本科毕业设计---胶带输送机集中控制系统电气工程及其自动化.doc
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1、 毕业设计(论文)任务书 站名 年级专业 学生姓名 一、设计(论文)题目: 二、设计(论文)任务与要求 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) 毕业设计(论文)评定书 站名 年级专业 学生姓名 一、设计(论文)题目: 二、设计(论文)共 页,附图 张三、审阅意见及评语 根据学院教学管理的有关规定,同意(不同意)该生参加毕业答辩 指导教师 (签名) 职 称 工作单位 毕业设计(论文)答辩委员会(小组)决议 站名 年级专业 学生姓名 该生于 年 月 日进行毕业设计(论文)答辩 设计(论文)题目: 答辩委员会:主任委员(组长) 委 员(成员)答辩学生向
2、答辩委员会(小组)提交如下资料: 设计(论文)说明书 共 页 设计(论文)图纸 共 页 指导教师评阅意见 共 页 根据学生所提供的毕业设计(论文)材料和指导教师意见以及在答辩过程中学生回答问题的情况,毕业设计(论文)答辩委员会(小组)作出如下决议: 一、毕业设计(论文)的总评语 二、毕业设计(论文)的总评成绩: 毕业设计答辩委员会主席(组长) (签名) 委员(成员) (签名) 年 月 日摘 要煤矿的运输系统对保证矿井正常生产起着非常重要的作用。为了保证煤矿运输系统可靠安全运行,对带式输送机进行集中监视和控制很必要。本文以河南何庄煤矿胶带输送机为背景,设计出了以PLC技术为核心的集中控制系统,提
3、高了运输系统的监测和控制水平。文中首先介绍了本次设计的背景,然后设计了胶带输送机集中控制系统的结构和应具有的控制功能,参数的检测和故障保护装置,确定了各故障检测传感器的类型及安装位置。在此基础上采用SIEMENS的S7-300系列PLC对系统进行硬件和软件设计,其中包括PLC的模块配置及外部连线,梯形图程序设计。最后提出PLC控制系统的主要干扰源,并设计了抗干扰的措施。 关键词:胶带输送机; S7-300; 集中控制系统 目 录1 引言11.1 引言11.2 胶带输送机集中控制系统11.2.1 胶带输送机集中控制系统的重要性11.2.2 集中控制系统的发展及存在的问题21.3 本课题研究的主要
4、内容32 胶带机集中控制系统的总体设计42.1 课题背景介绍42.2 胶带输送机集中控制系统的功能设计42.3 胶带输送机集中控制系统结构设计52.4胶带输送机集中控制系统设备构成72.4.1 胶带输送机72.4.2 参数检测及故障保护装置82.4.3 PLC简述152.4.4 人机界面HMI193 胶带输送机集控系统硬件设计213.1 SIMATIC S7-300 PLC简介213.1.1 SIMATIC S7-300 PLC简介213.1.2 模块安装223.2 集控系统PLC的设计233.2.1 CPU的选择233.2.2数字量模块选择253.2.3模拟量模块选择283.2.4电源模块的
5、选择293.3西门子ET200M与PROFIBUS-DP总线314 胶带集中控制系统软件设计344.1 集中控制的流程图344.2 系统软件实现354.2.1 控制方式选择354.2.2 模拟量的处理375 控制系统的抗干扰措施395.1主要干扰源395.2抗干扰措施406 总结42参考文献:43附录44致谢46河南理工大学成人高等教育毕业设计(论文) 第1章 引 言1 引言1.1 引言煤炭运输是煤炭生产过程中不可缺少的一部分。矿井中,运输线路比较长,巷道条件多种多样,运输若不通畅,采掘工作或是其它的工作都无法进行,整个煤炭生产系统将处于瘫痪状态。矿井运输机械的类型很多,按运行方式不同,可分为
6、连续运行和往返运行两种。连续运行式运输设备的特点是,一经开动就不需操作而连续运行。普通胶带机、钢绳芯胶带输送机、钢绳牵引胶带输送机等均属于此类运输设备。往返运行式运输设备的特点是,在运行区间,以一定的方式,作往返式周期性运行,运行中需要操作换向。机车运输及单绳牵引运输等属于此类运输设备。随着科学技术的不断发展,矿井生产规模的不断扩大,运输系统也经历了不断的变革和进步,并以煤流运输的连续化(输送机化),设备大型化(使用长运距、大运营、高运速、大功率输送机)、自动化、高可靠性与安全性能来保证矿井的连续、高效生产。矿井胶带运输系统,是由多条胶带搭接或由煤仓转载形成的煤流运输系统,因此它内部的基本运输
7、单元就是单台胶带机。胶带输送机是选煤广的主要运输设备,它可用于物料的水平或倾斜运输上。由于胶带输送机的输送能力变化范围大、运输距离长、货载和输送机间没有相对运动、运转时阻力小等,因而具有适应性强、工作平稳可靠、动力消耗小、机件磨损小、使用维修方便等优点,在选煤厂中得到广泛应用。1.2 胶带输送机集中控制系统1.2.1 胶带输送机集中控制系统的重要性矿井胶带运输系统是原煤运输的唯一途径,是矿井生产的重要环节,因此它的安全高效运行受到很大程度的重视。由于矿井胶带运输系统分布广、信息分散以及控制要求高的特点,随着矿井生产规模的不断扩大,以及技术水平的不断提高,现代化矿井也需要现代化的管理,因此对胶带
8、运输系统的控制和管理提出了更高的要求。以往对胶带输送机都采用人工就地分台控制,即每台输送机的控制均由一名司机就地操作,这是一种最原始的控制方式。这种控制方式是直接操作输送机的控制开关,操作最简单,不增加任何的控制元器件,维护工作较少,但需要人员太多,并因每个司机的思想素质和技术素质不等常有以外事故发生,影响生产的正常进行。而集中控制方式,是在整个运输线上新增一套集中控制装置,在控制室内集中操纵机构,由一名司机来完成操作。这不但节省了大量的司机人员,也为及时发现故障,缩短停产时间和综合自动化创造了条件。目前,已经成为矿井胶带运输的主要控制方式。1.2.2 集中控制系统的发展及存在的问题在煤矿中,
9、煤流的运输一般在几百米到十几公里之间,因此它的运输系统要有多台胶带输送机、给煤机、煤仓等构成,协调配合完成长距离运输任务。为保证运输系统的安全可靠,提高运输效率,对其进行完善的管理和监控是现代矿井煤流运输迫切需要的一项技术。随着矿井功能和规模的不断扩大,计算机技术、网络技术、新的工业控制器技术等新技术的应用,对胶带输送机的集中控制系统也得到了飞速发展。从单台控制系统到多台的集中控制系统,有价格相对较贵的PLC构成的系统和低廉的单片机应用系统。目前,虽然市场上有着各式各样方案构成的集控系统,但发展的方向是一致的,那就是朝自动化、智能化、信息化的方向发展。皮带机的综合自动化控制是整个矿井实现自动控
10、制的重要组成部分。目前对胶带输送机集中控制系统存在的主要问题有:(1)在安全保护方面,为提高胶带输送机运行的可靠性,安全性,减少故障,提高效率,多种检测方法已应用于电动机、液力偶合器、减速器和胶带运行系统故障检测,但是这些系统是相互独立的。(2)故障检测系统误报率高。误报将造成胶带输送机不应有的停机,使全矿井停产,对矿井生产造成极大影响。(3)皮带机的控制、运行、保护等信息不能较好的与矿井其他控制系统共享,不能与整个矿井信息系统的集成。视频监视系统不规范,没有语音通讯功能,不能实现无人值守。1.3 本课题研究的主要内容矿井生产自动化已经成为一种趋势,如何更好的实现矿井运输系统的集中安全控制管理
11、是现在迫切解决的问题。而皮带机集中控制系统可实现对整个皮带机运输系统的遥测、遥信、遥控,提高生产效率、降低事故率,减少故障处理时间、减少现场操作人员、提高经济效益。本论文正是以此为目的,以河南何庄煤矿主斜井与地面胶带输送机为背景,设计一种基于PLC的运输皮带和给煤机的集中控制系统。本次设计主要内容如下:(1)对胶带运输控制系统概述。(2)以何庄煤矿主斜井与地面胶带输送机为背景,概述胶带输送机集中控制系统的功能,设计其系统结构,讨论要监控的故障对象、传感器配置及对故障的处理措施。 (3)胶带集控系统的硬件设计,进行S7-300 PLC模块选型和外部连线设计。为了使集控系统更加完善,实现控制的可观
12、化、清晰化,加入了触摸屏设计。它可以实时显示系统的运行情况和各种故障情况,进行及时的报警显示和记录。(4)进行系统的软件设计,实现系统功能。 (5)最后分析控制系统产生干扰的原因,提出对应抗干扰措施。44河南理工大学成人高等教育毕业设计(论文) 第2章 胶带机集中控制系统的总体设计2 胶带机集中控制系统的总体设计2.1 课题背景介绍 河南何庄煤矿是年产45万吨的中型煤矿,采用带式运输机及竖井箕斗提升作为主要运输方式,其主运输系统包括带式输送机、转载机、竖井箕斗、原煤皮带、振动筛、精煤皮带等。各条皮带机都由一台电动机驱动,正常运行速度为2m/s,其中振动筛为双层的,每条皮带机均设置跑偏、堆煤、烟
13、雾、拉线急停、打滑、纵撕等保护。 煤炭从井底煤仓经上仓皮带运输到给煤机,然后经过竖井箕斗提升至地面的原煤皮带,原煤皮带输送机转运到振动筛后转运至精煤皮带,然后运输到煤场。2.2 胶带输送机集中控制系统的功能设计本胶带输送机集中控制系统具有的功能如下所述:(1) 本系统有集控、就地、检修三种工作模式。一般系统运行在集控工作模式下,当组成生产流水线时,本机根据前后闭锁关系自动启停,同时检测各检测保护设备的状况;运行就地工作模式时,操作员手动操作按钮启动/停止胶带机,但所有保护设备均投入使用;运行检修工作模式时,操作员手动启动/停止胶带,保护设备可有选择性的投入使用,在检修模式下,我们使胶带低速运行
14、。工作方式的改变,只有在胶带输送机不转时进行,胶带输送机运作时,不能改变其工作方式;(2) 程序设计中,报警停车等故障信号自动保持,即一旦发出故障信号,即使经维修后信号消失,计算机内仍保留信号故障状态,这时复位指令可以清除故障保持信号;(3)皮带输送机按照逆煤流启动,顺煤流延时停车,并具有闭锁功能;(4) 系统具有胶带机低速打滑、机头堆煤、超温洒水、烟雾、滚筒超温、沿线急停和跑偏等多种保护。下面简单介绍它们信号发生后的动作情况:a.拉线开关:信号发出后马上发出急停指令,系统可以识别哪个急停开关动作,发出拉线开关声光报警。b.堆煤:信号发出后,执行堆煤声光报警指令和急停指令。c.跑偏:信号发出后
15、,执行跑偏声光报警指令,此为一级动作,当报警时间超出一定时间段时,同时再执行急停指令,此为二级动作。d.打滑;信号发出后,执行打滑声光报警指令, 再执行急停指令。e.超速:信号发出后,执行超速声光报警和急停指令。f.断带:信号发出后,执行断带声光报警和急停指令。g.纵撕:信号发出后,执行纵撕声光报警和急停指令。h.滚筒超温:信号发出后,执行滚筒超温声光报警、洒水指令和急停指令。i.烟雾:信号发出后,执行烟雾声光报警、洒水指令和急停指令。(5) 对设备故障和工艺参数的异常实时报警,并进行声光提示,系统状态对位显示,更便于维护。(6) 可与工业电视系统配合,实时监视皮带机重点部位运行情况,以确保人
16、员及设备的安全;具有喊话、打点通讯功能,基本实现无人值守。(7) 胶带运输机就地控制箱上设启停、起动预警按钮,设备启动前发出预警信号,提示有关人员应立即远离设备;现场可随时停车,若设备由集控启动,控制系统接到现场停车信号后,可作急停处理,实施故障停车操作。(8)具有联网功能,能与全矿井自动化监控系统可靠的联接、实现全局监控。2.3 胶带输送机集中控制系统结构设计本次设计中需要集中控制的皮带共有7条,各条皮带分布较广,现场控制点分散,并且现场的环境比较恶劣。所以,系统结构采用PROFIBUS-DP现场总线技术,组成主从系统结构。根据工艺流程划分,系统以PLC为控制主站,以每条皮带就地箱配备的远程
17、I/O ET200M为从站,共设7个从站,这样就节约了大量电缆等材料。本系统由集中控制台、PLC控制柜、触摸屏、就地箱、各种保护传感器及执行器组成。完成一个系统内多条皮带多个设备全过程的控制、监测,构成一个完善的集中控制系统。其系统结构如图2-1所示。图2-1 系统结构图以SIEMENS公司S7-300系列PLC作为核心控制器件,具有防潮、抗干扰能力强、易扩展,基本免维护,实现与上位机的通信,以循环扫描的方式,检测传感器及被控设备的信号,发出程序指令,完成对皮带机的集中监控,使各个皮带协调完成工作。PLC控制柜内部由S7-300 PLC模块、接线端子、电源模块、变压器及各种模块组成;集中控制台
18、和触摸屏是人机的交流界面,控制台面板上有各条皮带机的起停控制按钮,总启、总停按钮,起车预警按钮、集控/就地/检修工作方式的转换开关,系统紧急停车按钮;触摸屏则详细显示各条皮带及给煤机运行情况,同时也显示出所有皮带上的各种保护传感器的动作情况、故障位置等。就地控制箱上有控制皮带的启动、停止按钮,急停按钮,内部配SIMATIC ET200M远程I/O,完成现场皮带的数据采集和控制。每个远程I/O站可以处理256个开关量或64个模拟量,它与CPU的通信速率最高可达12Mbps,通信距离最远可达1200米。ET200M 远程单元通过IM153-2总线接口模块连接到PROFIBUS总线上。2.4胶带输送
19、机集中控制系统设备构成胶带输送机集中控制系统主要由PLC、人机界面等组成,它主要控制胶带输送机、各种参数检测和故障保护装置,将各种信息在触摸屏上集中显示。下面我们对集控系统各部分进行详细的介绍。2.4.1 胶带输送机带式输送机是以胶带作为牵引机构和承载机构的连续运输机械,又称为胶带输送机,它在矿山的物料运输,特别是煤的输送方面得到了广泛应用。带式输送机主要由以下几种主要部件组成:传动装置、胶带、机架、滚筒、托辊、拉紧装置、清扫器、装料和卸料装置等。1-胶带;2-传动滚筒;3-尾部滚筒;4-上托辊;5-下托辊;6-拉紧装置;7-给料装置;8排料装置;9-机架图2-2胶带输送机胶带输送机的基木结构
20、见图2-2所示。胶带1绕过传动滚筒2及尾部滚筒3形成无级循环的牵引机构,在滚筒2和3之间的机架上按一定距离安装着托辊4和5,用来支承载有物料的胶带段(重段)和回空的胶带段(空段),传动滚筒由电动机通过减速器带动,胶带与滚筒之间的摩擦力使胶带移动,这时,由给料漏斗7(装载装置)加到胶带上的物料就和胶带一起移动。当胶带绕过传动滚筒时,物料就在重力和离心力的作用下卸到排料漏斗8(卸料装置)中。小车和系在它上面的重物是胶带输送机的拉紧装置,它的作用是通过安装在小车上的尾部滚筒使胶带处于张紧的状态。这样,胶带在两托辊之间悬垂度不致过大,而传动滚筒也能有足够的牵引力传送给胶带。胶带是经主动滚筒和机尾改向滚
21、筒形成一个无极环行带。它上下的两股胶带分别由上下的托辊来支承。胶带机的传动装置一般位于输送带的头部、中部或是尾部,它是带式输送机的重要组成部分。传动装置一般由驱动装置和传动滚筒组成。驱动装置一般采用电动机、液力偶合器、减速器及制动轮、传动滚筒组成。输送机的驱动有单滚筒驱动和多滚筒驱动,一般常采用单滚筒驱动,功率大时可采用多滚筒驱动。多滚筒驱动的优点就是能够传递较大的功率,带动较大的负载,并能降低输送带的张力;其缺点就是可能会出现功率不平衡问题,从而增加了电动机的备用功率。本项目的胶带输送机都采用一台电机的单滚筒驱动。胶带输送机向上运输物料的倾角不能过大,运输煤炭时的倾角一般为18O2lO。向下
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