE,THESTUDYOFBELTCONVEYORPROTECTIONSYSTEMISOFGREATSIGNIFICANCETHISARTICLEINVIEWOFTHEBELTCONVEYORRUNNINGINTHEPROCESSOFDIFFERENTFAULT,CHOOSETHECORRESPONDINGSENSOR,ALARMWASACHIEVEDBYPLCINTHISARTICLE,THECAUSESANDHARMOFALLKINDSOFFAULTSARETHESIMPLEDESCRIPTION,EMPHATICALLYINTRODUCESALLKINDSOFFAULTDETECTIONOFTHESENSORSELECTION,PERFORMANCE,INSTALLATIONANDDEBUGGINGINTHISPAPER,THEHARDWAREANDSOFTWAREOFTHECONTROLSYSTEMAREMADEDETAILEDINTRODUCTION,HARDWAREASPECT,THISARTICLEBASEDONTHESYSTEMTHEREQUIREDINPUT/OUTPUTNODENUMBER,CHOSETHESIEMENSS7200SERIESPLC,INCLUDINGCPUUNITSFORCPU224XP,EXTENSIONMODULEADOPTEDEM221ANDEM223CONTROLSOFTWARE,THISSYSTEMMAINREALIZATIONPROTECTION,HASTHEFOLLOWINGDETECTIONPROTECTIONFUNCTIONRUNNINGDEVIATION,TEARING,ABRUPTSTOP,TEMPERATURE,PILEOFCOAL,SMOKE,SKIDKEYWORDSBELTCONVEYOR；PLC；FAULTDETECTION；EXPLOSIONPROOF目录1绪论111选题的背景及意义112国内外皮带机研究现状及主要差距2121国外皮带机研究现状2122国内皮带机研究现状2123国内外皮带机技术的主要差距313本课题拟研究内容及研究目标32皮带运输系统设备选型设计321皮带输送机选型设计422驱动电机选型设计423变频器选型设计524传感器的选型6241堆煤监测7242温度监测7243烟雾监测8244撕裂监测9245拉绳急停闭锁开关10246纠偏装置11247拉紧装置12248自动洒水装置133煤矿皮带机PLC硬件设计1531PLC的选型设计1532电机控制回路的设计1733PLC模块安装布置与布线194煤矿皮带自动运输监控系统的软件设计2141I/0地址分配2142PLC软件程序设计23421主程序的设计23422皮带故障程序的设计275技术经济分析286结论29致谢30参考文献31附录A译文33附录B外文文献471绪论11选题的背景及意义皮带机是以皮带兼做承载机构和牵引机构一种运输设备，广泛用于矿山、码头、冶金、建材、机械及仓储业的物料输送，皮带机已成为公认的对于散状物料输送效率最高、应用范围最广泛的一种连续运输设备。皮带机是实现生产过程机械化、改善工作条件、减轻繁重体力劳动的设备。皮带机作为煤矿生产中的主要运输设备，具有操作简单、自动化程度高等诸多特点。但是由于矿井的作业环境特殊，生产条件比较恶劣；皮带机需检测量多，工作量大，一般不能通过工作经验检查和排除故障；特别是长距离大运量皮带机，不便于人工监测和检修，加上技术和管理方面的欠缺，导致皮带机事故发生，并且事故呈现突发性、恶性化、事故伤害涉及人员和设备。由于皮带运输机的运行直接关系到生产设备及工作人员的安全，因此，如何保证长距离皮带机的安全运行，预防和减少恶性事故的发生，消除故障隐患，保证设备和人身安全，正成为重要的研究课题。研制一套皮带运输机PLC控制系统可以集中显示皮带运输机机的运行状态，并可以通过网络远程监测皮带机运行状况，对于确保皮带机的安全运行具有极其重要作用。该系统能够实现在皮带机出现故障时，系统报警，并根据故障的程度采取不同的保护措施。这样，一方面可以方便现场巡检人员了解皮带机的运行状态，减少甚至取消了围绕皮带机巡检和记录皮带机各部分运行状态的工作，减少了劳动强度，提高了工作效率；另一方面可以减少巡检人员长时间处于错综复杂的井下环境，改善了现场巡检人员的工作环境，增加了巡检人员自身的安全。同样也便于其他人员通过网络随时随地了解皮带机的运行状态。此外，系统的报警及综合保护功能可以在皮带机出现故障时，报警提示相关工作人员，采取相应的保护措施，减少甚至避免故障造成的损失。对长距离大运量皮带机进行实时监测和故障诊断，应用可靠的监控及安全保护装置，及早发现皮带机的故障并采取相应的保护措施，可以最大限度的减少皮带机因意外造成的损失，将大大延长皮带机的使用寿命，可有效地提高矿井皮带运输系统的效率和井下生产力，也将带来不可估量的经济效益。12国内外皮带机研究现状及主要差距121国外皮带机研究现状目前，国外皮带运输机技术的发展很快，其大体向两个方向发展一方面是体现在皮带运输机的外形上，使皮带运输机多元化、应用范围扩大化，例如国外生产的各种管状带式皮带运输机、高倾角带式皮带运输机等各种机型；另一方面体现在国外皮带运输机在本身的装备和技术上都有了显著的提高，特别是高速度、长距离、超运量、高保障等大型皮带运输机已经成了主要的发展方向，其主要是开发利用了皮带运输机的远程监控技术和动态分析。目前，国外皮带运输机的主要技术指标如表11所示。表11国外皮带运输机的主要技术指标表TAB11THEMAINTECHNICALPARAMETERSOFBELTCONVEYORINOVERSEAS主要技术参数可伸缩皮带运输机大巷与斜井固定式强力皮带运输机运输距离/M200030003000运输量/1HT2500300030004000带速/SM35445，最高达到8驱动总功率/KW1200200015003000，最大达到10100国外皮带运输机技术的主要特点有，应用机电一体化，设备扩大化，新型元件生产技术。122国内皮带机研究现状80年代末期以来，我国矿用皮带运输机也有了很大的发展，对皮带运输机的关键技术研究和新产品的开发业已经取得了可喜的成绩。例如我国生产的顺槽可伸缩式皮带运输机与大倾角长距离皮带运输机成套设备等，在产品技术和性能上都有了极大的提高，填补了国内的空白，关于皮带运输机的主要元部件和关键技术都进行了深入的理论研究以及进行了产品开发，已经研制成功了许多软启动和制动设备。目前，国内皮带运输机的主要技术指标如表12所示。表12国内皮带运输机的主要技术指标TAB12THEMAINTECHNICALPARAMETERSOFBELTCONVEYORINCHINA主要技术参数可伸缩皮带运输机大巷与斜井固定式强力皮带运输机运输距离/M1000200010004000运输量/1HT800180010002000带速/SM235254驱动总功率/KW2507507501500123国内外皮带机技术的主要差距国内外皮带机在控制系统上（监控装置、皮带保护装置、驱动装置），在核心技术上（软启动技术和功率均衡技术），在技术性能上（运输能力、装机功率、带速、张紧装置），在使用寿命和可靠性（输送带的抗拉强度、托辊寿命）上存在较大差距。13本课题拟研究内容及研究目标本文主要包括两个方面的内容，分为硬件方面和软件方面。首先，设计了皮带运输机保护系统的实验模型，并安装各个传感器。其次，设计PLC的控制程序，并完成了线路的连接。具体而言,本论文包括以下内容1、介绍了皮带运输机可能发生的故障及原因，针对不同故障选择配套的传感器。2、本系统选用了西门子S7200系列PLC，用STEP7编写了皮带运输机的控制程序。设置保护控制，具有如下检测保护功能跑偏、撕裂、急停、温度、堆煤、烟雾、打滑等，当皮带出现上述任一种故障时，相应的传感器把故障信号传送到PLC，实现皮带停机保护，同时。3、本文设计了PLC软件系统设计，CPU接线，EM221，EM223，电动机，变频器等的接线。2皮带运输系统设备选型设计21皮带输送机选型设计皮带输送机主要参数如下胶带长度1000M；宽度14M；带速4M/S；运输能力500T/H；运输倾角5；本设计的皮带自动监控系统主要包括2台三相异步电机，1组皮带，一个控制箱，若干传感器等组成。两台电机分别安装在皮带的首尾端。硬件选型主要是针对煤矿皮带自动监控系统的要求选择所需的设备。主要包括电动机、变频器、传感器以及PLC的选择。22驱动电机选型设计首先计算胶带张力图21输送带设计示意图FIGURE21CONVEYORDESIGNSKETCH按摩擦条件确定F1F2F3F2FKF4KF3F5F4FZF6KF5F7F6取104K根据原始数据求得F1132511NF7630083N传动滚筒牵引力W0F7F1497572N电动机功率KWVKP23510电机的主要技术参数如表21所示表21产品技术数据TAB21TECHNICALDATAPRODUCTS技术数据（6000V，50HZ）同步转速1500RPM满载时型号额定功率（KW）重量（KG）额定电流（A）额定转速（R/MIN）效率（）功率因数COSYB400M2428023203391488935085该电机为定子外壳水冷式，法兰止口卧式安装。机座及接线装置采用钢板焊接结构，后端盖采用高强度铸铁制成。转轴用高强度优质钢制成。前、后端均设有注油孔、排油孔。前端盖、后轴承外盖均为水冷盖。本电机接线装置为电缆连接器（插销）直接引入结构。23变频器选型设计1）确定变频器输入、输出电压等级。考虑其可靠性井下条件，采用6000V电压等级的变频器。2）变频器性能的选择。为保证皮带机可靠运行，对变频器提出如下要求启动平稳，可满载启动；运行速度平稳，不随负载变化，机械特性硬度高；调速方便，可实现无级调速；负力时能自动进入电气制动运行状态；处理机械事故或检修时可逆转向运行；因采用双电机拖动，要求2台电动机负荷均衡。据此，普通功能的变频器不能满足其要求，因此选用高功能通用变频器。这里采用无速度传感器直接转矩控制的ASC变频器，考虑到在运行过程中可能出现负力，设计时增加了制动单元。出现负力时，电动机机械特性工作于第二象限，即再生发电运行状态，所发电能消耗于制动电阻上。3）变频器容量确定。通常根据电机额定电流乘以裕量系数确定，即DBII105式中IB为变频器额定电流，A；ID为电动机额定电流，ID339A。A639I与电流40A接近的变频容量为310KW，其额定电流为40A，可满足容量要求。根据条件选择ASC310型变频器。24传感器的选型现代传感器在原理与结构上差别很大，如何根据具体的测量目的、测量对象以及测量环境合理地选用传感器,是在进行某个量的测量时首先要解决的问题。当传感器确定之后,与之相配套的测量方法和测量设备也就可以确定了。测量结果的成败,在很大程度上取决于传感器的选用是否合理。传感器一般由敏感元件、转换元件、和变送器三部分组成，有时候还需要加一些辅助电路。传感器结构如图22所示。敏感元件转换元件测量电路非电量辅助电源图22传感器结构图FIG22THESTRUCTUREOFSENSOR241堆煤监测本设计选用GLU50型堆煤传感器，如图25所示。此传感器为矿用本质安全型设备，它主要由圆柱形主体和探杆两部分组成。主体壳内有气动延时开关和一个钢球，正常情况下悬挂的传感器处于垂直状态，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，开关延时动作发出语音报警信号，经延时23秒时，皮带运输机停机。煤位下降后，传感器又恢复垂直状态，钢球又压在延时开关上，使其瞬间复位。图23GLU50型堆煤传感器FIG23GLU50TYPEOFCOALLEVELSENSOR它除了可以用于监测矿井煤位之外，还可以用于冶金、化工、交通、电力等行业检测液体或固体的料位。它具有以下特点1）外壳坚固，密封性能好，能在恶劣环境中使用；2）动作灵敏，可靠，安装方便；3）传感器能延时动作，延时时间可调，避免由于大块物料撞击引起的误动作。堆煤传感器安装在每条皮带运输机的落煤点，出现事故时紧急停机，以防止皮带运输机事故的扩大化。242温度监测滚筒温度过高的主要原因有皮带堆煤和滚筒轴承卡死两个方面。皮带的堆煤事故是井下最常见的事故之一，由于井下条件恶劣，而且皮带时开时停，所以皮带输送机很容易出现堆煤事故，皮带堆煤会导致滚筒受力过大、皮带启动困难。如果不及时清理皮带上的煤块，将会使滚筒的温度迅速升高。由于矿井下粉尘、颗粒浓度比较大，皮带运输机的滚筒在运行时，如果不经常清扫，会造成皮带滚筒轴承的卡死，因此，滚筒的温度就会持续升高，当升高到一定的温度就易引燃皮带及周围的煤粉，引发矿井火灾，造成财产的损失和人员的伤亡。本设计选用LM35型温度传感器，如图26所示。此传感器为矿用本质安全温度传感器，其输出电压与摄氏温标呈线性关系，转换公式如式32，0时输出为0V，每升高1，输出电压增加10MV。在常温下，LM35不需要额外的校准处理即可达到1/4的准确率。CTVLMOUT035温度传感器LM35的灵敏度为，即温度为时，输出电压为V/1C10100MV。常温下测温精度为以内，消耗电流最大也只有70A，自身发5/热对测量精度也只在以内。10LM35温度传感器主要用于对煤矿井下皮带运输机的滚筒因摩擦引起的温度过高进行检测。当被检测温度超过设定温度时，超温指示灯亮，皮带运输机停止运行，同时启动洒水装置。根据被测区域的尺寸，选择把传感器安装在距离滚筒15CM的地方。温度传感器安装在皮带运输机的主滚筒上，随时检测滚筒的温度，并配备自动洒水装置，在滚筒超温时实现自动洒水使其降温。243烟雾监测本设计选用KGQ12型烟雾传感器，如图25所示。适用于煤矿井下有瓦斯、煤尘爆炸性气体的环境中，主要用于煤矿井下皮带运输机因摩擦发热或其他原因而产生的烟雾进行检测保护。该传感器可配接声光报警装置和断电装置，实现断电和报警控制，也可以与各种生产、安全监控系统配套使用。此传感器采用双气敏探头，对烟雾具有一定的选择性，其信号通过专用电路处理后，送给电控箱。当动作后，其输出高电平变成低电平送给电控箱动作，同时烟雾传感器内的红灯快速闪烁，并发出报警声音。由于此传感器设置了两个出线口，温度引线可以从其内引出，以简化路线连接。一旦有烟雾产生，烟雾进入感烟探头后，传感器立即动作。图24LM35型温度传感器图FIG24LM35TYPEOFTEMPERATURESENSOR图25KGQ12型烟雾传感器图FIG25KGQ12TYPEOFSMOKESENSOR244撕裂监测皮带输送机撕裂故障是皮带运输机最严重的一种故障。皮带撕裂的原因和现象主要有以下几种1）抽芯撕裂皮带在强烈的冲击力作用下，造成皮带中心的钢丝芯断裂，经过长时间的磨、压、拉等外力作用，断裂的钢丝芯断头露出来。2）皮带跑偏造成撕裂皮带运输机在运行过程中，皮带发生跑偏，往单侧偏移幅度较大时，就容易形成折叠，受到设备结构摩擦很容易刮伤皮带，造成皮带撕裂，这一般发生在皮带的两侧。3）异物划伤皮带这种损伤通常发生在溜槽下部，根据运煤流程的需要，相邻的两条皮带首尾衔接处应该有一定的高度，这样才能使上部皮带运输机的煤产生一定的势能。当落到下部皮带运输机时就达到一定的速度，但是如果下落的煤中混有尖锐物体，在接触皮带时由于惯性作用，尖锐物体就会划伤皮带，导致皮带在运动过程中造成撕裂。4）煤炭卡压堵塞引起的撕裂这是由于皮带下面的缓冲托辊是间隔分布的，并且溜槽前端和皮带表面的距离有限，当较大物料下落时，落于托辊之间，将砸破皮带导致撕裂。本设计选用ZS1型皮带撕裂传感器，如图26所示，适用于煤矿有瓦斯、煤尘爆炸等危险环境，与皮带运输机电气控制装置配套使用，用作皮带运输机检测与保护。当皮带运输机的皮带被尖锐物体穿透后，物料落到传感器上，这时传感器将信号传到信号箱，控制继电器动作，发出报警和停车信号，从而实现保护皮带的作用。图26ZS1型皮带撕裂传感器图FIG26ZS1TEARBELTSENSORFIGURE245拉绳急停闭锁开关本设计选用KG9001AZJ型拉绳急停闭锁开关，如图27所示。用作皮带运输机沿线拉绳急停闭锁保护。此急停闭锁开关主要有以下特点1）密封性能好，动作可靠，维护方便；2）撕裂、跑偏等保护装置和信号器可以就近接入闭锁开关，这大大节省了电缆；3）采用了接插件连接形式，两边各有一个较大的接插件口，下部有三个较小接插件口。皮带运输机在正常工作情况下，拉杆压住其内部的行程开关，控制回路内的接点处于常开，指示牌竖立在上方。当皮带运输机出现故障需要紧急停车时，只需拉动开关任意端的钢丝绳，拉杆松开并且旋转，指示牌倒下，同时行程开关动作，皮带运输机电气控制装置收到信号后，发出指令，切断电源。当故障排除后，人工将指示牌旋转到竖立位置，开关复位，不通过人工复位，拉杆不能退回原位，开关起到闭锁作用。图27拉绳急停闭锁开关图FIG27ROPEEMERGENCYSTOPSWITCHISCLOSED100M设置一个拉绳开关，共设置10个拉绳开关。246纠偏装置1）影响皮带跑偏的外在因素主要有（L）重量比较大的煤块可能对皮带产生较大的撞击,轻则对皮带造成损伤，重则可能导致皮带跳动；（2）煤块不匀速地掉落在皮带上，使得皮带在某些落点上受力过大，或者煤块落点不在皮带中心线上，使得皮带发生倾斜。两者都是因为皮带的受力不均而导致的跑偏；（3）如果煤块的湿度较大，很容易与皮带粘附在一起，不仅会使皮带受力不均而导致皮带发生跑偏，而且还会使影响皮带的运行效率；（4）有一些煤块可能会洒落在滚筒上而导致皮带跑偏事故。2）影响皮带跑偏的内在因素主要有（1）当皮带与滚筒接触点的摩擦力过大或过小时，会使皮带发生严重的变形，同时皮带会移向摩擦力较大的一边，从而导致皮带跑偏；（2）如果皮带的前进方向与滚筒的安装方向不垂直时，皮带将随滚筒转动而发生偏移，最终导致皮带跑偏；（3）即使皮带前进方向与滚筒的安装的安装方向垂直，如果他们的中心线位置不相符，加上皮带上方煤块自身的重力，会使皮带发生倾斜，容易造成皮带的跑偏；（4）皮带本身的接头发生弯曲，在接头或皮带弯曲处容易发生跑偏。老化的皮带由于其内部应力分布不均匀，也会导致一定程度的皮带跑偏。因而本装置在纠偏时具有以下特点能适应各种恶劣的工作环境；使用中维护量小；不需要电源及外加动力；对皮带无损伤；使用寿命长；纠偏灵活迅速；性能可靠而且成本低；便于安装。50M设置一个跑偏传感器，共设置20个跑偏传感器。247拉紧装置1）皮带打滑的原因有很多，主要有以下几个方面（1）主动滚筒表面的防滑胶严重磨损或滚筒表面潮湿，使滚筒表面摩擦系数下降而导致皮带打滑。（2）煤仓内没有安装满仓控制系统，由于皮带机司机上班睡觉或精力不集中等人为原因，造成煤仓满仓后没有及时停机，而使皮带运输机的机头处堆煤，煤块进入皮带和滚筒之间,降低了皮带和滚筒之间的摩擦系数而导致皮带打滑。皮带打滑会造成上游落煤管处堵塞，在驱动滚筒处对皮带造成严重的磨损，会因皮带尾部堆煤太多而导致皮带启动困难。2）拉紧装置的选择和安装本设计选用的是ZY型皮带自动液压拉紧装置。此拉紧装置的特点是（1）改善带式输送机运行时胶带的动态受力效果，特别是胶带受到突变载荷时尤其明显。（2）拉紧力可以根据带式输送机的实际需要任意调节。系统一旦调定后，即按预定的程序自动工作，使输送机处在理想的工作状态下运行，大大改善输送带的受力状况。（3）响应快。由于输送机起动时，输送带松边会突然松弛伸长，引起“打带”、冲击现象。此时，拉紧装置能迅速收缩油缸，及时吸收输送带的伸长，从而大大缓和了输送带的冲击，使起动过程平稳，避免发生断带事故。（4）具有断带时自动停止输送机的保护功能。（5）结构紧凑，安装空间小，便于使用。（ZY）型自动液压拉紧装置适用于长距离带式输送机的张紧，主要由拉紧油缸、液压泵站、蓄能站、地面继电器型控制开关和拉紧附件等五大部分组成。其中液压泵站、蓄能站和地面继电器型控制开关不需要做地基，仅要求安放地点不落物料和水即可。胶带自动液压拉紧装置的安装要求该装置安装后必须保证油缸中心与张紧小车滑轮的中心等高，还必须保证油缸中心线与胶带中心线重合。注意输送机在工作阶段，手动换向阀的手把应始终打在使其阀芯处于右阀位（油缸处于拉紧）的位置，否则油缸动态效果不明显。当换向阀阀芯处在左位时，油泵排出的压力油经换向阀进入油缸左侧，推动活塞使活塞杆向外伸出的同时，压力油又经控制油路（图中虚线）将液控单向阀打开，可使油缸右侧的回油经液控单向阀、手动换向阀回油箱。通常是在需要将张紧放松的时候，才将油缸活塞杆向外伸出。当需要重新张紧皮带时，可直接启动泵站后将手动换向阀手把打到右阀位，直至拉紧力上升到设定值为止。248自动洒水装置本设计选用DF3/65型矿用隔爆型电磁阀，如图28所示。它主要适用于煤矿井下含有爆炸性气体的危险环境中作为降温、除尘洒水之用。可以作为井下自动及其它管路中控制，保护人身安全和生产安全的目的。本电磁阀分为上部阀体和下部阀座两部分结构，上部阀体为圆筒形结构，内部有电磁体，作为控制阀门开闭的动力源，下部阀座内有导水阀口，过滤器等部件，其中过滤器能有效阻挡直径大于1MM的有害杂质通过，这样既可以避免了喷头堵塞，又降低了井下工作人员的劳动强度。其工作原理是不通电时，阀芯为初始态，导水阀口关闭，水不能流通，通电之后，在电磁效应的作用下，电磁体能产生足够的推力，克服水的压力，使阀芯脱离水阀口，水便流通，洒水装置自动洒水。图28DF3/65型矿用隔爆型电磁阀图FIG28DF3/65TYPEOFFLAMEPROOFSOLENOIDVALVES3煤矿皮带机PLC硬件设计31PLC的选型设计可编程控制器虽然采用了计算机的设计思想，但实际上只能完成顺序控制，仅有逻辑运算、定时、计数等功能，所以人们将它称为可编程序逻辑控制器（PROGRAMMABLELOGICALCONTROLLER，PLC）。经过多年的发展与实践，PLC的功能和性能已有了很大的提高，从当初用于逻辑控制盒顺序控制领域扩展到运动控制和过程控制领域。因此，美国电气制造商协会（NATIONALELECTRICALMANUFACTURERSASSOCIATION,NEMA）将它正式命名为可编程控制器（PROGRAMMABLECONTROLLER，PC），但由于个人计算机也简称PC（PERSONALCOMPUTER），为了避免混淆，可编程控制器仍然被称为PLC。1）PLC的型号选型本设计选择了西门子S7200系列PLC。其控制系统的构成形式如图31所示。计算机工业控制软件S7一20CPUTP触摸屏其他设备TD文本显示器通信网络设备EM扩展模块1EM扩展模块2EM扩展模块2图31S7200PLC控制系统构成形式图FIG31THESTRUCTUREOFS720OPLCCONTROLSYSTEM2）CPU型号的确定根据输入输出点数选择224XP型CPU。最多可连接7个扩展模块。见表32CPU的技术参数表表32CPU的技术参数表TAB32TECHNICALPARAMETERSOFCPUTABLE物理特性尺寸WHD1408062MM1408062MM重量390G功耗8WI/O特性本机数字量输入14输入本机数字量输出10输出本机模拟量输入2输入本机模拟量输出1输出数字I/O映象区256（128输入/128输出）模拟I/O映象区64（32输入/32输出）允许最大的扩展I/O模块7个模块允许最大的智能模块7个模块常规特性定时器总数256个计数器总数256（由超级电容或电池备份）集成的通信功能接口2个RS485接口最大站点数每段32个站，每个网络126个电源特性输入电压204V至288VDC输入电流12OMA（仅CPU，24VDC）900MA（最大负载，24VDC）冲击电流12A，288VDC时3）本系统选用的数字量输入扩展模块是西门子公司的EM221,EM223系列，模拟量扩展模块为EM231。32电机控制回路的设计1）电机主电路两台三相异步电机分别连接到三相电源上，在接线上有两个启动开关QF1和QF2，两个停止开关RJ1和RJ2，两个中间继电器KM1和KM2，具体的电机主电路接线如图34所示。图34电机主电路接线图FIG34MAINCIRCUITWIRINGDIAGRAMOFTHEMOTOR2）控制箱回路将主电路上的启动开关和停止开关分别跟皮带控制箱上的启动按钮和停止按钮相连接，可以实现在控制箱的控制面板上对皮带的启动和停止进行控制，实现远程操作。3）控制面板按钮图控制箱面板如图35所示。此图装有控制按钮和指示灯全线启停按钮、1号电机启停、2号电机启停、故障复位按钮、蜂鸣器和故障指示灯。图35控制箱的面板图FIG35THEPANELDIAGRAMOFCONTROLBOX33PLC模块安装布置与布线（1）CPU主线路接线图如图36所示图36CPU主接线图FIGURE36CPUISTHEMAINWIRINGDIAGRAM（2）EM223扩展模块接线图如图37所示图37EM223扩展模块接线图FIGURE37EM223EXTENSIONMODULEWIRINGDIAGRAM（3）EM221扩展模块接线图如图38所示图38EM221扩展模块接线图FIGURE38EM221EXTENSIONMODULEWIRINGDIAGRAM4煤矿皮带自动运输监控系统的软件设计主程序的设计能够实现皮带全线启停、自动启停和手动启停，并且三者之间可以实现相互切换，正常运行时，使用自动启停方式，设备按工艺要求的顺序和流程由上位机控制自动启停；手动启停时，可在通过控制面板上的按钮来操作各设备，可以实现无联动和闭锁；全线启停时，在皮带运输机的工作现场通过钮盒实现启停操作。故障程序是当皮带发生跑偏、撕裂、急停、温度、堆煤、烟雾、打滑中任一种故障时，相应的传感器动作，把故障信号传送到PLC，实现皮带停机保护。41I/0地址分配PLC的I/0地址具体分配包括AI模拟量输入、AO模拟量输出、DI数字量输入和DO数字量输出。PLC的I/0地址分配表如表41所示表41PLC的I/0地址分配表TAB41I/0ADDRESSASSIGNMENTTABLEOFPLC序号名称地址11号电机开机按钮I0022号电机开机按钮I0131号电机停机按钮I0242号电机停机按钮I035堆煤故障信号1I046堆煤故障信号2I057拉线急停开关1I068拉线急停开关2I079拉线急停开关3I1010拉线急停开关4I1111拉线急停开关5I1212拉线急停开关6I1313拉线急停开关7I1414拉线急停开关8I1515拉线急停开关9I2016拉线急停开关10I2117跑偏传感器1I2218跑偏传感器2I2319跑偏传感器3I2420跑偏传感器4I2521跑偏传感器5I2622跑偏传感器6I2723跑偏传感器7I3024跑偏传感器8I3125跑偏传感器9I3226跑偏传感器10I3327跑偏传感器11I3428跑偏传感器12I3529跑偏传感器13I3630跑偏传感器14I3731跑偏传感器15I4032跑偏传感器16I4133跑偏传感器17I4234跑偏传感器18I4335跑偏传感器19I4436跑偏传感器20I4537取消报警按钮I46381号电机开机继电器Q00392号电机开机继电器Q01401号电机停机继电器Q02412号电机停机继电器Q0342撕裂故障信号1Q0443撕裂故障信号2Q0544烟雾故障信号1Q0645烟雾故障信号2Q0746堆煤故障报警灯Q1047撕裂故障报警灯Q1148烟雾故障报警灯Q2049拉线报警灯Q2150跑偏报警灯Q2251洒水装置Q2342PLC软件程序设计本系统的程序主要分为两部分主程序和故障程序。要将系统的PLC程序设计的规范和合理，需要进行程序模块的功能划分，主程序是实现系统的简单控制，该部分实现皮带电机的启动和停止，对于各种保护不做要求。故障程序具有如下检测保护功能跑偏、撕裂、急停、温度、堆煤、烟雾、打滑等。整个系统实现逆煤流开车、顺煤流停车的远程集中控制。421主程序的设计主程序是整个程序的管理调度者。它主要控制电机运转，分为三种方式全线启停（此信号送入PLC，由内部逻辑电路控制）、自动启停（此信号送入PLC，由内部逻辑电路控制）、手动启停（此信号不经PLC，完全由外部继电器电路控制）。1）皮带启动（L）全线启动按钮按一下它，蜂鸣器响5秒，2号皮带机启动，上位机主画面的全线启动指示灯由红变绿，2号自动指示灯由红变绿，2号电机叶片开始旋转；然后蜂鸣器又响3秒，1号皮带机启动，上位机主画面的1号自动指示灯由红变绿，1号电机叶片开始旋转。（2）自动启动1号启动按钮按一下它，则蜂鸣器响3秒，然后启动1号皮带机；上位机主画面的1号自动指示灯由红变绿，1号电机叶片开始旋转。2号就地启动按钮按一下它，则蜂鸣器响3秒，然后启动2号皮带机；上位机主画面的2号自动指示灯由红变绿，2号电机叶片开始旋转。（3）手动启动1号启动按钮按一下它，则启动1号皮带机，1号启动指示灯变亮。上位机主画面的1号手动指示灯由红变绿，1号电机叶片开始旋转。2号启动按钮按一下它，则启动2号皮带机，2号启动指示灯变亮。上位机主画面的2号手动指示灯由红变绿，2号电机叶片开始旋转。皮带启动流程图如图41所示。2）皮带停止（1）全线停止全线停止按钮按一下它，则1号皮带机停止。上位机主画面的1号自动指示灯由绿变红，1号电机叶片停止旋转。等待3秒，然后2号皮带机停止。上位机主画面的2号自动指示灯由绿变红，2号电机叶片停止旋转。（2）自动停止1号停止按钮按一下它，则1号皮带机停止、上位机主画面的1号自动指示灯由绿变红，1号电机叶片停止旋转。2号停止按钮按一下它，则2号皮带机停止。上位机主画面的2号自动指示灯由绿变红，2号电机叶片停止旋转。（3）手动停止1号停止按钮按一下它，则1号皮带机停止，1号启动指示灯灭。上位机主画面的1号手动指示灯由绿变红，1号电机叶片停止旋转。2号停止按钮按一下它，则2号皮带机停止，2号启动指示灯灭。上位机主画面的2号手动指示灯由绿变红，2号电机叶片停止旋转。皮带停止流程图如图42所示。皮带启动方式全线启动自动启动手动启动2号电机启动1号电机启动全线启动2号电机故障YN延时5秒2号电机启动1号电机故障NY延时3秒1号电机启动自动启动手动启动延时3秒2号电机启动延时3秒1号电机启动皮带启动图41皮带启动流程图FIG41THEFLOWCHARTOFSTARTINGBELT皮带停止方式全线停止自动停止手动停止全线停止自动停止1号电机停止2号电机停止手动停止1号电机停止2号电机停止1号电机停止延时3秒2号电机停止皮带停止图42皮带停止流程图FIG42THEFLOWCHARTOFSTOPINGBELT3）电动机自锁422皮带故障程序的设计由各种传感器检测，把信号送至PLC，由PLC内部逻辑电路控制。当出现故障时，故障指示灯变亮。上位机主画面相应的故障指示灯由绿变红。报警文档会出现相应的故障信息。当出现故障，皮带机自动停止运行。排除故障，按复位按钮，则故障指示灯灭，上位机的相应故障指示灯由红变绿。当出现紧急情况时，拉拉线开关，则皮带机停止运行。皮带故障流程图如图43所示。皮带跑偏皮带打滑电机超温烟雾启动自动洒水装置启动自动纠偏装置启动自动拉紧装置皮带堆煤N急停皮带撕裂皮带启动报警停机启动自动洒水装置YNYYYYYYNNNNN图43皮带故障流程图FIG43THEFLOWCHARTOFBELTFAILURE5技术经济分析本设计采用PLC控制主运输中的带式运输机，这样设计系统不仅可靠性好，而且具有结构简单方便，体积小，易修改程序等优点。众所周知，目前我国75的生产机械设备，都是采用继电器控制，除了可靠性差外，设计程序也很繁杂。而采用PLC控制可以大大缩短设计周期，甚至有些文件资料也不必绘制成图。设计人员完全可以利用编程器上屏幕显示来输入，或修改程序使得梯形图能准确无误地反映生产要求。开发这种软件对优化生产过程，提高产品数量和质量，提高劳动生产率，非常具有实际意义。这无疑给企业增加了活力，提高了经济效益。稳定的主运输皮带控制系统可以充分保证煤矿的正常生产，减少了设备的非正常磨损与事故的发生，反过来增加了煤矿企业的利润，创造了可观的经济收益。整个控制系统的设计充分考虑到煤矿生产的不利客观条件与生产中最重要的安全问题，这样不仅使系统具有良好的工作性能，还能有很好的经济性能。6结论本文针对我国井下皮带运输机的特点，设计开发一套基于PLC的煤矿皮带自动运输监控系统。经过反复的调试和改进，本文研究设计的皮带自动运输监控系统能够正常地运行，并且能完成皮带的启停控制和报警控制，人性化的人机界面也能使操作者更方便、直观地监控皮带的运行状态。本设计中主要完成了以下几项工作1）硬件方面的设计。在进行设计之前，罗列了本系统需要的硬件设备，包括两台三相异步电机、一条皮带、7个传感器、S7200系列PLC、PLC的接线箱等，然后进行硬件的搭建和调试，皮带空载运行时不会发生跑偏等故障，各传感器按要求安装到相应的位置，PLC按照安装和接线要求放置到接线箱中。2）软件方面的设计。根据系统所要完成的控制进行PLC的编程，包括皮带的全线启停自动启停手动启停和故障报警，还要实现各启停方式之间可以转换。例如当皮带发生跑偏、撕裂、急停、温度、堆煤、烟雾、打滑中任一种故障时，相应的传感器动作，把故障信号传送到PLC，实现皮带自动保护，同时，上位机上也会显示皮带的故障类型。通过一个学期的设计，我基本完成了煤矿皮带机PLC控制系统设计，在这个过程中我对PLC进行了大量的资料收集与学习工作，并且对PLC整体有了一定的了解。致谢转眼间一学期的毕业设计即将结束。在老师和同学们的帮助下，经过自己的努力工作，终于完成了这篇论文。在此，恳请各位老师审阅。本论文是在田立勇老师的精心指导下完成的。无论是论文的选题、软件框架的构思、程序的设计还是论文的写作思路、文章字句的斟酌等方面，无一不渗透着老师辛勤的汗水和教诲，只有完成好我的设计才是指导老师最好的报答。在这大学四年里，所有老师渊博的知识、深厚扎实的学术修养、严谨求实的工作作风、兢兢业业的工作态度，给我留下了极深的印象，并将在我今后的人生道路中产生深远的影响。在此，学生谨向辛勤培育我的各老师致以衷心的感谢在四年的学习期间，我不仅增长了知识，也结识了许多难忘的朋友。从很多同学和朋友身上我学到了许多宝贵的东西，这是一笔非常大的精神财富，我将受益终身。读书求学，不仅是一个知识积累、技能长进的过程，同时也是一个提高修养、完善人格的过程。希望我能够将我在这个学校里所学到的一切都应用到以后的工作中。最后再次感谢帮助和关心过我的老师和同学。参考文献1栾振辉，廖玲利煤矿机械PLC控制技术M化学工业出版社，20082吴强，秦宪礼，张波煤矿安全技术与事故处理M中国矿业大学出版社，20013安顺波现代矿山机械设备安装调试、规范操作、维修保养及常见故障排除实用技术手册北京矿业大学出版社，20064庄严矿山运输与提升M中国矿业大学出版社，20095陈松立，控制电器与控制系统徐州中国矿业大学出版社,2001，第1版6洪晓华，陈军矿井运输提升M中国矿业大学出版社，20057候志学矿山运输机械M冶金工业出版社，19928黄万吉矿山运输机械设计M东北工业学院出版社，19909洪晓华矿山运输提升M中国矿业大学出版社，200710康宏矿井皮带运输机故障分析与处理J安徽科技大学出版社，200511赵清，杨龙PLC控制电路解读电子工业出版社，201112段有艳图解PLC机电控制技术中国电力出版社，201013付少波，付兰芳传感器及其应用电路化学工业出版社，201114孟立凡，蓝金辉传感器原理及应用电子工业出版社，201115王志甫，矿山固定机械与运输设备中国矿业大学出版社，200616武予鲁，带式输送机综合保护装置的工作原理与使用煤炭工业出版社，200317唐传贵，煤矿井下胶带集中控制系统研究与设计电脑知识与技术，200818邹爱英，谭永海，李孝忠CST的调速原理及技术性能特点山东煤炭科技，200519马洪礼，CST可控传输系统在长运距带式输送机的应用煤矿机电，200420史志远，带式输送机断带保护装置分析煤矿机械，200521陈松立，控制电器与控制系统徐州中国矿业大学出版社，200122朱晓霞，杨根科基于CONTROLNET带式输送机监控系统的设计煤炭机电，200423栾振辉，煤矿机械PLC控制技术化学工业出版社，200824吴丽，基于PLC的皮带运输系统设计与研究国内外机电一体化技术，200825于学谦，矿山运输机械徐州中国矿业大学出版社,1998，第2版26TANGXIANGYANGDESIGNOFANAUTOMATICERRORCORRECTIONSYSTEMOFTOBACCOSORTERSHIGHSPEEDBELTCONVEYOR200827高钦和，可编程控制器应用技术与设计实例北京人民邮电出版社，2004，第1版28李斌，邹灿红PLC控制系统抗干扰技术研究机电工程技术，2008，37，（4）10310529胡学林，可编程控制器教程（提高篇）北京电子工业出版社,200530史志远，朱真才等带式输送机断带保护装置分析煤矿机械,2005,88385附录A译文一种CMOS智能温度传感器从55到125为01误差科菲马金瓦米希摘要智能温度传感器在07微米CMOS是准确的。在从55到125的传感器的使用范围的晶体管测量温度是错误的。错误造成，在读出电路中减少到001级。这是通过使用动态元件匹配，切碎实现独立的PTAT偏置电路，以及一个低偏移的二阶，结合切碎和相关双采样。基极发射极电压特性的传播，在PNP晶体管补偿的基础上，通过微调在一个温度校准，获得高微调分辨率通过使用一个DAC精细调整偏置电流的双极型晶体管。关键词动态元素匹配；偏移取消；转换；智能传感器；温度传感器1、引言温度传感器被广泛应用于测量仪表和控制系统。在许多应用中这将是具有吸引力的，使用温度传感器在数字产生一个很容易解释的温度读数格式。这种“聪明”的温度传感器结合了传感器和接口电子设备在一个芯片上，并优选制造一个低成本的标准CMOS工艺。然而，今天大多数的温度传感器的应用是传统的传感器，例如热敏电阻或铂电阻需要单独的读出电路。在第二部分中，有限的使用智能传感器，可以归结为他们的限制操作范围（通常限于军事范围从55到125）。更重要的是，它们与传统的传感器相比是相对不准确的。一个典型的不准确之处提到的温度范围为2，同时不准确。可以通过以下方式获得，例如，一类的铂在该范围内的电阻是05，更高的精度可在多个温度下得到校准，但是这会使CMOS智能温度撤消太多的成本。大多数CMOS智能温度传感器基于温度寄生双极型晶体管的特性。以前的设计采用动态偏移取消技术，如嵌套斩波和自动调零，以减少由于温度误差的偏移量CMOS放大器的在读出电路中使用。由于特征使用双极型晶体管不是完全线性的，曲率校正技术已被用于改善线性度。在本文中，CMOS智能温度传感器达到不准确只有01对军队的范围内。减少所造成的读出电路中的所有错误到001水平。此外偏移取消曲率校正，精密偏置技术的使用，以及动态元件匹配是用来降低失配相关的错误。其结果是，在传播的特性的双极性晶体管是唯一显着的误差源传感器。在单一温度下的校准是足够用来确定这个错误，并通过修剪纠正。由于传播基本上只有一个自由度，在整个工作范围内这种校正是有效的。2、测量原理为了产生一个数字温度读数，温度依赖信号的参考信号进行比较。虽然几乎每个装置具有随温度变化的特性，双极型晶体管是特别适合用于产生信号的组合。它们可以被用来同时生成准确地与绝对温度成正比的电压是（PTAT）和一个与温度无关的带隙基准电压。在CMOS中，基片的双极型晶体管，可用于此目的。传感器的工作原理图如图所1示。二极管连接的PNP晶体管基板被用于产生两个电压。这些电压是结合了产生上述的的PTAT和参考电压，