矿用下运带式输送机电控系统设计

中文题目矿用下运带式输送机电控系统设计外文题目ELECTRICCONTROLSYSTEMFORMINEBELTCONVEYORUNDERDESIGN毕业设计（论文）共68页（其中外文文献及译文23页）图纸共1张完成日期2015年6月答辩日期2015年6月摘要带式输送机是输送能力最大的连续输送机械之一。由于下运带式输送机在技术上和经济上对生产相对有优势，因此备受关注，已成为地面选煤厂和煤矿井下煤炭运送的主要设备，但长距离、大运量的下运带式输送机的设计及应用仍需要进一步的完善。本文分析了常用带式输送机的现状和技术难点,特别是大型带式输送机的核心技术包括带式输送机可控软起动技术与制动技术、动态分析与监测技术、设备性能及其可靠性、寿命等。电气控制系统是带式输送机的控制核心，其工作的可靠性将直接影响带式输送机各台电动机的起动、停止以及正常运行。本课题在分析研究了下运带式输送机的运行特点基础上，针对下运带式输送机的总体设计，通过PLC与变频器的组合系统控制下运带式输送机的运行，有效控制和及时检测下运带式输送机在运行时出现沿停、跑偏、超速、撕带、打滑、超温、烟雾等故障。关键词下运带式输送机；电气控制系统；故障监测；PLCABSTRACTITISONEOFTHELARGESTCONTINUOUSCONVEYORTRANSPORTMACHINERYTRANSMISSIONCAPACITYDUETODOWNWARDBELTCONVEYORTECHNICALLYANDECONOMICALLYTOPRODUCERELATIVEADVANTAGE,SOMUCHATTENTION,ITHASBECOMEGROUNDCOALPREPARATIONPLANTANDCOALMINECOALMAJOREQUIPMENTDELIVERIES,BUTLONGDISTANCE,LARGECAPACITYUNDERTHETRANSPORTBELTDESIGNANDAPPLICATIONOFCONVEYORSTILLNEEDSFURTHERIMPROVEMENTTHISPAPERANALYZESTHECURRENTSITUATIONANDTECHNICALDIFFICULTIESCOMMONBELTCONVEYOR,ESPECIALLYFORLARGEBELTCONVEYORCORETECHNOLOGIESINCLUDINGCONVEYORCONTROLLEDSOFTSTARTTECHNOLOGYANDBRAKETECHNOLOGY,DYNAMICANALYSISANDMONITORINGTECHNIQUES,EQUIPMENTPERFORMANCEANDITSRELIABILITY,LONGEVITYANDSOONELECTRICALCONTROLSYSTEMISTHECOREOFTHEBELTCONVEYOR,THERELIABILITYOFITSWORKWILLDIRECTLYAFFECTEACHSTATIONCONVEYORMOTORSTARTING,STOPPINGANDRUNNINGTHEISSUEATTHEBASISOFANALYSISOFTHEOPERATINGCHARACTERISTICSOFTHELOWERBELTCONVEYOR,BELTCONVEYORFORLOWEROVERALLDESIGN,BYTHEFOLLOWINGCOMBINATIONOFPLCANDINVERTERCONTROLSYSTEMOFBELTCONVEYOROPERATION,EFFECTIVECONTROLANDTIMELYDETECTIONOFDOWNWARDBELTCONVEYORRUNSALONGAPPEARSTOSTOP,DEVIATION,SPEEDING,TEARTAPE,SLIP,OVERTEMPERATURE,SMOKEANDOTHERFAILURESKEYWORDSLOWERTRANSPORTBELTCONVEYORSELECTRICALCONTROLSYSTEMSFAULTMONITORINGPLC目录1绪论111设计背景及意义112下运带式输送机的介绍1121下运带式输送机结构1122运行工况2123可控启动系统2124制动控制系统313本设计的主要内容42下运带式输送机的电气设备概述421运行阻力计算522电动机选型及其特性6221电动机型号确定6222三相异步电动机的机械特性6223电动机的固有启动特性8224电动机变频调速机械特性9225三相异步电动机的制动特性1023变频器选型设计123故障监测及传感器的选型1531堆煤传感器1532输送带跑偏1633输送带打滑1834下运带式输送机超速1835输送带撕裂1936断带2037速度检测2038物料的滚滑2139下运带式输送机的超温、烟雾保护21310拉线急停开关23311自动洒水装置23312皮带张紧装置234PLC控制系统硬件设计2441PLC控制系统的优点2442PLC的选型设计24421CPU的选择24422数字量输入/输出扩展模块27423模拟量模块28424PLC控制变频器硬件图295PLC控制系统软件设计3051控制系统流程图30511控制系统30512下运带式输送机的运行工况流程图3052程序设计376结论42致谢43附录A46附录B551绪论11设计背景及意义带式输送机是输送能力最大的连续输送机械之一。其具有运输能力大、结构简单、运转可靠、能耗低、便于集中控制和实现自动化、管理维护方便等优点。随着生产的发展，沿倾斜向下运送物料，采用带式输送机的越来越多，带式输送机在煤矿生产过程中起着重要的作用，特别是下运带式输送机在煤矿井下已得到广泛应用。近年来，煤矿井下采用带式输送机沿倾斜向下运送煤炭的愈来愈多，这是由于带式输送机在技术上和经济上对生产有优势，因此倍受关注。下运带式运输机，不仅有利于煤田开采，且可大大减少巷道工程量和建井周期，缩短运距，节省设备投资和运营费用，有显著的经济效益。本次设计是在分析研究下运带式输送机的运行特点及国内外研究现状的基础上，针对下运带式输送机驱动系统能够提供可调的、平滑的而无冲击的起动力矩和制动力矩的要求，通过对国内外常用的几种可控的起动与制动装置功能及特点的比较，阐明若制动装置设计的不合理，很容易发生飞车事故，给生产带来极大地危害。同时，与水平及上运带式输送机相比，下运带式输送机在空载或运量较少时，主电动机可能处在电动状态；运量较多或满载时，主电动机却又可能处在发电状态。因此，进一步研制开发具有一定先进性、可靠性、高效性的下运带式输送机已成为煤机市场的一种迫切需求。12下运带式输送机的介绍121下运带式输送机结构带式输送机主要由输送带、驱动装置电动机、减速机、联轴器等、传动滚筒、改向滚筒、托辊组、拉紧装置、卸料器、机架、漏斗、导料槽、安全保护装置以及电气控制系统等组成。1电机滚筒，2头架，3拍打装置，4凸弧中间段，5压带轮，6中间架，7中间架支腿，8波状挡边胶带，9凹弧中间架，10加料段，11改向滚筒，12尾架，13张紧装置图11下运带式输送机的结构图FIG11THESTRUCTUREOFBELTCONVEYER122运行工况1满载运行正常满载运行时,输送带承载段各部分都达到额定负荷,系统处于最困难工况,下运带式输送机的驱动电机处于发电运行状态。2空载运行正常空载运行时,输送带各段都无载荷,下运带式输送机的驱动电机处于电动运行状态。3超载运行设计的时候需要考虑输送机系统应该有较好的过载能力。一般要求输送带上的物料超过额定载荷10时系统仍能正常运行。同样,在该工况下下运带式输送机系统的驱动电机也处于发电运行状态,与满载运行工况相比，情况更为恶劣。123可控启动系统可控起动过程如下当带式输送机要起动时，先开动液压泵站，通过电液比例阀控制盘形制动器的压力，使闸瓦离开行星轮系中的内齿轮，内齿轮处于浮动状态，在空载状态条件下，带式输送机的电机启动后，通过锥齿轮副带动太阳轮转动，此时输出轴转速为零；当电机起动完毕，通过电液比例压力阀逐渐减少油缸压力，闸瓦逐渐对内齿轮施加摩擦力矩，当力矩大到某一值时，输出轴开始转动，从而传动滚筒转动，进而使输送带运转。为适应下运带式输送机的特殊要求，驱动装置应该具有良好的起动特性。本设计采用液体粘性软起动装置。液体粘性软起动装置是利用液体的粘性即油膜剪切力来传递扭矩的，其结构如图12所示，其结构主体由主、从动轴，主、从动摩擦片，控制油缸、弹簧、壳体封件等组成。当输入轴转速一定时，如果需要负载转速低，传递转矩小，则使油膜厚度加大；如果需要负载转速高，传递转矩大，则使油膜厚度减小；如果需要转速为电动机转速，即为同步传动，则使油膜厚度为零。1一输入轴2一壳体3一控制油缸4一弹簧5一主动摩擦片6一从动摩擦片7一输出轴图12液体粘性软起动装置机械结构图FIG12SCHEMATICDRAWINGOFHYDROVISCOUSSOFTSTARTDEVICE其优点为满足对于带式输送机可控起动的要求；电动机的空载启动，以减小对电气和机械的冲击；正常运行时传动效率可达100；液粘软起动装置能提供可调的、平滑的、无冲击的起动力矩；液粘软起动装置与电动机具有良好的匹配特性，充分使用电动机的最大力矩；配套专用电控系统可以实现多电动机驱动功率相互平衡；可以达到带式输送机的无级调速，以满足验带等不同的工作需要；带式输送机过载时能实现自动过载保护功能；正常工作时不需水冷却系统，大大节省运行费用，利于设备维护；能实现煤矿井下防爆，增强矿井安全。124制动控制系统下运带式输送机的制动控制系统包括控制单元、制动单元、皮带输送机的传动系统和信号传感反馈单元。当控制单元得到主控信号；要求液压制动器实施制动，即向皮带输送机的传动系统输出一个制动力矩，则控制单元发送一定值得电流与电压信号，然后由信号传感单元反馈加速信号与速度信号到控制单元中，控制单元即可按一定的指标来实现对力矩的调节功能，使皮带输送机的传动系统的制动满足工况要求。下运带式输送机的安全与可靠运行,主要体现在以下七个方面（1）制动力矩可控；（2）具有断电可靠制动；（3）具有定车功能；（4）具有重载起车制动力矩零速保持功能；（5）实现多机制动力矩平衡；（6）易实现井下防爆要求；（7）尽量做到节能。13本设计的主要内容本论文的设计内容包括以下几个方面（1）首先介绍本文的研究背景和意义，同时对下运带式输送机进行介绍，最后给出了本文的研究内容。（2）对下运带式输送机的电气设备进行设计计算与分析。（3）下运式输送机故障检测以及对传感器进行选型设计，并对各部分结构进行阐述。（4）分别对PLC控制系统硬件、软件进行设计。（5）对本文的工作进行总结，并在总结的基础上对下一步工作进行展望。2下运带式输送机的电气设备概述21运行阻力计算表21原始参数表TAB21ORIGINALPARAMETERLIST带速V传动滚筒直径D运输能力Q输送长度L倾角承载托辊间距GL回程托辊间距“GL减速比I315M/S800MM1200T/H1670M15015M3M3794基本参数计算（1）每米胶带质量取15KG/M。DQ（2）每米胶带货载质量Q当己知设计运量和带速时，物料的线质量由下式求得KG/M（21）VQ63821052（3）上下托辊转动部分每米质量，GQ“由前述托辊组的选择情况可知（22）GLGQMKG/1258（23）LG/63“式中，一承载分支托辊辊子旋转部分质量，取18KG。GG运行阻力包括两部分，一部分是摩擦阻力；一部分是由下滑力引起的阻力，由摩擦力引起的阻力总是为正。重段阻力（2NQQGLWDDGZH8573215SIN82105COS041528016INS4）空段阻力（25）NQQGLWDDK5297815SINCO0351601IS“式中，一重段运行阻力，N；ZH一空段运行阻力，N；K“”一向上运行取“”，向下运行取“一”；G一重力加速度，；2/SM一带式输送机安装倾角。22电动机选型及其特性221电动机型号确定由于煤矿环境的特殊需要，胶带输送机电动机大部分都选取三相异步隔爆型电动机。本次设计驱动滚筒功率为KW（26）3765801573210WVKP因此，选择YB315L24型隔爆型三相异步电动机两台，其各项参数为电机功率200KW、额定电压380V、额定电流3547A、额定转速1485R/MIN。222三相异步电动机的机械特性异步电动机在额定电压和额定频率下，用规定的接线方式，定子和转子电路中不串联任何电阻或电抗时的机械特性称为固有机械特性，如图21所示为三相异步电动机的固有机械特性曲线，从特性曲线可以看出，曲线有四个特殊点可以决定特性曲线的基本形状和异步电动机的运行性能，这四个特殊点如下所示图21异步电动机的固有机械特性图FIG21INHERENTMECHANICALCHARACTERISTICSOFASYNCHRONOUSMOTOR（1）T0NN0（S0）为电动机的理想空载工作点，此时电动机的转速为N01500R/MIN。（2）TTNNNN1485R/MINSSN为电动机的额定工作点，此时额定转矩和额定转差率分别为27MNPTN218645209N528010S（3）TTST，N0（S1），为电动机的启动工作点。其计算公式为29202STXRUKT可见，异步电动机的启动转矩TST与U、R2、及X20有关。当施加在定子每相绕组上的电压U降低时，启动转矩会明显减小；当转子电阻适当增大时，启动转矩又会增大；而转子电抗增大时，启动转矩则会大为减小，这是我们不需要的。通常把在固有机械特性上启动转矩与额定转矩之比（210）NTSTT作为衡量异步电动机能力的一个重要数据，一般ST1012。因此MNN8214261ST（4）TTMAX，NNM（SSM），为电动机的临界工作点。异步电动机在运行中经常会遇到短时冲击负载，如果冲击负载转矩小与最大电磁转矩，电动机仍能运行，而且电动机短时过载也不会引起剧烈发热。通常把在固有机械特性上最大电磁转矩与额定转矩之比（211）NTMAX称为电动机的过载能力系数。它表征了电动机能够承受冲击负载的能力大小，是电动机的又一个重要运行参数。各种电动机的过载能力系数在国家标准中有规定，如普通的Y系列笼型异步电动机的M2022，供起重机械和冶金机械用的YZ和YZR型绕线异步电动机的M2530MNTN6428912AX结合公式212得MIN/1380NRS在实际应用中，用公式212计算机械特性，称为转矩转差率特性的实用表达式，也叫规格化转矩转差率特性。212STMAX2223电动机的固有启动特性异步电动机在接入电网启动的瞬时，由于转子处于静止状态，定子旋转磁场以最快的相对速度（即同步转速）切割转子导体，在转子绕组中感应出很大的转子电动势和转子电流，从而引起很大的定子电流。一般启动电流可达到额定电流的57倍。但因STINI启动时转差率1，转子功率因数很低，因而启动转矩却不大，STS2COSSTSTTSTKT2CO一般。异步电动机的固有启动特性如图22所示。NSTTT）（5180图22异步电动机的固有启动特性图FIG22STARTUPCHARACTERISTICSINHERENTINDUCTIONMOTOR224电动机变频调速机械特性改变定子电源频对三相异步电动机机械特性的影响是比较复杂的，下面仅定性的F分析的近似关系。根据，并注意NTFPF/60N20XRUKTST20MAXXKT到上式中，且一般变频调速采用恒转矩调速，即希望最大转矩保FX20FK/1MAXT持恒值，为此在改变频率的同时，电源电压也要保持不变，使等于常数，这实质上F/是使电动机气隙磁通保持不变。在上述条件下就存在，和FN0SM1FST/不变的关系，即随着频率的降低，理想空载转速要减小，临界转差率要增大，启MAXT动转矩要增大，而最大转矩维持不变，如图23。图23变频调速时的机械特性图FIG23MECHANICALPROPERTIESWHENFREQUENCY225三相异步电动机的制动特性（1）反馈制动当某种原因导致异步电动机的运行速度高于它的同步速度，即NN，且时，异步电动机就进入发电状态，显然，这时转子导体切割旋转磁场的方向0NS与电动状态时的方向相反，电流改变了方向，电磁转矩也随之改变了2I2COSIKTM方向，即T与N的方向相反，T起制动作用。反馈制动时，电动机从轴上吸收功率后，小部分转换为转子铜耗，大部分则通过空气气隙进入定子，并在供给定子铜耗和铁耗后反馈给电网。所以，反馈制动又称发电制动。这时异步电动机的机械特性如图24所示。由于T为负，S0，所以，反馈制动的机械特性曲线是电动状态机械特性曲线向第二象限的延伸。图24反馈制动状态异步电动机的机械特性图FIG24REGENERATIVEBRAKINGSTATEASYNCHRONOUSMOTORMECHANICALPROPERTIES（2）电源反接制动如果正常运行时异步电动机三相电源的相序突然改变，即电源反接，则旋转磁场的方向就将改变，电动状态下的机械特性曲线就由图25的第一象限的曲线1变成了曲线2在第三象限的部分。但由于机械惯性的原因，转速不能突变，系统运行点A只能平移至特性曲线2的B点，电磁转矩由正变负，则转子将在电磁转矩和负载转矩的共同作用下迅速减速。在从点B到点C的整个第二象限内，电磁转矩T和转矩N的方向都相反，电动机进入反制动状态。待N0（即点C）时，应将电源切断，否则电动机将反向启动运行。由于反接制动时电流很大，对于笼型电动机，常在定西电路中串接附加电阻，对于绕线电动机，则在转子电路中串接附加电阻。这时的人为机械特性如图25的曲线3所示，制动时工作点由点A转换到点D，然后沿特性曲线3减速，至N0（即点E），切断电源。图25电源反接时反接制动的机械特性图FIG25REVERSEREVERSEBRAKINGPOWERWHENMECHANICALPROPERTIES23变频器选型设计对于可调速的电力拖动系统，工程上往往根据电动机电流形式分为直流调速系统和交流调速系统两类。它们最大的不同之出主要在于交流电力拖动免除了改变直流电机电流流向变化的机械向器整流子。20世纪70年代后，大规模集成电路和计算机控制技术的发展，以及现代控制理论的应用，使得交流电力拖动系统逐步具备了宽的调速范围、高的稳速范围、高的稳速精度、快的动态响应以及在四象限作可逆运行等良好的技术性能，在调速性能方面可以与直流电力拖动媲美。在交流调速技术中，变频调速具有绝对优势，并且它的调速性能与可靠性不断完善，价格不断降低，特别是变频调速节电效果明显，而且易于实现过程自动化，深受工业行业的青睐。交流电动机调速控制时，除了应选择合适的变频器类型，其调速范围、调速精度等主要技术性能指标必须满足要求外，变频器的容量选择及与使用有关的一些事项的合理运用，也是电动机调速控制装置安全可靠运行的重要前提。（1）变频器调频范围的选择当滚筒阻力最大时，根据式（24）求得电机需提供力矩NM213879032437852MAXAIDWITZHG由式和得N950PTPF6214TPF60P95将NM代入公式214得87903MAXHZ914F当滚筒阻力最小时，根据式（25）求得电机需提供的力矩NM215589437205MINIDWTKG将NM代入公式（214）得58MINTHZ21682F因此，变频器的调频范围需包括为1409228HZ（2）按变频器负载性质选择额定输出电流A2173725401KNCI式中K电流波形的修正系数，取K10511；电动机的额定电流。NI（3）按电动机容量选择对于连续恒载运转机械所需的变频器，其容量可用下式近似计算KVA21832975081COSKNCP式中电动机额定负载时的效率085；电动机额定负载时的功率因数075。COSCOS根据本次设计的需要，变频调速系统采用西门子公司的MICROMASTER440变频器，其具体技术规格见表21表22MM440变频器技术规格TAB22MM440INVERTERTECHNICALSPECIFICATIONS性能技术规格功率范围120KW250KW电源电压三相交流380480V输入频率47HZ63HZ输出频率0HZ650HZ功率因数098变频器效率外形尺寸AF9697外形尺寸FX和GX9798冲击电流小于额定输入电流固定频率15个，可编程跳转频率4个，可编程数字输入6个，可编程，可切换为高电平/低电平有效模拟输入2个，两个输入可以作为第7和第8个数字输入进行参数化010V，020MA和1010V010V和020MA继电器输出3个，可编程DC30V5A（电阻性负载），AC250V2A（电感性负载）模拟输出2个，可编程存放温度40703故障监测及传感器的选型与水平或上运带式输送机相比，下运带式输送机在运行过程中由于倾斜分力的存在更容易出现故障，因此，在使用和维护管理上需要更加精心，出现故障应及时查出原因，采取相应的维护措施，同时，安装相应的保护装置，避免事故再次发生，造成更大的人员或经济损失。带式输送机的保护装置是用来保护机械系统能正常工作，防止各种事故发生。保护装置通过各种传感器、信号处理器与周围环境信号进行交换，供控制系统进行分析、判断和决策。保护装置是电控系统的重要部件，对带式输送机安全可靠地工作起着至关重要的作用。31堆煤传感器当煤仓内有大煤块塞住煤仓漏口时，会使煤流阻在煤仓内，无法向胶带投放。由于煤仓特别大，如果没有人及时发现煤仓堆煤，煤在煤仓内会越堆越多，最后会迫使使用大量人力物力来挖除煤仓内阻塞的大量煤，同时将运输系统全部停下。这样不仅浪费时间降低工作效率，同时也费用大量人力物力，提高煤的生产成本。因此加入堆煤传感器，及时报警危险煤位，处理煤仓内阻塞的煤。本设计中采用KG1006系列物料探测传感器。KG1006系列物料探测传感器包括KG1006A型和KG1006C型，适用于煤炭、冶金、化工、建材的功能行业恶劣环境，主要用途是监测料仓物料高度；检测输送机溜槽阻塞或转载点堆积。传感器可以延时动作，延时时间可调，避免由于大块物料撞击引起误动作。这里我们选用KG1006A型，输出触点容量是AC220V，1A，电阻性负载；延时时间0460S可调，瞬间复位，输出开关信号。堆煤传感器一般安装在机头下方适当的位置，且不易碰坏或被水和煤尘污染的地方。应保证正常煤流时不误动作，机器振动不误动作，不因滴水或煤尘集聚而误动作，大块矸石碰撞后不能使其损坏。其实物图、接线端子图如图31、32所示图31物料探测传感器12常开接点34常闭接点FIG31MATERIALDETECTINGSENSOR图32物料探测传感器接线端子图FIG32MATERIALDETECTINGSENSORTERMINALDIAGRAMKG1006A型物料探测传感器技术参数触点容量AC220V，1A（电阻性负载）；延时动作时间0460秒可调，出厂时调为34秒；动作角度192；复位角度61；复位时间瞬时复位；主体外形尺寸95340MM；重量65KG；外壳防护等级IP54。32输送带跑偏（1）胶带跑偏的原因造成胶带跑偏的根本原因是由于胶带受力不均造成的。主要原因一是胶带的结构与制造质量差例如钢绳芯胶带中有数根钢丝绳芯，在制造时如果各钢丝绳受力不均或者整条胶带在纵向方向上成S形，较严重时则在运行中会发生跑偏；二是安装质量不合格安装时应符合安装技术标准，否则，将使胶带在运转中受到横向推力而发生跑偏现象；三是使用维护不符合要求拉紧力过大易造成空载运行时跑偏，拉紧力过小易使胶带忽左忽右；胶带接头不正会造成受力不均；装载点落煤不正，货载偏于胶带一侧，使胶带两侧负载相差很大造成受力不均；装载点处的槽形托辊损坏、缺少，会导致落煤不稳，冲击胶带跑偏；清扫胶带不干净，造成煤粉黏结在滚筒上，使滚筒的半径不等，造成胶带受力不均。（2）跑偏传感器为监测运输皮带是否跑偏，一般在机头、机中和机尾皮带最容易跑偏的地方分别安装一对防跑偏保护装置。本设计中采用KG1007A2型胶带二级防跑偏传感器，在皮带正常工作时，跑偏开关的探杆在竖直位置。当皮带跑偏时，皮带碰到跑偏传感器的探杆，并带动探杆轴转动，此时与探杆固定在一轴上的凸轮也同时转动，拨动跑偏传感器的微动开关发出跑偏信号。其实物图与内部接线图如图33、图34所示图33防跑偏传感器图12、34第一级跑偏常开接点；56、78第二级跑偏常开接点图34跑偏开关内部接线图FIG33ANTIDEVIATIONSENSORFIG34DEVIATIONSWITCHINTERNALWIRINGDIAGRAMKG1007A2型胶带防跑偏传感器为本安型电气设备，使用于煤矿有瓦斯、矿尘爆炸危险的环境。它体积较小、重量轻、密封性能好；触点动作后还留有较大的探杆转动缓冲角，探杆上装有尼龙滚动护套，避免探杆和胶带之间的磨擦，使本身不易损坏，输出开关量信号。它的转动角度可以通过改变微调开关的位置来改变。设计中，我们要求跑偏信号发出传送给PLC，一级跑偏时发出声光报警；二级跑偏时PLC发出急停指令，同时触摸屏故障位置指示灯亮并急停。KG1007A2型防跑偏开关技术参数胶带跑偏开关型号KG1007A2型；外壳防护等级IP54；触点容量AC380V、DC220V，5A，煤矿井下使用时必须和本质安全型电路连接；探杆动作转动最大角度大于70，双向转动；触点动作时探杆转动角度25（一级），40（二级）；引入电缆外径612MM，两个出线口；重量2KG。（3）胶带跑偏的调整1）在空载运行时从传动部开始，按胶带运行方向，调整回空胶带跑偏。2）从机尾装载点开始进行承载胶带调整。3）胶带向哪侧跑偏，就要在胶带开始跑偏的地方，顺着胶带运行的方向，向前移动托辊轴哪段的安装位置，使托辊轴端向前倾斜，但要注意不能同时移动托辊的两端，调整时要适当多调几个辊，每个托辊少调一点。4）如果胶带在卸载滚筒、拉紧滚筒或机尾滚筒处发生跑偏时，可借助于滚筒轴座上的调整螺丝调整滚筒轴来校正跑偏。在移动滚筒之前，先把滚筒两侧架子上的调整螺丝放松一些，以便于移动滚筒，否则可能导致滚筒架损坏。每次调整后，要让胶带在新的情况下运转一段时间，看是否调好。当滚筒调好后，必须重新调整刮板清扫器。33输送带打滑（1）胶带打滑的原因胶带打滑的根本原因是胶带与滚筒之间的摩擦力不够。具体原因一是运行阻力增大如输送机超载，胶带挤卡在机架上，托辊损坏、杂物缠绕、煤泥埋压等原因造成大量托辊不转；二是摩擦系数降低如驱动滚筒与胶带的接触面侵入水、煤泥，驱动滚筒表面铸胶损坏；三是胶带张紧力减小如胶带因变形而伸长，拉紧装置拉紧力不够或损坏。（2）预防及处理方法防止胶带打滑，应从两个方面着手，一是加强运行管理和维护，发现胶带打滑应及时停机，按上面各原因进行分析处理；二是使用打滑保护装置。（3）维护措施1）对于超载的情况，直接减少输送带上物料的重量调节装料口的大小，就可得到解决。对于传动滚筒与输送带的摩擦系数变小，可以对传动滚筒表面进行处理以增大摩擦系数；2）对于使用拉紧装置的输送带松驰情况要进行以下相应的处理调整张紧行程，增大张紧力；3）及时更换有故障的托辊；4）设置输送带打滑检测装置。该装置安装于带式输送机头部输送带下分支上，在测得打滑现象时，发出警报信号同时使带式输送机紧急停车；5）工作人员认真监视设备，创造良好的现场运行条件。34下运带式输送机超速（1）超速的原因一是超载造成超速，二是电气故障造成超速。当下运带式输送机严重超载时，加速力矩超过电动机的颠覆力矩，造成超速乃至飞车。下运带式输送机以发电方式稳定运行时，负载下滑的加速力矩与电磁反力矩相平衡。此时如发生电气故障或超载，必然会造成超速。若制动装置不能提供足够的制动力矩，就会导致飞车事故。（2）维护措施1）严格控制给料量，有条件时应安装给料装置，以及安装超速保护装置2）为防止电气故障造成的超速，应将电气保护装置与制动装置有机结合起来。35输送带撕裂（1）输送带撕裂的原因如下运带式输送机超速造成输送带受力过大；输送带老化；物料中有尖锐锋利的硬物；输送带接头连接质量不高；拼设备、超负荷运转等。不管是哪一种原因造成的断裂，都会给安全生产带来不利影响，如物料撒落、输送带飞出伤人等。（2）纵撕传感器选择ABL1GVY2K型纵撕传感器。本传感器为矿用隔爆装本质安全型，适用于煤矿井下有瓦斯、煤尘爆炸性气体环境中。安装于输送机胶带下方，近落料点处。当胶带发生纵向撕裂时，物料洒落在传感器上面，物料超过设定重量02KG时，传感器发出动作信号送至主控系统，立即停车并声光报警。ABL1GVY2K型纵撕传感器技术参数型号ABL1GVY2K；工作电压VDC24V12V；工作电流001A；外形尺寸（长宽高）108030054；重量35KG。（3）维护措施1）避免下运带式输送机超速事故的发生；2）定期检修，及时更换损坏的输送带；3）在带式输送机前设置异物分离器；4）提高检修技术水平，确保输送带连接质量；5）设置输送带撕裂保护装置。输送带撕裂保护装置一般只设于重要的长距离下运带式输送机尾部受料处附近，测得输送带撕裂时，发出警报信号同时使带式输送机紧急停车。36断带带式输送机断带原因大概有以下几种（1）齿轮减速器损坏，液力耦合器喷液或电动机逆转；（2）输送带接头质量问题；（3）运输中因其他东西卷入而引起运输载荷突然增加；（4）启动和停车时应力变化大；（5）输送带自身质量不过关，输送带服务年限过长，输送带长时间超负荷运输，日常维护不到位；（6）物料分配不均，输送带跑偏。在滚筒实际转速不能确定的情况下，我们通过检测胶带线速度与滚筒额定线速度差确定是否断带，当差值大于设定值时，发出断带信号，命令皮带紧急停车，并发出声光报警。37速度检测检测胶带打滑、超速和断带故障，均需要知道胶带的运行速度，因此我们给皮带设置一个速度传感器来检测胶带的速度。我们选用KG5007A型速度传感器。工作原理带式输送机运行时，速度检测传感器由紧贴胶带的滚轮带动转盘（带有齿槽）在光电传感器凹槽内转动，光电传感器光路通断受齿槽控制，输出相应的方波频率信号，频率信号经整形放大后，再经频率/电压、电压/电流变换后输出420MA的电流信号。其实物图与电路示意图如图35所示图35速度传感器图FIG35SPEEDSENSORKG5007A型速度传感器技术参数速度传感器型号KG5007A；外壳防护等级IP65；电源DC1524V，工作电流不大于100MA，煤矿井下使用时，需由本安电源供电；引入电缆外径712MM；防爆型式矿用本质安全型；重量10KG。38物料的滚滑带式输送机在向下运行时，物料的重力也使其有向下滚动的趋势，倾角越大物料的稳定性就越差，就越容易产生向下的滚动和滑动。当带式输送机突然停车时，由于物料惯性因素，它的滚动趋势就更大。如何防止物料在输送带上滚动和滑动，此问题的解决好坏将直接影响下运带式输送机的安全生产。为防止物料的滚滑，一般多在下运带式输送机上安装防滚滑装置。该装置采用无动力的方式，即在带式输送机承载物的上表面加随动覆盖带。随动覆盖带所需动力不运输物料时由主机输送带与覆盖带间的摩擦力产生有载时由物料和覆盖带间的摩擦力产生，有时是二者的结合。覆盖带与物料接触的带面压轮为八字形，通过杠杆原理压紧物料，为适应物料断面变化或有大块物料通过，压轮可上下前后浮动以便始终压紧输送带，当主机输送带与防滚滑输送带间物料超载或有大块物料通过，防滚滑装置的下托辊被物料顶起，带动摇臂绕轴旋转一个角度，使上带压紧。物料越多，旋转角度越大，施加的压紧力越大。当输送带上实际物料断面小于标准断面数值的70，或不设压带轮时，实现了在无驱装置情况下，防滑输送带与主机输送带间无相对滑移，两输送带实现了同速同步运行。39下运带式输送机的超温、烟雾保护下运带式输送机在运行过程中，很容易出现某些部件或周围环境温度过高，影响了带式输送机的正常运行，在有沼气和煤尘的环境下，甚至有可能导致爆炸的危险。因此，下运带式输送机应安装超温自动洒水保护装置和烟雾检测装置。当温度超过一定范围时，超温自动洒水装置就会自动洒水。（1）产生高温和烟雾的原因1）输送带打滑引起滚筒表面温度升高并产生烟雾；2）超速及紧急停车过程中引起制动副温度升高并产生烟雾；3）周围环境中发生着火事故时导致温度过高并产生烟雾。（2）传感器选择1）烟雾检测传感器由于打滑摩擦等原因，胶带机滚筒升高到一定温度时，会使胶带燃着，因此我们在滚筒处设置烟雾传感器，当烟雾浓度大于一定值时，发出报警信号。烟雾传感器可分为离子感烟式和光电感烟式两类，但不管是离子式还是光电式的，都有一个共同的特点，即机电一体化。目前，烟雾传感器大都采用金属镅的离子式探测器，由不锈钢的外壳构成。烟雾传感器就是通过监测烟雾的浓度来实现火灾防范的器件。本设计选用KGQ12型烟雾传感器，适用于煤矿井下有瓦斯、煤尘爆炸性气体的环境中，主要用于煤矿井下皮带机因摩擦发热或其他原因而产生的烟雾进行检测保护。该传感器可配接声光报警装置和断电装置，实现断电和报警控制，也可以与各种生产、安全监控系统配套使用。2）红外温度传感器由于滚筒和胶带的摩擦作用，当滚筒温度过高时，会使胶带燃着。另外，由于皮带连续工作，皮带接头处温度会比皮带其他处温度高。温度传感器从使用上可分为接触式和非接触式两大类，接触式目前使用较为广泛，而非接触式测量是通过检测被测物体所发出的红外线，来达到测温的目的。因此，选用了LM35温度传感器作为测温元件，温度传感器的输出信号为010V模拟量电压信号，测量范围为32535度。它具有响应速度快，测量精度高，安装维护简便等特点。我们将检测到的红外温度与设定值比较，当温度大于设定值时，则发出报警急停指令，同时启动洒水阀洒水降温。其实物图如图36所示图36LM35温度传感器图FIG36LM35TEMPERATURESENSOR310拉线急停开关在皮带输送机运行过程中，总有一些无法监测到的事情发生，当遇到紧急情况时，需要采用手动的拉线急停开关，使其紧急停车，避免发生重大事故。我们采用KG9001AC型编码式拉绳急停闭锁开关，可用作输送机沿线电缆，并具有故障位置识别电路，识别各种不同故障及故障发生的地点。拉线急停开关沿输送机安装，一般每隔80100米安一个，应安装在易于观察到、易于操作的地方。KG9001AC型编码式拉绳急停闭锁开关技术参数拉力15020N；行程810MM；复位形式人工复位；工作电压DC1015V，煤矿井下使用时，必须与本质安全型电路连接；工作电流监控状态下不大于01MA；动态状态下不大于40MA；输出信号2路集电极开路输出；位置识别地址063；引入电缆外径KG9001AC两侧出线口2个1520MM；下部出线口4个612MM；出厂时拉绳配置长度235M；外壳防护等级IP54；重量75KG。311自动洒水装置本设计选用DF4/75型矿用隔爆型电磁阀。主要适用于煤矿井下含有煤尘和爆炸性气体的危险环境中，用作降温、烟雾洒水。也可以在井下自动及其它管路中控制全开或全闭，与系统控制设备配合构成皮带机控制系统，达到保护人体健康和安全生产的目的。312皮带张紧装置拉紧装置在输送机中起到非常重要的作用，使输送带在传动滚筒上张紧力度，滚筒胶带有着所需的摩擦力，才能避免使用时出现的打滑现象，可有效的防止带条在支承托辊过度松弛引起散料和增加运动阻力，解决由于受拉的塑性伸长和过渡工况下弹性伸长的变化。本设计采用重锤车式拉紧装置，它是一种具有恒张力的拉紧装置，张紧力的大小用增加或减少重锤块来实现，一般适用于运距较长，功率较大的带式输送机机尾。4PLC控制系统硬件设计41PLC控制系统的优点（1）控制系统可靠性高，数据处理速度快；（2）系统采用全分布式控制结构安全性高；（3）通讯网络速度快、距离远、可靠性高；（4）降低布线成本，采用远通讯网络，减少电缆用量；（5）维护方便，运行费用低。系统扩展方便，可随时增加节点，并可通过网络由中控室在线修改程序。42PLC的选型设计421CPU的选择（1）I/O点数的确定表41控制系统I/O点及地址分配表TAB41CONTROLSYSTEMI/OPOINTSANDADDRESSALLOCATIONTABLE输入口输出口功能I/O口功能I/O口工作模式按钮I00工作模式灯Q00就地模式按钮I01就地模式灯Q01检修模式按钮I02检修模式灯Q02总起动按钮I03皮带运行指示灯Q03总停止按钮I04皮带停止指示灯Q04起车预警按钮I05跑偏指示灯Q05急停按钮I06打滑指示灯Q06皮带起动按钮I07超速指示灯Q07皮带停止按钮I10断带指示灯Q10皮带堆煤开关I11堆煤指示灯Q11皮带跑偏开关I12烟雾指示灯Q20皮带跑偏开关I13滚筒超温指示灯Q21皮带跑偏开关I14皮带接头超温指示灯Q22皮带跑偏开关I15纵撕指示灯Q23皮带跑偏开关I20拉线急停指示灯Q24皮带跑偏开关I21皮带电机开Q25皮带纵撕开关I22皮带电机关Q26烟雾开关I23洒水装置Q27拉线急停开关I24起动预警警铃Q30拉线急停开关I25故障警铃Q31拉线急停开关I26就地箱起动按钮I27就地箱停止按钮I30就地箱急停按钮I31状态复位按钮I32滚筒温度开关AIW0皮带接头温度开关AIW2皮带速度开关AIW4滚筒速度开关AIW6（2）CPU选择S7200系列是一种可编程序逻辑控制器。它是德国西门子公司的产品，它能够控制各种设备以满足现代自动化控制需求。紧凑的结构、灵活的配置和强大的指令集使S7200成为各种控制应用的理想解决方案。S7200系列PLC控制功能强、性能价格比高、运行速度快，可以较好地实现集中控制和就地分散控制。PLC专为工业现场应用而设计，它主要与CPU、电源、储存器和专门设计的输入/输出接口电路等组成。结构框图如图41所示CPU存储器电源部分输入接口单元输出接口单元编程设备按钮行程开关COM接触器电磁阀指示灯L图41PLC的结构框图FIG41PLCSTRUCTUREDIAGRAM参照S7200产品目录选用主机为S7200，主机外形如图42所示，产品中央处理器为CPU224XP（14入/10继电器输出）模块，程序存储区和数据存储区大，具有扩展功能，可以在线编辑程序。图42S7200系列PLC主机的外形图FIG42PLCHOSTOFS7200SERIES现场的输入信号有总启动、停止、急停信号，手动起停信号，位传感信号，S7200系列CPU224XPCN，集成14输入/10输出共24个数字量I/O点，2输入/1输出共3个模拟量I/O点，可连接7个扩展模块，最大扩展至168路数字量I/O点或38路模拟量I/O点。22K字节程序和数据存储空间，6个独立的高速计数器100KHZ，2个100KHZ的高速脉冲输出，2个RS485通讯/编程口，是具有模拟量I/O和强大控制能力的新型CPU。数字量输入/输出扩展模块选择EM223。再加一台模拟量输入扩展模块EM235。这样配置比较合适，连接时CPU模块放在最左侧，扩展模块用扁平电缆与左侧的模块相连。整个PLC系统外部接线图如图43所示图43CPU224XPCN外部接线图FIG43CPU224XPCNEXTERNALWIRINGDIAGRAM422数字量输入/输出扩展模块数字量I/O模块专门为了扩展S7200系统的数字量I/O数量，通过选用具有不同I/O点数的数字量扩展模块，可以满足不同的控制需要，节约费用。输入模块是通过输入端子与外部用户输入设备相连接的，输出模块是通过输出端子与外部用户输出设备连接的。模块与外部用户输出设备的接线分为汇点式接线和分隔式接线两种基本接线形式。EM223CN外部接线图如图44所示图44EM223CN外部接线图FIG44EM223CNEXTERNALWIRINGDIAGRAM423模拟量模块在工业控制中，某些输入量（如压力、温度、流量、转速等）为模拟量，某些执行机构（如电动调节阀、变频器等）要求可编程序控制器输出模拟信号。输入的模拟量首先被传感器和变送器转换成标准的电流或电压，可编程序控制器用A/D转换器将他们转换成数字量。D/A转换器将可编程序控制器处理过的数字量转化成模拟电压或电流，再去控制执行机构。模拟量I/O扩展模块的主要任务就是实现A/D转换（模拟量输入）和D/A转换（模拟量输出）。EM235外部接线图如图45所示图45EM235外部接线图FIG45EM235EXTERNALWIRINGDIAGRAM424PLC控制变频器硬件图在PLC控制电机的过程中，控制变频器是一个不可缺少的部分，在本次设计中变频器主要是对电机进行调速，在不同的运输过程中对应不同的运行速度。设置不同的电流频率输送带的运输速度就不同，实现了对要求的不同的运输速度的控制。本设计选择MM440系列变频器，能与PLCS7200CN进行通讯，PLC对变频器控制的硬件电路图如图46所示图46PLC控制变频器硬件图FIG46PLCCONTROLINVERTERHARDWARECHART5PLC控制系统软件设计51控制系统流程图511控制系统电气控制系统是带式输送机的控制核心，是带式输送机的重要组成部分，其工作的可靠性将直接影响带式输送机各台电动机的起动、停止以及正常运行。在以往的控制回路中，常采用继电器控制，是一种典型的模拟控制。随着微电子技术的发展，以往的模拟控制渐渐地被淘汰，数字技术在电气自动控制中逐渐占据主导地位同时，电气控制技术又是与微电子技术、电力电子技术、检测传感技术、机械制造技术等密切联系在一起的。电气控制系统的主要部件是工业PLC可编程序控制器。其主要优点是结构坚固耐用；编程语言简单；组件模块化；抗干扰能力强；功能强大；应用灵活；安装、调试及维修方便等。它与各种传感元件、执行元件构成闭环控制系统，由于其优良的性能和很高的可靠性以及充裕的输出、输入接口，使众多的保护装置和执行元件摆脱以往由继电器为主的控制系统，从而简化了控制系统。下运带式输送机控制系统一般技术要求1）采用PLC控制系统防爆型，能实现集中控制和单机控制及手动控制，设逆煤流开车和顺煤流停车的闭锁控制，并在操作台上备有电流、电压、速度、运行时间、运行故障显示灯，设有通讯接口；2）具有可靠齐全的跑偏、打滑、堆煤、超速、温度、烟雾报警、超温自动洒水等保护，并可在操作台上显示；3）所有电气系统必须符合井下防爆或本安要求。512下运带式输送机的运行工况流程图（1）空载及重载起动工况（电动或发电工况）1）自动工作方式自动工作方式起动过程开车前，司机将控制台上公用指令下的运行方式开关置于“工作”位置，控制方式开关置于“自动”位置，功率平衡方式开关置于“锁定”位置，同时将自动控制指令下的主电动机选择开关转到所需的位置，其他转换开关据现场情况而定。判断各保护装置状态均正常，至此系统具备了自动开车的条件。司机可直接按动自动控制指令下的起动按钮使带式输送机自动起动投入正常运行。自动工作方式的程序框图如图51所示空载与重载鉴别下运带式输送机的起动加速度应控制在0103之间。当下运2/SM带式输送机在一定时间内达到额定带速，则电控系统确认此时为重载起动；若经过一点时间的延时后，下运带式输送机的速度始终低于1/3额定带速，此状态确认为空载起动