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1、中国矿业大学毕业设计目 录第1章 绪论1第1.1节 带式输送机1第1.2 节 带式输送机监控系统21.2.1 矿井运输系统21.2.2 带式输送机监控系统3第1.3节 带式输送机监控系统几种常见技术51.3.1 基于PLC的集中控制技术51.3.2 以系统中心站为核心的集中式控制结构71.3.3 基于PLC的分散控制系统及现场总线8第1.4节 课题背景10第1.5节 论文主要工作13第2章 传感器的选型与安装14第2.1节 传感器的选型与安装14第2.2节 速度传感器15第2.3节 跑偏传感器17第2.4节 纵向撕裂传感器19第2.5节 烟雾传感器22第2.6节 温度传感器24第2.7节 堆煤
2、传感器26第2.8节 急停闭锁开关29第2.9节 自动洒水灭火装置32第3章 带式输送机的设计计算34第3.1节 原始数据 34第3.2节 输送机输送量的计算34第3.3节 胶带运行阻力的计算373.3.1 重段运行阻力的计算373.3.2 空段运行阻力的计算38第3.4节 胶带张力的计算39 3.4.1 各点张力的计算40 3.4.2 计算满足输送带垂直度要求所需的张力42 3.4.3 验算各点张力43第3.5节 胶带打滑条件的验算43第3.6节 胶带强度的验算44第3.7节 电机功率的计算 45第3.8节 传动装置的选用及验算45 3.8.1 电动机的选用45 3.8.2 减速器的选择45
3、 3.8.3 联轴器的选择463.8.4 制动力的计算46第3.9节 托辊直径和型号的选择47 3.9.1 托辊直径的选择47 3.9.2 托辊型号的选择47第3.10节 滚筒直径的选择49第3.11节 拉紧装置51第3.12节 储带装置 52第3.13节 清扫装置52第3.14节 装载装置53第3.15节 机架53第4章 监控系统的硬件设计54第4.1节 PLC控制 54 4.1.1 PLC基本组成36第4.2节 西门子S7-200 PLC56 4.2.1 S7-200 PLC系统的基本构成57 4.2.2 S7-200 PLC的系统配置58 4.2.3 S7-200 CPU59第4.3节
4、其他硬件的选型604.3.1 熔断器的选型604.3.2 热继电器的选型604.3.3 发光二极管的选型61第5章 监控系统的软件设计63第5.1节 PLC的选型63 5.1.1 I/O点数和内存容量的估算63 5.1.2 PLC控制流程图66 5.1.3 输入输出信号表67 5.1.4 PLC控制程序67第5.2节 监控系统的仿真模拟71第5.3节 报警电路715.3.1 灯光报警电路715.3.2 语音报警电路72总 结75参考文献76附 录78翻译部分82 英文原文82 中文译文99致 谢113第1章 绪 论第1.1节 带式输送机带式输送机是以胶带作为牵引机构和承载机构的连续运输机械，又
5、称为胶带输送机，它在矿山的物料运输，特别是煤的输送方面得到了广泛应用。带式输送机主要由以下几种主要部件组成：输送带、驱动装置、托辊、机架、拉紧装置、制动装置和清扫装置。带式输送机的运输能力大、运行阻力小、耗电量低、运行平稳、运途中对物料的破碎性小、连续运行、容易实现自动控制，因此，带式输送机是目前煤矿中应用最多的运输设备之一。它是具有挠性的胶带兼做牵引构件和承载机构的连续运输机械。在地下矿山和露天矿山推广应用带式输送机促进了工艺水平和采矿生产率的提高，并为采用连续的、间断-连续的采矿工艺创造了有利的条件。在国外，带式输送机现代发展的典型趋势是：运输量、运输距离和驱动装置的功率迅猛的增加。带式输
6、送机是以胶带、钢带、钢纤维带、塑料带和化纤带作为传送物料和牵引工件的输送机械。其特点是承载物料的输送带也是传递动力的牵引件，这与其他输送机械有明显的区别。承载带在托辊上运行，也可用气垫、磁垫代替托辊作为无阻力支撑承载带运行。它在连续式输送机中是应用最广泛的一种，且以胶带为主。带式输送机按承载断面可分为平行、槽形、双槽形、波纹挡边斗式、波纹挡边袋式、吊挂式圆管形、固定式和移动式圆管形等8大类。此可伸缩型带式输送机主要用于高产高效综采工作面的顺槽运输。它由机头传动装置、储带装置、机身、机尾等组成。 带式输送机是煤矿最理想的高效连续运输设备，与其他运输设备相比，具有输送距离长、运量打、连续输送等优点
7、，而且运行可靠，易于实现自动化和集中化控制，尤其对高产高效矿井，带式输送机已成为煤炭开采机电一体化技术与装备的关键设备。随着我国高产高效矿井的出现，原有的带式输送机无论是主要参数还是运行性能都已不能满足要求，必须向长距离、高带速、大运量、大功率的大型化方向发展，并要改善和提高运行性能，确保安全可靠。带式输送机中的胶带输送机发展迅猛，在两个多世纪的应用中不断扩大，已成为国民经济中输送散状料不可缺少的设备。伴随着新技术、新材料的不断涌现，带式输送机的品种也日益新颖，如出现了夹带机、波纹挡边机、袋式提升机、中摩式输送机、圆管式输送机等。带式输送机结构简单，自动化程度高，将是21世纪中最经济、最可靠、
8、最安全的输送散状料的工具。 矿用带式输送机类型有：固定高强度带式输送机、可伸缩带式输送机、大倾角上下运带式输送机、水平转弯输送机、下运带式输送机、垂直提升输送机、管状带式输送机。第1.2节 带式输送机监控系统1.2.1 矿井运输系统煤炭运输是煤炭生产过程中不可缺少的一部分。矿井中，运输线路比较长，巷道条件多种多样，运输若不通畅，采掘工作或是其它的工作都无法进行，整个煤炭生产系统将处于瘫痪状态。矿井运输机械的类型很多，按运行方式不同，可分为连续运行和往返运行两种。连续运行式运输设备的特点是，一经开动就不需操作而连续运行。普通胶带机、钢绳芯胶带输送机、钢绳牵引胶带输送机等均属于此类运输设备。往返运
9、行式运输设备的特点是，在运行区间，以一定的方式，作往返式周期性运行，运行中需要操作换向。机车运输及单绳牵引运输等属于此类运输设备。随着科学技术的不断发展，矿井生产规模的不断扩大，运输系统也经历了不断的变革和进步，并以煤流运输的连续化（输送机化），设备大型化（使用长运距、大运营、高运速、大功率输送机）、自动化、高可靠性与安全性能来保证矿井的连续、高效生产。正是在这种环境下，带式输送机系统由于具有输送距离长、运量大、连续输送等优点，而且运行可靠，易于实现自动化和集中化控制，目前，特别是在高产高效矿井，它已成为煤炭开采机电一体化技术与装备的关键设备。1.2.2 带式输送机监控系统矿井胶带运输系统，是
10、由多条胶带搭接或由煤仓转载形成的煤流运输系统，因此它内部的基本运输单元就是单台胶带机。在煤矿中，煤流运输一般在几公里到十几公里之间，因此它的运输系统要有多台带式输送机、给煤机、煤仓等构成，协调配合完成长距离运输任务。为保证运输系统的安全可靠，提高运输效率，对其进行完善的管理和监控是现代矿井煤流运输迫切需要的一项技术。在80年代，国内开始了煤矿监测监控技术的研究，至今已得到了广泛的应用和发展。随着新材料技术、电子传感技术、数字通信技术、控制技术、微计算机技术、软件技术和网络技术的迅速发展，监测监控技术从其通讯方式上划分，先后经历了三个阶段。第一阶段是每个传感器需一对传感线连接到地面的星型结构。第
11、二阶段是在一对传感线上实现多路频率分割的载波传输。第三阶段是目前应用最多的中心站和分站之间的半双工时分总线方式。 监测监控系统自中心站计算机向下，由接口装置、信号传输总线、井下分站和各类传感器、断电仪等组成。中心站计算机和各分站曾集散型积木结构。桌面部分有中心站计算机和交换机、交换机、集线器、双绞线、用户终端等组成实时快速100M以太网络或其它网络系统。目前国内KJ系列监测监控系统大都缺乏统一标准。这主要表现在通讯协议、分站、传感器和断电仪等设备外围接口方面；另外是监测监控系统软件。为适应现代工业控制的实际需要，工业组态软件的开发和使用将成为今后计算机监控系统软件的主流。组态软件具有良好的开放
12、性、交互性和灵活性，用户可以继承性的开发。煤矿综合自动化监测监控系统和专家分析系统已成为一种发展趋势。矿井胶带运输系统是原煤运输的唯一途径，是矿井生产的重要环节，因此它的安全高效运行受到很大程度的重视。由于矿井胶带运输系统分布广、信息分散以及控制要求高的特点，随着矿井生产规模的不断扩大，以及技术水平的不断提高，现代化矿井也需要现代化的管理，因此对胶带运输系统的控制和管理提出了更高的要求。科学技术的日新月异，使得用计算机技术、网络技术、新的工业控制器技术构建带式输送机控制系统成为可能。带式输送机监控系统是煤炭监控系统的一小部分，目前带式输送机运行监控系统存在的主要问题有：(1)在安全保护方面，为
13、提高带式输送机运行的可靠性，安全性，减少故障，提高效率，多种检测方法已应用于电动机、液力偶合器、减速器和胶带运行系统故障检测，但是这些系统是相互独立的。(2)故障检测系统误报率高。误报将造成带式输送机不应有的停机，使全矿井停产，对矿井生产造成极大影响。(3)安全保护系统，软起动控制系统，自动张紧系统往往是独立的系统，信息不能共享，不能实现对带式输送机的综合监控，更不能与矿井其它监控系统(如矿井安全监控系统，矿井供电监控系统等)连接，不能实现监控系统与矿井信息系统的集成。(4)在带式输送机运行控制中，给带式输送机配料的仓下闸门控制，长期以来一直只能由操作工人靠观察来手工调节，劳动环境恶劣，强度大
14、，同时也成为胶带运输系统减员提效的瓶颈。国外煤矿监控技术是20世纪60年代开始发展起来的，至今已有四代产品，基本上510年更新一代产品。从技术特性来看，主要是从信息传输方式的进步来划分监控系统发展阶段。80年代是计算机、大规模集成电路、数字通信等现代技术高速发展时期。由英国煤炭研究院推出的MINOS系统软件应用成功。美国以其拥有的雄厚高科技优势，率先把计算机技术、大规模集成电路技术、数字通信技术等现代高新科技用于煤矿监控系统，使煤炭监控技术跻身于高科技之列。这就形成了以分布式微处理机为基础的第四代煤矿监控系统。其中有代表性的是美国MSA公司的DAN6400系统，其信息传输方式仍属时分制范畴，但
15、用原来的一般时分制的概念已不足以反映这种高科技的特点。第1.3节 带式输送机监控系统几种常见技术计算机技术、网络技术、新的工业控制器技术的出现及应用，使得矿井生产自动化得到了很好的发展，现代化的监控技术也应用到矿井监控系统中来。现在常见的矿井运输监控技术有以下三种类型：基于PLC的集中控制技术、以系统中心站为核心的集中式控制结构和基于PLC的分散控制系统。1.3.1 基于PLC的集中控制技术这种控制技术是直接对控制对象进行控制，此类型有两种形式，一种是用PLC直接对胶带机及给煤机等进行控制。这种结构的优点就是控制集中、直观、软硬件相对简单，投资少。但是它的控制范围小，只能对小型矿井或者相对集中的几条带式输送机进行控制，同时由于控制的相对集中，致使输入输出点较多，所以连接线多而密集，增加了故障点。
