煤礦的運輸系統對保證礦井正常生產起著特別重要的作用。為了保證煤礦運輸系統牢靠平安運行，對帶式輸送機進行集中監視和限制很必要。本文以新疆哈密煤礦主斜井及地面膠帶輸送機為背景，設計出了以PLC技術為核心的集中限制系統，提高了運輸系統的監測和限制水平。文中首先介紹了本次設計的背景，然后設計了膠帶輸送機集中限制系統的結構和應具有的限制功能，參數的檢測和故障愛護裝置，確定了各故障檢測傳感器的類型及安裝位置。在此基礎上采納SIEMENS的S7-300系列PLC對系統進行硬件和軟件設計，其中包括PLC的模塊配置及外部連線，梯形圖程序設計。最終提出PLC限制系統的主要干擾源，并設計了抗干擾的措施。關鍵詞：膠帶輸送機；S7-300；集中限制系統PLC皮帶限制系統是膠帶運輸機的自動化限制系統。可在礦山、港口碼頭、冶金、鋼鐵、建材等行業中運用的皮帶機依次限制及愛護的智能限制系統，其通用性、適應性強，能夠完成各種限制任務它能完成各種傳感器工作狀態的監測、皮帶及給煤機的電機起停限制、通訊、現場管理、集中監控，集控系統采納多臺PLC組成限制系統和數據傳輸網絡，可以組成不同的限制規模，每一臺PLC又可以采納單獨限制。由于采納網絡系統，用戶可以便利的對整個系統內的每一臺設備進行管理。PLC皮帶限制系統系統特點PLC皮帶限制系統在組態系統時具有極大的敏捷性，具有極強的處理實力，以及大的I/O容量。適應性好可編程限制器是通過程序實現限制的。當限制要求發生變更時，只需變更程序即可。因此能敏捷便利地進行系統配置，組成不同規模、不同功能的限制系統，適應實力特別強，即可限制一臺單機，又可限制一條生產線，既可現場限制，又可遠距離限制。功能強大：PLC內部有豐富的軟元件供您運用，可以很便利的進行程序修改，調整計時器、計數器的值來適應現場設備運行的要求。PLC皮帶限制系統維護程序直觀、簡潔，面對用戶，面對現場。程序編寫簡潔易學，能夠使具有一般電工學問的維護人員在很短時間內駕馭。PLC的基本免維護性，使工人從以前集成電路繁鎖的檢修、維護中解脫出來使生產效率明顯提高。PLC為標準型號，在國內的很多大公司都有經銷，價格比較統一，為今后的備件的配備供應了便利，用戶可以擺脫以集成電路限制為主的產品備件的獨家供應的被動局面（價格相當高），降低了維護成本。PLC皮帶限制系統皮帶監測愛護膠帶跑偏愛護——可采納跑偏開關用于皮帶運輸跑偏監測和愛護，成對運用。報警并可急停皮帶（依據須要）。旋轉探測儀（速度、打滑愛護）——采納速度傳感器探測膠帶輸送機速度及加速度，實現超速打滑愛護。（報警并急停皮帶）急停雙向拉繩開關——限制急停的閉鎖愛護及故障識別，拉線急停閉鎖開關，用于皮帶沿線緊急閉鎖愛護。當閉鎖開關動作，限制機報警并發出急停吩咐。（報警并急停皮帶）皮帶縱向撕裂愛護——縱向撕裂傳感器安裝在皮帶下方，當皮帶發生縱向撕裂故障時,煤落在傳感器上面，傳感器動作報警并急停。煙霧愛護——采納煙霧傳感器，當皮帶或煤有煙霧產生時，限制機顯示、音響報警并啟動灑水滅塵裝置。該信號為鎖存信號須要人為復位按鈕來復位，再次報警時間為30分鐘。溫度監測——采納非接觸式溫度傳感器來測量滾筒溫度，并將它轉換成電壓信號，限制機依據所測量的溫度與設定溫度之比，來限制灑水裝置滅火，同時顯示報警和急停。自動灑水滅火滅塵——采納自動滅塵滅火灑水裝置，該裝置由隔爆電磁閥、自動水閥、水管噴咀和閥門等組成。當限制系統依據愛護溫度、煙霧煤塵等多種傳感器供應的信號，可限制電磁閥開啟實現自動灑水滅塵滅火。料流監測功能——采納接觸式料流傳感器，可使皮帶系統在自動狀態下依據物料的狀況起、停皮帶，為礦方節約了電能。PLC皮帶限制系統報警顯示狀態顯示——在限制臺上可顯示各皮帶、給煤機的啟停狀態、電源指示、松閘指示等。故障指示——在限制臺上可顯示各皮帶機跑偏、閉鎖、縱撕、超溫、打滑、煙霧、堆煤、灑水、電機故障等信號，可查詢皮帶愛護點并顯示。通訊及啟動告警功能——系統配置擴音電話和起動前的語言告警裝置。修理人員可通過皮帶沿線設置的擴音電話與各皮帶分站聯系，故障愛護時，系統通過沿線語言裝置，進行語言報警，便于修理工查找故障點，節約故障查詢時間。自動運行方式時，依據PLC內部設定的程序自動起停設備；還可依據須要使設備單機運行，當對設備進行檢修時還可將運行方式轉換到檢修狀態，檢修人員可通過機頭、機尾安放的本安就地箱啟停設備。1緒論1.1皮帶運輸的發展概述利用皮帶運輸是煤炭生產過程中不行缺少的一部分。礦井中，皮帶運輸的線路很長，巷道條件有限，并且大多都采納繼電器進行限制，出現故障也不好檢查，若運輸不暢，采掘工作或其它工作都無法進行，整個煤炭生產系統將處于癱瘓狀態。礦井運輸機械的類型很多，按運輸方式可分為連續運行和來回運行兩種。連續運行式運輸設備的特點是：一經開動就不需操作而連續運行。一般膠帶機、鋼繩芯膠帶機、鋼繩牽引膠帶運輸機等均屬于此類運輸設備。來回運行式設備的特點是：在運行區間，以肯定的方式，做來回式周期性運，運行中須要操作換向。機車運輸及單繩牽引運輸等屬于此類運輸設備。隨著科學技術的不斷發展，礦井生產規模的不斷擴大，原有的繼電器限制已經不能滿意生產的須要，運輸系統也經驗了不斷的變革和進步，并以煤流運輸的連續化、設備大型化、自動化、高牢靠性與平安性來保證礦井的連續、高效生產。礦井皮帶運輸系統，是由多條皮帶搭接而成或由煤倉轉載形成的煤流系統，因此它內部形成的單元就是單臺皮帶機。皮帶運輸機是選煤廠的主要運輸設備，它可用于物料的傾斜運輸或水平運輸。由于皮帶運輸機的運輸實力變更范圍大、運輸距離長、載貨和運輸機間沒有相對運動、運轉時阻力小等，因而具有適應性強、工作平穩牢靠、動力消耗小、機件磨損小、運用修理便利等優點，在選煤廠中得到了廣泛應用。1.2系統設計的背景及意義系統設計的背景目前，礦井皮帶運輸系統是原煤運輸的唯一途徑，還是礦井生產的重要環節，因此它的平安高效運行受到很大程度的重視。由于礦井皮帶運輸系統分布廣，信息分散以及限制要求高的特點，隨著礦井生產規模的不斷擴大，以及技術水平的不斷提高，現代化礦井也須要現代化管理，因此對皮帶運輸系統的限制和管理提出了更高的要求。以往對皮帶運輸機都采納人工分臺就地限制，即每臺運輸機的限制都由一名人員就地限制，這是一種最原始的限制方式。這種限制方式是干脆操作運輸機的限制開關，操作簡潔，不增加任何限制元件，維護工作較少，但須要人員較多，并且每個皮帶工的思維及技術水平不一等常有意外事故發生，影響生產的正常運行。而集中限制方式是在整個運輸線上新增一套集中限制裝置，在限制室內集中操作，由一名操作人員完成即可。這樣即節約了大量的人力資源，也為剛好發覺故障，縮短停產時間和提高自動化效率創建了條件。現在，已成為礦井煤炭運輸的主要限制方式。在煤礦中，煤流的運輸一般在幾百米到幾十公里，因此它的運輸系統要有多臺皮帶運輸機、給煤機、煤倉等構成協調協作完成長距離運輸任務。為保證運輸系統的平安牢靠，提高運輸效率，對其進行完整的管理和監控是現代礦井煤流運輸迫切須要的一項技術。皮帶機的綜合自動化限制是整個礦井實現自動限制的重要組成部分。目前，對皮帶運輸機集中限制存在的主要問題有：（1）在平安愛護方面，為提高皮帶運輸機的牢靠性、平安性、削減故障、提高效率等多種檢測方法已用于電動機、液力耦合器、減速器和皮帶運行故障檢測，但是這些系統是相互獨立的。（2）故障檢測系統誤報率高。誤報將造成皮帶運輸機不該有的停機，使得全礦井停產，對礦井生產造成極大影響。（3）皮帶機的限制、運行、愛護等信息不能較好的與礦井的其它限制系統共享，不能與整個礦井信息系統集成。視屏監控系統不規范，沒有語音通訊功能，不能實現無人值守。隨著礦井功能和規模的不斷擴大，計算機技術、網絡技術、新的工業限制器技術等新技術的應用，將逐步取代繼電器限制，給皮帶運輸的集中限制系統供應了發展空間。從單臺限制系統到多臺限制系統，有價格相對較貴的PLC構成的系統和價格低廉的單片機系統應用。目前，雖然市場上有著各種各樣的集控系統，但是都是朝著自動化、智能化、信息化方向發展。系統設計的意義采納PLC對皮帶集中限制系統具有強大優勢，這些優勢體現在：1、高牢靠性。由于工業生產過程是晝夜連續的，一般的生產裝置要幾個月甚至幾年就大修一次，所以這就要求PLC具有較高的牢靠性，告牢靠性是PLC的最突出特點之一。PLC采納微電子技術，全部I/O接口電路均采納光電隔離措施，使工業現場的外電路與PLC內部電路之間在電氣上隔離。大量的開關動作由無觸點的半導體完成，另外還采納了屏蔽和抗干擾措施。它的平均故障間隔時間為3-5萬個小時。2、豐富的I/O接口。由于工業限制機只是整個工業生產過程自動限制系統中的限制中樞，為了實現對工業生產過程的限制，它還必需與各種工業現場的設備相連才能完成限制任務。因此，PLC除了具有計算機的基本功能（如CPU何存儲器）以外，還有豐富的I/O接口模塊與工業現場的器件或設備（如按鈕、行程開關、接近開關、傳感器及變送器、電磁線圈、電動機啟動器和限制閥等）干脆相連。有些PLC還有通信模塊和特殊功能模塊等。3、敏捷性。有了PLC，電氣工程師不必為每套設備配置專用裝置。假如限制系統的硬件設備采納相同的PLC，只需編寫不同的應用軟件即可。而且可以用一臺PLC限制幾臺操作完全不同的設備。4、采納模塊化結構。為了適應各種工業限制的須要，除單元式的小型PLC以外，絕大多數PLC都采納模塊化的結構。PLC的各個部件均采納模塊化的設計，由機架及電纜將各模塊連接起來。5、模擬調試。PLC能對所控功能在試驗室內進行模擬調試，縮短在現場的調試時間。6、對現場進行監視。在PLC系統中，操作人員能通過顯示器觀測到所控每個節點的運行狀況，隨時監視事故發生點。1.3系統的任務及要實現的主要功能本次課題任務是為了變更原有的繼電器在皮帶運輸系統中的應用，而采納現代化可編程限制器PLC進行限制，進行S7-300PLC模塊選型和外部連線設計。為了使集控系統更加完善，實現限制的可觀化、清楚化，加入了觸摸屏設計。它可以實時顯示系統的運行狀況和各種故障狀況，進行剛好的報警顯示和記錄。進行系統的軟件設計，實現系統功能。最終分析限制系統產生干擾的緣由，提出對應抗干擾措施。采納可編程限制器PLC對皮帶集中限制系統可實現以下功能：（1）、智能限制：具有擬人的智力，在環境條件變更時能自主地完成限制目標的自動限制系統。（2）、依次限制：依據規定的時間或邏輯的依次，對某一工藝系統或主要輔機的多個終端限制元件進行一系列操作的限制系統。3、監控：對裝備及系統的工作狀態不間斷地實時監測，并依據反饋信息自動對系統中異樣部位實施相應措施的閉合自動限制作用。2皮帶集中限制系統要求2.1系統限制工藝以某中型煤礦為例，采納帶式運輸機作為主要運輸方式，其主運輸系統包括主提升帶式輸送機、走廊帶式輸送機、振動篩、中煤塊帶式輸送機、大煤塊帶式輸送機、過橋帶式輸送機和末煤刮板輸送機、煤倉等。各條皮帶機都由一臺電動機驅動，正常運行速度為2m/s，其中振動篩為雙層的，每條皮帶機均設置跑偏、堆煤、煙霧、拉線急停、打滑、縱撕等愛護。其工藝流程圖如圖2.1所示。其中箭頭指示煤流方向。如圖2-1所示，煤炭從井底煤倉經給煤機運到主提升皮帶，通過主斜井中的主提升皮帶運至地面，經地面的走廊皮帶輸送機轉運到振動篩，振動篩為雙層，經篩后分為大塊煤、中塊煤和末煤三種。大塊煤經大塊皮帶到大塊煤倉，中塊煤經中塊皮帶到中塊煤倉，而末煤先通過過橋皮帶轉運，再利用過橋皮帶機尾的分煤擋板分到兩條末煤刮板輸送機上，運輸到各自的煤倉，其分煤擋板是固定的。本礦井皮帶運輸系統限制采納繼電器限制，牢靠性差、體積大、故障率高、勞動強度較大。其限制方式有兩種：集中手動限制和就地限制，沒有集中自動限制，全部的限制都由人來操作。集中限制室設在選煤樓振動篩的旁邊，由限制柜、操作臺和觸摸屏組成。皮帶機的限制通過操作臺上對應的啟停按鈕集中限制，觸摸屏實時顯示皮帶的運行狀態和故障狀態集、故障位置。各皮帶機的機頭或機尾都設置就地限制箱，在檢修或特殊狀況下進行現場的就地啟停限制。皮帶按逆煤流啟動，順煤流停車。啟動依次為：末煤刮板機、過橋皮帶、大小塊皮帶、振動篩、走廊皮帶、主提升皮帶、給煤機；停止依次與此相反。每一條皮帶支配一人特地負責巡察，勞動量大、效率低。圖2-1系統運輸工藝流程圖2.2系統工藝限制要求本皮帶運輸集中限制系統具有如下限制要求：本系統有集中、就地、檢修三種工作模式。一般系統運行在集控工作模式下，當組成生產流水線時，本機依據前后閉鎖關系自動啟停，同時檢測各檢測愛護一般系統運行在集控工作模式下設備的狀況；運行就地工作模式時，操作員手動操作按鈕啟動/停止皮帶機，全部愛護設備均投入運用；運行檢修工作模式時，操作員手動單臺啟動/停止皮帶，愛護設備可有選擇性的投入運用。在檢修模式下，可將使皮帶低速運行。工作方式的變更，只有在皮帶輸送機不轉時進行;皮帶輸送機運作時，不能變更其工作方式。（1）程序設計中，報警停車等故障信號自動保持，即一旦發出故障信號，即使經修理后信號消逝，計算機內仍保留信號故障狀態，這時復位指令可以清除故障保持信號。（2）皮帶輸送機依據逆煤流啟動，順煤流延時停車，并具有閉鎖功能。（3）系統具有膠帶機低速打滑、機頭堆煤、超溫灑水、煙霧、滾筒超溫、沿線急停和跑偏等多種愛護。下面簡潔介紹它們信號發生后的動作狀況：1）拉線開關：信號發出后立刻發出急停指令，系統可以識別哪個急停開關動作，發出拉線開關聲光報警。2）堆煤：信號發出后，執行堆煤聲光報警指令和急停指令。3）跑偏：信號發出后，執行跑偏聲光報警指令，此為一級動作，當報警時間超出肯定時間段時，同時再執行急停指令，此為二級動作。4）打滑；信號發出后，執行打滑聲光報警指令,再執行急停指令。5）超速：信號發出后，執行超速聲光報警和急停指令。6）斷帶：信號發出后，執行斷帶聲光報警和急停指令。7）縱撕：信號發出后，執行縱撕聲光報警和急停指令。8）滾筒超溫：信號發出后，執行滾筒超溫聲光報警、灑水指令和急停指令。9）煙霧：信號發出后，執行煙霧聲光報警、灑水指令和急停指令。（4）對設備故障和工藝參數的異樣實時報警，并進行聲光提示，系統狀態對位顯示，更便于維護。（5）可與工業電視系統協作，實時監視皮帶機重點部位運行狀況，以確保人員及設備的平安；具有喊話、打點通訊功能，基本實現無人值守。（6）皮帶運輸機就地限制箱上設啟停、起動預警按鈕，設備啟動前發出預警信號，提示有關人員應馬上遠離設備；現場可隨時停車，若設備由集控啟動，限制系統接到現場停車信號后，可作急停處理，實施故障停車操作。（7）具有聯網功能，能與全礦井自動化監控系統牢靠的聯接、實現全局監控。

3系統限制思想3.1皮帶輸送機限制系統結構設計方案本次設計中須要集中限制的皮帶共有7條皮帶，各皮帶分部較廣，現場限制點很分散，并且現場環境很惡劣。所以系統結構采納PROFIBUS-DP現場總線技術，組成主從系統結構。依據工藝流程規劃，系統以PLC為限制主站，以每條皮帶就地箱配備的遠程I/OET200M為從站，共設7個從站，這樣就節約了大量的電纜等材料。本系統由集中限制臺、PLC限制柜、觸摸屏、就地箱、各種愛護傳感器及執行器組成。完成一個系統內多條皮帶多個設備全過程的限制、監測、構成一個完善的集中限制系統。其系統結構如圖3.1所示。圖3-1系統結構圖以SIEMENS公司S7--300系列PLC作為核心限制器件，具有防潮、抗干擾實力強、易擴展，基本免維護，實現與上位機的通信，以循環掃描的方式，檢測傳感器及被控設備的信號，發出程序指令，完成對皮帶機的集中監控，使各個皮帶協調完成工作。PLC限制柜內部由S7-300PLC模塊、接線端子、電源模塊、變壓器及各種模塊組成；集中限制臺和觸摸屏是人機的溝通界面，限制臺面板上有各條皮帶機的起停限制按鈕，總啟、總停按鈕，起車預警按鈕、集控/就地/檢修工作方式的轉換開關，系統緊急停車按鈕；觸摸屏則具體顯示各條皮帶及給煤機運行狀況，同時也顯示出全部皮帶上的各種愛護傳感器的動作狀況、故障位置等。就地限制箱上有限制皮帶的啟動、停止按鈕，急停按鈕，內部配SIMATICET200M遠程I/O，完成現場皮帶的數據采集和限制。每個遠程I/O站可以處理256個開關量或64個模擬量，它與CPU的通信速率最高可達12Mbps，通信距離最遠可達1200米。ET200M遠程單元通過IM153-2總線接口模塊連接到PROFIBUS總線上。3.2皮帶輸送機集中限制系統設備構成皮帶運輸機集中限制系統主要由PLC、人機界面等組成，它主要限制皮帶輸送機、各種參數檢測和故障愛護裝置、將各種信息在觸摸屏上集中顯示。下面我們對集中限制系統各部分進行具體的介紹。皮帶運輸機帶式運輸機是以皮帶作為牽引機構和承載機構的連續運輸機械、又稱為皮帶運輸機，它在礦山的物料運輸，特殊是煤的運輸方面得到了廣泛運用。帶式運輸機主要由以下幾種部件組成：傳動裝置、皮帶、機架、滾筒、托輥、拉緊裝置、清掃器、裝料和卸料裝置等。皮帶運輸的基本結構見所示。膠帶1繞過傳動滾筒2及尾部滾筒3形成無極循環的牽引機構，在滾筒2和3之間的機架上按肯定距離安裝托輥4和5，用來支承載有物料的膠帶段（重段）和回空的膠帶段（空段），傳動滾筒由電動機通過減速器帶動，膠帶與滾筒之間的摩擦力使膠帶移動，這時，由給料漏斗7（裝載裝置）加載在膠帶上的物料就和膠帶一起移動。當膠帶繞過傳動滾筒時，物料就在重力和離心力的作用下卸到排料漏斗8（卸料裝置）中。小車和系在它上面的重物是膠帶運輸機的拉緊裝置，它的作用是通過安裝在小車上的尾部滾筒使膠帶處于張緊的狀態。這樣，膠帶在兩托輥之間懸垂度不致過大，而傳動滾筒也能有足夠的牽引力傳送給膠帶。膠帶是經主動滾筒和機尾改向滾筒形成一個無極環行帶。它上下的兩股膠帶分別由上下的托輥來支承。膠帶機的傳動裝置一般位于輸送帶的頭部、中部或是尾部，它是帶式輸送機的重要組成部分。傳動裝置一般由驅動裝置和傳動滾筒組成。驅動裝置一般采納電動機、液力偶合器、減速器及制動輪、傳動滾筒組成。輸送機的驅動有單滾筒驅動和多滾筒驅動，一般常采納單滾筒驅動，功率大時可采納多滾筒驅動。多滾筒驅動的優點就是能夠傳遞較大的功率，帶動較大的負載，并能降低輸送帶的張力；其缺點就是可能會出現功率不平衡問題，從而增加了電動機的備用功率。本項目的膠帶輸送機都采納一臺電機的單滾筒驅動。膠帶輸送機向上運輸物料的傾角不能過大，運輸煤炭時的傾角一般為18O—2lO。向下運輸的傾角一般在150以下。超過這些數值，運輸物料和膠帶之間就會有相對運動，使物料下滑。因此，在輸送同樣高度條件下，膠帶輸送機所需廠房面積或成長度較大。皮帶運輸機參數檢測及故障愛護裝置設計為了能實時的駕馭帶式輸送機的運行狀況，須要對其一些參數如速度、滾筒溫度等進行檢測。帶式輸送機在輸送過程中也難免出現一些故障，假如這些故障處理不當，可能會導致更大的事故，對生產造成重大損失。所以，對帶式輸送機的參數檢測和實行相關愛護措施是必需的。下面簡要介紹一下帶式輸送機出現的一些常見故障及其參數的檢測設計。1.跑偏膠帶輸送機跑偏的根本緣由是輸送帶在運行過程中，橫向受力不平衡。主要有以下幾種緣由：(1)安裝質量緣由：a機架、滾筒沒有調整平直；b托輥軸線與輸送帶中心線不垂直；c機架與地面連接強度不夠，機架不穩定；d導料槽和卸料槽的導料擋板安裝位置不當，受力不均。(2)輸送帶質量緣由：a輸送帶接頭與中心線不直；b輸送帶帶邊呈“S”型。(3)裝載質量緣由：裝載點不在輸送帶中心。(4)維護質量緣由：滾筒清掃不干凈，造成直徑不等。目前，對運輸機跑偏的解決方法主要有兩種：(1)通過人工調整滾筒或托輥進行調偏；(2)運用回轉式槽型調偏托輥（上膠帶裝）或平行調偏托輥（下膠帶裝）進行自動調偏。為實現無人值守，多數都運用能自動調偏的托輥。為實時監測運輸皮帶是否跑偏，一般在機頭、機中和機尾皮帶最簡潔跑偏的地方分別安裝一對防跑偏愛護裝置。本設計中采納煤炭科學總院常州自動化探討所的KG1007A-2型膠帶二級防跑偏開關，其跑偏信號通過接入接近拉線急停開關傳輸。在皮帶正常工作時，跑偏開關的探桿在豎直位置。當皮帶跑偏時，皮帶遇到跑偏開關的探桿，并帶動探桿軸轉動，此時與探桿固定在一軸上的凸輪也同時轉動，撥動跑偏開關的微動開關發出跑偏信號。跑偏開關速度傳感器KG1007A-2型膠帶防跑偏開關為本質平安型電氣設備，運用于煤礦有瓦斯、礦塵爆炸危急的環境。它體積比較小、重量輕、密封性能好；觸點動作后還留有較大的探桿轉動緩沖角，探桿上裝有尼龍滾動護套，避開探桿和膠帶之間的磨擦，使本身不易損壞，輸出開關量信號。它的轉動角度可以通過變更微調開關的位置來變更。在此設計中，我們要求跑偏信號發出傳送給PLC，一級跑偏時發出聲光報警；二級跑偏時PLC發出急停指令，語音報警，同時觸摸屏故障位置指示燈亮并啟動急停報警。KG1007A－2型防跑偏開關技術參數如下所示：膠帶跑偏開關型號:KG1007A－2型

外殼防護等級:IP54

觸點容量AC380V、DC220V，5A，煤礦井下運用時必需和本質平安型電路連接

探桿動作轉動最大角度:大于70°，雙向轉動

觸點動作時探桿轉動角度:25°（一級）

40°（二級）

引入電纜外徑:6～12mm,兩個出線口

重量:2kg2.速度檢測檢測膠帶打滑、超速和斷帶故障，均須要知道膠帶的運行速度，因此我們給每條皮帶設置一個速度傳感器來檢測膠帶的速度。本設計中，我們選用常州聯力的KJ5007A型速度傳感器，輸出頻率信號，幅值5V，頻率f=200V(V為膠帶速度值)，輸出電流信號4～20mA。其工作原理是：帶式輸送機運行時，速度檢測傳感器由緊貼膠帶的滾輪帶動轉盤（帶有齒槽）在光電傳感器凹槽內轉動，光電傳感器光路通斷受齒槽限制，輸出相應的方波頻率信號，頻率信號經整形放大后，再經頻率/電壓、電壓/電流變換后輸出4～20mA的電流信號。圖3.2速度檢測傳感器部分電路方框圖3.打滑驅動滾筒打滑的緣由是滾筒的摩擦牽引力降低、超載或帶子被卡住。摩擦牽引力降低的緣由是輸送帶或滾筒沾泥水、輸送帶張力下降。采納自動調整的拉緊裝置是防止驅動滾筒打滑的有效方法。滾筒持續打滑得不到訂正，則會招致輸送帶著火，引起重大火災事故。采納阻燃輸送帶，驅動滾筒持續打滑也會冒煙污染空氣。因此設置打滑愛護裝置，自動監視調整或停止。4.超速當膠帶負載突然變輕或是膠帶突然斷帶時，膠帶運行速度會立刻上升。膠帶一般正常運行速度是2m/s，假如速度太高，會對膠帶旁邊的礦工造成危急；同時若膠帶旁邊有鋒銳的物體，可能會掛破膠帶，造成重大事故。同上，我們在此設計中沒有采納特地的超速傳感器，通過膠帶速度與設定值的比較，判定膠帶是否超速運行。當膠帶速度達到標準帶速的105%時，發出聲光報警并吩咐皮帶緊急停車，這里標準帶速為2m/s。5.斷帶從大量的斷帶事故分析可知，帶式輸送機斷帶緣由也許有以下幾種:(1)齒輪減速器損壞，液力耦合器噴液或電動機逆轉；(2)輸送帶接頭質量問題；(3)運輸中因其他東西卷入而引起運輸載荷突然增加；(4)啟動和停車時應力變更大；(5)輸送帶自身質量不過關，輸送帶服務年限過長，輸送帶長時間超負荷運輸，日常維護不到位；(6)物料安排不均，輸送帶跑偏。為了防止由這些緣由引起的斷帶事故，除了進行人為的檢修和維護外，在輸送機沿線上布置斷帶愛護裝置尤為重要。因為它可以避開突發事故，隨時處于待命狀態。在滾筒實際轉速不能確定的狀況下，我們通過檢測膠帶線速度與滾筒額定線速度差確定是否斷帶，當差值大于設定值時，發出斷帶信號，吩咐皮帶緊急停車，同時停給煤機，并發出聲光報警。6.堆煤傳感器當煤倉內有大煤塊塞住煤倉漏口時，會使煤流阻在煤倉內，無法向膠帶投放。由于煤倉特殊大，假如沒有人剛好發覺煤倉堆煤，煤在煤倉內會越堆越多，最終會迫使運用大量人力物力來挖除煤倉內堵塞的大量煤，同時將運輸系統全部停下。這樣不僅奢侈時間降低工作效率，同時也費用大量人力物力，提高煤的生產成本。因此加入堆煤傳感器，剛好報警危急煤位，處理煤倉內堵塞的煤。此設計中采納常州自動化探討所的物料探測傳感器。KG1006系列物料探測傳感器包括KG1006A型和KG1006C型，適用于煤炭、冶金、化工、建材的功能行業惡劣環境，主要用途是監測料倉物料高度；檢測輸送機溜槽堵塞或轉載點積累。傳感器可以延時動作，延時時間可調，避開由于大塊物料撞擊引起誤動作。這里我們選用KG1006A型，輸出觸點容量是AC220V，1A堆煤傳感器一般安裝在機頭下方適當的位置，且不易碰壞或被水和煤塵污染的地方。應保證正常煤流時不誤動作，機器振動不誤動作，不因滴水或煤塵集聚而誤動作，大塊煤矸石碰撞后不能使其損壞。7.煙霧檢測傳感器由于打滑摩擦等緣由，膠帶機滾筒上升到肯定溫度時，會使膠帶燃著，因此我們在滾筒處設置煙霧傳感器，當煙霧濃度大于肯定值時，發出報警信號。煙霧傳感器可分為離子感煙式和光電感煙式兩類，但不管是離子式還是光電式的，都有一個共同的特點，即機電一體化。目前，煙霧傳感器大都采納金屬镅的離子式探測器，由不銹鋼的外殼構成。本設計采納常州自動化探討所的KGN1-1型煙霧傳感器，它為礦用本質平安型，用于監測煤礦井下因機械磨擦、電纜發熱、煤層自然等緣由引起的火災事故，輸出0/5mA的開關量信號，紅色LED電源指示，報警時閃耀，頻率1Hz.當檢測到煙霧濃度超過設定值時，發出灑水指令，啟動灑水裝置對主滾筒進行降溫滅火，并進行聲光報警。煙霧傳感器應懸掛在輸送機頭風流方向后2-3米處，以保證主滾筒因摩擦產生煙霧時馬上起作用。若風速超過5m/s時應安裝防風罩，依據實際狀況而定。為保證煙霧傳感器正常工作，必需對其定期打掃和清洗。8.拉線急停開關在皮帶輸送機運行過程中，總有一些無法監測到而又特別惡劣的事情發生，當遇到這種緊急狀況時，可以采納手動的拉線急停開關，使輸送帶緊急停車，避開發生重大事故。我們采納常州自動化探討所的KG9001A-C型編碼式拉繩急停閉鎖開關，可用作輸送機沿線電纜接線盒，并具有故障位置識別電路，識別各種不同故障及故障發生的地點。沿輸送機長度方向配置的跑偏、縱撕（或其它傳感器）等愛護裝置和起動預報、打點聯絡用的信號器均可通過它們與監控系統連接。拉線急停開關沿輸送機安裝，一般每隔80-100米按一個，應安裝在易于視察到、易于操作的地方。煙霧傳感器拉線急停開關KG9001A-C型拉線急停開關的技術參數如下所示：拉力150±20N行程8～10mm復位形式人工復位工作電壓DC10～15V，煤礦井下運用時，必需與本質平安型電路連接工作電流監控狀態下不大于0.1mA;動態狀態下不大于40mA輸出信號2路集電極開路輸出位置識別地址0～63引入電纜外徑KG9001A-C兩側出線口(2個)15～20mm；下部出線口(4個)6～12mm出廠時拉繩配置長度2×35m外殼防護等級IP54重量7.5k9、紅外溫度傳感器由于滾筒和膠帶的摩擦作用，當滾筒溫度過高時，會使膠帶燃著。因此，我們要剛好監測滾筒溫度，當溫度達到肯定值時報警。溫度傳感器從運用上可分為接觸式和非接觸式兩大類，接觸式目前運用較為廣泛，而非接觸式測量是通過檢測被測物體所發出的紅外線，來達到測溫的目的。依據課題項目的具體要求，被測對象是始終轉動的滾筒表面，接觸式溫度傳感器測量起來誤差太大，響應時間太長，溫度變更的傳遞完全依靠空氣為介質進行熱交換，因而采納接觸式測量不適用于該次設計，為此，選用了RAYTEK非接觸式紅外熱敏元件作為測溫元件，溫度傳感器的輸出信號為0～10V模擬量電壓信號，測量范圍為-32～535度。它具有響應速度快，測量精度高，安裝維護簡便等特點。我們將檢測到的紅外溫度與設定值比較，當溫度大于設定值時，則發出報警指令，同時啟動灑水閥灑水降溫。一般我們的設定值要依據考慮周邊狀況，如：膠帶的制作材料，燃點等。10.縱撕檢測鋼線芯帶式輸送機以其強度高、運量大和運距長等優點，受到各企業的青睞，也得到越來越廣泛的應用。它之所以強度高是因為其內部縱向布置了很多鋼絲繩，但是在其寬度上，抗拉強度是很低的。因此正因為這一特點，使其簡潔發生縱向撕裂事故，而且一旦事故發生，就會造成特別重大的經濟損失，即使能修補，也奢侈很長的時間，給生產造成損失。縱向撕裂，其緣由是多方面的，主要有：一些料棒插入到輸送帶中；大塊長型矸石掉到輸送帶上；機架上某些固定件掛住輸送帶；各種鐵絲鉤住輸送帶等。就發生縱撕的地點來看，大部分是在裝載處，因此縱撕檢測傳感器一般放在裝載點前10m處。輸送帶縱撕事故如此嚴峻，提出了多種檢測和監視裝置，下面我們收集多方面資料比較具體的介紹幾種常見類型。由于輸送帶被撕裂后，表現特征各不相同，選用何種裝置進行檢測，要依據具體狀況而定，一般要選用幾種同時運用，以防范重大事故的發生。(1）漏料檢測器。當輸送帶被撕裂后，物料會通過裂口掉到下面的托盤上，依據平衡原理，當物料重量克服平衡錘的重量，使裝置繞支點轉動，迫使限位開關動作（圖3-2）。這種檢測裝置結構比較簡潔，檢查便利，但是，只有物料落下后才可檢測到，當裂口因為拉力重合到一起，物料無法落下時，卻無法檢測的到。1—回空帶；2—托盤；3—支點：4—平衡錘；5—承載帶圖3-2(2）帶寬檢測器。它是利用與輸送帶邊緣相接觸的檢測輥或是利用超音波距離測量來檢測輸送帶寬度。這就避開了上面漏料檢測器的失誤。當輸送帶寬度變小時，兩個檢測輥之間的距離變小，通過萬向節把撕帶的信息傳遞給開關，開關限制電動機停機。此外，帶寬檢測裝置和時間繼電器協作運用，當接受到信號后，等待一段時間再發出動作指令，以區分是輸送帶撕裂或是撕邊。(3）超聲波檢測器。在輸送帶簡潔撕裂的地方的托輥之間安裝能夠產生超聲波的波導管，使之產生超聲波振蕩，再通過檢波器檢波后發出。當輸送帶正常運行時，超聲波送波、受波正常，發出正常信號；假如輸送帶撕裂，波導管因彎曲而破壞，這時送波和受波狀態不同，發出輸送帶縱向撕裂信號，使輸送機停機，避開輸送帶縱向撕裂事故接著擴大。(4）振動檢測器。它的激振器是一個偏心圓盤，布置在兩個承載托輥之間的輸送帶上的無載邊。在輸送帶的另一邊安裝振動接收器，它通過自由回轉的輥輪和輸送帶接觸。帶式輸送機運轉時，偏心激振器使輸送帶產生橫向強迫振動，振動接收器受輸送帶振動的作用，發出信號并輸入放大器。當輸送帶發生縱向撕裂時，振動接收器再受振動的作用，輸出信號相應減弱，則放大器發出信號，繼電器動作，帶式輸送機停機。在本設計中，選擇使DJSBA-1型縱撕傳感器。DJSBA-1型縱撕傳感器為礦用隔爆裝本質平安型，適用于煤礦井下有瓦斯、煤塵爆炸性氣體環境中。安裝于輸送機膠帶下方，近落料點處。當膠帶發生縱向撕裂時，物料灑落在傳感器上面，物料超過設定重量（0.2kg）時，傳感器發出動作信號送至主控系統，馬上停車并聲光報警。

4膠帶輸送機限制系統硬件選型4.1PLC硬件設計SIMATICS7—300系列PLC是模塊化結構設計，各個單獨模塊之間可以進行單獨組合和擴展，從而使限制系統設計更加敏捷滿意不同的應用需求。編程器PG用來為S7-300PLC編制程序，運用編程電纜連接編程器和CPU。通過PROFIBUS電纜可以實現S7-300CPU之間的通訊，以及與其他SIMATICS7PLC進行通訊。一根PROFIBUS總線電纜可以連接多個S7-300。S7-300PLC的主要組成部分有導軌（RACK）、電源模塊（PS）、中心處理單元模塊（CPU）、接口模塊（IM）、信號模塊（SM）、功能模塊（FM）。它通過MPI網的接口干脆與編程器PG、操作員面板OP和其它S7PLC相連。CPU的選擇（1）I/O點數的確定經過對各輸入輸出的大略計算，本設計中須要數字量輸入164點，數字量輸出69點，模擬量輸入通道14路，其具體安排見表表4-1模擬量輸入通道統計表模擬量輸入通道數皮帶機速度7滾筒溫度7總計14表4-2數字量輸入點數統計表數字量輸入點數操作臺限制方式選擇3總啟動按鈕1總停止按鈕1起車預警按鈕1急停按鈕1給煤機啟停按鈕2各皮帶啟停按鈕14堆煤傳感器7主提升、走廊皮帶跑偏開關24其他皮帶跑偏開關48縱撕傳感器7煙霧傳感器7走廊皮帶拉線急停開關2主提升皮帶拉線急停開關20其他皮帶拉線急停開關5就地箱啟動按鈕7就地箱停止按鈕7就地箱急停按鈕7總計164表4-3數字量輸出點數統計表數字量輸出點數皮帶電機開7灑水裝置電磁閥7皮帶電機關7警鈴1給煤機啟動、停止2狀態指示燈10就地箱故障顯示燈35總計69考慮到前面的設計中I/O點數可能有疏漏，并考慮到I/O端的分組狀況以及隔離與接地要求，應在統計后得出的I/O總點數基礎上，增加10％到15％的裕量。考慮裕量后的I/O總點數即為I/O點數估計值。選定的PLC機型的I/O實力極限值必需大于I/O點數估計值，并應盡量避開使PLC實力接近飽和，一般應留有30％的裕量。（2）存儲器容量選擇PLC的I/O點數估算值大小，在很大程度上反映了PLC系統的功能要求，因此可以在I/O點數估算值的基礎上計算對PLC存儲器容量的需求。目前，大多用統計閱歷公式進行存儲器容量估算。這種方法是以PLC處理每個信息量所需存儲器數的統計平均閱歷值為依據，乘以信息量數再考慮肯定的裕量計算得到存儲器須要容量。作為一般應用下的一種閱歷公式是：存儲器容量其中：DI為數字量輸入總點數； DO為數字量輸出總點數； AI/O為模擬量I/O通道總數。 DI點數估計值為164×1.15=189，DO點數估計值為69×1.15=80，AI通道估計值為14×1.15=17個。所以存儲器容量為: 1.2×(189×10+69×5+17×100)/1024=4.62KB（3）響應速度通過上面的計算，考慮系統通訊和冗余的要求，選用SIMATICS7-300系列中的CPU315-2DP是最合適的。其中最主要的緣由是CPU315-2DP是S7-300系列中唯一帶現場總線(PROFIBUS)SINECL2-DP接口的CPU模塊。內置80KBRAM，隨機存儲器為48KB，最大數字量I/O點數為1024個，最大模擬量I/O通道數為128個。最大配置4個機架，32塊模塊。滿意設計須要。數字量模塊選擇1.數字量輸入模塊的選擇及外部連線數字量輸入模塊SM321：數字量輸入模塊用于將現場過程送來的數字信號電平轉換成S7-300內部信號電平。數字量輸入模塊有直流輸入方式和溝通輸入方式。直流輸入模塊各輸入點所對應的電路都相同，它們有一個公共的端子，即有一個公共匯入集點，因此直流輸入方式又稱為直流匯點輸入方式。交直流輸入模塊各輸入電路都相同，但它們各個輸入電路可能有一個公共端子，稱為匯點輸入方式；也可能沒有公共端子，而是彼此獨立，互不影響，稱為分隔式輸入方式。輸入模塊的選擇時應留意以下幾方面：a.依據現場設備與模塊之間的距離來選擇模塊電壓水平，其傳輸距離不宜太遠；b.模塊的同時接通點數不宜太多，一般來講，同時接通點數不要超過輸入點數的60%；c.為提高限制系統的牢靠性，應考慮其門檻電平的大小。門檻電平越高，抗干擾實力越強，傳輸距離也越遠。綜合考慮以上幾點，本次設計中選用直流32點輸入的輸入模塊SM321（6ES7321-1BL00-0AA0）。操作臺輸入開關量有23個點，遠程I/O主提升皮帶輸入開關量有38個，其他皮帶輸入開關量點數都少于20個。故操作臺輸入模塊SM321選1塊，主提升皮帶遠程I/O選2塊，其余皮帶遠程I/O各選1塊，一共選9塊輸入模塊SM321。輸入模塊是通過輸入端子與外部用戶輸入設備相連接的。輸入模塊通常有若干個輸入點。每一個輸入點能接受一個來自用戶輸入設備所發出的開關信號。輸入模塊與外部用戶輸入設備的接線分匯點式輸入接線和分隔式輸入接線兩種基本接線形式。匯點式輸入接線如下圖，各輸入電路有一個公共端（匯合端）COM，可以是全部輸入端為一組，共用一個公共端和一個電源；也可以是將全部輸入點分為幾組，每組有一個公共端和獨立的一個電源。匯點式輸入接線即可以用于直流輸入模塊，也可用于溝通輸入模塊。直流輸入模塊的電源一般由PLC本身的電源供應，溝通輸入模塊的電源由用戶供應。本項目輸入模塊的外部接線如附圖所示，它采納匯點式直流輸入方式。 （a）（b）圖4-1匯點式輸入接線（a直流模塊b溝通模塊）2.數字量輸出模塊的選擇和外部連線SM322數字量輸出模塊的作用是將S7-300的輸出信號傳給外部負載（即用戶輸出設備），并將S7-300內部低電平信號轉換成外部所須要電平的輸出信號。因此每一個輸出點的輸出電路可等效為一個輸出繼電器，可干脆用于驅動電磁閥、接觸器、小型電機、燈和電動機啟動器。按負載回路運用電源的不同，可分為直流輸出模塊、溝通輸出模塊和交直流兩用輸出模塊三種。按輸出開關器件的種類不同又可分為晶體管輸出方式、可控硅輸出方式和繼電器觸點輸出方式三種。晶體管輸出方式的模塊只能帶直流負載，屬于直流輸出模塊；可控硅輸出方式的模塊只能帶溝通負載，屬于溝通輸出模塊；繼電器觸點輸出方式的模塊可帶直流負載，也可帶溝通負載，屬于交直流兩用輸出模塊。從響應速度來看，晶體管響應最快，繼電器最慢；從平安隔離效果和應用敏捷性角度來看，以繼電器觸點輸出型最佳。數字量輸出模塊SM322有七種型號輸出模塊可供選擇，即16點晶體管輸出、32點晶體管輸出、16點可控硅輸出、8點晶體管輸出、8點可控硅輸出、8點繼電器輸出和16點繼電器輸出模塊。模塊的每個輸出點有一個綠色發光二極管顯示輸出狀態，輸出邏輯“1”時，二極管發光。模塊是通過輸出端子與外部用戶輸出設備連接的。輸出模塊通常有若干個輸出點，每一個輸出點能驅動一個用戶輸出設備（負載）。典型用戶輸出設備有繼電器、接觸器、電磁閥線圈以及信號燈等。輸出模塊與外部用戶輸出設備的接線分為匯點式輸出接線和分隔式輸出接線兩種基本接線形式。 圖4-2匯點式輸出接線圖4-3分隔式輸出接線匯點式輸出接線如圖3.3所示，各輸出回路有一個公共端，可以是全部輸出信號為一組，共用一個公共端和一個電源；也可以將全部輸出點分為幾組，每組有一個公共端和獨立的一個電源。負載電源可以是直流也可以是溝通，但必需是有用戶供應。匯點式輸出接線既可以用于直流輸出模塊，也可用于溝通輸出模塊。分隔式輸出接線如圖3.4所示，每個輸出回路有兩個接線端，由單獨一個電源供電。相對于電源來說，每個輸出點之間是相互隔離的。負載電源可以是溝通，也可以是直流，它必需由用戶供應。本項目輸出模塊的外部接線如附圖所示，它采納匯點式輸出方式。模擬量模塊選擇模擬量輸入模塊SM331的輸入測量范圍很寬，它可以干脆輸入電壓、電流、電阻、熱電偶等信號，依據型號的不同，各模擬量輸入范圍的數字化表示以及數字量與不同的模擬輸出范圍間的對應可以從技術手冊中查到。模塊與S7-300CPU及負載電壓之間是光電隔離的。SM331主要是由A/D轉換部件、模擬切換開關、補償電路、恒流源、光電隔離部件、邏輯電路等組成。A/D轉換部件是模塊的核心，其轉換原理采納積分的方法，積分時間干脆影響到A/D轉換時間和A/D轉換精度。全部模擬量的輸入通道共用一個轉換部件，通過轉換開關，將各通道按依次一個個轉換。輸入模塊的循環時間是指這一通道起先轉換模擬量輸入值到下次起先轉換的時間，它是模塊中全部活動的輸入通道的轉換時間的總和。因此為了縮短循環時間，應當運用S7組態工具屏蔽不用的模擬量通道，使其不占用循環時間。在此項目中，模擬量信號7滾筒紅外測溫0～10V電壓信號，7測速傳感器4～20mA電流信號。模擬量輸入模塊的選擇要考慮通道數。選用8通道的模擬量輸入模塊SM331（6ES7331-7KF02-0AB0），其端子接線圖和端子框圖如附圖所示。操作臺處沒有，各遠程I/O分別設1塊，共選用7塊。SM331的每兩個輸入通道構成一個輸入通道組，可以按通道組隨意的選擇測量方法和測量范圍。模塊上須要接DC24V的負載電壓L+，有反極性愛護功能。電源模塊的選擇電源模塊的選擇很簡潔，只需考慮輸出電流。電源模塊的額定輸出電流必需大于CPU模塊、輸入輸出模塊、專用模塊等消耗電流的總和。S7-300各個模塊運用的電源是通過S7-300的背板總線傳送的，一部分模塊還須要從外部負載電源供電。在建立一個項目系統的時候，應充分考慮各個模塊的電流耗量和功率損耗，全部S7-300模塊運用的從S7-300背板總線供應的總電流不能超過1.2A。在S7-300的一個實際項目中，全部模塊確定后，要選擇合適的電源模塊。電源模塊的輸出功率必需大于CPU模塊、全部I/O模塊、各智能模塊等總消耗功率之和，并且要留有大約30%的余量。S7-300的專用電源模塊PS307用于將120/230V溝通電轉化為24V直流供電電源，以作為CPU和其他模塊所需電源。依據輸出電流的不同，有3種規格的電源模塊可選：2A、5A、10A。綜合考慮以上各點，本次設計選用10A的電源模塊PS307（6ES7307-1KA00-0AA0）。輸出電壓24VDC；具有防短路和開路愛護；連接單相溝通系統(輸入電壓120/230VAC，50/60Hz)；牢靠的隔離特性，符合EN60950；可用作負載電源。 查閱西門子S7-300的硬件手冊知道PS307電源模塊(10A)的接線圖如圖4.4所示。 圖4-4電源模塊接線圖綜上所述，本次設計中我們選用的模塊：CPU315-2DP處理器；PS307電源模塊；ET200M遠程限制單元；CP340通信模塊；SM321數字量輸入模塊；SM322數字量輸出模塊；SM331模擬量輸入模塊。表4-4硬件選型序號設備名稱出廠號1PS307電源模塊（5A）6ES7307—1BA00—0AA02CPU314C—2DP6ES7314—6CG03—0AB03數字量輸入模塊SM321DI16*24VDC6ES7321—1BH02—0AA04數字量輸出模塊SM322DO8*RELAC230V6ES7322—1HF01—0AA05接口模塊IM3606ES7360—3AA01—0AA06連接電纜IM360，2.5m6ES7368—3BF01—0AA07導軌，830mm6ES7390—1AJ30—0AA0840針前連接器，螺釘型6ES7392—1AM00—0AA09MMC微存儲卡512k6ES7953—8LJ11—0AA010CP340標準串行通訊模塊6ES7340—1BH02—0AE011CP342-5PROFIBUS-DP6GK7342—502—0XE013機架14計算機15三相異步電動機17變頻器MM440其具體配置如圖4-5所示。圖4-5系統通信配置圖4.2PROFIBUS-DP總線及ET200M選型1.ET200MSIMATICET200M是采納模塊化的設計，便利安裝于限制柜。且與SIMATICS7-300I/O模塊及功能模塊兼容，平安性高。支持“熱插拔”功能，適合過程限制中危急區域運用，遠程擴展運用等特殊狀況。ET200M是高密度配置的模塊化I/O站，愛護等級為IP20。它可以用S7－300可編程限制器的信號，功能和通訊模塊擴展。由于模塊的種類眾多，ET200M尤其適用于困難的自動化任務。可插入模擬量HART的輸入和輸出模塊，意味著ET200M適用于過程工程。它也相宜于與冗余系統一起運用。ET200M是在PROFIBUS-DP上的被動站(從站)。最大數據傳輸速率為12M位/S。ET200M也可以在運行過程中，在有電源狀況下配置S7-300I/O模塊的有源總線模塊，其余模塊仍接著運行。1.ET200M由以下部分組成：(1）IM153接口：用于與PROFIBUS-DP現場總線的連接；(2）各種I/O模塊：用總線連接器連接或插入在有源總線模塊內,總線連接器設計，在運行過程中不能更換模塊；有源總線模塊設計，在運行過程中能更換模塊；(3）電源(如有必要)；(4）S7-300自動化單元的全部I/O模塊：都可應用(功能和通信模塊只用于SIMATICS7/M7主設備)；(5）HART模塊。 ET200M最多可擴展8個I/O模塊，每個ET200M的最大地址區：128字節輸入和128字節輸出。ET200M通過RPOFIBUS-DP與PLC限制柜連接通信。2.PROFIBUS-DP總線PROFIBUS是世界上最大的開放式工業現場總線網絡之一，它的的技術性能使其可以用于工業自動化的一切領域。這種網絡能夠支持32個節點，最高運行速度為12Mbps。與大多數現場總線系統一樣，PROFIBUS能夠削減運營成本，提高生產效率，加快新品上市時間，并改善產品質量。與標準4～20mA限制不同，PROFIBUS能夠在由一根雙絞線電纜組成的單一總線網段上，支持32個工作站。PROFIBUS-DP是PROFIBUS現場總線的三個兼容版本之一，它是專為自動限制系統和設備分散I/O之間通信設計的，是經過優化的高速、廉價的通信連接。PROFIBUS-DP的特點：(1）代替PLC/PC與I/O之間昂貴的電線；(2）快速，傳輸1千字節的輸入數據和1千字節的輸出數據所需時間<2ms；(3）強有力的工具，削減組態和維護費用；(4）被全部主要的PLC制造商支持；(5）有廣泛的產品：PLC,PC,I/O,驅動器,編碼器等；(6）允許周期性和非周期性的數據傳輸；(7）單主和多主網絡；(8）每個站的輸入和輸出數據最多可達244字節。(9）強大的三級診斷功能，CPU、模塊、通道診斷一應俱全。4.3外圍設備硬件選型系統有以下幾部分組成:1.恒速閉環限制系統由速度反饋和負載電流反饋組成。異步電機通過逆變器反饋驅動變負載,PLC限制逆變器的輸出。2.變速開環限制系統.異步電機通過恒定的逆變器反饋驅動變負載。PLC是沒有敏捷性。3.準變速系統.由三相標準恒壓恒頻電源供應應異步電機來驅動變負載。閉環系統4.去掉速度和負載反饋可得到開環系統。另一方面,假如整個限制系統是迂回的，系統可以實現。限制系統是為測試轉子損壞的異步電機而設計的，表I給出了技術規范。異步電機驅動作為變動負載的直流電機。三相電源和三相主開關聯接，再和可以愛護防止過電流的三相熱繼電器相連。繼電器輸出連接整流器，整流器調整三相電壓，并且給IGBT逆變器供應直流輸入。它的技術規范[25]在表II中給出了概括。表4.5異步電機技術參數接線方式△/Y輸入電壓380/660AC輸入電流1.5/0.9A額定功率0.6KW輸入頻率50HZ磁極數4額定速度1400rpm表4-6逆變器技術參數輸出電壓380，460AC輸出頻率0，480HZ輸出電流2，5A輸出負載150%/60S電源電壓380-460-10%VAC輸入電流3A功耗46W表4-7檢測元件選型跑偏開關KG1007A-2速度傳感器KJ5007A堆煤傳感器KG1006A與KG1006C煙霧檢測傳感器KGN1-1拉線急停開關KG9001A-C

5皮帶限制系統軟件設計5.1集中限制的流程圖西門子的S7-300系列PLC所用的編程語言是西門子開發的STEP7，這是一種可運行于通用微機中，在WINDOWS環境下進行編程的語言。將它通過計算機的串行口和一根PC/MPI轉接電纜與PLC的MPI口相連，即可進行相互間的通信。通過STEP7編程軟件，不僅可以特別便利地運用梯形圖和語句表等形式進行離線編程，經過編譯后通過轉接電纜干脆送入PLC的內存中執行，而且在調試運行時，還可以在線監視程序中各個輸入輸出或狀態點的通斷狀況，甚至可以在線修改程序中變量的值，給調試工作也帶來極大的便利。圖5-1系統軟件流程圖該集中限制系統共有三種工作方式。集控方式下，膠帶機和給煤機依據生產工藝流程預先編制的程序來集中限制啟停，各種愛護均投入；就地方式下，膠帶機和給煤機由操作員限制手動按鈕通過PLC分別限制它們的啟停，愛護也均投入；檢修方式下，膠帶機和給煤機也采納手動按鈕通過PLC分別限制啟停，但是愛護可依據須要有選擇的進行投入，各故障的投入選擇可在顯示屏內進行限制。5.2系統軟件設計硬件組態項目屏幕的左側選中該項目，在右鍵彈出的快捷菜單中選擇InsertNewObject插入SIMATIC300Station，可以看到選擇的對象出現在右側的屏幕上。如圖5.2所示：圖5-2插入SIMATIC300Station雙擊右側生成的hardware圖標，在彈出的HWconfig中進行組態，在菜單欄中選擇“View”選擇“Catalog”打開硬件書目,按訂貨號和硬件安裝次序依次插入機架、電源、CPU。如圖5-3所示：圖5-3插入機架、電源、CPU插入DP時會同時彈出組態PROFIBUS畫面,選擇新建一條PROFIBUS（1），組態PROFIBUS站地址，點擊“Properties”鍵組態網絡屬性如圖5.4所示：圖5-4組態網絡屬性限制方式選擇通過限制臺的三位置選擇開關來選擇系統的工作方式，任何時候只能處于一種工作方式。膠帶和給煤機在運行的時候，工作方式不行變更。在觸摸平屏上可以由顯示燈來表示系統當前的工作方式。集控方式下，按下顯示屏上的啟動/停止限制按鈕，各條皮帶按設好的程序起停，啟動允許信號可以由逆煤流的前一條皮帶啟動一段時間后給出，停止信號可以由順煤流的前一條皮帶停止一段時間后給出，時間設定與膠帶運行速度有關，以膠帶上煤流全部卸載完畢為最佳。下面我們以工作方式選擇和就地方式啟停為例進行程序說明。1.工作方式選擇程序段1：工作方式選擇。I0.0、I0.1、I0.2分別是集控方式、就地方式、檢修方式信號，當在任一個工作方式下發出皮帶啟動信號Q0.2后，不能再選擇其它工作方式。M0.7、M0.6、M0.5分別是三種方式下的自保信號，起自保作用。M0.0常閉結點不用來限制，只是為了讓三段合成一個程序段，滿意梯形圖的語法結構，否則要拆成三個程序段。 2.就地方式啟停限制程序段2：I0.3是皮帶的啟動按鈕，I0.4是其停止按鈕，M4.0是故障急停信號。有任何故障發出急停指令時不允許啟動皮帶。程序段3：啟動報警信號。當M0.4閉合時，脈沖定時器T9起先計時，發出30S的報警指令Q0.0。同時啟動接通延時定時器T10。程序段4：當30S延時預警勝利后，向皮帶正式發出啟動指令Q0.2。I1.2是皮帶電機運行返回信號，起自保作用。Q1.0是操作臺上對應運行指示燈，PLC_D02是觸摸屏上的啟動指示燈。啟動允許信號發出后，依據現場環境和設備的工藝需求，在啟動運行皮帶沿線發出預警聲響，時間一般是30秒。只有在無故障啟動的狀況下，預警才會勝利。模擬量的處理膠帶在煤炭運輸中的重要角色，讓煤礦無法忽視它的運行狀況，因此，有效的監測故障，剛好實行預防措施，避開重大事故發生，或者盡量削減損失是特別必要的。膠帶常見的故障有以下幾種：跑偏、打滑、超速、斷帶、滾筒超溫、張緊下滑、縱撕、煙霧、堆煤等，同時我們為了避開一些無法監測的而又特別惡劣的事故發生，在膠帶輸送機的沿線，我們每隔80～100米設置一個拉線急停開關。在其次章已經確定了監測各種故障的傳感器類型或方法，并確定了輸出信號類型。故障信號分為兩類：一類為數字信號，當輸出為“1”時，即是報警信號，收到信號后，對信號進行處理，或是皮帶緊急停機，或是只發出聲光報警。當輸出為“0”時，膠帶運行正常，無故障發生；另一類為模擬量信號，傳感器輸出的模擬量信號是標準的電壓或是電流信號，通過模擬輸入模塊，將電壓或電流信號轉化成數字形式，但是須要知道它所測的真實值，如溫度傳感器，輸出9V，須要得到9V對應的溫度值，因此須要對輸入PLC的數值進行處理。下面簡要介紹一下模擬量數值的采集及轉換。1.模擬量數據處理程序段1：將采集到的數值current_value轉化為實數型，并存在b3中。 程序段2：作b3與量程值相除運算，并將值放入輸出值yunsuanzhi中。 2.調用模擬量數據處理塊程序段1：調用上面兩段程序構成的FC塊。PIW270是滾筒溫度1的輸入值存儲地址，測量的實際溫度與PLC內數字表示值成100倍關系。AI_7是滾筒溫度1實際溫度存儲地址變量。在知道模擬量的真實值后，或將其干脆輸出到觸摸屏上干脆顯示出來，或是將其與設定值比較后再輸出布爾變量“0”或者“15.3人機界面（HMI）設計5.3.1WICC簡介SIMATICWinCC是第一個運用最新的32位技術的過程監視系統，具有良好的開放性和敏捷性。從面市伊始，用戶就對SIMATICWinCC印象深刻。一方面，是其高水平的創新，它運用戶在早期就相識到即將到來的發展趨勢并予以實現；另一方面，是其基于標準的長期產品策略，可確保用戶的投資利益。憑籍這種戰略思想，WinCC，這一運行于MicrosoftWindows2000和XP下的Windows限制中心，已發展成為歐洲市場中的領導者，乃至業界遵循的標準。假如你想使設備和機器最優化運行，假如你想最大程度地提高工廠的可用性和生產效率，WinCC當是上乘之選。通用的應用程序，適合全部工業領域的解決方案；多語言支持，全球通用；可以集成到全部自動化解決方案內；內置全部操作和管理功能，可簡潔、有效地進行組態；可基于Web持續延展，采納開放性標準，集成簡便；集成的Historian系統作為IT和商務集成的平臺；可用選件和附加件進行擴展；“全集成自動化”的組成部分，適用于全部工業和技術領域的解決方案。人機界面是操作人員與PLC之間進行對話和相互作用的接口設備。近年來人機界面的應用越來越廣泛，已經成為現代工業限制系統不行缺少的設備之一。這里我們選用觸摸屏和操作臺。觸摸屏用來監視帶式輸送機的運行工況。觸摸屏可以監視帶式機速度、拉線急停和跑偏開關的動作位置等各種愛護狀況以及顯示帶式輸送機的正常運行工況和各種故障狀態。通過操作臺的各種限制按鈕，可以進行工作方式選擇和就地限制帶式輸送機。圖5-5和圖5-6分別是本次設計的操作臺、就地限制箱面板。圖5-5操作臺圖5-6就地限制箱面板觸摸屏技術就是運用者只要用手指輕輕地觸碰計算機顯示屏上的圖符或文字，就能實現對主機的操作或查詢，這樣就擺脫了鍵盤和鼠標操作，從而大大地提高了計算機的可操作性。觸摸屏是一種最直觀的操作設備，只要觸摸屏幕上的圖形對象，計算機便會執行相應的操作。觸摸屏具有便利直觀、圖像清楚、堅實耐用和節約空間等優點。在觸摸屏上，主要顯示皮帶的運行狀況和給煤機的運行信號，膠帶的速度和各個故障的狀態及故障出現的具體位置，同時也可以查詢到各皮帶滾筒的溫度，以實時監測皮帶，削減故障查找環節，提高工作效率。

6限制系統的抗干擾措施設計PLC限制系統具有牢靠性高、功能強、體積小、易于實現過程限制等優點，在工業生產過程限制中應用相當廣泛。一般的PLC限制系統不用實行什么特殊抗干擾措施，就可以干脆在工業環境運用。但在特殊惡劣的環境中，如強電場、強磁場、電氣設備產生的高頻干擾等，這些干擾會導致限制精度降低、PLC內部數據丟失、機器誤動作，甚至造成PLC發生故障或損壞。所以，在實際應用過程中，不僅要依據要求合理配置系統，正確配接線，還必需充分考慮各種異樣狀況，實行相應抗干擾措施以確保PLC限制系統牢靠穩定地運行。6.1主要干擾源PLC限制系統的干擾源很多，從形式上講分為內部干擾和外部干擾兩類，內部干擾是PLC本身的問題，外部干擾包括傳導型干擾和輻射型干擾。傳導型干擾就是通過電氣線路進入PLC限制系統的干擾信號，包括電源線、信號線等外部線引入的干擾和接地干擾；輻射型干擾是輻射電磁場通過感應進入PLC系統的干擾信號。下面簡要介紹一下這些干擾。1.電源線引入干擾PLC系統的正常供電電源均由電網供電。當電網上的負載如大型電力設備、交直流傳動裝置等啟停時會引起電網電壓的波動，從而產生諧波，諧波通過輸電線路傳到電源周邊，造成PLC限制系統出現故障。2.信號線引入干擾這些干擾信號主要通過兩種途徑傳輸到PLC限制系統，一是通過變壓器供電電源或公用信號儀表的供電電源串入的電網干擾，這往往被忽視；二是信號線受空間電磁輻射感應的干擾。由信號引入的干擾會引起I/O信號異樣和測量精度降低，嚴峻時將引起元器件損壞。對隔離性能差的系統，將導致信號間相互干擾，引起共地系統總線回流，造成邏輯數據變更、誤動和死機。接地干擾PLC應用系統的地線包括系統地、屏蔽地、溝通地和愛護地等。接地系統混亂會引起各個接地點電位分布不均，引起地環路電流，影響系統正常工作。例如電纜屏蔽層必需一點接地，假如兩端都接地，就存在地電位差，造成電流流過屏蔽層，影響PLC的正常工作。6.2抗干擾措施1.抗供電電源干擾本系統采納以下三點來有效限制供電電源的干擾:1)采納專用電源，電源的供電要與大的用電設備分開，避開大用電設備啟、停時對電源供電電壓的影響。2)限制的溝通電源與PLC機之間采納雙屏蔽的隔離變壓器(見圖6.1)，其一次繞組的屏蔽層接中線，隔離供電電源的干擾，二次繞組的屏蔽層與PLC系統限制柜共地，使干擾信號入地。3)在隔離變壓器和PLC之間加裝溝通穩壓器或溝通低通濾波器(見圖6.1)，以濾除高頻脈沖，提高電源穩定性，從而降低電網電壓波動對PLC電源電壓的影響。圖6-1PLC的供電電源2抗輸入、輸出端的干擾輸入端有感性負載時，為了防止反電動勢損壞模塊，可在溝通信號輸入端并聯RC浪涌汲取器或壓敏電阻RV，在直流信號端并聯續流二極管VD或壓敏電阻RV或穩壓二極管VS或RC浪涌汲取器等，如圖6.2所示。假如與輸入信號并聯的感性負載大時最好運用繼電器中轉。圖6-2輸入端抗干擾電路PLC的輸出負載可能產生干擾，要實行相應措施加以限制，如直流輸出端接續流管或壓敏電阻或RC浪涌汲取器等愛護電路，溝通輸出端接阻容汲取器或壓敏電阻，晶體管及雙向晶閘管輸出端接旁路電阻愛護。限制器觸點開關量輸出的場合，應采納圖6.3所示的輸出端抗干擾電路以減清和消退干擾。圖6-3輸出端抗干擾電路3）接地系統抗干擾PLC限制系統屬高速低電平限制裝置，應采納干脆接地方式。由于信號電纜分布電容和輸入裝置濾波等影響，裝置之間的信號頻率一般低于1，所以PLC限制系統接地應采納一點接地方式，如圖6.4所示，接地線應粗一些，以減小各個電路部件之間的地電位差，從而減小地環流的干擾。另外，屏蔽地、愛護地不能與電源地、信號地等各其他地接在一起，只能獨立的接到接地銅牌上。圖6-4一點接地方式示意圖7系統的安裝、調試及維護7.1系統的安裝系統安裝方法動力線、限制線以及PLC的電源線和I/O線應分別配線隔離變壓器與PLC和I/O之間好這不僅能使其有盡可能大的空間距應采納雙膠線連接。將PLC的IO線和大功率線分開走線如必需在同一線槽內分開捆扎溝通線、直流線若條件允許分槽走線最離并能將干擾降到最低限度。PLC應遠離強干擾源如電焊機、大功率硅整流裝置和大型動力設備不能與高壓電器安裝在同一個開關柜內。在柜內PLC應遠離動力線二者之間距