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1、基于PLC的煤矿皮带控制系统摘 要为了保证煤矿井下运输系统的安全、高效、可靠运行，对井下皮带输送机进行自动控制对提高煤矿自动化管理水平具有重要意义。本设计在分析皮带输送机集中控制系统功能基础上，以S7-300型PLC为核心构造了单条皮带和单台给煤机的自动控制系统。该系统由操作台和PLC组成，操作台用来后台管理和实时显示运行信息，PLC主要来完成现场信号的采集和实时控制。本文首先介绍了皮带控制系统的构成和功能，分析皮带输送机常见故障类型及保护，确定控制系统的硬件结构并完成了设备选型，然后对系统进行软件设计；最后提出了皮带控制系统的抗干扰措施。关键词：煤矿；皮带；控制；PLCABSTRACTTo
2、ensure the operation in underground transport system reliable and safe in coal mine, it is very important to carry out automatic control of belt conveyor for raising the level of automatic management. On the basis of analyzing centralized control function of belt conveyor,we design the automatic con
3、trol system with the single belt and a single machine which based on S7-300 type PLC. The system is composed by the operation flat and the PLC, The operation flat is used to control flat and display running information real-time, and PLC is used to collect field information and control belt real-tim
4、e.In this paper, the composition and function of the belt control system is introduced firstly. Structure of hardware is confiremed and the equipment selection is also completed.Then the software design is conducted. At last,the anti-jamming measures of belt control system is represented.Keywords：co
5、al mine；belt conveyor；control；PLC目 录1绪论11.1概述11.2矿井皮带运输系统的意义11.3矿井皮带运输系统的控制要求21.4国内外的研究现状31.5本设计的主要内容42控制系统的功能及设备选型52.1 设备构成52.1.1带式输送机52.1.2故障检测及保护52.2.3 CST软启动122.1.4 人机界面HMI18142.2控制系统功能152.2.1起动流程152.2.2停机流程152.2.3皮带运输机之间联锁152.2.4皮带运输机与附属设备之间联锁152.2.5皮带运输线运行故障联锁及其处理163 基于PLC的皮带控制系统的硬件组态183.1PLC简
6、介183.1.1PLC组成183.1.2PLC特点193.1.3PLC应用领域203.1.4PLC的基本工作原理213.2控制系统的总体结构233.3控制系统的硬件组成253.3.1控制系统I/O点数的确定263.3.2PLC的硬件配置284基于PLC的皮带控制系统的软件设计344.1控制系统程序及工作方式344.2 系统软件实现354.2.1 控制方式选择354.2.2 各种常见故障的诊断374.3触摸屏的软件实现404.3.1触摸屏简介404.3.2触摸屏系统的设计415基于PLC的皮带控制系统的抗干扰措施445.1干扰和干扰源445.2系统抗干扰措施44参考文献48翻译部分50英文原文5
7、0中文译文59致谢66第66页河南理工大学2009届本科生毕业设计1绪论1.1概述煤炭运输是煤炭生产过程中不可缺少的一部分1。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。普通皮带机、钢绳芯皮带输送机、钢绳牵引皮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
8、发展，矿井生产规模的不断扩大，运输系统47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。正是在这种环境下，皮带输送机系统由于具有输送距离长、运量大、连续输送等优点，而且运行可靠，易于实现自动化和集中化控制，目前，特别是在高产高效矿井，它已成为煤炭开采机电一体化技术与装备的关键设备。1.2矿井皮带运输系统的意义矿井皮带运输系统，是由多条皮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皮带机。其具有以下特点：1）结构简单，安全可靠带式输送帆的结构由传动
9、滚筒。改向液简、托辊、驱动装置和输送机等几大组建，仅有10余种部件，能进行标准化生产,并可酸需蛰进行组合装配；它的驱动部件自重轻，耐瞻耐用，工作过程中噪声较小维修费用低；只要输送带不被撕破，就可安全使用几十年。2）适用范围广、输送能力大带式输送饥的输送带有各种宽度，其承裁断面有平型、槽型、波纹挡边型、管型等，因此可以输送各种粉料、散料、块料、矿石、各种生熟料，混凝土和包装好的成件物品，运量可从每小时几公斤引几万吨，在连续装载的条件下，能连续运输。井可在输送机的任何点上进行装、卸料，也可以在回程段上装、卸料。进行反向运输(钢丝绳牵引带式输送饥除外)这是机动车辆所望尘莫及的。3）对线路适应性强、运
10、距长槽型带式输送机可以在大转弯半径条件下，实现水平转弯。带式输送机的单机长度可达十几公里，且中间无需任何载点。能进行水平或倾斜输送，爬坡能力大。在输送机的中间使用摩擦驱动万式，可使输送机长度不受皮带强度的限制。4）基建投资省、运营费用低由于实用皮带运输机可以缩短运输距离，与机动车相比，无需道路建设投资，大大节省了基建成本。皮带运输机的磨损件仅为托辊、皮带，它们的使用寿命长，且皮带运输机自动化程度高，使用人员少，能耗低，因而营运费用低廉。带式输送机具有以上优良的性能，所以它在国民经济各个部门的企业中获得广泛的应用，近年来在矿山开采中皮带输送机已成为重要的组成合分，在矿山运输中发挥着十分重要的作用
11、，因此它的运输系统要有多台皮带输送机、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。1.3矿井皮带运输系统的控制要求由于运输系统是煤矿生产的大动脉，因此对系统的有很高的要求。 (1) 实现运输系统集中监控，实时监控设备状态和运行参数，并显示数据曲线，对重要信息在硬盘记录； (2) 控制方式分集控自动/集控手动/就地，三种方式可转换。正常生产时，使用集控自动方式，设备按工艺要求的顺序和流程由中央控制台自动启停；集控手动时，可在中央控制台操作各设备，无闭锁和联动关系；就地时，在现场操作； (3)
12、 启动设备前由集控台发预告信号，预告30秒后，若现场均满足集控自动启动条件，设备按顺序自动启动。现场可用停车钮停止启动过程； (4) 现场信号箱设起/停车按钮，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停号后，可作急停处理，实施故障停车操作； (5)装设拉线开关、跑偏保护、低速保护等，这些信号均接入集控系统，参加设备的紧急停车和闭锁停车； (6) 对设备故障和工艺参数的异常实时报警，并进行声光提示。一般故障只报警，现场非正常停车或严重故障时，故障设备及其上游设备紧急停车，下游设备顺煤流延时闭锁停车。1.4国内外的研究现状在80年代，国内开始了煤矿监测监控技术的研究，至今已得到了广泛
13、的应用和发展。随着新材料技术、电子传感技术、数字通信技术、控制技术、微计算机技术、软件技术和网络技术的迅速发展，监测监控技术从其通讯方式上划分，先后经历了三个阶段。第一阶段是每个传感器需一对传感线连接到地面的星型结构。第二阶段是在一对传感线上实现多路频率分割的载波传输。第三阶段是目前应用最多的中心站和分站之间的半双工时分总线方式。监测监控系统自中心站计算机向下，由接口装置、信号传输总线、井下分站和各类传感器、断电仪等组成。中心站计算机和各分站曾集散型积木结构。桌面部分有中心站计算机和交换机、交换机、集线器、双绞线、用户终端等组成实时快速100M以太网络或其它网络系统。目前国内KJ系列监测监控系
14、统大都缺乏统一标准。这主要表现在通讯协议、分站、传感器和断电仪等设备外围接口方面；另外是监测监控系统软件。为适应现代工业控制的实际需要，工业组态软件的开发和使用将成为今后计算机监控系统软件的主流。组态软件具有良好的开放性、交互性和灵活性，用户可以继承性的开发。煤矿综合自动化监测监控系统和专家分析系统已成为一种发展趋势。国外煤矿监控技术是20世纪60年代开始发展起来的，至今已有四代产品，基本上510年更新一代产品。从技术特性来看，主要是从信息传输方式的进步来划分监控系统发展阶段。80年代是计算机、大规模集成电路、数字通信等现代技术高速发展时期。由英国煤炭研究院推出的MINOS系统软件应用成功。美
15、国以其拥有的雄厚高科技优势，率先把计算机技术、大规模集成电路技术、数字通信技术等现代高新科技用于煤矿监控系统，使煤炭监控技术跻身于高科技之列。这就形成了以分布式微处理机为基础的第四代煤矿监控系统。其中有代表性的是美国MSA公司的DAN6400系统，其信息传输方式仍属时分制范畴，但用原来的一般时分制的概念已不足以反映这种高科技的特点3。1.5本设计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。本论文正是以此为目的，设计单条皮带和单台给煤机的监控系统。此监控系统是以西门子S7-200 PLC为核心，实现皮带输送机和给煤机多种工作方式下的
16、启停控制和各种故障监测的皮带运输监测控制系统。它主要内容如下：1)在分析煤矿井下皮带运输机控制系统的功能需求基础上，基于PLC构造单条皮带控制系统框图；2)基于单条皮带控制系统构造多条皮带集控系统框图；3)完成单条皮带控制系统设备选型及PLC编程；4)基于组态软件构造集控系统主机界面。2控制系统的功能及设备选型2.1 设备构成皮带输送机控制系统主要由PLC控制系统、人机界面等组成，它主要控制皮带输送机、各种故障检测和保护装置，将各种信息在触摸屏上集中显示。 下面对监控系统各部分进行详细的介绍。2.1.1带式输送机带式输送机是以皮带作为牵引机构和承载机构的连续运输机械，又称为皮带输送机，它在矿山
17、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：输送带、驱动装置、托辊、机架、拉紧装置、制动装置和清扫装置。皮带是经主动滚筒和机尾改向滚筒形成一个无极环行带。它上下的两股皮带分别由上下的托辊来支承。拉紧装置可以使皮带获得一定的张力，防止皮带松懈，引起不必要的麻烦。物料是经机尾装料口落到上股皮带上面，当皮带带着煤流运行到尾端时，自动将其卸落。主动滚筒与电机相连，当电机转动时，带动滚筒转动，皮带通过皮带和滚筒之间的摩擦力也被带动运行，从而实现运输功能。皮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
18、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。2.1.2故障检测及保护皮带铺设长度较长，特别是在井下，工作条件差，很容易引起损坏。主要有以下几种损伤形式和原因12：(1)转载机与带式输送机机尾搭接高度不够，或机尾缓冲托辊失去弹性，当大块的物料从转载机上落下，形成较大的冲击力而装破皮带的上覆盖层，甚至破断带芯，形成窟窿。特别是当物料中夹带尖锐物
19、体，很容易划破皮带，造成皮带纵斯。(2)当皮带跑偏，会引起皮带和机架摩擦，产生带边拉毛开裂，带边磨损后，水从破损处渗入，时间久了，帆布层会逐渐腐烂。(3)皮带搭接不符合要求。如果接头不齐，不平不直，造成皮带受力不均匀而破裂。(4)皮带制造质量差或使用保管不当，如地面使用的皮带，夏季长期在烈日下曝晒，冬季皮带表面积水结冰造成皮带皮质变硬使皮带提前老化。如果使用中皮带张紧力过大或皮带铺设距离太短，挠曲次数超过了极限值，也容易造成皮带提前老化损伤。带式输送机在输送过程中经常出现故障，除以上的一些原因外，还有许多其它的原因，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。下面简要介绍一
20、下带式输送机出现的一些常见故障。 1) 跑偏皮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。我们一般在机头、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型皮带防跑偏开
21、关，如图2.1.1所示，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。 2.1.1 跑偏开关 2.1.2 速度传感器KG1007A型皮带防跑偏开关为本质安全型电气设备，使用于煤矿有瓦斯尘爆炸危险的环境。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，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后，使PLC给CST发出急停指令，
22、同时触摸屏故障位置指示灯亮并启动急停报警。2) 速度检测检测皮带打滑、超速和断带故障，均需要知道皮带的运行速度，因此我们设置一个速度传感器来检测皮带的速度。本设计中，我们选用常州联力的KJ5007A型速度传感器，如图2.1.2所示，输出频率信号，幅值5V，频率f=200V(V为皮带速度值)，输出电流信号420mA。带式输送机运行时，速度检测传感器由紧贴皮带的滚轮带动转盘（带有齿槽）在光电传感器凹槽内转动，光电传感器光路通断受齿槽控制，输出相应的方波频率信号，频率信号再经频率/电压、电压/电流变换后输出420mA的电流信号，部分电路方框图如图2.1.3所示。图2.1.3 速度检测传感器部分电路方
23、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。在此设计中我们没有选用专门的打滑检测传感器，是通过检测皮带的速度，把皮带速度和滚筒速度做比较来实现的。理论上我们是将皮带的实际运行速度与滚筒实际速度作比较，但是实际上，在滚筒速度不容易获取的情况下，我们可让皮带实际速度与滚筒的额定转速比较，监测传动滚筒和输送带
24、之间的线速度之差，当检测到输送机速度滑差率大于或等于8%时，立即发出声光报警：当测得输送机速度滑差率大于或等于8%和运行时间大于或等于20秒时使带式输送机与给煤机紧急停车，并发出声光报警；或当测得输送机速度滑差率大于或等于12%和运行时间大于或等于5秒时使带式输送机与给煤机紧急停车，并发出声光报警。4） 超速当皮带负载忽然变轻或是皮带忽然断带时，皮带运行速度会马上升高。皮带一般正常运行速度是4.5m/s，如果速度太高，会对皮带旁边的矿工造成危险；同时若皮带旁边有锋锐的物体，可能会挂破皮带，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，通过皮带速度与设定值的比较，判定皮带是否超速运
25、行。当皮带速度达到标准带速的105%时，发出声光报警并命令CST紧急停车，这里标准带速为4.5m/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:(a)齿轮减速器损坏，液力耦合器喷液或电动机逆转；(b)输送带接头质量问题；(c)运输中因其他东西卷入而引起运输载荷突然增加；(d)启动和停车时应力变化大；(e)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，日常维护不到位；(f)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，随时处于待命状态。在滚筒实
26、际转速不能确定的情况下，我们通过检测皮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CST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，无法向皮带投放。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。此设计中我们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
27、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。堆煤传感器安装在带式输送机头部漏斗壁上，调节其固定位置，不要被煤流打到。7） 烟雾检测传感器 由于打滑摩擦等原因，皮带机滚筒升高到一定温度时，会使皮带燃着，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。烟雾传感器采用金属镅的离子式探测器，其阴极和阳极之
28、间为高电阻输出，一般大于101欧，输出电流只有1011A左右，只有用高电阻的静电计才能测出。烟雾传感器由不锈钢的外壳构成，当烟雾进入不锈钢外壳时，收集极电压将从4.5V下降，下降程度随浓度大小而变化。本设计我们采用常州自动化研究所的KGN1-1型烟雾传感器，如图2.1.4所示，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的开关量信号，红色LED电源指示，报警时闪烁，频率1Hz，同时我们开启撒水灭火装置。8） 拉线急停开关当遇到紧急情况时，可以采用手动的拉线急停开关，如图2.1.5所示，使输送带紧急停车，避免发生重大事故。我们采用常州自动
29、化研究所的KG9001A-C型编码式拉绳急停闭锁开关，可用作输送机沿线电缆接线盒，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。 图2.1.4 烟雾传感器图 2.1.5 拉线急停开关9） 红外温度传感器 由于滚筒和皮带的摩擦作用，当滚筒温度过高时，会使皮带燃着。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
30、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RAYTEK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-32535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：皮带的制作材料，燃点等。10） 定子温度检测定子超温一般从电和磁两方面来讲。从电的方面来说，主要原因是(1)电机长时间过
31、负荷；(2)线圈绕组中出现相间或匝间短路；(3)线圈绝缘层损伤；(4)内部放电；从磁的方面来说，主要原因是电磁磁耗、涡流损耗过大。当定子温度过高时，会使绝缘层破坏，造成短路。我们监测定子温度是通过在定子绕组中放入PT100热敏电阻来实现的。当环境温度变化时，热敏电阻的阻值变化，输出电流也随着变化。在第三章模拟量模块选择及连线中，我们将介绍PT100的接线。定子温度的比较值设定与绕组的绝缘材料等有关。11） 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
32、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，主要介绍几种常见类型。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
33、到下面的托盘上，根据平衡原理，当物料重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2.1.6）。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，就无法检测的到。1回空带；2托盘；3支点：4平衡锤；5承载带图2.1.6 漏料检测器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
34、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。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
35、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，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，我们选择使用安徽宝龙的BJSBA-1型纵撕传感器，输出开关量信号。2.1.3 CST软启动带式输送机正向高速度、大运量、大功率、长运距方向发展，三相交流异步电动机以运行可靠、控制方便和价格低廉等因素被广泛应用于带式输送机。但由于电机启动性能和调速性能差、启动转矩小，与带式输送机直接相连启动，会增加皮带的张力9。输送带是具有粘弹性的弹性体，带式输送机系统可以认为是弹簧一质量系统。由于电机速度快，且在重载和超载条件下工作，起动电流过大，对电网的冲击增大，压降增加，造
36、成起动困难；且电机直接起动，输送机起动加速度过大，胶带产生的动张力就越大，瞬间引起的冲击力也相当大，会加速托棍、滚筒及其它部件的损坏，缩短胶带的使用寿命；同时使输送带松边拉紧装置反应速度滞后，输送带的垂度加大，造成功率传递不平衡，起动不平稳。软起动技术是改善起动条件的主要手段。软起动技术是在一定的起动时间内，控制起动加速度，确保带式输送机按所要求的加速度曲线平稳起动，达到额定的运行速度，同时使电机的起动电流和输送带的起动张力控制在允许范围内。目前大型带式输送机可控启动装置主要有：液力词速装置、CST装置、液体粘性传动装置、变频调速装置、交流电机软启动装置等几种。CST（Controlled S
37、tart Transmission）可控启动装置是出自美国的一种为带式输送机设计使用的一套装置的总称。它是由多级齿轮减速器、湿式离合器及液压控制系统组成。CST系统的主体是一个可控无级变速的减速器，其基本原理是在一级行星传动中，用控制内圈转速的办法调节行星架输出的转速，使负载得到所需要的启动速度特性，减速特性，并能以任意非额定的低速运行。内齿圈的转动用多片型液体粘滞离合器控制，多型液体粘滞离合器是由若干个动片和静片交叉叠合成，动片组经外齿花键与行星轮系的内齿圈连接，静片组经内齿花键与固定在减速箱体上的轴套连接，离合器的离合由环型液压缸操作。离合器的原理是依靠动静片之间的油膜剪切力传递力矩。资料
38、表明，当两块盘状平行板之间充满了极薄的油膜（小于20m）时，主动板依靠油膜的剪切力可以向从动板传递力矩，它所传递的力矩的大小与两板的间距（即油膜的厚度）成反比。据此调节离合器环型液压缸的压力，改变动静片间油膜的厚度，就能控制它所传递的转矩，当输出轴的转矩大于负载的静阻力时，负载就加速；转矩平衡时，负载就稳定运行1。CST的输出转矩由液压控制系统控制。一台输送机可以由一台电机及一台CST驱动，也可以由多台电机及多台CST驱动。驱动电机时，CST的输出轴保持不动，当驱动电机达到全转速时输送机才逐渐加速到满速度。这使得输送机在被加速至全速运行前有一个平缓启动的过程。加速时间可以根据需要在规定范围内进
39、行调整。CST系统控制主电机的起停，在启动时，驱动电机可以按顺序空载启动，所以电机的冲击电流非常小。由于驱动电机可以根据运行负载进行选择而不必根据启动负载选择，所以CST驱动系统可以选用功率较小的电机；在停车时，通过延长停车时间可以降低对胶带的动态冲击力。当一驱动系统中有多台CST时，控制系统可以确保每台驱动电机分担相同的负载，合理的功率平衡可以有效地延长整个驱动系统各部件的寿命。胶带正常运行时，根据系统中各CST的功率平衡要求，每台CST的离合器或者保持少量打滑状态，或者维持压力以无打滑方式输出所要求的扭矩。但系统中任何负载的增加都将引起离合器打滑，这种情况被称为“软锁定”。当离合器被软锁定
40、时，任何瞬间的过载或冲击载荷都将引起离合器的打滑，这时驱动系统的所有部件，包括联轴器、轴承和齿轮等都将在冲击或过载时受到保护，从而延长其寿命10。CST可提供给用户的信号有CST故障信号、CST报警信号和CST满速信号等，用户可以控制CST的信号有CST启动/停止信号、CST急停信号、CST慢动信号、CST复位信号等。与液力偶合器相比，CST装置的优点： (1)采用CST可降低30%的胶带张力；(2)采用CST后传动效率可以提高13%；(3)采用CST后，胶带的安全系数可降低1.9，但安全度不变。图2.1.7 CST传动原理2.1.4 人机界面HMI人机界面23是工作人员与CPU进行交互的界面
41、，这里我们选用触摸屏和操作台。触摸屏是对带式输送机实施控制操作和监视带式输送机的运行工况。触摸屏可以监视带式机速度、拉线急停和跑偏开关的动作位置等各种保护状况以及显示带式输送机的正常运行工况和各种故障状态。通过操作台的各种控制按钮，可以进行工作方式选择和就地控制带式输送机。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屏上的图符或文字，就能实现对主机的操作或查询，这样就摆脱了键盘和鼠标操作，从而大大地提高了计算机的可操作性。触摸屏是一种最直观的操作设备，只要触摸屏幕上的图形对象，计算机便会执行相应的操作。触摸屏具有方便直观、图像清晰、坚固耐用和节省空间等优点。2.2控制系统功能2.2.1起
42、动流程在皮带机空载情况下，按照煤流顺序由首设备端或故障机端向尾设备端开机。其开机过程为本条皮带机接受到上游皮带机发出的开机指令后，延迟略小于上游整条皮带运行时间后开机，同时对下游皮带机发出开机指令。这种方式能够避免队列中多数皮带机电机长时间空转，达到节能的目的。2.2.2停机流程1)顺煤流停机正常情况下，按照煤流顺序由首设备端向尾设备端逐台延时停机;故障情况下，按照煤流顺序，由故障机设备下游皮带机开始向尾设备端逐台延时停机，尽量保证多数设备空载停机。2)逆煤流缓停机3)逆煤流急停机用于故障状态下的一种急停机方式，按逆煤流顺序，由故障机设备上游皮带机逐台传递停机信号向首设备端立即停机。皮带机停机
43、后应联动皮带机制动器，使皮带机制动。2.2.3皮带运输机之间联锁每条皮带机的运行或停止状态要能够通知其上游皮带和下游皮带，并能够与之实现联锁。1)下游皮带停机一一上游皮带联锁停机;2)上游皮带或给煤机停机一一下游皮带继续运行本皮带等长距离后，联锁停机。2.2.4皮带运输机与附属设备之间联锁皮带输送线应与附属设备之间联锁，不同的皮带输送线具有的不同的附属设备，要根据实际情况具体考虑。例如皮带机启动前和皮带机停止后，应与皮带机制动器联动，使皮带机解除制动或使皮带机制动。监控系统要能够对这些附属设备进行控制。2.2.5皮带运输线运行故障联锁及其处理1)皮带跑偏皮带轻跑偏驱动警铃，打开警灯；皮带重跑偏
44、停本机驱动警铃，打开警灯。2)电机电流异常电流应划分为3个等级:正常范围、报警范围、危险范围。当电流处于报警范围时驱动警铃，打开警灯；连续长时间处于报警范围时停本机驱动警铃，打开警灯。(2)当电流处于危险范围时停本机驱动警铃，打开警灯。3）皮带纵撕皮带纵撕停本机驱动警铃，打开警灯。4）断带皮带断带停本机驱动警铃，打开警灯。5）带松带松驱动警铃，打开警灯，提示操作员启动或调整皮带张紧装置，对皮带进行张紧。6）皮带打滑皮带打滑驱动警铃，打开警灯；连续长时间处于皮带打滑时停本机驱动鳌铃，打开警灯。7）皮带速度异常皮带速度应划分为3个等级:正常范围、报警范围、危险范围当皮带速度处于报警范围时驱动警铃，
45、打开警灯；皮带速度连续长时间处于报警范围时停本机驱动警铃，打开警灯。当皮带速度处于危险范围时停本机驱动警铃，打开警灯。8）滚筒温度过高滚筒温度过高停本机驱动警铃，打开警灯。9）皮带运输线出现烟雾皮带运输线出现烟雾停本机驱动警铃，打开警灯，启动自动洒水装置。10）堆煤带头堆煤停本机驱动警铃，打开警灯。11）煤仓煤位检测12）无联锁。13、急停开关动作急停开关动作停本机驱动警铃，打开警灯。14）皮带运输系统监控设备自身损坏传感器损坏屏蔽该传感器系统降级使用控制站损坏系统停机系统控制方式转为“现场手动控制”3 基于PLC的皮带控制系统的硬件组态3.1PLC简介可编程序控制器（Programmable
46、 Logic Controller），简称PLC，是一种带有指令存储器、数字的或模拟的输入输出接口，以位运算为主，能完成逻辑、顺序、定时、计数和算术运算功能，用于控制机器和生产过程的自动控制装置161720。它专为在工业环境应用而设计，应用面广、功能强大、使用方便，已经成为当代工业自动化的主要支柱之一。3.1.1PLC组成PLC由中央处理单元，输入输出单元高速计数单元组成。西门子研制的PLC以其极高的性能价格比，在国内占有很大的市场份额，在我国的各行各业得到了广泛的应用。S7300属于模块式PLC，主要由机架、CPU模块、信号模块、功能模块、接口模块、通信处理器、电源模块和编程设备组成，各种模块安装到机架上。通过CPU模块或通信模块上的通信接口，PLC被连接到通信网络上。PLC可以认为是由输入部分、控制部分和输出部分等组成，但它是采用大规模的集成电路的微处理器和存储器来代替继电器控制线路，控制作用是通过编制好并存入内存的程序来实现的。PLC的等效电路如下： 图3.1.1PLC等效电路图输入部分：用于接受外部输入信号，与外部输入设备连接。可以等效为一个受控于外部用户输入设备的继电器线圈（输入继电器）。控制部分：等效于一个受控于内部逻辑的一个线圈，接点可用于驱动外部输出设备的继电器。输出部分：用于与外部输出设
