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煤矿单向猴车的PLC控制系统设计的开题报告 作者： 日期：11 个人收集整理 勿做商业用途毕业设计开题报告设 计 题 目： 煤矿单向猴车的PLC控制系统设计 院 系 名 称: 机电工程学院 专 业 班 级： 机械电子092班 学 生 姓 名： 陈志鹏 导 师 姓 名： 齐建家 开 题 时 间: 2013年3月15日 指导委员会审查意见： 签字： 年 月 日1、课题研究目的和意义 随着矿井的大型化发展和开采深度的增加，如何既能减少人员下井的体力消耗，又能安全舒适地运送人员，是广大煤矿工作者一直致力研究的一项工作。猴车以其安全性而得到各矿物局的支持,跟过去的罐笼车相比，它投资少，使用简单。 地下矿用架空索道（俗称猴车）为矿山长距离安全快速地运输人员提供了经济适用的解决方案。其工作原理类似于地面旅游索道，它通过电动机传动到减速机上的摩擦轮作为驱动装置，以架空，无极循环的钢丝绳作为牵引承载，此钢丝绳靠尾轮张紧装置进行张紧和绳长调节,沿途采用绳轮支撑，以维持钢丝绳在托轮间的贴合力；抱索器将乘人抱索器与钢丝绳连接并循环运行，从而实现运送人员的目的。其优势能长期运输，维护工作量较少,这种井下索道运输具有安全实用、运送能力大、动力消耗小、设备简单等优点,深受井下工人的欢迎,大大提高了井下辅助运输的效率。 地下矿用架空索道的最新发展方向呈现大运量、高速度、集中控制、稳定安全等特点。具有大运量、连续运输、连续变坡拐弯的特点,而且运行可靠，易于实现自动化和集中控制，经济效益十分明显。地下矿用架空索道也是煤矿乘人装置最为理想的高效连续辅助运输设备，特别是煤矿高产高效现代化的大型矿井，地下矿用架空索道已成为矿井辅助运输机电一体化技术与设备的关键设备。随着高产高效矿井的发展，矿用架空索道各项技术指标有了很大提高。2、文献综述（课题研究现状及分析）2.1本课题在国内外的研究情况 矿用架空索道在国内一直被作为一个煤矿辅助运输机械装备，传统矿用架空索道在技术上已经基本成熟，产品应用也很普遍，由于它只是生产过程中的辅助设备,产品不需要很高的科技含量就能满足要求，国内厂家所生产的产品已经能够满足生产中的要求，其中绝大部分驱动该方式为机械传动，液压驱动方式使用的不多，从2009年开始,才有部分厂家生产液压驱动该方式的矿用架空索道,这是因为液压驱动投资大、技术含量高、难以维修，而在全国范围内我国的液压传动技术水平较低，难以占领高端产品市场。2.1。1 我国绳索运人猴车发展基本情况我国煤矿排挤乘人装置起源于1966年，当年山东淄博煤矿装设了一条简便、实用的煤矿排挤乘人装置,深受井下工人的接待。随后,河南、河北、湖南、四川等地煤矿都装设了这种井下职员运输装置。至90年代末，湖南省内煤矿自行计划制造安置并投入应用的斜井乘人索道达50多条.这一阶段，猴车成长较快，但由于各矿设置均为自行计划制造，各自为战，各具特点，缺乏团结的平安、计划、安置榜样及产物准绳，从而在平安和应用维护方面存在一系列问题，也难以得到广泛推广.20世纪80年代，北方以河北煤炭科学研讨所、河北石家庄煤机厂为代表的煤机研讨、生产机构亲密重视外洋猴车技能。与此同时，外洋煤矿帮助运输设置也期望打入中国市场。由于局部要害技能没有管理等因为，猴车技能前进不大，且没有转化为实际的生产力。1997年7月至1999年12月,以张立忠为首的科研职员与江苏常州市振化起重运输机械厂协作协同完成了猴车产物的现场试制及应用情况的意见搜集，并联合应用情况对样机举行了革新和完备。2000年后，随着猴车的专业化生产,其技能也得到快速提拔。其主旨部件抱索器既有稳定式抱索器又开发出新式的带轮子、自锁成效的运动式抱索器；托轮方面既有单托轮又有双托轮、托轮组。在吊椅、吊架以及驱动装置等方面都开垦研制出新的产物.额外电气保卫成效得到了大大增强,掉绳保卫、脱槽保卫、长途监控、零速率上下车、告急拉停装置等等，都提高了猴车的平安、舒坦成效和适宜巷道情状的本领。程度拐弯猴车、高速猴车、可伸缩猴车也开始出现，猴车真正成为煤矿员工上下井的班车,是煤矿企业的“地下铁。近年来,我国绳索运人猴车取得了飞速发展,国内生产企业大体可以划分为三大梯队：长沙正忠科技发展有限公司、石家庄贝克采矿运输设备有限公司位于第一梯队，他们是行业内经济规模最大的企业，拥有国家级技术中心，综合实力雄厚，产品以其安全保障功能强、劳动力运输性价比高、安全性能好、智能化程度高、稳定性能好、能源节约效果好等特点，占据了国内矿山索道市场的近半壁江山。第二梯队是包括卫华集团在内的国内排名前20的企业，他们大多拥有厂级技术中心,其中,岳阳索非特矿山机械有限责任公司、扬州市百思特机械设备有限公司，设立了地区性技术中心，并在组建了产品设计研究院，这些企业是行业的中坚力量，产品涵盖面广，既参与高端产品的招投标，又参与通用类产品的低价竞争。第三梯队则是余下的中小企业，这些企业一般规模都不大，产品类型也大致相同，而以低价竞争为主的市场占有策略致使这些企业效益普遍较差，发展速度严重受阻。2.1。2 国外绳索运人猴车产品发展现状本文为互联网收集，请勿用作商业用途本文为互联网收集，请勿用作商业用途目前，全球约有4万多条索道在运行，现在每年还以5%的速度在增长,年新架索道2000条左右，用于工矿生产、港口传送、军事用途的货运索道较多,美国的索道工程师们早在1986年便开始着手研究和设计用于月球采矿运输的所谓“太空索道”。绳索运人猴车作为人员、物料运送、装卸的机械设备，可以减轻或代替人们的体力劳动，提高劳动生产率。在煤炭工业、矿山工业等国民经济支柱行业中，矿山索道都扮演着重要的角色。随着时代的发展，绳索运人猴车占据了主导地位。国外绳索运人猴车具有以下几个特点：紧凑、耐用、速度快。大型绳索运人猴车的迅速发展迫使绳索运人猴车朝着更大吨位、性能更加先进和可靠的方向发展.高速发展的电子技术、控制技术和新型电子元器件的出现及相关技术的解决又为绳索运人猴车的大型化铺平了道路.计算机芯片、传感器、信息传输、GPS、无线通信、远程控制调度等都在朝先进化、智能化方向发展。产品可靠性、寿命不断提高。架空乘人索道电控系统是目前先进的乘人索道电控系统，它采用PLC可编程序控制器，以煤矿安全堆积为依据推出的架空乘人索道电控更新换代产品,主要适用于矿山架空乘人索道的控制。主要特点：（1)可实现无人值守自动化控制；（2）高清晰液晶显示屏显示各种工作状态；（3)各种保护齐全;(4）可实现远程监控。从全球绳索运人猴车市场来看,美国、德国战后国内基础设施建设和企业设备投资的高景气使得矿山机械业得到了快速发展，并培育了一批具备国外竞争实力的企业；工业化中期对资源需求的攀升，同样刺激了国内矿山机械及绳索运人猴车的需求.德国是绳索运人猴车技术先进的国家，亚洲国家，例如我国猴车的产品标准及技术等级均参照德国相关技术标准执行。德国德国萨尔夫公司、贝克公司等制造的猴车质量很好，但是价格昂贵。国产长沙正忠、枣矿新远、湘潭恒欣、湖南华阳等价格相对适中，质量也很不错。文档为个人收集整理，来源于网络本文为互联网收集,请勿用作商业用途2。2 绳索运人猴车国外发展趋势分析当今，绳索运人猴车已不再是传统意义上粗大笨重、操作复杂、维护困难的工业设备,它将面向用户的设计理念与世界先进技术的完美结合在一起。塑造出具备体积轻巧、结构紧凑、操作简便、使用安全、免维护等特性的产品是绳索运人猴车设计的目标.未来几年，绳索运人猴车将朝着以下趋势发展：1、向大型化、高效率化、无保养化和节能化发展。绳索运人猴车将使用清洁能源、能耗小、功率大，动力传动系统维修费用大大降低，实现更高的设备操作安全性和操作员作业舒适性，确保猴车和配套设备的匹配性，提供总成件寿命延长大修，拥有超静音和低排动力机。2、向自动化、智能化、集成化和信息化发展。自动化、智能化、高速化的绳索运人猴车进行技术升级,将来可以实现远程监控、无人值守、人走车停。同时还正在着手解决掘进巷道内的索道运输设备问题，成功后，掘进巷道将不再铺设道轨。”3、向成套化、系统化、综合化和规模化发展。采用新结构、新部件、新材料和新工艺提高产品性能.积极开拓用于非煤矿山领域，从运送人发展到运送物,从煤炭矿山发展到非煤矿山，也是其中大趋势之一。2.3绳索运人猴车市场发展中存在的问题目前，国产绳索运人猴车以中低端产品居多，对于高端产品的研发水平不高。中低端产品呈供过于求态势，大型成套工程配套所需的关键品种短缺，成套水平低.一些没有资质、缺乏实力的企业也开始浑水摸鱼。现在许多中小企业在发展过程中，困难重重,在拓宽产品线的同时，也应该打好产品的深度，保证产品的质量。另外，猴车在长期的使用过程中,出现吊椅脱落、吊椅滑落、驱动轮的驱动片损坏、钢丝绳跳线等不安全问题，影响着猴车的安全运行。有时候，安全与高效是一对很难调和的矛盾.如何让“猴车”实现二者的统一，在确保安全的情况下高速运行是需要解决的问题。绳索运人猴车的技术和价格是目前市场发展存在的最大问题.目前市场上一台生产的质量较好的大型绳索运人猴车的价格在百万元左右,价格昂贵，使得产品只能被实力非常强大的企业消费，一般的中小企业只能望尘莫及，昂贵的价格给产品的市场普及带来了不小的障碍。3、设计基本内容、拟解决的主要问题架空乘人装置结构组成架空乘人装置主要由：驱动部分、乘人部分、拖绳部分、张紧部分及电控系统组成，如下图所示：图一 斜井架空乘人装置的组成框图猴车控制系统的启动要求:（1)井上井下分别配置起停按钮；转换开关置于停车位置时，设备进入停机状态,任何设备不能启动；(2）具有完善的系统保护、报警功能。包括：全程紧急停车保护、乘人吊椅摇摆保护、行程保护、有毒有害气体浓度超限报警、电机的过载、短路保护等。PLC控制系统：PLC控制方式能够实现对电机的加速和减速控制，达到减少乘坐人员的乘坐时间和上下安全的目的。对于这种控制方式，随着电路的保护开关的增加，使电路的安全性和准确性都能得到提高,不会给电路接线带来困难。拟解决的主要问题：(1）PLC选型：在这里主要是根据控制系统方案中开关量输入点和输出点确定，同时还兼顾性价比、运行速度、可编程性能等.（2)PLC控制的I/O分配：查阅资料确定外部原件与PLC的I/O点的连接关系。（3）PLC的电气控制线路:研究各个外部原件工作次序,确定控制线路.4技术路线与硬件设计构想4。1技术路线接受任务、搜集相关资料，拟定设计。绘制系统方框图。PLC及其他元件的选型、硬件设计、绘制I/O接口图。系统软件设计。撰写系统说明书，计算机绘图。进行系统软件调试、仿真。PLC各种按键传感器保护开关钢丝绳减速机主电机制动器语音箱数码管显示器4。2系统基本结构图二 猴车系统组成框图猴车控制系统主要以PLC为主要控制单元，控制操作台及语音箱作为操作及报警设备，PLC外围开关，传感器构成保护系统。系统框架如图二所示。系统各组成主要作用说明如下：（1）按钮开关：在煤矿上水平面和下水平面鸽子都设有两个按钮开关,其中一个是停止按钮，另外一个是:在上水平面为正转启动按钮，下水平面为反转启动按钮。其主要目标是实现在异地共同控制同一台电机的运行和停止.（2）保护开关：本设计在索道沿途共安装12个保护开关，其中6个用作全程紧急停车保护开关，另外6个用做吊椅摇摆保护开关，分别间隔80m安装一个;通过PLC控制系统将数据送往数码管显示,以便工作人准确定位故障的位置，减少了故障的排查时间，便于维护和维修。（3）传感器：本设计中通过在矿井地区安装一氧化碳和甲烷传感器并连接到PLC控制回路,当浓度超标时，传感器就给控制系统一个井内气体偏高的信号并发出警报，使电机反转，及时猴车返回上水平面。（4）减速机：通过减速机上的调速开关，将电机的回转数减速到所要的转速，以达到调节猴车系统运行的速度的目的.4.3系统硬件设计综合本设计需求，并查阅图书馆和网络资料，系统硬件选型暂定有电动机、减速机、PLC、传感器、A/D装换元件、制动器等几项硬件设计选择。电动机：综合系统要求并假设设计环境为索道长度500M、斜角15，来进行运算，并最后选择出合适的电动机型。PLC：根据系统输入输出开关电位数量，并秉承物美价廉的原则进行选择、确定型号.制动器的选择：从安全性方面考虑,并从实际使用情况出发，结合使用代价选定型号。减速机：即直接从设计中所需的运动调速方式,以及有轻度腐蚀的工作环境并结合各减速机型号的侧重性能来综合考虑选型。传感器:本设计中涉及的传感器包括：一氧化碳、甲烷传感器,该传感器的选择，秉承矿区常规选择的传感器习惯，并考虑与本设计需求的契合程度来综合选择。另有A/D转换元件的选择，则从PLC的选择中来连带考虑该元件的选型。5设计进度安排2013年2月27日-2013年3月17日接受任务，收集相关资料,撰写并提交开题报告；2013年3月18日2013年3月31日拟定总体设计方案，绘制系统的方框图;2013年4月1 日2013年4月14日-PLC及其他元器件选型；2013年4月15日-2013年5月5日系统硬件设计；解决问题，修改完善2013年5月6日-2013年5月26日-系统软件设计；2013年5月27日-2013年6月9日-撰写设计说明书并用计算机绘图；2013年6月10 日-2013年6月16日完成论文及图纸，准备答辩。6主要参考文献1 周四六.机电控制基础M。北京:化学工业出版社,2009.62 袁任关。实用电动机控制电路150例M。北京：机械工业出版社，2007。3 马小军。可编程控制器及其应用M。南京:东南大学出版社，2007.4 成大先。机械设计手册M。北京：化学工业出版业，2008.45 周新年，郑丽风，邓盛梅等。我国工程索道的发展与展望J。福建林学院学报，20056 单圣涤，汪斌,邓曼涯.关于我国架空索道技术自主发展问题的探讨J.森林工程，20037 周新年.架空索道理论与实践M。北京：中国林业出版社，20018 孙宝元,杨宝清主编。传感器及其应用手册M.北京：机械工业出版社，20049 范永胜,王岷.电气控制与PLC应用M。北京:中国电力出版社,200710 施文。有毒有害气体检测仪器原理和应用M。北京：化学工业出版社，2009,111 刘子成。 猴车PLC自动控制系统J。矿业快报,2005，612 杨福新。国外客运架空索道的进展J.起重运输机械，199813 张立忠。我国矿山载人索道现状及其发展前景J.中国索道，200214 Bolton,W.Newnes.Programmable logic controllers M。Newnes，2009，8。15 Jeffrey J.Keljik。Electricity 4:AC/DC Motors,Controls，and Maintenance M.Delmar Cengage Learning，2011,2。