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1、基于 PLC 的煤矿单向猴车的设计物理与机电工程学院 电子信息工程专业（学号） （姓名） 指导老师： 【摘 要】: 为了缩 短 矿 工 上 下 井 的 路 途 时 间 ， 减 轻 矿 工 上 下 井 的 体 能 消 耗 ，并且针对福建省部分煤矿因斜井巷道比较窄，索道长度在 500 米左右，最大倾角为 15，地势环境比较差以及起重运输不便等原因，不能使用双向无极循环运行模式，而需采用单向循环运行模式。于是本文采用 PLC来控制，其具有运行安全可靠、人员上下方便、随到随行、不需等待、一次性投入低、动力消耗小、操作简单、便于维护、工作人员少和运送效率高等特点。 【关键词】猴车 PLC 斜井 单向运行
2、1目录1 绪论 .21.1 课题背景及其意义.21.2 本课题在国内外的研究情况.21.3 本设计的研究内容. .22 课题的提出及方案论证.32.1 架空乘人装置结构组成.32.2 系统的控制要求.32.3 控制系统的方案选择.43 猴车控制系统.53.1 架空乘人装置电控系统.53.2 系统的基本结构.54 硬件系统的设计.64.1 PLC 的选型.64.2 驱动装置的选型.64.2.1 电机的选择.64.2.2 制动器的选择.104.2.3 减速机的选型.124.3 气体传感器的选型.134.3.1 一氧化碳传感器的选型.134.3.2 甲烷传感器的选型.144.4 FP1 A/D 转换
3、单元.164.5 PLC 电气控制线路.184.6 PLC 控制 I/O 分配.215 软件设计.245.1 程序流程图.245.2 程序调试.255.2.1 电机运行控制程序调试.265.2.2 显示程序调试.296 工程应用成果.327 结束语.33致谢.34参考文献.35英文翻译.36附录：程序梯形图 21 绪论1.1 课题背景及其意义随着矿井的大型化发展和开采深度的增加，如何既能减少人员上下井的体力消耗，又能安全舒适地运送人员，是广大煤矿工作者一直致力研究的一项工作。猴车以其安全性而得到各矿务局的支持。跟过去的罐笼车相比，它投资少，使用简单。地下矿用架空索道（俗称猴车）为矿山长距离安全
4、快速地人员运输提供了经济适用的解决方案。其工作原理类似于地面旅游索道，它通过电动机传到减速机上的摩擦轮作为驱动装置，以架空、无极循环的钢丝绳作为牵引承载，此钢丝绳靠尾轮张紧装置进行张紧和绳长调节，沿途采用托绳轮支撑，以维持钢丝绳在托轮间的贴合力；抱索器将乘人抱索器与钢丝绳连接并循环运行，从而实现运送人员的目的。其优势能长期运输，维护工作量较少。这种井下索道运输具有安全实用、运送能力大、动力消耗小，设备结构简单等优点，深受井下工人的欢迎，大大提高了井下辅助运输的效率 10。地下矿用架空索道的最新发展方向呈现大运量、高速度、集中控制、稳定安全等特点。具有大运量、连续运输、连续变坡拐弯的特点，而且运
5、行可靠，易于实现自动化和集中控制，经济效益十分明显。地下矿用架空索道也是煤矿乘人装置最为理想的高效连续辅助运输设备，特别是煤矿高产高效现代化的大型矿井，地下矿用架空索道已成为矿井辅助运输机电一体化技术与设备的关键设备。随着高产高效矿井的发展，矿用架空索道各项技术指标有了很大提高 4。1.2 本课题在国内外的研究情况矿用架空索道在国内一直被作为一个煤矿辅助运输机械装备，传统矿用架空索道在技术上已经基本成熟，产品应用很普遍，由于它只是生产过程中的辅助设备，产品不需要很高的科技含量就能满足要求，国内厂家所生产的产品已经能够满足生产中的要求，其中绝大部分驱动方式为机械传动，液压驱动方式使用的不多，从
6、2009 年开始，才有部分厂家生产液压驱动方式的矿用架空索道，这是因为液压驱动投资大、技术含量高、难以维修，而在全国范围内我国的液压传动技术水平较低，难以占领高端产品市场 。在国外，架空乘人装置技术水平比较高，他们采用比较先进的液压驱动技术，系统采用悬挂式无极绳连续运转的工作方式，用于各类煤矿井下随时快运送人员。动力源采用全液压驱动，运输系统无论是高速还是低速均可实现等加速启动以及电动机的无负荷启动，对其他电力设备影响小。运行速度调节方便、液压驱动的功率控制准确、系统无过载运行，因无需增加电动机备用功率而节能、运行特性软无冲击。驱动部件与泵站分开布置，而液压驱动所具备的高功率密度的特点，使得设
7、备的动力部件体积小、重量轻，占用空间小，非常适应煤矿井下的小断面巷道以及起重运输不便的场合布置、安装和维修。油箱采用全封闭增压构造以及多道过滤元件和完善的保护装置，杜绝了油的泄漏和故障率。整机性能稳定、工作可靠且寿命长。由于液压减速机体积小且没有倾斜角度的限制，驱动部安装时无倾角要求且不需要挑顶，对巷道的适应行更强，安装施工量小、钢丝绳使用寿命长。液压驱动方式可以同时满足高速和低速两种形式的运行，高速运行时无需配备变频装置 。因此，以 PLC 为主体构成的煤矿井下的小断面巷道，矿井地势环境比较差以及起重运输不便的场合控制系统，尤其是对我们福建省部分煤矿来说，其具有广阔的应用前景和明显的经济效益
8、。1.3 本设计的研究内容3本次研究的主要内容是基于 PLC 控制一台驱动电机运行的煤矿运人猴车控制系统，该控制系统主要由 PLC、显示器、气体传感器等组成。本次研究的目标是对煤矿安全性和猴车的使用性给予提升，减少工人上下班的时间，使系统的稳定性和节能效果进一步提高，故障报警及故障排除及时迅速。根据系统要求，设计出满足要求的猴车控制系统，对架空乘人装置、PLC、气体传感器进行选型和计算，解决实际使用中容易出现的问题，根据系统要求设计出能满足控制要求的控制电路、流程图以及控制程序。2 课题的提出及方案论证2.1 架空乘人装置结构组成架空乘人装置主要由驱动部分、乘人部分、托绳部分、尾轮部分、张紧部
9、分及电控系统组成（如下图 2-1）。本文主要是针对猴车电控系统的设计。图 2-1 斜井架空乘人装置的组成框图2.2 系统的控制要求减少矿井工作人员上下班时间是该控制系统的第一个目的，经济实用和安全是本设计的另外一个目的。（1）猴车作为一个煤矿辅助运输机械装备，在国内绝大部分驱动方式为机械传动，液压驱动方式使用的不多，并且主要应用在巷道比较空旷的场合；而在国外大多采用比较先进的液压驱动技术，并且非常适应煤矿井下的小断面巷道以及起重运输不便的场合。而本系统能解决国内现在存在的这一不足，减少工人的上下班时间，为企业带来一定的经济利益，具有一定的实用性。（2）保证工人的生命和财产安全是企业能够正常生产
10、的基本保证，而在矿井中最常见的就是瓦斯爆炸，瓦斯中最主要的成分就是一氧化碳和甲烷，当他们的浓度超过最高浓度分别为 0.0024%、4%时，就易引起瓦斯爆炸。系统控制要求实现的功能如下：（1）猴车控制系统启动要求在井上和井下分别设有操作台，当在井上有人需上车时，井上操作人员按下正转启动按钮，制动器松闸，系统发出 3 声预警信号用以提示乘客猴车即将启动，注意安全；另外一个作用是作为与井下操作台上的工作人员之间的一种通信信号：告知矿井下的操作人员此时井上有人上车，若井下有人需上车，此时必须等待，只到所有上车的人都到达井下时，方可上车；同理若是在井下的操作人员按下反转启动按钮，则若井上有人需上车时，此
11、时必须等待，只到所有上车的人都到达井上时，方可上车。当第 3 声预警时，猴车启动开始运行， 5 秒后播放 MP3。如果在井上（井下）所有矿工都已上车并在不过载的情况下时，控制台操作人员调节减速机调速开关，使电机加速运转，达到节能、减少乘坐时间的目的；若有乘车者下车，调节减速机调速开关，使电机减速运转。若过载，则重锤上升到达上限限定高度，触动钢丝绳张紧保护开关动作，架空乘人索道自动停车。（2）系统停车正常停车：转换开关置于停止位置，设备进入停机状态，任何设备不能启动。（3）完善的系统保护、报警功能。4全程紧急停车保护：在架空乘人装置的沿线装有紧急停车拉线开关间隔 80 米 1 个，并由钢丝绳连接起来。当巷道内有紧急情况时，在沿线的任意一个地方拉动该钢丝绳，相应的急停拉线开关将给控制系统一个急停信号，架空乘人装置将自动停止运行，同时显示窗将显示触动此开关的相应位置。乘人吊椅摇摆保护：间隔 80m 安装一个，此开关是用于防止吊椅过摆而设置的保护装置。当吊椅过摆到一定高度时，车触动此
