1、本科毕业论文（20 届）煤矿皮带机 PLC 控制系统设计COAL MINE BELT CONVEYOR Of PLC CONTROL SYSTEM DESIGN所在学院 专业班级 矿山机电 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 I毕业设计（论文）共 59 页（其中：外文文献及译文 25 页） 图纸共 1 张 摘要皮带运输机作为一种连续输送物料的搬运机械，主要用来输送块状、粒状和散状的物料。皮带运输机具有输送距离长、运量大、输送连续等优点，而且运行可靠，易于实现自动化和集中化控制，因此，它被广泛应用于现代工业生产，尤其在高产高效的矿井中，皮带输送机己成为实现矿井运输机电一体化的关键设
2、备。但是在皮带运输机的连续运行中，往往会出现跑偏、撕裂、急停、温度、堆煤、烟雾、打滑等故障，给工业生产带来了极大的不便和损失，甚至会造成人员伤亡，因此对皮带运输机保护系统的研究具有重要的意义。本文针对皮带运输机运行过程中出现的不同故障，选择了相应的传感器，通过 PLC 实现报警。在本文中，对各种故障发生的原因及危害进行了简单的描述，着重介绍了各种故障检测传感器的选型、性能、安装和调试。本文对控制系统的硬件和软件都做了详细的介绍，硬件方面，本文根据系统所需要的输入/输出节点数，选用了西门子 S7-200 系列 PLC,其中 CPU 单元为 CPU-224XP，扩展模块采用了 EM221 和 EM
3、223。软件方面，本系统主要实现保护控制，具有如下检测保护功能:跑偏、撕裂、急停、温度、堆煤、烟雾、打滑。 关键词:皮带运输机,PLC, 故障检测 ,IIAbstractBelt conveyor as a continuous conveying material handling machinery, mainly used for transporting materials in shape of massive, granular and powder of. Belt conveyor with long distance, large capacity, transportati
4、on advantages of continuous, and reliable operation, easy to realize automation and centralized control, therefore, it is widely used in modern industrial production, especially in high yield and efficient mine belt conveyor has become a key equipment for the mine transportation mechanical and elect
5、rical integration. But in continuous operation of belt conveyor, the running deviation, tearing, often can appear to stop, temperature, and pile of coal, smoke and sliding failure, to industrial production has brought great inconvenience and loss, and even cause casualties, therefore, the study of b
6、elt conveyor protection system is of great significance. This article in view of the belt conveyor running in the process of different fault, choose the corresponding sensor, alarm was achieved by PLC. In this article, the causes and harm of all kinds of faults are the simple description, emphatical
7、ly introduces all kinds of fault detection of the sensor selection, performance, installation and debugging.In this paper, the hardware and software of the control system are made detailed introduction, hardware aspect, this article based on the system the required input/output node number, chose th
8、e Siemens S7-200 series PLC, including CPU units for CPU - 224xp, extension module adopted EM221 and EM223. Control software, this system main realization protection, has the following detection protection function: running deviation, tearing, abrupt stop, temperature, pile of coal, smoke, skid.Key
9、words: belt conveyor；PLC；fault detection；explosion-proof目录1 绪论 .11.1 选题的背景及意义 .11.2 国内外皮带机研究现状及主要差距 .21.2.1 国外皮带机研究现状 .21.2.2 国内皮带机研究现状 .21.2.3 国内外皮带机技术的主要差距 .31.3 本课题拟研究内容及研究目标 .32 皮带运输系统设备选型设计 .32.1 皮带输送机选型设计 .42.2 驱动电机选型设计 .42.3 变频器选型设计 .52.4 传感器的选型 .62.4.1 堆煤监测 .72.4.2 温度监测 .72.4.3 烟雾监测 .82.4.4
10、撕裂监测 .92.4.5 拉绳急停闭锁开关 .102.4.6 纠偏装置 .112.4.7 拉紧装置 .122.4.8 自动洒水装置 .133 煤矿皮带机 PLC 硬件设计 .153.1 PLC 的选型设计 .153.2 电机控制回路的设计 .173.3 PLC 模块安装布置与布线 .194 煤矿皮带自动运输监控系统的软件设计 .214.1 I/0 地址分配 .214.2 PLC 软件程序设计 .234.2.1 主程序的设计 .234.2.2 皮带故障程序的设计 .275 技术经济分析 .286 结论 .29致谢 .30参考文献 .31附录 A 译文 .33附录 B 外文文献 .47辽宁工程技术
11、大学毕业设计（论文）11 绪论1.1 选题的背景及意义皮带机是以皮带兼做承载机构和牵引机构一种运输设备，广泛用于矿山、码头、冶金、建材、机械及仓储业的物料输送，皮带机已成为公认的对于散状物料输送效率最高、应用范围最广泛的一种连续运输设备。皮带机是实现生产过程机械化、改善工作条件、减轻繁重体力劳动的设备。 皮带机作为煤矿生产中的主要运输设备，具有操作简单、自动化程度高等诸多特点。但是由于矿井的作业环境特殊，生产条件比较恶劣；皮带机需检测量多，工作量大，一般不能通过工作经验检查和排除故障；特别是长距离大运量皮带机，不便于人工监测和检修，加上技术和管理方面的欠缺，导致皮带机事故发生，并且事故呈现突发
12、性、恶性化、事故伤害涉及人员和设备。 由于皮带运输机的运行直接关系到生产设备及工作人员的安全，因此，如何保证长距离皮带机的安全运行，预防和减少恶性事故的发生，消除故障隐患，保证设备和人身安全，正成为重要的研究课题。 研制一套皮带运输机 PLC 控制系统可以集中显示皮带运输机机的运行状态，并可以通过网络远程监测皮带机运行状况，对于确保皮带机的安全运行具有极其重要作用。该系统能够实现在皮带机出现故障时，系统报警，并根据故障的程度采取不同的保护措施。这样，一方面可以方便现场巡检人员了解皮带机的运行状态，减少甚至取消了围绕皮带机巡检和记录皮带机各部分运行状态的工作，减少了劳动强度，提高了工作效率；另一
13、方面可以减少巡检人员长时间处于错综复杂的井下环境，改善了现场巡检人员的工作环境，增加了巡检人员自身的安全。同样也便于其他人员通过网络随时随地了解皮带机的运行状态。此外，系统的报警及综合保护功能可以在皮带机出现故障时，报警提示相关工作人员，采取相应的保护措施，减少甚至避免故障造成的损失。对长距离大运量皮带机进行实时监测和故障诊断，应用可靠的监控及安全保护装置，及早发现皮带机的故障并采取相应的保护措施，可以最大限度的减少皮带机因意外造成的损失，将大大延长皮带机的使用寿命，可有效地提高矿井皮带运输系统的效率和井下生产力，也将带来不可估量的经济效益。21.2 国内外皮带机研究现状及主要差距1.2.1
14、国外皮带机研究现状 目 前 ， 国 外 皮 带 运 输 机 技 术 的 发 展 很 快 ， 其 大 体 向 两 个 方 向 发 展 ： 一 方 面 是 体 现在 皮 带 运 输 机 的 外 形 上 ， 使 皮 带 运 输 机 多 元 化 、 应 用 范 围 扩 大 化 ， 例 如 国 外 生 产 的 各种 管 状 带 式 皮 带 运 输 机 、 高 倾 角 带 式 皮 带 运 输 机 等 各 种 机 型 ； 另 一 方 面 体 现 在 国 外 皮带 运 输 机 在 本 身 的 装 备 和 技 术 上 都 有 了 显 著 的 提 高 ， 特 别 是 高 速 度 、 长 距 离 、 超 运 量 、
15、高 保 障 等 大 型 皮 带 运 输 机 已 经 成 了 主 要 的 发 展 方 向 ， 其 主 要 是 开 发 利 用 了 皮 带 运 输 机的 远 程 监 控 技 术 和 动 态 分 析 。 目 前 ， 国 外 皮 带 运 输 机 的 主 要 技 术 指 标 如 表 1-1 所 示 。表 1-1 国外皮带运输机的主要技术指标表Tab.1-1 The main technical parameters of belt conveyor in overseas主要技术参数 可伸缩皮带运输机 大巷与斜井固定式强力皮带运输机运输距离 /m 20003000 3000运输量/ 1ht 250030
16、00 30004000带速 / sm3.54 45，最高达到 8驱动总功率 /kW 12002000 15003000，最大达到 10100国 外 皮 带 运 输 机 技 术 的 主 要 特 点 有 ， 应 用 机 电 一 体 化 ， 设 备 扩 大 化 ， 新 型 元 件 生产 技 术 。1.2.2 国内皮带机研究现状 80 年 代 末 期 以 来 ， 我 国 矿 用 皮 带 运 输 机 也 有 了 很 大 的 发 展 ， 对 皮 带 运 输 机 的 关 键技 术 研 究 和 新 产 品 的 开 发 业 已 经 取 得 了 可 喜 的 成 绩 。 例 如 我 国 生 产 的 顺 槽 可 伸
17、缩 式 皮带 运 输 机 与 大 倾 角 长 距 离 皮 带 运 输 机 成 套 设 备 等 ， 在 产 品 技 术 和 性 能 上 都 有 了 极 大 的提 高 ， 填 补 了 国 内 的 空 白 ， 关 于 皮 带 运 输 机 的 主 要 元 部 件 和 关 键 技 术 都 进 行 了 深 入 的理 论 研 究 以 及 进 行 了 产 品 开 发 ， 已 经 研 制 成 功 了 许 多 软 启 动 和 制 动 设 备 。 目 前 ， 国 内皮 带 运 输 机 的 主 要 技 术 指 标 如 表 1-2 所 示 。辽宁工程技术大学毕业设计（论文）3表 1-2 国内皮带运输机的主要技术指标Ta
18、b. 1-2 The main technical parameters of belt conveyor in China主要技术参数 可伸缩皮带运输机 大巷与斜井固定式强力皮带运输机运输距离/m 10002000 10004000运输量/ 1ht 8001800 10002000带速/ sm23.5 2.54驱动总功率 /kW 250750 75015001.2.3 国内外皮带机技术的主要差距国内外皮带机在控制系统上（监控装置、皮带保护装置、驱动装置），在核心技术上（软启动技术和功率均衡技术），在技术性能上（运输能力、装机功率、带速、张紧装置），在使用寿命和可靠性（输送带的抗拉强度、托辊寿
19、命）上存在较大差距。 1.3 本课题拟研究内容及研究目标本文主要包括两个方面的内容，分为硬件方面和软件方面。首先，设计了皮带运输机保护系统的实验模型，并安装各个传感器。其次，设计 PLC 的控制程序，并完成了线路的连接。具体而言,本论文包括以下内容:1、介绍了皮带运输机可能发生的故障及原因，针对不同故障选择配套的传感器。2、本系统选用了西门子 S7-200 系列 PLC，用 STEP7 编写了皮带运输机的控制程序。设置保护控制，具有如下检测保护功能:跑偏、撕裂、急停、温度、堆煤、烟雾、打滑等，当皮带出现上述任一种故障时，相应的传感器把故障信号传送到 PLC，实现皮带停机保护，同时。3、本文设计
20、了 PLC 软件系统设计，CPU 接线，EM221，EM223，电动机，变频器等的接线。42 皮带运输系统设备选型设计2.1 皮带输送机选型设计皮带输送机主要参数如下：胶带：长度：1000m；宽度：1.4m；带速：4m/s；运输能力： 500t/h；运输倾角：5 ；本设计的皮带自动监控系统主要包括 2 台三相异步电机，1 组皮带，一个控制箱，若干传感器等组成。两台电机分别安装在皮带的首尾端。硬件选型主要是针对煤矿皮带自动监控系统的要求选择所需的设备。主要包括电动机、变频器、传感器以及 PLC 的选择。2.2 驱动电机选型设计首先计算胶带张力图 2.1 输送带设计示意图Figure 2.1conveyor design sketch按摩擦条件确定：F1=F2 F3=F2+FkF4=KF3
