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煤矿的运输系统对保证矿井正常生产起着非常重要的作用。为了保证煤矿运输系统可靠安全运行，对带式输送机进行集中监视和控制很必要。本文以新疆哈密煤矿主斜井及地面胶带输送机为背景，设计出了以PLC技术为核心的集中控制系统，提高了运输系统的监测和控制水平。文中首先介绍了本次设计的背景，然后设计了胶带输送机集中控制系统的结构和应具有的控制功能，参数的检测和故障保护装置，确定了各故障检测传感器的类型及安装位置。在此基础上采用SIEMENS的S7-300系列PLC对系统进行硬件和软件设计，其中包括PLC的模块配置及外部连线，梯形图程序设计。最后提出PLC控制系统的主要干扰源，并设计了抗干扰的措施。关键词：胶带输送机；S7-300；集中控制系统1PLC皮带控制系统是胶带运输机的自动化控制系统。可在矿山、港口码头、冶金、钢铁、建材等行业中使用的皮带机顺序控制及保护的智能控制系统，其通用性、适应性强，能够完成各种控制任务它能完成各种传感器工作状态的监测、皮带及给煤机的电机起停控制、通讯、现场管理、集中监控，集控系统采用多台PLC组成控制系统和数据传输网络，可以组成不同的控制规模，每一台PLC又可以采用单独控制。由于采用网络系统，用户可以方便的对整个系统内的每一台设备进行管理。PLC皮带控制系统系统特点PLC皮带控制系统在组态系统时具有极大的灵活性，具有极强的处理能力，以及大的I/O容量。适应性好可编程控制器是通过程序实现控制的。当控制要求发生变化时，只需改变程序即可。因此能灵活方便地进行系统配置，组成不同规模、不同功能的控制系统，适应能力非常强，即可控制一台单机，又可控制一条生产线，既可现场控制，又可远距离控制。功能强大：PLC内部有丰富的软元件供您使用，可以很方便的进行程序修改，调整计时器、计数器的值来适应现场设备运行的要求。PLC皮带控制系统维护程序直观、简单，面向用户，面向现场。程序编写简单易学，能够使具有一般电工知识的维护人员在很短时间内掌握。PLC的基本免维护性，使工人从以前集成电路繁锁的检修、维护中解脱出来使生产效率明显提高。PLC为标准型号，在国内的许多大公司都有经销，价格比较统一，为今后的备件的配备提供了方便，用户可以摆脱以集成电路控制为主的产品备件的独家提供的被动局面（价格相当高），降低了维护成本。PLC皮带控制系统皮带监测保护胶带跑偏保护——可采用跑偏开关用于皮带运输跑偏监测和保护，成对使用。报警并可急停皮带（根据需要）。旋转探测仪（速度、打滑保护）——采用速度传感器探测胶带输送机速度及加速度，实现超速打滑保护。（报警并急停皮带）2急停双向拉绳开关——控制急停的闭锁保护及故障识别，拉线急停闭锁开关，用于皮带沿线紧急闭锁保护。当闭锁开关动作，控制机报警并发出急停命令。（报警并急停皮带）皮带纵向撕裂保护——纵向撕裂传感器安装在皮带下方，当皮带发生纵向撕裂故障时,煤落在传感器上面，传感器动作报警并急停。烟雾保护——采用烟雾传感器，当皮带或煤有烟雾产生时，控制机显示、音响报警并启动洒水灭尘装置。该信号为锁存信号需要人为复位按钮来复位，再次报警时间为30分钟。温度监测——采用非接触式温度传感器来测量滚筒温度，并将它转换成电压信号，控制机根据所测量的温度与设定温度之比，来控制洒水装置灭火，同时显示报警和急停。自动洒水灭火灭尘——采用自动灭尘灭火洒水装置，该装置由隔爆电磁阀、自动水阀、水管喷咀和阀门等组成。当控制系统根据保护温度、烟雾煤尘等多种传感器提供的信号，可控制电磁阀开启实现自动洒水灭尘灭火。料流监测功能——采用接触式料流传感器，可使皮带系统在自动状态下根据物料的情况起、停皮带，为矿方节省了电能。PLC皮带控制系统报警显示状态显示——在控制台上可显示各皮带、给煤机的启停状态、电源指示、松闸指示等。故障指示——在控制台上可显示各皮带机跑偏、闭锁、纵撕、超温、打滑、烟雾、堆煤、洒水、电机故障等信号，可查询皮带保护点并显示。通讯及启动告警功能——系统配置扩音电话和起动前的语言告警装置。维修人员可通过皮带沿线设置的扩音电话与各皮带分站联系，故障保护时，系统通过沿线语言装置，进行语言报警，便于维修工查找故障点，节省故障查询时间。自动运行方式时，根据PLC内部设定的程序自动起停设备；还可根据需要使设备单机运行，当对设备进行检修时还可将运行方式转换到检修状态，检修人员可通过机头、机尾安放的本安就地箱启停设备。31绪论1.1皮带运输的发展概述利用皮带运输是煤炭生产过程中不可缺少的一部分。矿井中，皮带运输的线路很长，巷道条件有限，并且大多都采用继电器进行控制，出现故障也不好检查，若运输不畅，采掘工作或其它工作都无法进行，整个煤炭生产系统将处于瘫痪状态。矿井运输机械的类型很多，按运输方式可分为连续运行和往返运行两种。连续运行式运输设备的特点是：一经开动就不需操作而连续运行。普通胶带机、钢绳芯胶带机、钢绳牵引胶带运输机等均属于此类运输设备。往返运行式设备的特点是：在运行区间，以一定的方式，做往返式周期性运，运行中需要操作换向。机车运输及单绳牵引运输等属于此类运输设备。随着科学技术的不断发展，矿井生产规模的不断扩大，原有的继电器控制已经不能满足生产的需要，运输系统也经历了不断的变革和进步，并以煤流运输的连续化、设备大型化、自动化、高可靠性与安全性来保证矿井的连续、高效生产。矿井皮带运输系统，是由多条皮带搭接而成或由煤仓转载形成的煤流系统，因此它内部形成的单元就是单台皮带机。皮带运输机是选煤厂的主要运输设备，它可用于物料的倾斜运输或水平运输。由于皮带运输机的运输能力变化范围大、运输距离长、载货和运输机间没有相对运动、运转时阻力小等，因而具有适应性强、工作平稳可靠、动力消耗小、机件磨损小、使用维修方便等优点，在选煤厂中得到了广泛应用。1.2系统设计的背景及意义1.2.1系统设计的背景目前，矿井皮带运输系统是原煤运输的唯一途径，还是矿井生产的重要环节，因此它的安全高效运行受到很大程度的重视。由于矿井皮带运输系统分布广，信息分散以及控制要求高的特点，随着矿井生产规模的不断扩大，以及技术水平的不断提高，现代化矿井也需要现代化管理，因此对皮带运输系统的控制和管理提出了更高的要求。4以往对皮带运输机都采用人工分台就地控制，即每台运输机的控制都由一名人员就地控制，这是一种最原始的控制方式。这种控制方式是直接操作运输机的控制开关，操作简单，不增加任何控制元件，维护工作较少，但需要人员较多，并且每个皮带工的思维及技术水平不一等常有意外事故发生，影响生产的正常运行。而集中控制方式是在整个运输线上新增一套集中控制装置，在控制室内集中操作，由一名操作人员完成即可。这样即节省了大量的人力资源，也为及时发现故障，缩短停产时间和提高自动化效率创造了条件。现在，已成为矿井煤炭运输的主要控制方式。在煤矿中，煤流的运输一般在几百米到几十公里，因此它的运输系统要有多台皮带运输机、给煤机、煤仓等构成协调配合完成长距离运输任务。为保证运输系统的安全可靠，提高运输效率，对其进行完整的管理和监控是现代矿井煤流运输迫切需要的一项技术。皮带机的综合自动化控制是整个矿井实现自动控制的重要组成部分。目前，对皮带运输机集中控制存在的主要问题有：（1）在安全保护方面，为提高皮带运输机的可靠性、安全性、减少故障、提高效率等多种检测方法已用于电动机、液力耦合器、减速器和皮带运行故障检测，但是这些系统是相互独立的。（2）故障检测系统误报率高。误报将造成皮带运输机不该有的停机，使得全矿井停产，对矿井生产造成极大影响。（3）皮带机的控制、运行、保护等信息不能较好的与矿井的其它控制系统共享，不能与整个矿井信息系统集成。视屏监控系统不规范，没有语音通讯功能，不能实现无人值守。随着矿井功能和规模的不断扩大，计算机技术、网络技术、新的工业控制器技术等新技术的应用，将逐步取代继电器控制，给皮带运输的集中控制系统提供了发展空间。从单台控制系统到多台控制系统，有价格相对较贵的PLC构成的系统和价格低廉的单片机系统应用。目前，虽然市场上有着各种各样的集控系统，但是都是朝着自动化、智能化、信息化方向发展。1.2.2系统设计的意义采用PLC对皮带集中控制系统具有强大优势，这些优势体现在：1、高可靠性。由于工业生产过程是昼夜连续的，一般的生产装置要几个月甚至几年就大修一次，所以这就要求PLC具有较高的可靠性，告可靠性是PLC5的最突出特点之一。PLC采用微电子技术，所有I/O接口电路均采用光电隔离措施，使工业现场的外电路与PLC内部电路之间在电气上隔离。大量的开关动作由无触点的半导体完成，另外还采用了屏蔽和抗干扰措施。它的平均故障间隔时间为3-5万个小时。2、丰富的I/O接口。由于工业控制机只是整个工业生产过程自动控制系统中的控制中枢，为了实现对工业生产过程的控制，它还必须与各种工业现场的设备相连才能完成控制任务。因此，PLC除了具有计算机的基本功能（如CPU何存储器）以外，还有丰富的I/O接口模块与工业现场的器件或设备（如按钮、行程开关、接近开关、传感器及变送器、电磁线圈、电动机启动器和控制阀等）直接相连。有些PLC还有通信模块和特殊功能模块等。3、灵活性。有了PLC，电气工程师不必为每套设备配置专用装置。如果控制系统的硬件设备采用相同的PLC，只需编写不同的应用软件即可。而且可以用一台PLC控制几台操作完全不同的设备。4、采用模块化结构。为了适应各种工业控制的需要，除单元式的小型PLC以外，绝大多数PLC都采用模块化的结构。PLC的各个部件均采用模块化的设计，由机架及电缆将各模块连接起来。5、模拟调试。PLC能对所控功能在实验室内进行模拟调试，缩短在现场的调试时间。6、对现场进行监视。在PLC系统中，操作人员能通过显示器观测到所控每个节点的运行情况，随时监视事故发生点。1.3系统的任务及要实现的主要功能本次课题任务是为了改变原有的继电器在皮带运输系统中的应用，而采用现代化可编程控制器PLC进行控制，进行S7-300PLC模块选型和外部连线设计。为了使集控系统更加完善，实现控制的可观化、清晰化，加入了触摸屏设计。它可以实时显示系统的运行情况和各种故障情况，进行及时的报警显示和记录。进行系统的软件设计，实现系统功能。最后分析控制系统产生干扰的原因，提出对应抗干扰措施。采用可编程控制器PLC对皮带集中控制系统可实现以下功能：（1）、智能控制：具有拟人的智力，在环境条件变化时能自主地完成控制目标的自动控制系统。6（2）、顺序控制：按照规定的时间或逻辑的顺序，对某一工艺系统或主要辅机的多个终端控制元件进行一系列操作的控制系统。3、监控：对装备及系统的工作状态不间断地实时监测，并根据反馈信息自动对系统中异常部位实施相应措施的闭合自动控制作用。2皮带集中控制系统要求2.1系统控制工艺以某中型煤矿为例，采用带式运输机作为主要运输方式，其主运输系统包括主提升带式输送机、走廊带式输送机、振动筛、中煤块带式输送机、大煤块带式输送机、过桥带式输送机和末煤刮板输送机、煤仓等。各条皮带机都由一台电动机驱动，正常运行速度为2m/s，其中振动筛为双层的，每条皮带机均设置跑偏、堆煤、烟雾、拉线急停、打滑、纵撕等保护。其工艺流程图如图2.1所示。其中箭头指示煤流方向。如图2-1所示，煤炭从井底煤仓经给煤机运到主提升皮带，通过主斜井中的主提升皮带运至地面，经地面的走廊皮带输送机转运到振动筛，振动筛为双层，经筛后分为大块煤、中块煤和末煤三种。大块煤经大块皮带到大块煤仓，中块煤经中块皮带到中块煤仓，而末煤先通过过桥皮带转运，再利用过桥皮带机尾的分煤挡板分到两条末煤刮板输送机上，运输到各自的煤仓，其分煤挡板是固定的。本矿井皮带运输系统控制采用继电器控制，可靠性差、体积大、故障率高、劳动强度较大。其控制方式有两种：集中手动控制和就地控制，没有集中自动控制，所有的控制都由人来操作。集中控制室设在选煤楼振动筛的附近，由控制柜、操作台和触摸屏组成。皮带机的控制通过操作台上对应的启停按钮集中控制，触摸屏实时显示皮带的运行状态和故障状态集、故障位置。各皮带机的机头或机尾都设置就地控制