煤礦單向猴車的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的開題報(bào)告

1、%£ q/我與稅畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告設(shè)計(jì)題 目：煤礦單向猴車的 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)院系名稱：機(jī)電工程學(xué)院專業(yè)班級：機(jī)械電子09-2班學(xué)生姓 名：陳志鵬導(dǎo)師姓名：齊建家開題時(shí) 間：2013年3月15日指導(dǎo)委員會(huì)審查意見:簽字：年 月 日1、課題研究目的和意義隨著礦井的大型化發(fā)展和開采深度的增加，如何既能減少人員下井的體力消耗，又能安全舒適地運(yùn)送人員，是廣大煤礦工作者一直致力研究的一項(xiàng)工作。猴車以其安全性而得到各礦物局的支持，跟過去的罐籠車相比，它投資少，使用簡單。地下礦用架空索道（俗稱猴車）為礦山長距離安全快速地運(yùn)輸人員提供了經(jīng)濟(jì)適用的解決方案。其工作原理類似于地面旅游索道，它通過電動(dòng)機(jī)傳

2、動(dòng)到減速機(jī)上的摩擦輪作為驅(qū)動(dòng)裝置，以架空，無極循環(huán)的鋼絲繩作為牽引承載，此鋼絲繩靠尾輪張緊裝置進(jìn)行張緊和繩長調(diào)節(jié)，沿途采用繩輪支撐，以維持鋼絲繩在托輪間的貼合力；抱索器將乘人抱索器與鋼絲繩連接并循環(huán)運(yùn)行，從而實(shí)現(xiàn)運(yùn)送人員的目的。其優(yōu)勢能長期運(yùn)輸，維護(hù)工作量較少，這種井下索道運(yùn)輸具有安全實(shí)用、運(yùn)送能力大、動(dòng)力消耗小、設(shè)備簡單等優(yōu)點(diǎn)，深受井下工人的歡迎，大大提高了井下輔助運(yùn)輸?shù)男?。地下礦用架空索道的最新發(fā)展方向呈現(xiàn)大運(yùn)量、高速度、集中控制、穩(wěn)定安全等特點(diǎn)。具有大運(yùn)量、連續(xù)運(yùn)輸、連續(xù)變坡拐彎的特點(diǎn)，而且運(yùn)行可靠，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和集中控制，經(jīng)濟(jì)效益十分明顯。地下礦用架空索道也是煤礦乘人裝置最為理想的

3、高效連續(xù)輔助運(yùn)輸設(shè)備，特別是煤礦高產(chǎn)高效現(xiàn)代化的大型礦井，地下礦用架空索道已成為礦井輔助運(yùn)輸機(jī)電一體化技術(shù)與設(shè)備的關(guān)鍵設(shè)備。隨著高產(chǎn)高效礦井的發(fā)展，礦用架空索道各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)有了很大提高。2、文獻(xiàn)綜述（課題研究現(xiàn)狀及分析）2.1 本課題在國內(nèi)外的研究情況礦用架空索道在國內(nèi)一直被作為一個(gè)煤礦輔助運(yùn)輸機(jī)械裝備，傳統(tǒng)礦用架空索道在技術(shù)上已經(jīng)基本成熟，產(chǎn)品應(yīng)用也很普遍，由于它只是生產(chǎn)過程中的輔助設(shè)備，產(chǎn)品不需要很高的科技含量就能滿足要求，國內(nèi)廠家所生產(chǎn)的產(chǎn)品已經(jīng)能夠滿足生產(chǎn)中的要求，其中絕大部分驅(qū)動(dòng)該方式為機(jī)械傳動(dòng)，液壓驅(qū)動(dòng)方式使用的不多，從2009 年開始，才有部分廠家生產(chǎn)液壓驅(qū)動(dòng)該方式的礦用架空索道

4、，這是因?yàn)橐簤候?qū)動(dòng)投資大、技術(shù)含量高、難以維修，而在全國范圍內(nèi)我國的液壓傳動(dòng)技術(shù)水平較低，難以占領(lǐng)高端產(chǎn)品市場。2.1.1 我國繩索運(yùn)人猴車發(fā)展基本情況我國煤礦排擠乘人裝置起源于1966 年， 當(dāng)年山東淄博煤礦裝設(shè)了一條簡便、實(shí)用的煤礦排擠乘人裝置，深受井下工人的接待。隨后，河南、河北、湖南、四川等地煤礦都裝設(shè)了這種井下職員運(yùn)輸裝置。至90 年代末，湖南省內(nèi)煤礦自行計(jì)劃制造安置并投入應(yīng)用的斜井乘人索道達(dá)50 多條。這一階段，猴車成長較快，但由于各礦設(shè)置均為自行計(jì)劃制造，各自為戰(zhàn)，各具特點(diǎn)，缺乏團(tuán)結(jié)的平安、計(jì)劃、安置榜樣及產(chǎn)物準(zhǔn)繩，從而在平安和應(yīng)用維護(hù)方面存在一系列問題，也難以得到廣泛推廣。20

5、 世紀(jì)80年代，北方以河北煤炭科學(xué)研討所、河北石家莊煤機(jī)廠為代表的煤機(jī)研討、生產(chǎn)機(jī)構(gòu)親密重視外洋猴車技能。與此同時(shí)，外洋煤礦幫助運(yùn)輸設(shè)置也期望打入中國市場。由于局部要害技能沒有管理等因?yàn)?，猴車技能前進(jìn)不大，且沒有轉(zhuǎn)化為實(shí)際的生產(chǎn)力。1997 年 7 月至 1999 年 12 月，以張立忠為首的科研職員與江蘇常州市振化起重運(yùn)輸機(jī)械廠協(xié)作協(xié)同完成了猴車產(chǎn)物的現(xiàn)場試制及應(yīng)用情況的意見搜集，并聯(lián)合應(yīng)用情況對樣機(jī)舉行了革新和完備。2000 年后，隨著猴車的專業(yè)化生產(chǎn)，其技能也得到快速提拔。其主旨部件抱索器既有穩(wěn)定式抱索器又開發(fā)出新式的帶輪子、自鎖成效的運(yùn)動(dòng)式抱索器；托輪方面既有單托輪又有雙托輪、托輪組。

6、在吊椅、吊架以及驅(qū)動(dòng)裝置等方面都開墾研制出新的產(chǎn)物。額外電氣保衛(wèi)成效得到了大大增強(qiáng)，掉繩保衛(wèi)、脫槽保衛(wèi)、長途監(jiān)控、零速率上下車、告急拉停裝置等等，都提高了猴車的平安、舒坦成效和適宜巷道情狀的本領(lǐng)。程度拐彎猴車、高速猴車、可伸縮猴車也開始出現(xiàn)，猴車真正成為煤礦員工上下井的班車，是煤礦企業(yè)的“地下鐵”。近年來，我國繩索運(yùn)人猴車取得了飛速發(fā)展，國內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)大體可以劃分為三大梯隊(duì)：長沙正忠科技發(fā)展有限公司、石家莊貝克采礦運(yùn)輸設(shè)備有限公司位于第一梯隊(duì)，他們是行業(yè)內(nèi)經(jīng)濟(jì)規(guī)模最大的企業(yè)，擁有國家級技術(shù)中心，綜合實(shí)力雄厚，產(chǎn)品以其安全保障功能強(qiáng)、勞動(dòng)力運(yùn)輸性價(jià)比高、安全性能好、智能化程度高、穩(wěn)定性能好、能源節(jié)

7、約效果好等特點(diǎn)，占據(jù)了國內(nèi)礦山索道市場的近半壁江山。第二梯隊(duì)是包括衛(wèi)華集團(tuán)在內(nèi)的國內(nèi)排名前20 的企業(yè)， 他們大多擁有廠級技術(shù)中心，其中，岳陽索非特礦山機(jī)械有限責(zé)任公司、揚(yáng)州市百思特機(jī)械設(shè)備有限公司，設(shè)立了地區(qū)性技術(shù)中心，并在組建了產(chǎn)品設(shè)計(jì)研究院，這些企業(yè)是行業(yè)的中堅(jiān)力量，產(chǎn)品涵蓋面廣，既參與高端產(chǎn)品的招投標(biāo)，又參與通用類產(chǎn)品的低價(jià)競爭。第三梯隊(duì)則是余下的中小企業(yè)，這些企業(yè)一般規(guī)模都不大，產(chǎn)品類型也大致相同，而以低價(jià)競爭為主的市場占有策略致使這些企業(yè)效益普遍較差，發(fā)展速度嚴(yán)重受阻。2.1.2 國外繩索運(yùn)人猴車產(chǎn)品發(fā)展現(xiàn)狀目前，全球約有4 萬多條索道在運(yùn)行，現(xiàn)在每年還以5%的速度在增長，年新架索

8、道2000 條左右，用于工礦生產(chǎn)、港口傳送、軍事用途的貨運(yùn)索道較多， 美國的索道工程師們早在1986 年便開始著手研究和設(shè)計(jì)用于月球采礦運(yùn)輸?shù)乃^ “太空索道”。 繩索運(yùn)人猴車作為人員、物料運(yùn)送、裝卸的機(jī)械設(shè)備，可以減輕或代替人們的體力勞動(dòng)，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。在煤炭工業(yè)、礦山工業(yè)等國民經(jīng)濟(jì)支柱行業(yè)中，礦山索道都扮演著重要的角色。隨著時(shí)代的發(fā)展，繩索運(yùn)人猴車占據(jù)了主導(dǎo)地位。國外繩索運(yùn)人猴車具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：緊湊、耐用、速度快。大型繩索運(yùn)人猴車的迅速發(fā)展迫使繩索運(yùn)人猴車朝著更大噸位、性能更加先進(jìn)和可靠的方向發(fā)展。高速發(fā)展的電子技術(shù)、控制技術(shù)和新型電子元器件的出現(xiàn)及相關(guān)技術(shù)的解決又為繩索運(yùn)人猴車的大型

9、化鋪平了道路。計(jì)算機(jī)芯片、傳感器、信息傳輸、 GPS無線通信、遠(yuǎn)程控制調(diào)度等都在朝先進(jìn)化、智能化方向發(fā)展。產(chǎn)品可靠性、壽命不斷提高。 架空乘人索道電控系統(tǒng)是目前先進(jìn)的乘人索道電控系統(tǒng)，它采用 PLC可編程序控制器，以煤礦安全堆積為依據(jù)推出的架空乘人索道電控更新?lián)Q代產(chǎn)品，主要適用于礦山架空乘人索道的控制。主要特點(diǎn)：（ 1）可實(shí)現(xiàn)無人值守自動(dòng)化控制；（ 2）高清晰液晶顯示屏顯示各種工作狀態(tài)；（ 3）各種保護(hù)齊全； （ 4）可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。從全球繩索運(yùn)人猴車市場來看，美國、德國戰(zhàn)后國內(nèi)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和企業(yè)設(shè)備投資的高景氣使得礦山機(jī)械業(yè)得到了快速發(fā)展，并培育了一批具備國外競爭實(shí)力的企業(yè)；工業(yè)化中期對資源

10、需求的攀升，同樣刺激了國內(nèi)礦山機(jī)械及繩索運(yùn)人猴車的需求。德國是繩索運(yùn)人猴車技術(shù)先進(jìn)的國家，亞洲國家，例如我國猴車的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)及技術(shù)等級均參照德國相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。德國德國薩爾夫公司、貝克公司等制造的猴車質(zhì)量很好，但是價(jià)格昂貴。國產(chǎn)長沙正忠、棗礦新遠(yuǎn)、湘潭恒欣、湖南華陽等價(jià)格相對適中，質(zhì)量也很不錯(cuò)。2.2 繩索運(yùn)人猴車國外發(fā)展趨勢分析當(dāng)今，繩索運(yùn)人猴車已不再是傳統(tǒng)意義上粗大笨重、操作復(fù)雜、維護(hù)困難的工業(yè)設(shè)備，它將面向用戶的設(shè)計(jì)理念與世界先進(jìn)技術(shù)的完美結(jié)合在一起。塑造出具備體積輕巧、結(jié)構(gòu)緊湊、操作簡便、使用安全、免維護(hù)等特性的產(chǎn)品是繩索運(yùn)人猴車設(shè)計(jì)的目標(biāo)。未來幾年，繩索運(yùn)人猴車將朝著以下趨勢發(fā)展：1

11、、向大型化、高效率化、無保養(yǎng)化和節(jié)能化發(fā)展。繩索運(yùn)人猴車將使用清潔能源、能耗小、功率大，動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)維修費(fèi)用大大降低，實(shí)現(xiàn)更高的設(shè)備操作安全性和操作員作業(yè)舒適性，確保猴車和配套設(shè)備的匹配性，提供總成件壽命延長大修，擁有超靜音和低排動(dòng)力機(jī)。2、向自動(dòng)化、智能化、集成化和信息化發(fā)展。自動(dòng)化、智能化、高速化的繩索運(yùn)人猴車進(jìn)行技術(shù)升級，將來可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控、無人值守、人走車停。同時(shí)還正在著手解決掘進(jìn)巷道內(nèi)的索道運(yùn)輸設(shè)備問題，成功后，掘進(jìn)巷道將不再鋪設(shè)道軌?！?、向成套化、系統(tǒng)化、綜合化和規(guī)?；l(fā)展。采用新結(jié)構(gòu)、新部件、新材料和新工藝提高產(chǎn)品性能。積極開拓用于非煤礦山領(lǐng)域，從運(yùn)送人發(fā)展到運(yùn)送物，從煤炭礦

12、山發(fā)展到非煤礦山，也是其中大趨勢之一。2.3 繩索運(yùn)人猴車市場發(fā)展中存在的問題目前，國產(chǎn)繩索運(yùn)人猴車以中低端產(chǎn)品居多，對于高端產(chǎn)品的研發(fā)水平不高。中低端產(chǎn)品呈供過于求態(tài)勢，大型成套工程配套所需的關(guān)鍵品種短缺，成套水平低。一些沒有資質(zhì)、缺乏實(shí)力的企業(yè)也開始渾水摸魚?，F(xiàn)在許多中小企業(yè)在發(fā)展過程中，困難重重，在拓寬產(chǎn)品線的同時(shí)，也應(yīng)該打好產(chǎn)品的深度，保證產(chǎn)品的質(zhì)量。另外，猴車在長期的使用過程中，出現(xiàn)吊椅脫落、吊椅滑落、驅(qū)動(dòng)輪的驅(qū)動(dòng)片損壞、鋼絲繩跳線等不安全問題，影響著猴車的安全運(yùn)行。有時(shí)候，安全與高效是一對很難調(diào)和的矛盾。如何讓“猴車”實(shí)現(xiàn)二者的統(tǒng)一，在確保安全的情況下高速運(yùn)行是需要解決的問題。繩索

13、運(yùn)人猴車的技術(shù)和價(jià)格是目前市場發(fā)展存在的最大問題。目前市場上一臺(tái)生產(chǎn)的質(zhì)量較好的大型繩索運(yùn)人猴車的價(jià)格在百萬元左右，價(jià)格昂貴，使得產(chǎn)品只能被實(shí)力非常強(qiáng)大的企業(yè)消費(fèi)，一般的中小企業(yè)只能望塵莫及，昂貴的價(jià)格給產(chǎn)品的市場普及帶來了不小的障礙。3、設(shè)計(jì)基本內(nèi)容、擬解決的主要問題架空乘人裝置結(jié)構(gòu)組成架空乘人裝置主要由：驅(qū)動(dòng)部分、乘人部分、拖繩部分、張緊部分及電控系統(tǒng)組成 , 如下圖所示：圖一 斜井架空乘人裝置的組成框圖 猴車控制系統(tǒng)的啟動(dòng)要求：(1)井上井下分別配置起停按鈕；轉(zhuǎn)換開關(guān)置于停車位置時(shí)，設(shè)備進(jìn)入停 機(jī)狀態(tài)，任何設(shè)備不能啟動(dòng)；(2)具有完善的系統(tǒng)保護(hù)、報(bào)警功能。包括：全程緊急停車保護(hù)、乘人吊

14、椅搖擺保護(hù)、行程保護(hù)、有毒有害氣體濃度超限報(bào)警、電機(jī)的過載、短路保 護(hù)等。PLC控制系統(tǒng)：PLC控制方式能夠?qū)崿F(xiàn)對電機(jī)的加速和減速控制，達(dá)到減 少乘坐人員的乘坐時(shí)間和上下安全的目的。對于這種控制方式，隨著電路的 保護(hù)開關(guān)的增加，使電路的安全性和準(zhǔn)確性都能得到提高，不會(huì)給電路接線 帶來困難。擬解決的主要問題：(1) PLC選型：在這里主要是根據(jù)控制系統(tǒng)方案中開關(guān)量輸入點(diǎn)和輸出 點(diǎn)確定，同時(shí)還兼顧性價(jià)比、運(yùn)行速度、可編程性能等。(2) PLC控制的I/O分配：查閱資料確定外部原件與 PLC的I/O點(diǎn)的連 接關(guān)系。(3) PLC的電氣控制線路：研究各個(gè)外部原件工作次序，確定控制線路。4技術(shù)路線與硬件

15、設(shè)計(jì)構(gòu)想4.1技術(shù)路線系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)。PLC及其他元件的選型、硬件 設(shè)計(jì)、繪制I/O接口圖。4.2系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)圖二猴車系統(tǒng)組成框圖猴車控制系統(tǒng)主要以PLC為主要控制單元，控制操作臺(tái)及語音箱作為操作及報(bào)警設(shè)備，PLC外圍開關(guān)，傳感器構(gòu)成保護(hù)系統(tǒng)。系統(tǒng)框架如圖二所示 系統(tǒng)各組成主要作用說明如下：(1)按鈕開關(guān)：在煤礦上水平面和下水平面鴿子都設(shè)有兩個(gè)按鈕開關(guān),其中一個(gè)是停止按鈕，另外一個(gè)是：在上水平面為正轉(zhuǎn)啟動(dòng)按鈕，下水平面 為反轉(zhuǎn)啟動(dòng)按鈕。其主要目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)在異地共同控制同一臺(tái)電機(jī)的運(yùn)行和停 止。(2)保護(hù)開關(guān)：本設(shè)計(jì)在索道沿途共安裝 12個(gè)保護(hù)開關(guān)，其中6個(gè)用作 全程緊急停車保護(hù)開關(guān)，另外 6個(gè)用做

16、吊椅搖擺保護(hù)開關(guān)，分別間隔 80m安 裝一個(gè)；通過PLC控制系統(tǒng)將數(shù)據(jù)送往數(shù)碼管顯示，以便工作人準(zhǔn)確定位故 障的位置，減少了故障的排查時(shí)間，便于維護(hù)和維修。(3)傳感器：本設(shè)計(jì)中通過在礦井地區(qū)安裝一氧化碳和甲烷傳感器并連 接到PLC控制回路，當(dāng)濃度超標(biāo)時(shí)，傳感器就給控制系統(tǒng)一個(gè)井內(nèi)氣體偏高 的信號并發(fā)出警報(bào)，使電機(jī)反轉(zhuǎn)，及時(shí)猴車返回上水平面。(4)減速機(jī)：通過減速機(jī)上的調(diào)速開關(guān)，將電機(jī)的回轉(zhuǎn)數(shù)減速到所要的 轉(zhuǎn)速，以達(dá)到調(diào)節(jié)猴車系統(tǒng)運(yùn)行的速度的目的。4.3系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)綜合本設(shè)計(jì)需求，并查閱圖書館和網(wǎng)絡(luò)資料，系統(tǒng)硬件選型暫定有電動(dòng)機(jī)、 減速機(jī)、PLC傳感器、A/D裝換元件、制動(dòng)器等幾項(xiàng)硬件設(shè)計(jì)選擇

17、。電動(dòng)機(jī)：綜合系統(tǒng)要求并假設(shè)設(shè)計(jì)環(huán)境為索道長度 500M斜角15。，來 進(jìn)行運(yùn)算，并最后選擇出合適的電動(dòng)機(jī)型。PLC： 根據(jù)系統(tǒng)輸入輸出開關(guān)電位數(shù)量，并秉承物美價(jià)廉的原則進(jìn)行選擇、確定型號。制動(dòng)器的選擇：從安全性方面考慮，并從實(shí)際使用情況出發(fā)，結(jié)合使用 代價(jià)選定型號。減速機(jī)：即直接從設(shè)計(jì)中所需的運(yùn)動(dòng)調(diào)速方式，以及有輕度腐蝕的工作環(huán)境并結(jié)合各減速機(jī)型號的側(cè)重性能來綜合考慮選型。傳感器：本設(shè)計(jì)中涉及的傳感器包括：一氧化碳、甲烷傳感器，該傳感器的選擇，秉承礦區(qū)常規(guī)選擇的傳感器習(xí)慣，并考慮與本設(shè)計(jì)需求的契合程 度來綜合選擇。另有A/D轉(zhuǎn)換元件的選擇，則從PLC的選擇中來連帶考慮該元件的選型。5 設(shè)計(jì)進(jìn)

18、度安排2013 年 2 月 27 日 -2013 年 3 月 17 日接受任務(wù)， 收集相關(guān)資料，撰寫并提交開題報(bào)告；2013年3月18日-2013年3月31 日擬定總體設(shè)計(jì)方案， 繪制系統(tǒng)的方框圖；2013年4月1日-2013年4月14日PLC及其他元器件選型；2013年4月15日-2013年5月5 日系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)；解決問題，修改完善2013年5月6日-2013 年5 月26日日日系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)；2013年5月27日-2013年6 月9 日日日撰寫設(shè)計(jì)說明書并用計(jì)算機(jī)繪圖；2013年 6月 10 日 -2013 年 6月16日日日完成論文及圖紙，準(zhǔn)備答辯。6 主要參考文獻(xiàn)1 周四六 . 機(jī)電控制基礎(chǔ)M. 北京 : 化學(xué)工業(yè)出版社,2009.62 袁任關(guān) . 實(shí)用電動(dòng)機(jī)控制電路150 例 M. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2007.3 馬小軍 .