机电一体化核心技术优质毕业设计完整版.doc

滨州职业学院毕业设计题 目 PLC皮带集中控制系统设计 学 生 刘新利 学 号 专业班级 机电一体化技术 部门名称 电气工程学院 指导老师 王新 二一三年五月二十日滨州职业学院毕业设计任务书 机电一体化技术专业 10 年级 4 月 15日同意 专业责任人：曹艳艳 发放经手人：王新 1毕业设计题目：PLC皮带集中控制系统设计2学生完成全部任务期限： 年 6 月 20 日3任务要求：1 了解煤矿皮带运输系统运行工艺；2 针对某一煤矿皮带运输实际情况，设计一个基于PLC皮带集中控制系统；3 用AUTOCAD绘制系统相关图纸；4 用PLC语言编制控制系统软件4发出日期：4 月15日 指 导 教 师： 王新 （署名）学生： 刘新利 （署名）滨州职业学院学生毕业设计进程表学生姓名：刘新利 学号: 专业年级：10机电一体化一班 指导老师: 王建 论文设计题目：PLC皮带集中控制系统设计序号日期工作安排要求1.4上旬提出毕业设计初步设想符合实际2.4上旬搜集、整理和毕业设计或论文相关资料明确任务，初步理清思绪3.5上旬毕业设计早期框架构建思绪清楚，层次分明4.5中旬毕业设计撰写（作品设计）按要求和规范认真撰写5.5下旬向指导老师报送毕业设计初稿或作品按时6.6中旬指导老师批阅和修改毕业设计初稿7.6下旬按老师要求完成毕业设计最终稿，装订成册按要求完成8.7毕业答辩做好准备9滨州职业学院毕业设计中期检验记录表学生姓名：刘新利 学号： 专业年级：10机电一体化一班指导老师： 王建 毕业设计题目：PLC皮带集中控制系统设序号日期指导、检验内容学生署名1刘新利2刘新利3刘新利4刘新利5刘新利6刘新利7刘新利8刘新利9刘新利10刘新利注：日期和指导、检验内容由指导老师填写。摘 要煤矿运输系统对确保矿井正常生产起着很关键作用。为了确保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需。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技术为关键集中控制系统，提升了运输系统监测和控制水平。文中首先介绍了此次设计背景，然后设计了胶带输送机集中控制系统结构和应含有控制功效，参数检测和故障保护装置，确定了各故障检测传感器类型及安装位置。在此基础上采取SIEMENSS7-300系列PLC对系统进行硬件和软件设计，其中包含PLC模块配置及外部连线，梯形图程序设计。最终提出PLC控制系统关键干扰源，并设计了抗干扰方法。关键词：胶带输送机； S7-300； 集中控制系统目 录1 绪论71.1 概述71.2 胶带输送机集中控制系统71.2.1 胶带输送机集中控制系统关键性71.2.2 集中控制系统发展及存在问题81.3 本课题研究关键内容92 胶带机集中控制系统总体设计102.1 课题背景介绍102.2 胶带输送机集中控制系统功效设计112.3 胶带输送机集中控制系统结构设计122.4胶带输送机集中控制系统设备组成142.4.1 胶带输送机142.4.2 PLC简述152.4.3 人机界面HMI193 胶带输送机集控系统硬件设计213.1 SIMATIC S7-300 PLC介绍213.1.1 SIMATIC S7-300 PLC介绍213.1.2 模块安装233.2 集控系统PLC设计233.2.1 CPU选择233.2.2数字量模块选择264 胶带集中控制系统软件设计304.1 集中控制步骤图304.2 系统软件实现314.2.1 控制方法选择314.2.2 模拟量处理335 总结34参考文件:36致 谢371 绪论1.1 概述煤炭运输是煤炭生产过程中不可缺乏一部分。矿井中，运输线路比较长，巷道条件多个多样，运输若不通畅，采掘工作或是其它工作全部无法进行，整个煤炭生产系统将处于瘫痪状态。矿井运输机械类型很多，按运行方法不一样，可分为连续运行和往返运行两种。连续运行式运输设备特点是，一经开动就不需操作而连续运行。一般胶带机、钢绳芯胶带输送机、钢绳牵引胶带输送机等均属于这类运输设备。往返运行式运输设备特点是，在运行区间，以一定方法，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这类运输设备。伴随科学技术不停发展，矿井生产规模不停扩大，运输系统也经历了不停变革和进步，并以煤流运输连续化（输送机化），设备大型化（使用长运距、大运行、高运速、大功率输送机）、自动化、高可靠性和安全性能来确保矿井连续、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煤流运输系统，所以它内部基础运输单元就是单台胶带机。胶带输送机是选煤广关键运输设备，它可用于物料水平或倾斜运输上。因为胶带输送机输送能力改变范围大、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，所以含有适应性强、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关键性矿井胶带运输系统是原煤运输唯一路径，是矿井生产关键步骤，所以它安全高效运行受到很大程度重视。因为矿井胶带运输系统分布广、信息分散和控制要求高特点，伴随矿井生产规模不停扩大，和技术水平不停提升，现代化矿井也需要现代化管理，所以对胶带运输系统控制和管理提出了更高要求。以往对胶带输送机全部采取人工就地分台控制，即每台输送机控制均由一名司机就地操作，这是一个最原始控制方法。这种控制方法是直接操作输送机控制开关，操作最简单，不增加任何控制元器件，维护工作较少，但需要人员太多，并因每个司机思想素质和技术素质不等常有以外事故发生，影响生产正常进行。而集中控制方法，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。这不仅节省了大量司机人员，也为立即发觉故障，缩短停产时间和综合自动化发明了条件。现在，已经成为矿井胶带运输关键控制方法。1.2.2 集中控制系统发展及存在问题在煤矿中，煤流运输通常在几百米到十几公里之间，所以它运输系统要有多台胶带输送机、给煤机、煤仓等组成，协调配合完成长距离运输任务。为确保运输系统安全可靠，提升运输效率，对其进行完善管理和监控是现代矿井煤流运输迫切需要一项技术。伴随矿井功效和规模不停扩大，计算机技术、网络技术、新工业控制器技术等新技术应用，对胶带输送机集中控制系统也得到了飞速发展。从单台控制系统到多台集中控制系统，有价格相对较贵PLC组成系统和低廉单片机应用系统。现在，即使市场上有着各式各样方案组成集控系统，但发展方向是一致，那就是朝自动化、智能化、信息化方向发展。皮带机综合自动化控制是整个矿井实现自动控制关键组成部分。现在对胶带输送机集中控制系统存在关键问题有：(1)在安全保护方面，为提升胶带输送机运行可靠性，安全性，降低故障，提升效率，多个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，不过这些系统是相互独立。(2)故障检测系统误报率高。误报将造成胶带输送机不应有停机，使全矿井停产，对矿井生产造成极大影响。(3)皮带机控制、运行、保护等信息不能很好和矿井其它控制系统共享，不能和整个矿井信息系统集成。视频监视系统不规范，没有语音通讯功效，不能实现无人值守。1.3 本课题研究关键内容矿井生产自动化已经成为一个趋势，怎样愈加好实现矿井运输系统集中安全控制管理是现在迫切处理问题。而皮带机集中控制系统可实现对整个皮带机运输系统遥测、遥信、遥控，提升生产效率、降低事故率，降低故障处理时间、降低现场操作人员、提升经济效益。本论文正是以此为目标，以新疆哈密煤矿主斜井和地面胶带输送机为背景，设计一个基于PLC运输皮带和给煤机集中控制系统。此次设计关键内容以下：(1)对胶带运输控制系统概述。(2)以煤矿主斜井和地面胶带输送机为背景，概述胶带输送机集中控制系统功效，设计其系统结构，讨论要监控故障对象、传感器配置及对故障处理方法。 (3)胶带集控系统硬件设计，进行S7-300 PLC模块选型和外部连线设计。为了使集控系统愈加完善，实现控制可观化、清楚化，加入了触摸屏设计。它能够实时显示系统运行情况和多种故障情况，进行立即报警显示和统计。(4)进行系统软件设计，实现系统功效。2 胶带机集中控制系统总体设计2.1 课题背景介绍通常中型煤矿，采取带式运输机作为关键运输方法，其主运输系统包含主提升带式输送机、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。各条皮带机全部由一台电动机驱动，正常运行速度为2m/s，其中振动筛为双层，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。其工艺步骤图图2.1所表示。其中箭头指示煤流方向。图2.1 运输工艺步骤图图所表示，煤炭从井底煤仓经给煤机运到主提升皮带，经过主斜井中主提升皮带运至地面，经地面走廊皮带输送机转运到振动筛，振动筛为双层，经筛分后分成大块煤、中块煤和末煤三种。大块煤经大块皮带到大块煤仓，中块煤经中块皮带运到中块煤仓，而末煤先经过过桥皮带转运，再利用过桥皮带机尾分煤挡板分到两条末煤刮板输送机上，运输到各自煤仓，其分煤挡板是固定。本矿井皮带运输系统控制采取继电器控制，可靠性差、体积大、故障率高、劳动强度较大。其控制方法有两种：集中手动控制和就地控制，没有集中自动控制，全部控制全部由人来操作。集中控制室设在选煤楼振动筛周围，由控制柜、操作台和触摸屏组成。皮带机控制经过操作台上对应启停按钮集中控制，触摸屏实时显示皮带运行状态和故障状态集、故障位置。各皮带机机头或机尾全部设置就地控制箱，在检修或特殊情况下进行现场就地启停控制。皮带按逆煤流开启，顺煤流停车。开启次序为：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；停止次序和此相反。每一条皮带安排一人专门负责巡视，劳动量大、效率低。2.2 胶带输送机集中控制系统功效设计本胶带输送机集中控制系统含有功效以下所述：1) 本系统有集控、就地、检修三种工作模式。通常系统运行在集控工作模式下，当组成生产流水线时，本机依据前后闭锁关系自动启停，同时检测各检测保护设备情况；运行就地工作模式时，操作员手动操作按钮开启/停止胶带机，但全部保护设备均投入使用；运行检修工作模式时，操作员手动开启/停止胶带，保护设备可有选择性投入使用，在检修模式下，我们使胶带低速运行。工作方法改变，只有在胶带输送机不转时进行，胶带输送机运作时，不能改变其工作方法；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，这时复位指令能够清除故障保持信号；3）皮带输送机根据逆煤流开启，顺煤流延时停车，并含有闭锁功效；4) 系统含有胶带机低速打滑、机头堆煤、超温洒水、烟雾、滚筒超温、沿线急停和跑偏等多个保护。下面简单介绍它们信号发生后动作情况：a.拉线开关：信号发出后立即发出急停指令，系统能够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，实施堆煤声光报警指令和急停指令。c.跑偏：信号发出后，实施跑偏声光报警指令，此为一级动作，当报警时间超出一定时间段时，同时再实施急停指令，此为二级动作。d.打滑；信号发出后，实施打滑声光报警指令, 再实施急停指令。e.超速：信号发出后，实施超速声光报警和急停指令。f.断带：信号发出后，实施断带声光报警和急停指令。g.纵撕：信号发出后，实施纵撕声光报警和急停指令。h.滚筒超温：信号发出后，实施滚筒超温声光报警、洒水指令和急停指令。i.烟雾：信号发出后，实施烟雾声光报警、洒水指令和急停指令。5) 对设备故障和工艺参数异常实时报警，并进行声光提醒，系统状态对位显示，更便于维护。6) 可和工业电视系统配合，实时监视皮带机关键部位运行情况，以确保人员及设备安全；含有喊话、打点通讯功效，基础实现无人值守。7) 胶带运输机就地控制箱上设启停、起动预警按钮，设备开启前发出预警信号，提醒相关人员应立即远离设备；现场可随时停车，若设备由集控开启，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）含有联网功效，能和全矿井自动化监控系统可靠联接、实现全局监控。2.3 胶带输送机集中控制系统结构设计此次设计中需要集中控制皮带共有7条，各条皮带分布较广，现场控制点分散，而且现场环境比较恶劣。所以，系统结构采取PROFIBUS-DP现场总线技术，组成主从系统结构。依据工艺步骤划分，系统以PLC为控制主站，以每条皮带就地箱配置远程I/O ET200M为从站，共设7个从站，这么就节省了大量电缆等材料。本系统由集中控制台、PLC控制柜、触摸屏、就地箱、多种保护传感器及实施器组成。完成一个系统内多条皮带多个设备全过程控制、监测，组成一个完善集中控制系统。其系统结构图2.2所表示。图2.2 系统结构图以SIEMENS企业S7-300系列PLC作为关键控制器件，含有防潮、抗干扰能力强、易扩展，基础免维护，实现和上位机通信，以循环扫描方法，检测传感器及被控设备信号，发出程序指令，完成对皮带机集中监控，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、变压器及多种模块组成；集中控制台和触摸屏是人机交流界面，控制台面板上有各条皮带机起停控制按钮，总启、总停按钮，起车预警按钮、集控/就地/检修工作方法转换开关，系统紧急停车按钮；触摸屏则具体显示各条皮带及给煤机运行情况，同时也显示出全部皮带上多种保护传感器动作情况、故障位置等。就地控制箱上有控制皮带开启、停止按钮，急停按钮，内部配SIMATIC ET200M远程I/O，完成现场皮带数据采集和控制。每个远程I/O站能够处理256个开关量或64个模拟量，它和CPU通信速率最高可达12Mbps，通信距离最远可达1200米。ET200M 远程单元经过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组成胶带输送机集中控制系统关键由PLC、人机界面等组成，它关键控制胶带输送机、多种参数检测和故障保护装置，将多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具体介绍。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连续运输机械，又称为胶带输送机，它在矿山物料运输，尤其是煤输送方面得到了广泛应用。带式输送机关键由以下多个关键部件组成：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。胶带输送机基木结构见图2.3所表示。胶带1绕过传动滚筒2及尾部滚筒3形成无级循环牵引机构，在滚筒2和3之间机架上按一定距离安装着托辊4和5，用来支承载有物料胶带段(重段)和回空胶带段(空段)，传动滚筒由电动机经过减速器带动，胶带和滚筒之间摩擦力使胶带移动，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作用下卸到排料漏斗8(卸料装置)中。小车和系在它上面重物是胶带输送机拉紧装置，它作用是经过安装在小车上尾部滚筒使胶带处于张紧状态。这么，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。它上下两股胶带分别由上下托辊来支承。胶带机传动装置通常在输送带头部、中部或是尾部，它是带式输送机关键组成部分。传动装置通常由驱动装置和传动滚筒组成。驱动装置通常采取电动机、液力偶合器、减速器及制动轮、传动滚筒组成。输送机驱动有单滚筒驱动和多滚筒驱动，通常常采取单滚筒驱动，功率大时可采取多滚筒驱动。多滚筒驱动优点就是能够传输较大功率，带动较大负载，并能降低输送带张力；其缺点就是可能会出现功率不平衡问题，从而增加了电动机备用功率。本项目标胶带输送机全部采取一台电机单滚筒驱动。胶带输送机向上运输物料倾角不能过大，运输煤炭时倾角通常为18O2lO。向下运输倾角通常在150以下。超出这些数值，运输物料和胶带之间就会有相对运动，使物料下滑。所以，在输送一样高度条件下，胶带输送机所需厂房面积或成长度较大。2.4.2 PLC简述 伴随微处理器、计算机和数字通信技术飞速发展，计算机控制已经广泛应用在全部工业领域。可编程序控制器（Programmable Logic Controll er）正是顺应这一时尚出现，它是以微处理器为基础通用工业控制装置。1987年，美国电气制造协会（NEMA）对可编程序控制器下了定义：可编程序控制器是一个带有指令存放器、数字或模拟输入输出接口，以位运算为主，能完成逻辑、次序、定时、计数和算术运算功效，用于控制机器和生产过程自动控制装置。可编程序控制器简称PLC，它应用面广、功效强大、使用方便，已经成为现代工业自动化关键支柱之一。PLC已经广泛地应用在多种机械设备和生产过程自动控制系统中，PLC在其它领域，比如在民用和家庭自动化设备中应用也得到了快速发展。1、 PLC 系统组成PLC硬件系统由CPU、I/O扩展机及外部设备组成。图2.3.9所表示。西门子PLC以其极高性能价格比，在中国占有很大市场份额，在中国各行各业得到了广泛应用。此次设计所采取S7300属于模块式PLC，关键由机架、CPU模块、信号模块、功效模块、接口模块、通信处理器、电源模块和编程设备组成，多种模块安装到机架上。经过CPU模块或通信模块上通信接口，PLC被连接到通信网络上，能够和计算机、其它PLC或其它设备通信。和继电器控制系统相比，PLC能够认为是由输入部分、控制部分和输出部分等组成，但它是采取大规模集成电路微处理器和存放器来替换继电器控制线路，控制作用是经过编制好并存入内存程序来实现。我们能够认为PLC等效电路以下：输入部分：用于接收外部输入信号，和外部输入设备连接。能够等效为一个受控于外部用户输入设备继电器线圈（输入继电器）。控制部分：等效于一个受控于内部逻辑一个线圈，接点可用于驱动外部输出设备继电器。输出部分：用于和外部输出设备连接。电源扩展机架接触器电磁阀电 源 模 块接 口 模 块输入模块输出模块CPU模块通信接口其它设备其它PLC计算机选择开关指示灯限位开关电源按钮图2.10 PLC控制系统示意图2、PLC工作原理CPU中程序分为操作系统和用户程序。操作系统用来处理PLC开启、刷新输入/输出过程映像区、调用用户程序、处理中止和错误、管理存放区和通信等任务。用户程序由用户生成，用来实现用户要求自动化任务。STEP7将用户编写程序和程序所需数据放置在块中，功效块FB和功效FC相当于用户编写子程序，系统功效SFC系统功效块SFB是操作系统提供给用户使用标准子程序，这些块也通称为逻辑块。PLC采取循环实施用户程序方法，这种运行方法也称为扫描工作方法。OB1是用于循环处理组织块，相当于用户程序主程序，它能够调用其它块，或被中止程序（组织块）中止。PLC得电或由STOP模式切换到RUN模式时，CPU实施开启操作，清除没有保持功效位存放器、定时器和计数器，清除中止堆栈和块堆栈内容，复位保留硬件中止等。另外还要实施一次用户编写“系统开启组织块”OB100，完成用户指定初始化操作，以后将进入周期性循环运行。循环程序处理过程能够被一些事件中止，假如有中止事件出现，目前实施块将停止实施，并调用分配给该事件组织块。该组织块实施完成后，被中止块将从被中止地方开始继续实施。在PLC存放器中，设置了一片区域用来存放输入信号和输出信号状态，它们分别存放在输入过程映像区和输出过程映像区。PLC梯形图中其它编程元件也有对应映像存放区。在循环程序处理中，CPU并不直接访问I/O模块中输入地址区域和输出地址区域，而是访问CPU内部过程映像区。在读输入模块阶段，PLC将全部外部输入电路接通/断开状态读如输入过程映像区。在写输出模块阶段，CPU将输出过程映像区状态传给输出模块。在程序实施阶段，即使外部输入信号状态发生了改变，输入过程映像位状态也随之而变，输入信号改变了状态字能在下一个循环扫描周期读输入模块阶段被读入。PLC用户程序由若干条指令组成，指令在存放器中次序排列。在没有跳转指令和块调用指令时，CPU从第一条指令开始，逐条次序实施用户程序，直到用户程序结束。在实施指令时，从输入过程映像区或别存放区中将相关编程元件0、1状态读出来，并依据指令要求实施对应逻辑运算，运算结果写入到对应存放区中，所以，各编程元件存放区（输入过程映像区除外）内容将伴随程序实施而改变。图2.11 PLC对输入输出处理规则 3、PLC特点 1)灵活、通用 在继电器控制系统中，使用控制装置是大量继电器，整个系统是依据设计好电气控制图，由人工经过布线、焊接、固定等手段组装完成，其过程费时费力。假如因为工艺上少许改变，需要改变电气控制系统时，原先整个电气控制系统将被全部拆除，而重新进行布线、焊接、固定等工作，花费大量人力、物力、和时间。而PLC是经过在存放器中程序实现控制功效，若控制功效需要改变，只需修改程序及少许接线即可。而且，同一台PLC还可用于不一样控制对象，经过改变软件则可实现不一样控制控制要求。所以，PLC含有很大灵活性和通用性，结构形式多样化，能够适适用于多种不一样规模、不一样工业控制要求。2)可靠性高、抗干扰能力强可靠性是工业控制器件关键指标。所以，要求在多种恶劣工作环境和条件(如电磁干扰、灰尘等)下可靠工作，将故障率降至最低。PLC含有很高可靠性和抗干扰能力，不会出现继电器一接触器控制系统中接线老化、脱焊、触点电弧等现象，故被称为“专为适应恶劣工业环境而设计计算机”。3)编程简单、使用方便 PLC采取面向控制过程、面向问题“自然语言”编程，轻易掌握。现在，PLC大多采取梯形图语言编程方法，它既继承了继电器控制线路清楚直观感，又考虑到电气技术人员读图习惯和应用实际，电气技术人员易于编程，程序修改灵活方便。这种面向控制过程、面向问题编程方法，和汇编语言相比，即使增加了解释程序和程序实施时间，但对大多数机电控制设备来说，PLC控制速度还是足够快。另外，PLCI/O接口可直接和控制现场用户设备联接。如继电器、接触器、电磁阀等联接，含有较强驱动能力。 4)接线简单 PLC只需将输入设备(如按钮、开关等)和输入端子联接，将输出设备(如接触器、电磁阀等)和输出端子联接。接线极其简单、工作量极少。 5)功效强 PLC不仅含有条件控制、定时、计数、步进等控制功效，而且还能完成A/D. D/A转换、数字运算和数据处理和通信联网、生产过程监控等。所以，PLC既可对开关量进行控制，又可对模拟量进行控制。可控制一台单机、一条生产线，也可控制一个机群、多条生产线。可用于现场控制，也可用于远距离控制。可控制简单系统，又可控制复杂系统。 6)体积小、重量轻、易于实现机电一体化 PLC含有体积小、重量轻、功耗低等特点。因为PLC是专为工业控制而设计专用计算机，其结构紧凑、坚固耐用，和有很强可靠性和抗干扰能力，易于嵌入机械设备内部。所以，PLC在机电一体化产品中被广泛应用。2.4.3 人机界面HMI人机界面是操作人员和PLC之间进行对话和相互作用接口设备。多年来人机界面应用越来越广泛，已经成为现代工业控制系统不可缺乏设备之一。这里我们选择触摸屏和操作台。触摸屏用来监视带式输送机运行工况。触摸屏能够监视带式机速度、拉线急停和跑偏开关动作位置等多种保护情况和显示带式输送机正常运行工况和多种故障状态。经过操作台多种控制按钮，能够进行工作方法选择和就地控制带式输送机。图2.12和图2.13分别是此次设计操作台、就地控制箱面板。 图2.12 操作台触摸屏技术就是使用者只要用手指轻轻地触碰计算机显示器上图符或文字，就能实现对主机操作或查询，这么就摆脱了键盘和鼠标操作，从而大大地提升了计算机可操作性。触摸屏是一个最直观操作设备，只要触摸屏幕上图形对象，计算机便会实施对应操作。触摸屏含有方便直观、图像清楚、坚固耐用和节省空间等优点。在触摸屏上，我们关键显示皮带运行情况和给煤机运行信号，胶带速度和各个故障状态及故障出现具体位置，同时也能够查询到各皮带滚筒温度，以实时监测皮带，降低故障查找步骤，提升工作效率。3 胶带输送机集控系统硬件设计3.1 SIMATIC S7-300 PLC介绍3.1.1 SIMATIC S7-300 PLC介绍 SIMATIC S7300系列PLC是模块化结构设计，各个单独模块之间能够进行单独组合和扩展，从而使控制系统设计愈加灵活满足不一样应用需求。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。经过PROFIBUS电缆能够实现S7-300 CPU之间通讯，和和其它SIMATIC S7 PLC进行通讯。一根PROFIBUS总线电缆能够连接多个S7-300。S7-300 PLC关键组成部分有导轨（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）、功效模块（FM）等。它经过MPI网接口直接和编程器PG、操作员面板OP、和其它S7 PLC相连。图3.1 PLC系统组成图导轨（RACK）：导轨是安装S7-300各类模块机架，它是特制不锈钢异型板，其长度有160、482、530、830、（mm）五种，可依据实际需要选择。电源模块、CPU、及其它信号模块全部可方便地安装在导轨上。除CPU模块外，每块信号模块全部带有总线处理器，安装时先将总线连接器装在CPU模块并固定在导轨上，然后依次将各模块装入，经过背板总线将各模块从物理上和电气上连接起来。电源模块（PS）：电源模块用于将SIMATIC S7-300连接到120/230V交流电源和24/48/60/110V直流电源。它和CPU模块和其它信号模块之间经过电缆连接，而不是经过背板总线连接。 中央处理单元模块（CPU）：SIMATIC S7-300提供了多个不一样性能CPU，以满足不一样用户需求，包含CPU312IFM、CPU313、CPU314、CPU315、CPU315- 2DP等。CPU模块除完成实施用户程序关键任务之外，还为S7-300背板总线提供5V直流电源，并经过MPI接口和其它中央处理器和编程装置通信。S7-300编程装置能够是西门子专用编程器，如PG705、PG720、PG740、PG760等，也能够用通用微机，配以STEP7软件包，并加MPI卡和MPI编程电缆组成。接口模块（IM）：接口模块用于多机架配置时连接主机架和扩展机架。S7-300经过分布式主机架和3个扩展机架，可操作多达32个模块。信号模块（SM）：信号模块使不一样过程信号电平和S7-300内部信号电平相匹配，关键有数字量输入模块SM321、数字量输出模块SM322、模拟量输入模块SM331、模拟量输出模块SM332.每个信号模块全部配有自编码螺紧型前连接器，外部过程信号能够方便地连接在信号模块前连接器上。尤其指出是，其模拟量输入模块独具特色，能够接入热电偶、热电阻、420mA电流、010V电压等18种不一样信号，输入量程范围很宽。功效模块（FM）：用于实时性强、存放计数量较大过程信号处理任务。如：快给进和慢给进驱动定位模块FM351、电子凸轮控制模块FM352、步进电机定位模块FM353、伺服电机位控模块FM354、智能位控制模块SINUMERIK FM-NC等。通信处理器（CP）是一个智能模块，它用于PLC间和PLC和其它装置间连网以实现数据共享。如：含有RS-232C接口CP340，和现场总线连网CP342 -5DP。3.1.2模块安装S7-300能够水平安装也能够垂直安装，其许可环境温度分别为040（垂直安装）和060。电源和CPU必需安装在导轨左侧（水平安装）或低部（垂直安装）。S7-300是模块化组合结构，依据应用对象不一样，可选择不一样型号和不一样数量模块，并能够将这些模块安装在同一个机架上（导轨）或多个机架上。除电源模块、CPU模块和接口模块外，一个机架上最多只能安装八个信号模块或功效模块。IM360/IM361接口模块用来将S7-300背板总线从一个机架连接到下一个机架。在使用扩展机架时，除了另需模块机架和接口模块以外，可能还需要另加电源模块。中央处理单元总是在0号机架2号槽位上，1号槽安装电源模块，3号槽总是安装接口模块，槽号4到11，可自由分配信号模块，功效模块和通信模块。需要注意是槽号是相正确，每一个机架导轨并不存在物理槽位。3.2 集控系统PLC设计3.2.1 CPU选择（1）I/O点数确实定 经过对各输入输出大略计算，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3. 2，3.3，3.4。 表3.2模拟量输入通道统计表模拟量输入通道数皮带机速度1*7滚筒温度1*7总计14表3.3数字量输入点数统计表数字量输入点数操作台控制方法选择3总开启按钮1总停止按钮1起车预警按钮1急停按钮1给煤机启停按钮2各皮带启停按钮14堆煤传感器1*7主提升、走廊皮带跑偏开关2*12其它皮带跑偏开关8*6纵撕传感器1*7烟雾传感器1*7走廊皮带拉线急停开关2主提升皮带拉线急停开关20其它皮带拉线急停开关1*5就地箱开启按钮1*7就地箱停止按钮1*7就地箱急停按钮1*7总计164表3.4数字量输出点数统计表数字量输出点数皮带电机开7洒水装置电磁阀7皮带电机关7警铃1给煤机开启、停止2状态指示灯10就地箱故障显示灯5*7总计69考虑到前面设计中I/O点数可能有疏漏，并考虑到I/O端分组情况和隔离和接地要求，应在统计后得出I/O总点数基础上，增加10到15裕量。考虑裕量后I/O总点数即为I/O点数估量值。选定PLC机型I/O能力极限值必需大于I/O点数估量值，并应尽可能避免使PLC能力靠近饱和，通常应留有30裕量。（2） 存放器容量选择PLCI/O点数估算值大小，在很大程度上反应了PLC系统功效要求，所以能够在I/O点数估算值基础上计算对PLC存放器容量需求。现在，大多用统计经验公式进行存放器容量估算。这种方法是以PLC处理每个信息量所需存放器数统计平均经验值为依据，乘以信息量数再考虑一定裕量计算得到存放器需要容量。作为通常应用下一个经验公式是：存放器容量其中：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点数估量值为1641.15=189，DO点数估量值为691.15=80，AI通道估量值为141.15=17个。所以存放器容量为:1.2(18910+695+17100)/1024=4.62KB工程实践中，大多采取粗略估算，加大裕量，实际选型时参考此值采取就高不就低标准。（3） 响应速度PLC是为工业自动化而设计通用控制器，不一样档次PLC响应速度通常能满足起应用范围内需要。假如要跨范围使用PLC，或应用中一些功效或信号有尤其速度要求时，确定PLC型号就应尤其慎重。经过上面计算，考虑系统通讯和冗余要求，选择SIMATIC S7-300系列中CPU315-2 DP是最适宜。其中最关键原因是CPU315-2 DP是S7-300系列中唯一带现场总线(PROFIBUS) SINEC L2-DP接口CPU模块。内置80KB RAM，随机存放器为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。3.2.2数字量模块选择1、数字量输入模块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数字信号电平转换成S7-300内部信号电平。数字量输入模块有直流输入方法和交流输入方法。直流输入模块各输入点所对应电路全部相同，它们有一个公共端子，即有一个公共汇入集点，所以直流输入方法又称为直流汇点输入方法。交直流输入模块各输入电路全部相同，但它们各个输入电路可能有一个公共端子，称为汇点输入方法；也可能没有公共端子，而是相互独立，互不影响，称为分隔式输入方法。输入信号进入模块后，通常全部经过光电隔离和滤波，然后才送至输入缓冲器等候CPU采样。采样时，信号经过背板总线进入到输入映像区。数字量输入模块SM321有四种型号模块可供选择，即直流16点输入，直流32点输入，交流16点输入，交流8点输入模块。模块每个输入点有一个绿色发光二极管显示输入状态，输入开关闭合即有输入电压时，二极管亮。输入模块选择时应注意以下几方面：a.依据现场设备和模块之间距离来选择模块电压水平，其传输距离不宜太远；b.模块同时接通点数不宜太多，通常来讲，同时接通点数不要超出输入点数60%；c.为提升控制系统可靠性，应考虑其门槛电平大小。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，此次设计中选择直流32点输入输入模块SM321（6ES7 321-1BL00-0AA0）。操作台输入开关量有23个点，远程I/O主提升皮带输入开关量有38个，其它皮带输入开关量点数全部少于20个。故操作台输入模块SM321选1块，主提升皮