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1、皮带输送机PLC变频控制系统毕业设计目 录毕 业 设 计（论文）任 务 书I摘要IAbstractI第一章 绪论11.1 控制任务分析11.1.1 系统设计要求分析11.1.2 控制系统方框图11.2 国带式输送机现状及发展前景21.2.1 国带式输送机现状21.2.2 带式输送机发展趋势3第二章 带式输送机与液力偶合器简介42.1 带式输送机类型及工作原理42.1.1 带式输送机分类及特点42.1.2 带式输送机工作原理42.2 液力偶合器调速原理及特点52.2.1 液力偶合器调速机理52.2.2 液力偶合器调速特点6第三章 交流异步电动机拖动技术73.1 异步电动机机械特性73.2 恒转矩
2、负载机械特性及特点73.2.1 恒转矩负载的机械特性73.2.2 恒转矩负载基本特点83.3 拖动系统的组成83.3.1 生产机械93.3.2 电动机及其控制系统93.3.3 传动机构93.4 交流异步电动机调速方法分析93.4.1 交流异步电动机调速方法93.4.2 各种调速方法原理及特点103.4.3 皮带机拖动控制系统发展及要求12第四章 变频器简介134.1 变频器的发展134.1.1 直流调速特点134.1.2 变频调速技术发展134.1.3 变频器技术发展方向134.2 变频器的分类144.2.1 按变频原理分类144.2.2 按变频器的用途分类154.3 变频器应用154.3.1
3、 变频调速及其节能154.3.2 变频调速在电动机运行方面的优势164.3.3 变频器在皮带机拖动应用及其特点16第五章 电气控制系统方案185.1 工程概况185.1.1 工程参数及控制对象185.1.2 检测对象185.1.3 系统保护185.2 PLC控制I/O点数确定195.2.1 数字量输入195.2.2 数字量输出205.2.3 模拟量输入205.2.4 模拟量输出215.3 系统硬件连接框图21第六章 系统设备选型226.1 PLC选型226.1.1 模块选型226.1.2 模块参数226.2 变频器选型266.2.1 单传动模块参数266.2.2 变频器型号及参数27第七章 电
4、气原理图及其控制说明287.1 电气设备介绍287.1.1 高压断路器287.1.2 高压隔离开关287.1.3 高压熔断器287.1.4 互感器287.2 主电路及控制电路概述307.3 主电路原理图及其说明307.3.1 主电路原理图307.3.2 主电路系统说明307.4 控制电路原理317.4.1 控制电路原理图317.4.2 控制电路原理分析31第八章 PLC控制系统程序328.1 软件流程图328.2 系统控制说明328.2.1 合闸控制338.2.2 启动控制338.2.3 正常停车控制338.2.4 故障控制338.2.5 就地/集控控制338.3 控制系统梯形图338.3.1
5、 控制程序运行起始画面348.3.2 主程序348.3.3 符号表488.3.4 子程序50结论55参考文献56致谢57英文原文58中文译文69附录1：皮带输送机PLC变频控制系统主电路原理图附录2：皮带输送机PLC变频控制系统控制电路原理图附录3：PLC各模块硬件原理图附录4：变频器硬件原理图 .专业.专注. 第一章 绪论1.1 控制任务分析对于一个给定的设计题目，明确设计目的及设计要求是设计者首要完成的任务。1.1.1 系统设计要求分析根据任务说明书，了解到这是一个实际改造项目，项目原有电动机为高压电机，皮带长120m、宽1.6m。既然是改造原有系统，那么应尽可能在不改变原电动机及皮带的前
6、提下，通过采用PLC实现自动控制，使原有系统工作更加可靠、高效。根据要求实现的功能，现初步分析如下：1.闭环控制要求1：根据皮带运量大小自动调节皮带运行速度，即可实现节能又可减少皮带机的无效磨损。这要求电机的速度是被控量，系统要根据皮带运量大小自动调节电机速度，从而调节皮带速度。但皮带运量是一个随时间在变的量，由此可见该系统是一个随动闭环控制系统，要求输出（电机转速）能够跟随给定量（皮带运量）的变化而变化。其次，对于节能的要求是这样实现的：电机并不是一直处于某个固定速度值下运行的，而是当运量小时其转速就低，运量大时转速就高，从而大大提高工作效率，降低皮带机的无效磨损。2.实时检测和控制要求2：
7、检测系统各台设备的运行参数和运行状况。这要求系统须合理配置传感器，传感器检测的参数通过变送器经PLC采集后，由PLC根据皮带控制要求完成对系统的自动控制。3.系统保护要求3：实现过电压、欠电压；过电流和接地保护。这是在系统主电路中需要完成的功能，应通过电压互感器以及电流互感器进行测量，通过加入各种控制继电器，实现对主电路的继电保护。分析表明，可以在不改变原电动机及皮带机的条件下，完成新的控制任务要求。1.1.2 控制系统方框图 自动控制系统至少应包括测量、变送元件，控制器等组成的自动控制装置和被控对象。当被控对象受到扰动时，被控对象的输出量（被控量）就要发生变化，被控量的变化经过测量、变送元件
8、测量与变换成电量后送入比较元件与给定值进行比较，产生了偏差值。偏差信号送入控制器，在控制器中进行控制规律运算后，输出控制信号，控制量再作用到被控对象，使被控量恢复到给定值。1.系统方框图2.框图分析PLC实现对各种输入输出信号的集中控制和对反馈量与给定值进行比较运算。转速检测采用正交增量式脉冲编码器。一是由于比测速发电机运行可靠，容易实现与PLC输入信号的连接；二是由于测速精度高，可以很方便的实现正反转检测。1.2 国带式输送机现状及发展前景近几年带式输送机技术发展很快，尤其是长距离、大运量、高带速等大型带式输送机已成为主要发展方向，其核心技术是开发应用了带式输送机动态分析与监控技术，提高了带
9、式输送机的运行性能和可靠性。1.2.1 国带式输送机现状我国近几年在带式输送机技术上虽然有长足的发展和创新，但仍与国外带式输送机在一些方面有差距。1.核心技术上与国外存在差距（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，设计中虽对输送带使用了很高的安全系统，但仍与实际情况相差很远。实际的输送带是粘弹性体，长距离带式输送机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。国外已开发带式输送机动态设计方法的应用软件，在大型输送机上对输送机的动力进行动态分析与动态
10、监测，大大延长使用寿命，确保了输送机可靠运行，并使输送机的设备成本尤其是输送带成本大为降低。（2）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力，特别是多电机驱动时。为减少对电网冲击，软起动时应有分时慢速起动，还要控制输送机起动加速度，解决承载带与驱动带的带速同步问题及输送带涌浪现象。由于制造误差及电机特性误差，各驱动点功率会出现不均衡，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
11、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。2.技术性能上与国外存在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4250kW，国外产品可达4970kW，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
12、辊转速限制，我国带式输送机带速为4m/s，国外为5m/s。（5）自移机尾随着高产高效工作面的不断出现，要求顺槽可伸缩带式输送机机尾随着工作面的快速推进而快速自移。国自移机尾主要依赖进口。LONGWALL公司生产的自移机尾用于在国带宽1.2m的输送机上，缺点是自移机尾输送带的跑偏量太小，纠偏能力弱，刚性差。德国生产的自移机尾在国使用效果优于前者，水平、垂直2个方向均有调偏油缸，纠偏能力强。因此，前者还需完善，后者则需研制。（6）高效储带与紧装置我国采用封闭式储带结构和绞车红紧为主，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
13、精度的大扭矩、大行程自动紧设备，托辊小车能自动随输送带伸缩到位。输送带有易跑偏，但不会出现脱轨现象的特点。3.可靠性、寿命上与国外存在差距（1）输送带抗拉强度。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）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，而美国使用的新型注油托辊，其运行阻力小，轴承采用稀油润滑，大大地提高了托辊使用寿命，并可作为高速托辊应用于带式输送机上，使用面广，经济效益显著。（3）输送机减速器寿命。我国输送机减速器寿命2万h，国外减速器寿命7万h。4.控制系统
14、上与国外存在差距（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件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,无自动监测装置，没有故障诊断与查询功能等。（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、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。1.2.2 带式输送机发展趋势为了适应高产高效集约化生产需要，带式输送机输送能力要加大。长距离、高带速、大运量、大功率、高可靠性是今后发展的必然趋势，也是高产高效运输技术的发展方向。1. 设备大型化以提高运输能力我国在今后的10年输送量要提高到
