基于plc的装载自动化

理工大学成人教育学院毕毕毕毕业业业业设设设设计计计计（论文论文论文论文）任任任任务务务务书书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）理工大学成人教育学院毕毕毕毕业业业业设设设设计计计计（论文论文论文论文）总总总总评评评评定定定定书书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毕毕业业业业设设设设计计计计（论文论文论文论文）答答答答辩辩辩辩委委委委员员员员会会会会记记记记录录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）摘摘摘摘要要要要由于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SUMMARYASTHEPLCPROGRAMMABLECONTROLLER,HIGHRELIABILITY,CONVENIENTAPPLICATION,YIBECOMETHEMOSTWIDESPREADAPPLICATIONSOFINDUSTRIALCONTROLDEVICES,AMECHANICALANDELECTRICALCONTROLBUKEQUESHAOOFHEXINCONTROLBUJIAN,WITHTHEREQUIREMENTSOFAUTOMATICSTANDARDSGONGYESHENGCHANRISINGGENGJIARELIABILITYOFPROGRAMMABLELOGICCONTROLLERPLCHASBEENAPPLIEDTOVARIOUSSYSTEMSINTHECOALINDUSTRY,ACCORDINGTOPLCPERIPHERALSSMALL,SMALLFOOTPRINT,LESSMAINTENANCE,HIGHSAFETY,EASYAUTOMATEDFEATURES,COMBINEDWITHTHEACTUALMINEANDDECIDEDTOUSEPLCASTHECOREOFTHECONTROLSYSTEMTOTRANSFORMTHESHAFTLOADINGSYSTEMTHECOMPLETIONOFSOMEMAJORUNDERGROUNDCOALFEEDERCONTROL,BELTCONTROL,ANDUNDERGROUNDCOALWEIGHINGSIGNALSENTTOTHEWELLHEADWELLHEADPARTOFTHEMAINSIGNALTRANSMITTEDTOTHEWINCHROOMCOMPLETEWITHWINCHROOMTOSIGNALCONTACTTHEWHOLESYSTEMTOFORMAPERFECT,TIGHTSIGNALLOCKINGSYSTEMTHEEQUIPMENTHASADVANCEDTECHNOLOGY,SIMPLEINSTALLATION,FUNCTIONAL,ANDRELIABILITY,ANDEASYCHANGESINPROCEDURESCANHAVETHESAMEAGREEMENTWITHTHEMONITORINGSYSTEMFORNETWORKCOMMUNICATIONKEYWORDLADDERWEIGHTLOADINGOFCOALFEEDER目目目目录录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43页）第一章第一章第一章第一章前言前言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2050M/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43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CZ140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。CZ140型液压称重装置型液压称重装置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43页）CZ140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。CZ140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050吨的压力，其高压动态工作寿命是普通密封的510倍，且摩擦阻力小，是普通橡胶密封的1/21/4，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。CZ140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）0510152025W（T）01004820096301440195024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43页）I（MA）4027191038135916792002称重装置外形尺图，如图（35）28图（35）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52MM；河南理工大学成人教育学院毕业设计说明书纸第5页（共43页）H2称重装置充液最低位62MM；H3称重装置充液最高位82MM。带式输送机带式输送机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0525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。41TD75型带式输送机结构型带式输送机结构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46层及58层。其上、下胶层厚度为30及15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3125。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16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。42TD75常用皮带运输机规格常用皮带运输机规格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B1000,Q370T/H,L31M,配用11KW油浸式电动滚筒式及15KW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43页）2选矸搂手选皮带机B1000带宽,Q40T/H,L9M,Y1124,4K电机,NGW922型减速机。3带式拼式机B1000,Q440T/H,L8112M,X115电机37KW,Y225S4,减速机ZQ100。4带式输送机B1000,Q450T/H,L12223M,X175电机55KW,Y250S4,减速机ZQ100。5带式输送机B650,Q10T/H,L2617M,X55油浸电动滚筒YTD301606550,N30KW。装载给煤机介绍装载给煤机介绍装载给煤机介绍装载给煤机介绍GLD800/55/S甲带给料机甲带给料机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，设备所需驱动功率小，系统各零部件工作寿命长。河南理工大学成人教育学院毕业设计说明书纸第7页（共43页）二、甲带给料机的优点运行功率小（给煤量800吨/小时55KW，最大带速073/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11使用环境条件环境温度040C相对湿度95（25C）12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AC220V1A电阻性负载延时动作时间0460秒可调，出厂时调为34秒河南理工大学成人教育学院毕业设计说明书纸第8页（共43页）动作角度192C复位角度61C复位时间瞬时复位主体外形尺寸95340重量65KG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300500之间分三档调节。MYV20A智能称重显示器智能称重显示器智能称重显示器智能称重显示器1、概述11简介MYV20A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121型号MYV20A类型序号称重煤研河南理工大学成人教育学院毕业设计说明书纸第9页（共43页）122基本参数工作电源采用MCDX本质安全型电源供电输入电压AC127V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IP54123型式本质安全型13技术要求131工作环境条件A、环境温度040B、相对湿度95C、大气压力86KPA110KPAD、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132存储、运输环境条件温度1050相对湿度90（25）2、结构特征与工作原理21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。22工作原理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河南理工大学成人教育学院毕业设计说明书纸第10页（共43页）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。23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21MMJ、全数字面板调校（FDC）K、内设“看门狗”电路，抗工业干扰L、采样速度20次/秒河南理工大学成人教育学院毕业设计说明书纸第11页（共43页）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10，000Q、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1，2，5，10，20，50S、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31工作环境1、电源电压DC12V,额定电流04A2、工作温度0403、相对湿度954、防爆型式IB5、防护等级IP5432数字部分1、数字显示7段发光二极管2、数字高度21MM3、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500600007、显示分度数1，2，5，10，20，508、小数点位置4个不同位置可供选择33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10V3、输入灵敏度05V/D65V/D4、输入阻抗10河南理工大学成人教育学院毕业设计说明书纸第12页（共43页）5、零位可调电压范围02MV15MV6、量程稳定度读数的6PPM/7、零位稳定度（04V0006初始零位偏移电压）/8、非线性误差001FS9、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11模拟量输入模拟量输入模拟量输入模拟量输入行程开关行程开关行程开关行程开关继电器触点继电器触点继电器触点继电器触点各种开关各种开关各种开关各种开关传感器传感器传感器传感器模拟量输入模拟量输入模拟量输入模拟量输入行程开关行程开关行程开关行程开关继电器触点继电器触点继电器触点继电器触点各种开关各种开关各种开关各种开关传感器传感器传感器传感器CPUROM、RAM电源部件电源部件电源部件电源部件输输输输出出出出接接接接口口口口输输输输入入入入接接接接口口口口外设接口外设接口外设接口外设接口、电源部件电源部件电源部件电源部件输输输输出出出出接接接接口口口口输输输输入入入入接接接接口口口口外设接口外设接口外设接口外设接口、电源部件电源部件电源部件电源部件输输输输出出出出接接接接口口口口输输输输入入入入接接接接口口口口外设接口外设接口外设接口外设接口外设接口外设接口外设接口外设接口照明照明照明照明电磁装置电磁装置电磁装置电磁装置执行机构执行机构执行机构执行机构照明照明照明照明电磁装置电磁装置电磁装置电磁装置执行机构执行机构执行机构执行机构采用光电采用光电采用光电采用光电隔离装置隔离装置隔离装置隔离装置采用光电采用光电采用光电采用光电隔离装置隔离装置隔离装置隔离装置编程器编程器编程器编程器打印机打印机打印机打印机计算机计算机计算机计算机编程器编程器编程器编程器打印机打印机打印机打印机计算机计算机计算机计算机继电器继电器继电器继电器、可控硅可控硅可控硅可控硅、晶体管电路晶体管电路晶体管电路晶体管电路继电器继电器继电器继电器、可控硅可控硅可控硅可控硅、晶体管电路晶体管电路晶体管电路晶体管电路图11PLC的基本结构1、CPU1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1RAM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。河南理工大学成人教育学院毕业设计说明书纸第13页（共43页）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,12,24V5、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。二二二二、PLC的工作原理的工作原理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43页）图12PLC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43页）图42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13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43页）图图图图113PLC的工作流程的工作流程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43页）三三三三、PLC的技术性能的技术性能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。四四四四、PLC内存分配及内存分配及内存分配及内存分配及I/O点数点数点数点数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43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。五五五五、PLC的主要功能的主要功能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43页）六六六六、PLC可编程控制器的可编程控制器的可编程控制器的可编程控制器的特点特点特点特点（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43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。PLC选型选型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S7300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。S7300的基本性能的基本性能的基本性能的基本性能SIMATLCS7300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4CPU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6I/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9STEP7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。S7300的基本组成的基本组成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PROFIBUSDP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43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SIMATICS7300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。S7300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。7S7300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。8S7300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。S7300的通讯的通讯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。SIMATICS7300具有多种不同的通讯接口。多种通讯处理器用来连接ASI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SIMATICS7/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ASI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。S7300的基本结构的基本结构的基本结构的基本结构河南理工大学成人教育学院毕业设计说明书纸第22页（共43页）1DIN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5TOP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43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JKMD284IE型落地式多绳摩擦轮提升机和JKMD44IIIE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43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43页）系统工作流程图系统工作流程图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43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。装载示意图一一一一、I/OI/O分配分配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43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43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43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第五章自动装载系统部分程