[机点自动化类论文精品]首山皮带运输系统自动化设计 (2).doc

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1、1 毕 业 设 计（论文） （说 明 书） 题 目： 首山皮带运输系统自动化设计首山皮带运输系统自动化设计 姓 名： 编 号： 指导老师： 学院 2010 年 03 月 20 日 2 毕 业 设 计 （论文） 任 务 书 姓名 专业 任 务 下 达 日 期 年 月 日 设计（论文）开始日期 年 月 日 设计（论文）完成日期 年 月 日 设计（论文）题目： A编制设计 B设计专题（毕业论文） 指 导 教 师 系（部）主 任 年 月 日 3 毕业设计（论文）答辩委员会记录 系 专业，学生 于 年 月 日 进行了毕业设计（论文）答辩。 设计题目： 专题（论文）题目： 指导老师： 答辩委员会根据学生提

2、交的毕业设计（论文）材料，根据学生答辩情况， 经答辩委员会讨论评定，给予学生 毕业设计（论文）成 绩为 。 答辩委员会 人，出席 人 答辩委员会主任（签字）： 答辩委员会副主任（签字）： 答辩委员会委员： 4 平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）评 语 第 页 共 页 学生姓名： 专业 年级 毕业设计（论文）题目： 评 阅 人： 指导教师： （签字） 年 月 日 成 绩： 系（科）主任： （签字） 年 月 日 毕业设计（论文）及答辩评语： 5 摘要摘要 本篇毕业设计介绍了一种利用先进的 PLC 技术对煤矿井下皮带运输机系统进行技 术控制和保护的方案；并且叙述了井下皮带运输机的基本原理、井下皮

3、带运输机监控 保护系统。 井下皮带运输机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井下皮带传输 机的控制和保护及井下皮带输送机。 井下皮带输送机系统的自动化设计，随着各种先进精确的诸多控制仪器的出现， 该设计方案也越来越先进，越来越趋于完美，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

4、井下皮 带运输机，整个控制系统设一个控制室。利用 PLC 控制皮带输煤机，实现了顺煤启动、 顺煤停止、故障停止、紧急停止的功能，并且有单台启动和一键两种控制方式， 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

5、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 ；井下皮带输送机； 平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文） 6 目录目录 摘要摘要.5 目录目录.6 第一章第一章 概述概述.7 1.1 首山矿概述.7 1.2 综合自动化系统.8 1.2.1 综合自动化系统概念.8 1.2.2 综合自动化总体设计理念.8 第二章第二章 带式输送机带式输送机.9 2.1 带式输送机的类型.9 2.2 各种带式输送机的特点.10 2.3 带式输送机的应用.10 2.4 带式输送机的发展状况.11 2.5 带式输送机的工作原理12 2.6 带式输送机的结构（以滚筒式结构为例介绍）.12 第

6、三章第三章 井下带式输送机控制装置井下带式输送机控制装置.17 3.1 基本情况.18 3.1.1 总体设计.18 3.1.2 系统功能.18 3.2 井下带式输送机控制装置.19 3.3 井下皮带系统控制.20 3.4 监测保护功能.20 3.5 上位监控功能.21 3.7 联网功能.21 3.8 扩展功能.22 3.9 安全功能.22 平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文） 7 第四章第四章 PLC 控制设计及电气原理图控制设计及电气原理图23 4.1S7-300 可编程控制器的情况 .23 4.2 井下远程 KTK（80）矿用隔爆兼本安型可编程控制装置23 4.2.1 主要功能特点

7、：.24 4.2.2KTK（80）矿用隔爆兼本安型可编程控制装置组成 .24 4.2.3 主要技术指标.24 4.2.4 结构特性.25 4.3 首山矿 PLC 控制设计26 致谢致谢.36 参考文献参考文献.37 平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文） 8 第一章第一章 概述概述 1.1 首山矿概述首山矿概述 首山一矿井田位于平顶山市东北，距平顶山市约 25km，行政区隶属襄城县管辖。 井田位于丘陵平原的过度部位。井田内可采及局部可采煤层 5 层，可采储量 308.49Mt，主采戊 9-10 及己 16-17(含己 15)煤层为中厚及厚煤层，厚度稳定，结构简单， 具备了建设现代化大型高

8、产高效矿井的资源条件。矿井正常涌水量 405.34m3/h；最大 涌水量 486.41m3/h。地质报告初步预测己及戊煤层为有瓦斯突出危险煤层，己煤层底 板埋深多在 730m 以下，钻孔实测岩温 39.7050.57，全部处在二级高温区，戊煤层 底板埋深多在 550m 以下，钻孔实测岩温 32.6242.99，大部处在二级高温区，少部 处在一级高温区。 采煤方法以走向长壁综采一次采全高采煤法为主。矿区煤炭生产计划目标是到原 煤产量达 22.00Mt/a，其中己组煤产量 10.76Mt/a。设计矿井年工作日 300d,每天 4 班作 业,每天净提升 14h。 首山一矿在设计时对矿井安全生产综合自

9、动化（简称综合自动化）方面考虑较少， 因此在矿井建设过程中对综合自动化系统建设缺乏总体的规划，对综合自动化涉及的 范围、目标定位、综合自动化的所起的作用、工程实施等方面都没有详细的规划。本 规划将从明确综合自动化系统概念开始，对综合系统化的必要性、可行性、适用性、 实效性等方面进行研究，并针对首山一矿的具体特点，规划综合自动化将要达到的目 标、具备的性能、包括的内容、工程实施的方案等方面进行有针对性的研究，以期指 导首山一矿建设安全生产综合自动化的工作。 1.2 综合自动化系统综合自动化系统 1.2.1 综合自动化系统概念综合自动化系统概念 综合自动化系统是应用现代电子技术和自动化技术对矿井生

10、产过程实现全面监控 的系统，把采掘生产设备监控系统、皮带运输监控系统、辅助生产设备监控系统等子 系统数据进行集中监控，实现生产及辅助生产各运行参数的统计并上传至矿区办公局 域网，这样使得煤矿生产和管理更加科学高效。 集成当今先进的计算机信息化、自动化和监测监控等技术，针对煤矿高危险、恶 劣环境的特点，通过系统优化和创新，开发煤矿综合自动化技术，在现场控制为主的 平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文） 9 局部控制系统基础上，实现以地面集中操作、分布控制为主的全过程控制。即通过生 产现场的设备层、控制层与信息层的集成，实现控制与管理的数据通讯与共享；通过 开发基于中间件技术的控制软件，将对

11、生产过程的控制、监测能力随网络的扩展而自 然延伸，直至实现通过互联网络进行的异地远程监测与维护。 综合自动化系统覆盖了全矿的生产过程，使用 WEB 浏览功能或安装客户端软件可 以使上级主管部门及时了解安全生产情况，进行远程实时监察，及时处理生产过程中 的不安全因素生产过程。 1.2.2 综合自动化总体设计理念综合自动化总体设计理念 综合自动化从去定义上来看应包括两个部分即“自动化”和“综合” 。所谓自动化 主要指矿井生产过程中的涉及的有关生产、安全、管理等方面的自动化子系统或监测 监控系统，这是综合自动化的基础。所谓“综合”是利用网络通讯技术将上述子系统 和监测监控系统的信息进行有机的集成，并

12、利用先进的计算机软件技术，建立矿井生 产的自动化模型，将各子系统的信息进行有机的共享和融合，形成符合生产工艺和安 全保障的控制策略，并反馈控制各子系统，实现远程控制、智能联动、综合故障诊断、 专家决策、事故预警等功能。 平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文） 10 第二章第二章 带式输送机带式输送机 2.1 带式输送机的类型带式输送机的类型 1.按牵引方式不同 可分为滚筒驱动式和钢丝绳牵引式两类 2.按输送带的强度不同 可分为通用型和强力型 3.按带式输送机作用不同 可分为转载式、伸缩式和固定式 4.按式输送机的安装方式不同 可分为落地式、吊挂式和组合式 2.2 各种带式输送机的特点各种

13、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

14、,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以上,最大可达 90。 6.压带式带输送机它是

15、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 平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文） 11 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。 2.3 带式输送机的应用带式输送机的应用 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

16、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。

17、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。 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

18、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。 2.4 带式输送机的发展状况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 平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文） 12 胶带输送机和排弃场的连续输送设施等。 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,

19、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 50C;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。 2.5 带式输送机的工作原理带

20、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

21、(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

22、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， 平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文） 13 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。 2.6 带式输送机的结构（以滚筒式结构为例介绍）带式输送机的结构（以滚筒式结构为例介绍） 图 2-1 带式输送机 1-卸载滚筒 2

23、-输送带 3-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 2.7 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： 平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文） 14 图 2-2 示防跑偏保护装置 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

24、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 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

25、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。 平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文） 15 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

26、）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。 图 2-3 堆煤保护装置

27、 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。 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。 平顶山工业职业技术

28、学院毕业设计说明书（论文） 16 图 2-4 烟温报警灭火系统装置 先导式电磁阀 原理：通电时，电磁力把先导孔打开，上腔室压力迅速下降，在关闭件周围形成上低 下高的压差，流体压力推动关闭件向上移动，阀门打开；断电时，弹簧力把先导孔关 闭，入口压力通过旁通孔迅速腔室在关阀件周围形成下低上高的压差，流体压力推动 关闭件向下移动，关闭阀门。 图 2-5 烟温报警灭火系统装置 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 平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文） 17 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 40-5

29、0m 安装 1 个紧急停止按钮，并接入带式 输送机控制系统。通常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。 图 2-6 沿线保护装置 平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文） 18 第三章第三章 井下带式输送机控制装置井下带式输送机控制装置 3.1 基本情况基本情况 首山一矿前期主要采两种煤，即己组和戊组煤，此两种煤质差异很大，因此采用 的是分采分运的方式进行生产，井下主运皮带目前已经基本安装完毕，主运皮带主要 有 6 条，包括，

30、己组上仓、己组上山、戊组上仓、已戊配仓和两条岩石皮带，沿线还 有两个主要的给煤机、若干翻板等。其中己组上仓和戊组上仓的电控已经完成设计， 皮带驱动采用隔爆变频器，但其控制系统主要是完成对单条皮带的保护和控制，没有 对皮带相关的给煤机、变频器、翻板、除铁器等进行控制，不能完成所有皮带的集中 协调控制。 3.1.1 总体设计总体设计 增加各节点煤仓的煤位检测。 可在皮带机头增加人员探测装置，防止人员靠近传动部位。 增加一套井下皮带运输系统系主控制 PLC，完成对给煤机、变频器的控制，现有 集控的 PLC 控制箱作为分站控制器，主控 PLC 采用现场通讯方式与分站 PLC 进行通 讯，完成各皮带的流

31、程控制，包括顺煤流启停，一键启停，根据煤仓的控制策略等功 能。 增加各节点煤仓的煤位检测。 在各溜煤嘴下口可增加防撕检测，能及时检测穿透皮带的尖锐物，防止大规模皮 带撕裂。 在各运输皮带距离皮带机头 50 米和 30 米分别配置物料检测器，以判断皮带的运 输状况，为皮带的顺煤流启停提供依据。 主控 PLC 采用以太网方式接入综合自动化系统。 在已组、戊组上仓的皮带分别设置两台皮带秤，用于计量原煤产量（含岩石） 。在 两条岩石皮带上分别设置皮带秤用于计量岩石量，并配合主运皮带的皮带秤计算准确 的原煤产量。 3.1.2 系统功能系统功能 平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文） 19 图 3-

32、1 系统功能 操作控制分远程集控、就地集控和就地手动三种操作方式。可以通过各种逻辑闭 锁设置实现皮带运输机轻载启动，有效减少电机及各方面损耗，实现节能增效。 1、远程集控操作方式 远程集控方式的控制操作在工控机上进行。系统在进入集控方式后，根据键盘/鼠 标的输入自动启动/停止皮带机的运行状况，所有的皮带机保护自动投入运行，并能实 现必要的联锁及保护报警。 运行过程中，若设备出现故障或事故，能立即停止该设备，系统设置“紧急停车” 按钮，在按下“紧急停车”按钮后，立即停止所有设备。 系统启动前，请将机头控制箱的转换开关应处于程控位置。 2、就地集控操作方式 就地集控操作方式在井下皮带操作台操作，系

33、统可设置每条皮带机的联锁/解锁状 态。联锁自动方式下，皮带机可按正常闭锁关系实现启动、停机及自动闭锁停机；解 平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文） 20 锁手动方式下，皮带机在无闭锁关系的状态下启停机。 3、手动操作方式 当启动皮带机的机头矿用隔爆兼本安型可编程控制装置的转换开关处于手动位置 时，可在机头控制箱上实现就地启停机。此方式用作检修试验，一般不作为正常使用 方式。 3.2 井下带式输送机控制装置井下带式输送机控制装置 控制装置由就地控制装置与远程可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

34、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。 3.3 井下皮带系统控制井下皮带系统控制 井下主煤流控制分就地控制和远程控制两种。就地是指在井下设备现场控制台实 现控制，这里不做说明。远程控制分为单台启动和一键启动两种。 1、单台启动 当控制方式显示为远控时，操作员可以对设备进行开停控制。井下皮带开机先后 顺序为 12010 皮带，己煤下山皮带，己煤上仓皮带，己煤上仓给煤机。操作员可根据 以上顺序依次开启主煤流上的各个设备。 在主界面下选择分部控制进入各条皮带的分部控制界面。 分布控制界面上可对井下主煤流系统的各个设备

35、进行控制。皮带各个设备根据煤 流顺序设计闭锁保护，保证操作员误操作时不会出现堆煤现象。 2、一键启动 井下皮带系统除了能够分部控制以外，还具备一键启停的功能。 在设备全部打在远控方式时，操作员就可以对主煤流系统进行一键开停的快捷方 便控制。 在启动过程中，如有紧急情况，可按“一键停止按钮” ，系统会自动取消整个启动 过程，开启的设备会立即停止。 按下“一键停止按钮” ，整个系统的设备就会停止运行。 煤流系统运行界面主要用于实时监测各条皮带的运行参数和保护状态皮带系统正 常运转在该界面上显示煤流状态。参数包括皮带带速，电机电流，拉线编码和皮带各 项保护：拉线，跑偏，打滑，堆煤，烟雾洒水，纵撕，开

36、关过流等。 另外，画面还显示皮带，给煤机等的操作方式，以便操作员进行操作。 平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文） 21 主界面上有集中一键启动系统按钮，当各个设备操作方式为远控时，操作员可通 过一键控制按钮控制整个井下主煤流系统的启停。 3.4 监测保护功能监测保护功能 为确保系统安全运行，在配备相应检测保护装置基础上，系统对被测设备能够实 现各种检测与保护功能。例如，皮带机速度、打滑、拉绳急停闭锁、跑偏、纵向撕裂、 温度等检测与保护功能。 皮带机的检测及保护信号包括闭锁、跑偏、电机壳温度、烟雾、速度、洒水、纵 撕、堆煤等。 这些保护功能已经设计，不在本方案中 3.5 上位监控功能上位

37、监控功能 上位机软件运行在控制决策中心的监控平台上，具备强大功能，包括抢先多任务、 多线程、即插即用硬件兼容性等。上位机监控软件集成在综合自动化整体系统中。 系统通过友善的人机界面和一系列形象生动的画面，来显示实时生产画面、趋势 画面、报表画面、复合窗口画面等。其典型的特点： 生动形象的流程图显示： 利用系统提供的基本图形功能和已有的图库以及图形的动态属性可组合成实时动 态生产流程画面。 实时数据的多态显示： 在一个画面上可将数据用数值、棒图、折线图、仪表单元图、二维显示图、颜色 的变化、闪烁、反转来进行显示。 灵活的复合窗口： 用户不必进行画面的切换，就可以显示所需要的复合窗口（小型显示框）

38、 ，例如报 警窗口，辅助窗口（操作指令说明） 、仪表图窗口、过程参量窗口等。复合窗口可以与 其他画面组合，特别是与流程图组合，可构成用户用起来很方便的操作画面。 易于操作： 系统生成的所有操作画面均经过汉化处理，对于某些操作设备有操作帮助信息， 使操作者更容易掌握。在流程图画面上，制作上相应的控制按钮，通过鼠标点击画面 上的按钮，就可完成相应的控制。 3.6 管理功能管理功能 系统能实现实时采集数据的记录与统计,人工输入数据的记录与统计以及信息查询 显示与打印功能。显示与打印的信息包括： 平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文） 22 工艺设备的运行状态如：设备开停等； 设备故障状态如：故

39、障停机，皮带保护信号等。 3.7 联网功能联网功能 系统可与上一级系统或网络汇接，可以输出设备状况、运行方式、时间等数据。 也可以接受上一级系统发来的数据和指令等信息。 3.8 扩展功能扩展功能 矿用隔爆兼本安型可编程控制装置内部 PLC 留有备用容量和接口，可以很方便地 进行扩展，采用分布式结构使系统具有良好的扩展性，例如皮带机随生产的发展增多， 可方便增加皮带机监控分站，而不需要对原设备进行改动。同时采用 PROFIBUS 工业 现场总线进行各分站间的通讯，使得系统的扩展更为方便。 3.9 安全功能安全功能 矿用隔爆兼本安型可编程控制装置内部 PLC 与被控设备之间采用中间继电器柜隔 离，

40、以保证输入/输出信号的安全。 另外对于皮带驱动方式可以进行变频或软启动的改造。改造后可以提供与 PLC 通 讯 485 接口，并于皮带综保进行数据通讯。还可以具有漏电闭锁保护、过载保护、断 相保护、短路保护、过电压保护、电流截止保护、可控硅温度过高保护等各种故障保 护功能。 井下皮带运输集控系统列表如下： 序号名 称型 号 数 量 单 位 备注 1PLC 监控主站 1台 2电源继电器箱 1台 3以太网通讯模块 1块 3PLC 控制软件 1套 4物位计 8套 5煤仓煤位检测雷达 4套 平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文） 23 6防撕检测 4套 7通讯电缆 5.0KM 8控制电缆 1.0

41、KM 9电子皮带秤ICS-17J 4台 防爆 第四章第四章 PLC 控制设计及电气原理图控制设计及电气原理图 4.1S7-300 可编程控制器的情况可编程控制器的情况 首山矿井下皮带运输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。 1.S7-300 可编程控制器的基本结构： 图 4-1 S7-300 可编程控制器的基本结构 2.S7-300 可编程控制器的外形图: 平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文） 24 图 4-2 S7-300 可编程控制器的外形图 4

42、.2 井下远程井下远程 KTK（80）矿用隔爆兼本安型可编程控制装置）矿用隔爆兼本安型可编程控制装置 4.2.1 主要功能特点：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

43、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。 4.2.2KTK（80）矿用隔爆兼本安型可编程控制装置组成）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。 4.2.3 主要技术指标主要技术指标 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：

44、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： 平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文） 25 1.基本配置 一个中央处理单元（CPU）本体：30 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 2.信号转换 24 路本安开关量信号（无电位接点）转换成非安无电位接点输出。 点容量 250V/5A （阻性） 3. 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） 4.逻辑控制电

45、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。 4.2.4 结构特性结构特性 控制装置为矿用隔爆兼本质安全型。标志为“E x dI bI”,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 S7-300plc 构成 中央处理器模块(CPU) 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

46、示灯、 模式转换开关、24V 电源端子、电池盒和存储卡插槽。 有的 CPU 上集成有 PROFIBUSDP 通讯接口等。 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 平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文） 26 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

47、SM331 和模拟量输出模块 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。用于数字量和模拟量输入输出。 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。用于高速计数，定位操作 (开环或闭环定位)和闭环控制 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 PROFIBUS 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 CP343-1 接口模块(1M) 用于多机架配置时连接主机架(CR)和扩展机架(ER)。S7300 通过分布式的主机架 (CR)和 3 个扩展机架(ER)，可以操作多达 32 个模块。运行时无需