【正文】 翻譯部分 .......................................................................................................... 42 英文原文 ...................................................................................................... 42 中文譯文 ...................................................................................................... 54 致 謝 .............................................................................................................. 64 中國礦業(yè)大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 1 頁 1 緒論 概述 煤炭運輸是煤炭生產(chǎn)過程中不可缺少的一部分。 礦井運輸機械的類型很多，按運行方式不同，可分為連續(xù)運行和往返運行兩種。普通膠帶機、鋼繩芯膠帶輸送機、鋼繩牽引膠帶輸送機等均屬于此類運輸設(shè)備。機車運輸及單繩牽引運輸?shù)葘儆诖祟愡\輸設(shè)備。 礦井膠帶運輸系統(tǒng)，是由多條膠帶搭接或由煤倉轉(zhuǎn)載形成的煤流運輸系統(tǒng)，因此它內(nèi)部的基本運輸單元就是單臺膠帶機。由于膠帶輸送機的輸送能力變化范圍大、運輸距離長、貨載和輸送機間沒有相對運動、運轉(zhuǎn)時阻力小等，因而具有適應(yīng)性強、工作平穩(wěn)可靠、動力消耗小、機件磨損小、使用維修方便等優(yōu)點，在選煤廠中得到廣泛應(yīng)用。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。這種控制方式是直接操作輸送機的控制 中國礦業(yè)大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 2 頁 開關(guān)，操作最簡單，不增加任何的控制元器件，維護(hù)工作較少，但需要人員太多，并因每個司機的思想素質(zhì)和技術(shù)素質(zhì)不等常有以外事故發(fā)生，影響生產(chǎn)的正常進(jìn)行。這不但節(jié)省了大量的司機人員，也為及時發(fā)現(xiàn)故障，縮短停產(chǎn) 時間和綜合自動化創(chuàng)造了條件。 集中控制系統(tǒng)的發(fā)展 及存在的問題 在煤礦中，煤流的運輸一般在幾百米到十幾公里之間，因此它的運輸系統(tǒng)要有多臺膠帶輸送機、給煤機、煤倉等構(gòu)成，協(xié)調(diào)配合完成長距離運輸任務(wù)。 隨著礦井功能和規(guī)模的不斷擴大，計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、新的工業(yè)控制器技術(shù)等新技術(shù)的應(yīng)用，對膠帶輸送機的集中控制系統(tǒng)也得到了飛速發(fā)展。 目前，雖然 市場上有著各式各樣方案構(gòu)成的集控系統(tǒng)，但發(fā)展的方向是一致的，那就是朝自動化、智能化、信息化的方向發(fā)展。 目前對膠帶輸送機集中控制系統(tǒng)存在的主要問題有： (1)在安全保護(hù)方面，為提高膠帶輸送機運行的可靠性，安全性，減少故障，提高效率，多種檢測方法已應(yīng)用于電動機、液力偶合器、減速器和膠帶運行系統(tǒng)故障檢測，但是這些系統(tǒng)是相互獨立的。誤報將造成膠帶輸送機 不應(yīng)有的停機，使全礦井停產(chǎn)，對礦井生產(chǎn)造成極大影響。視頻監(jiān)視系統(tǒng)不規(guī)范，沒有語音通訊功能，不能實現(xiàn)無人值守。而 皮 帶機集 中 控 制 系統(tǒng)可實現(xiàn)對整個 皮 帶機運輸系統(tǒng)的遙測、遙信、遙控，提高生產(chǎn)效率、降低事故率，減少故障處理時間、減少現(xiàn)場操作人員、提高經(jīng)濟效益。 本次設(shè)計主要內(nèi)容如下： (1)對膠帶運輸控制系統(tǒng)概述。 (3)膠帶集控系統(tǒng)的硬件設(shè)計， 進(jìn)行 S7300 PLC模塊選型和外部連線設(shè)計。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 。 (5)最后分析控制系統(tǒng)產(chǎn)生干擾的原因，提出對應(yīng)抗干擾措施。 中國礦業(yè)大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 4 頁 2 膠帶機集中控制系統(tǒng)的 總體設(shè)計 課題背景介紹 新疆哈密煤礦是年產(chǎn) 200萬噸的中型煤礦，采用帶式運輸機作為主要運輸方式，其主運輸系統(tǒng)包括主提升帶式輸送機、走廊帶式輸送機、振動篩、中煤塊帶式輸送機、大煤塊帶式輸送機、過橋帶式輸送機和末煤刮板輸送機、煤倉等。其工藝流程圖如圖 示。 圖 運輸工藝流程圖 如圖所示， 煤炭從井底煤倉經(jīng)給煤機運到主提升皮帶，通過主斜井 中的主提升皮帶 運至地面，經(jīng) 地面的 走廊皮帶輸送機轉(zhuǎn)運到振動篩， 振動篩為雙層的，經(jīng) 篩分后分成大塊煤、中塊煤和末煤 三種。 本礦井皮帶運輸系統(tǒng)控制 采 用繼電器控制 ，可靠性差、體積大、故障率高、勞動強度較大。集中控制室設(shè)在選煤樓振動篩的附近，由控制柜、操作臺和觸摸屏組成。各皮帶機的機頭或機尾都設(shè)置就地控制箱，在檢修或特殊情況下進(jìn)行現(xiàn)場的就地啟?？刂?。啟動順序為：末煤刮板機、過橋皮帶、大小塊皮帶、振動篩、走廊皮帶、主提升皮帶 、給煤機 ；停止順序與此相 反。 膠帶輸送機集中控制系統(tǒng)的功能 設(shè)計 本膠帶輸送機集中控制系統(tǒng)具有的功能如下所述： 1) 本系統(tǒng)有集控、 就地 、檢修三種工作模式。 工作方式的改變，只有在 膠帶輸送機不轉(zhuǎn)時 進(jìn)行，膠帶輸送機運作時，不能改變其工作方式； 2) 程序設(shè)計中，報警停車等故障信號自動保持，即一旦發(fā)出故障信號，即使經(jīng)維修后信號消失，計算機內(nèi)仍保留信號故障狀態(tài)，這時復(fù)位指令可以清除故障保持信號； 3）皮帶輸送機按照逆煤流啟動，順煤流延時停車 ，并具有閉鎖功能 ； 4) 系統(tǒng)具有膠帶機低速打滑、機頭堆煤、超溫灑水、煙霧、滾筒超溫、沿線急停和跑偏等多種保護(hù)。 煤：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)行打滑聲光報警指令 , 再執(zhí)行急停指令。 ：信號發(fā)出后，執(zhí)行斷帶聲光報警和急停指令。 ：信號發(fā)出后，執(zhí)行滾筒超溫聲光報警、灑水指令和急停指令。 5) 對設(shè)備故障和工藝參數(shù)的異常實時報警，并進(jìn)行聲光提示 ，系統(tǒng)狀態(tài)對位顯示，更便 于維護(hù) 。 中國礦業(yè)大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 6 頁 7) 膠帶運輸機 就地控制箱上 設(shè) 啟停、 起動預(yù)警 按鈕 ，設(shè)備啟動前發(fā)出預(yù)警信號，提示有關(guān)人員應(yīng)立即遠(yuǎn)離設(shè)備； 現(xiàn)場可隨時停車 ， 若設(shè)備由集控啟動，控制系統(tǒng)接到現(xiàn)場停車 信 號后，可作急停處理，實施故障停車操作 。 膠帶輸 送機集中控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計 本次設(shè)計中需要集中控制的皮帶共有 7 條， 各條皮帶分布較廣 ，現(xiàn)場控制點分散，并且現(xiàn)場的環(huán)境比較惡劣 。 根據(jù)工藝流程劃分，系統(tǒng) 以 PLC 為控制 主站，以 每條皮帶 就地箱 配備 的 遠(yuǎn)程 I/O ET200M 為從站，共設(shè) 7個從站 ，這樣就節(jié)約了大量電纜等材料 。完成一個系統(tǒng)內(nèi)多條皮帶多個設(shè)備全過程的控制、監(jiān)測，構(gòu)成一個完善的 集中控制 系統(tǒng)。 P L C操 作 臺 觸 摸 屏就 地 控 制 箱 1E T 2 0 0 M就 地 控 制 箱 2E T 2 0 0 M傳感器執(zhí)行器主 提 升 皮 帶 機傳感器傳感器執(zhí)行器執(zhí)行器就 地 控 制 箱 7E T 2 0 0 M走 廊 皮 帶 機 末 煤 刮 板 機P R O F I B U S D P上 位 機現(xiàn) 場 級控 制 級管 理 級 圖 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 以 SIEMENS 公司 S7300 系列 PLC 作為核心 控制 器件，具有防潮、抗干擾能力強、易擴展，基本免維護(hù)， 實現(xiàn) 與上位機的通信 ，以循環(huán)掃描的方式，檢測傳感器及被控設(shè)備的信號，發(fā)出程序指令，完成對皮帶機的集中監(jiān)控 ，使各個皮帶協(xié)調(diào)完成工作 。就地控制箱上有控制皮帶的啟動、停止按鈕，急停按鈕 ， 內(nèi)部配 SIMATIC ET200M 遠(yuǎn)程 I/O，完成現(xiàn)場皮帶的數(shù)據(jù)采集和控制 。 ET200M 遠(yuǎn)程單元通過 IM1532 總線接口模塊連接到 PROFIBUS 總線上。下面我們對集控系統(tǒng)各部分進(jìn)行詳細(xì)的介紹。帶式輸送機主要由以下幾種主要部件組成：傳動裝置、膠帶、機架、滾筒、托輥、拉緊裝置、清掃器、裝料和卸料裝置等。膠帶 1繞過傳動 滾筒 2 及尾部滾筒 3 形成無級循環(huán)的牽引機構(gòu)，在滾筒 2和 3之間的機架上按一定距離安裝著托輥 4和 5， 中國礦業(yè)大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 8 頁 用來支承載有物料的膠帶段 (重段 )和回空的膠帶段 (空段 )，傳動滾筒由電動機通過減速器帶動，膠帶與滾筒之間的摩擦力使膠帶移動，這時，由給料漏斗 7(裝載裝置 )加到膠帶上的物料就和膠帶一起移動。小車和系在它上面的重物是膠帶輸送機的拉緊裝置，它的作用是通過安裝在小車上的尾部滾筒使膠帶處于張緊的狀態(tài)。 膠帶是經(jīng)主動滾筒和機尾改向滾筒形成一個無極環(huán)行帶。膠帶機的傳動裝置一般位于輸送帶的頭部、中部或是尾部，它是帶式輸送機的重要組成部分。驅(qū)動裝置一般采用電動機、液力偶合器、減速器及制動輪、傳動滾筒組成。多滾筒驅(qū)動的優(yōu)點就是能夠傳遞較大的功率，帶動較大的負(fù)載，并能降低輸送帶的張力；其缺點就是可能會出現(xiàn)功率不平衡問題，從 而增加了電動機的備用功率。 膠帶輸送機向上運輸物料的傾角不能過大，運輸煤炭時的傾角一般為 18O—2lO。超過這些數(shù)值，運輸物料和膠帶之間就會有相對運動，使物料下滑。 參數(shù) 檢測及 故障 保護(hù)裝置 為了能實時的掌握 帶式輸送機 的運行狀況，需要對其一些參數(shù)如速度、滾筒溫度等進(jìn)行檢測。 所以，對帶式輸送機的參數(shù)檢測和采取相關(guān)保護(hù)措施是必須的。 跑偏 近年來，帶式輸送機在運轉(zhuǎn)中最常見的故障是運輸機跑偏，如果處理不及時，因輸送帶邊緣與托輥或機架劇烈摩擦，很快會把輸送帶邊上的保護(hù)層磨掉，使帶芯受潮濕大氣的侵蝕而迅速損壞，也可能扯壞輸送帶，造成斷帶事故；另外，皮帶嚴(yán)重跑偏時也會導(dǎo)致向外撒煤，造成浪費。 膠帶輸送機跑 偏的根本原因是輸送帶在運行過程中，橫向受力不平衡。 (2)輸送帶質(zhì)量原因： a輸送帶接頭與中心線不直；b輸送帶帶邊呈“ S” 型。 (4)維護(hù)質(zhì)量原因：滾筒清掃不干凈，造成直徑不等。為實現(xiàn)無人值守，多數(shù)都使用能自動調(diào)偏的托輥。本設(shè)計中采用煤炭科學(xué)總院常州自動化研究所的KG1007A2型膠帶二級防跑偏開關(guān)，其跑偏信號通過接入臨近拉線急停開關(guān)傳輸。當(dāng)皮帶跑偏時，皮帶碰到跑偏開關(guān)的探桿，并帶動探桿軸轉(zhuǎn)動，此時與探桿固定在一軸上的凸輪也同時轉(zhuǎn)動，撥動跑偏開關(guān)的微動開關(guān)發(fā)出跑偏信號。它體積比較小、重量輕、密封性能好；觸點動作后還留有較大的探桿轉(zhuǎn)動緩沖角， 探桿上裝有尼龍滾動護(hù)套，避免探桿和膠帶之間的磨擦 ，使本身不易損壞，輸出開關(guān)量信號。在此設(shè)計中，我們要求跑偏信號發(fā)出傳送給 PLC，一級跑偏時發(fā)出聲光報警；二級跑偏時 PLC發(fā)出急停指令，語 音報警，同時觸摸屏故障位置指示燈亮并啟動急停報警。雙向轉(zhuǎn)動 觸點動作時探桿轉(zhuǎn)動角度 : 25176。（二級） 引入電纜外徑 : 6～ 12mm,兩個出線口 重量 : 2kg 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，因此我們給每 中國礦業(yè)大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 10 頁 條皮帶設(shè)置一個速度傳感器來檢測膠帶的速度。 其工作原理是： 帶式輸送機運行時，速度檢測傳感器由緊貼膠帶的滾輪帶動轉(zhuǎn)盤（帶有齒槽）在光電傳感器凹槽內(nèi)轉(zhuǎn)動，光電傳感器光路通斷受齒槽控制，輸出相應(yīng)的方波頻率信號，頻率信號 經(jīng)整形放大后， 再經(jīng)頻率 /電壓、電壓 /電流變換后輸出 4～ 20mA 的電流信號。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。滾筒持續(xù)打滑得不到糾正，則會招致輸送帶著火，引起重大火災(zāi)事故。因此設(shè)置打滑保護(hù)裝置，自動監(jiān)視調(diào)整或停止。理論上我們是將膠帶的實際運行速度與滾筒實際速度作比較，但是實際上，在滾筒速度不容易獲取的情況下 ，我們可讓膠帶實際速度與滾筒的額定轉(zhuǎn)速比較，監(jiān)測傳動滾筒和輸送帶之間的線速度之差，當(dāng)檢測到輸送機速度滑差率大于或等于 8%時，立即發(fā)出聲光報警：當(dāng)測得輸送機速度滑差率大于或等于 8%和運行時間大于或等于 20秒時使帶式輸送機與給煤機緊急停車，并發(fā)出聲光報警；或當(dāng)測得輸送機速度滑差率大于或等于 12%和運行時間大于或等于 5秒時使帶式輸送機與給煤機緊急停車，并發(fā)出聲光報警。膠帶一般正常運行速度是 2m/s，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。當(dāng)膠帶速度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)帶速的 105%時，發(fā)出聲光報警并命令皮帶緊急停車，這里標(biāo)準(zhǔn)帶速為 2m/s。 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，在輸送機沿線上布置斷帶保護(hù)裝置尤為