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基于PLC的胶带控制系统设计.doc
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基于PLC的胶带控制系统设计.doc
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1
摘 要
基于对输送带运行的可靠性与稳定性的要求,该系统选用可靠性高、抗
干扰能力强、编程简单并且功能完善的西门子 300 系列的 S7-315-2DP CPU 进
行控制。PLC 程序编写采用便于阅读和修改的梯形图方式。
根据现场设备情况及总体集控要求,设置了就地起停按钮,为满足就地
及集控起停的要求,控制回路中设置运行转换开关,起动方式互为闭锁。不
管哪种运行方式,当按下停止按钮时立即停车。根据皮带运行规程要求和实
际的需要,皮带设置有急停开关、跑偏传感器和堆煤限位传感器、自动洒水
灭火装置、低速打滑等保护措施。拉线急停每 100 米一个、跑遍开关每 100
米设置一对、测速传感器安装在胶带机的机头、自动洒水灭火装置也安装在
胶带机的机头、堆煤传感器安装在胶带机的转载点。在皮带机的运行过程中,
各传感器将相应的状态信号反馈给 PLC 的输入模块。
煤矿输送集控系统采用上位机组态和底层 PLC 二级结构的控制方式,上
位机显示各种工矿图形、参数并发出设备运行指令,底层 PLC 负责信号的检
测和具体指令的执行。达到输送系统设备的起停控制,以及在运输过程中能
正确的判断故障类型、位置并能进行报警提示功能。
关键字:PLC 传感器 传输带 限位开关
随着煤矿生产技术的改进,煤矿井下开采的煤炭主要以胶带方式进行运
输。以往胶带机的控制大都以继电控制手段为主,在井下湿度大、粉尘高以
及含有腐蚀性气体环境下,继电控制器工作可靠性差,故障率较高。随着电
子技术的发展,尤其是 PLC 的发展,越来越多的胶带运输机广泛采用了 PLC
控制技术,更有一些先进的煤矿将 PLC 技术和网络技术相结合,实现了在地
面对井下胶带机的远程控制。
本文主要研究了满足煤矿安全要求的井下胶带运输机 PLC 控制器的设
计。系统选用具有 MA 论证的 KJD15 控制器为主控制器,配以安全规程要求
的六大保护(急停、堆煤、纵撕、超温洒水、速度、跑偏)传感器,组成了
胶带机的就地控制装置。KJD15 控制器选用西门子 S7-300 系列 PLC 为主控单
元,能满足井下胶带机的控制需求。
设计系统具有就地 PLC 自动控制、PLC 手动控制和继电手动控制三种模
式,并且当传感器检测参数超限时具有自动停车功能,满足了生产运行的需
求。
2
本设计依据煤矿胶带控制的实际需求,主要进行了硬件选型、配置、电
路图绘制,PLC 控制程序的编写以及部分程序的仿真运行,结果表明系统的
软硬件设计达到了系统功能要求。
关键字:煤矿 运输胶带 PLC 控制 传感器
(根据新的摘要进行翻译)
Abstract
Based on the requirement for the reliability and stability of the conveyer
belt’s operation, this system chooses the S7-325-2DP CPU of Siemens 300 serials
as the controller, which has high reliability, strong anti-interference capability,
simple programming and good functions. Program the PLC using the ladder
diagram which is easy to read and edit.
According to the equipment and requirement of overall centralized control,
set a button to meet the requirement of starting and stopping locally and centrally.
Set the function conversion switch in he control loop, and the start is locked to
each other. Pressing the stop button will stop the machine immediately, whatever
operation mode it is working on.
According to requirement of belt operation rules and the actual needs, set
safeguard measures for the belt such as emergency stop switch, sensor of
deflective operation, sensors of coal heap limit, automatic sprinkler device,
low-speed skid protection. Set one emergency switch and a pair of throughout
switch in every 50 meters. Install the speed sensor and the automatic sprinkler
device on the head of tape machine, and install the coal heap sensor on the
reproduced point of tape machine. The sensors feedback the signals of the
corresponding status to the PLC ’s input module.
Coal transportation control system use two levels’ control, which is
composed of the PC configuration and the underlying PLC. PC can display all
kinds of mine’s graphics, parameters and issue the instructions for equipment
operation. Underlying PLC is responsible for signal detection and the
implementation of specific instructions. PLC also take charge on-off control of
the transportation system, judge the right exception type and location during the
transportation, and alert function.
Key words: PLC Sensors Transmission belt Limit switch
3
目 录
1 前言 ...................................................................................................................................1
1.1 研究背景和意义 ...................................................................................................1
1.2 本文研究内容 .......................................................................................................1
1.3 论文结构 ...............................................................................................................2
2 PLC 在工业控制中的应用 ................................................................................................3
2.1 PLC 在工业中的控制 ............................................................................................3
2.1.1 PLC 的定义 ................................................................................................3
2.1.2 PLC 的特点 ................................................................................................3
2.1.3 PLC 的发展状况 ........................................................................................5
2.1.4 PLC 的功能和应用 ....................................................................................7
2.1.5 PLC 的未来发展 ........................................................................................9
2.2 其他工业控制方式 .............................................................................................11
2.2.1 基于工业 PC 控制 ...................................................................................11
2.2.2 基于工业控制计算机的控制 .................................................................13
2.2.3 基于工业以太网的控制 .........................................................................14
3 控制系统的的硬件设计 .................................................................................................15
3.1 西门子 PLC 概述 .................................................................................................15
3.2 西门子 S7-300 系列 PLC 的概述 .....................................................................17
3.3 S7-300CPU 模块和功能模块的介绍 ..................................................................17
3.3.1 CPU 模块介绍 ..........................................................................................17
3.3.2 功能模块介绍 ...........................................................................................20
3.4 传感器的选择 .....................................................................................................21
3.4.1 急停闭锁开关 .........................................................................................22
3.4.2 胶带跑偏开关 .........................................................................................23
3.4.3 胶带纵向撕裂保护装置 .........................................................................25
3.4.4 测速传感器 .............................................................................................26
3.4.5 堆煤传感器 .............................................................................................28
3.4.6 自动洒水灭火装置 .................................................................................31
3.5 系统硬件设计 .....................................................................................................35
3.5.1 设备继电控制回路设计 .........................................................................35
3.5.2 皮带保护传感器选型设计 .....................................................................36
3.5.3 PLC 控制点位设计 ..................................................................................37
3.5.4 模块配置 .................................................................................................39
3.5.5 硬件原理描述 .........................................................................................41
3.5.6 现场总线 PROFIBUS 简介 .......................................................................43
3.5.7 PROFIBUS 的优点 ....................................................................................43
4
4 控制软件设计 .................................................................................................................45
4.1 STEP7 编程软件介绍 ..........................................................................................45
4.2 软件总体设计 .....................................................................................................45
4.2.1 编程流程 .................................................................................................45
4.2.2 所涉及的功能块及控制模式介绍 .........................................................45
4.3 软件编程 .............................................................................................................46
4.3.1 新建一个项目 .........................................................................................46
4.3.2 在 STEP7 中插入对象与编程 .................................................................46
4.3.3 主程序与功能模块的建立 .....................................................................47
4.3.4 系统模块的编程 .....................................................................................48
5 程序的仿真与调试 .........................................................................................................53
5.1 PLCSIM 仿真软件简介 ........................................................................................53
5.1.1 仿真软件介绍 .........................................................................................53
5.1.2 S7-PLCSIM 的特性简介 ..........................................................................53
5.1.3 S7-PLCSIM 的使用方法 ..........................................................................54
6 结论 .....................................................................................................................................60
7 参考文献 ..............................................................................................................................61
附录 1:监控系统完整程序 ..................................................................................................63
附录 2:硬件 CAD 图............................................................................................................72
翻译 .........................................................................................................................................80
外文原文: .....................................................................................................................80
中文翻译: .....................................................................................................................86
致谢 .........................................................................................................................................90
中国矿业大学本科生毕业设计(论文)
1
1 前言
1.1 研究背景和意义
输送带系统可以将物料在一定的输送线上,从最初的供料点到最终的
卸料点间形成一种物料的输送流程。它既可以进行碎散物料的输送,也可以
进行成件物品的输送。除进行纯粹的物料输送外,还可以与各工业企业生产
流程中的工艺过程的要求相配合,形成有节奏的流水作业运输线。所以目前,
输送带系统在工业的各个领域有着广泛的应用。例如,在采矿业的输送带系
统、火电厂的燃料煤进料系统、食品工业的输送带系统等这些领域都采用了
输送带。输送带运行的可靠性与稳定性,直接影响着企业的生产发展。
对于输送带的控制,以前都采用接触继电器控制系统。而接触继电器
控制系统接线复杂、抗干扰能力差,易因接触不良而造成故障,而且功能扩
展性差。特别是在采矿业中,现场操作环境恶劣,湿度大、粉尘高以及含有
腐蚀性气体环境下,继电控制器工作可靠性差,故障率较高。直接影响人体
的健康和企业的正常作业。PLC 因其可靠性高、功能完善而越来越受到企业
的青睐,传统的接触继电器控制系统已逐步为 PLC 所取代。PLC 是在传统的
顺序控制器的基础上引入了微电子技术、计算机技术、自动控制技术和通讯
技术而形成的一代新型工业控制装置,目的是用来取代继电器,执行逻辑、
记时、计数等顺序控制功能,建立柔性的程控系统。可编程控制器是一种数
字运算操作的电子系统,专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的
存贮器,用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运
算等操作的指令,并通过数字的、模拟的输入和输出,控制各种类型的机械
或生产过程。可编程序控制器及其有关设备,都应按易于与工业控制系统形
成一个整体,易于扩充其功能的原则设计。
PLC 具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、
编程简单等特点。可以预料:在工业控制领域中,PLC 控制技术的应用必将
形成世界潮流。
中国煤矿已经向高产,高效益方向发展,而输送带是煤矿必不可少的
运输工具,也是实现煤矿高产、高效的支柱主要产品生产设备之一,而且目
前 PLC 始终处于工业自动化控制领域的主战场,为各种各样的自动化控制设
备提供了非常可靠的控制应用。煤矿胶带机的 PLC 控制已有十几年的发展历
史,实施集中监控,实现系统的综合保护,为煤矿皮带机得安全可靠运行提
供了保障。
Commented [z1]:
将文中的所有“输送带”换成“胶带”,以便和任务书一
致。
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yyyyyyhhh222
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