基于PLC的带式输送机监控系统的研究

西安科技大学硕士学位论文基于PLC的带式输送机监控系统的研究姓名：刘凯深申请学位级别：硕士专业：机械电子工程指导教师：杜功儒@论文题目：基于PLC的带式输送机监控系统的研究专 业：机械电子工程硕 士 生：刘凯深 （签名） 指导教师：杜功儒 （签名）摘 要大功率、长距离、高带速的带式输送机滚筒一般由多个电机驱动。

实际运行中由于单个电机的不同特性以及安装误差等原因造成驱动电机的速度不同，致使各个电机之间受力不均，严重时造成其中动一台电机超载运行，甚至烧坏，影响了带式输送机的安全运行。

本文针对该问题，研究了多机驱动电机的同步控制方法，设计了基于可编程控制器的多机同步控制系统。

针对多机同步控制系统的硬件要求搭建了试验台，设计了多机同步的控制方法：通过旋转编码器输出主动电机和从动电机的转速脉冲信号到可编程控制器。

可编程控制器的PID控制回路根据转速误差输出控制信号到变频器。

多机同步控制系统通过调节从动电机变频器的频率来改变从动电机的转速，达到多机同步的目的。

根据实验要求设计了基于组态王工控软件的带式输送机监控系统。

该系统能够实时监控带式输送机的运行参数如，电机电流、电机转速、变频器运行频率等。

通过系统的PID控制画面可以改变PID回路的参数，达到最佳的调节效果。

通过同步控制的实验数据验证了系统的性能。

在30%、60%、80%最大转速情况下采集了主动电机和从动电机的转速，并计算出稳速精度。

数据表明系统的稳速精度可以控制在0.2%以内。

在不同PID参数下观察从动电机转速的动态响应曲线，实验表明比例系数为0.7，积分时间为0.1min时，系统的调节效果最好。

为了验证系统的PID参数，对主动电机加载20%、30%、50%最大转速的阶跃信号，观察从动电机转速的响应情况。

实验表明从动电机对主动电机有良好的跟随能力，能够满足实际应用的要求。

关 键 词：输送带；PID；同步控制；PLC控制研究类型：应用研究Subject : Research on Monitoring and Alarm System of Conveyorin Coal Mine Based on PLCSpecialty: Mechanical Electronic EngineeringName : Liu Kaishen (Signature)Supervisor: Du Gongru (Signature)ABSTRACTMulti-motor drive is widely used in conveyor belt, which is high power, long distance and high speed. For the actual operation because of different characteristics of a single motor and the installation error and other causes making drive motor at different speeds. It’s make the two drive motors endure different moment, which causes serious overloading of motor and even burning. These problems affect the belt conveyor safe operation. From this paper, in order to solve the problem research the synchronous multi-machine drive motor control method, and design the synchronous multi-machine control system based on the programmable logic controller.According to the multi-machine synchronization control system hardware requirements built test rig, design the method of multi-machine synchronization control method as follows: the programmable logic controller inputs speed pulse signal of motor and driven motors, which outputted by rotary encoder. PLC PID control circuit according to speed error controls the signal outputted to the inverter. Multi-machine synchronization control system by adjusting the frequency of the inverter to change the speed of the driven motor in order to achieve the purpose of multi-machine synchronization. The system can run real-time monitoring parameters such as: motor current, motor speed, inverter operating frequency and so on. Through the PID screen can change the PID control loop parameters to achieve the best results. Data show that speed run in a variety of circumstances the stability of the system can control the speed accuracy within 0.2%.Experiment shows that when the gain is 0.7 times, the integration time is 0.1 min, the system performs best.In order to verify the system's PID parameters, load 20%, 30%, and 50% of the maximum speed of the step signal to observe the response of the driven motor speed. Experiments show that the driven motor is able to follow the command motor, which meetsthe requirements of practical application.Key words: Conveyor PID Synchronization control PLC Control Thesis : Applied Research1绪论1绪论1.1选题的背景带式输送机是煤矿的主要生产设备之一，特别是大型现代化煤矿，从工作面到装车站，几乎全由带式输送机完成煤炭的输送任务。

现代社会对煤矿安全和设备的自动化程度要求越来越高，传统的运输机已不能满足煤矿自动化的要求，因此如何设计性能完善、质量可靠、技术先进的皮带运输机监控系统，已成为重要的研究方向。

实现对带式输送机及辅助设备的集中控制，主要包括电机的互锁和延时起停，以及将电气设备的运行状态和故障信号传送到中控室。

由于带式输送机设备分散，距离较远，因此中控系统主要通过主站和分站的通讯来实现设备的集中控制。

主站与分站之间的信息传送要求快速、准确、可靠，其中可靠性最为重要。

由于煤矿工作环境恶劣，并且国内生产的其他各类以微机单片机及集成电路组成的监控系统，均不同程度的存在可靠性差，维护量大等缺陷，无法满足超远距离及时大量的信息交流。

不能够使系统快速、准确、可靠的运行。

可编程控制器（PLC）具有高稳定性、高可靠性以及抗干扰能力强等优点，根据上述情况，在研制皮带机监控系统时, 选用可编程序控制器作为系统的主控设备，使该系统在适应性和功能等方面全面升级。

可编程控制器控制范围一般在3km 以内，主机与分机之间一般在1km 左右，最远不超过3km。

经过长期研究实验，充分利用PLC本身的潜力，配合自行研制的专用软件，解决了这一技术困难，使得大范围超远距离皮带运输机容易控制。

实践证明，它能在最恶劣的环境下连续不断工作，抗干扰能力强，稳定性好，无故障工作时间可达几年，主机工作寿命可达十几年以上。

1.2带式输送机监控研究领域的研究动态及发展趋势带式输送机具有传送距离长、运送量大、运行可靠、传送效率高并且容易实现自动化控制等优点，已经成为我国煤矿井下原煤运输系统的主要运输设备，许多煤矿正在向“运煤胶带化”方向发展。

为了防止井下运输带事故的发展出现了许多新技术，例如：皮带防跑偏技术，皮带胶化技术等。

新技术的出现大大加强了井下运输的安全性，可靠性并且具有一定的经济效益。

当代运输带趋于长距离、高带速、大运量、大功率的大型化方向。

目前国外的带式运输机主参数为：运距2000~3000m，带速3.5～4m/s.强力带式运输机运距大于3000m，带速达到4~5m/s。

目前国内的带式运输机的参数要比国外低的多，运行性能以及可靠性也有很大差距。

目前国内外带式运送技术发展迅速，具体表现在以下几个方面【5】。

西安科技大学硕士学位论文1.2.1动态分析技术对于大型的带式输送机的设计，要充分考虑到输送带的纵向与侧向震动、托辊、滚筒与减速器等原件的选装震动，机架震动，物料冲击震动等。

因为在系统中存在的较小的误差，会在大型的带式输送机产生较大的绝对误差，基于这种情况需要对带式输送机进行动态分析。

带式输送机动态分析技术采用粘弹性流变力学理论，将输送带看作具有粘弹性的弹性体，在建立动态力学模型与数学模型的基础上，通过计算机的仿真技术，采用有限元方法或者差分方法来研究输送带的受力情况。

通过带式输送机的动态分析技术可以有效的模拟设备的运行状况，减少设备故障的发生，节约生产成本。

1.2.2可控启动技术带式输送机启动的时候应有足够的时间，使启动加速度保持在匀速范围内，并且采取相应的措施对启动时间、启动加速度进行控制，来确保输送机按要求的启动速度曲线平稳启动。