煤矿皮带运输监控系统设计.docx

1、煤矿皮带运输监控系统设计摘 要本篇毕业设计介绍了一种利用先进的PLC技术对煤矿企业皮带机系统进行技术改造的方案；并且叙述了皮带机的基本原理、皮带机监控系统的工程设计步骤。输煤皮带系统是工矿企业中较为庞大的一个公用系统，现阶段的大多数企业中，其输送过程是通过皮带输送机来完成，整个输煤系统有多台输送距离较长的皮带输送机组成。输煤系统的主要任务是由料斗和皮带的传递将煤由给煤机输送到洗煤厂，再经由皮带机传送到煤仓。在此次设计中主要概述了输煤过程中对皮带传输的控制和监控。输煤皮带控制系统的设计是一个很传统的课题，现在随着各种先进精确的诸多控制仪器的出现，输煤皮带控制的设计方案也越来越先进，越来越趋于完美

2、，各种参考文献也数不胜数。该系统用西门子公司S7-300系列PLC作为控制核心，整个系统采用了一台PLC控制3台皮带机，整个控制系统设一个控制室。利用PLC控制皮带输煤机，实现了逆煤启动、顺煤停止、故障停止、紧急停止的功能，并且有手动控制和自动控制两种控制方式， 从而实现了输煤系统的自动化功能。 可编程控制器（简称PLC）由于其将系统的继电器技术，计算机技术和通信技术融为一体，以其可靠性高，稳定性好、抗干扰能力强，以及编程简单，维护方便，通讯灵活等众多优点，广泛应用于工业生产过程和装置的自动控制中。PLC不仅能实现复杂的逻辑控制，还能完成定时、计算和各种闭环控制功能。设置性能完善、质量可靠、技

3、术先进的可编程控制器PLC控制皮带运输机监控系统，可以实现高自动化的皮带机群的集中控制（包括遥控）及保护。关键字：可编程序控制器；输煤自动控制系统 ；皮带输送机；单机控制；第1章 带式输送机1.1带式输送机的应用带式输送机是连续运输机的一种，连续运输机是固定式或运移式起重运输机中主要类型之一，其运输特点是形成装载点到装载点之间的连续物料流，靠连续物料流的整体运动来完成物流从装载点到卸载点的输送。在工业、农业、交通等各企业中,连续运输机是生产过程中组成有节奏的流水作业运输线不可缺少的组成部分。连续运输机可分为:(1)具有挠性牵引物件的输送机,如带式输送机,板式输送机,刮板输送机,斗式输送机、自动

4、扶梯及架空索道等;(2)不具有挠性牵引物件的输送机,如螺旋输送机、振动输送机等;(3)管道输送机(流体输送),如气力输送装置和液力输送管道.胶带输送机也叫皮带输送机或带式输送机，是组成有节奏的流水作业线所不可缺少的经济型物流输送设备。皮带机按其输送能力可分为重型皮带机如矿用皮带输送机，轻型皮带机如用在电子塑料，食品轻工，化工医药等行业。皮带输送机具有输送能力强，输送距离远，结构简单易于维护，能方便地实行程序化控制和自动化操作。运用输送带的连续或间歇运动来输送100KG以下的物品或粉状、颗状物品，其运行高速、平稳，噪音低，并可以上下坡传送。1运行平稳调速方便的皮带既可以运煤，又可以在低速是拉人。

5、2在低速阶段可以下坡传送。3输送量大，在同等的基建投资下是直接提升系统的很多倍。皮带输送机具有输送量大、结构简单、维修方便、部件标准化等优点，它广泛应用于矿山、冶金、煤炭等部门，用来输送松散物料或成件物品，根据输送工艺要求，可以单台输送，也可多台组成或与其他输送设备组成水平或倾斜的输送系统，以满足不同布置形式的作业线需要。胶带输送即可在环境温度20至40范围内使用，输送物料的温度在50以下。1.2带式输送机的分类带式输送机分类方法有多种,按运输物料的输送带结构可分成两类,一类是普通型带式输送机,这类带式输送机在输送带运输物料的过程中,上带呈槽形,下带呈平形,输送带有托辊托起,输送带外表几何形状

6、均为平面;另外一类是特种结构的带式输送机,各有各的输送特点.其简介如下:1.3各种带式输送机的特点（1）.QD80轻型固定式带输送机QD80轻型固定式带输送机与TD型相比,其带较薄、载荷也较轻,运距一般不超过100m,电机容量不超过22kw.（2）.它属于高强度带式输送机,其输送带的带芯中有平行的细钢绳，一台运输机运距可达几公里到几十公里.（3）.U形带式输送机它又称为槽形带式输送机,其明显特点是将普通带式输送机的槽形托辊角由提高到使输送带成U形.这样一来输送带与物料间产生挤压,导致物料对胶带的摩擦力增大,从而输送机的运输倾角可达25.（4）. 管形带式输送机U形带式输送带进一步的成槽,最后形

7、成一个圆管状,即为管形带式输送机,因为输送带被卷成一个圆管,故可以实现闭密输送物料,可明显减轻粉状物料对环境的污染,并且可以实现弯曲运行.（5）.气垫式带输送机其输送带不是运行在托辊上的,而是在空气膜(气垫)上运行,省去了托辊,用不动的带有气孔的气室盘形槽和气室取代了运行的托辊,运动部件的减少,总的等效质量减少,阻力减小,效率提高,并且运行平稳,可提高带速.但一般其运送物料的块度不超过300mm.增大物流断面的方法除了用托辊把输送带强压成槽形外,也可以改变输送带本身,把输送带的运载面做成垂直边的,并且带有横隔板.一般把垂直侧挡边作成波状,故称为波状带式输送机,这种机型适用于大倾角,倾角在30以

8、上,最大可达90.（6）.压带式带输送机它是用一条辅助带对物料施加压力.这种输送机的主要优点是:输送物料的最大倾角可达90,运行速度可达6m/s,输送能力不随倾角的变化而变化,可实现松散物料和有毒物料的密闭输送.其主要缺点是结构复杂、输送带的磨损增大和能耗较大.（7）.钢绳牵引带式输送机它是无际绳运输与带式运输相结合的产物,既具有钢绳的高强度、牵引灵活的特点,又具有带式运输的连续、柔性的优点。1.4带式输送机的发展状况目前带式输送机已广泛应用于国民经经济各个部门,近年来在露天矿和地下矿的联合运输系统中带式输送机又成为重要的组成部分.主要有:钢绳芯带式输送机、钢绳牵引胶带输送机和排弃场的连续输送

9、设施等.这些输送机的特点是输送能力大(可达30000t/h),适用范围广(可运送矿石,煤炭,岩石和各种粉状物料,特定条件下也可以运人),安全可靠,自动化程度高,设备维护检修容易,爬坡能力大(可达16),经营费用低,由于缩短运输距离可节省基建投资.目前,带式输送机的发展趋势是:大运输能力、大带宽、大倾角、增加单机长度和水平转弯,合理使用胶带张力,降低物料输送能耗,清理胶带的最佳方法等.我国已于1978年完成了钢绳芯带式输送机的定型设计.钢绳芯带式输送机的适用范围:（1）适用于环境温度一般为C;在寒冷地区驱动站应有采暖设施; （2）可做水平运输,倾斜向上(16)和向下运输,也可以转弯运输;运输距离

10、长,单机输送可达15km; （3）可露天铺设,运输线可设防护罩或设通廊; （4）输送带伸长率为普通带的1/5左右;其使用寿命比普通胶带长;其成槽性好;运输距离大. 1.5 带式输送机的工作原理带式输送机又称胶带运输机,其主要部件是输送带,亦称为胶带,输送带兼作牵引机构和承载机构.带式输送机组成及工作原理如图1-1所示,它主要包括一下几个部分:输送带(通常称为胶带) 、托辊及中间架、滚筒拉紧装置、制动装置、清扫装置和卸料装置等.输送带1绕经传动滚筒2和机尾换向滚筒3形成一个无极的环形带.输送带的上、下两部分都支承在托辊上.拉紧装置5给输送带以正常运转所需要的拉紧力.工作时,传动滚筒通过它和输送带

11、之间的摩擦力带动输送带运行.物料从装载点装到输送带上,形成连续运动的物流,在卸载点卸载.一般物料是装载到上带(承载段)的上面,在机头滚筒(在此,即是传动滚筒)卸载,利用专门的卸载装置也可在中间卸载.普通型带式输送机的机身的上带是用槽形托辊支撑,以增加物流断面积,下带为返回段(不承载的空带)一般下托辊为平托辊.带式输送机可用于水平、倾斜和垂直运输.对于普通型带式输送机倾斜向上运输,其倾斜角不超过18,向下运输不超过15.输送带是带式输送机部件中最昂贵和最易磨损的部件.当输送磨损性强的物料时,如铁矿石等,输送带的耐久性要显著降低.提高传动装置的牵引力可以从以下三个方面考虑：（1）增大拉紧力。增加初

12、张力可使输送带在传动滚筒分离点的张力增加，此法提高牵引力虽然是可行的。但因增大必须相应地增大输送带断面，这样导致传动装置的结构尺寸加大，是不经济的。故设计时不宜采用。但在运转中由于运输带伸长，张力减小，造成牵引力下降，可以利用拉紧装置适当地增大初张力，从而增大，以提高牵引力。（2）增加围包角对需要牵引力较大的场合，可采用双滚筒传动，以增大围包角。（3）增大摩擦系数其具体措施可在传动滚筒上覆盖摩擦系数较大的衬垫，以增大摩擦系数。通过对上述传动原理的阐述可以看出，增大围包角是增大牵引力的有效方法。故在传动中拟采用这种方法。1.6 带式输送机的结构（以滚筒式结构为例介绍）1-卸载滚筒 2-输送带 3

13、-传动滚筒 4-导向滚筒5-拉紧滚筒 6-拉紧装置 7-紧绳装置 8-上托辊9-下托辊 10-机身钢丝绳 11-清扫器 12-机尾滚筒1.7 带式输送机的保护措施1、防跑偏保护装置防跑偏保护装置的作用原理：它由防偏传感器的动触头和固定触头接触，通过控制箱控制带式输送机断电停机。一般利用带柄的滚式行程开关队输送带的跑偏进行检测。皮带输送机跑偏的处理方法：（1）自动托辊调偏：当输送带跑偏范围不大时，可在输送带跑偏处，安装调心托辊。（2）单侧立辊调偏：输送带始终向一侧跑偏，可在跑偏的一侧跑偏范围内加装若干立辊，使输送带复位。 （3）适度拉紧调偏：当输送带跑偏忽左忽右方向不定时，说明输送带过松，可适当

14、调整拉紧装置以消除跑偏。 （4）调整滚筒调偏：输送带在滚筒处跑偏，检查滚筒是否异常或窜动，调整滚筒至水平位置正常转动，消除跑偏。（5）校正输送带接头调偏：输送带跑偏始终一个方向而且最大跑偏在接头处，可校正输送带接头与输送带中线垂直消除跑偏。 （6）垫高托辊调偏：距离一定，可在跑偏方向的对侧垫高托辊若干组，消除跑偏。 （7）调整托辊调偏：输送带跑偏方向一定，检查发现托辊中线与输送带中线不垂直，就可调整托辊，消除跑偏。 （8）消除煤泥调偏：输送带跑偏点不变，发现托辊、滚筒粘着煤泥，就要消除煤泥调偏。 （9）校正给料调偏：输送带轻载不跑偏，重载跑偏，可调整给料重量及位置消除跑偏。 （10）校正支架调

15、偏：输送带跑偏方向、位置固定，跑偏严重，可调整支架的水平和垂直度。2、防滑保护装置防滑保护装置的作用原理：管式打滑保护装置一般将传感器的磁铁安装在导向滚筒的侧面，用螺栓固定。传感器安装在导向滚筒相近处。如输送带在运行中发生断带、打滑时，导向滚筒的速度将发生变化，通过传感器反映的导向滚筒转速降至设定值时，保护装置发出信号，让带式输送机停止运行。 防止输送带打滑具体措施有：（1）、经常检查输送带的张紧程度，适度拉紧输送带。 （2）、经常检查输送带接头状况。 （3）、采取有效的防淋水措施。（4）、保证清扫装置、防打滑装置的可靠运行。 （5）、装载量要控制，严禁超载运行。 （6）、停机时要拉清输送带上

16、的煤，且不得再装载3、堆煤保护装置。 堆煤保护装置，又叫煤位保护装置。它是一种用来检测煤仓是否装满或转载点是否堆积堵塞的装置。当发生堆煤时，堆煤保护装置控制带式输送机停机。堆煤保护装置的作用原理：碳极式堆煤保护装置，由堆煤传感器和控制箱构成。堆煤传感器（一条电缆或特制的煤位探头）置于煤仓或转载点某一高度处作为固定触头，以煤作为动触头，当煤堆到一定高度与堆煤传感器相接触时，控制箱便控制带式输送机断电停机 4、烟温报警灭火系统装置 烟温报警灭火系统装置主要由控制箱、传感器、声光报警器和喷水装置组成。 一般烟雾保护的传感器为光敏和气敏元件，它的安装位置一般在机头卸载滚筒下风口的5m 范围内的巷道内。

17、 温度保护通常采用热电偶元件或热敏电阻作为监视温度的传感器。 对于运动部件（如传动滚筒）是利用铁磁材料的磁导率与温度的变化关系，用磁感应脉冲发送器作为传感器，一旦温度过高，保护装置动作，输送机便停止运行。烟温报警灭火系统装置能够连续监测矿井带式输送机系统温度和烟雾的变化情况。当带式输送机周围温度和烟尘浓度达到设定值时，装置中的报警器发出声光报警，同时断电停机，洒水灭火。5、沿线保护装置 沿线保护装置的作用就是在带式输送机的任何部位都可以人为地停止输送机的运转，及时控制带式输送机事故的发生和扩展。 （1）、按钮式沿线保护装置，即每隔40-50m安装1个紧急停止按钮，并接入带式输送机控制系统。通常

18、安装在带式输送机机巷的外邦上。 （2）、拉线式沿线保护装置，又称沿线急停开关。它用铁丝或钢丝绳控制一个小的行程开关，行程开关接入带式输送机控制系统。这种保护装置通常安装在带式输送机机架上靠人行道一侧。 6、胶带传送机系统的强大功能（1）查看生产现场的实时数据及流程画面，浏览各实时/历史趋势画面；开关的通断、位移、速度、加速度、质量、大小、颜色、电压、电流、温度、压力、流量、液位、物质浓度、亮度、酸碱度、种类繁多的化学及生物物理量。这样，工业控制过程和科学实验五彩缤纷的客观世界就可呈现在计算机屏幕上，这是人们梦寐以求的，因为“一幅画可抵得上千言万语”。（2）自动打印各种实时/历史生产报表；（3）

19、及时得到各种过程报警和系统报警；（4）在需要时，人为干预生产过程，修改生产过程参数和状态；（5）与管理部门的计算机联网，为管理部门提供生产实时数据。通过共享存储器的DDE技术为实现控制网络与信息网络的集成提供了技术支持，有很强的实时性。工程设计以工控计算机IPC作为通信处理机，同时也 是2个网络的工作站，跨接控制网络和信息网络，在沟通2个网络中起桥梁作用。通信处理机方法实现2个网络间各站点的通信，是整个集成网络的 关键，它能实现以下功能:搜集控制网络上各站点的实时数据信息，写入信息网络的数据库，以便信息网络用户浏览、查询;将信息网络用户的控制信息及时下达至控制网络的指定工作站点。1.8 主要监

20、控设备带式输送机的运输系统复杂，环节多，运量大，所用的设备种类多，要求高。对于高产高效的现代化矿井的运输系统就必须做到减少环节，消除煤流的停顿 ，实行不间断的运输连续化 、控制 、检测自动化 ，才能达到高产高效减员提效的目的。 近年来，国内自动化研究单位在带式运输机控制方面作大量的工作。研制出以单片机和可编程序控制器为主的主控机。以灯光、模拟盘、控制台等屏幕显示的胶带动输机监控监测装置。该带式输送机系统以及辅助设备的运输系统采用的是一个及自动化、信息化、计算机、网络通信为一体的高新技术自动化控制系统。1、网络控制装置该装置控制核心部分采用组态软件控制系统，其他主要元件均采用进口元件，通过装置可

21、以实现胶带机的就地自动控制和远程自动控制两种控制方式。采用就地自动控制方式时，通过就地开停控制器的指令输入，自动启动或停止各台电机。采用远程自动控制方式时，通过传输线路接收控制中心的控制指令，自动启动或停止各台电机。该装置亦可同时完成多台胶带机控制、保护动作及相关数据的处理。其主要功能和特点如下：（1）可以采集或接入各种参数、保护信号（开关量和模拟量），并具有扩展性；（2）可以方便定义和修改所有被测模拟参数的报警值、保护动作值；（3）实现多路控制输出，启动或停止有关设施（有的输出带延时，且延时时间可调）；（4）实现采集数据、参数、运行状态的就地显示，并可上传地面中心站；（5）实现故障位置、原因

22、、类型等的就地显示，并可上传地面中心站；（6）具有检修时的安全闭锁功能；（7）具有运行方式选择及防止非规定操作人员随意操作的保护措施；（8）与地面断开后系统仍能正常运行在就地或自动方式下；（9）控制装置可接收各类传感器信号；（10）提供电流和温度的时实监测。2、主要技术参数电源电压等级 交流 127V或 660V （一路）本安电源 直流 24V 280 mA开关量输入 12点（本安接点）开关量输出 8点（继电器）模拟量输入 8点（4-20mA）接线喇叭嘴 16个（A1规格） 20个（A2规格）设备的程控报警画面第2章 井下带式输送机控制装置 2.1 控制装置组成：控制装置由就地控制装置与远程可

23、编程控制器控制装置两部分构成。采用就地控制方式时，操作人员可通过机旁就地操作箱对皮带进行控制，这种方式为单台皮带的启停；采用远程自动启动或停止各台电机时，操作人员通过地面集控室的工控机发送控制指令，实现皮带组的起、停顺序控制与单台皮带单独控制。2.2 井下远程KTK（80）矿用隔爆兼本安型可编程控制装置本装置控制核心部分采用德国西门子公司生产的S7-300可编程控制器，配以检测保护装置和控制设备，构成一套完整的控制系统。通过该装置可以实现输送机远程联锁与单台两种控制方式。2.2.1 主要功能特点：1、可以采集或接入各种参数、保护信号 （开关量和模拟量），并具有扩展功能。2、可以方便定义和修改所

24、有被测模拟参数的报警值、保护动作值。3、实现多路控制输出，启动或停止有关设施（有的输出带延时，且延时时间可以调）。4、实现采集数据、参数、运行状态的就地显示，并可以上传地面中心站。5、实现故障位置、原因、类型等的就地显示，比可以上传地面中心站。6、具有检修时的安全闭锁功能。7、与地面断开后系统仍能正常运行在就地或自动方式下。 8、控制装置可接收各类传感器信号。 9、提供电流和温度的时时检测。 10、具有以太网接口功能。2.3 KTK（80）矿用隔爆兼本安型可编程控制装置组成KTK（80）矿用隔爆兼本安型可编程控制装置内由S7-300系列PLC可编程控器、电源组件、中间隔离继电器组成。控制装置与

25、控制装置之间由PROFIBUS协议通讯，控制装置与工控机之间通过TCP/IP协议进行通讯，实现实时监控。2.4 主要技术指标 电源： 输入电压：AC 127V或220V或660V 电压允许波动：+15%-20%：50HZ 纹波：300mV 一组本安电源：DC12V,过压保护值小于15V,最高开路电压小于13V,最大短路电流小于750mA 一组非安电源：DC24V 基本配置： 1 基本配置 一个中央处理单元（CPU）本体：24点输入，16点输出。 一个4点输入模拟量模,一个通讯模块2 模块电源 A. AC220V输入 B. DC24V输出 信号转换 24路本安开关量信号（无电位接点）转换成非安无

26、电位接点输出。 点容量250V/5A （阻性） 隔离电路 PLC输入/输出，均有隔离措施。隔离路数为12路。接点容量250V/5A （阻性） 逻辑控制电路 作为本控制装置的手动操作控制。此时，可编程控制器为脱机状态。2.5 结构特性控制装置为矿用隔爆兼本质安全型。标志为“ExdibI”.本产品的结构分接线盒与箱体和机芯两大部分，箱体的门盖采用快开门时结构。接线盒：由传感器输入；开关输入；控制负载输出；电源等几部分构成箱体和机芯：由S7-300系列PLC可编程控器、电源组件、中间隔离继电器构成2.6 KTK（80）矿用隔爆兼本安型可编程控制装置工作原理s7-300plc 中央处理器模块(CPU)

27、 各种型号的CPU有不同的性能，例如有的CPU集成了数字量和模拟量的IO通道，有的CPU集成了PROFIBUSDP的通信接口。CPU面板上有状态指示灯、模式转换开关、24V电源端子、电池盒和存储卡插槽。电源模块(PS) 电源模块用于将220V交流电转换为24V直流电，供给CPU和其他模块使用。电源模块的额定输出电流有2A、5A和10A 3种，电源模块的面板上有工作开关和状态指示灯，当电源过载时指示灯会闪烁。信号模块(SM) 信号模块包括了数字量和模拟量的IO模块，它们作为PLC的过程输入和输出通道。信号模块主要有数字量输入模块SM321、数字量输出模块SM322、模拟量输入模块SM331和模拟

28、量输出模块SM332。模拟量输入模块可以输入热电偶、热电阻、DC420mA和DC010V等多种不同类型和不同量程的模拟量信号。信号模块通过背板总线将现场的过程信号传递给CPU。 功能模块(FM)功能模块主要用于对实时性和存储容量要求较高的特殊控制任务，例如计数器模块、快速慢速进给驱动位置控制模块、电子凸轮控制器模块、步进电动机定位模块、伺服电动机定位模块、定位和连续路径控制模块、闭环控制模块、工业标识系统的接口模块、称重模块、位置输入模块和超声波位置解码器等。通信处理器(CP)通信处理器用于PLC与PLC之间、PLC与计算机之间、PLC与其他智能设备之间的通信，它可以将PLC连人PROFIBU

29、S现场总线、AS-I现场总线和工业以太网，或用于实现点对点通信等。通信处理器可以减轻CPU处理通信的负担，并减少用户对通信的编程工作。信号模块CP343-1s7-300输入、输出端子分配控制原理控制功能：就地、远方控制；远方控制分：连续、单独 保护：跑偏、拉线、堆煤。温度、速度、过流控制对象：信号，给煤机、皮带电机，电磁阀 就地控制装置就地控制装置组成：启动按钮、停止按钮、接触器、PLC输出继电器接点等就地控制原理图第三章、皮带运输监控系统功能及具体应用3.1显示功能 （1）工况图显示 工况图动态显示两条胶带机的工况，以及主要保护及有关参数信息。 （2）信息图显示实时显示各胶带机开停状态及运行

30、速度，拖动电机电压、电流、开关时间、停机时间等参数。（3）故障及保护显示实时显示胶带机和各种保护传感器的工作状态，显示胶带机的故障类型，分站之间通信是否正常。（4）历史查询电机电流、皮带速度历史趋势图查看，相关数据报表显示和历史数据查询。3.2 控制功能远程联锁自动控制远程单台自动控制3.3 故障自诊断功能 可准确判断故障类型、位置并能进行图像和语音提示。3.4保护功能系统具有堆煤、沿线急停、超温、烟雾、跑偏、自动洒水等多种保护。3.5 记录功能系统能记录规定时期内，每条皮带的开停时间，能记录每条皮带机的电流曲线和故障情况。3.6报表管理功能进行生产管理，包括事件记录、运行日志报表、各胶带机累

31、计运行时间、各胶带机起、停走时间等。系统结构示意图3.7硬件部分系统中的设备配置如下表所示：皮带机控制系统主要设备标2-1序号设备名称规格型号单位数量1I/O服务器IBM3400塔式台12PLC控制柜KXJW台23接线盒JHB660台24就地操作箱非标台25跑偏传感器KHP1/12台86拉绳急停KHS1/12L台47堆煤传感器BMQ-1台28速度传感器KG500TA台29超温洒水控制器KBJS2-127V套210多功能扩音电话KTT3套43.8软件部分本系统设计开发过程中涉及以下系统及应用程序开发软件：Microsoft Windows 2003 ServerMicrosoft Windows XP SP3Microsoft Office 2003Intellntion iFi