完整版胶带输送机集中控制系统电气工程及其自动化毕业论文.docx
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完整版胶带输送机集中控制系统电气工程及其自动化毕业论文
毕业设计(论文)任务书
站名
学生姓名
年级专业
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.............................................................
1.1
引言.........................................................
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
...........................
1.2.2
集中控制系统的发展及存在的问题
...........................
1.3
本课题研究的主要内容.........................................
2胶带机集中控制系统的总体设计
.....................................
2.1
课题背景介绍.................................................
2.2
胶带输送机集中控制系统的功能设计.............................
2.3
胶带输送机集中控制系统结构设计...............................
2.4
胶带输送机集中控制系统设备构成................................
2.4.1
胶带输送机...............................................
2.4.2
参数检测及故障保护装置..................................
1
2.4.3
PLC简述................................................
1
2.4.4
人机界面HMI............................................
2
3胶带输送机集控系统硬件设计......................................
2
3.1SIMATICS7-300PLC简介......................................
2
3.1.1
SIMATICS7-300PLC
简介.................................
2
3.1.2
模块安装................................................
2
3.2
集控系统PLC的设计..........................................
2
3.2.1
CPU的选择..............................................
2
3.2.2
数字量模块选择..........................................
3
3.2.3
模拟量模块选择..........................................
3
3.2.4
电源模块的选择..........................................
3
3.3
西门子ET200M与PROFIBUS-DP总线..............................
3
4胶带集中控制系统软件设计........................................
4
4.1
集中控制的流程图............................................
4
4.2
系统软件实现................................................
4
4.2.1
控制方式选择............................................
4
4.2.2
模拟量的处理............................................
4
5控制系统的抗干扰措施............................................
4
5.1
主要干扰源...................................................4
5.2
抗干扰措施...................................................4
6总结............................................................
4
参考文献:
.........................................................
5
附录..............................................................
5
致谢..............................................................
5
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,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S7-300PLC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。
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。
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,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I/OET200M
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
S7-300PLC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SIMATICET200M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
O
O
0
以下。
超过这些数值,运
般为18—2l
。
向下运输的倾角一般在
15
输物料和胶带之间就会有相对运动,使物料下滑。
因此,在输送同样
高度条件下,胶带输送机所需厂房面积或成长度较大。
2.4.2参数检测及故障保护装置
为了能实时的掌握带式输送机的运行状况,需要对其一些参数如
速度、滚筒温度等进行检测。
带式输送机在输送过程中也难免出现一
些故障,如果这些故障处理不当,可能会导致更大的事故,对生产造
成重大损失。
所以,对带式输送机的参数检测和采取相关保护措施是
必须的。
下面简要介绍一下带式输送机出现的一些常见故障及其参数
的检测。
2.4.2.1跑偏
近年来,带式输送机在运转中最常见的故障是运输机跑偏,如果
处理不及时,因输送带边缘与托辊或机架剧烈摩擦,很快会把输送带边上的保护层磨掉,使带芯受潮湿大气的侵蚀而迅速损坏,也可能扯坏输送带,造成断带事故;另外,皮带严重跑偏时也会导致向外撒煤,造成浪费。
因此,防护输送带跑偏是带式运输机运行保护中的重要问题。
胶带输送机跑偏的根本原因是输送带在运行过程中,横向受力不平衡。
主要有以下几种原因:
(1)安装质量原因:
a机架、滚筒没有调整平直;b托辊轴线与输送带中心线不垂直;c机架与地面连接强度不够,机架不稳定;d导料槽和卸料槽的导料挡板安装位置不当,受力不均。
(2)输送带质量原因:
a输送带接头与中心线不直;b输送
带带边呈“S”型。
(3)装载质量原因:
装载点不在输送带中央。
(4)维护质量原因:
滚筒清扫不干净,造成直径不等。
目前,对运输机跑偏的解决办法主要有两种:
(1)通过人工调整滚筒或托辊进行调偏;
(2)使用回转式槽型调偏托辊(上胶带装)或平行调偏托辊(下胶带装)进行自动调偏。
为实现无人值守,多数都使用能自动调偏的托辊。
为实时监测运输皮带是否跑偏,一般在机头、机中和机尾皮带最
容易跑偏的地方分别安装一对防跑偏保护装置。
本设计中采用煤炭科
学总院常州自动化研究所的KG1007A-2型胶带二级防跑偏开关,其跑
偏信号通过接入临近拉线急停开关传输。
在皮带正常工作时,跑偏开
关的探杆在竖直位置。
当皮带跑偏时,皮带碰到跑偏开关的探杆,并
带动探杆轴转动,此时与探杆固定在一轴上的凸轮也同时转动,拨动
跑偏开关的微动开关发出跑偏信号。
图2-3跑偏开关图2-4速度传感器
KG1007A-2型胶带防
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