煤矿全皮带运输集控系统的设计说明书

中文题目：煤矿全皮带运输集控系统的设计 外文题目：DESIGN OF COAL MINE FULL BELTTRANSPORTATION CENTRALIZED CONTROL SYSTEM 毕业设计（论文）共57页（其中：外文文献及译文二页）图纸共室_张 完成日期2015年6月 答辩日期2015年6月 摘要 皮带输送机作为一种连续输送物料的搬运机械，主要用来输送块状、粒状和散状的物 料，被广泛应用于现代工业生产。但是在连续运行中，往往会出现过热、跑偏、撕裂、堆 煤、火灾、打滑等故障，给工业生产带来不便和损失，甚至会造成人员伤亡。针对煤矿皮 带运输系统运行距离长、站点多、运行参数多等特点，可以使多条皮带实现互联互通与资 源共享，协调综合应用，最大程度的避免人力及物力资源的浪费，达到减人提效的目的。 本设计是以泗河煤矿为背景，结合工程实际，为泗河煤矿西巷井下全部四条皮带而设 计煤矿皮带运输集控系统。该系统未设计之前各条皮带功能相对独立，很难做到协调工作, 容易造成安全事故。该系统以PLC为核心，代替了传统的继电器控制系统，通过传感器监 控皮带的各种信息，把传感器信号传入PLC,经过一系列的处理、判断，控制皮带的启停, 使得皮带能够一直运行在合理状态。从而实现了井下皮带的集中控制、单独控制、传感器 实时数据传输与及时报警，进一步提高了井下生产的可靠性和安全性。 关键字：皮带运输机；PLC；集控系统；传感器 Abstract The belt conveyer is a kind of conveying machine for continuous conveying material, which is mainly used for conveying massive, granular and bulk material, and is widely used in modern industrial production.. But in continuous operation, often appear overheating, deviation, tearing, heap coal, fire, such as slipping fault. To the industrial production brings inconvenience and loss, and even cause casualties. According to the characteristics of coal mine belt transport system for long distance, multi site, operation parameters and can be multiple belt to achieve interoperability and sharing of resources, coordination of comprehensive application, the maximum to avoid the waste of manpower and the physical resource resources and to increase the efficiency. This design is in Sihe Coal Mine as the background, combined with the practical engineering, Si River Coal Xi Xiang underground all four belt designed coal mine belt transport control system. The system is not designed before each belt function is relatively independent, it is difficult to coordinate work, easy to cause accidents. The system with PLC as the core, to replace the traditional relay control system, through various kinds of information of sensors to monitor belt, the sensor signal to be transmitted to the PLC, after a series of processing, judging, belt control the start and stop, the belt has been able to run in a reasonable state. In order to realize the centralized control of the underground belt, the separate control, the sensor real time data transmission and the timely warning, and further improve the reliability and safety of underground production. Key words: belt conveyer; PLC; centralized control system; sensor 目录 1绪论 1 1.1设计背景 1 1.2国内外设计现状 1 1.2.1国外设计现状 1 1.2.2国内设计现状 2 1.3设计内容 2 1.3.1主要问题分析 4 1.4设计功能要求 4 2运输集控系统相关原理与方案选择 5 2.1应用系统原理与分析 5 2.2运输集控系统的设计要求 5 2.3 PLC控制系统的特点 7 2.3.1 PLC控制系统与继电器控制系统的比较 7 2.3.2 PLC控制系统与单片机控制系统的比较 7 2.4系统方案确定 8 2.5 PLC概述及其组成 8 2.5.1 PLC的基本结构组成 9 2.5.2 PLC的工作原理 10 2.6皮带集控系统控制功能的设计 11 2.7皮带集控系统保护功能的设计 12 2.8皮带运输集控系统结构图 16 3系统的硬件系统设计 17 3.1皮带集控系统主控制器的设计 17 3.1.1系统电控箱及其部件 17 3.1.2皮带集控系统模块选型 19 3.1.3输入输出点数的确定 20 3.2传感器的设计 21 3.2.1传感器的介绍 21 3.2.2传感器的选型 22 3.3变频器的设计 27 3.3.1变频器的介绍 27 3.3.2变频器的选型 27 4系统的软件系统设计 28 4.1 STEP7软件简介 28 4.2 I/O地址分配 28 4.3控制程序的设计 31 4.4皮带的保护程序设计 33 5技术与经济分析 40 6结论 41 致谢 42 参考文献 43 附录A译文 45 附录B外文文献 49 1绪论 1.1设计背景 我国属于油少煤多的国家，煤炭在我国能源消费结构中占71.26%；煤炭资源与石油、 天然气相比储量和产量都是最大；在核电、水电、风电等新能源规模太小而无法满足国民 生产生活的情况下，煤炭仍将是以后的主要能源。在我国大多数煤矿井下，煤炭从采煤面 到提升井的运输都是通过皮带机实现的。带式输送机是一种输送松散物料的主要设备，因 以皮带、胶带作为载物面也叫做皮带运输机、胶带运输机。其具有输送结构简单、能力大、 投资费用相对较低以及维护较方便等而被广泛应用于码头、港口、冶金、热电厂、水泥厂、 露天矿和煤矿井下的物料输送。皮带运输系统运行情况的好坏将会直接影响煤矿的生产效 率，这就对皮带运输集控系统的性能要求逐渐提高。 皮带式运输系统的线路长、环节多且和运煤设备配套组成，即使运煤线路个别环节出 现故障，都会使采煤工作面及其它工作地点的工作陷入停顿。由于我国生产力水平发展不 均衡，现在还有较多的中小型煤矿在矿井皮带控制系统方面采用的设备和安全保障水平比 较低，煤矿井下环境恶劣，皮带运输机经常出现跑偏、打滑、堆煤、皮带燃烧等故障，这 不仅影响煤矿产量，也给煤矿井下工作人员的安全带来巨大威胁。 虽然现在多数的矿井已经配备各种各样的综合保护系统，但仍会因为集中控制能力的 有限、监控与管理的不合理以及保护系统的稳定性差等不利因素，严重影响了煤炭管理水 平和生产效率，有时甚至会造成生命安全隐患。皮带运输系统正常可靠运行需要建立一个 功能完善的皮带集控系统，该系统可以改善旧系统生产效率低，安全性能差等缺点。同时, 使皮带运输系统的控制系统与其他系统相结合，互联互通与资源共享，讲究资源统一管理、 协调综合应用，最大程度的避免人力及物质资源浪费，达到减人提效的目的。要始终保持 皮带运输系统良好稳定的运行工作状态，这使得对皮带运输系统的性能以及其保护控制要 求也就越来越高。因此，设计一个性能可靠稳定，联保、互保、可靠性以及集中控制的能 力强的综合矿井皮带集控系统，成为煤矿企业的迫切需求，对促进煤矿现代化建设具有重 要意义。 1.2国内外设计现状 1.2.1国外设计现状 经过多年发展，国外的皮带运输系统，尤其是煤炭相关企业，其管理与控制的理论、 功能与技术更为先进。 目前，国外输送机的技术主要向以下方面发展： (1) 功能多元化、应用范围不断扩大； (2) 技术与功能向高带速、长距离、大运量等大型方向发展； (3) 关键零件向低耗能、高性能、高可靠性、等方向发展。 800多年的煤炭工业历史，使英国较早地发展了煤矿自动化，将计算机、通信等技术 投入到煤矿集控系统中。20世纪70年代末，他们通过计算机集控系统的程序，将皮带输送 机能力、通风、劳动力配备、给煤机能力、煤仓容量、工作产量等一系列信息进行计算控 制，模拟输出，集中调控。同时，对运输系统中的皮带带速、皮带张力、安全系数等进行 保护与监测其系统具有以下特点:集中化，高效率，重环保，高度机械化，主井尽量采用 斜井皮带输送机连续运输以及保护，普遍实现了井下皮带输送机的集中控制。 与此同时，皮带集控系统结合破碎技术还在金属露天矿得到了比较广泛的应用，并取 得了较好的经济效果。上世纪50年代末，皮带运输工艺首先应用在德国的石灰石矿，70年 代开始，美国、加拿大、南美、原苏联(乌克兰、俄罗斯)等地区和国家的大多数金属露 天矿开始普及，如美国的西雅里塔露天铜矿、宾厄姆露天铜矿、南非的锡兴露天铁矿等。 1.2.2国内设计现状 目前，我国矿用长距离、大功率皮带运输机理论研究、关键技术与新产品研发都取得 了突破。国内带式输送机主要向以下几方面发展： 新型的启动技术；新型的制动技术；输送机的张紧技术；上下大倾角运送技术；运人 技术；可伸缩皮带机尾移技术等等。但与国外先进技术相比，国内相关技术仍然无法满足 煤矿生产需要。当然，国内研究皮带输送系统的保护装置与系统也越来越多。 1.3设计内容 本课题是在工业自动化控制快速发展的大背景下，对泗河煤矿井下四条皮带集控系统 的升级改造。在该系统未使用之前，泗河煤矿井下的皮带运输系统还没有配备相应的皮带 集控系统，井下皮带运输作业时，每条皮带机头都配有专职人员进行皮带的启动，停止操 作。相邻皮带人员之间的信息交流通过矿用电话和点铃来实现的，在井下嘈杂的环境里， 通信效率非常低，工人可能错过很多有用信息。每条皮带还配有两到三名巡查人员，在皮 带运行时进行故障排查。当发现皮带出现故障巡查人员要及时通知机头操作人员，机头操 作人员再通过矿用电话或点铃通知其他机头操作员，使皮带依次停止。皮带系统所处环境 恶劣且本身结构复杂，牵扯的器件比较多，所以容易出现很多故障，例如：皮带