基于PLC的皮带集中控制系统设计.pdf

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1、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。本文以新疆哈密煤矿主斜井及地面胶带输送机为背景，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

2、:胶带输送机；S7300；集中控制系统PLC 皮带控制系统是胶带运输机的自动化控制系统.可在矿山、港口码头、冶金、钢铁、建材等行业中使用的皮带机顺序控制及保护的智能控制系统，其通用性、适应性强,能够完成各种控制任务它能完成各种 传感器工作状态的监测、皮带及给煤机的电机起停控制、通讯、现场管理、集中监控，集控系统采用多台PLC组成控制系统和数据传输网络,可以组成不同的控制规模,每一台 PLC 又可以采用单独控制.由于采用网络系统，用户可以方便的对整个系统内的每一台设备进行管理。PLCPLC 皮带控制系统系统特点皮带控制系统系统特点PLC 皮带控制系统在组态系统时具有极大的灵活性，具有极强的处理能

3、力，以及大的 I/O 容量。适应性好可编程控制器是通过程序实现控制的。当控制要求发生变化时，只需改变程序即可。因此能灵活方便地进行系统配置，组成不同规模、不同功能的控制系统，适应能力非常强,即可控制一台单机，又可控制一条生产线，既可现场控制，又可远距离控制。功能强大：PLC 内部有丰富的软元件供您使用，可以很方便的进行程序修改,调整计时器、计数器的值来适应现场设备运行的要求.PLCPLC 皮带控制系统维护皮带控制系统维护程序直观、简单，面向用户，面向现场.程序编写简单易学，能够使具有一般电工知识的维护人员在很短时间内掌握。PLC 的基本免维护性，使工人从以前集成电路繁锁的检修、维护中解脱出来使

4、生产效率明显提高。PLC 为标准型号，在国内的许多大公司都有经销，价格比较统一，为今后的备件的配备提供了方便,用户可以摆脱以集成电路控制为主的产品备件的独家提供的被动局面（价格相当高）,降低了维护成本。PLCPLC 皮带控制系统皮带监测保护皮带控制系统皮带监测保护胶带跑偏保护可采用跑偏开关用于皮带运输跑偏监测和保护，成对使用。报警并可急停皮带(根据需要）。旋转探测仪（速度、打滑保护）采用速度传感器探测胶带输送机速度及加速度，实现超速打滑保护。（报警并急停皮带）急停双向拉绳开关控制急停的闭锁保护及故障识别，拉线急停闭锁开关，用于皮带沿线紧急闭锁保护。当闭锁开关动作,控制机报警并发出急停命令。1（

5、报警并急停皮带）皮带纵向撕裂保护纵向撕裂传感器安装在皮带下方,当皮带发生纵向撕裂故障时，煤落在传感器上面，传感器动作报警并急停。烟雾保护采用烟雾传感器,当皮带或煤有烟雾产生时，控制机显示、音响报警并启动洒水灭尘装置。该信号为锁存信号需要人为复位按钮来复位，再次报警时间为 30分钟.温度监测采用非接触式温度传感器来测量滚筒温度，并将它转换成电压信号，控制机根据所测量的温度与设定温度之比,来控制洒水装置灭火，同时显示报警和急停。自动洒水灭火灭尘采用自动灭尘灭火洒水装置,该装置由隔爆电磁阀、自动水阀、水管喷咀和阀门等组成。当控制系统根据保护温度、烟雾煤尘等多种传感器提供的信号，可控制电磁阀开启实现自

6、动洒水灭尘灭火。料流监测功能采用接触式料流传感器，可使皮带系统在自动状态下根据物料的情况起、停皮带,为矿方节省了电能。PLCPLC 皮带控制系统报警显示皮带控制系统报警显示状态显示在控制台上可显示各皮带、给煤机的启停状态、电源指示、松闸指示等.故障指示在控制台上可显示各皮带机跑偏、闭锁、纵撕、超温、打滑、烟雾、堆煤、洒水、电机故障等信号,可查询皮带保护点并显示。通讯及启动告警功能 系统配置扩音电话和起动前的语言告警装置。维修人员可通过皮带沿线设置的扩音电话与各皮带分站联系，故障保护时，系统通过沿线语言装置，进行语言报警，便于维修工查找故障点，节省故障查询时间。自动运行方式时，根据 PLC 内部

7、设定的程序自动起停设备；还可根据需要使设备单机运行，当对设备进行检修时还可将运行方式转换到检修状态，检修人员可通过机头、机尾安放的本安就地箱启停设备。1 1 绪论绪论1 1。1 1 皮带运输的发展概述皮带运输的发展概述利用皮带运输是煤炭生产过程中不可缺少的一部分。矿井中，皮带运输的线路很长，巷道条件有限，并且大多都采用继电器进行控制,出现故障也不好检2查，若运输不畅，采掘工作或其它工作都无法进行，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，按运输方式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、钢绳芯胶带机、钢绳牵引胶带运输机等

8、均属于此类运输设备。往返运行式设备的特点是：在运行区间，以一定的方式，做往返式周期性运，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,原有的继电器控制已经不能满足生产的需要，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、设备大型化、自动化、高可靠性与安全性来保证矿井的连续、高效生产.矿井皮带运输系统，是由多条皮带搭接而成或由煤仓转载形成的煤流系统，因此它内部形成的单元就是单台皮带机。皮带运输机是选煤厂的主要运输设备，它可用于物料的倾斜运输或水平运输.由于皮带运输机的运输能力变化范围大、运输距离长、载货和运输机间没有相对运

9、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，在选煤厂中得到了广泛应用。1 1。2 2 系统设计的背景及意义系统设计的背景及意义1。2.1 系统设计的背景目前，矿井皮带运输系统是原煤运输的唯一途径，还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。由于矿井皮带运输系统分布广,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管理，因此对皮带运输系统的控制和管理提出了更高的要求。以往对皮带运输机都采用人工分台就地控制，即每台运输机的控制都由一名人员就地控制，这是一种最原始的控制方

10、式。这种控制方式是直接操作运输机的控制开关,操作简单，不增加任何控制元件，维护工作较少，但需要人员较多，并且每个皮带工的思维及技术水平不一等常有意外事故发生，影响生产的正常运行。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，在控制室内集中操作,由一名操作人员完成即可。这样即节省了大量的人力资源，也为及时发现故障，缩短停产时间和提高自动化效率创造了条件。现在，已成为矿井煤炭运输的主要控制方式。3在煤矿中，煤流的运输一般在几百米到几十公里,因此它的运输系统要有多台皮带运输机、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，对其进行完整的管理和监控是现代矿

11、井煤流运输迫切需要的一项技术。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，对皮带运输机集中控制存在的主要问题有：（1）在安全保护方面，为提高皮带运输机的可靠性、安全性、减少故障、提高效率等多种检测方法已用于电动机、液力耦合器、减速器和皮带运行故障检测,但是这些系统是相互独立的。（2）故障检测系统误报率高。误报将造成皮带运输机不该有的停机,使得全矿井停产,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的其它控制系统共享，不能与整个矿井信息系统集成。视屏监控系统不规范，没有语音通讯功能,不能实现无人值守。随着矿井功能和规模的不断扩大，计算机技术、

12、网络技术、新的工业控制器技术等新技术的应用,将逐步取代继电器控制，给皮带运输的集中控制系统提供了发展空间。从单台控制系统到多台控制系统，有价格相对较贵的PLC 构成的系统和价格低廉的单片机系统应用。目前，虽然市场上有着各种各样的集控系统，但是都是朝着自动化、智能化、信息化方向发展。1.2.2 系统设计的意义采用 PLC 对皮带集中控制系统具有强大优势,这些优势体现在：1、高可靠性.由于工业生产过程是昼夜连续的，一般的生产装置要几个月甚至几年就大修一次,所以这就要求 PLC 具有较高的可靠性,告可靠性是 PLC 的最突出特点之一。PLC 采用微电子技术,所有 I/O 接口电路均采用光电隔离措施，

13、使工业现场的外电路与 PLC 内部电路之间在电气上隔离。大量的开关动作由无触点的半导体完成，另外还采用了屏蔽和抗干扰措施。它的平均故障间隔时间为 35 万个小时。2、丰富的 I/O 接口。由于工业控制机只是整个工业生产过程自动控制系统中的控制中枢,为了实现对工业生产过程的控制，它还必须与各种工业现场的设备相连才能完成控制任务。因此，PLC 除了具有计算机的基本功能（如CPU何存储器）以外,还有丰富的 I/O 接口模块与工业现场的器件或设备（如按钮、4行程开关、接近开关、传感器及变送器、电磁线圈、电动机启动器和控制阀等）直接相连。有些 PLC 还有通信模块和特殊功能模块等。3、灵活性。有了PLC

14、，电气工程师不必为每套设备配置专用装置。如果控制系统的硬件设备采用相同的PLC,只需编写不同的应用软件即可。而且可以用一台 PLC 控制几台操作完全不同的设备.4、采用模块化结构。为了适应各种工业控制的需要，除单元式的小型 PLC以外，绝大多数 PLC 都采用模块化的结构。PLC 的各个部件均采用模块化的设计，由机架及电缆将各模块连接起来。5、模拟调试。PLC 能对所控功能在实验室内进行模拟调试,缩短在现场的调试时间。6、对现场进行监视。在 PLC 系统中，操作人员能通过显示器观测到所控每个节点的运行情况，随时监视事故发生点。1.31.3 系统的任务及要实现的主要功能系统的任务及要实现的主要功

15、能本次课题任务是为了改变原有的继电器在皮带运输系统中的应用，而采用现代化可编程控制器 PLC进行控制，进行 S7300 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。进行系统的软件设计，实现系统功能。最后分析控制系统产生干扰的原因，提出对应抗干扰措施.采用可编程控制器 PLC对皮带集中控制系统可实现以下功能:（1）、智能控制：具有拟人的智力，在环境条件变化时能自主地完成控制目标的自动控制系统。(2）、顺序控制：按照规定的时间或逻辑的顺序，对某一工艺系统或主要辅机的多个终端控

16、制元件进行一系列操作的控制系统。3、监控：对装备及系统的工作状态不间断地实时监测,并根据反馈信息自动对系统中异常部位实施相应措施的闭合自动控制作用。2 2 皮带集中控制系统要求皮带集中控制系统要求2.12.1 系统控制工艺系统控制工艺5以某中型煤矿为例，采用带式运输机作为主要运输方式，其主运输系统包括主提升带式输送机、走廊带式输送机、振动筛、中煤块带式输送机、大煤块带式输送机、过桥带式输送机和末煤刮板输送机、煤仓等。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。其工艺流程图如图 2.1所示。其中箭头指示

17、煤流方向。如图21所示，煤炭从井底煤仓经给煤机运到主提升皮带，通过主斜井中的主提升皮带运至地面，经地面的走廊皮带输送机转运到振动筛，振动筛为双层，经筛后分为大块煤、中块煤和末煤三种。大块煤经大块皮带到大块煤仓,中块煤经中块皮带到中块煤仓,而末煤先通过过桥皮带转运，再利用过桥皮带机尾的分煤挡板分到两条末煤刮板输送机上,运输到各自的煤仓,其分煤挡板是固定的。本矿井皮带运输系统控制采用继电器控制,可靠性差、体积大、故障率高、劳动强度较大。其控制方式有两种：集中手动控制和就地控制,没有集中自动控制，所有的控制都由人来操作.集中控制室设在选煤楼振动筛的附近,由控制柜、操作台和触摸屏组成.皮带机的控制通过

18、操作台上对应的启停按钮集中控制，触摸屏实时显示皮带的运行状态和故障状态集、故障位置。各皮带机的机头或机尾都设置就地控制箱，在检修或特殊情况下进行现场的就地启停控制.皮带按逆煤流启动，顺煤流停车。启动顺序为：末煤刮板机、过桥皮带、大小块皮带、振动筛、走廊皮带、主提升皮带、给煤机；停止顺序与此相反。每一条皮带安排一人专门负责巡视,劳动量大、效率低。图 2-1 系统运输工艺流程图2 2。2 2 系统工艺控制要求系统工艺控制要求本皮带运输集中控制系统具有如下控制要求：本系统有集中、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

19、一般系统运行在集控工作模式下设备的状况；运行就地工作模式时，操作员手动操作按钮启动/停止皮带机，所有保护设备均投入使用；运行检修工作模式时，操作员手动单台启动/停止皮带,保护设备可有选择性的投入使用.在检修模式下，可将使皮带低速运行。工作方式的改变，只有在皮带输送机不转时进行；6皮带输送机运作时，不能改变其工作方式。（1）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.（2）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。（3）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

20、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：1）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。2）堆煤：信号发出后，执行堆煤声光报警指令和急停指令。3)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.4）打滑；信号发出后，执行打滑声光报警指令，再执行急停指令。5）超速:信号发出后，执行超速声光报警和急停指令。6）断带：信号发出后，执行断带声光报警和急停指令。7）纵撕：信号发出后，执行纵撕声光报警和急停指令。8）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

21、停指令.9）烟雾：信号发出后,执行烟雾声光报警、洒水指令和急停指令.（4）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.（5）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。(6）皮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。（7）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。3 3系统控制思想系统控制思想3.13.1 皮带输送

22、机控制系统结构设计方案皮带输送机控制系统结构设计方案7本次设计中需要集中控制的皮带共有7 条皮带，各皮带分部较广,现场控制点很分散，并且现场环境很恶劣。所以系统结构采用PROFIBUSDP 现场总线技术，组成主从系统结构。根据工艺流程规划，系统以PLC 为控制主站，以每条皮带就地箱配备的远程 I/O ET200M 为从站,共设 7 个从站,这样就节约了大量的电缆等材料。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3。1 所示。图 3-1 系统结构图以 SIEMENS

23、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 S7300 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

24、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 IM1532 总线接口模块连接到PROFIBUS 总线上。3.23.2 皮带输送机集中控制系统设备构成皮带输送机集中控制系统设备构成皮带运输机集中控制系统主要由PLC、人机界面等组成，它主要控制皮带输送机、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。下面我们对集中控制系统各部分进行详细的介绍.3。2.1皮

25、带运输机带式运输机是以皮带作为牵引机构和承载机构的连续运输机械、又称为皮带运输机，它在矿山的物料运输，特别是煤的运输方面得到了广泛运用。带式运输机主要由以下几种部件组成:传动装置、皮带、机架、滚筒、托辊、拉紧装置、清扫器、装料和卸料装置等。8皮带运输的基本结构见所示.胶带 1 绕过传动滚筒 2 及尾部滚筒 3 形成无极循环的牵引机构，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）加载在胶带上的物料就和胶带一起移动。当胶带绕过传

26、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运输机的拉紧装置，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

27、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18O-2lO。向下运输的倾角一般在 150 以下.超过这些数值,运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。3。2.2皮带运输机参数检测及故障保护装置设计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

28、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设计.1。跑偏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9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

29、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KG1007A2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

30、偏信号。跑偏开关速度传感器 KG1007A-2 型胶带防跑偏开关为本质安全型电气设备,使用于煤矿有瓦斯、矿尘爆炸危险的环境.它体积比较小、重量轻、密封性能好；触点动作后还留有较大的探杆转动缓冲角，探杆上装有尼龙滚动护套，避免探杆和胶带之间的磨擦，使本身不易损坏，输出开关量信号。它的转动角度可以通过改变微调开关的位置来改变。在此设计中，我们要求跑偏信号发出传送给PLC,一级跑偏时发出声光报警；二级跑偏时 PLC发出急停指令，语音报警,同时触摸屏故障位置指示灯亮并启动急停报警.KG1007A2型防跑偏开关技术参数如下所示：胶带跑偏开关型号：KG1007A2型外壳防护等级：IP54触点容量 AC38

31、0V、DC220V，5A,煤矿井下使用时必须和本质安全型电路连接探杆动作转动最大角度：大于70,双向转动触点动作时探杆转动角度：25（一级)40（二级)引入电缆外径:612mm,两个出线口重量:2kg 2。速度检测10检测胶带打滑、超速和断带故障，均需要知道胶带的运行速度，因此我们给每条皮带设置一个速度传感器来检测胶带的速度。本设计中，我们选用常州联力的 KJ5007A 型速度传感器,输出频率信号，幅值 5V,频率 f=200V（V 为胶带速度值),输出电流信号 420mA。其工作原理是：带式输送机运行时,速度检测传感器由紧贴胶带的滚轮带动转盘（带有齿槽）在光电传感器凹槽内转动，光电传感器光路

32、通断受齿槽控制，输出相应的方波频率信号,频率信号经整形放大后，再经频率/电压、电压/电流变换后输出 420mA 的电流信号。图 3.2 速度检测传感器部分电路方框图 3.打滑驱动滚筒打滑的原因是滚筒的摩擦牵引力降低、超载或带子被卡住。摩擦牵引力降低的原因是输送带或滚筒沾泥水、输送带张力下降。采用自动调整的拉紧装置是防止驱动滚筒打滑的有效方法。滚筒持续打滑得不到纠正，则会招致输送带着火,引起重大火灾事故。采用阻燃输送带,驱动滚筒持续打滑也会冒烟污染空气。因此设置打滑保护装置，自动监视调整或停止。4.超速当胶带负载忽然变轻或是胶带忽然断带时,胶带运行速度会马上升高.胶带一般正常运行速度是 2m/s

33、，如果速度太高，会对胶带旁边的矿工造成危险；同时若胶带旁边有锋锐的物体，可能会挂破胶带，造成重大事故。同上,我们在此设计中没有采用专门的超速传感器,通过胶带速度与设定值的比较，判定胶带是否超速运行。当胶带速度达到标准带速的 105%时，发出声光报警并命令皮带紧急停车，这里标准带速为 2m/s.5。断带从大量的断带事故分析可知,带式输送机断带原因大概有以下几种：(1)齿轮减速器损坏，液力耦合器喷液或电动机逆转；(2)输送带接头质量问题;（3)运输中因其他东西卷入而引起运输载荷突然增加；(4）启动和停车时应力变化大；（5）输送带自身质量不过关，输送带服务年限过长，输送带长时间超负荷运输,日常维护不

34、到位；（6)物料分配不均，输送带跑偏。为了防止由这些原因引起的断带事故，除了进行人为的检修和维护外,在输送机沿线上布置断带保护装置尤为重要。因为它可以避免突发事故，随时处于11待命状态。在滚筒实际转速不能确定的情况下，我们通过检测胶带线速度与滚筒额定线速度差确定是否断带，当差值大于设定值时，发出断带信号，命令皮带紧急停车，同时停给煤机，并发出声光报警。6。堆煤传感器当煤仓内有大煤块塞住煤仓漏口时，会使煤流阻在煤仓内，无法向胶带投放。由于煤仓特别大，如果没有人及时发现煤仓堆煤，煤在煤仓内会越堆越多，最后会迫使使用大量人力物力来挖除煤仓内阻塞的大量煤，同时将运输系统全部停下.这样不仅浪费时间降低工

35、作效率，同时也费用大量人力物力,提高煤的生产成本.因此加入堆煤传感器,及时报警危险煤位，处理煤仓内阻塞的煤.此设计中采用常州自动化研究所的物料探测传感器。KG1006 系列物料探测传感器包括 KG1006A 型和 KG1006C 型，适用于煤炭、冶金、化工、建材的功能行业恶劣环境，主要用途是监测料仓物料高度；检测输送机溜槽阻塞或转载点堆积。传感器可以延时动作，延时时间可调，避免由于大块物料撞击引起误动作。这里我们选用 KG1006A 型，输出触点容量是 AC220V,1A，电阻性负载;延时时间 0.460s 可调,瞬间复位,输出开关信号.堆煤传感器一般安装在机头下方适当的位置，且不易碰坏或被水

36、和煤尘污染的地方。应保证正常煤流时不误动作,机器振动不误动作，不因滴水或煤尘集聚而误动作，大块煤矸石碰撞后不能使其损坏.7。烟雾检测传感器由于打滑摩擦等原因,胶带机滚筒升高到一定温度时,会使胶带燃着，因此我们在滚筒处设置烟雾传感器,当烟雾浓度大于一定值时，发出报警信号。烟雾传感器可分为离子感烟式和光电感烟式两类，但不管是离子式还是光电式的,都有一个共同的特点，即机电一体化.目前，烟雾传感器大都采用金属镅的离子式探测器,由不锈钢的外壳构成。本设计采用常州自动化研究所的 KGN11型烟雾传感器，它为矿用本质安全型，用于监测煤矿井下因机械磨擦、电缆发热、煤层自然等原因引起的火灾事故，输出0/5mA的

37、开关量信号,红色LED电源指示，报警时闪烁，频率 1Hz。当检测到烟雾浓度超过设定值时，发出洒水指令，启动洒水装置对主滚筒进行降温灭火,并进行声光报警。烟雾传感器应悬挂在输送机头风流方向后2-3 米处,以保证主滚筒因摩擦产生烟雾时立即起作用。若风速超过 5m/s 时应安装防风罩,根据实际情况而定。为保证烟雾传感器正常工作，必须对其定期打扫和清洗。12 8.拉线急停开关在皮带输送机运行过程中,总有一些无法监测到而又非常恶劣的事情发生，当遇到这种紧急情况时,可以采用手动的拉线急停开关,使输送带紧急停车,避免发生重大事故。我们采用常州自动化研究所的KG9001AC型编码式拉绳急停闭锁开关，可用作输送

38、机沿线电缆接线盒,并具有故障位置识别电路,识别各种不同故障及故障发生的地点.沿输送机长度方向配置的跑偏、纵撕（或其它传感器)等保护装置和起动预告、打点联络用的信号器均可通过它们与监控系统连接。拉线急停开关沿输送机安装，一般每隔80100米按一个，应安装在易于观察到、易于操作的地方。烟雾传感器拉线急停开关KG9001AC 型拉线急停开关的技术参数如下所示：拉力15020N行程810mm复位形式人工复位工作电压DC1015V，煤矿井下使用时,必须与本质安全型电路连接工作电流监控状态下不大于 0。1mA；动态状态下不大于 40mA输出信号2 路集电极开路输出位置识别地址063引入电缆外径 KG900

39、1A-C两侧出线口（2 个）1520mm；下部出线口（4 个)612mm出厂时拉绳配置长度235m外壳防护等级IP54重量7。5kg 9、红外温度传感器由于滚筒和胶带的摩擦作用，当滚筒温度过高时，会使胶带燃着。因此，我们要及时监测滚筒温度，当温度达到一定值时报警。温度传感器从使用上可分为接触式和非接触式两大类，接触式目前使用较为广泛，而非接触式测量是通过检测被测物体所发出的红外线，来达到测温的目的。根据课题项目的具体要求,被测对象是一直转动的滚筒表面，接触式温度传感器测量起来误差太大，响应时间太长,温度变化的传递完全依靠空气为介质进行热交换,因而采用接触式测量不适用于该次设计，为此，选用了 R

40、AYTEK 非接触式红外热敏元件作为测温元件，温度传感器的输出信号为 010V 模拟量电压信号，测量范围为 3213535 度。它具有响应速度快,测量精度高，安装维护简便等特点。我们将检测到的红外温度与设定值比较，当温度大于设定值时，则发出报警指令，同时启动洒水阀洒水降温.一般我们的设定值要根据考虑周边情况,如：胶带的制作材料，燃点等。10.纵撕检测钢线芯带式输送机以其强度高、运量大和运距长等优点，受到各企业的青睐，也得到越来越广泛的应用。它之所以强度高是因为其内部纵向布置了许多钢丝绳，但是在其宽度上，抗拉强度是很低的。因此正因为这一特点，使其容易发生纵向撕裂事故,而且一旦事故发生，就会造成非

41、常重大的经济损失，即使能修补，也浪费很长的时间，给生产造成损失。纵向撕裂，其原因是多方面的,主要有：一些料棒插入到输送带中；大块长型矸石掉到输送带上；机架上某些固定件挂住输送带；各种铁丝钩住输送带等。就发生纵撕的地点来看,大部分是在装载处，因此纵撕检测传感器一般放在装载点前10m处。输送带纵撕事故如此严重，提出了多种检测和监视装置,下面我们收集多方面资料比较详细的介绍几种常见类型。由于输送带被撕裂后，表现特征各不相同,选用何种装置进行检测,要根据具体情况而定,一般要选用几种同时使用，以防范重大事故的发生。（1）漏料检测器.当输送带被撕裂后，物料会通过裂口掉到下面的托盘上，根据平衡原理，当物料重

42、量克服平衡锤的重量，使装置绕支点转动,迫使限位开关动作（图3-2）。这种检测装置结构比较简单,检查方便,但是，只有物料落下后才可检测到，当裂口因为拉力重合到一起，物料无法落下时，却无法检测的到.1回空带；2托盘;3支点:4平衡锤；5承载带图32（2）带宽检测器.它是利用与输送带边缘相接触的检测辊或是利用超音波距离测量来检测输送带宽度。这就避免了上面漏料检测器的失误。当输送带宽度变小时，两个检测辊之间的距离变小，通过万向节把撕带的信息传递给开关,开关控制电动机停机。此外，带宽检测装置和时间继电器配合使用，当接受到信号后，等待一段时间再发出动作指令，以区分是输送带撕裂或是撕边.（3）超声波检测器。

43、在输送带容易撕裂的地方的托辊之间安装能够产生超声波的波导管,使之产生超声波振荡，再通过检波器检波后发出。当输送带正常14运行时，超声波送波、受波正常，发出正常信号；如果输送带撕裂，波导管因弯曲而破坏，这时送波和受波状态不同，发出输送带纵向撕裂信号，使输送机停机，避免输送带纵向撕裂事故继续扩大.（4)振动检测器。它的激振器是一个偏心圆盘，布置在两个承载托辊之间的输送带上的无载边。在输送带的另一边安装振动接收器，它通过自由回转的辊轮和输送带接触.带式输送机运转时，偏心激振器使输送带产生横向强迫振动，振动接收器受输送带振动的作用，发出信号并输入放大器.当输送带发生纵向撕裂时,振动接收器再受振动的作用

44、，输出信号相应减弱，则放大器发出信号,继电器动作，带式输送机停机。在本设计中，选择使 DJSBA1 型纵撕传感器.DJSBA1 型纵撕传感器为矿用隔爆装本质安全型，适用于煤矿井下有瓦斯、煤尘爆炸性气体环境中。安装于输送机胶带下方，近落料点处。当胶带发生纵向撕裂时，物料洒落在传感器上面，物料超过设定重量（0.2kg)时，传感器发出动作信号送至主控系统，立即停车并声光报警。4 4 胶带输送机控制系统硬件选型胶带输送机控制系统硬件选型4.1 PLC4.1 PLC 硬件设计硬件设计SIMATIC S7 300 系列 PLC 是模块化结构设计，各个单独模块之间可以进行单独组合和扩展，从而使控制系统设计更

45、加灵活满足不同的应用需求。编程器 PG 用来为 S7-300 PLC 编制程序,使用编程电缆连接编程器和CPU。通过PROFIBUS 电缆可以实现 S7-300 CPU 之间的通讯，以及与其他 SIMATIC S7 PLC进行通讯。一根 PROFIBUS 总线电缆可以连接多个 S7-300。S7-300 PLC 的主要组成部分有导轨（RACK)、电源模块(PS)、中央处理单元模块(CPU）、接口模块(IM）、信号模块（SM）、功能模块（FM）。它通过 MPI 网的接口直接与编程器PG、操作员面板 OP 和其它 S7 PLC 相连.4。1.1 CPU 的选择（1）I/O 点数的确定经过对各输入输

46、出的大略计算，本设计中需要数字量输入164 点,数字量输出69 点，模拟量输入通道 14 路，其具体分配见表表 41 模拟量输入通道统计表15模拟量输入皮带机速度滚筒温度总计表 42 数字量输入点数统计表数字量输入控制方式选择总启动按钮操作台总停止按钮起车预警按钮急停按钮给煤机启停按钮各皮带启停按钮堆煤传感器主提升、走廊皮带跑偏开关其他皮带跑偏开关纵撕传感器烟雾传感器走廊皮带拉线急停开关主提升皮带拉线急停开关其他皮带拉线急停开关就地箱启动按钮就地箱停止按钮就地箱急停按钮总计表 43 数字量输出点数统计表数字量输出皮带电机开洒水装置电磁阀皮带电机关警铃16通道数7714点数31111214724

47、48772205777164点数7771给煤机启动、停止状态指示灯就地箱故障显示灯总计2103569考虑到前面的设计中 I/O 点数可能有疏漏，并考虑到I/O 端的分组情况以及隔离与接地要求，应在统计后得出的 I/O 总点数基础上，增加 10到 15的裕量。考虑裕量后的 I/O 总点数即为 I/O 点数估计值。选定的 PLC 机型的 I/O能力极限值必须大于 I/O 点数估计值，并应尽量避免使 PLC 能力接近饱和,一般应留有 30的裕量。（2）存储器容量选择PLC 的 I/O 点数估算值大小,在很大程度上反映了 PLC 系统的功能要求，因此可以在 I/O 点数估算值的基础上计算对 PLC 存

48、储器容量的需求。目前，大多用统计经验公式进行存储器容量估算。这种方法是以PLC 处理每个信息量所需存储器数的统计平均经验值为依据，乘以信息量数再考虑一定的裕量计算得到存储器需要容量。作为一般应用下的一种经验公式是：存储器容量其中:DI 为数字量输入总点数；DO 为数字量输出总点数；AI/O 为模拟量 I/O 通道总数。DI 点数估计值为 1641.15=189，DO 点数估计值为 691.15=80，AI 通道估1。2(18910+695+17100)/1024=4.62KB通过上面的计算，考虑系统通讯和冗余的要求，选用SIMATIC S7300 系列中的 CPU315-2 DP 是最合适的。

49、其中最主要的原因是 CPU315-2 DP 是 S7-300系列中唯一带现场总线(PROFIBUS)SINEC L2-DP 接口的 CPU 模块。内置 80KBRAM，随机存储器为 48KB，最大数字量 I/O 点数为 1024 个，最大模拟量 I/O通道数为 128 个.最大配置 4 个机架，32 块模块。满足设计需要。4.1。2 数字量模块选择计值为 141。15=17 个.所以存储器容量为:（3）响应速度 1。数字量输入模块的选择及外部连线数字量输入模块 SM321：数字量输入模块用于将现场过程送来的数字信号电17平转换成S7300内部信号电平。数字量输入模块有直流输入方式和交流输入方式

50、。直流输入模块各输入点所对应的电路都相同，它们有一个公共的端子,即有一个公共汇入集点，因此直流输入方式又称为直流汇点输入方式.交直流输入模块各输入电路都相同，但它们各个输入电路可能有一个公共端子，称为汇点输入方式;也可能没有公共端子，而是彼此独立，互不影响,称为分隔式输入方式。输入模块的选择时应注意以下几方面：a.根据现场设备与模块之间的距离来选择模块电压水平，其传输距离不宜太远；b.模块的同时接通点数不宜太多，一般来讲，同时接通点数不要超过输入点数的60;c.为提高控制系统的可靠性，应考虑其门槛电平的大小。门槛电平越高，抗干扰能力越强，传输距离也越远。综合考虑以上几点，本次设计中选用直流 3