基于PLC的带式输送带输送机在线检测系统文档格式.docx
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本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。
作者签名
二〇年月日
河西学院本科生毕业设计开题报告
论文题目
基于PLC的带式输送带输送机在线检测系统设计
学生姓名
王伟
所属学院
物理与机电工程学院
专业
电气工程及其自动化
年级
10级
指导教师
张娜
所在单位
河西学院
职称
助教
开题日期
2013.12.20
选题的根据：
1、选题的理论、实际意义
皮带输送系统是工矿企业中较为庞大的一个公用系统，现阶段的大多数企业中，其输送过程是通过皮带输送机来完成，整个输送系统有多台输送距离较长的皮带输送机组成。
而本系统只用三级传送带来输送物料，设计相对来说简单一些。
皮带输送机在输送设备中是最常用的一种传输机构。
该机种具有结构简单，经济方便，使用可靠，传输平稳，输送量大，效率高，低噪音等优点。
其形式多样，适用范围广，特别适合一些散碎原料与不规则物品的输送。
广泛应用于轻工、电子、食品、化工、木业、机械等行业。
它具有输送平稳，物料与输送带没有相对运动，能够避免对输送物的损坏。
噪音较小，适合于工作环境要求比较安静的场合等特点。
结构简单，便于维护。
能耗较小，使用成本低。
由于可编程控制器（简称PLC）将其系统的继电器技术，计算机技术和通信技术融为一体，以其可靠性高、稳定性好、抗干扰能力强、以及编程简单、维护方便、通讯灵活等众多优点，广泛应用于工业生产过程和装置的自动控制中。
PLC不仅能实现复杂的逻辑控制，还能完成定时、计算和各种闭环控制功能。
设置性能完善、质量可靠、技术先进的可编程控制器PLC控制皮带运输机在线检测系统。
2、本选题的研究动态和自己的见解
为了适应高产高效集约化生产的需要，带式输送机的输送能力要加大。
长距离、高带速、大运量、大功率是今后发展的必然趋势，也是高产高效矿井运输技术的发展方向。
设备开机率的高与低主要取决于元部件的性能和可靠性。
除了进一步完善和提高现有元部件的性能和可靠性，还要不断地开发研究新的技术和元部件，如高性能可控软起动技术、动态分析与监控技术、高效贮带装置、快速自移机尾、高速托辊等，使带式输送机的性能得到进一步的提高。
拓展运人、运料或双向运输等功能，做到一机多用，使其发挥最大的经济效益。
开发特殊型带式输送机，如弯曲带式输送机、大倾角或垂直提升输送机等。
设计的主要内容、基本要求及其主要的研究方法：
一、主要内容
本设计主要包括带式输送带输送机在线检测系统的硬件设计和软件设计。
1.硬件设计
（1）PLC的选型；
（2）传感器的选型；
（3）绘制在线检测系统的电气控制流程图和I/O接线图。
2.软件设计
（1）程序流程的设计；
（2）PLC控制程序的编写；
（3）程序的仿真调试。
二、基本控制要求
1.电动机带动皮带运行，本设计为一级皮带机；
2.当拉线开关闭合、撕裂开关闭合或跑偏开关等闭合时，则相应的报警灯亮起进行报警,并及时处理相应的故障；
如果该类故障达到许应值时，故障警报和停车警报同时打开，并进行紧急停车，然后再处理故障。
3.要有完善的报警系统；
4.对在线检测系统的控制要有手动控制功能，手动只是在应急或检修时临时使用。
三、研究方法
1.文献资料法：
从报刊、书籍、杂志、网上检索与课题研究相关的资料，借鉴已有成果，寻找新的信息，分析后深入的研究探讨。
2.逻辑分析法：
对控制系统进行逻辑分析，完成控制要求。
3.仿真调试法：
通过对所设计程序的仿真，得出设计的可行性。
论文进度安排和采取的主要措施：
一、论文进度安排
2013年12月初——12月中旬：
下达毕业设计任务书；
2013年12月中旬——2014年1月中旬：
撰写毕业设计开题报告；
2014年3月初——3月底：
中期进展情况检查；
2014年3月底——4月底：
完成论文初稿；
2014年4月底——5月下旬：
完成论文第二稿；
2014年5月下旬——5月底：
论文定稿打印；
2014年5月底——6月初：
论文答辩。
二、主要措施
通过自己多方面查阅资料和老师同学分析讨论，在老师的指导下完成设计过程；
通过仿真调试检验其正确性和可行性。
主要参考资料和文献：
[1]张晓峰.电气控制与可编程控制技术及应用[M].北京:
国防工业出版社,2010.
[2]盛建.公共场所排号系统[M].天津大学出版社,2001.
[3]史国生.电气控制与可编程控制器技术[M].北京:
化学工业出版社,2008.
[4]赵中国.自动排号系统设计方案有关问题的探讨[J].房屋建筑,2003.
[5]马之凌.自动报警系统设计中应注意的问题[D].浙江建筑,2008.
[6]郑小波.自动报警器及消防联动控制设计中常见问题浅析[J].武警学院学报,2004.
[7]李艳红.现代银行排号系统解析[J].陶瓷研究与职业教育,2002.
[8]姜文源.排号系统设计手册[M].中国建筑工业出版社,1997.
[9]刘祖润.毕业设计指导（电气类专业适用）[M].北京:
机械工业出版社,1996.
[10]王永华.现代电气控制及PLC应用技术[M].北京:
北京航空航天大学出版社,2003.
[11]晁阳.可编程控制器原理应用与实例解析[M].北京：
清华大学出版社,2007.
指导教师意见：
签名：
年月日
教
研
室
意
见
负责人签名：
学
院
摘要
随着计算机、通信和控制技术的发展，输送机实时在线检测技术也在提高，但是如何对输送机实时状况进行检测及故障诊断系统的研究还很少。
本文在分析和总结当前输送机故障研究现状和不足的基础上，引入安全工程的概念，开发了长距离、大运量带式输送机实时检测及故障诊断系统，保证了长距离输送的安全运行，能够预防和减少恶性事故的发生，消除故障隐患，保证人身和设备安全，提高劳动生产率。
本论文分析了长距离输送机在物料输送过程中可能产生的各种故障，对各类故障产生的原因、地点等进行分析的基础上，确定所需要传感器的类型，以及需要设计的传感器，传感器的安装位置、安装方法等。
对长距离输送机实时检测及故障诊断进行总体设计，主要包括实时数据的采集、转换、存储、报警等功能。
确定整个系统的结构框架，对结构框架内的每一子系统进行设计，整个系统采用结构化、模块化设计，每一功能相对独立的实现，便于系统的调试、维护、改进与功能扩展等。
而且实现了在线数据采集的同时，直接完成数据的有关处理和分析，并给出实时报警。
关键词：
带式输送机；
实时检测；
故障诊断
Abstract
Withthedevelopmentofcomputer,communicationandcontroltechnology,thetechnologyreal-timemonitoringtoconveyorsisimproving.However,theresearchofmonitoringandfaultdiagnosisonthelongdistanceconveyorsisrarely.Onthebasisofanalysisandsummarizesthenowadaysstudyforconveyorfaultdiagnosis,thewriterexploitsthesystemofreal-timemonitoringandfaultdiagnosisforthelongdistanceconveyors.Thesystemcouldofferbettersecurityforthesafeoperationofconveyorsandpreventandreduceaccidents.Thesystemcouldremoveahiddendangerandthenguaranteedsafetyofworkersandequipmentsandraiselaborproductivity.
Thewriteranalysesallkindsoffaultsintheproceedingofconveyingmaterial.Onthebasisofanalysisthereasonandlocationoffault,thewritermakessurethetypesofsensorsandlocation.Thewholedesignofsystemofreal-timemonitoringandfaultdiagnosisforthelongdistanceconveyorsmainlycoverstheacquisition,display,curveplotting,storageandinquireofreal-timedata.Ensurethestructuralframinganddesignthesubsystemofthewholesystem.Designthewholesystemstructuringandmodularity.Everyfunctionisrealizedindependentlyinordertobeconvenientforthedebugging,maintain,improvingandexpandingfunctionofthewholesystem,atthesametime,completesthedataprocessingandanalysisandreal-timealarm.
Keyword:
BeltConveyor;
Real-timemonitoring;
diagnosis
第一章绪论
1.1课题研究意义
皮带输送系统是工矿企业中较为庞大的一个公用系统，现阶段的大多数企业中，其输送过程是通过皮带输送机来完成，整个输送系统有多台输送距离较长的皮带输送机组成。
而本系统只用一级传送带来输送物料，设计相对简单一些。
该机种具有结构简单，经济方便，使用可靠，传输平稳，输送量大，效率高，低噪音等优点[1]。
广泛应用于轻工、电子、食品、化工、木业、机械等行业。
由于可编程控制器（简称PLC）将其系统的继电器技术，计算机技术和通信技术融为一体，以其可靠性高、稳定性好、抗干扰能力强、以及编程简单、维护方便、通讯灵活等众多优点，广泛应用于工业生产过程和装置的自动控制中[2]。
1.2国内外带式输送机在线检测方法的研究现状
国外在带式输送机动态分析研究方面开展得比较，动态分析理论与研制的软件已基本能够满足当前带式输送机发展之需；
而我国相对较晚，与国外相比还存在一定的差距，尤其是动态分析软件部分。
为了尽快弥补这一差距，赶超世界水平，有必要研究和分析当今国外带式输送机的动态分析软件。
美国、法国、澳大利亚、意大利等国家在动态分析研究方面已经达到国际领先地位[3]。
我国生产制造的上运带式输送机的品种、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品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，驱动系统采用调速型液力耦合器和行星齿轮减速器[4]。
1.3带式输送机的发展趋势
长距离、高带速、大运量、大功率是今后发展的必然趋势，也是高产高效矿井运输技术的发展方向[6]。
除了进一步完善和提高现有元部件的性能和可靠性，还要不断地开发研究新的技术和元部件，如高性能可控软起动技术、动态分析与监控技术、高效贮带装置、快速自移机尾、高速托辊等，使带式输送机的性能得到进一步的提高[7]。
输送带在长期使用过程中，由于各种原因，会经常出现各种问题、故障，如果不能及时发现这些问题并采取相应的措施，极有可能会发生重大安全生产事故，严重影响安全生产。
目前，为了保证强力输送带运行的安全，大部分强力输送带用户采用人工检测方法每周对强力输送带检测3-4次。
并且需要靠人眼观察输送带外部是否存在异常，进而判断输送带是否存在故障。
该方法不能在线实时检测，检测效率低，影响生产只能通过观察强力输送带表面情况进行人为判断，检测准确率差，易出现漏检现象而导致强力输送带安全事故的发生。
由于不能完全掌握输送带内部故障的情况，为了保证输送带运行的安全，不得不将可继续使用的价格昂贵的输送带定期更换，造成了巨大的浪费[8]。
因此，在老师的指导下，我尝试设计带式输送机在线检测系统。
它的设计背景意味着带式输送机在线检测系统的发展前景必将是美好的，也将是未来发展的必然趋势。
第二章总体方案设计
2.1带式输送机简介及常见故障
带式输送机具有结构简单，操作连续平稳，运输量较大的特点，又因各部分摩擦阻力小，动力消耗也较低，运输距离不受限制，在机体全长中任何地方都能装料与卸料可以水平也可以倾斜运送物料[9]。
皮带输送机由头部、中部、尾部组成。
头部由头辊及支承架成；
中部由支承架、限位辊、导向辊、张紧辊等组成；
尾部由尾辊及支承架、调节装置等成[10]。
此设备的特点是重、高、大，其设计紧凑合理、自动化程度高、内部结构复杂、安装精度高。
其结构如下图2.1所示。
图2.1带式输送机整机结构
a）输送带打滑:
正常运行的带式输送机传递动力主要来源于传动滚筒与输送带之间的摩擦力，因此，打滑是带式输送机失效的主要形式。
由于载荷和来自拉紧装置拉紧力的变化，输送机的运行速度将发生波动。
当驱动装置正常运转而带速降低时，则意味着输送带在传动滚筒上打滑，打滑后输送带温度升高，严重时会烧坏输送带。
b）输送带撕裂：
落料口落下的物料通常在外形上有着锋利的突起或棱角，容易扎伤胶带，当这些异物落下后卡在架子或托辊上时，会形成对输送带表层的顶压和持续划擦，并且呈现愈卡愈紧的趋势，因此给输送带的压力也会愈来愈大，使其对输送带的划伤愈来愈深，并最终扎穿输送带形成撕裂。
c）输送带跑偏：
输送带所受的合力方向偏离中心线的方向，即输送带张力的中心线偏离输送带几何中心线，输送带受到一个侧向力的原因，当三联托辊中的两侧托辊在输送带上的作用力不等时便出现输送带跑偏。
d）输送带断带:
输送带生产过程中本身的缺陷和使用不当，以及输送带划伤或刮伤等。
当输送带接头的变形量增大到一定程度时，位于钢绳芯与橡胶之间的黏结层其黏结力不足以承受工作载荷时，钢绳芯便被抽出，最终形成接头断裂。
e）输送带堆料:
输送机在工作过程中，由于工作条件，物料特性，输送机开停，前一阶段设备停止运行等原因，输送机的料仓，加料口等处容易发生堆料事故，后果十分恶劣。
f）输送带托辊卡死:
托辊轴承很容易进入粉尘，杂物及水分等，一般寿命较短,轴承损坏进一步造成托辊卡死，并将使托辊与输送带进行持续摩擦致使托辊积累大量的热量，托辊温度升到很高或者托辊转速过快，轴承发热，乃至烧焦不转。
g）输送带张力超限:
当输送带受到一个较大的冲击（即张力超限）时，输送带接头将会受到严重损伤，严重时引起接头断裂，所以张力超限也是引起接头断裂的关键因素。
h）输送带抽动:
随着煤炭工业的迅速发展，综合机械化程度的提高，生产能力的增大，带式输送机的使用量也日益增加。
输送带具有抗拉强度高，伸长率小，耐挠曲疲劳，抗冲击性能好，运输能力大等优点，在长距离运输中具有不可替代的作用。
而带式输送机由于工作载荷的不均匀性等原因，常导致输送带接头抽动甚至断裂，严重影响着矿井的安全生产。
i）输送带锈蚀:
在运输、储存过程中钢丝绳包装破损没有及时处理好,钢丝绳输送带的余料没有及时包装好,钢丝绳的储存条件差,钢丝绳的储存时间长,生产环节钢丝绳暴露在空气中的时间长；
生产环节钢丝绳被污染等。
j）输送带脱胶：
胶水粘性不够，PVC质量差，增塑剂迁移到胶水中，破坏胶水粘性。
选用胶水不当，PVC作为面材时，不能使用热熔胶作为涂布胶水，因为热熔胶中含有增塑剂，若迁移到PVC中，粘性下降，甚至消失，被贴物表面污染，有油或者灰尘导致脱胶。
2.2设计思路
本次设计是基于西门子S7-200对带式输送机输送带进行在线检测，此次设计传送带是用来输送煤，环境相对恶劣一些，且要求有很高的可靠性和较强的控制功能，并且还要工人很容易的接受，所以选择用PLC来对运煤皮带机进行故障检测。
系统开始运行，首先进行程序初始化，再启动带式输送机输送带，相应的各种故障传感器进行数据采样，观察数据是否发生异常，如果异常时即检测到有故障发生，接着进行报警，相应的报警灯亮，若故障没有达到许用值，则处理相应的故障，若达到该类故障的许应值，警报和紧急停车警报同时进行，并进行紧急停车后再处理相应的故障。
带式输送带故障情况为数字量信号检测，而且PLC为数字量输入输出，输送机上打滑、撕裂、跑偏、断带、堆料、托辊卡死、张力超限、抽动、锈蚀、脱胶等相应开关提供数字量信号给S7-200，再由PLC进行信号处理。
2.3基本控制要求
1）输送带打滑:
本次设计用光电速度传感器进行检测带式输送机的速度，传感器安装在输送机输送带下面，带式输送机运行时，由紧贴输送带的滚轮带动转盘（带有小孔）在光电传感器凹槽内转动，光电传感器光路通断受转盘上的小孔控制，输出相应的特征信号。
根据此特征信号可以换算出输送带的速度，根据此速度判断输送带是否打滑。
2）输送带撕裂:
本次设计用测力传感器进行检测带式输送机是否发生撕裂，输送机工作正常时，作用在测力传感器上的力来自输送带的自重、托辊的重量以及物料的重量。
加料口下方的输送带发生撕带时，输送带将会受到异物给的一个附加压力，此压力间接的作用在测力传感器上。
通过撕带试验得出的结论归纳如下：
对于1.2米宽的输送带，这一附加压力大小至少应该在1960N以上才会造成撕带故障。
3）输送带跑偏:
本次设计用跑偏开关进行检测带式输送机是否发生跑偏，此跑偏开关为单立辊双凸轮结构，具有立辊自动复位功能。
当输送带跑偏而与立辊接触时，立辊被输送带推着摆动，带动装置内的凸轮转动。
该装置有两个动作位置：
当跑偏不十分严重时，立辊摆至第一位置，外侧凸轮松开第一行程开关，其常闭触点复位，输出报警信号；
当跑偏过度时，竖直的立辊被迫旋转至二位时，开关内部的凸轮将松开第二行程开关，输送机接收到信号将停机，避免发生事故。
4）输送带断带:
本次设计用霍尔传感器检测带式输送机是否发生断带，当输送带运行至靠近主动滚筒时，输送带紧边所受的张力最大，相应的接头变形量也会增大，因而监测点也选在该处，在胶带宽度方向上钢绳芯抽丝“起泡”现象通常首先发生在带宽的左右四分之一处，因而可着重监测接头区这两处的长度搜其变化在胶带接头区四分之一宽度方向上预埋两组磁块，和一块金属电阻应变片，当两组磁块通过胶带下方的霍尔元件时则会产生一串脉冲信号，将此脉冲信号送至信号处理器便可通过测算脉冲的时间间隔T，得到接头区的长度。
5）输送带堆料:
本次设计用施密特触发器检测带式输送机是否发生堆料，系统对其输出电阻的变化进行测量，从而确定是否堆料。
6）输送带托辊卡死:
本次设计用测温传感器检测带式输送机是否发生托辊卡死，采用由形状记忆合金构成的测温传感器，将其安装在托辊轴端，当形状记忆合金监测的温度升高，直至达到其记忆温度，它就会产生相应的变形量，微动开关触发，并输出一个开关量信号，对托辊卡死进行间接测量。
7）输送带张力超限：
本次设计用拉力传感器检测带式输送机是否发生张力超限，并将拉力传感器装于滚筒轴两端，当测出轴两端的张力便可求出沿带宽的平均张力，当张力达到10000N时报警，若超过10000N时进行紧急停车。
8）输送带抽动：
本次设计用漏磁信号传感器检测带式输送机是否发生抽动，电磁检测部分的核心是漏磁信号传感器，这种传感器是基于电磁感应理论，利用输送带各种损伤及接头抽动移位的变化引起磁场信号变化，并把该磁场信号通过信号变换转换为电信号送入PLC数据采集并检测输送带是否抽动。
9）紧急停车：
当输送机正常运行时，紧急停车开关中的拉杆压住内部的行程开关，并且控制回路内的接触点处于常开状态。
当输送机出现某一故障而需要紧急停车时，可选取最近的闭锁开关进行手动控制也可在主控室直接控制，拉下开关任意一端的钢丝绳，停车开关中的拉杆松开并旋转，行程开关同时进行动作。
输送带控制装置接收到紧急停车信号，立即发出命令，切断电源，输送机停机，当故障被排除后，需要将指示牌转到竖直位置，开关回到原位；
如果不经过人工复位，紧急闭锁开关中的拉杆不能复位，开关起闭锁作用[11]。
紧急闭锁开关装置还可兼作接线盒来使用，沿输送机线路方向设置的信号器、打滑、撕裂、跑偏、断带、堆料、托辊卡死、张力超限、抽动、锈蚀、脱胶等相应的传感器都可以接入附近的紧急停车开关装置中，并通过其与电气控制装置相连接。
控制流程图如下图2.2所示:
图2.2系统控制流程图
第三章硬件分析
3.1I/O点数分配
表3.1I/O点数分配
名称
符号
输入
名称
输出
启动按钮
SB1
I0.0
打滑报警灯
HL1
Q0.0
皮带打滑开关
SQ1
I0.1
撕裂报警灯
HL2
Q0.1
皮带撕裂开关
SQ2
I0.2
跑偏报警灯
HL3
Q0.2
皮带跑偏开关
SQ3
I0.3
升级会员 