基于PLC自动矿车运输操纵系统的设计.docx

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基于PLC自动矿车运输操纵系统的设计

成都工业学院成教院

毕业设计（论文）

论文题目：

基于PLC自动矿车运输操纵系统的设计

教学点：

职业学院

指导教师：

职称：

讲师

学生姓名：

学号:

专业：

机电一体化技术

成都工业学院成教院制

二〇一四年三月二十日

成都工业学院成教院

毕业设计（论文）任务书

题目：

基于PLC自动矿车运输操纵系统的设计

任务与要求：

通过对自动化矿车运输操纵系统的设计，通过所学的专业知识，在知

道教师的指导下，设计出自己的操纵系统。

时刻：

2021年11月28日至2021年4月17日共20周

教学点：

职业学院

学生姓名：

学号：

专业：

机电一体化技术

指导单位或教研室：

职业学院

指导教师：

职称：

讲师

成都工业学院成教院制

毕业设计（论文）进度打算表

日期

工作内容

执行情况

指导教师签字

查找资料，选题

完成论文的初稿

完成论文二稿的写作

完成论文的终稿及格式修改

定稿，打印论文，做好评阅的准备

论文评阅

教师对进度计划实施情况总评

　　　　　　　　　　　　　　　　　签名

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　年月日

本表作评定学生平常成绩的依据之一。

摘要

矿车是矿山在开采和运输中必不可少的工具。

矿车的作用主若是在矿山矿场及矿井中输送煤、矿石和废石等散状物料，矿车的必不可少要紧来自于它不但方便有效，经济效益高，符合矿物运输环境的特殊要求，而且结构简单，易于制造和保护。

矿车能够将煤、矿石和废石等散状物料经特定的轨道快速输送到特定的位置，以知足其他工作设备的需求。

与其它运输设备相较，它能够在恶劣的环境下工作，并知足特殊的运输需求。

但此刻矿井中都是采纳人工操纵，人工卸料。

不但工作效率低，而且对劳动工人的健康及平安带来很多阻碍。

因此，采纳自动化技术操纵矿车势在必行。

关键词：

矿车、操纵、自动化

Abstract

矿车是矿山在开采和运输中必不可少的工具。

矿车的作用主若是在矿山矿场及矿井中输送煤、矿石和废石等散状物料，矿车的必不可少要紧来自于它不但方便有效，经济效益高，符合矿物运输环境的特殊要求，而且结构简单，易于制造和保护。

Mineismineisnecessaryintheminingandtransportationtools.Harvesterrolemainlyinmineandmineinthetransportationofcoal,oreandwasteandotherbulkmaterials,thetramcaressentialmainlyfromitnotonlyconvenientandpractical,higheconomicbenefits,meetthespecialrequirementsofmineraltransportenvironment,andhastheadvantagesofsimplestructure,easymanufacturingandmaintenance.

Cartothecoal,oreandwasteandotherbulkmaterialswithspecifictracksquicklydeliveredtoaspecificlocation,inordertomeettheotherequipmentdemand.Comparedwithothertransportationequipment,itcanworkinharshenvironments,andmeetthespecialdemandfortransport.Butnowthemineareusedinmanualcontrol,manualunloading.Notonlytheworkefficiencyislow,andthehealthandsafetyofworkerstobringalotofinfluence.Therefore,theuseofautomationtechnologybeimperativecontrolcar

Keywords:

car,control,automation

第一章矿车的介绍

第一节矿车的概述

矿车——矿山中输送煤、矿石和废石等散状物料的窄轨铁路搬运车辆，一样须用机车或绞车牵引。

矿车按结构和卸载方式不同分为：

固定式矿车、翻斗式矿车、曲轨侧卸式矿车、底（侧）卸式矿车、梭式矿车、材料车、平板车共6大类。

第二节矿车的结构

矿车可用放矿闸门（或装载机装料。

中国于20世纪70年代进展了斗式转载列车，由斗车、起落台和一列矿车组成。

斗车装满料后由起落台顶升沿矿车车帮行进，逐个转载到各个矿车内，提高了搬运速度，实现矿车的持续装载。

斗式装载列车结构简单，转弯半径小，可利用原有标准矿车加以改造。

矿车车轮内侧有轮缘，轮缘与钢轨间留有必然间隙。

车轮与钢轨接触的踏面做成锥形，以使轮对在沿轨道运行时维持对中，减少机械磨损，降低运行阻力。

中国标准窄轨铁路轨距有600毫米、762毫米和900毫米3种。

第三节矿车的具体分类

一、

固定式矿车是煤矿地面和井下巷道运输煤和矸石的一种要紧运输设备。

同时也是其它非金属矿石、桥梁叔公，铁道工程、输导掘进等建筑运输工程榆树砂土、石子等材料的一种短距离运输设备。

要紧用于煤矿井上、井下运输煤、矸石、材料等。

也可用于其它矿山或地下工程运输物料。

其大体组成为车箱、车架、缓冲器、联接器和行走机构。

车箱是由钢板焊接而成，一样标准厚度为5mm,车架槽钢采纳矿车专用异型槽。

架为一金属结构，能经受牵引力、制动力、矿车之间的碰撞力和钢轨冲击力。

缓冲器装在车架两头,用以缓和两车之间的冲击力。

联接器是联接机车和矿车的部件，经常使用的有插销链环和回转链，大型矿车采纳兼具缓冲器作用的自动车钩。

行走机构是由4个车轮和2根轴组成的两个轮对。

矿车和物料的总和超过20吨时，一样应增加轮对数量。

对多于两个轮对的矿车，为便于通过弯道将两个轮对组成一个有转盘的小车，这种小车称为转向架。

固定式矿车具有结构简单、牢固耐用，阻力系数小、承载能力大、维修方便等特点，固定式矿车能够用机车或卷扬机牵引，与翻斗式矿车相较来讲，卸料时要借助其他的设备来进行翻转工作。

当卸料时要利用翻车机进行将整个车体翻转。

。

\

图1-1所示为固定式矿车

二、翻斗式矿车

车箱断面为V形或U形，支承在车架的翻转轨上，车箱在翻转轨上翻转卸载。

翻斗式矿车（即侧翻式矿车，也确实是矿斗）主若是由以下及部份组成:

矿车车箱、车架、缓冲矿车碰头、三环链、矿车销子轮轴和轮子等组成。

翻斗式矿车特点是整体结构简单，牢固耐用、利用方便、只要人力打开止动版就能够很容易地卸下物料。

形状分为U型和V型，一样也可叫做桶式矿车，轮轴采纳了滚柱轴承，有效地减少了运行阻力，因此用机车或人力均能牵引或推动。

轴承分为实心与空心轴，30313轴承，实心轴80粗，矿车有钢板做成，一样钢板厚度达到4-5个厚。

图1-2所示为翻斗式矿车

三、曲轨侧卸式矿车

侧卸式矿车由牵引车、绞车带动，可与凿岩钻、立爪装岩机和矿石溜开闸门放料系统配套结合装料，矿石块度不超过500毫米，依照矿车的负载容积，装料后经牵引动力引至（运行速度不超过1m/秒）专用曲轨卸料机构。

当车箱翻至水平成最大卸料角度时，车门也开到最大程度。

这时3矿车卸料已全数完成。

返回时，矿车通过曲轨门又自动关闭到位。

侧卸式矿车翻斗形式分为曲轨式和液压式供用户选用车箱的一侧或双侧能够打开，借助装在卸矿点上的曲轨使矿车倾斜，拉杆打开侧门卸载。

图1-3所示为侧卸式矿车

四、底卸式矿车

底卸式矿车是用于煤矿地面和井下巷道窄轨铁路运输煤或矸石的一种车辆。

大部份由无极绳绞车或电机车带动利用，在煤矿应用中极为普遍。

它是现代大、中型煤矿煤炭运输的理想设备，具有运输能力大，卸载效率高，能实现持续装载等特点，适用于各类煤质的平巷运输。

结构特点：

底卸式矿车由车箱、车架、底门、车轮轴及卸载轮组组成，车轮轴与卸载轮组安装在车架底门上，与井下的底卸煤仓曲轨配套利用。

当矿车达到曲轨上时利用卸载轮将底门打开实现快速自动卸煤。

工作原理：

。

当矿车车箱悬空，并沿托辊向前移动时，矿车底架借其自重及所载矿石重量自动向下张开，车箱底架后端的卸载轮沿卸载曲轨向下方转动，车底门慢慢开大。

有运行平稳对电机车和牵引车冲击力小，牢固耐用，维修方便，卸载速度高等点。

五、梭式矿车

车箱底板为一。

装载时先装满矿车前端，输送机把所装物料慢慢移向后端，持续地把矿车装满，并由输送机卸载。

这种矿车车箱容积较大，效率高，因来回如穿梭般频繁而得名。

图1-4所示为梭式矿车

六、材料车（花架车、花车）

材料车是煤矿地面和井下巷道窄轨铁路运输坑木、支架或其他材料的车辆。

车箱的一侧或双侧能够打开，借助装在卸矿点上的卸矿曲轨，使矿车倾斜，拉杆打开侧门卸载。

车箱容积较大，效率高，因来回如穿梭般频繁而得名。

材料车车箱底板借助重力向后或向一侧打开卸载。

材料车适用于地下开采的矿山，沿地下巷道及地表工业场地运输支护材料及其他材料

七、平板车

平板车是公路运输的一种常见车辆，因为其比较方便装卸大型、重型货物，而且比相同规格的其他种车型，能够装载更多的货物，深受运输单位的青睐。

在运输车辆中，平板车一样分为两种，一种是平板，一种是高低板。

平板一样是4米到13米长，13米以上的车长多为高低板

它具有结构简单、利用方便、容易保护、承载能力大、污染少等优势。

普遍用于机械制造和冶金工厂，作为矿区内部配合运输重物过跨之用。

作用：

输送钻杆、重型设备等输送工具。

分类：

轻型平板车、重型平板。

第二章PLC的介绍

第一节PLC机

PLC英文全称Programmable Logic Controller，中文全称为可编程逻辑操纵器，概念是:

一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。

它采纳一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算,顺序操纵，按时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出操纵各类类型的机械或生产进程。

可编程操纵系统是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作电子系统。

第二节可编程操纵器的特点

随着微处置器，运算机和数字通信技术的飞速进展，运算机操纵已扩展到了几乎所有的工业领域。

PLC之因此高速进展，除工业自动化的客观需要外，PLC还有许多独特的优势。

它较好地解决了工业操纵领域中普遍关切的靠得住性、通用性、灵活性、利用方便等问题。

要紧特点如下:

一靠得住性高。

靠得住性高是PLC最突出的优势之一。

PLC具有较高的靠得住性是因为它采纳微电子技术，大量的开关动作由无触点的半导体电路完成。

高靠得住性是电气操纵设备的关键性能。

PLC由于采纳现代大规模集成电路技术，采纳严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的靠得住性。

二在设计制造进程中，抗干扰能力强，采纳一系列硬件和软件抗干扰方法。

如:

硬件方面采纳隔离、滤波、精选元器件等。

在微处置器与1/0电路之间采纳光电隔离方法，有效地抑制了外部干扰对PLC的阻碍，同时能够避免外部高压进入CPU单元。

三应用灵活。

由于PLC己实现了产品的系统化、标准的积木式硬件结构和单元化的软件设计，使得它不仅能够适应大小不同、功能复杂的操纵要求，而且能够适应各类工艺流程变更较多的场合。

PLC用软件功能取代了继电器操纵系统中的大量中间继电器、时刻继电器、计数器及其它专用功能的器件，使操纵系统的设计、安装、接线工作量大大减少。

四功能强，通用性好。

有丰硕的Ｉ／Ｏ接口模块。

PLC不仅具有逻辑运算、按时、计数，顺序操纵等功能，而且还具有A/D,D/A转换、数值运算、数据处置和通信联网等功能；既能够对开关量进行操纵，也能够对模拟量进行操纵；既能够对单台设备进行操纵，也能够对一条生产线或全数生产工艺进程进行操纵。

PLC具有通信联网功能，能够实现不同PLC之间联网，并能够与运算机组成散布式操纵系统。

五编程简单。

大多数PLC采纳梯形图编程方式。

梯形图与传统的继电接触操纵线路图有许多相似的地方，与经常使用的运算机语一言相较更易被操作者同意并把握。

操作者通过阅读PLC操作手册，能够专门快熟悉梯形图语言，并用来编制一样的用户程序，这也是PLC取得迅速普及和推行的重要缘故之一。

第三节可编程操纵器的分类

PLC依照输入和输出即I/O的点数多少可分为表2-1中所表示的5种类型。

类型

I/O点数

存储器容量/KB

超小型

24以下

1～2

小型

24-256

2～8

中型

256-1024

8～16

大型

1024-8192

16～64

超大型

大于8192

64～256

表2-1可编程操纵器的分类

PLC按结构形式分类可分为厢体式和模块式两种。

厢体式又称为单元式或整体式。

厢体式PLC将电源，CPU,I/0等都集中装在一个机箱内，结构紧凑，体积小，价钱低。

一样超小型PLC都采纳这种结构，小型PLC多数也属厢体式，它由不同I/O点数的大体单元和扩展单元组成。

大体单元内有CPU,I/O和电源，扩展单元内没有CPU。

大体单元和扩展单元之间一样用扁平电缆连接。

模块式结构的PLC将各部份分成假设干个单独的模块，如电源模块，CPU模块，I/O模块和各类功能模块。

一样大中型PLC都采纳模块式结构。

有的小型PLC也采纳模块式结构。

有的小型PLC也采纳这种结构，因为模块式结构的PLC配置灵活，安装方便，便于扩展和维修。

第三章矿车的改装

第一节固定式矿车的改装

一、固定式矿车的改装

在日常运用的固定式矿车的转向架上加装一个转向电动机，操纵矿车在通过岔道时切换轨道。

同时装上制动装置，作用是是矿车在遭遇紧急情形时能够迅速停车，等待问题解决。

在车箱的内不安装传感器（同时安装信号开关，当系统有特殊需求时，用该开关替代传感器工作），检测车箱内货物状态。

进一步判定系统运行状态。

二、翻车机

翻车机指一种用来翻卸铁路敞车散料的大型机械设备。

可将有轨车辆翻转或倾斜使之卸料的，适用于运输量大的口岸和冶金、煤炭、热电等工业部门。

矿井下的矿车也大多用小型翻车机卸车。

翻车性能够每次翻卸1-4节车皮。

初期的设备只能翻卸1节车皮，此刻最大的翻车性能够翻卸4节车皮。

第二节翻斗式矿车的改装

基于现有的翻斗式矿车的基础上，在转向架上安装转向电动机，操纵矿车在岔道处切换轨道，

在车箱的止动版处加装操纵电机，用操纵电机替代手动操作，操纵止动版的开关，目的是操纵翻斗式矿车的卸货。

在矿车止动版盒车箱内处安装传感器，用来检测矿车止动版的状态和车箱内货物的装载状态。

以便于了解矿车的状态，保证装卸货及运行进程中的平安。

第三节曲轨侧卸式的改装

由于这种类型矿车具有必然的自动化功能，只需要别离在车门周围和车箱内安装传感器便于了解矿车的状态。

。

并安装止动版，避免矿车在未抵达卸车位置时由于外界缘故错误卸货，

通知转向架处安装转向电动机，操纵矿车在岔道处切换轨道。

将卸车轨道改造车美好便于进行侧卸和底卸矿车进行卸货的单曲侧面轨。

第四节底（侧）卸式矿车的改装

采纳底卸式矿车时，要在井底车场内设置卸载站，卸载站内有卸载坑，

该矿车通过机械接触方式达到了部份自动化功能，一样在车上安装转向电动机，操纵矿车转向，

第五节梭式矿车的改装

这种矿车由于本身就有输送机输送矿料，具有部份自动化功能，在该矿车门上安装车门开关操纵电机，操纵车门的开关；安装位置传感器检测车门的状态和车箱内货物的装载状态。

以操纵车门开关操纵电机开关车门。

第六节材料车的改装

这种类型的矿车的改装一样需要安装传感器、转向电动机和制动器，

两个传感器位置别离在车底和车架上，功能是检测装载状态和车门状况。

第四章自动化操纵系统的设计

第一节矿车运输轨道的设计

在对矿车轨道的设计中，依据矿井的实际情形进行设计，在原有轨道的起点、岔道及终点安装位移传感器，当矿车通过此位置时传感器向系统输送信号，使转向装置能选择正确的轨道运输，达到和谐各路矿车运行轨迹的目的。

系统运用不同形式的矿车所需的矿车轨道不同：

表4-1矿车轨道改装

矿车类型

对应轨道要求

作用

固定式

矿车轨道与翻车机轨道对接

用于矿车卸货

翻斗式矿车

轨道终点卸货位置应略高于一般轨道，或在卸货库口

便于矿车饭都卸货顺利完成

曲轨侧卸式矿车

矿车轨道与曲轨对接是不能有错位，曲轨安装要求相对较高

防止矿车在卸货时发生事故

底卸式矿车

将矿车卸货轨道与底卸煤仓曲轨相连，轨道在相对高处

便于矿车卸货快速方便

梭式矿车

矿车轨道终点处是卸货位置，安装卸货辅助装置

利用卸货辅助装置对货物进行运送，防止货物堆积

第二节设计系统的组成

一，预备系统

这一步用于系统在开始运行前对各个传动机构、传感器、驱动机构及执行机构的状态检查，假设状态完好，反映出状态信息，并提示能够开始执行启动系统运行。

并依照各个部件的相对关系和各个传感器的检测数据确信矿车位置，提供给开始系统进行下一步运行，该系统运行后，证明系统硬件达到运行要求，能够正常运行系统。

二：

开始系统

该步骤在预备系统以后，用于处置各个传感器传输回系统的监测数据，有系统分辨矿车所处的位置和接下来应该执行的操作。

如：

转向机构转向方向、制动系统制动与否，主驱动电机转动方向等。

三：

运行系统

这是那个自动化系统的要紧组成部份，它要紧分为五个模块：

第一：

矿车在开始装料位置，且矿车内没有矿料，这是装料灯亮，能够有工人或输送机对矿车执行装料动作，明白所有矿车内装满矿料，或手动按下运行开关。

系统切换执行下一步。

第二：

所有矿车的矿料装满后，由绞车牵引开始运行，当快要通过弯道时，接收到弯道传感器传来的接近信息，转向机构开始工作，操纵矿车转弯。

当矿车运行到岔道前，通过传感器的检测结果和系统的比对结果选择平安通行道路，由转向机构执行操纵转向。

第三：

当矿车运行到轨道止境接近翻车机时，系统收到翻车机周围的位置传感器发送的检测结果,绞车速度降低，做好卸货预备。

第四：

矿车在通过卸车轨道时，系统接收到卸车轨道周围传感器信号，主驱动电机减速运行，抵达卸车位置时进行卸车操作，待卸车完成后，假设无外部信号输入改变系统运行状态，系统将进行下一步行动。

第五：

矿车卸货完成后，在没有外界信号输入改变运行状态时，矿车有卸货位置经平安的矿车轨道快速抵达装料位置，半途除转弯处速度降低外，明白上矿车运行速度维持在两倍有料运行速度。

以提高系统效率的目的。

四：

监测系统

系统运行后，由该系统随时对系统运行状况进行监测，使治理人员能把握系统的实时状态信息，了解系统执行情形，便于根高效率地对生产作出安排，提高生产效率。

五、紧急停车系统

在碰到紧急情形时，执行这一系统，使系统瞬中断电停车，幸免造成人员伤亡或设备损伤，保证工人的人一辈子平安及设备的正常运行时刻。

待排除故障后，通过预备系统检查后，接着执行系统未完成任务，确保人员平安和延长设备利历时刻。

第三节PLC机的程序设计

在硬件达到要求后，运用PLC及设计程序将各个硬件有机的结合起来，该程序设计运用三菱PLC进行编程及模拟。

程序执行框图如表4-2：

表4-2系统执行步骤

步骤

描述

第一步

准备系统

系统通电后，按下电源开关，系统开始自动检查各部件状态并提示灯亮

第二步

开始系统

运行开关闭合后，接收各个传感器传输信号，判别矿车所处位置，运行系统设计下一步

第三步

运行系统

系统准备就绪后，就可以根据矿场的需要进行系统的运行了，以便完成矿场矿物运输的工作

第四步

监测系统

系统开始运行后，由各个传感器向系统发送检测信号，系统对这些信号进行监测，随时根据系统设定做出反应

第五步

急停系统

当系统工作现场发生紧急情况时，有工作人员按下急停开关，使系统立即断电，停止运行

电路图如图4-1：

图4-1主驱动电动机电路图

PLC操纵程序截图如下：

图4-2系统梯形图

第五章自动化矿车的运用

第一节露天矿场中的应用

露天矿场中：

由于露天矿场地形平坦，轨道距离较长，弯道较少。

安装时注意安装基座的繁重性能，必要时能够在基座下加装大面积地基，位置传感器的距离能够相对远一些，到距离要适中。

露天矿场中应用此系统，由于扬尘严峻，而且部份机构部件受到风吹，日晒，雨淋等自然现象的阻碍，会对系统的稳固运行带来极大困难。

因此安装时在传感器上方加装壳体，避免自然环境对机构部件的阻碍。

露天矿场中，系统由于范围较广，传输线路较长，人员较多。

在安装时注意躲开人员活动密集区，因该系统设计运行速度较高，容易造成人员和设备的损伤，安装时应专门注意。

第二节地下矿井中的应用

该系统在地下矿井中安装时：

由于地下矿井中弯道、岔道较多，因此在大弯道的外侧安装爱惜装置，避免矿车通过此处是在向心力作用下向外侧翻，在内测安装滚轮，降低矿车转弯时的内测弯道摩擦力，提高运行效率。

还要注意矿井中的低矮路段的位置传感器安装位置，避免积水进入传感器和各个执行部件，造成事故，阻碍系统正常工作，

地下矿井中一样尘土比较多，注意各个部件安装位置应略高于轨道一小段，幸免款车在通过轨道时扬尘进入相对部件中造成阻碍，致使系统运行不稳固和没必要要的停车检修。

第六章可能碰到的问题及解决方案

第一节运行中突然停车

系统在运行进程中突然停车，要紧有三方面的缘故。

一方面是系统的传输线路显现故障，致使传感器无法发送检测指令或执行机构不能及时收到总控端口发送到命令。

解决方式是由专业技术人员对信号传输线路进行全面检查，找到故障点，及时改换传输线路或改变安装位置。

第二方面的缘故确实是：

由于工作环境的多尘状况致使相对运动部件间的磨损达到极限，阻碍相对运动，为保证人员平安，系统自动停车。

解决方式是有专业人员对系统的相对运动部件进行专业检测，查出磨损严峻的部件，进行维修或改换，并在各运动部件间加注润滑油。

第三方面的缘故确实是：

矿车在行进进程中碰到超过负载300%的作使劲，为保证人员平安及系统各个部件的长期利用，系统会自动停车，待查明缘故后，经检查系统确认后继续运行。

第二节不能准确停车

不能准确地依照系统初始设定位置停车、卸货、及运行，一种情形是：

由于传感器的检测故障，使系统错误地执行停车命令，解决方式是由专业人员对相应的传感器进行检查，及时维修或改换。

第二种情形是由于传输线路的干扰，致使系统传输线路中多出了没必要要的信号，是执行机构错误地接收命令。

解决方式是在保证人员平安的情形下，停止系统的运行，切断传输线路中的电信号源，使其接地，释放多余的电信号。

并对传输线路的交叉线路段进行检查，避免线路中的电信号相互干扰。

第三种情形是主驱动电机由于长时刻工作，和环境的阻碍。

造成驱动电机磨损加重，以至于