毕业设计（论文）-提升机监控系统设计.doc

I提升机监控系统的设计摘要矿井提升机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，解决提升机行程、速度监视问题，是防止提升机严重事故的关键。但目前，国内矿山大多采用机械式装置监测提升机的提升速度和行程，但此类设备精度不高，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，研制高精度的矿井提升机监控系统是迫在眉睫的课题。本文从煤矿工业现场的实际情况出发，通过对矿井提升系统和矿井提升机监控系统功能的综合分析，提出了完整的设计方案。在硬件与软件的设计上均采用了模块化结构，在硬件设计上系统采用了微控制器80C51作为主处理器，由信号输入与处理模块、CPU处理模块、按键显示模块、串行通讯模块和电源模块构成；软件采用单片机汇编语言编制，由主程序和若干个子程序构成。设计中充分考虑到监控系统恶劣的使用环境，使整机性能稳定。系统对各个传感器产生的脉冲信号进行采样，由主处理器进行计算、判断，结果送入显示。当提升过程中出现超速等故障时，实现安全制动。本文设计的矿井提升机监控系统能基本满足矿山生产的需要，达到了预想的效果，今后的任务是要在此基础上对系统进行完善。关键词：提升机状态监控速度保护IIDESINGOFMONITORINGSYSTEMOFMINEHOISTAbstractBasedonthecoalindustrysituation，passingthecomprehensiveanalysistothefunctionoftheminehoistmonitoringsystem.Itshowsthatrouteandspeedmonitoringisthekeytopreventingseriousaccidents.Atpresent，however，mostofthedomesticmoistusemechanicaldevicetoshowthecontainerpositionandvelocity，buttheaccuracyofsuchequipmentisnothigh，accidentsbecauseofthebadreliabilityoccurredfromtimetotime，allofthesedoesnotfitthedevelopmentandsafetyrequirementoftheminingindustry.Therefore，thedevelopmentofpreciseminehoistmonitoringsystemisanurgentissue.Theminehoistisoneoftheimportantminingequipments，ittaketheresponsibilitytocontactthegroundandthebottomofthemine.Theminehoistsystemhascomplexstructure、largeinertialmass、highspeed，andtheworkconditionusuallyconvertsalternately，soitishardtocontrolit.Theminehoisthavesomeprotectionmeasure，soastopromotesthereliabilityofthemachine，peoplehavemademanyimprovementsinmachine，electronics，maintenance，management，etc.Butthebadenvironmentconditionincludingdust，waterandwhereaboutsweightshitresultinthedamageofvariousmachinesparepartsandtheelectricitycomponent，andthemistakesoftheoperationandresearchlimitationoftravelmonitoringsystem，maketheexistingprotectioncantmeetexpectation，thatiswhytheaccidentoftheminehoistsystemhaveoccurredfromtimetotime.Oncethehoistrouteoutofcontrol，notinaccordancewithagivenvelocitycurves，itwillresultinoverspeedandoverwindaccident，maycausedamagetotheminesnormalproduction，evenmakeropefellcontinuouslyanddodamagetocontainerscrashesandmechanicalandelectricalequipment，causingheavycasualtiesandequipmentaccidents.Thishascausedgreateconomiclossestocoalproduction.Thedesignoftheminehoistmonitoringsystemcanmeetthebasicneedsofmineproduction.Thisstudyingexperiencewillbethebasisforimprovingthesystem，addadditionalmonitoringfunctions.IIIKeywords：minehoist；statemonitoring；speedprotection；目录摘要.IAbstract.II1绪论.11.1选题背景及意义.11.2国内外发展状况.21.3课题主要内容.32提升机系统介绍.42.1提升机系统组成.42.2提升机的构成.42.2.1工作机构.42.2.2制动系统.42.2.3机械传动系统.62.2.4润滑系统.62.3提升机运行速度图.72.4提升机速度保护环节.83系统硬件选型及设计.93.1单片机测控系统概述及系统的总体设计.93.2单片机选型.103.3传感器.113.4A/D转换器的选择.133.5各个硬件模块设计.134软件系统设计.194.1总体方案.194.2软件结构.19转换器数据的转化程序：.255监控系统功能验证.26全文总结.28研究展望.28参考文献.29致谢.3111绪论1.1选题背景及意义煤炭资源作为一种主要能源，在国民经济中起着非常重要的作用。近年来，煤炭的价格持续庵升，形成大力开采之势。与此同时，矿井事故也频繁发生，经济损失巨大，人员伤亡事故非常惨痛。煤矿安全日益成为重中之重，急待加强。矿井提升机作为采矿业的大型机电设备，是煤矿大型设备“四大件”之一，担负提升煤炭、矸石、下放材料、升降人员和设备的重要任务，素有“矿井咽喉”之称，是沟通矿井地面与井下的运输设备，在整个矿井中占有非常重要的地位，它的工作状态关系到整个矿井的安全生产，多年来发生的提升事故证明，现有的技术装备不能满足提升机安全运转的需要1。我国的交流提升机电控设备，几乎全部采用的是早期前苏联的KKX和我国自己研制的TKD系统。这些电控设备的共同特征就是采用继电器接触器电路组成的含有触点的控制方式，而且配有由磁放大器、自整角机、测速发电机等组成的速度控制环节，共同组成整个电控系统2。由于它接线繁琐，逻辑复杂，控制器件维护量大，系统故障率高，使用和维护难度大，安全可靠性差等原因，直接影响了矿山的安全生产和提升效率。提升机作为人员、设备和材料上下的运载工具，安全性对于它至关重要，最主要的就是保障人身安全，其次是保障设备安全，从而延长设备使用寿命，对于一个矿山企业来说这是保障生产的根本。因此提升机功能的强弱和性能的优劣，将直接关系到企业的产量和效益。作为一个机电控制系统来说，影响矿井提升机功能和性能的因素很多，如机械结构、控制方案等。随着机电一体化技术的发展，以微电子为基础的监控系统越来越成为机电控制系统的核心。一个先进可靠的监控系统可以提高矿井提升机的自动化程度、控制性能及安全可靠性，是矿井提升机安全高效运行的保证，也是矿山企业进一步发展的前提，且极大的提高了企业的效益。矿山企业对矿井提升机功能和性能要求的不断提高，决定了研究和改造矿井提升机监控系统的重要意义，同时也体现了本课题研究的意义。提升机的实时监测一直是提升技术的重要课题之一。当前，许多煤矿都未设置提升机的监控系统，国内外已有的监控系统大多数是对整个矿山的大型监控系统。国外研制的监控系统稳定性虽好，但价格过高，对于中小煤矿来说是难以承受的；国内研制的针对提升机的监控系统抗干扰能力差，性能不稳定，而且已开发的专家系统大部分仍工作在DOS环境下，人机界面不友好，功能不完善，可扩展能力不强，系统一旦建立，修改起来具有相当的难度。当前，在以PC机为基础的测控软件中，随着计算机和微电子技术的发展，虚拟仪器很有可能成为下一代的仪器标准。因此选基于LabVIEW的矿井提升机监控系统有很好的应用前景3。基于LabVIEW的提升机监控系统，能迅速地建立一个功能强大、性能稳定的监控系统，2并且工作在windows系统下，界面直观形象。开发人员只需要理解各个图标的表示功能，在程序开发中只需要用连线连接各功能模块就能完成所需要的软件功能。该系统同时支持模块化与层次化设计，搭建程序非常清晰、可读，维护起来简单方便。不仅如此，LabVIEW也有很好的开放性和扩展性，使系统功能的扩展和完善变得非常容易。当前，我国有一大批老提升设备、机组，其服役已接近或超过其寿命期，进入“损耗故障期”，故障率增多，而要全部更新，经济负担很重，根本不可能。如何确保提升设备经常处于安全可靠的运行状态，除了在设计计算时合理选择运行参数外，关键在于对其进行状态监控。对提升机运行的主要参数进行连续不断的在线监测监控，使司乘人员随时了解提升机的运行情况，并在超限时做出故障报警，供司乘人员操作时参考。如提升机过速而造成的过卷、过放现象，制动器闸瓦的磨损，制动弹簧的疲劳引起的制动器失效等。通过对提升机各主要参数的监测监控，可以使司乘人员在接到这种报警信息时做出及时处理，可以大大减少事故的发生。因此，开发一套简单适用的计算机监控系统是非常必要的。1.2国内外发展状况鉴于矿井提升机在煤矿的重要作用，国内外对矿井提升系统的工况监测主要有：提升运行状态的监测；液压制动系统的监测；钢丝绳的监测：电动机及传动部分的监测等。(1)运行状态监测主要包括：提升方向、提升高度、提升速度、提升加/减速度、相对滑动距离，根据提升高度的变化和运行时间，可以计算出提升速度，根据提升速度的变化和运行时间，可计算出加/减速度。系统需要采集的信号为开停车信号、提升高度信号及相对滑速等。(2)液压制动系统的监测：对液压系统的监测有制动盘偏摆度、空动时间、闸瓦开贴闸油压、液压站残压、闸瓦间隙和液压油温监测等。采用油压传感器、电涡流位移传感器构成制动器的监测系统，油压传感器安装在液压站的总液压回路中，电涡流位移传感器可实现空动时间和闸瓦间隙的检测。(3)钢丝绳的监测主要有：钢丝绳张力的检测，断丝检测、钢丝绳绳径的检测、钢丝绳润滑的检测。监测的主要方法采用磁监测法。(4)电动机及传动部分监测内容有：工作电压、电流监测，减速器各轴瓦温度、主轴轴瓦温度监测，电动机负荷瓦、反负荷瓦、电机定子铁芯温度监测，减速器油压、油温、油质监测，振动监测。电流和电压的测量一般采用交流电压隔离传感器。其它项主要包括电控系统的状态监测，及各种监测设备的自检，一般由传感器直接读取，或者由人工定期测量。国外研制矿井计算机监控系统始于20世纪60年代，在提升机状态监护方面水平较高，提升机大多采用双套保护装置发展，即在原有的基础上再增加一套微机监控装置。目前，随着信息数字化、控制智能化的发展，国外的提升设备监控系统的功能和自动化程度有较大提高。特别是对闸控和速度监控系统等重要保护环节，设计更加合理，有些环节设置双3重保护，如过速保护，过卷保护等，这些保护措施，对提升机的运行安全都是可靠的保证。我国有一些大型矿井引进了国外的提升系统，其监控系统稳定性虽好，但由于国外公司都有技术保密制度，其核心技术(如程序等)无法掌握，在使用，维护和零配件的供应上都受到限制4。而对于大多数的中小型的矿井来说，其系统高昂的价格也难以承受。而国内针对提升机研制的监控系统与国外相比，其抗干扰能力差，性能不稳定，而且在开发测试系统的软硬件方面需花费相当的人力和时间，并且功能不完善，可扩展能力差等等，关系到矿井的安全生产和矿工的生命安全。1.3课题主要内容本