1、煤礦的運輸系統對保證礦井正常生產起著非常重要的作用。提高了運輸系統的監測和控制水平。SIEMENS的S7-300系列PLC目 錄1 引言11.1 引言11.2 膠帶輸送機集中控制系統11.2.1 膠帶輸送機集中控制系統的重要性11.2.2 集中控制系統的發展及存在的問題21.3 本課題研究的主要內容32 膠帶機集中控制系統的總體設計42.1 課題背景介紹42.2 膠帶輸送機集中控制系統的功能設計42.3 膠帶輸送機集中控制系統結構設計52.4膠帶輸送機集中控制系統設備構成72.4.1 膠帶輸送機72.4.2 參數檢測及故障保護裝置82.4.3 PLC簡述152.4.4 人機界面HMI193 膠

2、帶輸送機集控系統硬件設計213.1 SIMATIC S7-300 PLC簡介213.1.1 SIMATIC S7-300 PLC簡介213.1.2 模塊安裝223.2 集控系統PLC的設計233.2.1 CPU的選擇23數字量模塊選擇25模擬量模塊選擇28電源模塊的選擇293.3西門子ET200M與PROFIBUS-DP總線314 膠帶集中控制系統軟件設計344.1 集中控制的流程圖344.2 系統軟件實現354.2.1 控制方式選擇354.2.2 模擬量的處理375 控制系統的抗干擾措施395.1主要干擾源395.2抗干擾措施406 總結42參考文獻:43附錄44致謝461 引言1.1 引言

3、礦井運輸機械的類型很多，按運行方式不同，可分為連續運行和往返運行兩種。連續運行式運輸設備的特點是，一經開動就不需操作而連續運行。普通膠帶機、鋼繩芯膠帶輸送機、鋼繩牽引膠帶輸送機等均屬于此類運輸設備。往返運行式運輸設備的特點是，在運行區間，以一定的方式，作往返式周期性運行，運行中需要操作換向。機車運輸及單繩牽引運輸等屬于此類運輸設備。隨著科學技術的不斷發展，礦井生產規模的不斷擴大，運輸系統也經歷了不斷的變革和進步，并以煤流運輸的連續化（輸送機化），設備大型化（使用長運距、大運營、高運速、大功率輸送機）、自動化、高可靠性與安全性能來保證礦井的連續、高效生產。膠帶輸送機是選煤廣的主要運輸設備，它可用

4、于物料的水平或傾斜運輸上。由于膠帶輸送機的輸送能力變化范圍大、運輸距離長、貨載和輸送機間沒有相對運動、運轉時阻力小等，因而具有適應性強、工作平穩可靠、動力消耗小、機件磨損小、使用維修方便等優點，在選煤廠中得到廣泛應用。1.2 膠帶輸送機集中控制系統1.2.1 膠帶輸送機集中控制系統的重要性礦井膠帶運輸系統是原煤運輸的唯一途徑，是礦井生產的重要環節，因此它的安全高效運行受到很大程度的重視。由于礦井膠帶運輸系統分布廣、信息分散以及控制要求高的特點，隨著礦井生產規模的不斷擴大，以及技術水平的不斷提高，現代化礦井也需要現代化的管理，因此對膠帶運輸系統的控制和管理提出了更高的要求。以往對膠帶輸送機都采用

5、人工就地分臺控制，即每臺輸送機的控制均由一名司機就地操作，這是一種最原始的控制方式。這種控制方式是直接操作輸送機的控制開關，操作最簡單，不增加任何的控制元器件，維護工作較少，但需要人員太多，并因每個司機的思想素質和技術素質不等常有以外事故發生，影響生產的正常進行。而集中控制方式，是在整個運輸線上新增一套集中控制裝置，在控制室內集中操縱機構，由一名司機來完成操作。這不但節省了大量的司機人員，也為及時發現故障，縮短停產時間和綜合自動化創造了條件。目前，已經成為礦井膠帶運輸的主要控制方式。1.2.2 集中控制系統的發展及存在的問題隨著礦井功能和規模的不斷擴大，計算機技術、網絡技術、新的工業控制器技術

6、等新技術的應用，對膠帶輸送機的集中控制系統也得到了飛速發展。皮帶機的綜合自動化控制是整個礦井實現自動控制的重要組成部分。 1.3 本課題研究的主要內容皮帶機集中控制系統可實現對整個皮帶機運輸系統的遙測、遙信、遙控，提高生產效率、降低事故率，減少故障處理時間、減少現場操作人員、提高經濟效益。2.1 課題背景介紹2.2 膠帶輸送機集中控制系統的功能設計本膠帶輸送機集中控制系統具有的功能如下所述：（1） 本系統有集控、就地、檢修三種工作模式。一般系統運行在集控工作模式下，當組成生產流水線時，本機根據前后閉鎖關系自動啟停，同時檢測各檢測保護設備的狀況；運行就地工作模式時，操作員手動操作按鈕啟

7、動/停止膠帶機，但所有保護設備均投入使用；運行檢修工作模式時，操作員手動啟動/停止膠帶，保護設備可有選擇性的投入使用，在檢修模式下，我們使膠帶低速運行。膠帶輸送機不轉時進行，膠帶輸送機運作時，不能改變其工作方式；程序設計中，報警停車等故障信號自動保持，即一旦發出故障信號，即使經維修后信號消失，計算機內仍保留信號故障狀態，這時復位指令可以清除故障保持信號；（3）皮帶輸送機按照逆煤流啟動，順煤流延時停車，并具有閉鎖功能；系統具有膠帶機低速打滑、機頭堆煤、超溫灑水、煙霧、滾筒超溫、沿線急停和跑偏等多種保護。下面簡單介紹它們信號發生后的動作情況：a.拉線開關：信號發出后馬上發出急停指令，系統可以識別哪

8、個急停開關動作，發出拉線開關聲光報警。b.堆煤：信號發出后，執行堆煤聲光報警指令和急停指令。c.跑偏：信號發出后，執行跑偏聲光報警指令，此為一級動作，當報警時間超出一定時間段時，同時再執行急停指令，此為二級動作。d.打滑；信號發出后，執行打滑聲光報警指令, 再執行急停指令。e.超速：信號發出后，執行超速聲光報警和急停指令。f.斷帶：信號發出后，執行斷帶聲光報警和急停指令。g.縱撕：信號發出后，執行縱撕聲光報警和急停指令。h.滾筒超溫：信號發出后，執行滾筒超溫聲光報警、灑水指令和急停指令。i.煙霧：信號發出后，執行煙霧聲光報警、灑水指令和急停指令。2.3 膠帶輸送機集中控制系統結構設計本次設計中

9、需要集中控制的皮帶共有7條，各條皮帶分布較廣，現場控制點分散，并且現場的環境比較惡劣。所以，系統結構采用PROFIBUS-DP現場總線技術，組成主從系統結構。根據工藝流程劃分，系統以PLC為控制主站，以每條皮帶就地箱配備的遠程I/O ET200M為從站，共設7個從站，這樣就節約了大量電纜等材料。本系統由集中控制臺、PLC控制柜、觸摸屏、就地箱、各種保護傳感器及執行器組成。完成一個系統內多條皮帶多個設備全過程的控制、監測，構成一個完善的集中控制系統。其系統結構如圖2-1所示。圖2-1 系統結構圖以SIEMENS公司S7-300系列PLC作為核心控制器件，具有防潮、抗干擾能力強、易擴展，基本免維護

10、，實現與上位機的通信，以循環掃描的方式，檢測傳感器及被控設備的信號，發出程序指令，完成對皮帶機的集中監控，使各個皮帶協調完成工作。PLC控制柜內部由S7-300 PLC模塊、接線端子、電源模塊、變壓器及各種模塊組成；集中控制臺和觸摸屏是人機的交流界面，控制臺面板上有各條皮帶機的起停控制按鈕，總啟、總停按鈕，起車預警按鈕、集控/就地/檢修工作方式的轉換開關，系統緊急停車按鈕；觸摸屏則詳細顯示各條皮帶及給煤機運行情況，同時也顯示出所有皮帶上的各種保護傳感器的動作情況、故障位置等。就地控制箱上有控制皮帶的啟動、停止按鈕，急停按鈕，內部配SIMATIC ET200M遠程I/O，完成現場皮帶的數據采集和

11、控制。每個遠程I/O站可以處理256個開關量或64個模擬量，它與CPU的通信速率最高可達12Mbps，通信距離最遠可達1200米。ET200M 遠程單元通過IM153-2總線接口模塊連接到PROFIBUS總線上。2.4膠帶輸送機集中控制系統設備構成2.4.1 膠帶輸送機帶式輸送機是以膠帶作為牽引機構和承載機構的連續運輸機械，又稱為膠帶輸送機，它在礦山的物料運輸，特別是煤的輸送方面得到了廣泛應用。帶式輸送機主要由以下幾種主要部件組成：傳動裝置、膠帶、機架、滾筒、托輥、拉緊裝置、清掃器、裝料和卸料裝置等。1-膠帶；2-傳動滾筒；3-尾部滾筒；4-上托輥；5-下托輥；6-拉緊裝置；7-給料裝置；8排

12、料裝置；9-機架圖2-2膠帶輸送機膠帶輸送機的基木結構見圖2-2所示。膠帶1繞過傳動滾筒2及尾部滾筒3形成無級循環的牽引機構，在滾筒2和3之間的機架上按一定距離安裝著托輥4和5，用來支承載有物料的膠帶段（重段）和回空的膠帶段（空段），傳動滾筒由電動機通過減速器帶動，膠帶與滾筒之間的摩擦力使膠帶移動，這時，由給料漏斗7（裝載裝置）加到膠帶上的物料就和膠帶一起移動。當膠帶繞過傳動滾筒時，物料就在重力和離心力的作用下卸到排料漏斗8（卸料裝置）中。小車和系在它上面的重物是膠帶輸送機的拉緊裝置，它的作用是通過安裝在小車上的尾部滾筒使膠帶處于張緊的狀態。這樣，膠帶在兩托輥之間懸垂度不致過大，而傳動滾筒也能

13、有足夠的牽引力傳送給膠帶。膠帶是經主動滾筒和機尾改向滾筒形成一個無極環行帶。它上下的兩股膠帶分別由上下的托輥來支承。膠帶機的傳動裝置一般位于輸送帶的頭部、中部或是尾部，它是帶式輸送機的重要組成部分。傳動裝置一般由驅動裝置和傳動滾筒組成。驅動裝置一般采用電動機、液力偶合器、減速器及制動輪、傳動滾筒組成。輸送機的驅動有單滾筒驅動和多滾筒驅動，一般常采用單滾筒驅動，功率大時可采用多滾筒驅動。多滾筒驅動的優點就是能夠傳遞較大的功率，帶動較大的負載，并能降低輸送帶的張力；其缺點就是可能會出現功率不平衡問題，從而增加了電動機的備用功率。本項目的膠帶輸送機都采用一臺電機的單滾筒驅動。膠帶輸送機向上運輸物料的

14、傾角不能過大，運輸煤炭時的傾角一般為18O2lO。向下運輸的傾角一般在150以下。超過這些數值，運輸物料和膠帶之間就會有相對運動，使物料下滑。因此，在輸送同樣高度條件下，膠帶輸送機所需廠房面積或成長度較大。 2.4.2 參數檢測及故障保護裝置速度檢測檢測膠帶打滑、超速和斷帶故障，均需要知道膠帶的運行速度，因此我們給每條皮帶設置一個速度傳感器來檢測膠帶的速度。本設計中，我們選用常州聯力的KJ5007A型速度傳感器，輸出頻率信號，幅值5V，頻率f=200V（V為膠帶速度值），輸出電流信號420mA。其工作原理是：帶式輸送機運行時，速度檢測傳感器由緊貼膠帶的滾輪帶動轉盤（帶有齒槽）在光電傳感器凹槽內

15、轉動，光電傳感器光路通斷受齒槽控制，輸出相應的方波頻率信號，頻率信號經整形放大后，再經頻率/電壓、電壓/電流變換后輸出420mA的電流信號。圖2-5 速度檢測傳感器部分電路方框圖 從大量的斷帶事故分析可知，帶式輸送機斷帶原因大概有以下幾種: （1）齒輪減速器損壞，液力耦合器噴液或電動機逆轉； （2）輸送帶接頭質量問題； （3）運輸中因其他東西卷入而引起運輸載荷突然增加； （4）啟動和停車時應力變化大； （5）輸送帶自身質量不過關，輸送帶服務年限過長，輸送帶長時間超負荷運輸，日常維護不到位； （6）物料分配不均，輸送帶跑偏。為了防止由這些原因引起的斷帶事故，除了進行人為的檢修和維護外，在輸送機沿

16、線上布置斷帶保護裝置尤為重要。因為它可以避免突發事故，隨時處于待命狀態。在滾筒實際轉速不能確定的情況下，我們通過檢測膠帶線速度與滾筒額定線速度差確定是否斷帶，當差值大于設定值時，發出斷帶信號，命令皮帶緊急停車，同時停給煤機，并發出聲光報警。堆煤傳感器 當煤倉內有大煤塊塞住煤倉漏口時，會使煤流阻在煤倉內，無法向膠帶投放。由于煤倉特別大，如果沒有人及時發現煤倉堆煤，煤在煤倉內會越堆越多，最后會迫使使用大量人力物力來挖除煤倉內阻塞的大量煤，同時將運輸系統全部停下。這樣不僅浪費時間降低工作效率，同時也費用大量人力物力，提高煤的生產成本。因此加入堆煤傳感器，及時報警危險煤位，處理煤倉內阻塞的煤。此設計中

17、我們采用常州自動化研究所的物料探測傳感器。KG1006系列物料探測傳感器包括KG1006A型和KG1006C型，適用于煤炭、冶金、化工、建材的功能行業惡劣環境，主要用途是監測料倉物料高度；檢測輸送機溜槽阻塞或轉載點堆積。傳感器可以延時動作，延時時間可調，避免由于大塊物料撞擊引起誤動作。這里我們選用KG1006A型，輸出觸點容量是AC220V，1A，電阻性負載；延時時間0.460s可調，瞬間復位，輸出開關信號。堆煤傳感器一般安裝在機頭下方適當的位置，且不易碰壞或被水和煤塵污染的地方。應保證正常煤流時不誤動作，機器振動不誤動作，不因滴水或煤塵集聚而誤動作，大塊煤矸石碰撞后不能使其損壞。煙霧檢測傳感

18、器 由不銹鋼的外殼構成。本設計我們采用常州自動化研究所的KGN1-1型煙霧傳感器，它為礦用本質安全型，用于監測煤礦井下因機械磨擦、電纜發熱、煤層自然等原因引起的火災事故，輸出0/5mA的開關量信號，紅色LED電源指示，報警時閃爍，頻率1Hz. 當檢測到煙霧濃度超過設定值時，發出灑水指令，啟動灑水裝置對主滾筒進行降溫滅火，并進行聲光報警。煙霧傳感器應懸掛在輸送機頭風流方向后2-3米處，以保證主滾筒因摩擦產生煙霧時立即起作用。若風速超過時應安裝防風罩，根據實際情況而定。為保證煙霧傳感器正常工作，必須對其定期打掃和清洗。拉線急停開關在皮帶輸送機運行過程中，總有一些無法監測到而又非常惡劣的事情發生，當

19、遇到這種緊急情況時，可以采用手動的拉線急停開關，使輸送帶緊急停車，避免發生重大事故。我們采用常州自動化研究所的KG9001A-C型編碼式拉繩急停閉鎖開關，可用作輸送機沿線電纜接線盒，并具有故障位置識別電路，識別各種不同故障及故障發生的地點。沿輸送機長度方向配置的跑偏、縱撕（或其它傳感器）等保護裝置和起動預告、打點聯絡用的信號器均可通過它們與監控系統連接。拉線急停開關沿輸送機安裝，一般每隔80-100米按一個，應安裝在易于觀察到、易于操作的地方。紅外溫度傳感器 由于滾筒和膠帶的摩擦作用，當滾筒溫度過高時，會使膠帶燃著。因此，我們要及時監測滾筒溫度，當溫度達到一定值時報警。溫度傳感器從使用上可分為

20、接觸式和非接觸式兩大類，接觸式目前使用較為廣泛，而非接觸式測量是通過檢測被測物體所發出的紅外線，來達到測溫的目的。根據課題項目的具體要求，被測對象是一直轉動的滾筒表面，接觸式溫度傳感器測量起來誤差太大，響應時間太長，溫度變化的傳遞完全依靠空氣為介質進行熱交換，因而采用接觸式測量不適用于該次設計，為此，選用了RAYTEK非接觸式紅外熱敏元件作為測溫元件，溫度傳感器的輸出信號為010V模擬量電壓信號，測量范圍為-32535度。它具有響應速度快，測量精度高，安裝維護簡便等特點。我們將檢測到的紅外溫度與設定值比較，當溫度大于設定值時，則發出報警指令，同時啟動灑水閥灑水降溫。一般我們的設定值要根據考慮周

21、邊情況，如：膠帶的制作材料，燃點等。縱撕檢測鋼線芯帶式輸送機以其強度高、運量大和運距長等優點，受到各企業的青睞，也得到越來越廣泛的應用。它之所以強度高是因為其內部縱向布置了許多鋼絲繩，但是在其寬度上，抗拉強度是很低的。因此正因為這一特點，使其容易發生縱向撕裂事故，而且一旦事故發生，就會造成非常重大的經濟損失，即使能修補，也浪費很長的時間，給生產造成損失。縱向撕裂，其原因是多方面的，主要有：一些料棒插入到輸送帶中；大塊長型矸石掉到輸送帶上；機架上某些固定件掛住輸送帶；各種鐵絲鉤住輸送帶等。就發生縱撕的地點來看，大部分是在裝載處，因此縱撕檢測傳感器一般放在裝載點前10處。輸送帶縱撕事故如此嚴重，提

22、出了多種檢測和監視裝置，下面我們收集多方面資料比較詳細的介紹幾種常見類型。由于輸送帶被撕裂后，表現特征各不相同，選用何種裝置進行檢測，要根據具體情況而定，一般要選用幾種同時使用，以防范重大事故的發生。 （1）漏料檢測器。當輸送帶被撕裂后，物料會通過裂口掉到下面的托盤上，根據平衡原理，當物料重量克服平衡錘的重量，使裝置繞支點轉動，迫使限位開關動作（圖2-8）。這種檢測裝置結構比較簡單，檢查方便，但是，只有物料落下后才可檢測到，當裂口因為拉力重合到一起，物料無法落下時，卻無法檢測的到。圖2-8 漏料檢測器 （2）帶寬檢測器。它是利用與輸送帶邊緣相接觸的檢測輥或是利用超音波距離測量來檢測輸送帶寬度。

23、這就避免了上面漏料檢測器的失誤。當輸送帶寬度變小時，兩個檢測輥之間的距離變小，通過萬向節把撕帶的信息傳遞給開關，開關控制電動機停機。此外，帶寬檢測裝置和時間繼電器配合使用，當接受到信號后，等待一段時間再發出動作指令，以區分是輸送帶撕裂或是撕邊。 （3）超聲波檢測器。在輸送帶容易撕裂的地方的托輥之間安裝能夠產生超聲波的波導管，使之產生超聲波振蕩，再通過檢波器檢波后發出。當輸送帶正常運行時，超聲波送波、受波正常，發出正常信號；如果輸送帶撕裂，波導管因彎曲而破壞，這時送波和受波狀態不同，發出輸送帶縱向撕裂信號，使輸送機停機，避免輸送帶縱向撕裂事故繼續擴大。 （4）振動檢測器。它的激振器是一個偏心圓盤

24、，布置在兩個承載托輥之間的輸送帶上的無載邊。在輸送帶的另一邊安裝振動接收器，它通過自由回轉的輥輪和輸送帶接觸。帶式輸送機運轉時，偏心激振器使輸送帶產生橫向強迫振動，振動接收器受輸送帶振動的作用，發出信號并輸入放大器。當輸送帶發生縱向撕裂時，振動接收器再受振動的作用，輸出信號相應減弱，則放大器發出信號，繼電器動作，帶式輸送機停機。在本設計中，我們選擇使DJSBA-1型縱撕傳感器。DJSBA-1型縱撕傳感器為礦用隔爆妝本質安全型，適用于煤礦井下有瓦斯、煤塵爆炸性氣體環境中。安裝于輸送機膠帶下方，近落料點處。當膠帶發生縱向撕裂時，物料灑落在傳感器上面，物料超過設定重量（0.2kg）時，傳感器發出動作

25、信號送至主控系統，立即停車并聲光報警。2.4.3 PLC簡述 隨著微處理器、計算機和數字通信技術的飛速發展，計算機控制已經廣泛應用在所有的工業領域。可編程序控制器（Programmable Logic Controll er）正是順應這一潮流出現的，它是以微處理器為基礎的通用工業控制裝置。1987年，美國電氣制造協會（NEMA）對可編程序控制器下了定義：可編程序控制器是一種帶有指令存儲器、數字的或模擬的輸入輸出接口，以位運算為主，能完成邏輯、順序、定時、計數和算術運算功能，用于控制機器和生產過程的自動控制裝置。可編程序控制器簡稱PLC，它的應用面廣、功能強大、使用方便，已經成為當代工業自動化的

26、主要支柱之一。PLC已經廣泛地應用在各種機械設備和生產過程的自動控制系統中，PLC在其它領域，例如在民用和家庭自動化設備中的應用也得到了迅速發展。 （1）PLC 的系統構成PLC的硬件系統由CPU、I/O擴展機及外部設備組成。如圖2-9所示。西門子PLC以其極高的性能價格比，在國內占有很大的市場份額，在我國的各行各業得到了廣泛的應用。本次設計所采用的S7300屬于模塊式PLC，主要由機架、CPU模塊、信號模塊、功能模塊、接口模塊、通信處理器、電源模塊和編程設備組成，各種模塊安裝到機架上。通過CPU模塊或通信模塊上的通信接口，PLC被連接到通信網絡上，可以與計算機、其它PLC或其它設備通信。與繼

27、電器控制系統相比，PLC可以認為是由輸入部分、控制部分和輸出部分等組成，但它是采用大規模的集成電路的微處理器和存儲器來代替繼電器控制線路，控制作用是通過編制好并存入內存的程序來實現的。我們可以認為PLC的等效電路如下：輸入部分：用于接受外部輸入信號，與外部輸入設備連接。可以等效為一個受控于外部用戶輸入設備的繼電器線圈（輸入繼電器）。控制部分：等效于一個受控于內部邏輯的一個線圈，接點可用于驅動外部輸出設備的繼電器。輸出部分：用于與外部輸出設備連接。電源擴展機架接觸器電磁閥電 源 模 塊接 口 模 塊輸入模塊輸出模塊CPU模塊通信接口其它設備其它PLC計算機選擇開關指示燈限位開關電源按鈕 （2）P

28、LC的工作原理CPU中的程序分為操作系統和用戶程序。操作系統用來處理PLC的啟動、刷新輸入/輸出過程映像區、調用用戶程序、處理中斷和錯誤、管理存儲區和通信等任務。用戶程序由用戶生成，用來實現用戶要求的自動化任務。STEP7將用戶編寫的程序和程序所需的數據放置在塊中，功能塊FB和功能FC相當于用戶編寫的子程序，系統功能SFC的系統功能塊SFB是操作系統提供給用戶使用的標準子程序，這些塊也通稱為邏輯塊。PLC采用循環執行用戶程序的方式，這種運行方式也稱為掃描工作方式。OB1是用于循環處理的組織塊，相當于用戶程序的主程序，它可以調用其它的塊，或被中斷程序（組織塊）中斷。PLC得電或由STOP模式切換

29、到RUN模式時，CPU執行啟動操作，清除沒有保持功能的位存儲器、定時器和計數器，清除中斷堆棧和塊堆棧的內容，復位保存的硬件中斷等。此外還要執行一次用戶編寫的“系統啟動組織塊”OB100，完成用戶指定的初始化操作，以后將進入周期性的循環運行。循環程序處理過程可以被某些事件中斷，如果有中斷事件出現，當前執行的塊將停止執行，并調用分配給該事件的組織塊。該組織塊執行完畢后，被中斷的塊將從被中斷的地方開始繼續執行。在PLC的存儲器中，設置了一片區域用來存放輸入信號和輸出信號的狀態，它們分別存放在輸入過程映像區和輸出過程映像區。PLC梯形圖中的其它編程元件也有對應的映像存儲區。在循環程序處理中，CPU并不

30、直接訪問I/O模塊中的輸入地址區域和輸出地址區域，而是訪問CPU內部的過程映像區。在讀輸入模塊階段，PLC將所有外部輸入電路的接通/斷開狀態讀如輸入過程映像區。在寫輸出模塊的階段，CPU將輸出過程映像區的狀態傳給輸出模塊。在程序執行階段，即使外部輸入信號的狀態發生了變化，輸入過程映像位的狀態也隨之而變，輸入信號變化了的狀態字能在下一個循環掃描周期的讀輸入模塊階段被讀入。PLC用戶程序由若干條指令組成，指令在存儲器中順序排列。在沒有跳轉指令和塊調用指令時，CPU從第一條指令開始，逐條順序執行用戶程序，直到用戶程序結束。在執行指令時，從輸入過程映像區或別的存儲區中將有關編程元件的0、1狀態讀出來，

31、并根據指令的要求執行相應的邏輯運算，運算的結果寫入到對應的存儲區中，因此，各編程元件的存儲區（輸入過程映像區除外）的內容將隨著程序的執行而變化。PLC的特點a靈活、通用在繼電器控制系統中，使用的控制裝置是大量的繼電器，整個系統是根據設計好的電氣控制圖，由人工通過布線、焊接、固定等手段組裝完成的，其過程費時費力。如果因為工藝上少許變化，需要改變電氣控制系統時，原先整個電氣控制系統將被全部拆除，而重新進行布線、焊接、固定等工作，耗費大量人力、物力、和時間。而PLC是通過在存儲器中的程序實現控制功能，若控制功能需要改變，只需修改程序及少量接線即可。而且，同一臺PLC還可用于不同控制對象，通過改變軟件

32、則可實現不同控制的控制要求。因此，PLC具有很大的靈活性和通用性，結構形式多樣化，可以適用于各種不同規模、不同工業控制要求。b可靠性高、抗干擾能力強可靠性是工業控制器件的重要指標。因此，要求在各種惡劣工作環境和條件（如電磁干擾、灰塵等）下可靠工作，將故障率降至最低。PLC具有很高的可靠性和抗干擾能力，不會出現繼電器一接觸器控制系統中接線老化、脫焊、觸點電弧等現象，故被稱為“專為適應惡劣工業環境而設計的計算機”。c編程簡單、使用方便PLC采用面向控制過程、面向問題的“自然語言”編程，容易掌握。目前，PLC大多采用梯形圖語言編程方式，它既繼承了繼電器控制線路的清晰直觀感，又考慮到電氣技術人員的讀圖

33、習慣和應用實際，電氣技術人員易于編程，程序修改靈活方便。這種面向控制過程、面向問題的編程方式，與匯編語言相比，雖然增加了解釋程序和程序執行時間，但對大多數機電控制設備來說，PLC的控制速度還是足夠快的。此外，PLC的I/O接口可直接與控制現場的用戶設備聯接。如繼電器、接觸器、電磁閥等聯接，具有較強的驅動能力。d接線簡單 PLC只需將輸入設備（如按鈕、開關等）與輸入端子聯接，將輸出設備（如接觸器、電磁閥等）與輸出端子聯接。接線極其簡單、工作量極少。e功能強PLC不僅具有條件控制、定時、計數、步進等控制功能，而且還能完成A/D. D/A轉換、數字運算和數據處理以及通信聯網、生產過程監控等。因此，P

34、LC既可對開關量進行控制，又可對模擬量進行控制。可控制一臺單機、一條生產線，也可控制一個機群、多條生產線。可用于現場控制，也可用于遠距離控制。可控制簡單系統，又可控制復雜系統。f體積小、重量輕、易于實現機電一體化PLC具有體積小、重量輕、功耗低等特點。由于PLC是專為工業控制而設計的專用計算機，其結構緊湊、堅固耐用，以及有很強的可靠性和抗干擾能力，易于嵌入機械設備內部。因此，PLC在機電一體化產品中被廣泛應用。2.4.4 人機界面HMI人機界面是操作人員與PLC之間進行對話和相互作用的接口設備。近年來人機界面的應用越來越廣泛，已經成為現代工業控制系統不可缺少的設備之一。這里我們選用觸摸屏和操作

35、臺。觸摸屏用來監視帶式輸送機的運行工況。觸摸屏可以監視帶式機速度、拉線急停和跑偏開關的動作位置等各種保護狀況以及顯示帶式輸送機的正常運行工況和各種故障狀態。通過操作臺的各種控制按鈕，可以進行工作方式選擇和就地控制帶式輸送機。圖2-11和圖2-12分別是本次設計的操作臺、就地控制箱面板。圖2-12 就地控制箱面板觸摸屏技術就是使用者只要用手指輕輕地觸碰計算機顯示屏上的圖符或文字，就能實現對主機的操作或查詢，這樣就擺脫了鍵盤和鼠標操作，從而大大地提高了計算機的可操作性。觸摸屏是一種最直觀的操作設備，只要觸摸屏幕上的圖形對象，計算機便會執行相應的操作。觸摸屏具有方便直觀、圖像清晰、堅固耐用和節省空間

36、等優點。在觸摸屏上，我們主要顯示皮帶的運行狀況和給煤機的運行信號，膠帶的速度和各個故障的狀態及故障出現的具體位置，同時也可以查詢到各皮帶滾筒的溫度，以實時監測皮帶，減少故障查找環節，提高工作效率。3.1 SIMATIC S7-300 PLC簡介3.1.1 SIMATIC S7-300 PLC簡介 3.1.2 模塊安裝S7-300可以水平安裝也可以垂直安裝，其允許的環境溫度分別為040（垂直安裝）和060。電源和CPU必須安裝在導軌的左側（水平安裝）或低部（垂直安裝）。S7-300是模塊化組合結構，根據應用對象不同，可選擇不同型號和不同數量的模塊，并可以將這些模塊安裝在同一個機架上（導軌）或多個

37、機架上。除電源模塊、CPU模塊和接口模塊外，一個機架上最多只能安裝八個信號模塊或功能模塊。IM360/IM361接口模塊用來將S7-300背板總線從一個機架連接到下一個機架。在使用擴展機架時，除了另需模塊機架和接口模塊以外，可能還需要另加電源模塊。中央處理單元總是在0號機架的2號槽位上，1號槽安裝電源模塊，3號槽總是安裝接口模塊，槽號4到11，可自由分配信號模塊，功能模塊和通信模塊。需要注意的是槽號是相對的，每一個機架的導軌并不存在物理的槽位。3.2 集控系統PLC的設計3.2.1 CPU的選擇 3.2.1.1 I/O點數的確定 經過對各輸入輸出的大略計算，本設計中需要數字量輸入164點，數字

38、量輸出69點，模擬量輸入通道14路，其具體分配見表3-1，3-2，3-3。 表3-1模擬量輸入通道統計表 模擬量輸入通道數皮帶機速度1*7滾筒溫度1*7總計14 表3-2數字量輸入點數統計表數字量輸入點數操作臺控制方式選擇3總啟動按鈕1總停止按鈕1起車預警按鈕1急停按鈕1給煤機啟停按鈕2各皮帶啟停按鈕14堆煤傳感器1*7主提升、走廊皮帶跑偏開關2*12其他皮帶跑偏開關8*6表3-2數字量輸入點數統計表（續表）數字量輸入點數縱撕傳感器1*7煙霧傳感器1*7走廊皮帶拉線急停開關2主提升皮帶拉線急停開關20其他皮帶拉線急停開關1*5就地箱啟動按鈕1*7就地箱停止按鈕1*7就地箱急停按鈕1*7總計16

39、4表3-3數字量輸出點數統計表數字量輸出點數皮帶電機開7灑水裝置電磁閥7皮帶電機關7警鈴1給煤機啟動、停止2狀態指示燈10就地箱故障顯示燈5*7總計69考慮到前面的設計中I/O點數可能有疏漏，并考慮到I/O端的分組情況以及隔離與接地要求，應在統計后得出的I/O總點數基礎上，增加10到15的裕量。考慮裕量后的I/O總點數即為I/O點數估計值。選定的PLC機型的I/O能力極限值必須大于I/O點數估計值，并應盡量避免使PLC能力接近飽和，一般應留有30的裕量。 3.2.1.2 存儲器容量選擇 PLC的I/O點數估算值大小，在很大程度上反映了PLC系統的功能要求，因此可以在I/O點數估算值的基礎上計算

40、對PLC存儲器容量的需求。目前，大多用統計經驗公式進行存儲器容量估算。這種方法是以PLC處理每個信息量所需存儲器數的統計平均經驗值為依據，乘以信息量數再考慮一定的裕量計算得到存儲器需要容量。作為一般應用下的一種經驗公式是：存儲器容量其中：DI為數字量輸入總點數； DO為數字量輸出總點數； AI/O為模擬量I/O通道總數。DI點數估計值為164×1.15=189，DO點數估計值為69×1.15=80，AI通道估計值為14×1.15=17個。所以存儲器容量為:1.2×（189×10+69×5+17×100）/1024=4.62K

41、B工程實踐中，大多采用粗略估算，加大裕量，實際選型時參考此值采用就高不就低的原則。 3.2.1.3 響應速度PLC是為工業自動化而設計的通用控制器，不同檔次的PLC的響應速度一般能滿足起應用范圍內的需要。如果要跨范圍使用PLC，或者應用中的某些功能或信號有特別的速度要求時，確定PLC的型號就應特別慎重。通過上面的計算，考慮系統通訊和冗余的要求，選用SIMATIC S7-300系列中的CPU315-2 DP是最合適的。其中最主要的原因是CPU315-2 DP是S7-300系列中唯一帶現場總線（PROFIBUS） SINEC L2-DP接口的CPU模塊。內置80KB RAM，隨機存儲器為48KB，

42、最大數字量I/O點數為1024個，最大模擬量I/O通道數為128個。最大配置4個機架，32塊模塊。滿足設計需要。數字量模塊選擇 I/O主提升皮帶輸入開關量有38個，其他皮帶輸入開關量點數都少于20個。故操作臺輸入模塊SM321選1塊，主提升皮帶遠程I/O選2塊，其余皮帶遠程I/O各選1塊，一共選9塊輸入模塊SM321。 3.2.2.1 數字量輸出模塊的選擇和外部連線I/O分別選1塊，模擬量模塊選擇I/O分別設1塊，共選用7塊。電源模塊的選擇綜上所述，本次設計中我們選用的模塊：CPU315-2 DP處理器；PS307電源模塊；ET200M遠程控制單元；CP340通信模塊；SM321數字量輸入模塊

43、；SM322數字量輸出模塊；SM331模擬量輸入模塊。其具體配置如圖3-6所示。圖3-6 系統配置圖3.3西門子ET200M與PROFIBUS-DP總線 3.3.1 ET200MSIMATIC ET200M是采用模塊化的設計，方便安裝于控制柜。且與SIMATIC S7-300 I/O模塊及功能模塊兼容，安全性高。支持 “熱插拔”功能，適合過程控制中危險區域使用，遠程擴展使用等特殊情況。 ET200M是高密度配置的模塊化I/O站，保護等級為IP20。它可用S7-300可編程序控制器的信號、功能和通訊模塊擴展。由于模塊的種類眾多，ET200M尤其適用于復雜的自動化任務。可插入模擬量HART的輸入和

44、輸出模塊，意味著ET200M適用于過程工程。它也適宜于與冗余系統一起使用。ET200M是在PROFIBUS-DP上的被動站（從站）。最大數據傳輸速率為12M位/S。ET200M也可以在運行過程中，在有電源情況下配置S7-300 I/O模塊的有源總線模塊，其余模塊仍繼續運行。 ET200M由以下部分組成 ： （1）IM153接口：用于與PROFIBUS-DP現場總線的連接 ； （2）各種I/O模塊：用總線連接器連接或插入在有源總線模塊內, 總線連接器設計，在運行過程中不能更換模塊； 有源總線模塊設計，在運行過程中能更換模塊；（3）電源（如有必要） ； （4）S7-300自動化單元的所有I/O模塊

45、：都可應用（功能和通信模塊只用于SIMATIC S7/M7主設備）； （5）HART模塊 。ET200M最多可擴展8個I/O模塊，每個ET200M的最大地址區：128字節輸入和128字節輸出。ET200M通過RPOFIBUS-DP與PLC控制柜連接通信。3.3.2 PROFIBUS-DP總線PROFIBUS是世界上最大的開放式工業現場總線網絡之一，它的的技術性能使其可以用于工業自動化的一切領域。這種網絡能夠支持32個節點，最高運行速度為12Mbps。與大多數現場總線系統一樣，PROFIBUS能夠減少運營成本，提高生產效率，加快新品上市時間，并改善產品質量。與標準420mA 控制不同，PROFI

46、BUS能夠在由一根雙絞線電纜組成的單一總線網段上，支持32個工作站。PROFIBUS-DP是PROFIBUS現場總線的三個兼容版本之一，它是專為自動控制系統和設備分散I/O之間通信設計的，是經過優化的高速、廉價的通信連接。PROFIBUS-DP 的特點： （1）代替 PLC/PC 與 I/O 之間昂貴的電線； （2）快速，傳輸 1 千字節的輸入數據和 1千字節的輸出數據所需時間<2 ms； （3）強有力的工具，減少組態和維護費用； （4）被所有主要的 PLC 制造商支持； （5）有廣泛的產品：PLC, PC, I/O, 驅動器, 編碼器等； （6）允許周期性和非周期性的數據傳輸； （7）

47、單主和多主網絡； （8）每個站的輸入和輸出數據最多可達 244 字節。 （9）強大的三級診斷功能，CPU、模塊、通道診斷一應俱全。4.1 集中控制的流程圖4.2 系統軟件實現4.2.1 控制方式選擇4.2.2 模擬量的處理5 控制系統的抗干擾措施 PLC控制系統具有可靠性高、功能強、體積小、易于實現過程控制等優點，在工業生產過程控制中應用相當廣泛。一般的PLC控制系統不用采取什么特殊抗干擾措施，就可以直接在工業環境使用。但在特別惡劣的環境中，如強電場、強磁場、電氣設備產生的高頻干擾等，這些干擾會導致控制精度降低、PLC內部數據丟失、機器誤動作，甚至造成PLC發生故障或損壞。所以，在實際應用過程

48、中，不僅要按照要求合理配置系統，正確配接線，還必須充分考慮各種異常情況，采取相應抗干擾措施以確保PLC控制系統可靠穩定地運行。5.1主要干擾源 PLC控制系統的干擾源很多，從形式上講分為內部干擾和外部干擾兩類，內部干擾是PLC本身的問題，外部干擾包括傳導型干擾和輻射型干擾。傳導型干擾就是通過電氣線路進入PLC控制系統的干擾信號，包括電源線、信號線等外部線引入的干擾和接地干擾；輻射型干擾是輻射電磁場通過感應進入PLC系統的干擾信號。下面簡要介紹一下這些干擾。（1）電源線引入干擾 PLC系統的正常供電電源均由電網供電。當電網上的負載如大型電力設備、交直流傳動裝置等啟停時會引起電網電壓的波動，從而產

49、生諧波，諧波通過輸電線路傳到電源周邊，造成PLC控制系統出現故障。（2）信號線引入干擾這些干擾信號主要通過兩種途徑傳輸到PLC控制系統，一是通過變壓器供電電源或公用信號儀表的供電電源串入的電網干擾，這往往被忽視；二是信號線受空間電磁輻射感應的干擾。由信號引入的干擾會引起I/O信號異常和測量精度降低，嚴重時將引起元器件損壞。對隔離性能差的系統，將導致信號間相互干擾，引起共地系統總線回流，造成邏輯數據變化、誤動和死機。（3）接地干擾PLC應用系統的地線包括系統地、屏蔽地、交流地和保護地等。接地系統混亂會引起各個接地點電位分布不均，引起地環路電流，影響系統正常工作。例如電纜屏蔽層必須一點接地，如果兩端都接地，就存在地電位差，造成電流流過屏蔽層，影響PLC的正常工作。 5.2抗干擾措施 5.2.1 抗供電電源干擾本系統采用