斜井皮带机自动给煤控制系统设计

1、山西大学工程学院毕业设计论文 山西大学工程学院毕业设计（论文）题 目 斜井皮带机自动给煤控制系统设计 系 别 电力工程系 专 业 电气工程及其自动化 班 级 09级S电本 姓 名 张贵华 指导教师 下达日期 2011 年 2 月 21 日设计时间自 2011 年 2 月 21 日 至 2011 年 6 月23 日 毕业设计（论文）任务书一、设计题目：1、题目名称 斜井皮带机自动给煤控制系统设计 2、题目来源 现场项目 二、目的和意义随着现代化生产的发展，某煤矿主斜井的装载能力已不满足煤矿高产高效生产的要求。由于工作面经常出水煤，导致皮带负载不断发生变化，引起主电机电流变化过大，对电机运行及整个

2、机械系统极为不利，同时对皮带也极为不利。实际运行中，主皮带电机已多次发生故障。为了保证主皮带的安全可靠运行，保证高产任务的顺利完成，必须对皮带给煤系统进行优化设计研究。在系统优化后，系统的提升能力及安全性得到大大提高，故障率大大减少，可以实现免维护，且节能效果明显。主斜井防爆变频装载系统改造成功，为同行业项目的实施提供了有益经验。三、原始资料 某煤矿主斜井皮带机运量大，高达1000T/H，速度高，达到4.79m/s，运输距离长，1304.5m，提升高度大，359m，担负某矿原煤运输提升的主要任务，对可靠性和安全性的要求非常高。其配套的装载系统为K4给煤机，其为煤矿生产过程中必不可少的一个生产单

3、元，给煤系统的调控不仅能保证系统的工作稳定，还与煤矿其它生产单元的工作状况密切相关。因工作面经常有出水煤的情况，煤的比重出现大幅度变化，导致皮带负载增大，主电机电流升高，为主皮带提升系统的安全隐患。本项目主要解决给煤机电机转速在主电机的电流变化的情况下，自动改变转速，从而进一步改变给煤量，最后达到有效保护皮带、电机的目的。四、设计说明书应包括的内容1.设计以PLC可编程控制器为核心控制系统，对给煤量进行实时控制。2.设计采用变频调速器，提高给煤机系统稳定运行可靠性，减少功耗。3.对给煤系统及主电机进行全面在线监测设计。五、设计应完成的图纸1控制系统结构图。 2系统硬件接线图。3PLC程序流程图

4、。六、主要参考资料1柳永智，刘晓川.电力系统远动M.北京：中国电力出版社，2006.102王金喜.一种智能型电动阀门控制系统的设计J.微特电机，2009（6）。 七、进度要求1、设计阶段 第一周至第七周收集、整理设计资料，进行相关软件学习，完成初设。 第十一周至十七周 软硬件调试，完成毕业论文，准备答辩。 2、答辩日期 第十八周 八、其它要求1、设计期间，周六、日连续进行。2、做实验时注意人身、设备安全及公共财物完好。3、注意论文格式规范，要求用A4纸打印。斜井自动给煤控制系统的设计摘 要井下皮带运输机已经作为机械化的基础部分广泛应用在煤矿中，在井下承担了煤炭的运输工作，是维持矿井生产高效、安

5、全的关键要素之一，因此要保障皮带运输机有序、稳定运行，建立自动化皮带运输系统并保持对其运行状况的实时监测是很有必要的。本文结合井下皮带机运输系统的具体情况和要求，研制了一套针对带有煤仓溜煤的给煤机智能控制系统。系统采用西门子57200控制主站为核心，使用位移传感器、压力传感器、开停传感器等传感器完成对系统的控制。本系统由变频器、给煤电动机、PLC控制器、转速传感器、转速变送器、交流变送器等组成。系统中用于给煤机调速控制系统，系统引进国内外先进的变频器和操作器，构成一套可靠的调速系统控制系统，解决了直流电机调速存在的低速效率低下，运行不稳定等缺陷，是目前给煤控制系统最佳选着方案，同时亦可应用于其

6、他自动控制系统。本设计采用模块化PLC 控制给煤系统，不仅简单方便而且可靠性大大提高。PLC是一种专门用于工业环境过程控制的数字运算操作的电子系统，是集自动控制、计算机网络、通信等功能于一体的自动化装置，可靠性高、抗干扰能力强、功能完善，具有编程简单、体积小、重量轻等特点。同时，利用变频器的各种功能，方便实现了设备的复杂运行方式，辅之以PLC的控制，使控制回路简单化，可以提高设备运行的安全性和可靠性，延长维修周期。【关键词】 皮带机； PLC；变频器；变频调速；自动给煤控制系统 Design of Automatic Coal Feeding Control System of Incline

7、d ShaftABSTRACTHas as a fundamental part of mechanization of underground belt conveyer used in coal mine, well under the transportation of coal, was to maintain the mine produced one of the key elements of high performance, security, therefore to ensure orderly and stable operation of belt conveyor,

8、 establishing automatic belt transport system and maintain its real-time health monitoring is necessary. This article with specific situations and requirements of underground belt conveyer transportation system, 57-200 control system adopts Siemens main station as the core, using displacement sensor

9、s, pressure sensors, start stop sensor, complete control over the system.The system by the inverter, Coal power motivation, PLC controller, Speed sensor, Speed transmitter, AC transducer and so on.This system is used for speed control system of coal, for the system and introduce advanced inverter op

10、eration constitutes a reliable speed - adjusting system control system to address inefficiencies in the low speed of DC motor speed, running unstable defects, is by far the best coal control system selected programmes, at the same time can be applied to other control systems. The design is modular c

11、oal PLC control system, not only convenient but also reliability greatly improved. PLC is an environment dedicated to industrial process control of digital electronic systems of arithmetic operations, features such as automatic control, computer networks, communication is set in one of the automatio

12、n devices, high reliability, strong anti-interference capacity, fully functional, with the programming of simple, small size, light weight and so on. Furthermore, the various functions of frequency converter to facilitate realization of complex operation of the equipment, complemented by PLC control

13、, the control simplify the loop, you can improve the security and reliability of equipment operation, extended maintenance period.【Key words】: belt conveyor; PLC;  frequency transformer;  speed control by frequency variation; automatic control system of coal目 录序 言8第1章 绪论91.1 煤矿皮带输送机的现状及发展9

14、1.1.1 煤矿用皮带输送机的现状和研究目标91.1.2 国外矿用皮带输送机技术的现状和发展趋势91.1.3 国内煤矿用皮带输送机的现状及存在问题101.1.4 皮带输送机运行中的问题与维护101.2 基于PLC的输煤控制系统的意义13第2章 自动给煤系统概述142.1课题原始材料142.2 自动给煤控制系统的基本组成142.3 自动给煤系统工作流程142.4 变送器152.4.1 交流变送器152.5 传感器182.5.1 传感器的定义及性能182.5.2 霍尔传感器192.6 DFX-01S4检验信号发生器192.7 WKYB 101 小型无扰跟踪操作器20第3章 变频器的原理及其实现21

15、3.1 变频的基本要求213.2 通用变频器的控制原理223.3 变频调速技术系统的设计243.3.1变频调速系统设计原则243.3.2负载的机械特性分类243.3.3 变频器带负载能力263.4变频器操作说明263.5变频器的运行和操作说明273.5.1 变频器的面板操作283.5.2 变频器的工作状态283.5.3 变频器的运行操作28第4章 可编程序控制器的概况294.1 PLC的概念及特点294.1.1 可编程序控制器的历史294.1.2 可编程序控制器的特点294.2 可编程序控制器的硬件及工作原理304.2.1 可编程序控制器的基本结构304.2.2 可编程序控制器的物理结构314

16、.2.3 可编程序控制器的工作原理314.3 PLC及其扩展模块的选型34第5章 PLC系统软件设计355.1 PLC的通信协议简介355.2 PLC程序设计365.3 软件设计385.3.1 控制流程图385.3.2 梯形图39第6章 自动给煤控制系统实验调试426.1 斜井自动给煤控制系统实验简介426.2 操作器的调试方法426.3 变频器调试426.4 PLC程序调试436.4.1 提升机电流值转换计算436.4.2 PLC的程序调试436.5 控制系统实验调试456.6 控制系统实验调试结果46结 论46参考文献47附录48序 言随着现代化生产的发展，某煤矿主斜井的装载能力已经不满足

17、煤矿高产高校生产的要求。由于工作经常出现水煤，导致皮带负载不断发生变化，引起主机电机电流变化过大，对电机及整个机械系统极为不利，同时对皮带也极为不利。实际应用中，主皮带电机已出现多次故障。为了保证主皮带的安全可靠运行，保证高产任务的顺利完成，必须对皮带给煤系统进行优化设计研究。在系统优化后，系统提升能力及安全性得到大大提高，故障率大大减少，可实现免维护，且节能效果明显。主斜井防爆变频装载系统改造成功，为同行项目的实施提供了有益经验。煤矿井下皮带机的自动给煤控制系统，是一项重要的设计工程，设计时要求运行安全可靠，效率高，然而随着现代化生产的发展，煤矿皮带机给煤系统的装载能力已不能满足高产高效生产

18、的要求。当工作面有出水煤或含矸量等指标发生变化的情况下，煤的比重出现大幅度变化，导致皮带负载增大，提升电机电流升高，为主皮带提升系统带来了安全隐患。本设计主要解决给煤机电动机转速在提升电机电流变化的情况下，自动改变转速，从而进一步改变给煤量，最后达到有效保护皮带、电机的目的。 编者 2011-6-14第1章 绪论皮带传输系统因其结构简单，使用方便，造价低被广泛应用于工业、商业、农业、医药、军事等方面，在采矿运输、冶金送料、车站及码头的货物运输更是广泛使用，同样，斜井的输煤系统也采用皮带传输。本设计为了保证煤矿井下皮带系统安全稳定运行，保证其供电系统运行的安全性，可靠性和经济性，不但要求监测监控

19、和保护效果要好，也要求在设计中严格遵守国家煤矿设计的有关规定，保证其皮带运输及供电系统的可靠性和安全性，尽量避免和减少因系统供电和设备保护问题给煤矿带来的不安全因素。1.1 煤矿皮带输送机的现状及发展1.1.1 煤矿用皮带输送机的现状和研究目标皮带输送机是煤矿最理想的高效率连续运输设备，与其他运输设备(如机车类)相比，不仅具有长距离、大运量、连续输送等优点，而且运行可靠,易于实现自动化、集中化控制，特别是对高产高效矿井，皮带输送机已成为煤炭高效开采机电一体化技术与装备的关键设备。煤矿用皮带输送机的研究目标：（1）大型化、提高运输能力。为了适应高产高效集约化生产的需要，皮带输送机的输送能力要加大

20、。长距离、高带速、大运量、大功率是今后发展的必然趋势。在今后的输送量要提高到30004000t/h，带速提高至46m/s，输送长度对于可伸缩带式输送机要加长至3000m，对于钢绳芯强力带式输送机须加长至5000m以上，单机驱动功率要达到10001500KW，输送带抗拉强度达到6000N/mm (钢绳芯)和2100N/mm(整芯)。（2）提高元部件性能和可靠性。设备开机率的高低主要取决于元部件的性能和可靠性。我们除了进一步完善和提高现有元部件的性能和可靠性，还要不断开发研究新的技术和元部件，如高性能可控软起动技术、动态分析与监控技术、高效贮存装置、快速自移机尾、高速托辊等，使皮带输送机的性能得到

21、进一步提高。（3）扩大功能，单机多用化。皮带输送机是一种理想的连续运输设备,并且有不能充分发挥其效能的可能，浪费资源。如将皮带输送机结构作适当修改，并采取一定的安全措施,就可拓展运人、运料或双向运输等功能，做到单机多用,使其发挥最大的经济效益。（4）开发专用机种。中国煤矿的地质条件差异很大，在运输系统的布置上经常会出现一些特殊要求，如弯曲、大倾角(>25°)直至垂直提升等。1.1.2 国外矿用皮带输送机技术的现状和发展趋势国外皮带输送机技术的发展主要表现在两方面：（1）皮带输送机的功能多元化、应用范围扩大化，如高倾角带式输送机、管状带式输送机、空间转弯皮带输送机等各种机型；(2

22、)皮带输送机本身的技术与装备有了巨大的发展，尤其是长距离、大运量、高带速等大型输送机已成为其发展的主要方向。在煤矿井下，由于受环境条件的限制，通常使用的带式输送机的主要技术指标如表1-1所示，其关键技术与装备有以下特点：（1）设备大型化,其主要技术参数与装备均向着大型化发展，以满足年产300500万吨以上高产高效集约化生产的需要；（2）用动态分析技术和机电一体化、计算机监控等高新技术,采用各种软起动与自动张紧技术，对输送机进行动态监测与监控，大大降低了输送带的动张力，输送机始终处于最佳运行状态,设备性能好,运输效率高；（3）多机驱动与中间驱动及其功率平衡、输送机变向运行等技术,使输送机单机运行

23、长度在理论上已不受限制，并确保了输送系统设备的通用性、互换性及其单元驱动的可靠性；（4）新型、高可靠性关键性元部件技术，如包含CST等在内的各种先进的大功率驱动装置与调速装置、高寿命高速托辊、自清式滚筒装置、高效贮存装置、快速自移机尾等。如英国FSW生产的FSW1200/（23）×400（600）工作面顺槽带式输送机就采用了变频调速装置，运输能力达3000t/h以上，它的机尾与新型（如美国久益公司生产的S500E）配套，可随工作面推移而自动快速自移，人工作业少，生产效率高。表1-1 常用皮带输送机技术指标 主参数国外300500万t/a高产高效矿井顺槽可伸缩带式输送机大巷、斜井固定式

24、强力皮带输送机运距/（m）20003000>3000带速/（m/s）3.5445 （最高达8）输送量/（t/h）2500300030004000驱动总功率/（KW）1200200015003000 （最高达6000）1.1.3 国内煤矿用皮带输送机的现状及存在问题80年代末期以来,我国煤矿用皮带输送机也有了很大的发展，对皮带输送机的关键技术研究和新产品开发都取得了可喜的成果。输送机产品系列不断增多，从定型的SDJ、SSJ、STJ、DT等系列发展到多功能、适应特种用途的各种带式输送机系列，如国家“七五”、“九五”攻关项目大倾角皮带输送机成套设备、高产高效工作面顺槽伸缩皮带输送机等填补了多项

25、国内空白,开发了大倾角、长距离输送原煤的新型皮带输送机系列产品，并对皮带输送机的关键技术及其主要元部件进行了理论研究和产品开发，应用动态分析技术和中间驱动与智能化控制等技术，研制成功了多种软起动和制动装置及以PLC为核心的可编程电控装置。随着我国高产高效矿井的发展，煤矿井下皮带输送机目前已达到表1.2所示的主要特征指标。表1-2 煤矿井下皮带输送机主要指标主参数可伸缩带式输送机大巷与斜井固定式强离带式输送机运距/(m)1000200010004000带速/(m/s)2.532.54输送量/(t/h)800180010002000驱动总功率/(kw)2507507501500与国外相比,其机型一

26、般都偏小，特别是带速通常均不超过4m/s，对高带速输送机及其动态设计与计算机监控等关键技术问题缺乏实践经验，由于带速普遍较低,许多设计单位仍延用以往的静态设计法，用加大输送带安全系数的方法来提高设计的可靠性，其结果不仅增大了设备成本，而且降低了设备运行的可靠性。此外，我国输送机制造企业追求小而全模式，未能像国外一样形成大规模的元部件专业生产厂或加工中心，致使元部件设计与制造水平得不到有效提高。如德国DBT公司专业研制的自移机尾，设备性能好，自动化程度高，安全可靠，在市场上占有率很高，我国已引进了几十台，与高产高效工作面配套使用。1.1.4 皮带输送机运行中的问题与维护皮带输送机运行过程中经常出

27、现输送带跑偏、断裂、驱动滚筒打滑等问题，不仅影响输送机的正常运行，降低生产效率，缩短使用寿命，严重时还会造成安全事故。（1）输送带跑偏故障输送机在运行过程中,由于输送带受力不均，使输送带向受力小的一方移动，引起跑偏。输送带在任何位置都可能发生跑偏，造成其边缘早期破损、撒料和托辊、滚筒、机架、设备等损坏，降低了输送机的使用寿命，而且会出现输送带撕裂等突发性事故，使输送带早期失效，造成经济损失。皮带输送机跑偏和调整的规律：“跑紧不跑松”：皮带输送机运行过程中，如果前、后滚筒不平行，造成输送带两侧的松紧程度不一致，则输送带向紧的一边偏移；“跑高不跑低”：支承托辊不在与输送带运行方向平行的同一个水平位

28、置上，而是一头高，一头低，则输送带向高的一端偏移；“跑后不跑前”：托辊不在与输送带运行方向垂直的截面上，而是一端前，一端后，则输送带向后的一端偏移。根据输送带跑偏的具体情况，具体的调整方法有：调偏托辊法：一般适用于皮带输送机跑偏范围不太大，用槽型调偏托辊自动调整，利用输送带“跑后不跑前”规律调整，当输送带跑偏时，碰到槽型调偏托辊上的小挡辊，因挡辊与输送带边缘的摩擦作用而沿皮带运行方向向前移动，另一侧向后移动，此时输送带朝后转的挡辊侧移动，直到回到正常位置。立辊调偏法：如果输送带运行时总是向一边跑偏，可在输送带跑偏侧将托辊竖直安装。一方面由于立辊的作用力使输送带强行复位，另一方面由于立辊与输送带

29、的摩擦作用，降低了输送带跑偏侧的线速度，相对地增加了输送带另一侧的线速度直至输送带复位。重力调偏法：如输送带重负荷运行跑偏，可将输送带跑偏侧的滚筒和托辊支架适当加高，使输送带上的物料自重产生一个防止输送带跑偏的分力，直到输送带回到正常位置。垫高调偏法：如果输送带空转总是向某一侧跑偏，利用“跑高不跑低”规律调整，可将相对跑偏的另一侧的托辊支架适当垫高，前后垫高的数值以第一个垫起的托辊为准，缓慢减少垫高，输送带的跑偏就会自然消失。托辊清洁法：如输送带运行在某一固定点上而且固定不变，就要求检查该点的托辊是否停转，粘泥使滚筒直径变大或异径、托辊脱落等故障，根据具体情况采取相应的措施。调整装置法：如果输

30、送带左右跑偏，无固定方向，说明输送带松弛，应调整拉紧装置、绷紧输送带，跑偏现象自然消失。窄输送带调偏法：如果输送带运行在机头或机尾处跑偏，应先调整头、尾滚筒的平行度误差后，在机头或机尾跑偏的另一侧，用2000×200的窄输送带夹入滚筒并与之一起旋转，根据圆周运动学公式可知，滚筒处输送带线速度为V=WR，公式中w为滚筒旋转角速度，R为滚筒半径，因此跑偏的输送带不仅线速度小于另一侧，而且跑偏侧的输送带松于另一侧，输送带就会向较紧的一侧偏移，直到达到正常位置，然后取出输送带，带式输送机运转正常。滚筒调偏法：如果输送带运转在滚筒处跑偏，说明滚筒转动有水平窜动，粘料使滚筒外径变大或异径，或存在

31、安装误差，应根据情况校正前后滚筒的水平度和平行度，跑偏就会消失。阻力消除法：如果输送带跑偏不太严重，应把输送带跑偏侧的托辊清扫干净，并在托辊轴承上滴几滴机械油，减少托辊转动的摩擦阻力，使托辊转动的角速度加快，即可消除跑偏。料流校正法：如果输送带空载没有跑偏，重负荷运转跑偏，说明物料在输送带上分布不均匀，进料溜子不正，应校正进料溜子或安装导料板，改变落料位置，以达到调整料流方向，使输送带两边的物料分布均匀一致。接头校正法：如果输送带运行总是向一边跑偏、最大跑偏恰在接头处，而且跑偏位置不定。说明输送带接头不正，应重新校正接头或胶接新接头。支架校正法：如输送带运行时向同一侧跑偏、并在同一位置较严重、

32、说明托辊支架或机架扭曲不正，应校正支架或机架的水平度和垂直度，更换扭曲严重的支架或机架。输送带修补法：如果输送带边缘严重磨损，使输送带两边拉力不一致，输送带跑偏位置不固定，应根据实际情况及时修补或更新。托辊调偏法：如输送带空载总是向一边跑偏，可在输送带跑偏侧中心位置将一组托辊支架与机架联接的四个固定螺栓卸掉三个，留下一个当轴，当输送带向人所站立的一侧跑偏时，可将支架沿输送带运行方向向前移动适当角度再固定。反之，当输送带朝另一侧跑偏时，可将支架送输送带运行方向移动适当角度再固定，输送带跑偏现象就会自然消失。拉紧装置法：如果输送带空载或重载运行时，都向同一侧跑偏，说明输送带两侧松紧程度不一致，根据

33、“跑紧不跑松”的规律调整前后滚筒处的丝杆或配重等拉紧装置，输送带将会复位正常运转。（2）输送带的断裂问题当输送带受到尖物划伤、接口处强度不够或被掀开、输送机被卡住、过负荷运行,都会出现输送带断裂，主要有如下一些情况：输送带本身存在的问题选型设计时计算错误或选型错误，使所选输送带不能满足正常运行时的工作张力；输送带质量未达到设计要求，许用荷载低于选型的数值；输送带太松。解决办法是在设计和使用时，保证输送带的强度和可靠性，并留有一定的富裕量；防止超载或受到大的冲击;保证带的下垂度，防止卡壳。钢丝绳输送带纵向割裂钢绳芯输送带在运行中，如被尖物卡住后继续运行，输送带将被纵向割裂(目前钢绳芯输送带，芯体

34、两钢绳之间的强度较弱)。解决办法是，在装料点装设纵向割裂保护装置。输送带接头质量输送带接头质量不好也容易造成断带,如机械法连接，操作时输送带的切口与带中心线不垂直,使连接件歪斜，造成沿宽度方向受力不匀,运行时拉豁输送带;硫化法连接时，阶梯接头搭接的方向不正确，在运行时清扫刮板卸料器刮碰接头茬口，将接口掀开；接头所用材料性能不能满足要求等。解决这类断裂有效的方法是采用正确的接头方式,选用质量好的材料，保证输送带接头的质量，并经常检查输送带接头部位，发现有异常情况及时修补或更换输送带。（3）驱动滚筒打滑现象的处理驱动滚筒打滑在输送机运转过程中，由于滚筒摩擦牵引力降低、超载或带子被卡死,经常出现驱动

35、滚筒打滑的现象，滚筒打滑如持续得不到纠正，不仅会降低运输能力，影响生产，还可能因摩擦生热造成输送带着火，引发重大安全事故。即使采用阻燃带，驱动滚筒持续打滑也要冒烟污染空气。对输送带与滚筒在相遇点上需要的张力超过该点处最大张力，滚筒上的摩擦力不够造成的打滑。解决方法是采用增大分离点张力、增大摩擦系数、增加围包角来达到增加摩擦力。增大摩擦系数及摩擦系数对所能传递的牵引力有很大影响，有效控制影响摩擦系数的因素，对于防止打滑有明显效果。决定摩擦系数的因素主要有输送带与滚筒接触面的材料、表面状态以及工作条件，对于功率大的带式输送机,还要考虑比压、输送带覆盖胶和滚筒包覆层的硬度、滑动速度、接触面温度等。增

36、加围包角对单滚筒驱动，围包角只能取2000-2300，双滚筒驱动可达4500-4800，增加围包角的方式主要有五种。增大分离点张力输送机在运行过程中会产生由于输送带太松,张力不够而引起打滑。解决办法是选择合适的拉紧装置，加大输送带的拉紧力，以增加输送带在驱动滚筒分离点的张力。在输送机运行中，克服了跑偏、断裂和打滑这几种情况，就能更充分地发挥输送机的优越性，这不但有利于安全生产，而且能够取得较大的经济效益。1.2 基于PLC的输煤控制系统的意义斜井皮带自动给煤系统是煤炭生产中的重要环节，提高其自动化水平，可以大大减轻工人劳动强度，提高生产效率。采用传统的继电器控制方式可以实现对该装置的控制，但是

37、体积大，故障率高，抗干扰能力差，控制不精确，使用寿命较短。工人们通过开动承前起后的皮带运输机及取煤机输煤，经常有皮带跑偏、皮带撕裂、落煤管堵塞等等故障。但对大型煤矿而言，上述情况不容发生。输煤系统工作时尽量将煤装满储煤仓，不仅可以保证输煤系统故障时，工人们有足够的时间排除故障，也可以保证输煤设备有充分的时间检修。随着煤炭企业规模的迅速扩大，输煤系统的作用日益突出，而传统的输煤系统已无法满足煤矿的需要，因此需要对传统的输煤系统进行改造。传统输煤系统具有以下特点：（1）任务重 为了保证工业用煤，输煤系统必须始终处于完好的状态。日累计运行时间达8-10h以上。（2）运行环境差、劳动强度大 由于各种因

38、素造成输煤系统的运行环境恶劣、脏污，需要占用大量的辅助劳动力。（3）一次起动设较多，安全连锁要求高 同时起动的设备高达20-30台以上，在起动或停机过程中有严格的连锁要求。采用现代PLC技术控制自动给煤系统控制装置，可以克服传统的继电控制系统的不足之处，使控制更精确，工作效率更高，可靠性更好，故障率更低。第2章 自动给煤系统概述2.1课题原始材料某煤矿主斜井皮带机运量大，高达100T/H，速度高，达到4.79m/s,运输距离长，1304.5m，提升高度大，359m，担负某煤矿原煤运输提升机的主要任务，对可靠性和安全性的要求非常高。其配套的装载系统为K4给煤机，其为煤矿生产过程必不可少的一个生产

39、单元，给煤系统的调控不仅能保证系统的工作稳定，还与煤矿其它生产单元的状况密切相关。因工作面经常有出水煤的状况，煤的比重出现大幅度变化，导致皮带负载增大，主电机电流升高，为主皮带提升系统的安全隐患。本项目主要解决给煤机电机转速在主电机的电流变化的情况下，自动改变转速，从而进一步改变给煤量，最后达到有效保护皮带、电机的目的。2.2 自动给煤控制系统的基本组成自动给煤控制系统由变频器、给煤电动机、PI控制器、转速传感器、转速变送器、交流变送器等组成，系统组成图如图2-1所示。图2-1 自动给煤系统构成2.3 自动给煤系统工作流程1. 自动给煤系统的工作过程介绍 操作器为系统提供420mA的给定信号，

40、该给定信号由操作器电路调节大小，图2-2为操作器的电路原理图。I2为提升电机的实际电流值（该交流电流经电流互感器检测后再经过交流变送器变为420mA直流电流信号）所对应的420mA直流电流信号，该信号经操作器的采样电路输出一电压信号，这一信号作为模数转换器ADC0804的模拟输入工作电压，它作为跟踪信号能够实时跟随给定电流的变化而变化，该信号经模数转换器后变为数字信号作为加、减计数器4029-1、4029-2的输入部分，经计数器计数后的数字信号又经电阻网络后变为电压信号M-Vout，该信号经电压/电流转换电路后变为可调的420mA电流信号。NE555为时基电路，用NE555和电阻电容网络组成占

41、空比可调的方波信号发生器，作为加、减计数器4029-1、4029-2的计数脉冲。电流信号的大小可通过手动增、减按键来实现。当手动增加键按下时，计数器的时钟脉冲上升沿到来，4029将进行二进制加计数，反之，当手动减小键按下时，可逆计数器4029将进行二进制减计数。在此设计中有两个计数器即4029-1和4029-2，当计数器4029-1计数满时，进位位CO1变低，送4029-2，使4029-2计数，当4029-2计数满时，进位位CO2变低，通过二极管将脉冲拉低，避免计数器重复计数。计数值的大小决定于增、减按键所按的时间长短。图2-2 操作器电路原理图2. 给煤控制原理说明 当提升机实际电流小于其额

42、定电流的70%时，操作器将手动给定一420mA的直流电流信号I1，此信号与给煤电动机实际电流所对应的420mA直流电流信号I3（该信号的产生过程如下:给煤电动机的实际转速信号经转速传感器、转速变速器转换后输出420mA的直流电流信号)比较经PI1控制器后作为变频器的输入信号，变频器的输出端连接给煤电动机，通过I1与I3的偏差来调节给煤电动机的转速，即可达到控制给煤量的目的。当提升电机实际电流大于额定电流的80%时，操作器将给出提升电机额定电流的70%所对应的直流信号值I1，此信号与提升电动机实际电流所对应的直流信号I2比较经PI2控制器后作为变频器的输入信号，变频器的输出端连接给煤电动机，通过

43、I1与I2的偏差来调节给煤电动机的转速，即可防止皮带运输中出现出水煤时提升机过流引起的故障（在这个闭环系统当中给煤电动机转速升高时，提升电机的电流将会升高，两者有一定的对应关系，因此也构成闭合回路）。两种情形下均采用闭环控制，通过继电器开关进行两种方式的切换，该控制方案可实时地改变给煤电动机的转速，控制给煤电动机的转速也就实现了控制给煤量的目的。当提升机实际电流位于其额定电流的70%80%时，要分两种情况说明，一种是提升机实际电流由额定电流的70%上升到80%时，仍然采用PI1的闭合控制回路调节给煤机转速；另外一种情况是提升机实际电流由额定电流的80%下降到70%时，采用PI2的闭合控制回路调

44、节给煤机转速。2.4 变送器2.4.1 交流变送器1. 概述交流电流变送器是组合电流互感器、电流变送器于一体的新一代交流电流变送器，它可以直接将被测主回路交流电流转换成按线性比例输出的DC420mA（通过250 电阻转换DC 15V或通过500电阻 转换DC210V）恒流环标准信号，连续输送到接收装置（计算机或显示仪表）。如图2-3所示：图2-3 交流变送器交流电流变送器单匝穿孔穿芯式结构，使用时无需改动测量主回路，便于现场连接，原副边高度绝缘隔离，两线制输出接线，辅助工作电源24V与输出信号线DC420mA共用. 交流电流变送器具有精度高，体积小、功耗小、频响宽、抗干扰、国内首创4种补偿措施

45、和6大全面保护功能，两线端口防感应雷能力强，具有雷击波和突波的保护能力等优点。2. 交流电流变送器主要特点： （1）原副边高度绝缘隔离； 高可靠性，高稳定性，高性价比； （2）特别适用发电机、电动机、智能低压配电柜、空调、风机、路灯等负载电流的智能监控系统； （3）超低功耗，单只静态时0.096W，满量程功耗为0.48W，输出电流内部限制功耗为0.6W。 （4）频率带宽：AC401000KHz 3. 交流电流变送器技术参数： （1）精度：优于0.5 ； （2）非线性失真：优于0.5； （3）额定工作电压Vcc：24V±20 ，极限工作电压：35V ； （4）电源功耗：静态4mA，动态

46、时相等于环路电流，内部限制25mA10； （5）额定输入：5A1KA（42个规格）； （6）穿孔穿芯圆孔直径：9、12、20、25、30mm； （7）输出形式：两线制DC420mA； （8）输出电流温漂系数：50ppm/； （9）响应时间：100mS； （10）输入/输出绝缘隔离强度：AC3000V / 1min、1mA； （11）输出负载电阻：RLmax （Vcc-10V）/ 20mA 注： 标准Vcc24V时负载阻抗为700； RLmax250 (转换15V的电阻) 两根传输线路总铜阻。 （12）输入过载保护：30倍1min； （13）输出过流限制保护：内部限制25mA10； 注：国际标准

47、输出过流限制保护：内部限制25mA10； （14）两线端口瞬态感应雷与浪涌电流TVS抑制保护能力：TVS抑制冲击电35A20ms1.5KW；4.交流变送器的工作原理在自动给煤系统中，提升电机额定电流的70%80%需经过交流电流变送器后变为直流的420mA电流信号才能作为系统的给定信号。交流电流变送器的原理图如图2-4所示，图2-4 交流电流变送器原理图工作过程为：图中最左端为输入信号，是一个交流电流，该信号经电流互感器T、电阻R后变为交流电压信号，经全波整流电路后变为直流电压信号，经滤波电路后变为15V的电压信号，该信号经电压/电流转换电路后变为420mA的电流信号。图2-4为15V转换为42

48、0mA的电压/电流转换电路原理图，其工作过程为：15V的电压信号u经200K的电阻加到运算放大器的反向输入端，其同向输入端为5K和50K的调零电位器，5K为微调电位器，50K为粗调电位器。调节调零电位器的阻值使输出电流为4mA。500电阻为调满电位器，调节满度点，使输出电流为20mA本设计中采用低转速变送器，低转速变送器的工作原理是将脉冲信号转换为420mA的电流信号，其电路原理图如图2-5所示。图2-5 电压/电流电路转换原理图2.4.2 转速变送器1. 定义 转速变送器是一种新颖的转速传感器，除了能将角位移转换成电脉冲信号外，还可同时输出与转速成线性对应关系的420 mA恒定电流，可以作为

49、转速调节反馈信息，配上表头可作为转速显示用。2. 主要性能及特点（1）数字显示转速（转/分）。测量范围：6转/分6000转/分。 测速显示误差：0.2% FS。 （2）提供420mA或010mA电流输出。电流变换误差：0.25% FS 。 （3）提供一组常闭、常开控制触点输出，用于转速的上、下限控制。控制触点容量：3A 250VAC；或3A 30VDC。 （4）提供两种电源选择：AC 220V ±22V （功耗5W）； 或DC 24 V（工作电流100mA）。 （5）用户可自由设定：上、下限、420mA对应转速范围、测量线速度等功能与参数。 （6）“信号生成点”与“探头”的距离：16

50、mm。 （7）采用电感接近开关探头检测时，金属体接近持续时间（脉宽）不小于5ms。否则，采用霍尔接近开关探头检测。3. 主要技术指标（1）转速范围：100500 r/min 1001000 r/min 1001500 r/min 1002000 r/min （2）输出信号：420 mADC恒定电源，转速为0时输出4 mA，额定转速时输出20 mA，中间线性分度。 （3）线性误差：0.5% （4）供电电源：24±1V（DC） （5）负载能力：0500 （6）工作环境：环境温度-2055 （7）相对湿度85% （8）温度附加误差：以20为基准，温度每变化10时，小于等于0.25% 4.

51、转速变送器的工作原理转速变送器的工作原理是将脉冲信号转换为420mA的电流信号，其电路原理图如图2-6所示。图2-6 转速变送器电路原理图图中IN表示脉冲输入，该脉冲输入的频率为0 97Hz，此信号经两级反相器NIA、NIB4069整形后送入单片机AT89C2051的P3.2引脚。设P3.0、P3.1和P3.4三个引脚均为高电平时所对应的输入信号的频率为97Hz。AT89C2051是一个封装为DIP20的芯片，其内部集成了8位CPU和2K的闪速存储器、128字节的内部RAM、15条可编程的I/O口线及2个16位的定时器/计数器。脉冲数字信号经单片机2051后通过端口P1.0P1.7输出，这8路

52、输出经数模转换器DAC0832后变为模拟量电压信号，经运算放大器Tl084后变为15V的电压作为OUT输出。要获取420mA的电流信号还需将OUT的输出电压信号经图4所示的电压/电流转换电路后才能得到。2.5传感器2.5.1 传感器的定义及性能1. 传感器的定义国家标准GB7665-87对传感器下的定义是：“能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”。传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控

53、制的首要环节。2. 传感器的性能（1）传感器静态特性传感器的静态特性是指对静态的输入信号，传感器的输出量与输入量之间所具有相互关系。因为这时输入量和输出量都和时间无关，所以它们之间的关系，即传感器的静态特性可用一个不含时间变量的代数方程，或以输入量作横坐标，把与其对应的输出量作纵坐标而画出的特性曲线来描述。表征传感器静态特性的主要参数有：线性度、灵敏度、分辨力和迟滞等。（2）传感器动态特性所谓动态特性，是指传感器在输入变化时，它的输出的特性。在实际工作中，传感器的动态特性常用它对某些标准输入信号的响应来表示。这是因为传感器对标准输入信号的响应容易用实验方法求得，并且它对标准输入信号的响应与它对任意输入信号的响应之间存在一定的关系，往往知道了前者就能推定后者。最常用的标准输入信号有阶跃信号和正弦信号两种，所以传感器的动态特性也常用阶跃响应和频率响应来表示。2.5.2 霍尔传感器1. 霍尔元件霍尔传感器是一种磁敏传感器，它由霍尔元件构成，霍尔元件是利用霍尔效应制成的磁敏元件，在金属或半导体薄片两端面通以控制电流I，在垂直方向上将产生电势U（称为霍尔电势或霍尔电压），这种现象称为霍尔效应，霍尔效应的产生是由于运行电荷受磁场中洛伦磁力作用的结果，U可用下式表示： （2-1）式中：R霍尔常数；I为控制电流；B为磁感应强度；D为霍尔元件厚度。2. 霍尔传感器将霍尔元件、放大器