煤矿胶带运输设备电气控制系统设计.doc

1、摘要胶带运输设备是以胶带兼做牵引机构和承载机构的一种连续动作式运输设备。随着我国煤炭工业的迅速发展，胶带运输设备的电气控制在煤矿高效生产中所占的地位越来越重要，对煤矿胶带运输设备实现智能化控制、人性化管理、实时监控势在必行。本次设计题目是煤矿胶带运输设备的电气控制系统设计。因此，设计方案以主斜井胶带输送机为背景，通过对胶带型号、胶带输送机型号的确定，隔爆型三相异步电动机的确定，变频器选型和PLC软件、硬件的设计，进行胶带输送机的电气化控制，最终实现机械化流程作业。文中首先介绍了此次设计的目的和意义，根据煤矿运输设备必须实现的功能和安全生产工艺要求，确定系统总体设计方案和胶带运输设备选型。其次，

2、以总体设计方案为基础，选择西门子S7-300系列PLC对电气控制系统进行软件设计和硬件选型，其中包括PLC模块配置和外部接线、梯形图程序设计等。最后，电气控制系统整体调试并编制技术文件。关键词：胶带输送机；电气控制系统；PLCIAbstractTape transport equipment is also offering a traction mechanism and tape loading mechanism of continuous-action transport equipment. With the rapid development of Chinas coal indu

3、stry, transport equipment, electrical tape control in the high share of coal production becoming more and more important, the coal mine belt transportation equipment intelligent control, humane management, real-time monitoring is imperative .The topic is the electrical control system design Coal tap

4、e transport equipment design. Therefore, the design to the main inclined belt conveyor as the background, by determining the type of tape and belt conveyor models，determining the flameproof three-phase asynchronous motors, inverter selection and PLC software, hardware design, conduct Electrical cont

5、rol belt conveyor, and ultimately mechanized process operations.This paper introduces the purpose and significance of the design, according to the coal mine transport devices must achieve the functions and safety requirements of the production process to determine overall system design and tape tran

6、sport equipment selection. Secondly, the overall design is based on selection of Siemens S7-300 series PLC electrical control system software design and hardware selection, including the PLC module configurations and external wiring, the ladder program design. Finally, the electrical control system

7、as a whole commissioning and technical documents.Key words：Belt Conveyor；Electrical Control System；PLCII目录1 绪论11.1 煤矿胶带运输设备电气控制系统发展综述11.1.1 煤矿胶带运输设备电气控制系统的现状11.1.2 煤矿胶带输送机电气控制存在的主要问题11.1.3 国内胶带输送机电气控制的主要研究趋势21.2 系统设计的目的和意义32 煤矿胶带运输设备介绍42.1 课题背景介绍42.2 胶带运输设备构成和各项参数42.2.1 输送带42.2.2 驱动装置52.2.3 拉紧装置62.2

8、.4 制动装置63 煤矿胶带输送机电气设备概述83.1 电动机选型及其特性83.1.1 电动机型号确定83.1.2 电动机使用条件83.1.3 三相异步电动机的机械特性83.1.4 三相异步电动机的启动特性103.1.5 三相异步电动机的制动特性113.1.6 三相异步电动机的调速性能123.2 减速器概述133.3 变频器选型设计133.3.1 变频器的工作原理133.3.2 变频器的选择144 系统总体方案设计与PLC硬件选型184.1 胶带输送机电气控制系统功能设计184.2 SIMATIC S7-300 PLC简介204.3 S7-300的硬件选型204.3.1 CPU的选择214.3

9、.2 数字量输入模块选择224.3.3 数字量输出模块选择254.3.4 模拟量输入模块选择284.3.5 电源模块选择314.3.6 PLC各模块型号324.3.7 操作台的设计325 PLC软件程序设计335.1 PLC工作方式345.2 PLC控制方案355.3 系统软件程序设计365.3.1 启动和停止程序设计365.3.2 过载保护程序设计396 故障监控及传感器概述416.1 跑偏416.1.1 输送带跑偏的基本规律和原因416.1.2 输送带跑偏的监控416.2 打滑416.2.1 打滑的原因416.2.2 打滑的检测416.3 堆煤426.4 烟雾426.5 拉线急停426.6

10、 高温436.7 纵撕437 总结44致谢45参考文献46附录A47附录B571 绪论1.1 煤矿胶带运输设备电气控制系统发展综述1.1.1 煤矿胶带运输设备电气控制系统的现状煤矿运输设备对煤矿的高效生产有非常重要的作用。首先，胶带运输的线路很长，巷道条件有限，并且大部分利用继电器来控制，如果发生故障，整个煤矿生产运输系统将会处于瘫痪的状态，严重影响煤矿的效益。其次，胶带输送设备输送距离一般都在几百米以上，对于各项数据的实时监测显得尤为重要，为保证运输系统的安全和提高运输效率，对其进行监控是现代矿井运输急需的一项技术。最后，矿井胶带运输系统有分布广、控制要求高和监控信息分散等特点，随着不断扩大

11、的矿井生产规模和不断提高的技术要求，原先的继电器控制已经无法满足煤矿正常生产的需要，因此，对胶带运输设备的电气控制提出了更严格的要求。从2012年以来，煤价不断下跌，供需不平衡加剧了煤炭市场的竞争，如何生存成为许多煤矿的首要任务，降低成本是最有效、也是最直接的方式。而实现胶带运输设备的自动化、智能化、信息化控制是降低吨煤成本的必要途径，因而，煤矿胶带运输设备电气控制系统的设计十分关键。伴随着计算机硬件技术、通讯技术以及自动化技术的急速发展，煤矿实现智能化有了一个良好的基础，有的矿井已经实现了从综采工作面、主煤流运输到辅助运输、矿井提升和井下供电、排水等方面都建立在智能化控制基础上面。近年来，以

12、PLC为控制核心，以及变频器等设备的自动化控制的工业应用已越来越普遍，使得煤矿工作面的成套机电一体化的设备的智能程度、可靠程度和稳定程度得到大幅度提升。1.1.2 煤矿胶带输送机电气控制存在的问题胶带运输设备的电控系统是整个矿井实现自动化、智能化控制的重要部分。目前，胶带输送机的电气控制存在的问题主要有：1）胶带运输设备中的电机、制动装置、减速装置、皮带运行故障的检测相互独立，对胶带输送机的可靠性和高效率有较大的影响。2）发生故障时，不能较为准确的显示出故障发生位置，甚至，有时会发生误报现象，对矿井生产造成很大的隐患。3）胶带输送机的各种信息不能较好的和矿井整体控制系统共享，监控系统不规范，无

13、法实现无人值守。11.1.3 国内胶带输送机电气控制的主要研究趋势目前，我国胶带输送机的技术水平有了明显的提高。矿用功率大、距离长的胶带输送机关键技术的研究与新产品的开发有一个很大的提高。如大倾角带式输送机成套设备和高产高效的工作面可伸缩胶带输送机等均填补了国内空白，对于胶带输送机的电控关键技术及其主要的组成部分进行了理论分析与产品研发。研制成功了多种软启动与电控装置以及以PLC为核心的可编程电控装置。但是，我们必须清醒的看到，我国的胶带输送机与国外同行业先进技术之间，仍存在很大的距离。工信部规划司司长指出，目前国内胶带输送机的智能控制与自动控制水平与国外同行有15到20年的差距，要迎头赶上显

14、然非一朝一夕之功可及。在“十二五规划”中也提出了将大力发展装备制造业的集成控制、智能控制与自动控制，国内胶带输送机的主要发展方向为：1）作为自动化控制的核心装置PLC，对其分析速度与存储容量的要求是越来越高，而体积和能耗的要求则越来越小。因此，在进行煤矿相关类设备的控制系统设计时，应该选用性能足够满足的可编程的控制器。2）目前煤矿的综合自动化水平越来越高，不同设备之间的通讯成了必不可少的控制手段，尤其是对于新开发的集成化控制系统，更需要有良好的通信功能，其中，最重要的是PLC的通信模块要便于控制网络连接以及具有良好的开发信与通用的接口技术。3）加强对胶带输送机传感器的研究，在进一步提高矿用输送

15、机传感器稳定性和可靠性的同时，大力发展传感器的智能化、集成化、数字化，使得传感器能够精确的对各种信号进行检测、自动识别、自动诊断、自动校正等。4）提高矿用胶带输送机的集成化和智能化控制，在各种工况下，皮带输送机的运行速度能自动的分析现场，迅速的对各种故障进行诊断，对将要发生的故障进行超前干预。5）尽快指定一体化的胶带输送机智能化控制标准和通用规范。我国的煤矿胶带输送机的控制选型、接口技术和通信标准都属于不同厂家自己的选型多样化，没有一个统一的标准。6）采用先进的控制和通信技术与产品应用于皮带输送机的技术改造当中，提高电控系统的先进性。7）建立煤矿胶带输送机基于网络的大型、开放式和分布式电控系统，形成输送面的生产综合调度、过程控制流程和胶带输送机远程监测以及故障诊断，从而提高输送面的运II输效率和输送面的安全等级。1.2 系统设计的目的以及意义胶带输送机、掘进机