井下带式输送机的监护保护系统设计

中 国 矿 业 大 学 成 人 教 育 学 院 本 科 毕 业 设 计11目录目 录 .1第 一 章 概 述 .31.1 设 计 背 景 .31.2 设 计 内 容 .4第 二 章 井 下 带 式 输 送 机 监 控 系 统 的 硬 件 设 计 .52.1 监 控 系 统 的 构 成 .52.1.1 地 面 控 制 中 心 .52.1.2 井 下 带 式 输 送 机 控 制 分 站 .52.1.3 带 式 输 送 机 的 监 控 系 统 框 图 .52.2 PLC 的 选 型 .62.3 PLC 的 I/O 分 配 .62.4 PLC 硬 件 接 线 图 .72.5 检 测 部 分 .82.5.1 打 滑 检 测 .82.5.2 跑 偏 检 测 .92.5.3 堆 煤 检 测 .102.5.4 温 度 检 测 .112.5.5 烟 雾 检 测 .122.5.6 撕 裂 检 测 .122.6 系 统 保 护 装 置 .132.6.1 安 全 保 护 .132.6.2 传 感 器 的 选 择 .142.6.3 保 护 装 置 .142.7 系 统 部 件 的 布 置 及 其 功 能 .15第 三 章 井 下 带 式 输 送 机 监 控 系 统 的 软 件 设 计 .173.1 分 站 系 统 软 件 设 计 .173.2 启 动 控 制 .173.3 保 护 检 测 .183.4 PLC 与 上 位 机 的 通 信 方 式 .19第 四 章 控 制 系 统 的 抗 干 扰 措 施 设 计 .214.1 主 要 干 扰 源 .214.2 抗 干 扰 措 施 .21中 国 矿 业 大 学 成 人 教 育 学 院 本 科 毕 业 设 计22总 结 .23致 谢 .24参 考 文 献 .25中 国 矿 业 大 学 成 人 教 育 学 院 本 科 毕 业 设 计33第一章 概述1.1 设计背景皮带运输系统因其结构简单，传输量大，使用方便，被广泛应用于农业、工业、商业、军事等方面，在采矿运输、车站及码头的货物运输更是使用广泛。我国是一个富煤少油的国家，煤炭是我国最为重要的动力能源，也是重要的化工原料。作为世界第一大产煤国，大多数煤矿井下输煤系统也采用带式输送机传输，带式输送机运输系统是煤矿生产的重要组成部分，其安全、可靠和高效的运煤工作，对提高煤矿生产效率和经济效益有巨大的作用。但是随着耗煤量的急剧加大，矿井采煤规模的不断扩大，这就要求带式输送机输煤系统始终处于完好的运行状态，这也造成对带式输送机系统的性能要求越来越高。带式输送机运输系统的线路较长并且由过个环节和运煤设备配套而成，如果运煤线路某个环节中断，就会使采掘工作面和其它工作地点的作业陷入停顿。因此，带式输送机运输系统运行的好坏直接关系到煤矿生产能否正常进行。由于我国生产力发展不均衡，大多数中小型煤矿技术和安全保障水平较低。据统计，我国为数较多的煤矿在矿井带式输送机控制系统方面还采用现场手动控制，由于煤矿井下环境恶劣，带式输送机经常出现跑偏、打滑、纵向撕裂、燃烧、断带等故障，这不仅影响煤矿生产，也给煤矿安全带来巨大威胁，从而耗费大量人力、物力资源，因此建立一个功能完善的带式输送机监控系统，不仅可以让工人从井下恶劣环境以及繁重的劳动中解放出来，而且可以通过控制网络对相距较远的带式输送机进行实时监测，得到准确数据。本设计以阳泉市寺家庄煤矿带式输送系统为背景，在了解和分析的基础上，设计了一套相对完善的监控保护系统。寺家庄煤矿是年产200万吨的中型煤 矿 ， 采 用 带 式 运 输 机作 为 主 要 运 输 方 式 ， 其 主 运 输 系 统 包 括 主 提 升 带 式 输 送 机 、 走 廊 带 式 输 送 机 、 振 动 筛 、中 煤 块 带 式 输 送 机 、 大 煤 块 带 式 输 送 机 、 过 桥 带 式 输 送 机 和 末 煤 刮 板 输 送 机 、 煤 仓 等 。各 条 皮 带 机 都 由 一 台 电 动 机 驱 动 ， 其 中 振 动 筛 为 双 层 的 ， 每 条 皮 带 机 均 设 置 跑 偏 、 堆煤 、 烟 雾 、 拉 线 急 停 、 打 滑 、 纵 撕 等 保 护 。 其 工 艺 流 程 图 如 图 1.1所 示 ， 其 中 箭 头 指示 煤 流 方 向 。图 1.1 运输工艺流程图煤炭从井底煤仓经给煤机运到主提升皮带，通过主斜井中的主提升皮带运至地面，中 国 矿 业 大 学 成 人 教 育 学 院 本 科 毕 业 设 计44经地面的走廊皮带输送机转运到振动筛，振动筛为双层的，经筛分后分成大块煤、中块煤和末煤三种。大块煤经大块皮带到大块煤仓，中块煤经中块皮带运到中块煤仓，而末煤先通过过桥皮带转运，再利用过桥皮带机尾的分煤挡板分到两条末煤刮板输送机上，运输到各自的煤仓，其分煤挡板是固定的。本设计只设计主斜井带式输送机的监控系统。它的主要参数如下：主斜井带式输送机长1260m，由4台1400KW电机拖动，正常运行速度 4.5m/s，电压等级为10KV，远程控制方式。1.2 设计内容本设计以寺家庄煤矿井下带式输送机为背景，对该矿带式输送机控制系统进行了系统了解，主要设计内容如下：1）主要介绍选题背景。2）介绍带式输送机运输监控系统的主要结构。3）介绍本系统的硬件设计及软件设计。3）详细分析带式输送系统的保护检测，传感器的应用和保护装置的选用。4）在简略介绍组态软件的基础上，运用组态来实现上位机监控系统的设计。5) 最后分析控制系统产生干扰的原因，提出对应抗干扰措施。中 国 矿 业 大 学 成 人 教 育 学 院 本 科 毕 业 设 计55第二章 井下带式输送机监控系统的硬件设计2.1 监控系统的构成2.1.1 地面控制中心系统采用分布式控制结构，由地面综合操作台、井下控制分站组成。综合操作台位于地面中央控制室，中央控制室与井下监控点之间的距离较远，而且井下监控点之间的距离也很远，主要通过上位机对井下各个带式输送机及相关设备进行远程监控。本系统采用手动、自动两种工作方式进行启停。当系统采用自动控制方式时，操作台发送控制信号到可编程控制器，按照一定的联锁关系根据现场实际条件控制带式输送机的开停，同时能随时检测到井下各设备的开停状态、故障情况。通过操作台可以监测井下带式输送机的运行状况和实施控制操作。操作台上有系统运行的按钮、时间钟等，系统的控制在操作台上选择并执行，操作台上显示瓦斯浓度、各个电机的三相电流、输出功率、主滚筒温度，以及运行状态、故障地点、故障性质的指示，供操作人员参考。操作台内部装有本安信号到隔爆信号转换器及 PLC 隔离继电器。通过操作屏的各种操作控制按钮，就可以对带式输送机进行远程控制。本系统设置了两台上位机，都可以作为操作员站，当其中一台计算机出现故障时，可自动切换到另一台计算机，以防止数据丢失或控制失控，所有的操作和数据显示都能在上位机上完成。2.1.2 井下带式输送机控制分站控制分站的核心 元 件 是 可 编 程 控 制 器 ， 用 于 就 地 、 集 控 、 检 修 工 作 方 式 下 ， 程 序控 制 带 式 输 送 机 。 本 文 的 控 制 系 统 中 共 有 4 个 分站，每个分站都采用西门子公司S7200 型号的 PLC 进行控制，PLC 实现了生产系统的分布式控制，采用四个 PLC 控制相应的四条皮带上传感器和启停操作。上位机实现集中管理，来共同构成整个带式输送机系统。2.1.3 带式输送机的监控系统框图从图中可以看到上位机监控系统监控四个分站，每个分站有一个 PLC 做控制器，PLC 控制器控制着每个分站上四个电机的启停，同时检测每个分站皮带的运行情况，采集到的信息自己可以处理，也将信息及时上传上位机监控系统，由上位机来处理。图 2-1 详细介绍了一号站的 PLC 控制系统，每个分站有四条带式输送机，这四条带式输送机构成一个传送系统，每条皮带传送机上都有速度，温度，跑偏等保护装置。当出现异常时 PLC 及时处理（如声光报警），并将信息上传到上位机。当按下启动按钮后，一号站的四个电机按顺序启动，按下停止按钮后也是按顺序停止。中 国 矿 业 大 学 成 人 教 育 学 院 本 科 毕 业 设 计66图 2-1 带式输送机的监控系统框图2.2 PLC 的选型根 据 系 统 的 设 计 要 求 ， 本 设 计 采 用 西 门 子 S7-200 系 列 PLC， cpu 选用 226 单元。它的数字量 I/O 点为 24/16，无模拟量 I/O 点，可带 7 个扩展模块，最大直流电流为：1000mA(+5v DC)、400mA(+24v DC)。扩展模块分别采用数字量扩展模块 EM222，数字量输入模块 EM222 8 输入 24vDC 和数字量输出 EM222 8 继电器输出, 四路模拟量扩展输入模块 EM231。2.3 PLC 的 I/O 分配本设计采用西门子 S7200 系列 PLC，一号站系统 I/O 具体分配如下表：表 2-3 输入输出配置表输 入 输 出输入继电器 输入元件 作用 输出继电器 输出元件 控制对象I0.0 SB1 自动启动 Q0.0 HL1 指示灯I0.1 SB2 手动启动 Q0.1 HL2 指示灯I0.2 SB3 自动停止 Q0.2 HL3 指示灯I0.3 SB4 手动停止 Q0.3 HL4 指示灯I0.4 SB5 拉绳急停开关 Q0.4 HL5 指示灯I0.5 SB6 一路速度信号 Q0.5 HL6 指示灯I0.6 SB7 一路跑偏信号 Q0.6 HL7 指示灯I0.7 SB8 一路煤位信号 Q0.7 HL8 指示灯I1.0 SB9 一路胶带撕裂信号 Q1.0 HL9 指示灯中 国 矿 业 大 学 成 人 教 育 学 院 本 科 毕 业 设 计772.4 PLC 硬件接线图图 2-4PLC 硬件接线图四条带式输送机分别由四个三相交流异步电动机来驱动，带动四条带式输送机运输系统的电机原理图，如图 2-5 所示：四台电机分别为 M1、M2、M3 和 M4，它们分别带动 1 号皮带、2 号皮带、3 号皮带和 4 号四皮带。接触器 KM1、KM2、KM3 和 KM4 分别控制 M1、M2、M3 和 M4 的得电运行；FR1 、FR2 、FR3 和 FR4 分别为四台电机过载保护用的热继电器；QS 为四台电机主电路的隔离开关；F1-3 是快速熔断器，用来保护变频器内部整流桥的功率电子元件的热容量很小。中 国 矿 业 大 学 成 人 教 育 学 院 本 科 毕 业 设 计88M 1ABCQ S 1K M 1F 1拉绳开关 L A交流M 2 Q S 2K M 2M 3 Q S 3K M 3M 4Q S 4K M 4F R 1F R 2 F R 3 F R 4F 3F 2图 2-5皮带电机控制原理图接通三相电源后，三相电经快速熔断器 F1-3、隔离开关 QS。当输煤系统按下启动按钮后，KM1 得电，电机 M1 开始运行，经 PLC 的定时器延时一段时间后，KM2 得电，电机 M2 运行，其后类推。这里的 KM1、KM2、KM3 和 KM4 不同时动作，这在软件中实现。2.5 检测部分2.5.1 打滑检测皮带打滑通常是由于皮带在与主动滚筒相遇点上的实际张力大于皮带两端张力的极限值而造成的。如果皮带和滚筒的速度不相等，那么皮带就存在打滑现象。本设计选用KGX-S1 速度传感器，如图 2-6 所示。它是一种将带式输送机的运行速度检测出来，变成电脉冲信号运输给保护装置，使装置能够根据速度大小来确定运行状态，可同时解决带式输送机低速运转、打滑和断带等问题的智能传感器。中 国 矿 业 大 学 成 人 教 育 学 院 本 科 毕 业 设 计99图 2-6 KGX-S1 型速度传感器将磁钢安装在带式输送机从动轮的侧面，随带式输送机的从动轮旋转。当速度传感器靠近磁钢时，速度传感器上的霍尔元件产生与从动轮转速成正比的正脉冲信号，每个正脉冲触发单稳态电路，经反向后产生一定脉宽的正脉冲，此时的正脉冲与霍尔元件发出的同时输入另一单稳态电路。皮带速度不出现打滑时，此时两脉冲同时输入单稳态电路，变换后电子开关端输出高电平；若出现打滑现象，从动轮速度下降，霍尔元件发出的正脉冲将不能与前一脉冲触发的正脉冲同步，经过一段时间延迟后电子开关端输出低电平，打滑指示灯亮。2.5.2 跑偏检测带式输送机运行时皮带跑偏是最常见的故障，皮带跑偏轻则造成撤料、皮带磨损，重则由于皮带与机架剧烈摩擦引起皮带软化、烧焦甚至引起火灾，造成整个生产线停产，因而，正确地处理好皮带跑偏关系到整个生产系统的正常运转。1） 跑偏传感器的主要用途跑偏传感器主要用于检测实际运行中带式带式输送机的偏移状态来发出信号，实现带式带式输送机跑偏后自动报警和自动停机功能，来防止因带式输送机偏移倾斜使物料撒落。其常态为断开状态，动作时闭合。本传感器具有动作功能，当带式输送机在运行过程中发生严重偏移时，则传感器输出停机信号。2） 跑偏传感器的选型与安装选用 GEJ-40 矿用本质安全型跑偏传感器，如图 2-7 所示。GEJ 系列跑偏传感器是带式带式输送机必备的安全保护装置。它彻底改变了传统跑偏传感器机械设计不合理、使用寿命短的缺点，其具有防砸、防腐、坚硬及柔韧性强等特点，适合在不同的恶劣环境中使用。中 国 矿 业 大 学 成 人 教 育 学 院 本 科 毕 业 设 计1010图 2-7 GEJ-40 型跑偏传感器跑偏传感器由立辊、复位手柄(调偏再启动)、凸轮及行程开关等组成。GEJ 系列跑偏传感器采用立辊式测偏结构，利用带式带式输送机跑偏时的横向位移触碰到立辊，使立辊产生偏转，然后以立辊的偏转角确定皮带跑偏量。当立辊偏转角达到一定角度时，操纵控制系统，切断带式输送机控制回路停机或向监控站发出跑偏故障信号，可以有效的防止皮带因跑偏而导致的洒煤、摩擦或撕裂而引起的皮带着火，以免运输系统带式输送机运输系统的事故发生。当故障排除后，跑偏传感器轴辊又恢复到正常工作。将本传感器按皮带槽角倾斜安装，以保证开关立辊与皮带面相垂直，并使皮带面位于立辊高度的 1/3 处，同时保证电缆出线口靠近皮带内侧。跑偏传感器应成对地安装在皮带两侧，一般每隔 50 米皮带安装一对跑偏传感器。由于带式输送机都存在不同程度的不影响正常工作自然跑偏，所以在安装时将立辊距带边留有一定的空间，为 40mm80mm。2.5.3 堆煤检测监测卸载点是否有堵煤现象，一般将传感器应吊挂在胶带卸载处或机头的煤仓内。正常的煤流运动应不能碰击堆煤传感器。但当卸载点发生堆煤故障时，滞留的积煤应能触及堆煤传感器，使它发生倾斜。本文选用 GLU50 型煤位探测传感器为矿用本质安全型设备，如图 2-8 所示。它主要由圆柱形主体和探杆两部分组成。主体壳内有气动延时开关和一个钢球，正常情况下悬挂的传感器处于垂直状态，钢球压在延时开关上。当煤位上升使传感器倾斜超过动作角度时，钢球滚开，开关延时动作发出语音报警信号，经延时 23 秒时，带式输送机停机。煤位下降后，传感器又恢复垂直状态，钢球又压在延时开关上，使其瞬间复位。中 国 矿 业 大 学 成 人 教 育 学 院 本 科 毕 业 设 计1111图 2-8 GLU50 型煤位传感它除了可以用于监测矿井煤位之外，还可以用于冶金、化工、交通、电力等行业检测液体或固体的料位。它具有以下特点：a. 外壳坚固，密封性能好，能在恶劣环境中使用；b. 动作灵敏，可靠，安装方便；c. 传感器能延时动作，延时时间可调，避免由于大块物料撞击引起的误动作；2.5.4 温度检测集成模拟温度传感器，具有灵敏度高、线性度好、响应时间快等优点，而且它还将驱动电路、信号处理电路和必要的逻辑控制电路集成在 IC 上，有实际尺寸小、使用方便等优点。本文选用 LM35 型矿用本质安全温度传感器，如图 2-9 所示。其输出电压与摄氏温标呈线性关系，转换公式如式(1),0时输出为 0V，每升高 0，输出电压增加 10mV。在常温下，LM35 不需要额外的校准处理即可达到 1/4 的准确率。(2-8)CTmVVLMout3510)(图 2-9 LM35 型温度传感器中 国 矿 业 大 学 成 人 教 育 学 院 本 科 毕 业 设 计1212温度传感器 LM35 的灵敏度为 l0mV/，即温度为 10时，输出电压为 100mV。 常温下测温精度为+/-0.5以内，消耗电流最大也只有 70A，自身发热对测量精度也只在0.1以内。LM35 温度传感器主要用于对煤矿井下带式输送机的滚筒因摩擦引起的温度过高进行检测。当被检测温度超过设定温度时，超温指示灯量，带式输送机停止运行，同时启动洒水装置。2.5.5 烟雾检测当井下巷道中因皮带摩擦等原因造成烟雾发生时，悬挂在巷道内的烟雾传感器起作用发出报警声，切断电机供电，起到烟雾保护作用。烟雾传感器就是通过坚持烟雾的浓度来实现火灾防范的器件。本文选用 KGQ-12 型烟雾传感器，如图 2-10 所示，适用于煤矿井下有瓦斯、煤尘爆炸性气体的环境中，主要用于煤矿井下带式输送机因摩擦发热或其他原因而产生的烟雾进行检测保护。该传感器可配接声光报警装置和断电装置，实现断电和报警控制，也可以与各种生产、安全监控系统配套使用。图 2-10 KGQ-12 型烟雾传感器此传感器采用双气敏探头，对烟雾具有一定的选择性，其信号通过专用电路处理后，送给电控箱。当动作后，其输出高电平变成低电平送给电控箱动作，同时烟雾传感器内的红灯快速闪烁，并发出报警声音。由于此传感器设置了两个出线口，温度引线可以从其内引出，以简化路线连接。此传感器的安装位置应选择带式输送机机关传动部件或容易发生摩擦产生烟雾的部件旁边，一旦有烟雾产生，烟雾进入感烟探头后，传感器立即动作。2.5.6 撕裂检测带式输送机撕裂故障是带式输送机最严重的一种故障。带式输送机输煤系统有许多设备组成，但是皮带自身的安全却往往是一个薄弱环节，一条运煤皮带的成本占整个机器成本的 40%以上，因此监测皮带撕裂现象发生非常重要。皮带撕裂的原因和现象主要有以下几种： 抽芯撕裂中 国 矿 业 大 学 成 人 教 育 学 院 本 科 毕 业 设 计1313皮带在强烈的冲击力作用下，造成皮带中心的钢丝芯断裂，经过长时间的磨、压、拉等外力作用，断裂的钢丝芯断头露出来。 皮带跑偏造成撕裂带式输送机在运行过程中，皮带发生跑偏，往单侧偏移幅度较大时，就容易形成折叠，受到设备结构摩擦很容易刮伤皮带，造成皮带撕裂，这一般发生在皮带的两侧。 异物划伤皮带这种损伤通常发生在溜槽下部，根据运煤流程的需要，相邻的两条皮带首尾衔接处应该有一定的高度，这样才能使上部带式输送机的煤产生一定的势能。当落到下部带式输送机时就达到一定的速度，但是如果下落的煤中混有尖锐物体，在接触皮带时由于惯性作用，尖锐物体就会划伤皮带，导致皮带在运动过程中造成撕裂。 煤炭卡压堵塞引起的撕裂这是由于皮带下面的缓冲托辊是间隔分布的，平且溜槽前端和皮带表面的距离有限，当较大物料下落时，落于托辊之间，将砸破皮带导致撕裂。另外当装载点处上料量突然增大时，也会使皮带装料堵塞，经过长时间摩擦，导致皮带撕裂。本文选用 ZS-1 型皮带撕裂传感器，如图 2-11 所示，适用于煤矿有瓦斯、煤尘爆炸等危险环境，与带式输送机电气控制装置配套使用，用作带式输送机检测与保护。当带式输送机的皮带被尖锐物体穿透后，物料落到传感器上，这时传感器将信号传到信号箱，控制继电器动作，发出报警和停车信号，从而实现保护皮带的作用。图 2-11 ZS-1 型皮带撕裂传感器2.6 系统保护装置2.6.1 安全保护安全保护系统具有带式输送机打滑、跑偏、堆煤、温度、烟雾、撕裂、超温洒水和警灯提示等多种保护和装置。1）打滑保护：带式输送机上安装测量速度传感器，连续监测带式输送机的速度，并提供打滑保护信号。2）跑偏保护：对带式输送机运行过程中的跑偏故障进行保护和沿线出现紧急情况进行紧急停车。当跑偏角度达到设定的角度时，应立即停车。3）煤位监测：监测卸载点是否有堵煤现象，一般将传感器应吊挂在胶带卸载处或机头的煤仓内，出现故障时，使带式输送机紧急停车。4）撕裂保护：通过撕裂传感器监测皮带是否纵向撕裂，并提供信号控制带式输送机紧急停车。中 国 矿 业 大 学 成 人 教 育 学 院 本 科 毕 业 设 计14145）温度保护：通过温度传感器对煤矿井下带式输送机的滚筒因摩擦引起的温度过高进行监控，并提供温度超限报警。6）烟雾保护：监测带式输送机因摩擦发热或其他原因而产生的烟雾，并提供信号控制带式输送机紧急停车。7）预警保护：系统启动时，首先发出预警信号并维持 15 秒后通知系统的各条皮带。为避免保证整条皮带系统发生堆煤故障，要求以逆煤流方向按一定时间间隔启动，停机时以顺煤流方向按一定时间间隔停止。8）急停闭锁：可利用急停开关实现紧急停机并闭锁，停车后，由工作人员解除闭锁才能再次启动。2.6.2 传感器的选择在使用传感器对物理量进行测量时，测量一个物理量，会有多种传感器可以选择，各种传感器在原理和结构上基本互不相同。经过考虑测量对象、测量目的、以及测量环境等因素，从而选择最为合理的传感器，这是在对某个量进行测量前要解决的首要问题。当选用的传感器确定以后，与之相配套的测量方法和测量设备也就可以确定了。传感器的选用是否合理，这也关系到测量结果的成败。矿井带式输送机的工作运量大、运输距离长、连续运输性能要求较高，为保障矿井的安全生产，提高生产效率，速度故障处理时间，就必须对矿井带式输送机实施可靠的控制。传感器的选型直接关系到矿井带式输送机系统的正常运行，任意传感器出故障都会影响体统的正常运行，轻则造成系统频繁误动作，加速系统老化，重则造成设备和人工伤亡，因此传感器的选型和质量都极其重要。由于矿井的环境十分恶劣，传感器必须选用低故障率、高灵敏度、长寿命，具有三防功能的产品。2.6.3 保护装置1. 拉 绳 急 停 闭 锁 开 关煤矿上的本质安全型拉绳急停开关主要用于带式输送机等设备，作为系统异常事故的紧急停机并闭锁，及沿线维修时的安全锁定，等待检修完毕或事故排除后，方可复位开机，从而保证生产安全，主要适应于具有瓦斯和煤尘的爆炸性气体混合物的环境，保障了煤矿的安全生产。图 2-12 拉绳急停闭锁开关本文选用 KG9001A-ZJ 型拉绳急停闭锁开关用作带式输送机沿线拉绳急停闭锁保护，中 国 矿 业 大 学 成 人 教 育 学 院 本 科 毕 业 设 计1515如图 2-12 所示，其主要有以下特点：1） 密封性能好，动作可靠，维护方便；2） 撕裂、跑偏等保护装置和信号器可以就近接入闭锁开关，这大大节省了电缆；3） 采用了接插件连接形式，两边各有一个较大的接插件口，下部有三个较小接插件口。带式输送机在正常工作情况下，拉杆压住其内部的行程开关，控制回路内的接点处于常开，指示牌竖立在上方。当带式输送机出现故障需要紧急停车时，只需拉动开关任意端的钢丝绳，拉杆松开并且旋转，指示牌倒下，同时行程开关动作，带式输送机电气控制装置收到信号后，发出指令，切断电源。当故障排除后，人工将指示牌旋转到竖立位置，开关复位，不通过人工复位，拉杆不能退回原位，开关起到闭锁作用。带式输送机沿线一般间隔 50100 米安装一台急停闭锁开关，钢丝绳一端固定在本开关拉杆上，另一端固定在带式输送机机架或者墙壁、栏杆固定点上。2.自 动 洒 水 装 置选用 DF4/7.5 型矿用隔爆型电磁阀，如图 2-13 所示。它主要适用于煤矿井下含有煤尘和爆炸性气体的危险环境中作为降温、除尘洒水之用。可以作为井下自动及其它管路中控制全开或全闭之用，与系统控制设备配合构成带式输送机控制系统，达到保护人体健康和安全生产的目的。图 2-13 DF4/7.5 型矿用隔爆型电磁阀本电磁阀分为上部阀体和下部阀座两部分结构，上部阀体为圆筒形结构，内部有电磁体，作为控制阀门开闭的动力源，下部阀座内有导水阀口，过滤器等部件，其中过滤器能有效阻挡直径大于 1mm 的有害杂质通过，这样既可以避免了喷头堵塞，又降低了井下工作人员的劳动强度。其工作原理是：不通电时，阀芯为初始态，导水阀口关闭，水不能流通，通电之后，在电磁效应的作用下，电磁体能产生足够的推力，克服水的压力，使阀芯脱离水阀口，水便流通，洒水装置自动洒水。2.7 系统部件的布置及其功能1）每条带式输送机的机头旁边都设有就地控制箱，上面有就地起停按钮。2）所有带式输送机都安装跑偏开关，每隔大约 50 米设置一对跑偏开关，严重跑偏时紧急故障停车。中 国 矿 业 大 学 成 人 教 育 学 院 本 科 毕 业 设 计16163）堆煤保护和纵向撕裂保护装置安装在每条带式输送机的落煤点，出现事故时紧急停机，以防止带式输送机事故的扩大化。4）所有带式输送机都设有拉绳急停闭锁开关，用于在紧急情况下停车，以保证设备和人身安全，急停拉绳开关的安装按照间隔 50 米进行配置。5）烟雾传感器安装在带式输送机运行的巷道内，特别是带式输送机容易发生摩擦产生烟雾的部件旁边，用来检测烟雾浓度防止火灾事故的发生。6）速度传感器安装在带式输送机的滚筒上，用来检测皮带的超速及防止打滑事故的发生。7）温度传感器安装在带式输送机的主滚筒上，随时检测滚筒的温度，并配备自动洒水装置，在滚筒超温时实现自动洒水使其降温。8）带式输送机每隔大约 100 米设置启动预警装置，设备启动前发出预警信号，提示有关人员立即离开带式输送机设备。9）可以根据带式输送机系统的故障性质，进行报警、顺序停机或者紧急停机。10）多种流程选择。在联动方式下，可以根据工艺选择运输流程，皮带启动要求以逆煤流方向，并根据皮带速度和长度确定延时开机时间；停机时按顺煤流方向停机。11）在其中操作台上能集中显示带式输送机的工作状态、故障地址和故障类型。中 国 矿 业 大 学 成 人 教 育 学 院 本 科 毕 业 设 计1717第三章 井下带式输送机监控系统的软件设计3.1 分站系统软件设计图 3-1 单个分站系统流程图该煤矿带式输送机生产线由四条带式输送机组成（L1L4），一台电机分别带动一台带式输送机，设计方案对 PLC 的控制要求如下：首先，在启动时，为了避免在后面运输带上造成物料堆积，要求以逆煤流方向按一定时间间隔顺序启动，先启动最后一台带式输送机，经过一定时间后，在依次启动其他带式输送机；停止时，为了使带式输送机上不残留物料，要求以顺煤流方向按以一定时间间隔停止，先停最前面一台带式输送机，等到煤运输完毕后停止所有带式输送机。其次，当某台带式输送机发生故障时，该带式输送机及其前面的带式输送机都立即停止，而该台后面的带式输送机要等到物料远输完毕后才停止。3.2 启动控制首先，在启动时，为了避免在后面运输带上造成物料堆积，要求以逆煤流方向按一开 始一 号 电 机 启 动二 号 电 机 启 动三 号 电 机 启 动四 号 电 机 启 动一 路 故 障 ？二 路 故 障 ？四 路 故 障 ？三 路 故 障 ？ 声光报警四 号 电 机 停 机三 号 电 机 停 机二 号 电 机 停 机一 号 电 机 停 机停 机停 止急 停YYYYNNNN中 国 矿 业 大 学 成 人 教 育 学 院 本 科 毕 业 设 计1818定时间间隔顺序启动，先启动最后一台带式输送机，经过一定时间后，在依次启动其他带式输送机；当按下顺序启动按钮时，延时 15 秒，然后各条带式输送机以逆煤流方向间隔 5 秒时间顺序动，即 15s 一路.5s 二路.5s 三路.5s 四路 全部启动。如图 3-2 所示。图 3-2 系统正常启动流程图3.3 保护检测矿井带式输送机的工作运量大、运输距离长、连续运输性能要求较高，为保障矿井的安全生产，提高生产效率，速度故障处理时间，就必须对矿井带式输送机实施可靠的控制。传感器的选型直接关系到矿井带式输送机系统的正常运行，任意传感器出故障都会影响体统的正常运行，轻则造成系统频繁误动作，加速系统老化，重则造成设备和人工伤亡，因此传感器的选型和质量都极其重要。由于矿井的环境十分恶劣，传感器必须选用低故障率、高灵敏度、长寿命。每条带式输送机的机头旁边都设有就地控制箱，上面有就地起停按钮。所有带式输送机都安装跑偏开关，每隔大约 50 米设置一对跑偏开关，严重跑偏时紧急故障停车。堆煤保护和纵向撕裂保护装置安装在每条带式输送机的落煤点，出现事故时紧急停机，以防止带式输送机事故的扩大化。所有带式输送机都设有拉绳急停闭锁开关，用于在紧急情况下停车，以保证设备和人身安全，急停拉绳开关的安装按照间隔 50 米进行配置。烟雾传感器安装在带式输送机运行的巷道内，特别是带式输送机容易发生摩擦产生烟雾的部件旁边，用来检测烟雾浓度防止火灾事故的发生。速度传感器安装在带式输送机的滚筒上，用来检测皮带的超速及防止打滑事故的发生。温度传感器安装在带式输送机的主开 始一 号 电 机 启 动二 号 电 机 启 动三 号 电 机 启 动四 号 电 机 启 动15S到 ？5S到 ？5S到 ？5S到 ？全 部 启 动 完 毕NN NNYY YY中 国 矿 业 大 学 成 人 教 育 学 院 本 科 毕 业 设 计1919滚筒上，随时检测滚筒的温度，并配备自动洒水装置，在滚筒超温时实现自动洒水使其降温。带式输送机每隔大约 100 米设置启动预警装置，设备启动前发出预警信号，提示有关人员立即离开带式输送机设备。根据带式输送机系统的故障性质，进行报警、顺序停机或者紧急停机。下图为分站单路皮带机的保护系统流程图开始数据采集报警并停机启动洒水装置是否超温 ？是否堆煤 ？是否打滑 ？是否跑偏 ？是否撕裂 ？烟雾超限 ？报警并停机否是否否否否是是是是是是图 3-3 保护系统软件图3.4 PLC 与上位机的通信方式PLC 及其在网络有 2 种通信方式，即串行通信和并行通信。并行通信一般发生在PLC 内部，它指的是多处理器 PLC 中多台处理器之间的通信，以及 PLC 中 CPU 单元与智能模板 CPU 之间的通信，但它只适用于传输距离较近的数据传输。本系统采用西门子公司的 S7200 型号的 PLC，由于本设计中数据传输距离较远，在此仅讨论 PLC 的串行通信方式。在工业控制领域中，PLC 作为一种稳定可靠的控制器得到广泛的应用。但它也有自身的一些缺点，即数据的计算和管理能力较弱，不能给用户提供良好的界面等。而计算机恰好能弥补 PLC 的不足，它不但有很强的数据处理和管理能力，而且能给用户提供非常美观而又易于操作的界面。将 PLC 与计算机结合，可使系统达到既能及时地采集，存储数据，又可处理和使用好数据，两者结合的关键是 PLC 与计算机之间的通信，实现上位机与 PLC 之间的通信，一般工业控制中都是采用 RS-232 实现。带式输送机集中控制系中 国 矿 业 大 学 成 人 教 育 学 院 本 科 毕 业 设 计2020统网络结构如图 3-4 所示。图 3-4 带式输送机集中控制网络结构中 国 矿 业 大 学 成 人 教 育 学 院 本 科 毕 业 设 计2121第四章 控制系统的抗干扰措施设计PLC 控 制 系 统 具 有 可 靠 性 高 、 功 能 强 、 体 积 小 、 易 于 实 现 过 程 控 制 等 优 点 ， 在 工业 生 产 过 程 控 制 中 应 用 相 当 广 泛 。 一 般 的 PLC 控 制 系 统 不 用 采 取 什 么 特 殊 抗 干 扰 措施 ， 就 可 以 直 接 在 工 业 环 境 使 用 。 但 在 特 别 恶 劣 的 环 境 中 ， 如 强 电 场 、 强 磁 场 、 电 气设 备 产 生 的 高 频 干 扰 等 ， 这 些 干 扰 会 导 致 控 制 精 度 降 低 、 PLC 内 部 数 据 丢 失 、 机 器误 动 作 ， 甚 至 造 成 PLC 发 生 故 障 或 损 坏 。 所 以 ， 在 实 际 应 用 过 程 中 ， 不 仅 要 按 照 要求 合 理 配 置 系 统 ， 正 确 配 接 线 ， 还 必 须 充 分 考 虑 各 种 异 常 情 况 ， 采 取 相 应 抗 干 扰 措 施以 确 保 PLC 控 制 系 统 可 靠 稳 定 地 运 行 。4.1 主要干扰源PLC 控 制 系 统 的 干 扰 源 很 多 ， 从 形 式 上 讲 分 为 内 部 干 扰 和 外 部 干 扰 两 类 ， 内 部 干扰 是 PLC 本 身 的 问 题 ， 外 部 干 扰 包 括 传 导 型 干 扰 和 辐 射 型 干 扰 。 传 导 型 干 扰 就 是 通过 电 气 线 路 进 入 PLC 控 制 系 统 的 干 扰 信 号 ， 包 括 电 源 线 、 信 号 线 等 外 部 线 引 入 的 干扰 和 接 地 干 扰 ； 辐 射 型 干 扰 是 辐 射 电 磁 场 通 过 感 应 进 入 PLC 系 统 的 干 扰 信 号 。 下 面简 要 介 绍 一 下 这 些 干 扰 。1.电 源 线 引 入 干 扰PLC 系 统 的 正 常 供 电 电 源 均 由 电 网 供 电 。 当 电 网 上 的 负 载 如 大 型 电 力 设 备 、 交 直流 传 动 装 置 等 启 停 时 会 引 起 电 网 电 压 的 波 动 ， 从 而 产 生 谐 波 ， 谐 波 通 过 输 电 线 路 传 到电 源 周 边 ， 造 成 PLC 控 制 系 统 出 现 故 障 。2.信 号 线 引 入 干 扰这 些 干 扰 信 号 主 要 通 过 两 种 途 径 传 输 到 PLC 控 制 系 统 ， 一 是 通 过 变 压 器 供 电 电源 或 公 用 信 号 仪 表 的 供 电 电 源 串 入 的 电 网 干 扰 ， 这 往 往 被 忽 视 ； 二 是 信 号 线 受 空 间 电磁 辐 射 感 应 的 干 扰 。 由 信 号 引 入 的 干 扰 会 引 起 I/O 信 号 异 常 和 测 量 精 度 降 低 ， 严 重时 将 引 起 元 器 件 损 坏 。 对 隔 离 性 能 差 的 系 统 ， 将 导 致 信 号 间 相 互 干 扰 ， 引 起 共 地 系 统总 线 回 流 ， 造 成 逻 辑 数 据 变 化 、 误 动 和 死 机 。3.接 地 干 扰PLC 应 用 系 统 的 地 线 包 括 系 统 地 、 屏 蔽 地 、 交 流 地 和 保 护 地 等 。 接 地 系 统 混 乱 会引 起 各 个 接 地 点 电 位 分 布 不 均 ， 引 起 地 环 路 电 流 ， 影 响 系 统 正 常 工 作 。 例 如 电 缆 屏 蔽层 必 须 一 点 接 地 ， 如 果 两 端 都 接 地 ， 就 存 在 地 电