畢業(yè)設(shè)計（論文）-提升機監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計.doc

I提升機監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計摘要礦井提升機是重要的礦山設(shè)備之一，它肩負著井上，井下聯(lián)系的重要任務(wù)在整個礦井中占有非常重要的地位。由此可見，解決提升機行程、速度監(jiān)視問題，是防止提升機嚴重事故的關(guān)鍵。但目前，國內(nèi)礦山大多采用機械式裝置監(jiān)測提升機的提升速度和行程，但此類設(shè)備精度不高，可靠性差，維護量大，這些都與煤礦的安全形勢和采礦業(yè)的發(fā)展不相適應。因此，研制高精度的礦井提升機監(jiān)控系統(tǒng)是迫在眉睫的課題。本文從煤礦工業(yè)現(xiàn)場的實際情況出發(fā)，通過對礦井提升系統(tǒng)和礦井提升機監(jiān)控系統(tǒng)功能的綜合分析，提出了完整的設(shè)計方案。在硬件與軟件的設(shè)計上均采用了模塊化結(jié)構(gòu)，在硬件設(shè)計上系統(tǒng)采用了微控制器80C51作為主處理器，由信號輸入與處理模塊、CPU處理模塊、按鍵顯示模塊、串行通訊模塊和電源模塊構(gòu)成；軟件采用單片機匯編語言編制，由主程序和若干個子程序構(gòu)成。設(shè)計中充分考慮到監(jiān)控系統(tǒng)惡劣的使用環(huán)境，使整機性能穩(wěn)定。系統(tǒng)對各個傳感器產(chǎn)生的脈沖信號進行采樣，由主處理器進行計算、判斷，結(jié)果送入顯示。當提升過程中出現(xiàn)超速等故障時，實現(xiàn)安全制動。本文設(shè)計的礦井提升機監(jiān)控系統(tǒng)能基本滿足礦山生產(chǎn)的需要，達到了預想的效果，今后的任務(wù)是要在此基礎(chǔ)上對系統(tǒng)進行完善。關(guān)鍵詞：提升機狀態(tài)監(jiān)控速度保護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；目錄摘要.IAbstract.II1緒論.11.1選題背景及意義.11.2國內(nèi)外發(fā)展狀況.21.3課題主要內(nèi)容.32提升機系統(tǒng)介紹.42.1提升機系統(tǒng)組成.42.2提升機的構(gòu)成.42.2.1工作機構(gòu).42.2.2制動系統(tǒng).42.2.3機械傳動系統(tǒng).62.2.4潤滑系統(tǒng).62.3提升機運行速度圖.72.4提升機速度保護環(huán)節(jié).83系統(tǒng)硬件選型及設(shè)計.93.1單片機測控系統(tǒng)概述及系統(tǒng)的總體設(shè)計.93.2單片機選型.103.3傳感器.113.4A/D轉(zhuǎn)換器的選擇.133.5各個硬件模塊設(shè)計.134軟件系統(tǒng)設(shè)計.194.1總體方案.194.2軟件結(jié)構(gòu).19轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)化程序：.255監(jiān)控系統(tǒng)功能驗證.26全文總結(jié).28研究展望.28參考文獻.29致謝.3111緒論1.1選題背景及意義煤炭資源作為一種主要能源，在國民經(jīng)濟中起著非常重要的作用。近年來，煤炭的價格持續(xù)庵升，形成大力開采之勢。與此同時，礦井事故也頻繁發(fā)生，經(jīng)濟損失巨大，人員傷亡事故非常慘痛。煤礦安全日益成為重中之重，急待加強。礦井提升機作為采礦業(yè)的大型機電設(shè)備，是煤礦大型設(shè)備“四大件”之一，擔負提升煤炭、矸石、下放材料、升降人員和設(shè)備的重要任務(wù)，素有“礦井咽喉”之稱，是溝通礦井地面與井下的運輸設(shè)備，在整個礦井中占有非常重要的地位，它的工作狀態(tài)關(guān)系到整個礦井的安全生產(chǎn)，多年來發(fā)生的提升事故證明，現(xiàn)有的技術(shù)裝備不能滿足提升機安全運轉(zhuǎn)的需要1。我國的交流提升機電控設(shè)備，幾乎全部采用的是早期前蘇聯(lián)的KKX和我國自己研制的TKD系統(tǒng)。這些電控設(shè)備的共同特征就是采用繼電器接觸器電路組成的含有觸點的控制方式，而且配有由磁放大器、自整角機、測速發(fā)電機等組成的速度控制環(huán)節(jié)，共同組成整個電控系統(tǒng)2。由于它接線繁瑣，邏輯復雜，控制器件維護量大，系統(tǒng)故障率高，使用和維護難度大，安全可靠性差等原因，直接影響了礦山的安全生產(chǎn)和提升效率。提升機作為人員、設(shè)備和材料上下的運載工具，安全性對于它至關(guān)重要，最主要的就是保障人身安全，其次是保障設(shè)備安全，從而延長設(shè)備使用壽命，對于一個礦山企業(yè)來說這是保障生產(chǎn)的根本。因此提升機功能的強弱和性能的優(yōu)劣，將直接關(guān)系到企業(yè)的產(chǎn)量和效益。作為一個機電控制系統(tǒng)來說，影響礦井提升機功能和性能的因素很多，如機械結(jié)構(gòu)、控制方案等。隨著機電一體化技術(shù)的發(fā)展，以微電子為基礎(chǔ)的監(jiān)控系統(tǒng)越來越成為機電控制系統(tǒng)的核心。一個先進可靠的監(jiān)控系統(tǒng)可以提高礦井提升機的自動化程度、控制性能及安全可靠性，是礦井提升機安全高效運行的保證，也是礦山企業(yè)進一步發(fā)展的前提，且極大的提高了企業(yè)的效益。礦山企業(yè)對礦井提升機功能和性能要求的不斷提高，決定了研究和改造礦井提升機監(jiān)控系統(tǒng)的重要意義，同時也體現(xiàn)了本課題研究的意義。提升機的實時監(jiān)測一直是提升技術(shù)的重要課題之一。當前，許多煤礦都未設(shè)置提升機的監(jiān)控系統(tǒng)，國內(nèi)外已有的監(jiān)控系統(tǒng)大多數(shù)是對整個礦山的大型監(jiān)控系統(tǒng)。國外研制的監(jiān)控系統(tǒng)穩(wěn)定性雖好，但價格過高，對于中小煤礦來說是難以承受的；國內(nèi)研制的針對提升機的監(jiān)控系統(tǒng)抗干擾能力差，性能不穩(wěn)定，而且已開發(fā)的專家系統(tǒng)大部分仍工作在DOS環(huán)境下，人機界面不友好，功能不完善，可擴展能力不強，系統(tǒng)一旦建立，修改起來具有相當?shù)碾y度。當前，在以PC機為基礎(chǔ)的測控軟件中，隨著計算機和微電子技術(shù)的發(fā)展，虛擬儀器很有可能成為下一代的儀器標準。因此選基于LabVIEW的礦井提升機監(jiān)控系統(tǒng)有很好的應用前景3?；贚abVIEW的提升機監(jiān)控系統(tǒng)，能迅速地建立一個功能強大、性能穩(wěn)定的監(jiān)控系統(tǒng)，2并且工作在windows系統(tǒng)下，界面直觀形象。開發(fā)人員只需要理解各個圖標的表示功能，在程序開發(fā)中只需要用連線連接各功能模塊就能完成所需要的軟件功能。該系統(tǒng)同時支持模塊化與層次化設(shè)計，搭建程序非常清晰、可讀，維護起來簡單方便。不僅如此，LabVIEW也有很好的開放性和擴展性，使系統(tǒng)功能的擴展和完善變得非常容易。當前，我國有一大批老提升設(shè)備、機組，其服役已接近或超過其壽命期，進入“損耗故障期”，故障率增多，而要全部更新，經(jīng)濟負擔很重，根本不可能。如何確保提升設(shè)備經(jīng)常處于安全可靠的運行狀態(tài)，除了在設(shè)計計算時合理選擇運行參數(shù)外，關(guān)鍵在于對其進行狀態(tài)監(jiān)控。對提升機運行的主要參數(shù)進行連續(xù)不斷的在線監(jiān)測監(jiān)控，使司乘人員隨時了解提升機的運行情況，并在超限時做出故障報警，供司乘人員操作時參考。如提升機過速而造成的過卷、過放現(xiàn)象，制動器閘瓦的磨損，制動彈簧的疲勞引起的制動器失效等。通過對提升機各主要參數(shù)的監(jiān)測監(jiān)控，可以使司乘人員在接到這種報警信息時做出及時處理，可以大大減少事故的發(fā)生。因此，開發(fā)一套簡單適用的計算機監(jiān)控系統(tǒng)是非常必要的。1.2國內(nèi)外發(fā)展狀況鑒于礦井提升機在煤礦的重要作用，國內(nèi)外對礦井提升系統(tǒng)的工況監(jiān)測主要有：提升運行狀態(tài)的監(jiān)測；液壓制動系統(tǒng)的監(jiān)測；鋼絲繩的監(jiān)測：電動機及傳動部分的監(jiān)測等。(1)運行狀態(tài)監(jiān)測主要包括：提升方向、提升高度、提升速度、提升加/減速度、相對滑動距離，根據(jù)提升高度的變化和運行時間，可以計算出提升速度，根據(jù)提升速度的變化和運行時間，可計算出加/減速度。系統(tǒng)需要采集的信號為開停車信號、提升高度信號及相對滑速等。(2)液壓制動系統(tǒng)的監(jiān)測：對液壓系統(tǒng)的監(jiān)測有制動盤偏擺度、空動時間、閘瓦開貼閘油壓、液壓站殘壓、閘瓦間隙和液壓油溫監(jiān)測等。采用油壓傳感器、電渦流位移傳感器構(gòu)成制動器的監(jiān)測系統(tǒng)，油壓傳感器安裝在液壓站的總液壓回路中，電渦流位移傳感器可實現(xiàn)空動時間和閘瓦間隙的檢測。(3)鋼絲繩的監(jiān)測主要有：鋼絲繩張力的檢測，斷絲檢測、鋼絲繩繩徑的檢測、鋼絲繩潤滑的檢測。監(jiān)測的主要方法采用磁監(jiān)測法。(4)電動機及傳動部分監(jiān)測內(nèi)容有：工作電壓、電流監(jiān)測，減速器各軸瓦溫度、主軸軸瓦溫度監(jiān)測，電動機負荷瓦、反負荷瓦、電機定子鐵芯溫度監(jiān)測，減速器油壓、油溫、油質(zhì)監(jiān)測，振動監(jiān)測。電流和電壓的測量一般采用交流電壓隔離傳感器。其它項主要包括電控系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)測，及各種監(jiān)測設(shè)備的自檢，一般由傳感器直接讀取，或者由人工定期測量。國外研制礦井計算機監(jiān)控系統(tǒng)始于20世紀60年代，在提升機狀態(tài)監(jiān)護方面水平較高，提升機大多采用雙套保護裝置發(fā)展，即在原有的基礎(chǔ)上再增加一套微機監(jiān)控裝置。目前，隨著信息數(shù)字化、控制智能化的發(fā)展，國外的提升設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的功能和自動化程度有較大提高。特別是對閘控和速度監(jiān)控系統(tǒng)等重要保護環(huán)節(jié)，設(shè)計更加合理，有些環(huán)節(jié)設(shè)置雙3重保護，如過速保護，過卷保護等，這些保護措施，對提升機的運行安全都是可靠的保證。我國有一些大型礦井引進了國外的提升系統(tǒng)，其監(jiān)控系統(tǒng)穩(wěn)定性雖好，但由于國外公司都有技術(shù)保密制度，其核心技術(shù)(如程序等)無法掌握，在使用，維護和零配件的供應上都受到限制4。而對于大多數(shù)的中小型的礦井來說，其系統(tǒng)高昂的價格也難以承受。而國內(nèi)針對提升機研制的監(jiān)控系統(tǒng)與國外相比，其抗干擾能力差，性能不穩(wěn)定，而且在開發(fā)測試系統(tǒng)的軟硬件方面需花費相當?shù)娜肆蜁r間，并且功能不完善，可擴展能力差等等，關(guān)系到礦井的安全生產(chǎn)和礦工的生命安全。1.3課題主要內(nèi)容本