【正文】 部的基本運輸單元就是單臺膠帶機(jī)。往返運行式運輸設(shè)備的特點是，在運行區(qū)間，以一定 的方式，作往返式周期性運行，運行中需要操作換向。礦井中，運輸線路比較長，巷道條件多種多樣，運輸若不通暢，采掘工作或是其它的工作都無法進(jìn)行，整個煤炭生產(chǎn)系統(tǒng)將處于癱瘓狀態(tài)。監(jiān)控系統(tǒng)由操作臺和可編程控制器組成，操作臺用來后臺管理和實時顯示運行信息，可編程控制器主要來完成現(xiàn)場信號的采集和實時控制。要求開發(fā)出相關(guān)的綜合監(jiān)測與保護(hù)、手動與自動控制部分的界面程序，進(jìn)行模擬量和數(shù)字量輸入輸出模塊的選擇，并設(shè)計出整個系統(tǒng)的綜合保護(hù)和自動控制原理圖；在硬件條件具備情況下，進(jìn)行程序的調(diào)試和修改，以驗證軟件的正確性。 另外，完成一篇與課題相關(guān)的 3000 字英文翻譯。文中首先詳細(xì)介紹了膠帶監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)成和應(yīng)具有的功能，通過分析膠帶輸送機(jī)常見故障類型、故障檢測傳感器選型，確定監(jiān)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)；在此基礎(chǔ)上采用 S7300PLC對系統(tǒng)進(jìn)行硬件和軟件設(shè)計，其中包括 PLC的模塊配置及外部連線，梯形圖程序設(shè)計；并以 SIMATIC配套觸摸屏組態(tài)軟件 PROTOOL為基礎(chǔ)，開發(fā)設(shè)計了操作 臺監(jiān)控顯示系統(tǒng)；最后提出了以單個膠帶監(jiān)控系統(tǒng)為分站，建立由若干分站、地面總站及控制網(wǎng)絡(luò)等組成的，針對膠帶機(jī)群的監(jiān)控系統(tǒng)思想。 礦井運輸機(jī)械的類型很多，按運行方式不同，可分為連續(xù)運行和往返運行兩種。機(jī)車運輸及單繩牽引運輸?shù)葘儆诖祟愡\輸設(shè)備 [1][2]。在煤礦中，煤流運輸一般在幾公里到十幾公里之間，因此它的運輸系統(tǒng)要有多臺膠帶輸送機(jī)、給煤機(jī)、煤倉等構(gòu)成，協(xié)調(diào)配合完成長距離運輸任務(wù) [2]。第一階段是每個傳感器需一對傳感線連接到地面的星型結(jié)構(gòu)。中心站計算機(jī)和各分站曾集散型積木結(jié) 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 2 頁 構(gòu)。為適應(yīng)現(xiàn)代工業(yè)控制的實際需要，工業(yè)組態(tài)軟件的開發(fā)和使用將成為今后計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)軟件的主流。由于礦井膠帶運輸系統(tǒng)分布 廣、信息分散以及控制要求高的特點，隨著礦井生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，以及技術(shù)水平的不斷提高，現(xiàn)代化礦井也需要現(xiàn)代化的管理，因此對膠帶運輸系統(tǒng)的控制和管理提出了更高的要求。誤報將造成膠帶輸送機(jī)不應(yīng)有的停機(jī)，使全礦井停產(chǎn)，對礦井生產(chǎn)造成極大影響。從技術(shù)特性來看，主要是從信息傳輸方式的進(jìn)步來劃分監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展階段。這就形成了以分布式微處理機(jī)為基礎(chǔ)的第四代煤礦 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 3 頁 監(jiān)控系統(tǒng)。 基于 PLC的集中控制技術(shù) 這種控制技術(shù)是直接對控制對象 進(jìn)行控制，此類型有兩種形式，一種是用 PLC直接對膠帶機(jī)及給煤機(jī)等進(jìn)行控制。它所有的控制功能集中由主 PLC來實現(xiàn)，方便了程序的編制和修改分析。因此，此種系統(tǒng)一般要求主 PLC具有硬件冗余的雙機(jī)熱備，同時，通訊線也應(yīng)具有雙線熱備功能。它的主要特點是采用了地面中心站 分站 傳感器和執(zhí)行器結(jié)構(gòu)形式。 基于 PLC的分散控制系統(tǒng)及現(xiàn)場總線 隨著計算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和過程控制技術(shù)的發(fā)展，自動化技術(shù)的不斷興起，控制要求的日趨復(fù)雜，工業(yè)控制系統(tǒng)向著分布式控制系統(tǒng)不斷發(fā)展。這一針對性對礦井膠帶運輸系統(tǒng)來說，就是每條膠帶輸送機(jī)設(shè)置一個 PLC控制分站，獨立自主完成對單條膠帶輸送機(jī)的控制、顯示和操作。在此系統(tǒng)中，各分站是通過現(xiàn)場總線通訊網(wǎng)絡(luò)傳送各種信息，由中心站協(xié)調(diào)控制中心站PLC 控制分站 1生產(chǎn)過程 1 生產(chǎn)過程 2 生產(chǎn)過程 3PLC 控制分站 2PLC 控制分站 2礦局域 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 6 頁 協(xié)調(diào)工作。中心 站還可以與礦局域網(wǎng)連接，作為企業(yè)網(wǎng)的一個節(jié)點，向總部發(fā)送或接受各種信息。因此，礦井膠帶運輸系統(tǒng)采用分布式結(jié)構(gòu)是合理的，它 通過功能分散、危險分散，提高了礦井膠帶運輸系統(tǒng)的可靠性?，F(xiàn)場總線是連接現(xiàn)場裝置與控制室之間的全數(shù)字式、開放的、雙向多點通信數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)總線，它按國際標(biāo)準(zhǔn)化標(biāo)準(zhǔn)提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。此監(jiān)控系統(tǒng)是以西門子 S7300 PLC為核心，實現(xiàn)膠帶輸送機(jī)和給煤機(jī)多種工作方式下的啟?？刂坪透鞣N故障監(jiān)測的膠帶運輸監(jiān)測控制系統(tǒng)。 (2)以棗泉煤礦主斜井膠帶輸送機(jī)為背景，講述膠帶輸送機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 7 頁 硬件構(gòu)成，討論要監(jiān)控的故障對象、傳感器配置及對故障的處理措施，并給出了本監(jiān)控系統(tǒng)所需要的各種傳感器和執(zhí)行器。它可以實時顯示系統(tǒng)的運行情況和各種故障情況，進(jìn)行及時的報警顯示和記錄。 本礦井主運輸帶式輸送機(jī)系統(tǒng)，采用 PLC集中控制系統(tǒng)，并配置監(jiān)控計算機(jī)。 主斜井帶式輸送機(jī)監(jiān)控系統(tǒng) PLC，設(shè)置在東主井井口控制室，對主井帶式輸送機(jī)及附屬設(shè)備控制。下面我們對監(jiān)控系統(tǒng)各部分進(jìn)行詳細(xì)的介紹。它上下的兩股膠帶分別由上下的托輥來支承。 膠帶機(jī)的傳動裝置一般位于輸送帶的頭部、中部或是尾部，它是帶式輸送機(jī)的重要組成部分。因此驅(qū)動裝置主要有電動機(jī)、聯(lián)軸器、可控啟動傳輸 CST 裝置和傳動滾筒組成。 本膠帶輸送機(jī)由三臺電機(jī)和三臺 CST 裝置組成，驅(qū)動功率為 3? 1400 KW，且采用雙滾筒驅(qū)動。輸送帶是具有粘彈性的彈性體，帶式輸送機(jī)系統(tǒng)可以認(rèn)為是彈簧一質(zhì)量系統(tǒng)。 目前大型帶式輸送機(jī)可控啟動裝置主要有：液力詞速裝置、 CST裝置、液體粘性傳動裝置、變頻調(diào)速裝置、交流電機(jī)軟啟動裝置等幾種。內(nèi)齒圈的轉(zhuǎn)動用多片型液體粘滯離合器控制，多型液體粘滯離合器是由若干個動片和靜片交叉疊合成，動片組經(jīng)外齒花鍵與行星輪系的內(nèi)齒圈連接，靜片組經(jīng)內(nèi)齒花鍵與固定在減速箱體上的軸套連接，離合器的離合由環(huán)型液壓缸操作。 CST的輸出轉(zhuǎn)矩由液壓控制系統(tǒng)控制。加速時間可以根據(jù)需要在規(guī)定范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整。膠帶正常運行時，根據(jù)系統(tǒng)中各 CST的功 率平衡要求，每臺 CST的離合器或者保持少量打滑狀態(tài)，或者維持壓力以無打滑方式輸出所要求的扭矩。 與液力偶合器相比， CST裝置的優(yōu)點： (1)采用 CST可降低 30%的膠帶張力； (2)采用 CST后傳動效率可以提高 13%； 中國礦業(yè)大學(xué) 2021屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 11 頁 (3)采用 CST后，膠帶的安全系數(shù)可降低 ，但安全度不變。 (2)當(dāng)膠帶跑偏，會引起膠帶和機(jī)架摩擦，產(chǎn)生帶邊拉毛開裂，帶邊磨損后，水從破損處滲入，時間久了，帆布層會逐漸腐爛。如果使用中膠帶張緊力過大或膠帶 鋪設(shè)距離太短，撓曲次數(shù)超過了極限值，也容易造成膠帶提前老化損傷。主要有以下幾種原因： (1)安裝質(zhì)量原因： a機(jī)架、滾筒沒有調(diào)整平直； b托輥軸線與輸送帶中心線不垂直； c機(jī)架與地面連接強(qiáng)度不夠，機(jī)架不穩(wěn)定； d導(dǎo)料槽和卸料槽的導(dǎo)料擋板安裝位置不當(dāng)，受力不均 。 我們一般在機(jī)頭、機(jī)中和機(jī)尾皮帶最容易跑偏的地方分別安裝一對防跑偏保護(hù)裝置。 圖 跑偏開關(guān) 圖 速度傳感器 KG1007A型膠帶防跑偏開關(guān)為本質(zhì)安全型電氣設(shè)備，使用于煤礦有瓦斯塵爆炸危險的環(huán)境。 二 、速度檢測 檢測膠帶打滑、超速和斷帶故障，均需要知道膠帶的運行速度，因此我們設(shè)置一個速度傳感器來檢測膠帶的速度。摩擦牽引力降低的原因是輸送帶或滾筒沾泥水、輸送帶張力下降。因此設(shè)置打滑保護(hù)裝置，自動監(jiān)視調(diào)整或停止。膠帶一般正常運行速度是 ，如 果速度太高，會對膠帶旁邊的礦工造成危險；同時若膠帶旁邊有鋒銳的物體，可能會掛破膠帶，造成重大事故。 為了防止由這些原因引起的斷帶事故，除了進(jìn)行人為的檢修和維護(hù)外，在輸送機(jī)沿線上布置斷帶保護(hù)裝置尤為重要。由于煤倉特別大，如果沒有人及時發(fā)現(xiàn)煤倉堆煤，煤在煤倉內(nèi)會越堆越多，最后會迫使使用大量人力物力來挖除煤倉內(nèi)阻塞的大量煤，同時將運輸系統(tǒng)全部停下。 KG1006 系列物料探測傳感器包括 KG1006A 型和 KG1006C 型，適用于煤炭、冶金、化工、建材的功能行業(yè)惡劣環(huán)境，主要用途是監(jiān)測料倉物料高度；檢測 輸送機(jī)溜槽阻塞或轉(zhuǎn)載點堆積。 七、煙霧檢測傳感器 由于打滑摩擦等原因，膠帶機(jī)滾筒升高到一定溫度時，會使膠帶燃著，因此我們在滾筒處設(shè)置煙霧傳感器，當(dāng)煙霧濃度大于一定值時，發(fā)出報警信號。 八、拉線急停開關(guān) 當(dāng)遇到緊急情況時，可以采用手動的拉線急停開關(guān)，使輸送帶緊急停車，避免發(fā)生重大事故。因此，我們要及時監(jiān)測 滾筒溫度，當(dāng)溫度達(dá)到一定值時報警。我們將檢測到的紅外溫度與設(shè)定值比較，當(dāng)溫度大于設(shè)定值時，則發(fā)出報警指令，同時啟動灑水閥灑水降溫。 當(dāng)定子溫度過高時，會使絕緣層破壞，造成短路。定子溫度的比較值設(shè)定與繞組的絕緣材料等有關(guān)。 縱向撕 裂，其原因是多方面的，主要有：一些料棒插入到輸送帶中；大塊長型矸石掉到輸送帶上；機(jī)架上某些固定件掛住輸送帶；各種鐵絲鉤住輸送帶等。 漏料檢測器。它是利用與輸送帶邊緣相接觸的檢測輥或是利用超音波距離測量來檢測輸送帶寬度。 超聲波檢測器。它的激振器是一個偏心圓盤，布置 在兩個承載托輥之間的輸送帶上的無載邊。 在本設(shè)計中，我們選擇使用安徽寶龍的 BJSBA1 型縱撕傳感器?？删幊绦蚩刂破鳎?Programmable Logic Controll er）正是順應(yīng)這一潮流出現(xiàn)的，它是以微處理器為基礎(chǔ)的通用工業(yè)控制裝置。 一、 PLC 的系統(tǒng)構(gòu)成 PLC的硬件系統(tǒng)由 CPU、 I/O擴(kuò)展機(jī)及外部設(shè)備組成。通過 CPU模塊或通信模塊上的通信接口， PLC被連接到通信網(wǎng)絡(luò)上，可以與計算機(jī)、其它 PLC或其它設(shè)備通信 [16]。 控制部分：等效于一個受控于內(nèi)部邏輯的一個線圈，接點可用于驅(qū)動外部輸出設(shè)備的繼電器。用戶程序由用戶生成，用來實現(xiàn)用戶要求的自動化任務(wù)。 PLC得電或由 STOP模式切換到 RUN模式時， CPU執(zhí)行啟動操作，清除沒有保持功能的位存儲器、定時器和計數(shù)器，電源 擴(kuò)展機(jī)架 接觸器 電磁閥 電 源 模 塊 接 口 模 塊 輸入模塊 輸出模塊 CPU 模塊 通信接口 其它設(shè)備 其它 PLC 計算機(jī) 選擇開關(guān) 指示燈 限位開關(guān) 電源 按鈕 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 20 頁 清除中斷堆棧和塊堆棧的內(nèi)容，復(fù)位保存的硬件中斷等 。 在 PLC的存儲器中，設(shè)置了一片區(qū)域用來存放輸入信號和輸出信號的狀態(tài)，它們分別存放在輸入過程映像區(qū)和輸出過程映像區(qū)。在寫輸出模塊的階段， CPU將輸出過程映像區(qū)的狀態(tài)傳給輸出模塊。在執(zhí)行指令時，從輸 入過程映像區(qū)或別的存儲區(qū)中將有關(guān)編程元件的 0、 1狀態(tài)讀出來，并根據(jù)指令的要求執(zhí)行相應(yīng)的邏輯運算，運算的結(jié)果寫入到對應(yīng)的存儲區(qū)中，因此，各編程元件的存儲區(qū)（輸入過程映像區(qū)除外）的內(nèi)容將隨著程序的執(zhí)行而變化 [15]。通過操作臺的各種控制按鈕，可以進(jìn)行工作方式選擇和就地控制帶式輸送機(jī)。 在觸摸屏上，我們主要顯示 CST的運行狀況和 給煤機(jī)的運行信號，膠帶的速度和各個故障的狀態(tài)及故障出現(xiàn)的具體位置，同時也可以查詢到各定子的溫度和滾筒的溫度。 系統(tǒng)有集控、手動、檢修三種工作模式。 ：信號發(fā)出后，執(zhí)行堆煤聲光報警指令和急停指令。 ：信號發(fā)出后，執(zhí)行斷帶聲光報警和急停指令。 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 23 頁 ：信號發(fā)出后，執(zhí)行煙霧聲光報警、撒水指令和急停指令。編程器 PG用來為 S7300 PLC編制程序，使用編程電纜連接編程器和 CPU。它通過 MPI網(wǎng)的接口直接與編程器 PG、操作員面板 OP、和其它 S7 PLC相連。 電源模塊（ PS）：電源模塊用于將 SIMATIC S7300連接到 120/230V交流電源和 24/48/60/110V直流電源。 S7300的編程裝置可以是西門子專用的編程器，如 PG70 PG7 PG7 PG760等，也可以用通用微機(jī)，配以 STEP7軟件包，并加 MPI卡和 MPI編程電纜構(gòu)成。特別指出的是，其模擬量輸入模塊獨具特色，可以接入熱電偶、 熱電阻、 4～ 20mA電流、 0～ 10V電壓等 18種不同的信號，輸入量程范圍很寬。如：具有 RS232C接口的。如：快給進(jìn)和慢給進(jìn)驅(qū)動定位模塊 FM35電子凸輪控制模塊 FM35步進(jìn)電機(jī)定位模塊 FM35伺服電機(jī)位控模塊 FM35智能位控制模塊 SINUMERIK FMNC等。S7300通過分布式的主機(jī)架和 3個擴(kuò)展機(jī)架，可操作多達(dá) 32個模塊。 中央處理單元模塊（ CPU）： SIMATIC S7300提供了多種不同性能的 CPU，以滿足不同用戶的需求，包括 CPU312IFM、 CPU31 CPU31 CPU31 CPU315 2DP等。電源模塊、 CPU、及其它信號模塊都可方便地