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1、山东科技高校成教学院枣矿集团分院 毕业设计（论文）题目:煤矿主井装卸载自动限制系统设计专 业 矿 山 机 电 姓 名 唐 维 忠 2013年9月19日摘 要 本设计说明书介绍了基于虚拟仪器开发平台LabVIEW开发的主井提升监护系统。本系统设计采纳分散式限制系统，系统由两个可编程限制器和一个上位机构成。运用两个三菱FX2N系列可编程限制器分别实现提升的定重装载与卸载功能。上位机运用LabVIEW开发提升机监护软件。上位机与可编程限制器之间通过RS-485串行通讯实现数据传输。 在定重装卸载限制部分，重点介绍了本质平安型限制电路的设计；可编程限制器的编程，如何依据工艺流程编制程序实现限制要求；串
2、行通讯程序的设计。 在上位机监护部分介绍了系统的软硬件构成。该监护系统硬件上运用研化工业限制计算机与研化PCL-818L用于温度采集，与研化PCL-836用于定量仓定重及温度报警，与PCL-846用于扩展串行口，实现上位机与可编程限制器的数据传输。传感器的选择与电路设计。软件上具体介绍了温度与定量仓定重方面的数据采集程序、数字量输出程序、串行通讯程序的编写。关健词：虚拟仪器；LabVIEW；数据采集；可编程限制器；串行通讯；定重装卸载；监护系统目 录第一章 概论4其次章 系统总体设计方案及其功能6第一节 现场状况与设计要求6其次节 系统组成与功能8第三章 装载限制系统的设计13第一节 电路设计
3、13其次节 可编程限制器的选用及程序设计21第四章 卸载限制系统的设计26第一节 电路设计26其次节 可编程限制器的程序设计26第五章 上位机管理系统的设计30第一节 LabVIEW编程平台简介30其次节 系统硬件组成34第三节 数字量输出电路的设计41第四节 系统软件构成41结束语55参考文献。56第一章 概论 矿井运输与提升在矿山生产中有特别重要的作用，因为采掘下来的矿物只有运出矿井才有价值。由于矿井运输线路长，且由多个环节和各种运输设备配套而成，假如线路某个环节中断，就会使工作面和其他工作地点的作业陷于停顿在矿井生产事故中，运输与提升事故占很大比例从经济角度看，运输费用在生产成本中占很大
4、的比重，因为地面及井下运输设备很多，运输工人和装载工人数几乎占全矿工人之半。煤矿自动化是煤矿企业现代化的重要标记之一，也是实现高产高效矿井生产的技术保障。机电一体化技术的发展促进了煤矿自动化的发展。煤矿自动化的本质在于扩大和延长人类的感观和操作实力，提高机械装置的精确性、快速性、牢靠性和平安性，以及节约能源节约劳力等，从而解放、发展和提高劳动生产力。而不是简洁的理解为节约劳动力，更不能仅仅是为了实现无人操作。在现阶段的矿井生产中，采煤工作面已经实现了完全的自动化，运输及提升的自动化提到了议事日程。主井定重装卸载限制系统就是适应煤矿自动化技术而设计，其实现了主井装卸载的自动化，定重装载保证了提升
5、运行的平安。节约了运输和装载工人，降低了矿井生产的成本。在集散限制系统中，上位机是不行缺少的部分上位机软件必需能够有效的实现对系统数据的管理在该设计中选用LabVIEW作为上位机软件设计的环境。LabVIEW是一种主要用于开发测控系统的语言，与传统编程语言，如C或Basic不同之处在于：一般编程语言是运用文本描述方式来写程序，而LabVIEW是以图形方式建立方块图程序。和C或者Basic一样，LabVIEW也有很多的函数库和子程序，可以用来编写一般用途的程序。其它还有一些特别用途的函数库，可用来实现数据采集、数据传输（GPIB）、仪器硬件限制（VXI、PXI）、数据分析及显示、数据存储功能此外
6、，为了便利开发人员在开发过程中进行调试和排错，LabVIEW可以在方块图中设置断点、动态显示程序流程，以单步执行来检查程序的运行状态和解除错误。，本设计介绍了由上位机与两个可编程限制器（分别限制装载与卸载）组成的主井定重装卸载限制系统。其次章 系统总体设计方案及其功能第一节 现场状况与设计要求一 现场状况蒋庄煤矿装载硐室内前后有1#. 2#两个井下煤仓，煤仓分别配备两个给煤机：1#煤仓配有左1给煤机和右1#给煤机；2#煤仓配有左2#给煤机和右2#给煤机。运输皮带机有左右两个：左皮带机和右皮带机两煤仓下给煤机把煤运输到皮带机上，左右皮带机分别把煤运输到左右定量仓中这样可以实现左右同时运煤，提高了
7、运输速度。定量仓采纳压磁传感器测量装载吨数。当定量仓装载达到设定重量，并且提升箕斗到位时，定量仓仓门打开，煤装载到提升箕斗中。装载限制拒限制各设备，从而实现装载自动化。二 设计要求 （1 )、本系统井下部分及相关电路采纳本质平安型电路。 （2）、上位机显示内容包括：皮带机开、停，给煤机开、停，定量斗开、关和满、空，箕斗运行方向，箕斗装卸载开、关门，箕斗到位状况。装载定量斗重量吨数显示和体积模拟显示（柱状图），卸载仓满显示。信号及状态显示：点数、正常状态、检修状态等。（3）装载及卸载同样能显示各设备状态采纳动态发光二极管显示。其次节 系统组成与功能一 系统的总体设计方案本系统采纳分散型限制系统，
8、结构简图如下（详见系统流程图）：分散型限制系统适用于多台设备的限制，在各设备设备生产线间有数据连接。在本系统中，井下PLC为装载限制，所限制的设备有：四台给煤机、两部皮带机、两个定量斗电磁阀。井上PLC为卸载限制，所限制设备有：提升箕斗的电磁阀。上位机的作用是：监测提升机轴瓦温度，模拟演示装卸载及箕斗提升的工艺流程。二 系统硬件组成：研华工业限制计算机、三菱Fx2N系列可编程限制器、研华PCI-818L数据采集卡、研华PCL-836多功能记数记时、数字输入输出卡、研华PCL-846串行口扩展卡。三 系统模块图及功能系统模块图 1装载限制系统的功能：可实现点动限制、手动限制与自动闭锁限制的三种工
9、作方式。在正常工作状况下，运用自动限制；在可编程限制器发生故障时，运用点动限制；在检修等其它工作状况下，可运用手动限制 2上位机管理系统的功能：（1）定量仓定重。工业限制计算机通过研华PCL-836多功能计数计时、数字输入输出卡采集定量仓压磁传感器的频率信号，并通过该卡输出数字量到可编程限制器，实现装载系统中的定重。（2)温度监测。工业限制计算机通过研华PCL-818L数据采集卡采集提升机轴瓦温度信号，对提升机进行温度的监测，并具备肯定的数据库功能，可以对温度数据进行查询、显示、打印。（3)数据通讯。通过RS-485标准串行接口从装载限制系统接收装卸载设备状态数据，对其进行模拟演示。并把接受到
10、的数据传送到卸载限制系统四 串行通讯的设计：主井定重装载、卸载限制台采纳LED界面显示，车房采纳工业限制计算机界面显示，三地同步显示设备运行状况，均能监视到整个系统的运行状态串行通讯接口的选择原则是：1牢靠性。假如传送错误，将会使工业限制计算机和卸载限制拒不能正确显示各设备状态 2通讯速度与通讯距离大约1000m，并且要保证肯定的通讯速度。3通讯信道的抗干扰实力第三章 装载限制系统的设计第一节 电路设计一 本质平安型电路依据设计要求，装载部分电路设计为本质平安电路。由于本质平安型电气设备不须要隔爆外壳，电路中的通断火花不会点燃可燃气体混合物。因此它具有结构简洁、体积小、制造修理便利、造价低、平
11、安性牢靠等特点。本质平安电路原理：本质平安电路是通过适当选择电气元件和系统参数，降低电源电压，减小线路电流，对储能元件实行消能措施，使电路系统或设备无论在正常工作或故障状态下所产生的电火花或元件的温度都不能点燃爆炸性混合物。装载限制系统属于隔爆兼本质平安型的复合式电气设备由于可编程限制器属于非本质平安型设备，必需安装在隔爆箱内。其余电路皆设计为本质平安电路，干脆安装在设计的限制拒内。二 装载限制系统原理电路及印制板的设计1限制面板的设计限制面板采纳发光二极管的亮与灭表示设备的启动与停止状态皮带机与提升运行的显示通过多个二极管的亮与灭模拟显示。限制面板的继电器的作用是：当可编程限制器通过限制继电
12、器的通与断，从而限制左皮带机与右皮带机、左提升与右提升的动作显示灯，这样可以大大削减了可编程限制器的输出口。限制面板印刷电路板的设计：总体上采纳元件卧式安装一规则排列一圆形焊盘的工艺结构在印制电路板板材、形态、尺寸和厚度的确定方面主要考虑以下因素：在井下安装，工作环境恶劣；其安装在限制柜窗口，形态和尺寸均由限制拒窗口确定；印制电路板上的元件主要有发光二极管、欧姆龙G6A-274P继电器、电阻，电路板对元气件的承重和振动冲击较小，本安电路电流只有7.27mA，印制导线的载流量可按20A/mm，则印制导线的截面积S=7.27/20=0.36* 10-3mm22 可编程限制器输入输出信号接线板的设计
13、可编程限制器的输入信号中，有些不但要进入可编程限制器，而且要限制面板上的发光二极管；输出信号也有一些信号不但要限制设备，而且也要限制面板上的发光二极管。设计中采纳双触点继电器解决这一问题一个触点限制发光二极管，另一个触点进入可编程限制器或限制设备为了接线便利设计一个印制板电路，该电路要符合本安要求 三 设备的限制系统中限制设备采纳QC810-60型矿用隔爆兼平安火花型磁力起动器该起动器的额定电流为60安培，可以限制660伏40千瓦以下的鼠笼电动机。结构特点：采纳抽屉式芯架和隔爆外壳和械闭锁机构外壳右侧装有“起动”和“停止”和“按钮”。 QC810-60型磁力起动器限制电路采纳直流操作，可以防止
14、限制线发生短路故障时接触器误动作。因为限制线短路时，远方二极管环被短接，沟通电流过继电器2J，直流继电器对沟通电杭很大，电路中电流很小，ZJ不动作，接触器也不会动作，从而电路不会因限制线发生短路故障而闭和。当远方限制按钮无二极管或二极管Dz失效时，可将16-13之间的连线拆除，使二极管D，投入工作。但是这种接线方式在限制回路发生短路时，不能防止自起动，接触器不能自动分裂由于限制回路电压较低、电流较小，属于平安火花型电路，外接按妞允许运用非隔爆一般按钮。四 隔爆箱的选型与限制拒的设计隔爆箱的参数为额定电压：127V，额定频率：50Hz，最大I/O点数：64，本安电压：12/24v,本安电流/每点
15、：10mA,防爆标记：dib(150)，防爆合格证号：1002256;平安标记号：2000102.五 通讯线的连接RS-485通讯板带有标准的RS485串行口，它与Fx2N系列可编程限制器的连接方式有以下几种：1)无协议数据传送在无协议传输中，通过RS485 (422）转换器，可以和RS232标准串行口模块通讯。包括计算机、条形码识别器和打印机。在这种应用中，数据的发送与接收是通过程序指定的数据寄存器。2）运用协议通讯 运用协议，RS485（422）模块可以1：N进行通讯。3）并行连接 运用100个协助继电器和10个数据寄存器，Fx2N可编程限制器即可实现1:1的通讯。4）N:N的网络通讯 FX2N通过RS-485通讯板可以实现N:N的网络通讯。本设计采纳第一种连接方式：无协议数据传输连接方法连接线路图如下
