基于易控组态软件的带式输送机监控系统的设计.docx
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基于易控组态软件的带式输送机监控系统的设计.docx
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基于易控组态软件的带式输送机监控系统的设计
本科毕业论文(设计、创作)
题目:
基于易控组态软件的带式输送机监控系统的设计
学生姓名:
学号:
0801002114
所在系院:
专业:
入学时间:
2010年9月
导师姓名:
职称/学位:
副教授/博士
导师所在单位:
完成时间:
2014年6月
安徽三联学院教务处制
基于易控组态软件的带式输送机监控系统的设计
摘要
带式输送机是国民生产中重要的物料输送设备:
结构简单,输送能力大,运输距离长,可靠性高;已成为煤矿,发电厂,最重要的运输设备端口和其他单位。
但是,煤矿带式输送机长年在井下作业,工作条件差、设备损坏重、生产环境杂,为了保障安产和井下人员性命安全,务必对井下带式输送机的监控系统的计划进行改良。
本文首先介绍了带式输送机、监控技术以及组态软件的相关背景知识,在此基础上,根据控制要求,设计出了整个系统的总体框架。
本毕业设计的主要工作是应用易控组态软件设计出一个有完整功能的带式输送机监控系统。
该系统能够实时监控带式输送机的运行状态及参数,如电机电流,胶带速度,煤位高度等。
同时拥有故障报警、报表打印、趋势显示等功能。
设计出了完整的监控画面,实现了对带式输送机体系运行过程的整体控制。
实验表明,所设计出的监控系统可以高质量的完成监控任务,能够满足实际应用的要求。
关键词:
带式输送机,监控,组态软件,INSPEC。
Designofmonitoringsystemofbeltconveyoreasytocontrolconfigurationsoftwarebasedon
Abstract
Beltconveyorisanimportantmaterialhandlingequipmentinnationalproduce:
hastheadvantagesofsimplestructure,largetransmissioncapacity,longdistancetransport,highreliability;hasbecomethecoalmines,powerplants,themostimportanttransportequipmentportandotherunits.Atpresent,thecontrolperformanceofbeltconveyor,theincreasinglyhighdemand,butthecurrentourcountryinconveyingcontrolsystemdesignalsohasmanydeficienciesoflargebelt,restrictingtheuseofbeltconveyor.Beltconveyorincoalmineundergroundformanyyearswork,poorworkingconditions,thedamageofequipment,productionenvironmentcomplex,inordertoguaranteetheproductionandundergroundpersonnelsafety,monitoringsystemforundergroundbeltconveyormustplanforimprovement.
Thispaperfirstintroducesthebeltconveyor,monitoringtechnologyandconfigurationsoftwarerelatedbackgroundknowledge,onthebasisofthis,accordingtothecontrolrequirements,designtheoverallframeworkofthewholesystem.Themainworkofthisgraduationdesigniseasytocontrolconfigurationsoftwaretodesignacompletefunctionsofmonitoringsystemofbeltconveyor.Thesystemiscapableofrunningstateandparametersofthereal-timemonitoringofthebeltconveyor.Atthesametimehavefaultalarm,reportprinting,trenddisplayandotherfunctions.Designofthemonitoringpicturecomplete,realizethewholecontrolofbeltconveyorsystemoperationprocess.Experimentsshowthat,thedesignofthemonitoringsystemcanbefinishedinhighqualitymonitoringtasks,canmeettherequirementsofpracticalapplications.
Keywords:
beltconveyor,monitoring,configurationsoftware,INSPEC.
目录
摘要1
Abstract2
第一章绪论1
1.1、带式输送机的研究背景1
1.2、带式输送机监控研究的发展趋势2
第二章带式输送机的工作原理4
2.1、带式输送机的基本结构与组成部分4
2.2、带式输送机的分类和工作原理6
2.2.1、带式输送机的分类6
2.2.2、带式输送机的工作原理7
第三章、带式输送机监控系统的总体设计9
3.1、带式输送机监控系统的框架结构设计9
3.2、带式输送机监控系统的控制功能10
3.3、监控系统的功能设计11
3.4、PLC与组态软件的简介12
3.4.1、PLC的发展趋势与在工业控制中的应用12
3.4.2易控组态软件的简介13
第四章带式输送机监控系统的软件设计15
4.1、带式输送机监控系统的整体设计15
4.2、趋势画面19
4.3、报警画面21
4.4、报表画面22
第五章结论23
致谢24
参考文献:
25
第一章绪论
1.1、带式输送机的研究背景
带式输送机是工业生产领域最常见的物料输送设备,广泛应用于电力、冶金、港口、矿山等行业。
由于在带式输送机结构简单,输送能力大,运输距离长,可靠性高,运行成本低,作为我国生产领域中必不可少的的核心设备,我国目前大概有约两百万组的带式输送机,有一百二十万组煤矿用的,带式输送机输送效率上的优势,使得它在我国大型矿业开发中得到重用,成为大容量地下矿产输出的领导者,它可以远距离进行矿石输送。
当下,井下作业主要采用的方式为多组带式输送机联合分级运输,这样的作业方式不仅要求可以达到远程监控,还要在控制性能上要求达到更高的指标。
由于生产条件差,工作环境复杂传统的带式输送机电控系统无法满足现代矿井生产对故障精确检测、报警和实时控制的要求,容易产生事故影响生产,严重时会危害井下人员生命安全。
为了保证井下安全,技术改造如何在原有设备基础上,既利用新技术提高带式输送机控制的效率又节约投资是摆在煤炭生产企业面前迫切需要解决的问题。
FCS系统、总线技术、工业控制自动化技术的不断发展与新型DSP处理器的普及应用为矿井皮带机自动控制系统的改造升级提供了广泛的思路。
对于现代高速长距离带式输送机要实现的控制目标主要有:
1、带式输送机的软启动。
由于带式输送机驱动电机是工频启动,为了降低驱动电机启动电流对电网的冲击,而减少了轴承的动态负载元件的启动过程,因此,必须配备一个带式输送机软启动装置。
目前常见的软启动装置有液力型软启动装置、液黏性软启动装置、电气型软启动装置(高压变频器、交流调压装置)和机械式软启动装置。
虽然使用高压变频器可以取得理想的输送机启动曲线,但高压变频器技术目前大多被国外公司垄断,变频器价格较高不适合大规模推广使用。
我国自产研发的液力耦合器,是当前在矿用输送机调速装置中,使用最为广泛的,就当下而言,在普通矿业生产的运输中,他完全可以达到应用指标和需求。
采用模糊控制理论调节液力耦合器在不增加硬件成本的情况下,不仅可以获得理想的输送带启动速度曲线而且为企业节省了大量资金,减少了井下设备改造的工作量。
2、多机驱动功率平衡。
由于带式输送机液力耦合器调节不均匀,造成驱动滚筒的两台电机实际功率发生较大偏离。
这会造成输送带张力的重新分配,严重时会引起电机超载甚至损坏电机,给井下安全生产带来极大隐患。
采用优化的模糊控制算法调节功率平衡在不增加硬件成本的基础上可有效增强驱动电机的安全性,此方法也同样适用于其他多机驱动功率平衡控制器设计领域。
3、高可靠性带式输送机井下故障检测器设计。
随着科技的发展与进步,在带式输送机事故检测器的创新上,又有了全新的技术应用,传感器技术发展日新月异,拥有了更加强大的功能,如:
数字图像处理、DSP芯片处理更加高效。
本文对带式输送机纵向撕裂检测,滚筒温度检测的研究是将新技术应用在井下带式输送机故障检测的尝试。
4、带式输送机FCS控制系统设计。
FCS总线控制系统作为目前自动化系统的发展方向,它将传感器、监控站、井下触摸屏等设备挂载在同一条总线上。
与传统DCS集散控制系统相比,FCS系统节约了井下布线成本,提高数据传输速率,增加了控制系统的稳定性与可靠性。
1.2、带式输送机监控研究的发展趋势
煤炭是我国工业发展中最为重要和主要的能源。
煤炭资源的利用和发展依然会很长久,它是我国能源战略中必不可少的。
为了加快我国煤炭行业的发展,我们必须针对某些问题进行改善。
利用先进的自动化技术,对煤矿安全更加关注和重视,广泛应用于自动化技术。
在同一时间,降低生产成本,提高工作效率,以达到提高经济效益的目的。
我的大型自动化建设是矿山发展的重要保障。
大规模的自动化建设不仅仅体现在提高生产效率上,同时更要体现在安全控制上。
安全监控系统在大中型煤矿生产中,使用很广泛,而国产监控系统的发展更是成为工业生产里的主力军,但仍有很多不足之处。
这些不足主要体现在设备的可靠性程度不高、智能化建设不完善和信息的综合化程度不高等问题上。
目前,国外有机电一体化,智能化,信息集成和自动化安全监测矿井生产系统,配备了计算机辅助设计程序,在煤矿生产中的职责,系统有序运行,有效地提高煤炭生产效率。
而在我国,这是因为统一的管理控制系统,缺乏独立操作,使系统不能工作在一起,发挥各自的优势,从很大程度上,影响煤炭生产效率。
从以上分析中我们可以看出,矿井的综合自动化系统应该是一个统一的信息管理平台,应该具备集中控制、监控和处理信息的能力。
高速信息传输技术、多媒体技术、网络技术、信息的网络传输技术以及高清晰度的视频监控技术都可以运用在矿井的生产系统中,为了创建一个综合自动化系统包括图像、声音、数据和控制能力。
带式运输机的自动化运行系统,尤其是以可编程控制器作为控制核心的自动化控制系统,已经被广泛运用在矿井地面生产系统中。
此控制系统具备控制简单、安全可靠的特征。
此外,各种故障实时监测已被广泛应用于带式输送机的正常运行。
我国当前矿井的发展现状大多数处在自动化程度低、事故安全还未达到很理想的标准,在中小型矿井上,地面生产系统的视频监控还未得到很好的应用。
虽然某些煤矿也已经部分运用了先进的自动化技术,但是各先进自动化系统间由于缺乏统一管理协调,各个系统单独运行,不仅浪费了大量人力财力,同时也未能发挥出先进自动化系统的技术优势。
在当前世界范围内计算机技术日新月异,自动化水平越来越高,视频处理技术不断发展,网络技术不断完善,矿井地面生产的自动化控制系统必然会发展的更加智能、简便,信息处理会更加集中。
带式运输机的自动化控制、故障监控、视频监控以及各种信息处理都可以在集中控制室中得以实现。
未來煤矿必定是向集约型、高效型、平安型煤矿发展,而更多先进的控制技术,如自动化技术、图像处理技术及过程控制技术都将会运用于矿井的生产系统。
第二章带式输送机的工作原理
2.1、带式输送机的基本结构与组成部分
输送带是带式输送机的主要结构,输送带所起的作用主要是牵引和承载,带式输送机又被称作胶带输送机。
带式输送机的主要结构有:
胶带、机架、托辊、驱动装置、制动装置、清扫装置及保护装置等。
1)胶带:
既是牵引机构又是承载机构(钢丝绳式除外)。
2)机架:
用于安装托辊。
3)托辊:
主要起到支持胶带,保障胶带平稳运转,它对输送机的正常运转起到关键作用它。
标准分为五种,
(1)槽形托辊:
固定点和拆卸式,槽的角度为30°,35°。
(2)平行托辊:
V型辊槽角为10°,有防斜效果。
(3)缓冲托辊:
常用在输送机载荷中,为槽形托辊外加装阻燃。
(4)深槽形托辊:
一般使用在倾角在25°上下的大倾角带式输送机双排4辊布局中。
(5)偏置滚子:
防止和纠正皮带跑偏,主要用于固定式输送机。
4)驱动装置:
它主要起到提供牵引力给带式输送机,使它能够运转,它的结构有:
驱动单元(联轴器、电动机、减速器)和驱动滚筒。
5)张紧装置:
它主要起到的作用有两方面
(1)提供所需的张力给输送带驱动滚筒,使它与输送带间发生摩擦,产生足够的牵引力;
(2)控制托辊间的角度没有重叠,使输送机运转良好。
安装的位置要控制好,使它处在胶带张力最低或者驱动滚筒和胶带的连合处,这样可使装置所需拉力最小及运行的距离最短,张紧速度因而达到最高。
6):
制动装置的作用有以下两点:
(1)正常关机:
在空载或满载状态停止输送,能可靠地制动输送机。
(2)紧急关机:
在传送带紧急制动处于不正常的情况下,快速满足输送要求制动。
7)清洗装置的作用是清洁胶带表面,如煤粉等。
防止粘在胶带上所造成的磨损,气缸表面的胶带偏差,造成电机功率不平衡。
它分为头部和背部清扫器两种。
头部通常安装在卸载滚筒,分为H型和P型两种,H型安装在磁头,P型安装卸在载滚筒分离点下面,主要用于清扫滚筒工作面。
背部清扫器一般安装在V型,在分离点的卷带顶在前面的回尾部滚筒相遇点加载的V型带以上,主要用于清洁煤。
8)保护装置:
(1)滑动保护传感器:
滑动是驱动辊的旋转和胶带固定不同步操作。
打滑是生产中很容易出现的故障,许多事故都是由此故障引发的,所以给输送机添加滑动保护传感器,它的工作原理是当胶带发生打滑时,主机就会因为接收不到信号而切断与电源间的联系,实现断电停止运转。
(2)偏差保护传感器:
(偏差是指在带式输送机的中心线,从现象一方面中心的运作。
跑偏是常见的设备故障,它主要会引起两发面的危害:
①跑偏时会使输送带的某一边缘与机架磨擦,传送时受到阻力变大,使得输送带与滚筒间摩擦力不够而出现打滑,输送带边缘也会因为磨擦而损毁。
②跑偏过大时,输送带会与滚筒产生错位而发生脱离,引起煤炭输送中的外撒。
保护装置一般安设在机头和机尾部分,输送距离远的时侯中部也会安装。
它会在皮带产生严重跑偏时,主机会接收到传感器所发出的跑偏信号,并控制电机停止运作。
(3)纵向撕裂保护传感器:
(在煤炭运输过程中有很多不确定因素会导致在输送带输送过程中,有异物如:
石块、钢筋等坚硬物掉入输送带上卡住的时候,会使电机运转受阻,传送带撕裂,这种事故一般在安装点经常出现。
)装配在安装点的输送带的底部。
(4)堆煤保护传感器:
装配在输送带运输的转弯装载的地方。
在处于安装点位置的煤炭未被及时转移走或储库满仓时,传感器下部会因此歪斜,传感器里面所装载的感应头就会执行关闭并给主机传达设定指令,让主机执行断路停止运作。
(5)烟雾保护传感器:
装配在驱动滚筒上部的撒水口的部位,在输送带运转中发生火灾的时候,传感器就会接收到着火信息并释放所设定的信号,主机在接收到它所传递的信息时,就会执行断路停止运作。
(6)超温自动洒水装置:
这里所使用的是温度传感器,主要被装配在驱动滚筒上部,撒水口要装配在能够让水撒到滚筒的地方,与之正对最佳。
输送带在打滑运作时,滚筒会因此过热,在到达现定值时,传感器就会收到过热信息并为主机传达所设定的信号,主机在接收到信号时就会指令电磁阀开通撒水,撒水口执行撒水,使滚筒减温。
(7)急停保护传感器:
装配在煤炭生产线上,传感器之间用钢丝相互连接。
它的功能是当煤炭生产线产生运作问题时,钢丝绳就会因为受压而降低,传感器内置触头会因为受到触碰而关闭并为主机传达所设定的指令,主机在接收指令后会执行断电,使输送机停止运作。
2.2、带式输送机的分类和工作原理
2.2.1、带式输送机的分类
目前,中国的带式输送机的生产能满足不同的工作条件。
模型主要有以下系列产品:
SSD,SSG,SSJ,SJ,APJ,DSP,DTC,DTL等。
带式输送机的型号表示方法见图2.1。
图2.1带式输送机型号表示方法
例如:
SSJ1000/2×75型号代表宽度为一米,运转功率是一百五十千瓦的钢架可伸缩带式输送机。
STD800/2×40S代表带宽为八十厘米,运转功率为八十千瓦的往上部运输绳索挂件通用的固定带式输送机。
表2.1显示带式输送机的代号规定:
表2.1带式输送机代号规定
2.2.2、带式输送机的工作原理
带式输送机是通过接地端系统来达到控制给煤机,输送机系统一般先对煤炭运输量是否过大、煤炭是否堆积进行检测,然后再向各种输送带发出指令操控,达到运输,配煤、回煤、落地的效果,完成控制面板和主机模拟操控。
通过计算机监控给煤机,模拟计算机显示振动筛,主带,皮带,煤矸石皮带和煤层带的运动状态,并通过控制界面实现对整个地面皮带系统的控制,联动、独立、检修是整个带式输送机的控制方式。
1)、联动方式
主机在选则联动方式上,可通过将控制台的控制开关档位调在联动方式的档位上,没主机表示为联动方式时,系统能够让操作台操控输送机的开车与停车,并且计算机与控制台在控制上是可以相互转换的如:
停车可由计算机控制,开车由控制台控制,也能相互对换控制量。
在联动方式下,计算机可以按照一定的先后次序来执行输送机启动,它们依次为:
(1)配煤皮带或落地皮带;
(2)主皮带;(3)煤矸石皮带;(4)振动筛;(5)给煤机。
在当启动完一项后都要停止10s来作为一个缓冲时间,而且在这之前要检查输送带是否有煤炭堆积和检查测试输送机运行电流是否不正常,假如有上述情况出现,那么输送机就会无法启动,造成无法开车。
而在连锁模式下,计算机可以按照一定的先后次序来执行输送机的停机,它们依次为:
(1)给煤机;
(2)振动筛;(3)矸石皮带和主皮带;(4)配煤皮带或落地皮带。
相应的在停机玩一项后也要停止10s来作为缓冲时间,起到保护电机的功能。
在联动方式下,计算机对回煤皮带和落地给煤机的控制是独立的,如点击回煤皮带启动图标,则回煤皮带开车,其它设备不受影响,然后点击回煤皮带停止图标则回煤皮带停车,其它设备同样不受影响。
2)、独立方式
在独立方式下,控制箱开关档位调节在独立方式上,主机上显示为独立方式。
与联动方式不同是,控制台与计算机是相互独立的控制,控制台操作开车、停车;操作台操作开车,计算机操作停车;计算机操作开车,控制台操作停车;计算机操作开车、停车。
3)、检修方式
在检修方式下,控制箱开关档位调节在检修方式上,主机上显示为检修方式。
这时,系统就能执行控制台或计算机完成的开停车的一系列指令。
4)、急停
装配于计算机中具备强制执行停机指令功用,当输送机在运输过程里,发生紧急事故时,这时需要让输送机马上不再运行,就可以通过摁动急停装置,这时计算机将会强行断开电源,不论输送机上哪个环节仍在运转,全部将不再运作。
第三章、带式输送机监控系统的总体设计
3.1、带式输送机监控系统的框架结构设计
带式输送机监控系统的总体框架
图3.1带式输送机监控系统设备配置图
带式输送机监控与报警系统主要包括现场控制、远程监控和系统通讯三个部分。
可编程逻辑控制器(PLC)与现场数据的实时采集,信息传送系统,设备的操作控制系统,监控计算机以及运行数据集控制室是通过电缆传输。
经营者通过计算机控制带式输送机系统的运行操作,实现远程监控和皮带输送控制。
这一次设计的带式输送机是以西门子S7系列传感器作为主控单元,它具备现场易编程、防潮、抗干扰力强、易扩展,免维护等功能,并可以通过软件控制,自动检查系统故障。
整个系统是用编程控制器、操控台、各种保护传感器和集中控置系统组成。
在主站和子站由光纤总线控制网络连接的站,变电站,是相对独立的,并相互连接形成一个灵活的控制系统,控制完成运输系统和生产系统的要求。
它保护能力全面,连接容易,可以精确辨认故障的可能性和位置,组网能力强,具备远程控制能力。
如图3.1.2所示是输送机与易控软件之间媒介示意图。
图3.2带式输送机监控系统的通信结构
3.2、带式输送机监控系统的控制功能
带式输送机实时监测系统的网络结构,具有完善的生产管理和控制功能。
它生产过程中起到主体及相关辅助链路的实时数据采集,传输,处理,显示,记录等功能,对带式输送机进行远程集中监测。
图3.3带式输送机监控系统
本次毕业设计的带式输送机控制系统主要分为现场监控和报警及附加功能两大部分。
现场监控的主要功能是采集带式输送机现场的各种数据及信号,并进行相关检测,包括皮带的纵撕检测、跑偏检测以及欠速检测等。
带式输送机体系的工做情况显示主要是对各组成部分的运转参数及状态显示。
工作人员可以在现场通过监察体系直接对带式输送机进行启停、检修等掌控。
报警功能包括带式输送机系统报警和工业现场环境报警。
一旦系统出现故障,监控画面会立刻显示故障的位置并提醒相关工作人员及时进行检修。
3.3、监控系统的功能设计
带式输送机有各种保护信号:
(1)滑动保护,烟雾保护,温度保护和煤位的保护,报警和停机;
(2)紧急关闭拉绳锁,保护沿输送带跑偏;(3)纵向撕裂保护,撕裂传感器安装在每个装运港。
(4)主机高温报警,测试电流是否超过额定最大值。
(5)限制速度过快和测量速度。
(6)非人工控制喷水设施,编程逻辑控制器能够参照烟雾及过热信息,自行执行控温除火,然后发送警告及停机指令。
控制系统:
集中自动运行,单自动操作,单手操作三种工作模式。
(1)集中自动操作:
在收到系统的开车和停车指令时,控制器会遵循所设定的先后次序逐级执行各环节操作。
(2)单自动操作:
通过人工手动执行完成生产中系统发出的指令,开车及停车指令。
依旧保持所有功能的操作,同时,主信息监测系统。
主要用于调试和维修设备,也可作为正常操作的生产模式。
(3)单手动操作:
本地操作控制盒的方式,安装在现场设备,手动操作,无阻塞,主要是用于测试。
系统的显示报警功能主要由以下三部分组成。
(1)各故障的显示及报警,故障性质的识别。
(2)模拟信号的显示和报警,如电压,电流,速度,温度等。
(3)文字符号的表示:
把各种故障信息利用字符间的转换,转换成文字字符形式显示出来。
综上所述,监控系统具有以下特点:
(1)先进的控制,实时性强,可靠性高,使用,快速的数据处理。
(2)采纳整体布局的控制构造,使用可靠性相对比较稳定。
当地面控制部分出现故障,地下部分可以实现集中控制操作。
(3)通信网络的速度,距离,可靠性高。
(4)友好和直观的界面,易于操作,功能齐全。
(5)降低了布线成本,使布线更方便,并大大降低电缆的用量;(6)检查维修便利,运转更加经济节省,再增添控
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