多级皮带机集中控制系统设计

多级皮带机集中控制系统的设计姓名：杨薛专业名称：机械工程研究方向：机电一体化导师：张新教授243561绪论常见多级皮带机集中控制系统集中控制系统的综合保护装置集中控制系统的主站总结与展望集中控制系统的上位机由于经济的飞速发展，对煤炭需求量的急剧增加，促使煤矿业采煤规模的扩大，传统的煤矿运输机已经满足不了现在的发展。提高皮带机的性能是现在迫切的需要。要保证皮带机很好稳定的运行，这就要求对皮带机系统的性能和保护装置的控制也要不断的提高。现有多级皮带机集中控制还没有普及。一、研究背景及意义国外一些大型皮带机的控制与检测系统功能已经很完善，这些多级皮带机集中控制系统基本采用主流的PLC可编程控制器。运用计算机技术作为上位机进行监控与实时的动态分析，采用高端新技术。国内多级皮带机集中控制系统设计成本高可靠性低。（1）最古老的一种控制系统方式是继电器控制系统。此控制系统是采用纯硬件控制，通过接触器继电器相结合实现皮带机控制。由于是采用纯硬件，此系统的接线和各个元器件的安排较复杂，维修起来很困难，有一个继电器损坏就会导致整个电路的瘫痪，反应较慢，性能不稳定。（2）采用工控机来做控制系统。工控机价格昂贵一般很少应有在皮带机控制系统上。2、常见多级皮带机集中控制系统（3）采用先进的单片微机技术，对多条皮带机系统进行实时监控与控制。其对多台皮带机系统实现集中控制和单台控制。灵活、体积小、成本低、可以在各种恶劣环境下可靠的运行。（4）采用可编程控制器（PLC），实现皮带机控制系统的设计。PLC广泛应用在工业上，功能稳定，性能可靠，在一些恶劣的环境下都能正常的运作。PLC的软件编程采用较为简单的梯形图，被工程师们广泛采用。2、常见多级皮带机集中控制系统本文设计的多级皮带机集中控制系统采用单片机和PLC相结合。单片机作为保护装置或称为从站，单片机加外围元器件及各类传感器完成各项参数的采集。PLC作为主站，主站实时监测各类参数的变化，并把数据传给上位机，上位机记录数据并动态分析数据，从而做出相应的控制。2、常见多级皮带机集中控制系统主站电控CAN总线从站电控温度传感器速度传感器堆煤传感器撕带传感器烟雾传感器跑偏传感器急停闭锁开关皮带张力检测电压电流变送主电机输出次电机输出语言报警洒水报警本集中控制系统的原理：综合保护装置采集皮带机各类传感器的参数及皮带运输的状况通过CAN总线传输给PLC主站。PLC进行数据处理和打包，利用RS485串口通信线传输给上位机。2、常见多级皮带机集中控制系统上位机组态王软件PLC控制主站单片机控制从站1#单片机控制从站单片机控制从站单片机控制从站电机各类传感器电机各类传感器电机各类传感器电机各类传感器2#7#8#CANCANCANCANRS485集中控制系统的主要功能：上位机动态显示功能；连锁功能，有集控、就地、单台、手动、检修、闭锁等多种工作方式供选择使用；动态信号处理和联网功能；语音故障报警。2、常见多级皮带机集中控制系统皮带机控制系统主要功能上位机动态显示功能连锁功能动态信号处理和联网功能故障保护功能综合保护装置是采用P89LPC935单片机及各类传感器及外围元器件组成。P89LPC935采用低成本封装的一块集成微控制器，应用高性能的CPU结构技术，指令执行一般需要2个时钟周期，是MCS-51系列的6倍。3、集中控制系统的综合保护装置3、集中控制系统的综合保护装置8KFlashROM256ByteRAM512Byte附加RAM512Byte数据EEPROMPORT3可配置I/O口PORT2可配置I/O口PORT1可配置I/O口PORT0可配置I/O口键盘中断看门狗及振荡器可编程分频振荡器可配置振荡器片内RC振荡器CPUUARTI2C-BUSSPI实时时钟/系统定时器定时器0定时器1模拟比较器CCUADC1/DAC1ADC2/DAC2电压监控CPU时钟P3[70]P2[70]P1[70]P0[70]内部总线P89LPC935功能框图一、综合保护装置硬件的设计1、稳压电路3、集中控制系统的综合保护装置LM317LM393双电压比较器12V本安显示各个传感器采集的数据、故障的类型等3、集中控制系统的综合保护装置一、综合保护装置硬件的设计2、LED数码管显示电路TM1629D芯片内部集成了数据锁存器、MCU数字接口、LED高压驱动等电路，还带有LED驱动专用控制电路（键盘扫描接口）本电路采用先进的ISD4002-120P语音芯片，该芯片应用多电平直接模拟存储技术，语音不必要压缩及模数转换。采用SPI串行接口技术，方便和外界通信。3、集中控制系统的综合保护装置一、综合保护装置硬件的设计3、语音报警电路TPA3007D1本系统采用的CAN收发器芯片是PCA82C250芯片，该芯片是CAN协议物理总线及控制器于一身的接口芯片，减少了外围元器件，简化电路的设计和PCB排版。3、集中控制系统的综合保护装置一、综合保护装置硬件的设计4、CAN通讯电路烟雾传感器主要作用是监测皮带机运输煤炭过程中皮带和其他非金属器件燃烧或过热的作用，本保护装置采用的烟雾传感器是GQQ0.1烟雾传感器。3、集中控制系统的综合保护装置二、综合保护装置传感器的选择1、烟雾传感器3、集中控制系统的综合保护装置二、综合保护装置传感器的选择2、温度传感器主要作用是监测皮带机皮带的温度，很好的保障了皮带机运输煤炭过程的安全，避免因为温度过高引起皮带起火或燃烧运输的煤炭。3、集中控制系统的综合保护装置二、综合保护装置传感器的选择3、速度传感器主要作用是监测皮带机皮带的速度，防止皮带打滑、超速等。3、集中控制系统的综合保护装置二、综合保护装置传感器的选择4、跑偏传感器本系统采用GEJ30跑偏传感器具有体积小、本安型、维护方便等特性。3、集中控制系统的综合保护装置二、综合保护装置传感器的选择5、撕裂传感器主要是监测皮带的撕裂故障。当检测面的煤炭当到一定值时，撕裂传感器就输出一个开关量信号。3、集中控制系统的综合保护装置三、综合保护装置软件的设计采用Keil软件：支持汇编语言及C语言，支持C语言使编写程序更为简单化。3、集中控制系统的综合保护装置三、综合保护装置软件的设计开始采集各项传感器信号烟雾值超限？温度值超？堆煤否？跑偏否？打滑否？纵撕否？拉线否？否否否否否否否声光报警及停机驱动洒水装置是是声光报警及停机是是是是是CAN总线传输各项传感器参数主站系统综合保护装置流程图本主站控制系统主要采用可编程控制器（PLC）技术设计，PLC是整个主站控制系统的核心。PLC是替代继电器和接触器可编程的控制系统，它具有软继电器和软接触器的特点，控制功能更加稳定可靠安全。4、集中控制系统的主站中央处理器（CPU)存储器输入电路输出电路24V电源通讯口特殊模块按钮、开关等输入信号继电器，指示灯等上位机A/D模块等PLC作为本控制系统的核心器件，选择三菱的FX3u-32MPLC作为控制机。FX3u-32M主要完成数据的解包；接受上位机的指令控制从站；接受操作按钮的命令控制各个从站；完成通讯。4、集中控制系统的主站一、主站系统的硬件4、集中控制系统的主站一、主站系统的硬件FX2N-16ETR是三菱系列数字输出扩展模块。为PLC的应用提供了灵活性及输出扩展能力。4、集中控制系统的主站一、主站系统的硬件FX2N-32CCL模块是CC-Link通信接口模块。CC-Link通讯最高速率可以达到10Mbit/s,使用简单成本较低。FX2N-32CCL解决现场配线的复杂性，有很好的兼容性及性噪比。4、集中控制系统的主站一、主站系统的硬件FX3U-485ADP是RS-485通讯模块通讯长度可以达到500M，网络上最多可以连接8台，该模块主要和上位机进行通讯。FX3U-485ADP-MB进行MODBUS协议通讯，连接简单方便，采用半双工双向通信，通讯距离可以达到500M。4、集中控制系统的主站二、主站系统配线图4、集中控制系统的主站二、主站系统配线图4、集中控制系统的主站二、主站系统配线图主站PLC主要工作是接收各个从站的数据进行解包，然后传输给上位机；程序实现MODBUS协议传输数据；接收操作面板上按钮的指令控制整个系统；接收到的数据进行判断，并进行声光报警；接收上位机的指令控制整个系统。4、集中控制系统的主站三、主站系统软件设计开始解包接收的数据各个皮带机各项参数CAN总线传输到从站上位机RS-485各项指令4、集中控制系统的主站三、主站系统软件设计5、集中控制系统的上位机本多级皮带机集中控制系统采用的上位机软件是选用国内本土软件厂商（北京亚控科技发展有限公司）生产的，国内最早的商用编写上位机的组态软件“组态王”。在中国使用的监控组态软件中组态王拥有国内最多的服务客户先进的技术服务。组态王编程软件要想个设备之间建立通讯，就必须有该设备的驱动程序。组态王内置很多种类设备的驱动，组态王和设备通讯就要建立相应的设备驱动，组态王简称设备的建立。5、集中控制系统的上位机一、组态王设计界面的准备1、设备驱动的建立5、集中控制系统的上位机一、组态王设计界面的准备2、数据变量的建立5、集中控制系统的上位机一、组态王设计界面的准备3、报警数据的建立皮带机集中控制系统中有很多的故障数据，在组态王中我称作为报警数据，主要包括皮带机的轴温、速度、拉线、打滑、纵撕等报警数据。本节以轴温为例来介绍报警数据的建立过程。5、集中控制系统的上位机二、组态王界面的设计1、集控界面设计在组态王的开发系统环境界面点击文件下的新建画面，输入画面名称为集控界面。本界面主要用到按钮功能，图库管理器的开关及指示灯，文本编辑，图形编辑。5、集中控制系统的上位机二、组态王界面的设计2、手动界面设计点击集控界面的手动界面按钮，上位机界面就会处于手动界面。手动界面的主要作用是在集控界面选择手动时，手动界面就会起作用，本界面用到的功能都和集控界面差不多。5、集中控制系统的上位机3、参数界面设计二、组态王界面的设计点击前两个界面中的参数设定按钮都会进入到参数设定界面。参数设定界面主要用到表格的功能、还有文本的功能、按钮等图形。5、集中控制系统的上位机二、组态王界面的设计4、趋势图界面设计点击前面三个界面的趋势图按钮就会进入到趋势图界面。本界面主要用到插入通用控件里面的超级XY曲线。5、集中控制系统的上位机二、组态王界面的设计5、报警界面设计点击前面几个界面中的报警界面就可以进入到该界面。报警界面主要用到报警窗口控件、文本编辑、按钮设计。5、集中控制系统的上位机三、组态王工程软件打包组态王软件支持工程打包，这样在没有装组态王软件的电脑也可以运行。用户在组态王工程打包工具包括安装运行包工具RunSetup及运行包工具RunPacket，这两个工具为组态王工程打包提供了方便。一、总结本设计系统主要从通讯协议，PLC程序编程，单片机程序编程，动态数据处理四大方面对集中控制系统的设计和皮带机各个参数的分析。同时对多级皮带机集中控制系统中参数的采集进行了动态的在线仿真，最后优化动态处理数据的方案，最终实现对故障进行声光报警并可以控制皮带机运行，故障数据保存，历史数据查询，并逐步完善皮带机控制系统，实现全网络话集中控制的要求。6、总结与展望二、展望由于本人能力的有限，没有实现多级皮带机集中控制系统在整煤矿业的网络化。连线美观上还有不足之处，在先后的排序不是太清晰明朗。PCB板布线或多或少都会存在一点信号干扰的问题，对CAN总线用到的协议还需深入的研究。上位机界面还需要专门的优化界面软件来设计一下，达到更直观美观友好的操作界面。