井下带式输送机的监护保护系统设计本科论文.doc

目 录摘 要 5第一章 概述 81.1设计背景 81.2设计内容 10第二章 井下带式输送机监控系统的硬件设计 112.1监控系统的构成 112.1.1 地面控制中心 112.1.2 井下带式输送机控制分站 112.2 PLC的选型 132.3 PLC的I/O分配 132.4 PLC硬件接线图 142.5检测部分 152.5.1 打滑检测 152.5.2 跑偏检测 172.5.3 堆煤检测 182.5.4 温度检测 192.5.5 烟雾检测 202.5.6 撕裂检测 212.6 系统保护装置 232.6.1 安全保护 232.6.2 传感器的选择 232.6.3 保护装置 242.7 系统部件的布置及其功能 26第三章 井下带式输送机监控系统的软件设计 283.1 分站系统软件设计 283.2启动控制 293.3保护检测 293.4 PLC与上位机的通信方式 31第四章 控制系统的抗干扰措施设计 334.1主要干扰源 334.2抗干扰措施 34总 结 36致 谢 37参 考 文 献 38223中国矿业大学成人教育学院本科毕业设计第一章 概述1.1设计背景皮带运输系统因其结构简单，传输量大，使用方便，被广泛应用于农业、工业、商业、军事等方面，在采矿运输、车站及码头的货物运输更是使用广泛。

我国是一个富煤少油的国家，煤炭是我国最为重要的动力能源，也是重要的化工原料作为世界第一大产煤国，大多数煤矿井下输煤系统也采用带式输送机传输，带式输送机运输系统是煤矿生产的重要组成部分，其安全、可靠和高效的运煤工作，对提高煤矿生产效率和经济效益有巨大的作用但是随着耗煤量的急剧加大，矿井采煤规模的不断扩大，这就要求带式输送机输煤系统始终处于完好的运行状态，这也造成对带式输送机系统的性能要求越来越高带式输送机运输系统的线路较长并且由过个环节和运煤设备配套而成，如果运煤线路某个环节中断，就会使采掘工作面和其它工作地点的作业陷入停顿因此，带式输送机运输系统运行的好坏直接关系到煤矿生产能否正常进行由于我国生产力发展不均衡，大多数中小型煤矿技术和安全保障水平较低据统计，我国为数较多的煤矿在矿井带式输送机控制系统方面还采用现场手动控制，由于煤矿井下环境恶劣，带式输送机经常出现跑偏、打滑、纵向撕裂、燃烧、断带等故障，这不仅影响煤矿生产，也给煤矿安全带来巨大威胁，从而耗费大量人力、物力资源，因此建立一个功能完善的带式输送机监控系统，不仅可以让工人从井下恶劣环境以及繁重的劳动中解放出来，而且可以通过控制网络对相距较远的带式输送机进行实时监测，得到准确数据。

本设计以阳泉市寺家庄煤矿带式输送系统为背景，在了解和分析的基础上，设计了一套相对完善的监控保护系统寺家庄煤矿是年产200万吨的中型煤矿，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，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1.1所示，其中箭头指示煤流方向图1.1 运输工艺流程图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，振动筛为双层的，经筛分后分成大块煤、中块煤和末煤三种大块煤经大块皮带到大块煤仓，中块煤经中块皮带运到中块煤仓，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设计只设计主斜井带式输送机的监控系统它的主要参数如下：主斜井带式输送机长1260m，由4台1400KW电机拖动，正常运行速度4.5m/s，电压等级为10KV，远程控制方式1.2设计内容本设计以寺家庄煤矿井下带式输送机为背景，对该矿带式输送机控制系统进行了系统了解，主要设计内容如下：1）主要介绍选题背景。

2）介绍带式输送机运输监控系统的主要结构3）介绍本系统的硬件设计及软件设计3）详细分析带式输送系统的保护检测，传感器的应用和保护装置的选用4）在简略介绍组态软件的基础上，运用组态来实现上位机监控系统的设计5) 最后分析控制系统产生干扰的原因，提出对应抗干扰措施第二章 井下带式输送机监控系统的硬件设计2.1监控系统的构成2.1.1 地面控制中心系统采用分布式控制结构，由地面综合操作台、井下控制分站组成综合操作台位于地面中央控制室，中央控制室与井下监控点之间的距离较远，而且井下监控点之间的距离也很远，主要通过上位机对井下各个带式输送机及相关设备进行远程监控本系统采用手动、自动两种工作方式进行启停当系统采用自动控制方式时，操作台发送控制信号到可编程控制器，按照一定的联锁关系根据现场实际条件控制带式输送机的开停，同时能随时检测到井下各设备的开停状态、故障情况通过操作台可以监测井下带式输送机的运行状况和实施控制操作操作台上有系统运行的按钮、时间钟等，系统的控制在操作台上选择并执行，操作台上显示瓦斯浓度、各个电机的三相电流、输出功率、主滚筒温度，以及运行状态、故障地点、故障性质的指示，供操作人员参考。

操作台内部装有本安信号到隔爆信号转换器及PLC隔离继电器通过操作屏的各种操作控制按钮，就可以对带式输送机进行远程控制本系统设置了两台上位机，都可以作为操作员站，当其中一台计算机出现故障时，可自动切换到另一台计算机，以防止数据丢失或控制失控，所有的操作和数据显示都能在上位机上完成2.1.2 井下带式输送机控制分站控制分站的核心元件是可编程控制器，用于就地、集控、检修工作方式下，程序控制带式输送机本文的控制系统中共有4个分站，每个分站都采用西门子公司S7200型号的PLC进行控制，PLC实现了生产系统的分布式控制，采用四个PLC控制相应的四条皮带上传感器和启停操作上位机实现集中管理，来共同构成整个带式输送机系统2.1.3带式输送机的监控系统框图从图中可以看到上位机监控系统监控四个分站，每个分站有一个PLC做控制器，PLC控制器控制着每个分站上四个电机的启停，同时检测每个分站皮带的运行情况，采集到的信息自己可以处理，也将信息及时上传上位机监控系统，由上位机来处理图2-1详细介绍了一号站的PLC控制系统，每个分站有四条带式输送机，这四条带式输送机构成一个传送系统，每条皮带传送机上都有速度，温度，跑偏等保护装置。

当出现异常时PLC及时处理（如声光报警），并将信息上传到上位机当按下启动按钮后，一号站的四个电机按顺序启动，按下停止按钮后也是按顺序停止图2-1带式输送机的监控系统框图2.2 PLC的选型根据系统的设计要求，本设计采用西门子S7-200系列PLC，cpu选用226单元它的数字量I/O点为24/16，无模拟量I/O点，可带7个扩展模块，最大直流电流为：1000mA(+5v DC)、400mA(+24v DC)扩展模块分别采用数字量扩展模块EM222，数字量输入模块EM222 8输入24vDC和数字量输出EM222 8继电器输出, 四路模拟量扩展输入模块EM2312.3 PLC的I/O分配本设计采用西门子S7—200系列PLC，一号站系统I/O具体分配如下表：表2-3 输入输出配置表输 入输 出输入继电器输入元件作用输出继电器输出元件控制对象I0.0SB1自动启动Q0.0HL1指示灯I0.1SB2手动启动Q0.1HL2指示灯I0.2SB3自动停止Q0.2HL3指示灯I0.3SB4手动停止Q0.3HL4指示灯I0.4SB5拉绳急停开关Q0.4HL5指示灯I0.5SB6一路速度信号Q0.5HL6指示灯I0.6SB7一路跑偏信号Q0.6HL7指示灯I0.7SB8一路煤位信号Q0.7HL8指示灯I1.0SB9一路胶带撕裂信号Q1.0HL9指示灯2.4 PLC硬件接线图图2-4　PLC硬件接线图四条带式输送机分别由四个三相交流异步电动机来驱动，带动四条带式输送机运输系统的电机原理图，如图2-5所示：四台电机分别为M1、M2、M3和M4，它们分别带动1号皮带、2号皮带、3号皮带和4号四皮带。

接触器KM1、KM2、KM3和KM4分别控制M1、M2、M3和M4的得电运行；FR1、FR2、FR3和FR4分别为四台电机过载保护用的热继电器；QS为四台电机主电路的隔离开关；F1-3是快速熔断器，用来保护变频器内部整流桥的功率电子元件的热容量很小图2-5　皮带电机控制原理图接通三相电源后，三相电经快速熔断器F1-3、隔离开关QS当输煤系统按下启动按钮后，KM1得电，电机M1开始运行，经PLC的定时器延时一段时间后，KM2得电，电机M2运行，其后类推这里的KM1、KM2、KM3和KM4不同时动作，这在软件中实现2.5检测部分2.5.1 打滑检测皮带打滑通常是由于皮带在与主动滚筒相遇点上的实际张力大于皮带两端张力的极限值而造成的如果皮带和滚筒的速度不相等，那么皮带就存在打滑现象本设计选用KGX-S1速度传感器，如图2-6所示它是一种将带式输送机的运行速度检测出来，变成电脉冲信号运输给保护装置，使装置能够根据速度大小来确定运行状态，可同时解决带式输送机低速运转、打滑和断带等问题的智能传感器图2-6 KGX-S1型速度传感器将磁钢安装在带式输送机从动轮的侧面，随带式输送机的从动轮旋转当速度传感器靠近磁钢时，速度传感器上的霍尔元件产生与从动轮转速成正比的正脉冲信号，每个正脉冲触发单稳态电路，经反向后产生一定脉宽的正脉冲，此时的正脉冲与霍尔元件发出的同时输入另一单稳态电路。

皮带速度不出现打滑时，此时两脉冲同时输入单稳态电路，变换后电子开关端输出高电平；若出现打滑现象，从动轮速度下降，霍尔元件发出的正脉冲将不能与前一脉冲触发的正脉冲同步，经过一段时间延迟后电子开关端输出低电平，打滑指示灯亮2.5.2 跑偏检测带式输送机运行时皮带跑偏是最常见的故障，皮带跑偏轻则造成撤料、皮带磨损，重则由于皮带与机架剧烈摩擦引起皮带软化、烧焦甚至引起火灾，造成整个生产线停产，因而，正确地处理好皮带跑偏关系到整个生产系统的正常运转1） 跑偏传感器的主要用途跑偏传感器主要用于检测实际运行中带式带式输送机的偏移状态来发出信号，实现带式带式输送机跑偏后自动报警和自动停机功能，来防止因带式输送机偏移倾斜使物料撒落其常态为断开状态，动作时闭合本传感器具有动作功能，当带式输送机在运行过程中发生严重偏移时，则传感器输出停机信号2） 跑偏传感器的选型与安装选用GEJ-40矿用本质安全型跑偏传感器，如图2-7所示GEJ系列跑偏传感器是带式带式输送机必备的安全保护装置它彻底改变了传统跑偏传感器机械设计不合理、使用寿命短的缺点，其具有防砸、防腐、坚硬及柔韧性强等特点，适合在不同的恶劣环境中使用图2-7 GEJ-40型跑偏传感器跑偏传感器由立辊、复位手柄(调偏再启动)、凸轮及行程开关等组成。

GEJ系列跑偏传感器采用立。