1、1毕 业 设 计 （ 论 文 ）题 目 斗轮堆取料机的 PLC 设计2斗轮堆取料机的斗轮堆取料机的 PLC 设计设计摘要本次毕业设计的题目是斗轮堆取料机的堆料和取料部分的 PLC 设计。通过对斗轮堆取料机整机的分析，来进一步研究斗轮堆取料机的工作过程。斗轮堆取料机是料场工作运行的核心机械，目前已经广泛应用于港口、码头、水泥、钢铁厂、储煤场、发电厂等散料存储料场的堆取作业。PLC 集成控制技术发展迅速，应用于斗轮堆取料机能够大大提高工作效率，减少劳动成本。这次设计对斗轮堆取料机的 PLC 控制系统进行了详细的研究。这次研究我们讨论了斗轮堆取料机的工作流程，选择最佳的堆取料工艺。合理选择 PLC
2、型号。了解斗轮堆取料机的工作原理。经过系统分析设计要求，设计开发了斗轮堆取料机的 PLC 控制系统。该系统具有较好的稳定性、可靠性。关键词：斗轮堆取料机，PLC 控制系统斗轮堆取料机的 PLC 设计 11目录第一章 绪论 .11.1 课题背景 .11.2 斗轮堆取料机的发展状况 .11.2.1 国内斗轮堆取料机发展状况 .11.2.2 国外斗轮堆取料机发展状况 .21.3 斗轮堆取料机的工作过程 .31.3.1 斗轮堆取料机堆料过程 .31.3.2 斗轮堆取料机取料过程 .4第二章 斗轮堆取料机总体设计 .52.1 总体设计概论 .52.2 斗轮堆取料机工艺流程分析 .72.2.1 准备过程工
3、艺流程 .72.2.2 自动堆料工艺流程 .82.2.3 自动取料工艺流程 .9第三章 斗轮堆取料机的 PLC 控制系统设计 .103.1 电器元件的选择 .103.1.1 接触器的选择 .103.1.2 继电器的选择 .112.1.3 熔断器的选择 .123.1.3 按钮、开关的选择 .123.2 PLC 机型的选择 .133.2.1 I/O 点数的估算 .133.2.2 存储器容量的估算 .133.2.3 控制功能的选择 .143.3 斗轮堆取料机自动堆取料设计 .153.3.1 自动堆料设计 .153.3.2 自动取料设计 .163.4 斗轮堆取料机 PLC 程序设计 .16第四章 结束
4、语 .23第五章 致谢 .24第六章 参考文献 .25附录 .26斗轮堆取料机的 PLC 设计 22第一章 绪论1.1 课题背景在经济发展的过程中，很多地方需要对一些散料进行装卸，随着科技的发展，自动化程度越来越高。以往的人工操作已经无法满足社会的发展。降低生产成本，提高产品的质量及经济效益是企业生产所必须面临的重大问题。斗轮堆取料机是连续输送机的一种，应用它可以将物料在一定的输送路线上，从装载地点以恒定的或变化的速度进行输送。斗轮堆取料机是现代化工业散状物料连续装卸的高效设备，目前已经广泛应用于港口、码头、冶金、水泥、钢铁厂、储煤场、发电厂等存储料场的堆取作业。PLC 集成自动控制技术、新传
5、感器技术、计算机管理技术于一体的机电一体化产品；充分利用计算机技术对生产过程进行集中监视、控制管理和分散控制；充分吸收了控制系统和集中控制系统的有点，采用标准化、模块化、系统化设计。在现代化的港口散货装卸作业中，斗轮堆取料机是生产过程中组成有节奏的流水作业运输线所不可缺少的组成部分。1.2 斗轮堆取料机的发展状况在过去的几十年中发达国家斗轮堆取料机技术的发展，极大的促进了散料输送工业的发展自动化和信息技术又推动了该产业的发展。目前斗轮堆取料机普遍采用 PLC 和变频器调速、液压驱动、网络控制等技术。其生产能力显著提升，造型得到了改进，产品向大型化、多样化、无人化、环保和配套国际化方向发展。国际
6、市场对斗轮堆取料机需求量大。随着技术的发展和用户对产品性能、质量要求的提高，斗轮堆取料机还会不断发展和完善。通过技术进步和创新，会有更多更好的国产斗轮堆取料机产品问世，投向国内外市场1.2.1 国内斗轮堆取料机发展状况我国斗轮堆取料机的应用起步比较晚，最早的斗轮堆取料机设计可以追溯到 1966 年。国内斗轮堆取料机的发展基本经历了三个阶段。20 世纪 60 年代、70 年代，国内开始设计小型斗轮堆取料机，典型机型有 3025、8030 等，取料出力分别为 300t/h、800t/h，回转半径分别为 25m 和 30m。20 世纪 80 年代、90年代，是斗轮堆取料机发展的第二阶段。钢厂、电厂等
7、新建设的散料堆场逐步斗轮堆取料机的 PLC 设计 33采用了大型斗轮堆取料机，用于散料的堆取和转运，例如上海宝钢、秦皇岛码头料场，斗轮堆取料机取料出力达到 2000t/h，回转半径达到 40m。受当时国内条件的限制，这些料场输送设备的建设多是合作制造或者整机进口的，甚至整套散料输送系统都是引进国外的。2000 年后，国内斗轮堆取料机发展到了一个新阶段。迄今为止，国内厂家具备了 3006000t/h 生产能力、2560m 回转半径斗轮堆取料机系列产品的设计和制造能力。这一阶段中，国外厂商仍占据一定份额，但国内厂家掌握了相当的技术、生产能力，并凭借服务、价格优势占据了国内市场的主流地位，并逐渐走向
8、国际市场。国内斗轮堆取料机的发展在近五六年里发展非常迅速。尤其受国民经济固定资产投资的影响，国内的需求量增长比较大，是近十几年来少有的，主要表现在港口、电厂、钢铁企业的煤炭和铁矿石的料场增长迅速，能源、原材料行业的发展也给斗轮堆取料机的产业发展创造了十分良好的发展环境。市场需求的增加，激发了国内制造企业对斗轮堆取料机研发和创新的信心，特别是一些大型堆取料机的研发，提高了国内企业自行设计制造大型设备的能力。国内的斗轮堆取料机不论在产量上还是在质量上都有非常大的提高，这五六年里新增的斗轮堆取料机的总和几乎达到之前所制造的斗轮堆取料机设备数量的总和。在斗轮堆取料机的整体上，设备的设计和制造的细节需要
9、改进，尤其在产品的机构设计的细节处理上，与国外先进的公司产品存在较大的差距。因此提高产品细节方面的设计是国内产品制造商需要迫切解决的问题。电气与控制系统的硬件与国外公司的产品基本山没什么差别，而在 PLC 软件设计上存在一定的差距，其中也包括产品设计的可靠性，PLC 程序编制的规范性，一次仪表的选型和设计的可靠性等。经过几十年的发展，我国的斗轮堆取料机研制水平取的了较大的提高，但是同发达国家相比，仍旧存在明显差距。1.2.2 国外斗轮堆取料机发展状况世界上研究和开发斗轮堆取料机最早的国家是德国，研究始于 19 世纪 30年代，第一台于 19 世纪 80 年代问世，真正投入世纪应用是在 20 世
10、纪初期。在国外，斗轮堆取料机作为散状物料装卸机械的使用是从上世纪初期开始的，它是由斗轮挖掘机演变而来的。计算机技术的发展使计算速度加快，数据存储和读取更加方便。各种网络技术使得数据传输更加容易，为斗轮堆取料机无人化打下了硬件基础。所谓斗轮堆取料机全自动无人化，概要的讲就是由操控人员在中控室选择堆料位置、按启动按钮，堆取料机自动寻位进行自动堆取料作业。国外的 iSAM AG 和西门子公司是从事料场设备无人化集成较早的公司。无人化斗轮堆取料机的操作是操作人员在中控室通过电脑屏幕监控堆取料机的各种运行和故障信息，必要时进行手动干预。堆取料机完全自动运行，设备上无人斗轮堆取料机的 PLC 设计 44操
11、作 1。目前，西方发达国家港口用的斗轮堆取料机，大部分实现了全自动无人化运行，其他国家也在计划和准备订购全自动无人化的斗轮堆取料机。如韩国浦项制铁就计划采购该种斗轮堆取料机，印度巴西等用户也有使用无人斗轮堆取料机的意向。1.3 斗轮堆取料机的工作过程斗轮堆取料机有堆料和取料两种作业方式。堆料由带式输送机运来的散料经尾车卸至臂架上的带式输送机，从臂架前端抛卸至料场。通过整机的运行，臂架的回转、俯仰可使料堆形成梯形断面的整齐形状。取料是通过臂架回转和斗轮旋转连续实现的。物料经卸料板卸至反向运行的臂架带式输送机上，再经机器中心处下面的漏斗卸至料场带式输送机运走。通过整机的运行，臂架的回转、俯仰，可使
12、斗轮将储料堆的物料取尽1.3.1 斗轮堆取料机堆料过程堆料作业工艺有行走堆料、旋转堆料、定点堆料三种基本方式。1.行走堆料堆料分数层、数列进行断续行走定点堆积。由料堆高度检测器检测出煤点的高度（或人工控制） ，发出指令，控制行走机构进行微动，一堆接一堆地进行堆积，达到设定位置，进行换列操作，反向堆积；当堆完第一层各列后，进行换层操作，继续第二层堆积，继而堆完最后一小堆。该工艺特点是，可把不同煤种进行混堆，这样堆放的煤堆，在采取回转取料时，入炉煤基本为混煤 2。2.旋转堆料臂架始终固定在预定堆积高度上往返旋转堆积，达到设定次数后（堆积到一定高度） ，图 1-2 旋转堆料斗轮堆取料机的 PLC 设
13、计 55行走机构微动一个设定距离，依次进行作业。该工艺特点是，这样堆放出的煤场形状较好，便于碾压，但所需存煤场地要求较大。旋转堆料如图 1-2 所示。3.定点堆料第一堆分数层进行堆积，待煤堆分数次堆积到一定高度时，臂架高度保持不变，按预先设定的旋转方向和角度旋转到第二个堆料点继续堆，达到旋转范围后，即开动行走机构微动一个设定距离，这样一直堆积到设定的堆料长度后停止作业。该工业特点是，需要存放场地小，当煤场存放空间小，新、旧煤分堆时适宜采用该堆料方式，但不利于煤场整形和碾压。1.3.2 斗轮堆取料机取料过程取料方法分为旋转分层取料和定点斜坡取料。旋转分层取料又分为分段和不分段两种。1.分层分段取
14、料把斗轮置于料堆顶层作业点上，然后旋转控制开始取料，每达到旋转范围时，行走机构微动一个设定距离，按照设定的供料段长度取完第一层后，进行换层操作。当取完最下一层后进行换段操作。把斗轮置于第二段最顶层的作业开始点上，重复进行取料。该工艺特点是，有利于煤场存煤实现存新取旧，防止煤存放时间较长，而出现存煤消耗。2.分层不分段取料把斗轮置于堆料层最顶层作业点上，然后旋转控制开始取料，每达到旋转范围时，行走机构微动一个设定距离，开始反向旋转取料，直至取到尽头，随后大车返回开始作业点，同时臂架下降一个吃煤深度，继续上述过程取第二层煤。这种方式的特点是，取料后煤场煤堆形状较好，适用于汽车进煤的煤场，但不利于煤
15、场存煤倒烧。3.斜坡取料斗轮沿堆料的斜坡按照一定的进给量由上往下逐层旋转上煤，斗轮大臂每下降一次，大车都要后退一个距离，当取料达到要求的取料深度后，行走机构再向前走一个斗深，同时大臂抬起，进行第二个斜坡取料。这种方式适用于从煤堆中部取煤。斗轮堆取料机的 PLC 设计 66第二章 斗轮堆取料机总体设计2.1 总体设计概论总体设计是机械系统内部设计的主要任务之一，也是进行系统技术设计的依据。总体设计对机械的性能、尺寸外形、质量及成产成本具有重大影响。因此，总体设计时必须在保证现已定方案的基础上，尽可能考虑与人、机、环境、加工装配、运行管理等外部系统的联系，使机械内部系统与外部系统相协调和适应，以求
16、设计更加完善。机器在正常工作条件下，整机具有足够的强度、刚度和稳定性。机器无论在工作状况或非工作状况，在规定的俯仰范围内的各种工况下，整机都应该处于稳定状态。在输送线上，特别在取料、卸料和各转运点、必须保证物流流畅，不发生物料溢出或堵塞现象。斗轮堆取料机工作机制为重型工作制，主要钢结构设计寿命为 30 年。斗轮直径与带式输送机参数和取煤炭与去铁矿石的同能力的斗轮堆取料机相比，一般煤炭的要求斗轮直径大，输送带宽、带速高，斗轮驱动功率较小。司机室要求。司机是要安装牢靠，有防震措施以防震动。且保持在垂直位置。联锁作业。只有当夹轨器松开时，行走机构才工作；只有电缆卷筒制动器松闸后，行走机构才能启动等等
17、。各安全保护及检测装备完备。电缆卷筒装置。电缆卷筒上缠有足够的安全圈数。漏斗、溜槽及悬挂缓冲装置。斗轮堆取料机的 PLC 设计 77堆取料机是一种大型的电动装卸输送机械，机身高大，受风的影响较大，为了停车后固定不动，防止大风时滑移，设有手动锚固器和重锤式电动液力推杆夹轨器。行走时，夹轨器动力缸电机得电，液力推杆提起重锤，夹轨器在弹簧力作用下打开；停车时，夹轨器动力缸电机失电，在重锤作用下，夹紧轨道。行走驱动台车数量因机型不同，数量不一。旋转机构对于调速要求较高，一般采用调速性能较好的直流调速或交流变频调速，现以一期矿变频调速为例进行分析。旋转机构是由 2 台 Y225-8 TH，22KW 鼠笼
18、变频电动机通过行星减速器实现臂架旋转无级调速， （分析时，仅用一台电动机代替） 。大车回转速度为 0.05250.099r/min，旋转角度为110即旋转范围 220，旋转机构主回路如图 3-6 所示，主电机 2M 通过三相自动空气开关 2ZK 合闸送电，经过交流接触器 2C1 使变频器从电网上获得电能。臂架俯仰机构主要用于调节堆料或取料时臂架的高度，配合其它机构，以满足生产要求。俯仰机构的驱动采用机械传动钢丝绳滑轮组系统，俯仰过程要求安全、平稳、无冲击，在臂架机构范围内，臂架可以安全地停在任何位置，并可随时启动。斗轮堆取料机的 PLC 设计 882.2 斗轮堆取料机工艺流程分析2.2.1 准备过程工艺流程
