煤矿绞车监控与保护系统设计.doc

1、摘要矿井提升绞车是重要的矿山设备之一，它肩负着井上、井下联系的重要任务在整个矿井中占有非常重要的地位。由此可见，解决提升绞车的行程，速度监控问题，是保护整个提升绞车系统的重中之重。但目前，国内矿山大多采用机械式装置来监测保护整个绞车系统，但是此类设备的精度不高，可靠性差，维护量大，这些都与煤矿的安全形势和采矿业的发展不相适应。因此，研制高精度的煤矿提升绞车监控保护系统是非常迫切的。本文从煤矿工业现场的实际情况出发，通过对煤矿提升系统和提升绞车的监控系统的功能的综合分析，提出了一套设计方案。把可编程序控制器，变频调速技术等应用到提升绞车的监控与保护系统中。通过电机和变频器的选定，再通过PLC进行

2、编程，实现对提升绞车的控制。本文采用西门子系列的PLC S7-200对提升绞车的监控系统进行编程，编写梯形图，再采用STEP 7-Mircro/WIN 32 编程软件实现对编完的PLC进行监测等过程。以实现整个提升绞车系统的安全运行。本次设计的煤矿提升绞车监控与保护系统基本满足了矿山生产的需要，达到预期效果，今后的任务是在此基础上对系统进行完善。关键词：煤矿提升绞车；监控系统；PLCIAbstractMine hoist is one of the important mine equipment, it bears the important task of Inoue and underg

3、round connection, and it plays an important role in the whole mine. This shows that, to solve the problem of hoist trip, speed monitoring,is the key to protect the entire hoist system. But at present, the domestic mines most of the mechanical device to monitor the winch system protection, but the pr

4、ecision of this kind of equipment is not high, poor reliability, maintenance. These are with coal mine safety situation and mining industry development does not adapt. Therefore, it is very urgent to develop a high precision coal mine hoist monitoring and protection system.From the actual situation

5、of coal mine industry field, this paper puts forward a set of design scheme through comprehensive analysis of the function of the coal mine lifting system and the monitoring system of the hoist. Application of PLC, frequency conversion and speed adjustment technology to the hoist monitoring and prot

6、ection system. Through the motor and frequency converter selected, through the PLC programming, to improve the winch control. The Siemens series S7-200 PLC programming to improve the monitoring system of the winch, ladder diagram programming, then the step 7-Mircro/WIN 32 programming software of PLC

7、 after a series of process monitoring. To realize the whole hoist system safe operation.This design of mine hoist monitoring and protection system basically meet the needs of mine production, to achieve the expected results, the task is to improve the system on the basis of this.Keywords: mine hoist

8、; monitoring system; PLC1目录摘要Abstract引言11绪论21.1研究背景21.2研究现状21.3绞车控制的发展趋势31.4设计意义及设计内容31.4.1设计意义31.4.2设计内容42矿井提升绞车监控与保护系统的分析与设计52.1绞车系统结构组成52.1.1煤矿绞车系统分类52.1.2煤矿绞车系统结构52.1.3煤矿绞车的监测信号采集62.2矿井提升绞车电控系统组成62.3矿井提升绞车的监控系统组成72.3.1绞车制动装置设计72.3.2过负荷与欠电压保护装置与安全回路82.3.3防过速装置与限速装置82.3.4深度指示器及其失效保护装置92.3.5防过卷装置92

9、.3.6闸间隙保护装置92.4监控系统总体框图确定103提升绞车监控系统的硬件设计113.1提升绞车变频控制部分设计113.1.1提升绞车变频器容量选择113.1.2提升绞车变频器选择113.1.3提升绞车系统变频器外部电路设计133.2主控模块硬件设计133.2.1 PLC简介143.2.2 PLC工作原理153.2.3控制系统I/O统计163.2.4 PLC选型163.2.5控制系统I/O分配203.2.6提升绞车监控系统的PLC外部电路设计223.3信号采集模块硬件设计223.3.1传感器的选择234提升绞车监控系统软件设计及调试304.1 PLC软件设计304.1.1提升绞车调速系统的

10、中断子程序功能314.1.2提升绞车调速系统的故障处理子程序功能314.1.3提升绞车调速系统的程序梯形图314.1.4提升绞车调速系统的程序调试 334.2上位机设计354.2.1组态软件364.2.2提升绞车监控画面设计374.2.3 PLC与计算机通讯384.3系统抗干扰措施设计385 技术经济性分析416总结与展望426.1研究成果及结论426.2研究展望42致谢43参考文献44附录A 译文46附录B 外文文献52引言近几年我国煤炭工业蓬勃发展，越来越多的矿山向大型、高效方向发展，井下开采设备和支护设备也向大型化方向发展，需要提高井下提升设备的提升能力。随着老矿山不断向深部煤层开采，深

11、井、超深井不断出现，也要求提高井下提升设备的提升长度和能力。因此，井下提升运输设备能力小，设备落后的矛盾越来越突出；大型设备下井不得不解体，然后在组装条件极差工作面恢复组装，不但效率低下、工人劳动强度大，而且所组装的设备性能难以保证；由于井下提升设备能力的限制，深井、超深井的提升长度不得不加以限制；这些都严重制约着矿山生产的发展。此外，随着国家对于煤矿安全越来越重视及煤矿安全事故的频繁发生，国家安全生产监管部门要求矿井井下采用的提升绞车安全性能要更高。绞车是工业生产过程中一种常见的机械，具有悠久的发展历史和比较成熟的设计制造技术。随着绞车制造技术的不断提高、加工材料的不断改进以及电子控制技术的

12、不断发展，绞车在动力、节能和安全性等方面取得了很大的进步。目前，绞车正被广泛地运用于矿山、港口、工厂、建筑和海洋等诸多领域。在矿山采掘和运输场合，绞车作为重要辅助设备被大量而广泛地运用着，例如矿用提升绞车、调度绞车、耙矿绞车和凿井绞车等。提升绞车可用于矿山竖井或斜井中物品与人员的调度，具有较大的牵引功率和很好的安全性，是矿山生产中不可缺少的设备之一。1绪论1.1研究背景近几年我国煤炭工业蓬勃发展，越来越多的矿山向大型、高效方向发展，井下开采设备和支护设备也向大型化方向发展，需要提高井下提升设备的提升能力。随着老矿山不断向深部煤层开采，深井、超深井不断出现，也要求提高井下提升设备的提升长度和能力

13、。因此，井下提升运输设备能力小，设备落后的矛盾越来越突出；大型设备下井不得不解体，然后在组装条件极差工作面恢复组装，不但效率低下、工人劳动强度大，而且所组装的设备性能难以保证；由于井下提升设备能力的限制，深井、超深井的提升长度不得不加以限制；这些都严重制约着矿山生产的发展。此外，随着国家对于煤矿安全越来越重视及煤矿安全事故的频繁发生，国家安全生产监管部门要求矿井井下采用的提升绞车安全性能要更高。绞车是工业生产过程中一种常见的机械，具有悠久的发展历史和比较成熟的设计制造技术。随着绞车制造技术的不断提高、加工材料的不断改进以及电子控制技术的不断发展，绞车在动力、节能和安全性等方面取得了很大的进步。

14、目前，绞车正被广泛地运用于矿山、港口、工厂、建筑和海洋等诸多领域。在矿山采掘和运输场合，绞车作为重要辅助设备被大量而广泛地运用着，例如矿用提升绞车、调度绞车、耙矿绞车和凿井绞车等。提升绞车可用于矿山竖井或斜井中物品与人员的调度，具有较大的牵引功率和很好的安全性，是矿山生产中不可缺少的设备之一。1.2研究现状我国智能控制技术应用较晚，80年代初，从波兰、法国、德国、英国和美国等引进了一批安全监控系统，装备了部分煤矿；在引进的同时，通过消化、吸收并结合我国煤矿的实际情况研制监控系统，先后在我国煤矿大量使用。实践表明，安全监控系统对煤矿安全生产和管理起到了十分重要的作用。由于当时相当一部分监控系统由

15、于技术水平低、功能和扩展性能差、现场维修维护和技术服务跟不上等原因，或者己淘汰、或停产。特别是矿用绞车控制系统大都是手动双打式打点器和连击电铃配合使用。由于提升系统的频繁提升，用手连续打动，手易疲劳，安全性能差；该手动控制信号系统靠铃声传输，没有记忆功能，易听混淆，造成打错点；提升绞车房及上下井口电气设备繁多，通信线路复杂，在一定程度上增加了维修难度，给安全生产带来影响。随着电子技术、计算机软硬件技术的迅猛发展和企业自身发展的需要，国内各主要科研单位和生产厂家又相继推出了一系列监控系统，以及WSN、WEBGIS等煤矿安全综合化和数字化网络监测管理系统，大大小小的系统生产厂家如雨后春笋般的不断出现，为用户提供了更多的选择机会、也促进了各厂家在市场竞争条件下不断提高产品质量和服务意识。尽管我们在煤矿安全监控工作方面取得了一定的成就，但是还有一些问题待解决：（1）国内生产的矿用绞车控制装置功能单一，只有简单的通信功能，没能做智能控制，安全隐患严重。（2）国内煤矿监控系统没有统一的标准，造成一个煤矿使用多家的监控系统，互相不能够兼容，制约煤矿综合矿山自动化的建设。（3）国内生产的传感器的可靠性与稳定性与国外产品还有很大的差距。1.3绞车控制的发展