基于PLC的生产线输送带控制系统设计设计文档格式.docx
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1.2国内外带式输送机技术现状及差距2
1.2.1大型带式输送机的关键核心技术上的差距3
1.2.2技术性能上差距4
1.2.3控制系统上差距5
1.3本文所做的工作5
2基于PLC的生产线输送带控制系统方案设计6
2.1胶带运输机6
2.1.1胶带运输机的类型及适用条件6
2.1.2胶带运输机结构6
2.2方案比较7
2.3方案确定8
2.3.1设计任务9
2.3.2系统设计思路10
3基于PLC的生产线输送带控制系统硬件设计及选型12
3.1可编程控制器PLC的选型12
3.1.1PLC的组成结构12
3.1.2PLC的工作原理13
3.1.3机型的选择
16
3.1.4SiemensS7-200介绍17
3.1.5本设计的PLC配置18
3.1.5本设计PLC的I/O配置及外围电路设计20
3.2传感器选型22
3.2.1
光电传感器22
3.2.2
称重传感器22
跑偏开关24
3.3被控装置的选择26
3.3.1
传送带电机26
3.3.2
电动推杆27
3.3.3液压推杆29
3.3.4
滚筒电机30
4基于PLC生产线输送带控制系统软件设计31
4.1PLC程序设计31
4.1.1
编程软件介绍（STEP7Micro/WIN）31
4.1.2
软件编程分析及编程32
4.1.3PLC编程32
4.2上位机组态监控界面37
4.2.1组态软件的系统构成及其简介37
4.2.4系统方案的开发步骤39
4.2.5系统组态界面40
5
系统仿真测试及结果42
5.1传感器1#模块仿真42
5.2传送带模块仿真43
5.3称重比较模块仿真43
5.4传感器2#模块仿真45
5.5传感器3#模块仿真46
5.6胶带跑偏保护和急停报警及报警复位47
5.7系统运行指示48
5.8仿真结果总分析48
6结论与展望49
参考文献50
致谢51
1引言
1.1设计目的和意义
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。
特别是在采矿业中，现场操作环境恶劣，直接影响人体的健康和企业的正常作业。
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。
目前可编程序控制器的应用已经渗透到国民经济的各个部门和工业过程的各个角落，已成为企业提高装备技术水平的重要标志。
在宝钢的二期三期工程中使用了国外多个厂家三十几种机型计六百多台套的可编程序控制器，在广西玉柴机器有限公司的柴油机生产线中使用了近二百台罗克韦尔自动化公司的可编程序控制器，像这样大范围使用可编程序控制器的系统已很常见。
因此，本设计对PLC的研究是有很强的实用性和研究意义的。
由于PLC是一种专门为在工作环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。
而且PLC及其有关的外围设备东应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。
所以本次设计选择了用PLC来控制皮带机的整个运行过程，PLC的运用使得系统的电路变得简明清楚，而且十分便于日后的运行维护。
此次毕业设计的意义是：
由于PLC为主构成的控制系统具有可靠性高、控制功能强大、性价比高等优点，是目前工业自动的首选控制装置，而且胶带机的运输系统复杂，环节多，运量大，所用的设备种类多，要求高。
对于高产高效的现代化炸药的运输系统就必须做到减少环节，消除停顿，实行不间断的运输连续化、控制、检测自动化，才能达到高产高效减员提效的目的。
1.2国内外带式输送机技术现状及差距
国外带式输送机技术的发展很快，其主要表现在2个方面：
一方面是带式输送机的功能多元化、应用范围扩大化，如高倾角带输送机、管状带式输送机、空间转弯带式输送机等各种机型；
另一方面是带式输送机本身的技术与装备有了巨大的发展，尤其是长距离、大运量、高带速等大型带式输送机已成为发展的主要方向，其核心技术是开发应用于了带式输送机动态分析与监控技术，提高了带式输送机的运行性能和可靠性。
目前，在煤矿井下使用的带式输送机已达到表1所示的主要技术指标，其关键技术与装备有以下几个特点：
（1）设备大型化。
（2）应用动态分析技术和机电一体化。
（3）输送系统设备的通用性、互换性及其单元驱动的可靠性。
（4）新型、高可靠性关键元部件技术。
表1-1国外带式输送机的主要技术指标
主参数
顺槽可伸缩带式输送机
大巷与斜井固定式强力带式输送机
运距/m
6000～7500
＞6000
带速/
4.5～6
4～7,最高达10
输送量/
3500～5000
4000～5000
驱动功率/kW
1500～4000
3500～7000，最大达15000
我国生产制造的带式输送机的品种、类型较多。
在“八五”期间，通过国家一条龙“日产万吨综采设备”项目的实施，带式输送机的技术水平有了很大提高，煤矿井下用大功率、长距离带式输送机的关键技术研究和新产吕开发都取得了很大的进步。
如大倾角长距离带式输送机成套设备、高产高效工作面顺槽可伸缩带式输送机等均填补了国内空白，并对带式输送机的减低关键技术及其主要元部件进行了理论研究和产品开发，研制成功了多种软起动和制动装置以及以PLC为核心的可编程电控装置统采用调速型液力偶合器和行星齿轮减速器。
目前，我国煤矿井下用带式输送机的主要技术特征指标如表2所示
表1-2国内带式输送机的主要技术指标
主参数
2000～3000
＞3000
3.5～4
4～5,最高达8
2500～3000
3000～4000
1200～2000
1500～3000，最大达10000
1.2.1大型带式输送机的关键核心技术上的差距
（1）带式输送机动态分析与监测技术长距离、大功率带式输送机的技术关键是动态设计与监测，它是制约大型带式输送机发展的核心技术。
目前我国用刚性理论来分析研究带式输送机并制订计算方法和设计规范，设计中对输送带使用了很高的安全系统（一般取n=10左右），与实际情况相差很远。
实际上输送带是粘弹性体，长距离带式输送机其输送带对驱动装置的起、制动力的动态响应是一个非常复杂的过程，而不能简单地用刚体力学来解释和计算。
国外已开发了带式输送机动态设计方法和应用软件，在大型输送机上对输送机的动张力进行动态分析与动态监测，降低输送带的安全系统，大大延长使用寿命，确保了输送机运行的可靠性，从而使大型带式输送机的设计达到了最高水平（输送带安全系数n=5～6），并使输送机的设备成本尤其是输送带成本大为降低。
（2）可靠的可控软起动技术与功率均衡技术长距离大运量带式输送机由于功率大、距离长且多机驱动，必须采用软起动方式来降低输送机制动张力，特别是多电机驱动时。
为了减少对电网的冲击，软起动时应有分时慢速起动；
还要控制输送机起动加速度0.3～0.1m/s2，解决承载带与驱动带的带速同步问题及输送带涌浪现象，减少对元部件的冲击。
由于制造误差及电机特性误差，各驱动点的功率会出现不均衡，一旦某个电机功率过大将会引起烧电机事故，因此，各电机之间的功率平衡应加以控制，并提高平衡精度。
国内已大量应用调速型液力偶合器来实现输送机的软起动与功率平衡，解决了长距离带式输送机的起动与功率平衡及同步性问题。
但其调节精度及可靠性与国外相比还有一定差距。
此外，长距离大功率带式输送机除了要求一个运煤带速外，还需要一个验带的带速，调速型液力偶合器虽然实现软启动与功率平衡，但还需研制适合长距离的无级液力调速装置。
当电机功率>
50kW时，可控启动传输-CST（用于大惯性负载平滑启动的多级减速齿轮装置,多用于煤矿和矿山中带式输送机的驱动）显示出优越性。
由于可控软起动是将行星齿轮减速器的内齿圈与湿式磨擦离合器组合而成（即粘性传动）。
通过比例阀及控制系统来实现软起动与功率平衡，其调节精度可达98%以上。
但价格昂贵，急需国产化。
1.2.2技术性能上差距
我国带式输送机的主要性能与参数已不能满足高产高效矿井的需要，尤其是顺槽可伸缩带式输送机的关键元部件及其功能如自移机尾、高效储带与张紧装置等与国外有着很大差距。
（1）装机功率我国工作面顺槽可伸缩带式输送机最大装机功率为4×
250kW，国外产品可达4×
970kW，国产带式输送机的装机功率约为国外产品的30%～40%，固定带式输送机的装机功率相差更大。
（2）运输能力我国带式输送机最大运量为3000t/h，国外已达5500t/h。
（3）最大输送带宽度我国带式输送机为1400mm，国外最大为1830mm.
（4）带速由于受托辊转速的限制，我国带式输送机带速为4m/s，国外为5m/s以上。
（5）工作面顺槽运输长度我国为3000m，国外为7300m。
（6）高效储带与张紧装置我国采用封闭式储带结构和绞车拉紧为主，张紧小车易脱轨，输送带易跑偏，输送带伸缩时，托辊小车不自移，需人工推移，检修麻烦。
国外采用结构先进的开放式储带装置和高精度的大扭矩、大行程自动张紧设备，托辊小车能自动随输送带伸缩到位。
输送带有易跑偏，不会出现脱轨现象。
（7）输送机品种机型品种少，功能单一，使用范围受限，不能充分发挥其效能，如拓展运人、运料或双向运输等功能，做到一机多用；
另外，我国煤矿的地质条件差异很大，在运输系统的布置上经常会出现一些特殊要求，如弯曲、大倾角（>
+25°
）直至垂直提升等，应开发特殊型专用机种带式输送机。
1.3.3可靠性、寿命上的差距
（1）输送带抗拉强度我国生产的织物整芯阻燃输送带最高为2500N/mm，国外为3150N/mm。
钢丝绳芯阻燃输送带最高为4000N/mm，国外为7000N/mm。
（2）输送带接头强度我国输送带接头强度为母带的50%～65%，国外达母带的70%～75%。
（3）托辊寿命我国现有的托辊技术与国外比较，寿命短、速度低、阻力大外国的比我们的寿命多30%-40%。
（4）输送机减速器寿命我国输送机减速器寿命3万h，国外减速器寿命7万h。
（5）带式输送机上下运行时可靠性差。
1.2.3控制系统上差距
（1）驱动方式我国为调速型液力偶合器和硬齿面减速器，国外传动方式多样，如BOSS系统、CST（软启动）可控传动系统等，控制精度较高。
（2）监控装置国外输送机已采用高档可编程序控制器PLC，开发了先进的程序软伯与综合电源继电器控制技术以及数据采信、处理、存储、传输、故障诊断与查询等完整自动监控系统。
我国输送机仅采用了中档可编程序控制器来控制输送机的启动、正常运行、停机等工作过程。
虽然能与可控启（制）支装置配合使用，达到可控启（制）动、带速同步、功率平衡等功能，但没有自动临近装置，没有故障诊断与查询等。
（3）输送机保护装置国外带式输送机除安装防止输送带跑偏、打滑、撕裂、过满堵塞、自动洒水降尘等保护装置外，近年又开发了很多新型监测装置：
传动滚筒、变向滚筒及托辊组的温度监测系统；
烟雾报警及自动消防灭火装置；
纤维织输送带纵撕裂及接头监测系统；
防爆电子输送带秤自动计量系统。
这些新型保护系统我国基本处于空白。
而我国现有的打滑、堆煤、溜煤眼满仓保护，防跑偏、超温洒水，烟雾报警装置的可靠性、灵敏性、寿命都较低。
1.3本文所做的工作
首先进行关于PLC传送带设计方面的资料收集和PLC等相关知识的复习与巩固。
根据设计需要，把本次设计分成了几个大模块来研究。
然后计划对电气设备选择，如PLC的选型，传感器的选型，电机选型等。
最后进行了对本次设计中的系统流程图，PLC的外部接线图以及关于PLC的程序梯形图进行了初步设计。
在考虑了自己的兴趣和将来的工作后选择了基于PLC的生产线输送带控制系统设计，完成了开题。
认真学习了PLC的编程以及系统组态，努力达到能独立编程和做出系统模拟画面图程度。
先根据系统要求的需要，确定了PLC所需的I/O点数，从而对PLC进行了选型，然后对传感器也进行了选型，各类电机的选型。
然后按照系统的设计流程，对系统进行一步步设计。
2基于PLC的生产线输送带控制系统方案设计
基于PLC的生产线输送带控制系统首先得进行胶带输送机的选型，然后基于系统结构进行系统方案选择，明确系统的整体思路。
2.1胶带运输机
2.1.1胶带运输机的类型及适用条件
（1）带式输送机的类型
①按牵引方式不同，可分为滚筒驱动式和钢丝绳牵引式两类，本系统介绍的是滚筒驱动式通用型胶带运输机。
②按输送带的强度不同，可分为通用型和强力型。
③按带式输送机作用不同，可分为转载式、伸缩式和固定式。
④按式输送机的安装方式不同，可分为落地式、吊挂式和组合式。
（2）皮带运输机的适用条件
带式输送机既可用于水平运输，又可用于倾斜运输。
当用于倾斜运输时其倾角受到一定限制。
通常情况下，倾斜向上运输时的倾角不超过18°
，向下运输时的倾角不超过15°
。
目前国内已生产出一种适应倾角大于30°
的特殊带式输送机。
为减小输送带的严重磨损，带式输送机不宜运送有棱角的货物。
此外，通用型带式输送机不能弯曲。
经过认真考虑，本设计采用水平皮带输送体统。
2.1.2胶带运输机结构
皮带运输机主要结构有：
机架、皮带（或输送带）、机头滚筒、机尾滚筒、驱动装置、上下托轮、拉紧装置及清扫装置等组成。
（1）输送带
输送带既是承载机构，又是牵引机构。
常用的输送带有3种类型，即普通输送带、钢丝绳芯输送带和钢丝绳牵引输送带。
在这里使用的是普通输送带的结构。
输送带用数层帆布做带芯，层与层之间用橡胶粘合在一起，然后在外表面周围用橡胶盖层加以保护。
帆布由棉、尼龙等纤维织成或为混纺物。
帆布层用来承受载荷并传递牵引力，而橡胶保护层用来防止外界物体对帆布层的损伤及有害物质的腐蚀。
输送带强度按帆布层的拉断力来计算。
国产橡胶带有两种：
一种为普通型，每层帆布的径向拉断力为56oN/cm；
另一种为强力型，每层帆布的径向拉断力为960N/cm。
保护层的厚度是：
上层（与货载接触面）厚度为3mm；
下层厚度为lmm。
（2）托轮和机架
托轮是用来支承输送带，减少输送带阻力，并使输送带悬垂度不超过一定限度，以保证输送带运行平稳。
托轮由轴、轴承和标准套筒等组成。
托辊按用途可分为槽型托轮、平型托轮、调心托轮和缓冲托轮四种，在这里使用的是平型托轮，平型托辊用于输送散装。
机架按结构可分为落地式和绳架吊挂式两种。
落地式机架又分为固定式和可拆移式两种。
固定式是将机架固定在地基上，而拆移式是在机架与机架之间、托辊与机架之间的连接都采用插入式，用销钉固定，整个机架没有一个螺栓。
绳架吊挂式的钢丝绳机架由两根纵向平行布置的钢丝绳组成，每隔60m安装一个落地式紧绳托架。
这种机架的结构简单，节省钢材，又便于拆装。
（3）驱动装置
驱动装置是带式输送机的动力源.驱动装置的组成由电动机、液力偶合器、减速器和主动滚筒等部分组成。
若是双滚筒单电动机传动，则还有一对传动齿轮。
（4）拉紧装置
拉紧装置的作用，一是保证输送带有足够的张力，使滚筒与输送带之间产生必要的摩擦力；
二是限制输送带在各托辊之间的悬垂度，确保输送机的正常运转。
拉紧装置分为机械拉紧式和重砣拉紧式两种。
调节螺杆可以调节皮带的张力，但要调节平衡否则就会跑偏，若出现跑偏也可以调节螺杆使皮带保持平衡安全运转。
（5）清扫装置
清扫装置主要安装在卸载端和靠近机尾换向滚筒的内侧回空段输送带的上面。
用来清扫胶带表面的黏附物，防止输送带损坏。
清扫装置安设在卸载端，用来清扫胶带表面的粘附物料。
目前我国带式输送机上使用较多的是刮板式清扫器。
其刮板（用橡胶带制成）靠重砣的重量紧贴在输送带上，将卸载后输送带表面的粘附物料刮掉。
这种重砣刮板式清扫装置的使用效果不好。
近年来，各部门已广泛使用弹簧式清扫刮板，其效果较好。
除在输送机的卸载端外，还在靠近机尾换向滚筒内侧处安设有清扫装置，一般为犁形清扫装置，使刮板紧贴输送带的内表面（回空段输送带的上表面），清扫运输时撒落和粘附的物料。
2.2方案比较
就目前的现状有以下几种控制方式满足系统的要求：
继电器控制系统、单片机控制、工业控制计算机控制、可编程序控
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