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1、目录0 前言11 绪论21.1 综采概述21.2 综采工作面设备组成21.3 采煤工作面工作过程32 综采设备联动控制系统概述42.1 可编程控制器技术的发展42.2 综采设备联动控制系统的发展现状42.2.1 国外综采技术发展现状42.2.2 国内综采技术的发展现状52.3 综采设备联动控制系统的优势52.4 综采设备联动控制系统设计的意义62.5 主要设计内容和思路62.6 设计原则73 综采设备联动控制系统总体分析设计83.1 联动控制系统要实现的控制功能83.2 联动控制系统的PLC控制方式83.3 联动控制系统控制下综采设备工作原理分析93.4 综采工作面通讯控制系统设计103.4.
2、1 通讯控制系统简介103.4.2 通讯系统工作原理113.4.3 通讯控制系统功能113.4.4 通讯设备选型124 综采工作面设备的PLC单独控制设计144.1 采煤机的PLC控制系统144.1.1 采煤机介绍144.1.2 采煤机的PLC控制144.2 工作面三机的PLC控制系统154.2.1 工作面三机介绍154.2.2 工作面三机的PLC控制164.3 液压支架的PLC控制系统174.3.1 液压支架介绍174.3.2 液压支架的PLC控制175 联动控制系统的PLC硬件设计195.1 PLC简介195.1.1 PLC的基本结构195.1.2 PLC的工作原理195.1.3 PLC的
3、工作过程205.2 联动控制系统的PLC选型215.3 PLC的I/O节点数的确定225.4 PLC输入/输出模块选择225.4.1 数字量模块225.4.2 模拟量模块235.4.3 I/O模块接口电路235.5 PLC存储容量的选择255.6 系统其它硬件设备255.6.1 传感器介绍255.6.2 传感器的应用255.6.3 传感器的组成255.6.4 设计中涉及的传感器介绍265.6.5 急停开关265.7 控制系统PLC I/O节点的分配265.8 控制系统的电气原理图295.8.1 顺序控制295.8.2 单设备电机启停控制305.9 联动控制系统的PLC外部接线图316 联动控制
4、系统的PLC软件设计326.1 编程软件简介326.1.1 STEP 7概述326.1.2 STEP 7的主要特点326.1.3 STEP 7的主要功能326.1.4 应用STEP 7实现自动化任务的基本步骤336.2 联动控制系统的梯形图程序336.2.1 顺序控制的功能图346.2.2 单设备启停功能356.2.3 逆煤流启动功能376.2.4 顺煤流停止功能387 技术经济分析417.1 系统技术分析417.2 系统经济评估428 结论43致谢44参考文献45附录A 译文46附录B 外文文献55毕业设计（论文）0 前言一个完整的综采工作面主要由采煤机、可弯曲刮板运输机、液压支架、转载机、
5、破碎机、可伸缩带式输送机、液压泵等设备组成。其中采煤机、可弯曲刮板运输机、液压支架是综采工作面的主要设备，俗称“三机”。实践表明，提高综采工作面设备的电气化程度可以很大幅度上实现高产。因此，如何利用先进的控制手段以实现综采工作面设备的联动运行就是需要解决的问题。PLC作为目前较为先进、应用十分广泛的技术，它与现有的控制方法相比，具有可靠性高、控制程序灵活可变、编程方法简单、功能强，性价比高、体积小，重量轻，能耗低等诸多优势。可以很好的对综采设备进行联动控制，使矿井生产高效安全可靠，实现全矿井的数据采集、生产调度、经营管理、决策指挥的自动化、电气化。利用可编程控制器PLC对综采设备的运行进行实时
6、的监控，通过程序设计以实现对综采设备的联动控制，对我国煤炭资源的电气化、智能化开采，综采设备的一体化运行都有着重大意义。本设计所研究的联动控制方法的理论依据是可编程控制器PLC控制法。由于采煤机机身的主机具有记忆功能，在工作面条件较好的情况下，可以自动重复上次割煤。同时，刮板机、转载机、破碎机、皮带输送机和工作面负荷中心把开停的远控接点开关量，通过三机PLC集中在控制台上进行控制，同时通过电气闭锁实现采煤机闭锁，刮板输送机、带式输送机的闭锁，刮板输送机、转载运输机电闭锁等。通过上述的控制方法就可以实现综采工作面设备的联动控制。1 绪论1.1 综采概述综采，即煤矿综合机械化采煤，一般指机械化率达
7、到95%以上。综采为应用大功率、高强度的机械设备，为高产、高效煤炭开采，为建设百万吨矿井及安全提供了保障。它是在工作面采煤、装煤、运煤、支护和采空区处理等机械化的基础上，进一步使综采工作面各个机械组成一个整体进行生产，在结构上有机配合。它是煤矿开采技术进步的标志，是煤矿增加产量、提高劳动效率、增加经济效益的重要手段。综采工作面具有安全、高产、高效的特点，是现阶段先进的主要采煤方式。目前高产高效综采矿井己形成“一井一面”或“一井两面”的生产模式。其特点是综采工作面装备采用电牵引采煤机、电液控制的大吨位液压支架及大运量输送机等机电一体化高效技术。其中，电牵引采煤机采用交流拖动装置，牵引装置为带有锻
8、造齿条的牵引装置。可实现电气化、自动化控制,操作简单,可实现记忆割煤和液压支架联动控制。整个工作面的生产过程逐步向自动化控制发展。1.2 综采工作面设备组成工作面设备组成如图1-1所示。1-采煤机；2-刮板运输机；3-液压支架；4-破碎机；5-转载机；6-可缩胶带；7-绞车；8-六组合开关；9-喷雾泵；10-乳化液泵；11-清水过滤器；12-绞车；13-电缆车； 14-电站；15-自动配比装置；16-乳化液泵箱；17-喷雾泵箱；18-自动控制室；19-电缆车图1-1 综采工作面设备组成图Fig.1-1 Fully mechanized coal face equipment compositi
9、on map一个完整的综采工作面主要由采煤机、可弯曲刮板运输机、液压支架、转载机、破碎机、可伸缩带式输送机、液压泵等设备组成。其中采煤机、可弯曲刮板运输机、液压支架是综采工作面的主要设备，俗称“三机”。除工作面设备之外，还有向上述设备供电的移动变电站、高低压屏蔽电缆及高低压控制开关设备，还有工作面的通信及安全监控设备等1。1.3 采煤工作面工作过程综采工作面设备的工作过程主要包括：割煤、装煤、运煤、支护等工序2。具体工作过程可表述如下：首先，滚筒式采煤机（刨煤机）在工作面的刮板上行走，同时滚筒伸入煤壁里旋转，把煤剥落下来。接下来，剥落下来的煤落到煤壁前方的刮板上，刮板前有铲子，自动把没有落到刮
10、板上的煤推到刮板输送机上。之后，刮板输送机把煤沿着工作面输送到工作面端头的转载机上，再经破碎机破碎后运到皮带运输机上，运出矿井。在整个工作流程中，维持顶板及边邦，保护工作面正常工作及人员的安全工作由液压支架完成。2 综采设备联动控制系统概述2.1 可编程控制器技术的发展随着微处理器、计算机和数字通信技术的飞速发展，计算机控制已经扩展到了几乎所有的工业领域。当前用于工业控制的计算机可以分为几类，例如可编程控制器（PLC）、基于PC总线的工业控制的计算机、基于单片机的测控装置、集散控制系统（DCS）和现场总线控制系统（FCS）等。当今社会工业领域谋求迅速发展，希望在产品生产、工业生产等方面实现多批
11、量、低成本、高效率、高质量等的自动化控制。为了满足这一要求，生产设备和自动化生产线的控制系统必须具有极高的可靠性和灵活性。可编程控制器（PLC）正是在这种情况下应运而生的，它是以微处理器为基础的通用工业控制装置。PLC的应用面广、功能强大、使用方便，可谓是当今工业自动化的主要设备之一。它已经在工业生产的许多领域里得到了充分应用。当然这其中也包括它在煤矿综采设备联动控制方面的应用。可以说，PLC正在机械设备及生产过程等的自动化控制系统中扮演着重要角色。2.2 综采设备联动控制系统的发展现状2.2.1 国外综采技术发展现状综合机械化采煤是一国煤矿开采技术现代化的重要标志。因此，世界各国都在不断探究
12、先进的控制方法。上世纪90年代末以来，世界主要产煤国家高产高效综采技术迅速发展，特别是美国、澳大利亚、德国、英国和南非发展最快。综采工作面高产高效纪录不断刷新，综采装备新技术层出不穷。平均年产145.4万t洗精煤，平均工效274t(工*d)，工作面搬家(包括设备安装)时间平均684人工/面。工作面平均长度240 m，最大长度335m。 2001年平均班产进一步提高，其中，前10个工作面年平均班产达到5998t洗精煤，相当于年产400万t以上的水平。沙莫罗克公司(SHAMR0CK)的被克佛克矿在123个小班中产煤166万t，相当于月产83万t;塞普路斯阿马克斯煤炭公司卡姆博兰德矿1995年6月达
13、到月产洗精煤57.3万t的纪录，阿科煤炭公司的西皮庇矿2004年11月创造了日产4.5万t的世界纪录,当月产量50余万t。美国2004年共有180个长壁工作面，其中有158个工作面是电液控制的工作面，占87.5，使用两柱掩护式支架143套，四柱支撑掩护式支架27套，两柱掩护式支架占95，支架工作阻力大部分在70008000 kN，最大的两柱掩护式支架工作阻力达到9800kN。普遍装备大功率电牵引重型采煤机组和大功率、大运量、高可靠性刮板输送机。先进的采煤装备使美国跨入世界上综采技术装备最先进的国家行列，其不断刷新高产高效工作面的纪录。英国和德国是世界上综采技术最先进的国家，由于受其自然煤层赋存
14、条件的限制，其高产高效工作面的纪录不如美国和澳大利亚，但世界著名的采煤机械公司主要集中在德国和英国。近年来，由于国际采矿业市场的不景气和激烈竞争，导致各公司的相互兼并，形成几个大跨国公司，其采煤装备水平也在不断进步。2.2.2 国内综采技术的发展现状相比于西方发达国家，我国的综采工作面自动化控制系统发展相对较为落后，上世纪6070 年代,我国煤矿开采基本上是采用人海战术,工人劳动强度大,生产效率低,，安全状况差。进入80 年代,开始采用机械化综采设备，大大提高了生产效率。但是与世界发达国家相比,我国的人员效率仍然很低，生产自动化程度很不高,这也是造成我国煤炭企业长期难以摆脱困境的原因之一。而在
15、近年来，我国的综采自动化技术也取得的较大发展，由于PLC技术的快速发展，使得我国煤炭开采也走上了自动化、电气化道路。采煤机采用交流变频牵引取代液压牵引，普遍具有离机遥控操作、中文状态显示和故障自诊断功能，实现了采煤机的自动控制。另外，具有记忆功能、能够在工作面实现“记忆仿形切割”及“视频监测”的智能型采煤机也取得突破，其与电液控制液压支架组成的自动化综采工作面成为现实，利用国产滚筒采煤机组成成套自动化综采装备的条件已经逐步成熟。在这方面，较为突出的是神东煤炭公司，神东煤炭公司2004年进行了自动化工作面的初步试验，在此基础上， 2005年经过半年多的调试，先后建成了榆家梁煤矿45204半截深自动化工作面；哈拉沟煤矿02203半截深自动化工作面；补连塔煤矿
