基于PLC的煤矿井下皮带集中控制系统设计方案（合集5篇）

第一篇：基于PLC的煤矿井下皮带集中控制系统设计方案

基于PLC的煤矿井下皮带集中控制系统设计方案

摘 要 煤炭运输是煤矿生产中必不可少的重要生产环节。胶带输送机具有运行可靠灵活、动力消耗低、输送线路适应性强等技术优势，在煤矿中得到广泛应用，为了保证煤矿运输系统安全可靠运行，对胶带输送机进行集中监视和控制很重要。本文以某矿主斜井及地面胶带输送机为背景，设计出了以PLC技术为核心的皮带集中控制系统，保证了煤矿运输系统安全可靠运行。

关键词 PLC 胶带输送机 S7-300 集中控制系统

中图分类号：TP277 文献标识码：A

1概述

煤炭运输是煤矿生产中必不可少的重要生产环节。煤炭运输线路往往比较长最远可达数千米以上，巷道条件变化大，运输如果不通畅，整个矿井生产将会受到影响，严重时可导致整个煤炭生产系统瘫痪。

胶带输送机具有运行可靠灵活、动力消耗低、输送线路适应性强等技术优势，非常适合煤矿运输，因此在煤矿中得到广泛应用。设计背景介绍

某矿是年产125万吨的大型矿井，采用胶带输送机作为其主要运输方式，其主运输系统包括主提升胶带输送机、走廊胶带输送机、振动筛、中煤块胶带输送机、大煤块胶带输送机、过桥胶带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1所示。其中箭头指示煤流方向。

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箱，在检修或特殊情况下进行现场的就地启停控制。皮带按逆煤流启动，顺煤流停车。启动顺序为：末煤刮板机、过桥皮带、大小块皮带、振动筛、走廊皮带、主提升皮带、给煤机；停止顺序与此相反。每一条皮带安排一人专门负责巡视，劳动量大、效率低。

3胶带机集中控制系统的总体设计

3.1胶带输送机集中控制系统的功能设计

本胶带输送机集中控制系统具有的功能如下所述：

（1）本系统有集控、就地、检修三种工作模式。一般系统运行在集控工作模式下，当组成生产流水线时，本机根据前后闭锁关系自动启、停，同时检测各检测保护设备的状况；运行就地工作模式时，操作员手动操作按钮启动、停止胶带机，所有保护设备均投入使用；运行检修工作模式时，操作员手动启动、停止胶带，保护设备可有选择性的投入使用，在检修模式下，我们使胶带低速运行。工作模式的改变，只有在胶带输送机停止工作时进行，胶带输送机运转时，不能改变其工作模式；

（2）报警停车等故障信号自动保持，即运转过程中一旦发出故障信号停车，即使维修人员将故障排除后，设备仍然无法启动，这时可以通过计算机的复位指令功能就可以消除掉故障信号状态，设备才能启动；

（3）煤矿胶带输送机按照逆煤流启动，顺煤流延迟停车，同时具有闭锁保护功能；

（4）系统具有胶带机低速打滑、机头堆煤、超温洒水、烟雾、滚筒超温、沿线急停和跑偏等多种保护；

（5）对设备运行状况及工艺参数变化进行实时监测，并具有声光报警功能；

（6）可与工业电视系统进行连接，通过工业电视系统实时监视皮带机重点部位运行情况，以确保人员及设备的安全。具有喊话、打点通讯功能，可实现现场无人值守；

（7）胶带运输机的开、停有就地启动和远程集控启动两种操作方式，方便根据需要自主选择操作方式。设备启动前发出预警信号，提示有关人员应立即远离设备；

（8）具有联网功能，可与矿井综合自动化监控系统可靠的连接、实现一体化全局监控。

3.2胶带输送机集中控制系统结构设计

系统结构采用PROFIBUS-DP现场总线技术，组成主从系统结构。根据工艺流程划分，系统以PLC为控制主站，以每条皮带就地控制箱配备的远程I/OET200M为从站，共设7个从站，这样就节约了大量电缆等材料。本系统由集中控制台、PLC控制柜、触摸屏、就地箱、各种保护传感器及执行器组成。完成一个系统内多条皮带多个设备全过程的控制、监测，构成一个完善的集中控制系统。其系统结构如图2所示。

3.3胶带输送机集中控制系统设备构成

胶带输送机集中控制系统主要由PLC、人机界面等组成，它主要控制胶带输送机、各种参数检测和故障保护装置，将各种信息在触摸屏上集中显示。

3.4胶带输送机集控系统硬件设计

3.4.1集控系统PLC的设计

（1）CPU的选择。

①I/O点数的确定。经过对各输入输出的大略计算，本设计中需要数字量输入164点，数字量输出69点，模拟量输入通道14路。

②存储器容量选择。PLC的I/O点数估算值大小，在很大程度上反映了PLC系统的功能要求，因此可以在I/O点数估算值的基础上计算对PLC存储器容量的需求。目前，大多用统计经验公式进行存储器容量估算。这种方法是以PLC处理每个信息量所需存储器数的统计平均经验值为依据，乘以信息量数再考虑一定的裕量计算得到存储器需要容量。作为一般应用下的一种经验公式是：

存储器容量（KB）=（1.1～1.25）?祝?DI?？0+DO?？+AI/O?？00）/1024

其中：DI为数字量输入总点数；

DO为数字量输出总点数；

AI/O为模拟量I/O通道总数。

DI点数估计值为164?？.15=189，DO点数估计值为69?？.15=80，AI通道估计值为14?？.15=17个。所以存储器容量为：

1.2?？189?？0+69?？+17?？00）/1024=4.62KB

工程实践中，大多采用粗略估算，加大裕量，实际选型时参考此值采用就高不就低的原则。

③响应速度。PLC是为工业自动化而设计的通用控制器，不同档次的PLC的响应速度一般能满足起应用范围内的需要。如果要跨范围使用PLC，或者应用中的某些功能或信号有特别的速度要求时，确定PLC的型号就应特别慎重。

通过上面的计算，考虑系统通讯和冗余的要求，选用SIMATIC S7-300系列中的CPU315-2 DP是最合适的。其中最主要的原因是CPU315-2 DP是S7-300系列中唯一带现场总线（PROFIBUS）SINEC L2-DP接口的CPU模块。内置80KB RAM，随机存储器为48KB，最大数字量I/O点数为1024个，最大模拟量I/O通道数为128个。最大配置4个机架，32块模块。满足设计需要。

3.5 胶带集中控制系统软件设计

3.5.1 集中控制的流程图

西门子的S7-300系列PLC所用的编程语言是西门子开发的STEP7，这是一种可运行于通用微机中，在WINDOWS环境下进行编程的语言。将它通过计算机的串行口和一根PC/MPI转接电缆与PLC的MPI口相连，即可进行相互间的通信。通过STEP7编程软件，不仅可以非常方便地使用梯形图和语句表等形式进行离线编程，经过编译后通过转接电缆直接送入PLC的内存中执行，而且在调试运行时，还可以在线监视程序中各个输入输出或状态点的通断状况，甚至可以在线修改程序中变量的值，给调试工作也带来极大的方便。

该集中控制系统共有三种工作方式。集控方式下，胶带机和给煤机根据生产工艺流程预先编制的程序来集中控制启停，各种保护均投入；就地方式下，胶带机和给煤机由操作员控制手动按钮通过PLC分别控制它们的启停，保护也均投入；检修方式下，胶带机和给煤机也采用手动按钮通过PLC分别控制启停，但是保护可根据需要有选择的进行投入，各故障的投入选择可在显示屏内进行控制。

4总结

矿井胶带运输系统是分布复杂，部件繁多，且又要求运行协调一致的连续运输系统。为了保证煤矿运输系统可靠安全运行，对胶带输送机进行集中监视和控制很重要。通过以PLC技术为核心的皮带集中控制系统，大大提高了运输系统的自动化监测和控制水平，保证了煤矿运输系统安全可靠运行。

参考文献

[1] 于学谦.矿山运输机械[J].徐州：中国矿业大学出版社，1998.[2] 骆德汉.可编程控制器与现场总线网络控制[J].北京：科学出版社，2005.[3] 西门子（中国）有限公司自动化与驱动集团.深入浅出西门子S7-300 PLC[M].北京航空航天大学出版社，2004.

第二篇：PLC在煤矿井下主排水控制系统中的应用（模版）

PLC在煤矿井下主排水控制系统中的应用 概述

随着计算机控制技术的迅速发展，以微处理器为核心的可编程序控制器（PLC）控制已逐步取代继电器控制，普遍应用于各行各业的自动化控制领域。煤炭行业也不例外，但目前煤矿井下主排水系统仍多采用继电器控制，水泵的开停及选择切换均由人工完成，还做不到根据 水位或其它参数自动开停水泵，这将严重影响井下主排水泵房的管理水平和经济效益的提高。

岱庄煤矿是1999年设计竣工的生产能力为1.8Mt／a的现代化矿井，井下涌水量较大，中央泵 设计安装了5台MD500-57×9主排水泵，配套电动机1250kW，3趟排水管路。正常涌水时，2 台工作，2台备用，1台检修。鉴于PLC的先进性和可靠性，煤炭工业邯郸设计院对5台主排水泵及其附属的抽真空系统与管道电动阀门等装置实施了PLC自动控制及运行参数自动检测，动态显示，并将数据传送到地面生产调度中心，进行实时监测及报警显示。

系统通过检测水仓水位和其它参数，控制水泵轮流工作与适时启动备用泵，合理调度5台水泵运行。系统通过触摸屏以图形、图像、数据、文字等方式，直观、形象、实时地 反映系统工作状态以及水仓水位、电机工作电流、电机温度、轴承温度、3趟排水管流量等 参数，并通过通讯模块与综合监测监控主机实现数据交换。该系统具有运行可靠、操作方便、自动化程度高等特点，并可节省水泵的运行费用。

系统组成

岱庄煤矿中央泵房井下主排水泵自动化控制系统图如图1所示，整个自动控制系统由数据自动采集、自动轮换工作、自动控制、动态显示及故障记录报警和通讯接口等5个部分组成。

2．1 数据自动采集与检测

数据自动采集与检测主要分为两类：模拟量数据和数字量数据。

模拟量检测的数据主要有：水仓水位、电机工作电流、水泵轴温、电机温度、3趟排水管流量；数字量检测的数据主要有：水泵高压启动柜真空断路器和电抗器柜真空接触器的状态、电动阀的工作状态与启闭位置、真空泵工作状态、电磁阀状态、水泵吸水管真空度及水泵出 水口压力。

数据自动采集主要由PLC实现，PLC模拟量输入模块通过传感器连续检测水仓水位，将水位变 化信号进行转换处理，计算出单位时间内不同水位段水位的上升速率，从而判断矿井的涌水量，控制排水泵的启停。电机电流、水泵轴温、电机温度、排水管流量等传感器与变送器，主要用于监测水泵、电机的运行状况，超限报警，以避免水泵和电机损坏。PLC的数字量输 入模块将各种开关量信号采集到PLC中作为逻辑处理的条件和依据，控制排水泵的启停。

在数据采集过程中，模拟量信号的处理是将模拟信号变换成数字信号（A/D转换），其变换 速度由采样定律确定。一般情况下，采样频率应为模拟信号中最高频率成分的2倍以上，这 样经A/D变换的精度可完全恢复到原来的模拟信号精度。A/D变换的精度取决于A/D变换器的 位数。如5V电压要求以5mV精度变换时，精度为5mV/5V=0.1%,即1/1000十进制的1000用二进 制表示时要求为10位,而本系统所采用的A/D模块分辨率为16bit,其精度在±0.05%以上，该 精度等级足以满足控制系统要求。同时，PLC所采用的A/D模块均以积分方式变换，可使输入 信号的尖峰噪音和感应噪声平均化，适用于噪音严重的工业场所。

图1 岱庄煤矿井下主排水泵自动化监控系统图（略）

2．2 自动轮换工作

为了防止因备用泵及其电气设备或备用管路长期不用而使电机和电气设备受潮或其他故障未 经及时发现，当工作泵出现紧急故障需投入备用泵时，而不能及时投入以至影响矿井安全，本系统程序设计了5台泵自动轮换工作控制，控制程序将水泵启停次数及运行时间和管路使用次数及流量等参数自动记录并累计，系统根据这些运行参数按一定顺序自动启停水泵和相应管路，使各水泵及其管路的使用率分布均匀，当某台泵或所属阀门故障、某趟管路漏水时，系统自动发出声光报警，并在触摸屏上动态闪烁显示，记录事故，同时将故障泵或管路自动退出轮换工作，其余各泵和管路继续按一定顺序自动轮换工作，以达到有故障早发现、早处理，以免影响矿井安全生产的目的。

2．3 自动控制

系统控制设计选用了日本欧姆龙公司C200HE型PLC为控制主机，该机为模块化结构，由PLC机架、CPU、数字量I/O、模拟量输入、电源、通讯等模块构成。PLC自动化控制系统根据水仓 水位的高低、井下用电负荷的高、低峰和供电部门所规定的平段、谷段、峰段供电电价时 间段（时间段可根据实际情况随时在触摸屏上进行调整和设置）等因素，建立数学模型，合 理调度水泵，自动准确发出启、停水泵的命令，控制5台水泵运行。

为了保证井下安全生产，系统可靠运行，水位信号是水泵自动化一个非常重要的参数，因此，系统设置了两套水位传感器，模拟量和开关量传感器，两套传感器均设于水仓的排水配水仓内，PLC将接受到的模拟量水位信号分成若干个水位段，计算出单位时间内不同水位段水位的上升速率，从而判断矿井的涌水量，同时检测井下供电电流值，计算用电负荷率，根据矿井涌水量和用电负荷，控制在用电低峰和一天中电价最低时开启水泵，用电高峰和电价高 时停止水泵运行，以达到避峰填谷及节能的目的。

2．4 动态显示

动态模拟显示选用日本Digital公司的GP-570T型触摸式工业图形显示器（触摸屏），系统通过图形动态显示水泵、真空泵、电磁阀和电动阀的运行状态，采用改变图形颜色和闪烁功能进行事故报警。直观地显示电磁阀和电动阀的开闭位置，实时显示水泵抽真空情况和压力值。

用图形填充以及趋势图、棒状图方式和数字形式准确实时地显示水仓水位，并在启停水泵的水位段发出预告信号和低段、超低段、高段、超高段水位分段报警，用不同音响形式提醒工作人员注意。

采用图形、趋势图和数字形式直观地显示3趟管路的瞬时流量及累计流量，对井下用电负荷的监测量、电机电流和水泵瞬时负荷及累计负荷量、水泵轴温、电机温度等进行动态显示、超限报警，自动记录故障类型、时间等历史数据，并在屏幕下端循环显示最新出现的3条故障（故障显示条数可在触摸屏上设置），以提醒工作人员及时检修，避免水泵和电机损坏。

2．5 通讯接口

PLC通过通讯接口和通讯协议，与触摸屏进行全双工通讯，将水泵机组的工作状态与运行参 数传至触摸屏，完成各数据的动态显示；同时，操作人员也可利用触摸屏将操作指令传至PL C，控制水泵运行。PLC同时将水泵机组的运行状态与参数经安全生产监测系统分站传至地面 生产调度监控中心主机，与全矿井安全生产监控系统联网，管理人员在地面即可掌握井下主 排水系统设备的所有检测数据及工作状态，又可根据自动化控制信息，实现井下主排水系统 的遥测、遥控，并为矿领导提供生产决策信息。触摸屏与监测监控主机均可动态显示主排水系统运行的模拟图、运行参数图表，记录系统运行和故障数据，并显示故障点以提醒操作人员注意。

系统功能及特点

（1）PLC控制程序采用模块化结构，系统可按程序模块分段调试，分段运行。该程序结构具有清晰、简捷、易懂，便于模拟调试，运行速度快等特点。

（2）系统根据水位和压力控制原则，自动实现水泵的轮换工作，延长了水泵的使用寿命。

（3）系统可根据投入运行泵组的位置，自动选择启动就近的真空泵，若在程序设定的时间 内达不到真空度，便自动启动备用真空泵。

（4）系统根据电网负荷和供电部门所规定的平段、谷段、峰段供电电价时间段，以“避峰 填谷”原则确定开、停水泵时间，从而合理地利用电网信息，提高矿井的电网运行质量。

（5）PLC自动检测水位信号，计算单位时间内不同水位段水位的上升速率，从而判断矿井的涌水量，自动投入和退出水泵运行台数，合理地调度水泵运行。

（6）在触摸屏上动态监控水泵及其附属设备的运行状况，实时显示水位、流量、压力、温 度、电流、电压等参数，超限报警，故障画面自动弹出，故障点自动闪烁。具有故障记录，历史数据查询等功能。

（7）系统具有通讯接口功能，PLC可同时与触摸屏及地面监测监控主机通讯，传送数据，交换信息，实现遥测遥控功能。

（8）系统保护功能有以下几种。

超温保护：水泵长期运行，当轴承温度或定子温度超出允许值时，通过温度保护装置及PLC 实现超限报警。

流量保护：当水泵启动后或正常运行时，如流量达不到正常值，通过流量保护装置使本 台水泵停车，自动转换为启动另一台水泵。

电动机故障：利用PLC及触摸屏监视水泵电机过电流、漏电、低电压等电气故障，并参与控制。

电动闸阀故障：由电动机综保监视闸阀电机的过载、短路、漏电、断相等故障，并参与水泵的联锁控制。

（9）系统控制具有自动、半自动和手动检修3种工作方式。自动时，由 PLC检测水位、压力 及有关信号，自动完成各泵组运行，不需人工参与；半自动工作方式时，由工作人员选择某台或几台泵组投入，PLC自动完成已选泵组的启停和监控工作；手动检修方式为故障检修和 手动试车时使用，当某台水泵及其附属设备发生故障时，该泵组将自动退出运行，不影响其 它泵组正常运。PLC柜上设有该泵的禁止启动按钮，设备检修时，可防止其他人员误操作，以保证系统安全可靠。系统可随时转换为自动和半自动工作方式运行。

第三篇：煤矿井下主运输皮带自动化系统方案

煤矿井下

皮带自动化控制系统方案设计

第一章

功能

一、系统基本功能 控制功能

该系统既可从井上调度室对井下皮带运输进行实时监控，也可从井下操作台、触摸屏、就地分站箱对皮带运输进行实时监控。既可对一条皮带、一条生产线实现一键起停（顺煤流停、逆煤流开），也可对多条生产线的整个系统实现一键起停。在自动状态下每条皮带还可实现有煤即开、无煤即停的全自动控制。

集成功能

该系统能将同种组态软件和具有相同通讯功能的不同软件下的不同系统集成到一个计算机上进行监控。使整个煤炭体系更直观更易于管理。

第二章

系统硬件组成及工作原理

一、系统硬件组成本系统是以矿用本质安全型PLC为核心的皮带机综保装置组成下皮带机控制系统，是以光纤为介质组成的工业以太网传输网络。

整个系统现场控制设备：

矿用隔爆兼本质安全型PLC（含语音模块、通讯模块）、检测传感器(物流传感器、煤位传感器、速度传感器、跑偏传感器、撕裂传感器、温度传感器、烟雾传感器)、KPZ型矿用转载点自动喷雾装置、本安型操作台、隔爆兼本安型就地操作控制箱、嵌入式触摸计算机（Windons CE操作系统）、网络交换机、和井上监控中心的上位机监控软件等组成。二.系统硬件的工作原理

1、矿用本质安全型PLC 该产品拥有多项专利技术，性能达到煤矿级与军工级要求，PLC模块具有矿用本质安全特性（经过严格测试，已通过“本安”认证，防爆证号：1094029U），是一种适用于地面严酷环境或煤矿井下有瓦斯和煤尘爆炸危险环境使用而不需要采用隔爆措施的通用型PLC，技术处于国内领先水平。IB 系列PLC 采用模块化设计，扩展方便，功能强大；其DI/DO 点数可扩展至80 点；具有脉冲频率测量、脉冲周期测量、脉冲宽度测量功能；PWM 高速输出、频率型模拟量采集、语音信息报警、输入断线判断等多种模块；通讯为标准的MODBUS-RTU 或MODBUS TCP 通讯协议、物理接口为RS-232、RS-485、CAN 或以太网，通讯距离远、网络节点多、抗干扰能力强。还可以根据用户需求定制特定的功能模块或嵌入式PLC 开发定制专用控制器。IB 系列PLC 已成功应用于煤矿、冶金、化工、食品、印刷、军工等行业，可适用于各种场合的检测、监测及自动化控制系统，特别在地面严酷环境、振动比较大的场合、控制箱空间小或煤矿井下有瓦斯和煤尘爆

炸危险环境中使用具有独特的优势。主要特点

● 模块化结构：体积小、组合自由、扩展方便、安装容易。● 端口类型齐备：各种形式的输入、输出端口，适用于各种传感器与驱动设备。

● 端口电压灵活：开关量输入端口的额定电压为5V、12V、24V 或根据用户要求订制。

● 开关量三态输入：可以对开关量信号进行断线判断。● 快速控制：能在50ms 内实现信号采集、输出控制功能。

● 隔离电压高：输入、输出端口与内部电路隔离电压大于AC2000V。● 负载能力强：继电器输出模块的负载电流为5A/ AC250V。● 频率量采集：能快速处理多路（达48 路）矿用模拟量传感器输出的200—1000Hz 信号。

● 语音输出：具有语音模块，能清晰的输出长时间的语音信息，使控制系统更具有人性化管理。

● 嵌入式文本显示器：不占用通讯接口，可显示8 个汉字× 4 行；同时有9 只薄膜操作按键。

● 高稳定性：具有极强的抗干扰能力与极高的可靠性，有力保障控制系统工作稳定可靠、采集数据真 实有效。

● 通讯能力强：拥有多路扩展通讯模块（达8 路）；通讯物理接口形式多样（RS-232、RS-485、CAN 或以太网等）；特有的专利技术，通讯距离远（达10Km）、抗干扰能力强。可以方便的组成多级远程通讯网。

2.传感器(可使用原有的传感器)3.2.1 物流传感器

静态时，干簧管与磁钢距离较远，干簧不吸合，不发出开车信号；当

胶带上有煤时，传感杆移动，干簧管与磁钢位置相对照，干簧吸合，发出开车信号。

2.2 煤位传感器

煤位保护有两种形式，即电极式和位移式。

煤位保护作用的实现是通过传感器使主控电路的低位堆煤控制和 高位堆煤控制端得到高电位。对于电极式是传感杆与煤接触后，通过已接+12V的大地得到高电位，而位移式则是直接通过开关使低位堆煤控制和高位堆煤控制端与+12V接通。

2.3 位置速度传感器

若某台输送机发生故障，如电动机烧毁。机械传动部分损坏，胶带或链子拉断，胶带打滑等，安装在输送机被动机件上的速度传感器中的磁控开关将不能闭合（如输送机完全不转）或不能按正常速率闭合（如输送机打滑），速度传感器输出的信号连接到控制装置后，控制装置将按反时限特性延时后，速度保护电路动作，切断电动机供电，以避免事故扩大。

在滚筒温度不超限时，温度传感器输出接点开路，连接到控制装置后，输送机能够正常工作。当滚筒温度超限后，滚筒旁边的温度传感器将会起作用，此时传感器的输出点闭合，控制装置温度保护电路动作，使执行部分切断电动机供电，起到温度保护作用。

2.5 烟雾传感器

烟雾传感器的电路由烟雾探头电路、升压电路、输出电路和声音报警电路组成。

当巷道中因胶带磨损等原因造成烟雾发生时，悬挂在巷道顶部的烟雾传感器起作用，经3秒后，切断电动机供电，并发出声音报警。

2.6 撕裂传感器

当胶带横向撕裂后，会有部分下垂，该下垂的胶带带动撕裂传感器横杆，横杆带动竖杆倒下，从而使前后传输线脱离，并与零线相接使控制箱在电气上起到急停闭锁作用，立即停车。该传感器是不能自动复位的。只有人为的使传感竖杆重新立起来才能恢复正常运行状态。虽然上胶带和下

胶带运行方向相反，但传感器正好是以支点为中心两个方向运动，与上下胶带一致，故上下胶带的原理是相同的。

2.7 跑偏传感器

胶带发生跑偏时，跑偏胶带边沿推动传感杆发生位置倾斜，当倾斜较角度＞40°时，内部一部开关闭合，使音频震荡电路得电工作，产生1000H音频声，因而系统中的所有扬声器发出声音，表示有胶带跑偏。当倾斜角度＞60°时，内部急停开关闭合，其作用同中途停车开关作用。

这里需要说明的是，跑偏传感器是上下两侧胶带可以同时保护，并且可自动复位，因而胶带恢复正位后，停车和报警作用将同时停止。

3.KPZ型矿用转载点自动喷雾装置

3.1 概述

矿用胶带输送机、刮板输送机在运输物料转载时会产生大量粉尘，粉尘的存在不但危及煤矿安全生产，还会影响作业人员的身体健康。KPZ型输送机转载点自动喷雾降尘装置是防尘灭尘的理想设施。

3.2 工作原理简介

该装置由主机、电动球阀、运输机工作状态传感器（有触控传感器、转动传感器、红外探测传感器、振动传感器供用户选择）。其原理：运输机运输物料，传感器接收到物料运动信号，主机处理信号令电动球阀打开，形成水幕，实现防尘灭尘

3.3 性能特点

（1）该装置为多功能控制。一台主机可同时配备多个传感器，实现防尘灭尘、喷雾降温、喷雾灭火等功能。

（2）根据安装地点和功能不同，可选择一种或几种传感器使用，控制方式灵活。

（3）配上烟雾、温度、触控、粉尘传感器，可实现防尘、灭火及火情动态监测。

（4）可接入监测系统或运输监测系统接口，实现监测、报警与控制。（5）具有节水功能。运输机上有物料移动时5—7秒防尘水幕自动打开，停机2秒后，水幕自动关闭。

（6）该装置主机设有工作状态显示窗。可显示电源、物料、防尘、防火等信息。

3.4 主要技术参数

（1）防爆形式：矿用隔爆兼本安型ExdibI。（2）工作方式：连续。

（3）装置电源电压：AC 127 V/36V（Hz）±15%。（4）电动阀工作电压：12V DC。（5）主控板电源电压：12V±5%.（6）本安输出电压：12V±5%。（7）本安输出电压保护值：13.5V±5%。（8）本安输出电流保护值：≤200mA(MAx)。（9）主控板工作电流：≤100mA.（10）触控传感器工作电压/电流：12V/30mA。（11）控制板输入信号电压范围：7-12V DC。（12）控制板输入信号电流：1-2mA。（13）环境温度：0－40℃（14）相对湿度：≤95%

（15）主机外形尺寸：长×宽×高＝240×220×120 mm。3.5 胶带输送机转载点自动降尘装置安装图

4.MCGS触摸屏

本触摸屏采用了高档的软件系统平台(WinCE操作系统和MCGS的嵌入版组态软件)，强大的界面组态功能（动态界面制作），强大的数据处理能力（数据保存、查询、制作趋势曲线和报表）。

5.本安型操作台

本操作台是本安型，操作台上集成了PLC总站，嵌入式触摸屏，网络交换机和2条皮带的起停（含单条皮带、一条生产线和整个系统的起停）控制、状态显示。急停闭锁（控制箱正面右下角设有急停闭锁开关，利用该开关的左右旋转，可对本台或前台输送机实现急停闭锁。处于急停闭锁状态的输送机不仅能立即停转，同时再来开机信号也不能运转）。语音输出：具有语音模块，能清晰的输出长时间的语音信息，使控制系统更具有人性化管理。

6.隔爆兼本安型就地操作控制箱

本操作控制箱内装有防爆本安型plc，具有集控、检修、就地、（又分为就地手动、就地自动）的控制。各种保护、运行状态指示灯显示。

集控：旋转开关打到集控位置就可以用主操作台或井上进行控制，反之闭锁。

检修：井下设备检修阶段，可打破皮带连锁关系，断掉就地起停控制线路，用于检修时，不会产生任何误动作。

就地：当旋转开关打到就地时，既可使用就地手动和就地自动。在就地手动位置时按下启动按钮皮带机启动，按下停止按钮时皮带机停止。在手动自动位置时皮带若有煤延时3秒自动启动皮带机，无煤时自动停止皮带机。

指示灯：显示物流传感器、煤位传感器、速度传感器、跑偏传感器、撕裂传感器、温度传感器、烟雾传感器保护状态，正常状态绿灯亮，报警时红灯亮。皮带机运行时绿灯亮。

第三章

王庄煤矿皮带集中控制系统方案设计

一、方案设计如下：

1、现成设备：

现场共2条皮带，每条皮带的皮带头都设置有KJ403-F隔爆兼本安型就地综保控制制箱，有皮带具有煤仓高、低煤位保护，机头下煤位保护，断带（断链）保护，打滑低速保护，跑偏保护，横向撕裂保护，温度保护，烟雾种保护，沿线有钢丝绳急停。

2、系统改造方案

现场2条皮带的每条皮带头按装隔爆兼本安型就地操作控制箱，将KJ403-F隔爆兼本安型就地综保控制制箱原有的保护和控制集成到plc控制的集控系统中，使控制既更可靠简单方便有不浪费原有资源，如厂家有不满意原有的保护可另加。在主皮带巷按装本安型操作台，在井上调度室按有工控机，工控机和井下设备采用光缆以太网传输数据和控制设备，2条皮带之间采用现场总线形式的PLC控制站建立通讯和控制。

3、控制功能

该系统既可从井上调度室对井下皮带运输进行实时监控，也可从井下操作台、触摸屏、就地分站箱对皮带运输进行实时监控。既可对一条皮带、一条生产线实现一键起停（顺煤流停、逆煤流开），也可对多条生产线的整个系统实现一键起停。在自动状态下每条皮带还可实现有煤即开无煤即停的全自动控制

4、控制方式

●就地：操作人员分别在各条胶带机头的就地分站箱控制胶带机的起、停。●集控：所有设备集中控制，既可实现整个系统的一键顺煤流停，逆煤流开的自动控制；同时也可实现一条运输线，一条皮带的集控。

●远程：选择远程控制可通过调度室的上位机来实现井下设备的集控。●紧急停机：通过按下就地分站箱上急停按钮可实现紧急停机,并显示急停位置。

●检修：井下设备检修阶段，可打破皮带连锁关系，用于检修时，不会产生任何误动作。

●远程闭锁：远程闭锁控制是在上位机的组态界面上选择的。是在井下没有选择远程的情况下而需要从井上紧急控制井下设备的而设定的；具有密码权限功能。

5、其他功能

出现设备故障或皮带保护等故障时系统主机可迅速产生相应的报警

（声音、文字闪烁，故障说明等）输出通知用户；

历史数据记录、图形动态显示、打印和报表以及数据存储等功能 支持多个远方客户端的数据浏览以及监控系统主机的远程控制和参数设置功能。

二、系统硬件：

皮带机控制系统是基于可编程控制器﹙ PLC﹚的皮带运输机的自动化控制系统。该系统为矿用隔爆兼本质安全型，是一种适用于在煤尘、瓦斯等危险环境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，能完成各种传感器工作状态的监测、皮带机起停控制、通讯、现场管理、集中监控。井以矿用隔爆兼本质安全型PLC为核心的皮带机综保装置组成下皮带机控制系统和数据传输网络，即可以组成不同的控制规模实现多条皮带机集控，又可以单独使用控制一台皮带机实现单台控制。该系统是以光纤为介质组成的以太网网络，可以迅速把相应的数据集中送往地面调度室的上位机上，实现井下皮带机的井上监控管理，减少了解现场的时间，提高了生产效率。

整个系统由现场控制设备（检测传感器、皮带机综保装置、防爆本安型就地分站控制箱、防爆本安型操作台、嵌入式触摸计算机（Windons CE操作系统）、网络交换机、PLC）和井上监控中心的 上位机监控软件等组成。

·

三、系统优势

1． 可靠性高

本系统采用可靠性技术和抗干扰技术等多种先进技术于一体的新一代PLC，此PLC 通用性广、适应性强，具有极高的可靠性、性价比和极其灵活的扩展能力，在一些恶劣环境与有爆炸性危险的领域中有十分巨大的应用前景。该产品拥有多项专利技术，性能达到煤矿级与军工级要求，大多数PLC 模块具有矿用本质安全特性（经过严格测试，已通过“本安”认证，防爆证号：1094029U），是一种适用于地面严酷环境或煤矿井下有瓦斯和煤尘爆炸危险环境使用而不需要采用隔爆措施的通用型PLC，技术处于国内领先水平。

IB 系列PLC 采用模块化设计，扩展方便，功能强大；其DI/DO 点数可扩展至80 点；具有脉冲频率测量、脉冲周期测量、脉冲宽度测量功能；PWM 高速输出、频率型模拟量采集、语音信息报警、输入断线判断等多种模块；通讯为标准的MODBUS-RTU 或MODBUS TCP 通讯协议、物理接口为

RS-232、RS-485、CAN 或以太网，通讯距离远、网络节点多、抗干扰能力强。还可以根据用户需求定制特定的功能模块或嵌入式PLC 开发定制专用控制器。IB 系列PLC 已成功应用于煤矿、冶金、交通、化工、食品、印刷、军工等行业，可适用于各种场合的检测、监测及自动化控制系统，特别在地面严酷环境、振动比较大的场合、控制箱空间小或煤矿井下有瓦斯和煤尘爆炸危险环境中使用具有独特的优势。

1.1 主要特点

● 模块化结构：体积小、组合自由、扩展方便、安装容易。● 端口类型齐备：各种形式的输入、输出端口，适用于各种传感器与驱动设备。

● 端口电压灵活：开关量输入端口的额定电压为5V、12V、24V 或根据用户要求订制。

● 开关量三态输入：可以对开关量信号进行断线判断。● 快速控制：能在50ms 内实现信号采集、输出控制功能。● 隔离电压高：输入、输出端口与内部电路隔离电压大于AC2000V。● 负载能力强：继电器输出模块的负载电流为5A/ AC250V。● 频率量采集：能快速处理多路（达48 路）矿用模拟量传感器输出的200—1000Hz 信号。

● 语音输出：具有语音模块，能清晰的输出长时间的语音信息，使控制系统更具有人性化管

理。

● 嵌入式文本显示器：不占用通讯接口，可显示8 个汉字× 4 行；同时有9 只薄膜操作按键。

● 高稳定性：具有极强的抗干扰能力与极高的可靠性，有力保障控制系统工作稳定可靠、采集数据真 实有效。

● 通讯能力强：拥有多路扩展通讯模块（达8 路）；通讯物理接口

形式多样（RS-232、RS-485、CAN 或以太网等）；特有的专利技术，通讯距离远（达10Km）、抗干扰能力强。可以方便的组成多级远程通讯网

2．设备扩展性强

本系统有很强的组网和扩展能力，可以进行以太网网络、485总线（CAN、PPI、MODBUS、MPI、PROFIBUS）组网扩建。今后可以很方便添加新设备和皮带控制。从而避免了以前上一套设备需更换一套控制设备的弊端，节省了大量人力和财力。

3．维护方便

系统带有速度、温度、煤仓煤位等的连续量检测。通过对系统自带的速度传感器信号的检测，可以进行打滑、过速、欠速和断带保护。系统还可对电机的轴承温度、绕组温度，煤仓煤位等进行检测和显示。在参数菜单设定好每一个连续量的报警值和停机值后，一旦达到报警值，将自动报警，超过停机值，将自动停机（当然也可以设定为只报警，不停机）。

系统配有堆煤、跑偏、烟雾、环境温度等开关量传感器。可对堆煤、跑偏、烟雾、环境温度等进行检测和保护。并实现报警停机（当然也可以设定为只报警，不停机）。

每个环节故障都可在井上上位机和井下嵌入式计算机上显示报警，并指出故障位置，维护更方便、简单。

第四篇：煤矿井下安装皮带输送机安全技术措施及注意事项

1106上顺槽安装皮带输送机

安全技术措施

根据矿井工作安排，为满足采区接续生产需要，决定在1106上顺槽安装一台皮带机。为确保安装期间人员及设备的安全，特制定如下安装安全技术措施,望掘进队认真贯彻执行：

一、运输、安装、起吊安全技术措施

1、装车时，严禁车辆超高、超宽或偏载，并中间捆绑固定必须牢固、可靠。

2、在运输过程中，绞车运行范围内严禁有人；且在运输联巷口处安排专人设置警戒，绞车作业时严禁人员进入。

3、使用绞车运输前，由带班副队长负责检查钢丝绳完好情况，如有断丝，磨损超限，严重打折等现象的钢丝绳禁止使用，及时更换。

4、绞车停机时，绞车司机必须把开关手把打到零位。

5、运送物料发出开车信号时前，带班副队长必须检查装载物料无超高、超宽、偏载严重现象，确认无有翻车危险时，方可发信号。

6、人工搬运设备部件时，做好自保互保工作。杜绝碰手碰脚现象发生，确保安全运输。

7、两人或两人以上抬设备时要两脚必须走稳，严防蹬空。

8、起吊设备大件必须选择在顶板完好的地点搭设专用锚杆进行起吊，起吊装置应悬吊牢固，使用可靠。

9、起吊操作时，人员应避开设备倾倒、滑动方向，站在安全位置，闲杂人员严禁在场，同时由跟班副队长现场指挥，对捆绑、悬吊情况进行检查，并注意监护顶板及起吊设施，发现问题必须立即处理。

10、为确保安全起吊装置严禁超载起吊。

11、起吊物体要捆扎牢固，起吊重物下严禁站人或人的任何部位不得处于重物下方。

12、起吊重物必须作到垂直起升，不许斜拉重物。

二、铺设皮带安全技术措施

1、皮带铺设时，严格按照生产科给定的皮带中线。皮带安设标准做到平、直，上，下托辊齐全有效，清扫器符合规定，机头封板、机尾护栏齐全可靠。

2、皮带部件按照机尾、中间架、机头、皮带的顺序进行运输，运输到指定地点后按照运输顺序沿巷道将设备部件摆开。

3、皮带机按照机头、中间架、机尾、皮带的顺序进行安装，各滚筒中心线与皮带机中心线成一条直线。

4、皮带机各部件安装均达到要求，固定地脚螺栓和拧紧各联接螺栓，各联接螺栓应牢固可靠。

5、皮带的各种保护装置（烟雾保护、堆煤保护、速度保护、温度保护、跑偏保护、超温自动洒水保护）安装完成后，要对每一个保护装置进行试验，确定灵敏完好，并且要悬挂保护标志牌。

6、在经常跨越皮带机地点，应设置行人过桥。

7、电器开关各种保护装置齐全，动作灵敏可靠，各种保护整定值符合要求，电气开关和小型电器分别按要求上板、上架，摆放位置无淋水，有足够的行人和检修空间，电缆悬挂整齐、规范，通讯信号完善，布置合理，声光兼备、清晰可靠；控制信号装置齐全，灵敏可靠；安装防爆照明灯具。

8、皮带机头、机尾必须配备2个灭火器和不小于0.2m³的消防砂箱，9、清扫器安装符合生产需要。清扫器与输送带面接触良好，松紧适宜，接触面均匀，机头、机尾确保各有一个清扫器。

10、在巷道变坡点胶带易飘带地段，采用调节支腿调整，保证皮带机架过渡平缓。

11、全部安装完成确保各托辊与胶带接触良好后，进行试运行。

三、试机的安全技术措施

1、在开机前，皮带机要检查各部位油量是否适量。

2、开启电动机，皮带张紧的尺度以驱动滚筒和胶带不发生打滑为准。

3、开始调整皮带时，修理工沿途分散开，发现跑偏的地方及时调整，跑偏严重的地方,胶带与中间架有卡碰现象，并发生撕带危险时，要立即打点停止皮带，4、试运转步骤应上一步未合格不得进行下一步，运转过程中发现不正常应立即停机，故障消除后方可再次启动。

5、接皮带时，使用专用皮带卡子，将皮带机开关手把打至零位并闭锁，并有专人看护，严禁人员乱动开关。

6、岗位责任制、操作规程、皮带机管理牌板等规章制度完善齐全，并集中规范悬挂。

四、其它安全技术措施

1、所有参加设备安装人员必须熟悉所安装设备的结构、性能、技术参数。

2、作业期间，每班必须有副队长现场跟班指挥，及时解决作业过程中存在的安全问题。

3、整机安装完成后进行系统调试，正常后及时提出申请，经机电科、调度室、安全科及相关领导共同验收合格后方可正常生产。

5、本措施由施工队副队长组织全队职工贯彻学习，未经贯彻学习人员严禁上岗作业。

6、其它应严格按照《煤矿安全规程》中的相关规定执行。

八号井机电科

2012年11月22日

1106上顺槽铺设安装皮带输送机

安全技术措施

八号井 2012年11月22日

第五篇：PLC电梯控制系统毕业论文

四川工程职业技术学院

电气信息工程系

毕业论文

题 目 PLC电梯控制系统 班 级 电气自动化技术1班 姓 名 学 号 指导老师

前 言

随着现代社会的迅速发展,微电子技术和计算机技术也随之迅速发展.当前数字电器系统的设计正朝着速度快、容量大、体积小、重量轻的方向发展。其中，有着代表性的是日趋进步和完善的PLC设计技术。PLC(即可编程控制器)在工业控制领域内得到十分广泛的应用。PLC是一种基于数字计算机技术、专为在工业环境下应用而设计的电子控制装置，它采用可编程序的存储器，用来存储用户指令，通过数字或模拟的输入/输出，完成一系列逻辑、顺序、定时、记数、运算等确定的功能，来控制各种类型的机电一体化设备和生产过程。

PLC的设计和开发，已经有多种类型和款式。传统的PLC各有特点，它们适合在现场做手工测量，要完成远程测量并要对测量数据做进一步分析出来，传统PLC是无法完成的。然而基于PC通信的PLC，既可以完成测量数据的传递，又可借助PC，做测量数据的处理。所以这种类型的PLC无论在功能和世界应用上，都具有传统PLC无法比拟的特点，这使得它的开发和应用具有良好的前景。

第一章 电梯的简介

一、电梯的起源与发展

1、电梯的起源

现代社会中，电梯已经成为不可短少的运输设备。电梯是随着高层建筑的兴建而发展起来的一种垂直运输工具。多层厂房和多层仓库需要有货梯；高层住宅需要有住宅梯；百货大楼和宾馆需要有客梯，自动扶梯等。在现代社会，电梯已像汽车、轮船一样，成为人类不可缺少的交通运输工具。

电梯在汉语词典中的解释为：建筑物中用电作动力的升降机，代替步行上下的楼梯。

说到电梯的起源要从公元2600年埃及人在建造金字塔时使用了最原始的提升系统说起，但这一类起重机的能源均为人力。到了1203年，法国的二修道院安装了一台起重机，有所不同的是该机器是利用驴作为动力，载荷由绕在一个大滚筒上的绳子进行起吊。此种方法一直沿用到近代直到瓦特发明了蒸汽机，约在1800年，煤矿主才能利用起重机把矿井中的煤输送上来。

数百年来人们制造过各种类型的升降机，它们都具有一个共同的缺陷：只要起吊绳突然断裂，升降机便急速地坠落到底层。1854年奥迪斯设计了一种制动器：在升降机的平台顶部安装一个货车用的弹簧及一个制动杆与升降梯井道两侧的导轨相连接，起吊绳与货车弹簧连接，这样仅是起重平台的重量就足以拉开弹簧，避免与制动杆接触。如果绳子断裂，货车弹簧会将拉力减弱，两端立刻与制动杆咬合，即可将平台牢固地原地固定，免了继续下坠。这样，第一台“安全”升降梯就产生了，然而真正能够称为电梯的产品应该是在20世纪初才出现。

2、电梯技术的发展

（1）电梯的速度要求越来越快，告诉，超高速电梯的数量越来越多。（2）电梯的拖动技术有了圈套的发展，直流电梯由于能耗大、维修量大等缺点。逐步被交流电梯所替代，液压电梯由于运行平稳，机房位置灵活等特点，使得在低楼层场合得到越来越广泛的应用。交流拖动电梯更是得到迅速发展。

（3）电梯的逻辑控制已从过去简单的继电器-接触器控制发展为可编程序控制（PLC）和计算机控制，控制方式也从手柄控制、信号控制发展为集选控制、并联控制、群控等，电梯可靠性得到很大的提高。

（4）电梯的管理功能不断加强，电梯广泛采用计算机控制技术，不断满足用户的使用功能要求。如停车操作、消防员专用等。

第二章 PLC的简介

一、PLC的定义

可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专业在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，技术与算术操作等方面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外部设备，都按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。

总之，可编程控制器是一台计算机，它是专为工业环境应用而而设计制造的计算机。它具有丰富的输入/输出接口，并且具有较强的驱动能力。但可编程控制器产品并不针对某一具体工业应用，在实际应用时，其硬件需根据实际需要进行选用配置，其软件需根据控制要求进行设计编制。

二、PLC的基本结构和组成

1、PLC的结构图如下所示：

交流/直流现场设备扩展单元电源基本I/OI/O扩展接CPU存储器外围接口数据总线外设编程器通信网络

图2 PLC的结构图

（1）中央处理单元（CPU）是PLC的控制中枢，在系统监控程序的控制下工作，承担着将外部输入信号的状态写入输入映像寄存器区域，然后将接过送到输

出映像寄存器区域。

（2）存储器由只读存储器ROM和随机存储器RAM两大部分组成，存放系统软件的存储器称为系统程序的存储器ROM，存放应用软件或中间运行数据的存储器称为用户程序存储器RAM。

（3）基本I/O接口电路

A.PLC内部输入电路作用是将PLC外部电路提供的、符合PLC输入电路要求的电压信号，通过光耦电路送到PLC内部电路。

B．PLC输出电路用来将CPU运算的结果换成一定形式的功率输出，驱动被控负载。

（4）接口电路：PLC接口电路分为I/O扩展接口电路和外设通信接口电路两大类。

A.I/O扩展接口电路用于连接I/O扩展单元，可以用来扩充开关量I/O点数和增加模拟量的I/O端子。I/O扩展接口电路采用并行接口和串行接口两种电路形式。

B．外设通信接口电路用于连接手持编程器或其他图形编程器、文本显示器，并能组成PLC的控制网络。

（5）电源：PLC内部配有一个专用开关式稳压电源，将交流/直流供电电源转化为PLC内部电路需要的工作电源（5V直流）。

2.PLC控制系统的组成

PLC控制系统像一般的计算机控制系统一样，也是由硬件和软件两个部分组成的，硬件是指PLC本身及其外围设备，软件是指管理PLC的系统软件，PLC的应用程序，编程语言和编程支持工具软件。

图3 PLC控制系统的组成

PLC控制系统的软件主要是系统软件，应用软件，编程语言及编程支持工具软件几个部分组成。

PLC系统软件是PLC工作所必须的软件。在系统软件的支持西，PLC对用户程序进行逐条的解释，并加以执行，直到用户程序结束，然后返回到程序的起始又开始新的一轮扫描。PLC的这种工作方式就称之为循环扫描。

图4 PLC内部工作示意图

0的输入端子的通断状态或输入数据读入，并将其写入各对应的输入状态寄存器中，即刷新输入。随机关闭输入端口，进入程序执行阶段。

PLC在程序执行阶段：按用户程序指令存放的先后顺序扫描执行每条指令，经相应的运算和处理后，其结果再写入输出状态寄存器中，输出状态寄存器中所有的内容随着程序的执行而改变。

输出刷新阶段：当所有指令执行完毕，输出状态寄存器的通断状态在输出刷新阶段送至输出锁存器中，并通过一定的方式输出，驱动相应输出设备工作。

四、PLC的特点

PLC是一种用于工业自动化控制的专用计算机，实质上属于计算机控制方式。PLC与普通计算机一样，以通用或专用CPU作为处理器，实现通道的运算和数据的存储，另外还有位处理器，进行点（位）的运算与控制。

PLC控制一般具有可靠性高，易操作、维修、编程简单、灵活性强等特点。

五、PLC系统的发展趋势

PLC当初是针对工业顺序控制发展而研制的。经过30几年的迅速发展，PLC已不仅能进行开关量控制，而且还能进行模拟量控制，位置控制。特别是PLC的通信网络技术的发展，使得PLC如虎添翼，由单机控制向多机控制，由集中控制向多层次分布式控制系统发展。现在PLC的足迹已遍布了国民经济的各个领域，形成了满足各种需要的PLC应用系统。

电梯结构不断紧凑化，体积不断轻型化、小巧化随着新技术、新结构、新材料、新工艺的发展，电梯的机械系统结构简单化、体积小型化、材料轻型化、工艺先进化、外观漂亮化。同时，无机房电梯在新世纪将会有较大速度发展。

今后PLC控制系统将朝着两个方向发展：一是向小型化，微型化系统方向发展。作为控制系统的关键设备，PLC将朝着体积更小，速度更快，功能更强，价格更低的方向发展。二是向大型化，网络化，多功能的方向发展。

2131415

第四章 PLC控制系统的设计方案

一、PLC控制系统基本方案

随着城市建设的不断发展，高层建筑不断增多，电梯在国民经济和生活中有着广泛的应用。电梯作为高层建筑中垂直运行的交通工具已与人们的日常生活密不可分。实际上电梯是根据外部呼叫信号以及自身控制规律等运行的，而呼叫是随机的，电梯实际上是一个人机交互式的控制系统，单纯用顺序控制或逻辑控制是不能满足控制要求的，因此，电梯控制系统采用随机逻辑方式控制。目前电梯的控制普遍采用了两种方式，一是采用微机作为信号控制单元，完成电梯信号的采集、运行状态和功能的设定，实现电梯的自动调度和集选运行功能，拖动控制则由变频器来完成；第二种控制方式用可编程控制器（PLC）取代微机实现信号集选控制。从控制方式和性能上来说，这两种方法并没有太大的区别。国内厂家大多选择第二种方式，其原因在于生产规模较小，自己设计和制造微机控制装置成本较高；而PLC可靠性高，程序设计方便灵活，抗干扰能力强、运行稳定可靠等特点，所以现在的电梯控制系统广泛采用可编程控制器来实现。

本文将用四层楼作为背景进行设计。

1.轿厢楼层位置检测方法

主要方法有以下几种：

（1）用于簧管磁感应器或其他位置开关：这种方法直观、简单，但由于每层需使用一个磁感应器，当楼层较高时，会占用PLC太多的输入点。

（2）利用稳态磁保开关：这种方法需对磁保开关的不同状态进行编码，在各种编码方式中适合电梯控制的只有格雷变形码，但是它是无权代码，进行运算时需采用PLC指令译码，比较麻烦，软件译码也使程序变的庞大。

（3）利用旋转编码器：目前，PLC一般都有高速脉冲输入端或专用计数单元，计数准确，使用方便，因此在电梯PLC控制系统中，可用编码器测取电梯运行过程中的准确位置，编码器可直接与PLC高速脉冲输入端相连，电源可利用PLC内置的24V直流电源，硬件连接可谓简单方便。

由以上分析可见，用旋转编码器检测轿厢的位置优于其他方法，故本设计采用此方法

2.PLC的选型

根据以上选择的轿厢楼层位置检测方法，要求可编程控制器必须且有高数计数器。又因为电梯时双向运行的，所以PLC还需具有可逆计数器。综合考虑后，本设计选择西门子公司生产的S7—200系列机。

S7—200系列机具有以下优点： 1.体积极小

2.先进美观的外部结构 3.提供多种子系列供用户选用 4.灵活多变的系统配置 5.功能强、使用方便

二、PLC电梯控制系统设计方向

1.电梯控制系统的基本结构组成

电梯PLC的控制系统和其他类型的电梯控制系统一样主要由信号控制系统和拖运控制系统两部分组成。图7为电梯PLC控制系统的基本结构图，主要硬件包括PLC主机及扩展、机械系统、轿箱操纵盘、厅外呼梯盘、指层器、门机、调速装置与主拖动系统等。系统控制核心为PLC主机，操纵盘、呼梯盘、井道及安全信号通过PLC输入接口送入PLC，存储在存储器及召唤指示灯等发出显示信号，向拖动和门机控制系统发出控制信号。

电梯控制系统可分为电力拖动系统和电气控制系统两个主要部分。电力拖动系统主要包括电梯垂直方向主动拖动电路和轿厢开关电路。二者均采用易于控制的直流电动机作为拖动动力源。主拖动电路采用PWM调试方式，达到了无级调速的目的。而开关门电路上电机仅需一种速度进行运动。电气控制系统则由众多呼叫按钮、传感器、控制用继电器、指示灯、LED七段数码管和控制部分的核心器件等组成。PLC集信号采集、信号输出及逻辑控制于一体，与电梯电力拖动系统一起实现了电梯控制的所有功能。十层电梯控制系统由呼叫到响应形成一次工作循环，电梯工作过程又可细致分为自检、正常工作、强制工作等三种工作状态。电梯在三种工作状态之间来回切换，构成了完整的电梯工作过程。

如下图：

图7 电梯PLC控制系统的基本结构

2.电梯控制系统原理框图

电梯控制系统原理框图如下图所示，主要由轿厢内指令电路、门厅呼叫电路、主拖动电机电路、开关门电路、档层显示电路、按钮记忆灯电路、楼层检测与平层检测传感器及PLC电路等组成的。

图8 电梯控制系统原理框图

到PLC的控制信号有：运行方式选择、运行控制、轿内指令、层站召唤、安全保护信息、旋转编码器光电脉冲、开关门及限位信号、门区和平层信号等。

图10 电梯信号控制系统

6．拖动控制系统

电梯主要由直流和交流两种拖动方式，PLC控制的拖动系统主电路及调速装置与继电器控制系统相比无需做很多改动。拖动系统的工作状态及部分反馈信号可直接送入PLC，由PLC向拖动系统发出速度切换、起动、运行、平层等控制信号。

7.电梯上行

（1）电梯停在1F，2F呼叫时，则上行，碰到2F的行程开关后停止。（2）电梯停在1F或2F时，3F呼叫，则上行，碰到3F的行程开关后停止。（3）当电梯停在1F或2F、3F时，4F呼叫，则上行到4F碰到行程开关后停止。

（4）电梯停在1F，2F、3F同时呼叫时，则电梯上行到2F后停5s，继续上行到3F后停止。

（5）电梯停在1F，2F、3F同时呼叫时，电梯上行到2F停5s，继续上行到3F停止。

（6）电梯停在1F，3F、4F同时呼叫时，电梯上行到3F停止5s，继续上行

122232425

系统会根据外呼和内选信号及门锁信号综合判断电梯的运行方向。5.执行上行程序

此段程序包括控制电梯上行，检测是否应该减速或者停止电梯正转并且执行。6.执行下行程序

此段程序包括控制电梯下行，检测是否应该减速或者停止电梯正转并且执行。

四、I/O点的分配

根据需要控制的开关、设备大约有15个输入点，11个输出点。如图15：

图15 I/O点的分配

五、硬件系统调试

在硬件调试时，我们主要调试的内容有： 1.在接线端子上。

2.在PLC扩展单元上。3.在电源接线上。

注:特别是在电源接线时，一定要注意哪些端子接24V，哪些接地。

六、软件系统调试

在软件调试时，主要是结合硬件设备观察程序的过程是否与我们设计的原理一致。如果出现不正常运行和不运行时我们得回到程序编制，依次检查与修改。

七、程序梯形图

0

图16 PLC控制程序梯形图

注：

M0.1 电梯在一层时停止指令 M0.2 电梯在二层时停止指令 M0.3 电梯在三层时停止指令 M0.4 电梯在四层时停止指令 M1.1 电梯在一层时向上运行指令 M1.2 电梯在二层时向上运行指令 M1.3 电梯在三层时向上运行指令

E2亮，电梯停止。

11.按SB6，SB10（SB4），电梯上升，按SQ2，E1灭，E2亮，电梯仍上升，按SQ3，E2灭，E3亮，电梯仍上升，再按SQ4，E3，E4亮，电梯停止2s后下降，按SQ2，E3灭，E2亮，电梯停止。

12.按SB7（SB2），SB10（SB4），电梯上升，按SQ2，E1灭，E2灭，电梯停止2s后上升，按SQ3，E2灭，E3亮，电梯仍上升，再按SQ4，E3灭，E4亮，电梯停止。

13.按SB6，SB8，SB10（SB4），电梯上升，按SQ2，E1灭，E2亮，电梯停止2s后上升，再按SQ3，E1灭，E2亮，电梯仍上升，在按SQ4，E3灭，E4亮，电梯停止2s后下降，按SQ3，E4灭，E3亮，电梯仍下降，按SQ2，E2灭，E2亮，电梯停止。

14.按SB6，SB8，SB10（SB4），电梯上升，按SQ2，E1灭，E2亮，电梯停止2s后上升，按SQ3，E2灭，E3亮，电梯仍上升，再按SQ4，E3灭，E4亮，电梯停止2s后下降，按SQ3，E4灭，E3亮，电梯仍下降，按SQ2，E3灭，E2亮，电梯停止。

15.按SB6，SB8，SB10（SB4），电梯上升，按SQ2，E1灭，E2亮，电梯停止2s后上升，按SQ3，E2灭，E3亮，电梯仍上升，再按SQ4，E3灭，E4亮，电梯停止2s后下降，按SQ3，E4灭，电梯提高至2s后下降，按SQ3，E4灭，E3亮，电梯停止。

16.按SB6，SB9（SB3），SB10（SB4），电梯上升，按SQ2，E1灭，E2亮，电梯仍上升，按SQ3，E2灭，E3亮，电梯停止2s后上升，再按SQ4，E3灭，E4亮，电梯停止2s后下降，按SQ3，E4灭，E3亮，电梯仍下降，按SQ2，E3灭，E2亮，电梯停止。

17.按SB7（SB2），SB9（SB3），SB10（SB4），电梯上升，按SQ2，E1灭，E2亮，电梯停止2s后上升，按SQ3，E2灭，E3亮，电梯停止2s后上升，再按SQ4，E3灭，E4亮，电梯停止。

18.按SB6，SB7（SB2），SB8，SB10（SB4），电梯上升，按SQ2，E1灭，E2亮，电梯停止2s后上升，按SQ3，E2灭，E3亮，电梯仍上升，再按SQ4，E3灭，E4亮，电梯停止2s后下降，再按SQ3，E4灭，E3亮，电梯上升，再按SQ4，E3灭，E4亮，电梯停止2s后下降，再按SQ3，E4灭，E3亮，电梯停止2s后下降，再按SQ2，E3灭，E2亮，电梯停止。

19.按SB6，SB7（SB2），SB9（SB3），SB10（SB4），电梯上升，按SQ2，E1灭，E2亮，电梯停止2s后上升，按SQ3，E2灭，E3亮，电梯停止2s后上升，再按SQ4，E3灭，E4亮，电梯停止2s后下降，按SQ3，E4灭，E3亮，电梯仍下

降，再按SQ2，E3灭，E2亮，电梯停止。

20.按SB6，SB7（SB2），SB8，SB9（SB3），SB10（SB4），电梯上升，按SQ2，E1灭，E2亮，电梯停止2s后上升，按SQ3，E2灭，E3亮，E4亮，电梯停止2s后下降，按SQ3，E4灭，E3亮，电梯停止2s后下降，再按SQ2，E3灭，E2亮，电梯停止。

21.按SB8，SB10（SB4），电梯上升，按SQ2，E1灭，E2亮，电梯仍上升，按SQ3，E2灭，E3亮，电梯仍上升，按SQ3，E2灭，E3亮，电梯停止2s后上升，按SQ3，E2灭，E3亮，电梯停止。

22.按SB8，SB9（SB3），SB10（SB4），电梯上升，按SQ2，E1灭，E2亮，电梯仍上升，按SQ3，E2灭，E3亮，电梯停止2s后上升，按SQ3，E2灭，E3亮，电梯停止。

23.按SB8，SB9（SB3），SB10（SB4），电梯上升，按SQ2，E1灭，E2亮，电梯仍上升，按SQ3，E2灭，E3亮，电梯停止2s后上升，再按SQ4，E3灭，E4亮，电梯停止2s后下降，按SQ3，E4灭，E3亮，电梯停止。

电梯停留在二层：

1.按SB8或SB9（SB3）或SB8或SB9（SB3），电梯上升，反方向呼叫无效，按SQ3，E2灭，E3亮，电梯停止。

2.按SB10（SB4），电梯上升，反方向呼叫无效，按SQ3，E2灭，E3亮，电梯停止。

3.按SB5(SB1), 电梯上升，反方向呼叫无效，按SQ3，E2灭，E3亮，电梯停止。

4.按SB8，SB10（SB4），电梯上升，反方向呼叫无效，按SQ3，E2灭，E3灭，E4亮，电梯停止。

5.按SB9（SB3），SB10（SB4），电梯上升，反方向呼叫无效，按SQ3，E2灭，E3亮，电梯停止2s后上升，再按SQ4，E3灭，E4亮，电梯停止。

6.按SB8，SB9（SB3），SB10（SB4），电梯上升，反方向呼叫无效，按SQ3，E2灭，E3亮，电梯停止2s后上升，再按SQ4，E3灭，E4亮，电梯停止2s后下降，按SQ3，E4灭，E3亮，电梯停止。

电梯停留在三层：

1.按SB10（SB4），电梯上升，反方向呼叫无效，按SQ4，E3灭，E4亮，电梯停止。

2.按SB6或SB7（SB2）或SB6，SB7（SB2），电梯下降反方向呼叫无效，按SQ2，E3亮，电梯停止。

3.按SB5(SB1), 电梯下降，反方向呼叫无效，按SQ2，E3灭，E2亮，电梯仍下降，按SQ1，E2灭，E1亮，电梯停止。

4.按SB7，SB5(SB1), 电梯下降，反方向呼叫无效，按SQ2，E3灭，E2亮，电梯仍下降，按SQ1，E2灭，E1亮，电梯停止2s后上升，按SQ2，E1灭，E2亮，电梯停止。

5.按SB7，SB6（SB2），SB5（SB1），电梯下降，反方向呼叫无效，按SQ2，E3灭，E2亮，电梯停止2s后下降，按SQ1，E2灭，E1亮，电梯停止。

6.按SB7，SB6（SB2），SB5（SB1），电梯下降，反方向呼叫无效，按SQ2，E3灭，E2亮，电梯停止2s后下降，再按SQ1，E2灭，E1亮，电梯停止2s后上升，按SQ2，E1灭，E2亮，电梯停止。

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