基于PLC控制的带式输送机张紧设计.doc

机电工程系机电一体化生产系统设计大作业 题目：基于PLC控制的带式输送机张紧设计 院（系） 机电工程系 专 业 机械工程及自动化 班 级 机械6班 学生姓名 指导老师 2010年11月1日 任 务 书1 设计题目： 基于PLC控制的带式输送机张紧设计 2 应完成的项目：(1) 带式输送机的工作原理 (2) 自动液压张紧装置的设计 (3) 机械结构设计 (4) 电控系统设计 (5)_PLC程序设计_ (6) 液压系统CAD图、总装备CAD图、电路图 3 参考资料以及说明：(1) 张德坤，葛世荣，刘金龙带式输送机自动张紧装置的设计矿山机械，1999，5：4446 (2) 机械设计手册编委会机械设计手册第3卷北京：机械工业出版社，2004 (3) 张建民编，机电一体化系统设计.高等教育出版社，2007 (4) 钟肇新，范建东，冯太合编，可编程控制器原理及应用.华南理工大学出版社，2008课程设计总评成绩：目录摘要3第一章带式输送机介绍41.1张紧装置的类型及其介绍41.2液压张紧装置的特点41.3基于PLC控制的带式输送机张紧装置介绍5第二章 带式输送机的工作原理62.1带式输送机的组成及工作原理62.2带式输送机的工作原理7第三章张紧装置类型选择73.1张紧装置的类型7第四章自动液压张紧装置的设计84.1机械结构设计84.2注意事项与要求9第五章电控系统105.1控制系统的硬件组成105.2思路及流程图11参考文献12附件：12摘要 本设计主要是带式输送机全自动液压张紧装置的设计。它是在吸收国、内外输送机张紧技术的基础上，根据国内带式输送机的运行特点及要求研制的。它采用比例控制技术及可靠性较高的可编程控制技术，可以对张紧力进行多点控制，根据不同工作情况随时调节张紧力的大小。能最大程度的延长皮带的寿命，大大节约了成本。在设计中，用一个动滑轮使液压缸的行程减少了一半，避免使用行程较长的液压缸，减少了制造液压缸的难度。同时，系统中增加了若干个蓄能器，可以最大限度的吸收液压冲击，减小对皮带的冲击力提高胶带的使用寿命。本设计在总结其它常规皮带张紧装置的基础上,设计了能够满足皮带机的皮带长度变化较大时的皮带拉紧装置。此装置在皮带机启动阶段,能提供足够大的启动张力；启动完毕后, 又可使皮带的张力恢复到额定值以维持皮带机的正常运行。本文根据液压自动张紧装置的液压原理,详细阐述了自动张紧装置的结构组成、控制原理及功能特点,并阐明了控制系统的设计关键在于压力值和最大拉力值的设定。介绍了带式输送机运行系统要求,并运用PLC可编程控制技术对带式输送机的起动、制动和拉紧部分实时监控,完全实现了带式输送机自动控制运行方式,构成了一个高可靠性的设备运行控制系统。关键词：带式输送机； 自动液压张紧装置； 自动控制； 可编程控制PLC第一章带式输送机介绍1.1张紧装置的类型及其介绍张紧装置按结构可分为重锤式张紧装置、固定式张紧装置和自动张紧装置三大类。（1）固定式张紧装置 固定式张紧装置的张紧滚筒在输送机运转过程中是固定的，其张紧行程的调整有手动和电动两种方式。其优点是结构简单紧凑、工作可靠；缺点是对输送机运转过程中由于输送带弹性变形和塑性伸长无法适时补偿而导致张紧力下降，可能引起输送带在传动滚筒上打滑。（2）重锤式张紧装置 它是利用重锤的重量产生张紧力，并保证输送带在各种工况下均有恒定的张紧力，可以自动补偿由于温度改变和磨损而引起的输送带的伸长变化，结构简单、工作可靠、维护量小，是一种应用广泛的较理想的张紧装置。其缺点是占用空间大，工作中张紧力不能自动调整。这种张紧装置包括垂直式张紧装置(能利用走廊空间位置，便于布置，缺点是改向滚筒多，并且物料容易掉入输送带与张紧滚筒之间而损坏输送带)。 （3）自动张紧装置 自动张紧装置是一种在输送机工作过程中能按一定要求自动调节张紧力的张紧装置。在现代化长距离的带式输送机中使用较多，它能使输送带具有合理的张力图，自动补偿输送带的弹性和塑性变形，是一种理想的张紧装置。对长距离大运量的带式输送机，自动张紧装置能保证输送机有效的工作，避免输送带出现松弛、飘带、跑偏、喘振等异常现象。为了能够更有效而又实时地控制皮带机的张紧力，采取PLC控制与液压张紧装置相结合的自动张紧装置系统。液压张紧装置主要通过液压缸的伸缩来拉紧皮带。现在的液压张紧装置，一般是通过继电器或者是PLC来控制液压系统，从而进一步控制皮带的张紧程度。它可以根据工作情况调整张紧力的大小，改善了皮带的工作状况，大大提高了皮带的使用寿命。1.2液压张紧装置的特点(1) 可根据起动时张紧力和正常运行时张紧力的不同需要,调节输送带张力的大小(可以达到起动时张紧力比正常运行时大1. 41. 5 倍的要求) ,一旦调定后,按预定程序自动工作,保证输送带在理想状态下工作；(2)响应快,带式输送机起动时,输送带松边突然松驰伸长,该装置能立刻缩回油缸,及时补偿输送带的伸长,对紧边冲击小,从而使起动时平稳可靠,避免断带事故；(3) 具有断带时自动停止带式输送机和打滑时自动增加张紧力等保护功能；(4) 结构紧凑,安装空间小；(5) 可与集控装置连接,实现远距离集中控制,还可实现微机控制；(6) 便于根据工况的变化设定和调节张力。1.3.2新型自动控制液压张紧装置的主要技术特点(1)设置蓄能器提高系统张力的稳定性。在输送机启动过程中，构成输送带动张紧力的弹性波有入射波、反射波和透射波三种。由于入射波与反射波的作用，输送带在传动滚筒奔离点的力忽大忽小，成不稳定状态，输送带承受着冲击载荷。为此在张紧装置的液压系统中设置若干个蓄能器，来抵消入射波与反射波对奔离点张紧力的影响；(2)用动滑轮解决长行程的要求。由于在胶合接头和安装过程中都要求输送带有一定的松弛量，如用油缸直接张紧小车，则油缸行程太长。为此可以通过若干个动滑轮组拉住张紧小车，通过这种方法可以降低液压缸的长度；但是，在减小液压缸行程的同时，增大了液压缸的拉力；(3)通过压力传感器及时监控液压缸的张紧状态，根据情况改变张紧力的大小。这样就可以大大改善皮带的工作条件，提高皮带的寿命。1.3基于PLC控制的带式输送机张紧装置介绍1.3.1 PLC的介绍1.3.1.1 PLC的概念PLC称为可编程序控制器（Programmable Controller,英文缩写为PC、后又称为PLC），是以微处理器为基础，综合了计算机技术、半导体集成技术、自动控制技术、数字技术和通信网络技术发展起来的一种通用工业自动控制装置。它面向控制过程、面向用户、适应工业环境、操作方便、可靠性高，成为现代工业控制的三大支柱（PLC、机器人和CAD/CAM）之一。PLC控制技术代表着当前程序控制的先进水平，PLC装置已成为自动化系统的基本装置。它使用可编程序的存储器来存放指令，并实现逻辑运算、顺序控制、计数、计时和算术运算功能，用来对各种机械或生产过程进行控制。1.3.1.2 PLC的特点可靠性高、抗干扰能力强、通用性强、灵活性好、功能齐全、模块化结构、安装简便、调试方便。网络通信1.3.1.3 PLC的功能PLC在不断地发展，其性能在不断地完善、功能在不断地增强。其主要功能有：1.开关量逻辑控制;2.模拟量控制;3.闭环过程控制;4.定时控制;5计数控制;6.顺序（步进）控制;7.数据处理;8.通信和联网。1.3.1.4 PLC的基本组成从广义上说，PLC也是一种工业控制计算机，只不过比一般的计算机具有更强的工业过程相连接的接口和更直接的适用于控制要求的编程语言。所以PLC与计算机控制系统十分相似，也具有中央处理器CPU、存储器、输入/输出I/O接口、电源等。 第二章 带式输送机的工作原理2.1带式输送机的组成及工作原理2.1.1带式输送机的组成(来源于百度)1张紧装置； 2装载装置； 3换向滚筒； 4上托辊5输送带； 6下托辊； 7机架； 8清扫装置； 9驱动装置图2.1 带式输送机系统的结构组成如图2.1所示为带式输送机的基本组成,其各部分的功能作用如下:(1) 驱动装置驱动装置的作用是将电动机的动力传送给输送带，并带动它运行。(2) 清扫装置清扫装置是为卸载后的输送带清扫表面粘着物之用。最简单的清扫装置是刮板式清扫器，由重锤或弹簧使刮板紧压在输送带上。(3) 上、下托辊托辊是带式输送机的重要部件之一。它的作用是支承输送带，使输送带的垂度不超过限定值以减小运行阻力，保证带式输送机平稳运行。托辊沿输送机全长分布，数量很多，它的工作性能直接影响带式输送机的整机性能。托辊的全部质量约占整机的1/3，价值约占整机的2025。为增大输送带的承载断面，将承载的输送带用短托辊组成槽形断面，这种托辊组称为槽形托辊组。槽形托辊组所使用的托辊数量有3个、4个、5个等，因而也使槽形端面的形状各异。 (4) 输送带输送带的作用是承载物料和运送物料。输送带贯穿带式输送机的全长（为机身长度的2倍多），用量大、价格高，约占整个带式输送机价值50。为使输送带不但有足够的强度，而且能够耐磨损和腐蚀，输送带由芯体和覆盖层构成，芯体承受拉力，覆盖层起保护芯体的作用。芯体的材料有丝织物和钢丝绳2类。 (5) 拉紧装置拉紧装置的作用是使输送带具有足够的张力，以保证驱动装置传递出应有的摩擦牵引力和使输送带的垂度保持在限定范围内。 (6) 制动装置制动装置有逆止器和制动器。逆止器的作用是防止向上运输的带式输送机停车后输送带下滑。 (7) 装载装置装载装置也称给料装置，主要由漏斗和挡板等部件组成。常用的有强制式、自溜式和组合式3类。(8) 机架机架包括机头架、机尾架和中间架等。它们的作用是安装带式输送机的机头、机尾、托辊组以及其他辅助装置等。2.2带式输送机的工作原理如图2.1所示,输送带4绕过驱动装置1的主动滚筒和机尾换向滚筒6形成一个环形带。上下两股输送带分别支承在上、下托辊3上。拉紧装置5给输送带以正常运转所需的张紧力。工作时，驱动装置1的主动滚筒通过它和输送带之间的摩擦力带动输送带运行。货载装在输送带上与输送带一起运动。带式输送机一般是利用上段输送带运送货载的，并且在端部卸载，也可利用专门的卸载装置在中间卸载。 第三章张紧装置类型选择3.1张紧装置的类型在概述中已经介绍过张紧装置的类型，其按结构可分为重锤式张紧装置、固定式张紧装置和自动张紧装置三大类。这里主要介绍自动张紧装置。当输送机起动或装料时，增大，使规定的张力比被破坏。装有改向滚筒2，滑轮3的小车牵着钢绳4向右移动，使平衡机构的钢绳卷筒5转动，经过齿轮机构使另一个卷筒也移动，直到张力比恢复到规定值为止。由于移动小车1的行程与装有张紧滚筒9、滑轮7的张紧小车10的行程不同，因此能使输送带12张紧。这种机构对变形大的尼龙、帆布输送带很适用。半自动张紧装置是指胶带在传动滚筒上奔离点的张力只在几个规定的范围内进行调整。其原理是：输送机起动前开始张紧，使张紧力增大到正常运行时的1.21.5倍，然后起动输送机，让传动滚筒转动，这样在加速时有效张力增大，趋入点张力增大时，张力比保持恒定，从而避免输送机起动时打滑。起动完毕，输送带速度达到额定值后，张力自动换为稳定运行值。在稳定运行期间，输送带张力几乎不变。当载荷变化或其它原因使张力分布变化时，如奔离点的张力变化达10以上，张紧装置就会自动调整。这种张紧装置张紧小车的移动不完全依赖输送机载荷变化。第四章自动液压张紧装置的设计4.1机械结构设计4.1.1张紧车架张紧车架为车式重锤张紧装置，车身通过型钢焊接而成，轨道用 钢轨。图4-1张紧车架4.1.2滑轮利用滑轮组减小油缸的行程。为减小阻力，增加寿命，在轮轴上安装圆柱滚子轴承。图4-2滑轮结构4.2注意事项与要求4.2.1张紧装置的振动从现场使用情况看，张紧装置的主要问题是振动严重。这是因为装置收到的张力信号(液压系统压力信号)与预定值不符，张紧系统及胶带在一定范围内往复振动，严重时可振动几分钟。产生振动的原因可从电气元件质量和张紧装置结构两方面进行分析（1）电气元件质量1）传感器精度低2）元器件惯性大3）迟滞现象（2）张紧装置结构不合理1）动张力：目前我国带式输送机很少采用软起动，多数的主电动机起动过快，张力波峰值冲击张紧装置的受力传感器。如峰值过大，会导致张紧装置在一次起动还未结束，就又重新动作。2）惯性力：当要求张紧装置停止张紧时，由于惯性力的作用，可能使张紧力超出控制范围这也是产生振动的原因。（3）改进措施1）减少动张力，合理调整起、制动时间，减少起、制动时的动张力。2）限制惯性力、增大制动力矩。3）加强维修保养。4.5.2设备使用要求（1）设备的工作环境应尽量保持清洁，避免雨水直接落在设备上。（2）定期检查各元件的工作状态，对各高压管接头及阀体的密封件一般一年更换一次。（3）测压仪器、仪表每年校对标定一次。（4）液压油每年更换一次。（5）由于生产力或其它方面的需要，输送机的运量和其它工况发生变化时，张紧装置各信号元件应作相应的调整。第五章电控系统5.1控制系统的硬件组成5.1.1 PLC及扩展模块由于煤矿井下环境恶劣，选用西门子公司的S7-200/CPU224可编程控制器，该系列的PLC可靠性高，配置灵活，具有良好的环境适应性和抗干扰能力。CPU224本机集成了14点输入10点输出，共有24点数字量I/O，可连接7个扩展模块。最大可扩展至168点数字量I/O或35路模拟量I/O。CPU224 有13K程序和数据存储空间、6个独立的30KHz高速计数器、2路独立的20KHz 高速脉冲输出，具有PID控制器。它还配置了1个RS485通信/编程口，具有PPI、MPI、和自由方式通讯能力。使具有较强控制能力的小型控制器。5.1.2软件设计电控系统控制液压系统的压力和带式输送机的起动和停机。有1个重载起动按钮，有1个空载起动按钮，1个停止按钮，1个急停按钮，2个脉冲信号输入点；2个驱动电机，1个油泵电机，2个电磁换向阀控制液压油的导通，1个故障报警装置，1个制动装置；1个压力输入点，1个压力输出点。整个系统共需开关量输入6点，开关量输出7点，模拟量输入输出各1点。控制过程应该满足如下要求：（1）可控起动：总起动(重载或空载)按下后，整个系