電子信息工程專業(yè) 設(shè)計基于PLC的煤礦單向猴車的設(shè)計

1、基于PLC的煤礦單向猴車的設(shè)計 物理與機電工程學(xué)院 電子信息工程專業(yè)（學(xué)號） （姓名） 指導(dǎo)老師： 【摘 要】: 為了縮短礦工上下井的路途時間，減輕礦工上下井的體能消耗，并且針對福建省部分煤礦因斜井巷道比較窄，索道長度在500米左右，最大傾角為15，地勢環(huán)境比較差以及起重運輸不便等原因，不能使用雙向無極循環(huán)運行模式，而需采用單向循環(huán)運行模式。于是本文采用PLC來控制，其具有運行安全可靠、人員上下方便、隨到隨行、不需等待、一次性投入低、動力消耗小、操作簡單、便于維護(hù)、工作人員少和運送效率高等特點。 【關(guān)鍵詞】猴車 PLC 斜井 單向運行 目錄1緒論 .21.1課題背景及其意義.21.2本課題在國

2、內(nèi)外的研究情況.21.3本設(shè)計的研究內(nèi)容. .22課題的提出及方案論證.32.1架空乘人裝置結(jié)構(gòu)組成.32.2系統(tǒng)的控制要求.32.3控制系統(tǒng)的方案選擇.43猴車控制系統(tǒng).53.1架空乘人裝置電控系統(tǒng).53.2系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu).54硬件系統(tǒng)的設(shè)計.64.1 PLC的選型.64.2驅(qū)動裝置的選型.64.2.1電機的選擇.64.2.2制動器的選擇.104.2.3減速機的選型.124.3氣體傳感器的選型.13 4.3.1一氧化碳傳感器的選型.13 4.3.2甲烷傳感器的選型.144.4 FP1 A/D轉(zhuǎn)換單元.164.5 PLC電氣控制線路.184.6 PLC控制I/O分配.215軟件設(shè)計.245.1

3、程序流程圖.245.2程序調(diào)試.25 5.2.1電機運行控制程序調(diào)試.26 5.2.2 顯示程序調(diào)試.296工程應(yīng)用成果.327結(jié)束語.33致謝.34參考文獻(xiàn).35英文翻譯.36附錄：程序梯形圖 1緒論1.1課題背景及其意義隨著礦井的大型化發(fā)展和開采深度的增加，如何既能減少人員上下井的體力消耗，又能安全舒適地運送人員，是廣大煤礦工作者一直致力研究的一項工作。猴車以其安全性而得到各礦務(wù)局的支持。跟過去的罐籠車相比，它投資少，使用簡單。地下礦用架空索道（俗稱猴車）為礦山長距離安全快速地人員運輸提供了經(jīng)濟適用的解決方案。其工作原理類似于地面旅游索道，它通過電動機傳到減速機上的摩擦輪作為驅(qū)動裝置，以架

4、空、無極循環(huán)的鋼絲繩作為牽引承載，此鋼絲繩靠尾輪張緊裝置進(jìn)行張緊和繩長調(diào)節(jié)，沿途采用托繩輪支撐，以維持鋼絲繩在托輪間的貼合力；抱索器將乘人抱索器與鋼絲繩連接并循環(huán)運行，從而實現(xiàn)運送人員的目的。其優(yōu)勢能長期運輸，維護(hù)工作量較少。這種井下索道運輸具有安全實用、運送能力大、動力消耗小，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點，深受井下工人的歡迎，大大提高了井下輔助運輸?shù)男?0。地下礦用架空索道的最新發(fā)展方向呈現(xiàn)大運量、高速度、集中控制、穩(wěn)定安全等特點。具有大運量、連續(xù)運輸、連續(xù)變坡拐彎的特點，而且運行可靠，易于實現(xiàn)自動化和集中控制，經(jīng)濟效益十分明顯。地下礦用架空索道也是煤礦乘人裝置最為理想的高效連續(xù)輔助運輸設(shè)備，特別是

5、煤礦高產(chǎn)高效現(xiàn)代化的大型礦井，地下礦用架空索道已成為礦井輔助運輸機電一體化技術(shù)與設(shè)備的關(guān)鍵設(shè)備。隨著高產(chǎn)高效礦井的發(fā)展，礦用架空索道各項技術(shù)指標(biāo)有了很大提高4。1.2本課題在國內(nèi)外的研究情況礦用架空索道在國內(nèi)一直被作為一個煤礦輔助運輸機械裝備，傳統(tǒng)礦用架空索道在技術(shù)上已經(jīng)基本成熟，產(chǎn)品應(yīng)用很普遍，由于它只是生產(chǎn)過程中的輔助設(shè)備，產(chǎn)品不需要很高的科技含量就能滿足要求，國內(nèi)廠家所生產(chǎn)的產(chǎn)品已經(jīng)能夠滿足生產(chǎn)中的要求，其中絕大部分驅(qū)動方式為機械傳動，液壓驅(qū)動方式使用的不多，從2009年開始，才有部分廠家生產(chǎn)液壓驅(qū)動方式的礦用架空索道，這是因為液壓驅(qū)動投資大、技術(shù)含量高、難以維修，而在全國范圍內(nèi)我國的液

6、壓傳動技術(shù)水平較低，難以占領(lǐng)高端產(chǎn)品市場。在國外，架空乘人裝置技術(shù)水平比較高，他們采用比較先進(jìn)的液壓驅(qū)動技術(shù)，系統(tǒng)采用懸掛式無極繩連續(xù)運轉(zhuǎn)的工作方式，用于各類煤礦井下隨時快運送人員。動力源采用全液壓驅(qū)動，運輸系統(tǒng)無論是高速還是低速均可實現(xiàn)等加速啟動以及電動機的無負(fù)荷啟動，對其他電力設(shè)備影響小。運行速度調(diào)節(jié)方便、液壓驅(qū)動的功率控制準(zhǔn)確、系統(tǒng)無過載運行，因無需增加電動機備用功率而節(jié)能、運行特性軟無沖擊。驅(qū)動部件與泵站分開布置，而液壓驅(qū)動所具備的高功率密度的特點，使得設(shè)備的動力部件體積小、重量輕，占用空間小，非常適應(yīng)煤礦井下的小斷面巷道以及起重運輸不便的場合布置、安裝和維修。油箱采用全封閉增壓構(gòu)造以

7、及多道過濾元件和完善的保護(hù)裝置，杜絕了油的泄漏和故障率。整機性能穩(wěn)定、工作可靠且壽命長。由于液壓減速機體積小且沒有傾斜角度的限制，驅(qū)動部安裝時無傾角要求且不需要挑頂，對巷道的適應(yīng)行更強，安裝施工量小、鋼絲繩使用壽命長。液壓驅(qū)動方式可以同時滿足高速和低速兩種形式的運行，高速運行時無需配備變頻裝置。因此，以PLC為主體構(gòu)成的煤礦井下的小斷面巷道，礦井地勢環(huán)境比較差以及起重運輸不便的場合控制系統(tǒng)，尤其是對我們福建省部分煤礦來說，其具有廣闊的應(yīng)用前景和明顯的經(jīng)濟效益。1.3本設(shè)計的研究內(nèi)容本次研究的主要內(nèi)容是基于PLC控制一臺驅(qū)動電機運行的煤礦運人猴車控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)主要由PLC、顯示器、氣體傳感

8、器等組成。本次研究的目標(biāo)是對煤礦安全性和猴車的使用性給予提升，減少工人上下班的時間，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性和節(jié)能效果進(jìn)一步提高，故障報警及故障排除及時迅速。根據(jù)系統(tǒng)要求，設(shè)計出滿足要求的猴車控制系統(tǒng)，對架空乘人裝置、PLC、氣體傳感器進(jìn)行選型和計算，解決實際使用中容易出現(xiàn)的問題，根據(jù)系統(tǒng)要求設(shè)計出能滿足控制要求的控制電路、流程圖以及控制程序。2課題的提出及方案論證2.1架空乘人裝置結(jié)構(gòu)組成架空乘人裝置主要由驅(qū)動部分、乘人部分、托繩部分、尾輪部分、張緊部分及電控系統(tǒng)組成（如下圖2-1）。本文主要是針對猴車電控系統(tǒng)的設(shè)計。圖2-1斜井架空乘人裝置的組成框圖2.2系統(tǒng)的控制要求減少礦井工作人員上下班時間是該

9、控制系統(tǒng)的第一個目的，經(jīng)濟實用和安全是本設(shè)計的另外一個目的。（1）猴車作為一個煤礦輔助運輸機械裝備，在國內(nèi)絕大部分驅(qū)動方式為機械傳動，液壓驅(qū)動方式使用的不多，并且主要應(yīng)用在巷道比較空曠的場合；而在國外大多采用比較先進(jìn)的液壓驅(qū)動技術(shù)，并且非常適應(yīng)煤礦井下的小斷面巷道以及起重運輸不便的場合。而本系統(tǒng)能解決國內(nèi)現(xiàn)在存在的這一不足，減少工人的上下班時間，為企業(yè)帶來一定的經(jīng)濟利益，具有一定的實用性。（2）保證工人的生命和財產(chǎn)安全是企業(yè)能夠正常生產(chǎn)的基本保證，而在礦井中最常見的就是瓦斯爆炸，瓦斯中最主要的成分就是一氧化碳和甲烷，當(dāng)他們的濃度超過最高濃度分別為0.0024%、4%時，就易引起瓦斯爆炸。系統(tǒng)控

10、制要求實現(xiàn)的功能如下：（1）猴車控制系統(tǒng)啟動要求在井上和井下分別設(shè)有操作臺，當(dāng)在井上有人需上車時，井上操作人員按下正轉(zhuǎn)啟動按鈕，制動器松閘，系統(tǒng)發(fā)出3聲預(yù)警信號用以提示乘客猴車即將啟動，注意安全；另外一個作用是作為與井下操作臺上的工作人員之間的一種通信信號：告知礦井下的操作人員此時井上有人上車，若井下有人需上車，此時必須等待，只到所有上車的人都到達(dá)井下時，方可上車；同理若是在井下的操作人員按下反轉(zhuǎn)啟動按鈕，則若井上有人需上車時，此時必須等待，只到所有上車的人都到達(dá)井上時，方可上車。當(dāng)?shù)?聲預(yù)警時，猴車啟動開始運行， 5秒后播放MP3。如果在井上（井下）所有礦工都已上車并在不過載的情況下時，控制

11、臺操作人員調(diào)節(jié)減速機調(diào)速開關(guān)，使電機加速運轉(zhuǎn)，達(dá)到節(jié)能、減少乘坐時間的目的；若有乘車者下車，調(diào)節(jié)減速機調(diào)速開關(guān)，使電機減速運轉(zhuǎn)。若過載，則重錘上升到達(dá)上限限定高度，觸動鋼絲繩張緊保護(hù)開關(guān)動作，架空乘人索道自動停車。（2）系統(tǒng)停車正常停車：轉(zhuǎn)換開關(guān)置于停止位置，設(shè)備進(jìn)入停機狀態(tài)，任何設(shè)備不能啟動。（3）完善的系統(tǒng)保護(hù)、報警功能。全程緊急停車保護(hù)：在架空乘人裝置的沿線裝有緊急停車?yán)€開關(guān)間隔80米1個，并由鋼絲繩連接起來。當(dāng)巷道內(nèi)有緊急情況時，在沿線的任意一個地方拉動該鋼絲繩，相應(yīng)的急停拉線開關(guān)將給控制系統(tǒng)一個急停信號，架空乘人裝置將自動停止運行，同時顯示窗將顯示觸動此開關(guān)的相應(yīng)位置。乘人吊椅搖擺

12、保護(hù)：間隔80m安裝一個，此開關(guān)是用于防止吊椅過擺而設(shè)置的保護(hù)裝置。當(dāng)?shù)跻芜^擺到一定高度時，車觸動此開關(guān)動作，候車自動停車。同時顯示窗將顯示觸動此開關(guān)的相應(yīng)位置。煤礦安全報警系統(tǒng)：當(dāng)?shù)V井內(nèi)的一氧化碳（CO）和甲烷（CH4）的氣體濃度高于安全標(biāo)準(zhǔn)濃度時，由CO傳感器和CH4傳感器給控制系統(tǒng)一個井內(nèi)有毒氣體超標(biāo)的信號，使電機反轉(zhuǎn)，使猴車返回礦井地面并發(fā)出警報。越位保護(hù)。機頭、機尾越位保護(hù)：機頭和機尾分別有越位行程開關(guān)，當(dāng)?shù)V工乘坐吊椅上井或下井進(jìn)入機頭或機尾的禁止部位點時，由越位保護(hù)裝置給控制系統(tǒng)一個越位的信號，系統(tǒng)自動停機并發(fā)出故障報警聲，同時顯示窗口顯示相應(yīng)的故障。制動器動作保護(hù)：制動器與電機在

13、電氣上為互鎖保護(hù)，主電機啟動前，制動器提前3秒松閘，處于非制動狀態(tài)。如制動器未能松閘，主電機不能啟動，從而達(dá)到保護(hù)主電機的目的。電機的過載、短路保護(hù)：控制電路中接有熔斷器和熱繼電器，分別用于電路短路和過載保護(hù)。2.3控制系統(tǒng)的方案選擇架空乘人裝置按驅(qū)動方式可分為機械傳動和液壓驅(qū)動兩種驅(qū)動方式，其主要控制方式有：（1）純繼電器控制方式這是猴車電控過去常用的一種控制方式，這種控制方式存在很多的缺點：當(dāng)保護(hù)開關(guān)增多時線路變得很復(fù)雜，而且不便于接線，設(shè)計困難，維修困難，安全性差，觸點多，也不能顯示各種保護(hù)。（2）PLC電路控制方式該控制方式能夠?qū)崿F(xiàn)對電機的加速和減速控制，達(dá)到減少乘坐人員的乘坐時間和上

14、下車安全的目的。氣體傳感器的任務(wù)是檢測礦井內(nèi)有毒氣體的濃度，通過氣體傳感器反饋信號給控制電路一個氣體濃度偏高的信號，輸出給電機一個反轉(zhuǎn)的控制信號。對于這種控制方式，隨著電路中的保護(hù)開關(guān)的增加，使電路的安全性和準(zhǔn)確性都能得到提高，卻不會給電路接線帶來困難。采用這種控制方式具有可靠性高、程序簡單、設(shè)備便于維護(hù)和維修，電路連接方便，一次性投資小等優(yōu)點。所以從以上兩種控制方式看，本設(shè)計采用PLC控制方式。比較得出PLC有明顯的優(yōu)越性。本設(shè)計采用松下公司的FP1-C72系列PLC，其相應(yīng)的軟件為FPWIN-GR和手持編程器來完成猴車控制系統(tǒng)的設(shè)計。3猴車控制系統(tǒng)3.1架空乘人裝置電控系統(tǒng)架空乘人裝置系統(tǒng)

15、具有設(shè)備電氣互鎖，電機失壓、短路、過載保護(hù)，張緊保護(hù)，沿途緊急停車閉鎖等較為全面的安全保護(hù)功能。具有啟動前預(yù)警信號，開車、停車按設(shè)定的程序控制等功能。具有數(shù)碼顯示功能，當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障時，給出相應(yīng)的故障位置提示，極大方便了用戶對設(shè)備的維護(hù)和維修。3.2系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)猴車控制系統(tǒng)主要以PLC為主要控制單元，控制操作臺及語音箱作為操作及報警設(shè)備，PLC外圍開關(guān)，傳感器構(gòu)成保護(hù)系統(tǒng)。系統(tǒng)框架如圖3-1所示。系統(tǒng)各組成主要作用說明如下：（1）按鈕開關(guān)：在煤礦上水平面和下水平面各自都設(shè)有兩個按鈕開關(guān)，其中一個是停止按鈕，另外一個是：在上水平面為正轉(zhuǎn)啟動按鈕，下水平面為反轉(zhuǎn)啟動按鈕。其主要目標(biāo)是實現(xiàn)在異地共

16、同控制同一臺電機的運行和停止。（2）保護(hù)開關(guān)：本設(shè)計在索道沿途共安裝12個保護(hù)開關(guān)，其中6個用作全程緊急停車保護(hù)開關(guān)，另外6個用作吊椅搖擺保護(hù)開關(guān)，分別間隔80m安裝一個；通過PLC控制系統(tǒng)將數(shù)據(jù)送往數(shù)碼管顯示，以便工作人準(zhǔn)確定位故障的位置，減少了故障的排查時間，便于維護(hù)和維修。（3）傳感器：本設(shè)計通過在礦井安裝CO傳感器和CH4傳感器并連接PLC控制回路，當(dāng)濃度超標(biāo)時，傳感器就給控制系統(tǒng)一個井內(nèi)氣體偏高的信號并發(fā)出警報，使電機反轉(zhuǎn)，即使猴車返回上水平面。（4）減速機：通過減速機上的調(diào)速開關(guān)，將馬達(dá)的回轉(zhuǎn)數(shù)減速到所要的回轉(zhuǎn)數(shù)，以達(dá)到調(diào)節(jié)猴車運行速度的目的。PLC各種按鈕傳感器保護(hù)開關(guān)減速機數(shù)碼

17、管顯示器制動器語音箱主電機鋼絲繩圖3-1猴車電控系統(tǒng)組成框架4硬件系統(tǒng)的設(shè)計4.1 PLC的選型（1）PLC簡介PLC即可編程控制器（Programmable logic Controller，是指以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置。在1987年國際電工委員會（International Electrical Committee）頒布的PLC標(biāo)準(zhǔn)草案中對PLC做了如下定義： PLC英文全稱Programmable Logic Controller ,中文全稱為可編程邏輯控制器，定義是:一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏

18、輯運算,順序控制，定時，計數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程.PLC是可編程邏輯電路，也是一種和硬件結(jié)合很緊密的語言，在半導(dǎo)體方面有很重要的應(yīng)用，可以說有半導(dǎo)體的地方就有PLC 。具有以下特點：1. 可靠性高，抗干擾能力強；2 .通用性強，控制程序可變，使用方便；3.功能強，適應(yīng)面廣；4.編程簡單，容易掌握；5.減少了控制系統(tǒng)的設(shè)計及施工的工作量；6.體積小、重量輕、功耗低、維護(hù)方便2。PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術(shù)運算等操

19、作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴展其功能的原則而設(shè)計。PLC是以微處理器為核心，綜合了計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)和通信技術(shù)而發(fā)展起來的一種新型、通用的自動控制裝置，具有結(jié)構(gòu)簡單、性能優(yōu)越、可靠性高、靈活通用、易于編程、使用方便等優(yōu)點，近年來在工業(yè)自動控制、機電一體化、改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)等方面得到了廣泛應(yīng)用。發(fā)展方向： 產(chǎn)品規(guī)模向兩極分化； 處理模擬量；追求高可靠性； 通訊接口和智能模塊； 系統(tǒng)操作站配高分辨率的監(jiān)視器； 追求軟、硬件標(biāo)準(zhǔn)化。（2）PLC的選型在控制系統(tǒng)方案中共有開關(guān)量輸入點

20、23個、開關(guān)量輸出點26個。故采用松下公司的FP1-C72系列可編程邏輯控制器，F(xiàn)P1系列的C72可編程邏輯控制器共有40個輸入點和32個輸出點，共72個I/O點，輸入寄存器為X0X27輸出寄存器為Y0Y1F，有內(nèi)置時鐘。C72系列PLC器件價格較低，性能優(yōu)良，程序容量較大、運行速度快、可在線編程等優(yōu)點。4.2驅(qū)動裝置的選型4.2.1電機的選擇（1）計算說明已知參數(shù)：巷道斜長：L=500m 巷道坡度：=15 驅(qū)動輪直徑：D=1000mm。鋼絲繩的運行速度：V=0.8m/s。主要參數(shù)的確定預(yù)選鋼絲繩：6X19-20（=1.47m）。 設(shè)吊椅間距為：。托輪間距：=8m。驅(qū)動輪繩槽與牽引鋼絲繩間的摩

21、擦系數(shù)：=0.2。牽引繩在驅(qū)動輪上的圍包角：=180。（2）牽引鋼絲繩張力的計算 圖4-1架空乘人裝置力學(xué)模型最小點張力的計算： （4-1）式中：最小張力點的張力，N；C鋼絲繩的繞度系數(shù)，取C=1000；預(yù)選牽引鋼絲繩的每米質(zhì)量 1.47m；g重力加速度，g=9.8m/s；=14406N。各點張力的計算：當(dāng)下放側(cè)無人而上升側(cè)滿員是：（動力運行狀態(tài)）線路運行阻力：=12210.14N （4-2）=-3192.06N （4-3）各點張力：=14406N =1.01 =14550.06N=+=26760.2N =-=17598.06N （4-4）式中：每米鋼絲繩的質(zhì)量 1.47m；每人人體重量 取=

22、75；每把吊椅重量 取=15；牽引鋼絲繩運行阻力系數(shù)，動力運行時，取=0.02，制動運行時，取=0.015；L礦井斜長。當(dāng)下放側(cè)滿員而上升側(cè)無人時：（制動運行狀態(tài)）線路運行阻力：=3702.52N （4-5）=-10526.76N （4-6）各點張力：=14406N =1.01=14550.06N=+=18252.58N =-=24932.76N（3）電動機功率的計算與選擇圖4-2傳動方案選擇電動機選擇電動機類型選用Y型籠型三相異步電動機。選擇電動機的容量由電動機至鋼絲繩的傳動總功率為： （4-7）式中，是聯(lián)軸器1傳動的效率，是錐齒傳動的效率，軸承傳動的效率，是齒輪傳動的效率，是聯(lián)軸器2傳動的

23、效率，是驅(qū)動輪傳遞的效率。其大小分別為1=0.99，=0.95，=0.98，=0.97，=0.99，=0.96。則=0.76電動機輸出的功率：動力運行時：=23.17KW （4-8）制動運行時：=16.90KW （4-9）式中電動機功率備用系數(shù)，一般取=1.6取 =2.08所以選取電動機功率為：30KW確定電動機的轉(zhuǎn)速：=（60X1000X0.8）/（X1000）=15.29r/min （4-10）初選圓錐齒輪的傳動比=23，單級圓柱齒輪傳動比i=35，二級齒輪傳動比=925,故電動機轉(zhuǎn)速的可選范圍為=()X=(1875)X15.29r/min=(275.221146.75)r/min。綜合考

24、慮選擇電動機型號為Y200L-6籠型三相異步電動機。表4-1 Y200L-6型電機的主要性能額定功率（KW）滿載轉(zhuǎn)速（r/min）效率（%）功率因數(shù)電流（A）3097589.50.8558.6（4）電動機啟動方式選擇電機的啟動方式主要有：全壓直接啟動、自耦減壓起動、Y- 起動、軟起動器、變頻器。全壓直接啟動：優(yōu)點是操縱控制方便，維護(hù)簡單，而且比較經(jīng)濟。主要用于小功率電動機的起動，從節(jié)約電能的角度考慮，大于11kw 的電動機不宜用此方法。自耦減壓啟動：利用自耦變壓器的多抽頭減壓，既能適應(yīng)不同負(fù)載起動的需要，又能得到更大的起動轉(zhuǎn)矩，是一種經(jīng)常被用來起動較大容量電動機的減壓起動方式。它的最大優(yōu)點是起

25、動轉(zhuǎn)矩較大，當(dāng)其繞組抽頭在80%處時，起動轉(zhuǎn)矩可達(dá)直接起動時的64%。Y- 起動：適用于無載或者輕載起動的場合。并且同任何別的減壓起動器相比較，其結(jié)構(gòu)最簡單，價格也最便宜。軟起動器：這是利用了可控硅的移相調(diào)壓原理來實現(xiàn)電動機的調(diào)壓起動，主要用于電動機的起動控制，起動效果好但成本較高。因使用了可控硅元件，可控硅工作時諧波干擾較大，對電網(wǎng)有一定的影響。另外電網(wǎng)的波動也會影響可控硅元件的導(dǎo)通，特別是同一電網(wǎng)中有多臺可控硅設(shè)備時。因此可控硅元件的故障率較高，因為涉及到電力電子技術(shù)，因此對維護(hù)技術(shù)人員的要求也較高。變頻器：變頻器是現(xiàn)代電動機控制領(lǐng)域技術(shù)含量最高，控制功能最全、控制效果最好的電機控制裝置，

26、它通過改變電網(wǎng)的頻率來調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩。因為涉及到電力電子技術(shù)，微機技術(shù)，因此成本高，對維護(hù)技術(shù)人員的要求也高，因此主要用在需要調(diào)速并且對速度控制要求高的領(lǐng)域。根據(jù)上述情況本文選擇自耦減壓啟動方式，這種啟動方式主要用于較大容量的電動機，以減小啟動電流對電網(wǎng)的影響。其優(yōu)點是：啟動時對電網(wǎng)的電流沖擊小，功耗損耗小。如圖4-3所示，當(dāng)按下正轉(zhuǎn)（反轉(zhuǎn)）啟動按鈕SB0（SB1），接觸器KM1、KM2與時間繼電器KT的線圈同時得電，KM1、KM2的主觸點閉合，電動機定子繞組經(jīng)自耦變壓器接至電源減壓啟動。當(dāng)時間繼電器KT延時時間到，一方面其常閉延時觸點打開，KM1、KM2線圈失電，KM1、KM2主觸點

27、斷開，將自耦變壓器切除；同時，KT的常開觸點閉合，接觸器線圈KM3（KM4）得電，KM3（KM4）主觸點閉合，電機投入正常運轉(zhuǎn)。圖4-3主電路圖4.2.2制動器的選擇（1）制動器的選型原則： 考慮輸送機的工作重要性，當(dāng)輸送機工作場所十分重要時，如主運輸輸送機，應(yīng)重點考慮可靠性配置，才采用液粘制動加盤閘制動器，實現(xiàn)雙保險。 考慮輸送機（長度短、運量?。┲苿恿卮笮。苿恿匦?，相應(yīng)動載沖擊小，可選用普通推桿制動器；否則，應(yīng)選用可控制動器，如液粘制動器或可控盤閘制動器。 輸送機帶速，當(dāng)輸送機帶速高時，應(yīng)選用可控制動器，或者選用液力或液壓制動器先實現(xiàn)降速，速度降低以后，再加制動閘進(jìn)行定車制動。 考慮

28、輸送機（長度、運量）動載荷大小，動載荷較大時，必須采用可控制動器，當(dāng)要求制動精度高時，選用液粘制動器，否則選用可控制盤閘制動器。 考慮輸送機經(jīng)濟性，性能要求越好，投資價格越高。一般情況選用可控盤閘制動器，既可實現(xiàn)可控制動，又能實現(xiàn)定車，且結(jié)構(gòu)簡單，相應(yīng)投資也較小。制動器的選型：制動器選用電力液壓塊式制動器，性能安全可靠，制動平穩(wěn)，動作頻率高，主要擺動較點設(shè)有自潤滑軸承，傳動效力高，壽命長，在使用過程中無需潤滑，廣泛用于起重、冶金、礦山、港口、碼頭、建筑機械等機械驅(qū)動裝置的減速或停車制動。其推動器為隔爆型并有防爆證和煤安證。制動閘塊選用在制動時不會引起爆炸和燃燒的材料制成，其材料性能符合MT11

29、3的規(guī)定、參數(shù)如下：電力液壓塊式制動器型號： BYWZ3B160/25防爆電液推動器： YT1-25ZB/4制動力矩： 180N.m下圖4-3為YWZ3系列電力液壓塊式制動器外形圖。其正常工作條件：環(huán)境溫度-40+50；一般用于三相交流電源50Hz、380V；電機安裝地點海拔高度符合GB755-87標(biāo)準(zhǔn)；安裝形式一般適合推動器垂直工作，傾斜度不超過15。圖4-4 YWZ3系列電力液壓塊式制動器外形圖（2）工作原理當(dāng)推動器通電時，電動機帶動轉(zhuǎn)軸及轉(zhuǎn)軸上的葉輪旋轉(zhuǎn)，在活塞內(nèi)產(chǎn)生壓力，使固定在活塞的推桿迅速上升，推動連接杠桿壓縮主彈簧使制動瓦張開，機構(gòu)得以運動。推動器斷電時，主彈簧的力將制動瓦壓緊于

30、機構(gòu)的制動輪上使機構(gòu)停止運動。4.2.3減速機的選型（1）減速機是一種動力傳達(dá)機構(gòu)，利用齒輪的速度轉(zhuǎn)換器，將馬達(dá)的回轉(zhuǎn)數(shù)減速到所要的回轉(zhuǎn)數(shù)，并得到較大轉(zhuǎn)矩的機構(gòu)。其作用是：1、降速同時提高輸出扭矩，扭矩輸出比例按電機輸出乘減速比，但要注意不能超出減速機額定扭矩。 2、減速同時降低了負(fù)載的慣量，慣量的減少為減速比的平方。一般的減速機有斜齒輪減速機(包括平行軸斜齒輪減速機、蝸輪減速機、錐齒輪減速機等等)、行星齒輪減速機、擺線針輪減速機、蝸輪蝸桿減速機、行星摩擦式機械無級變速機等等。根據(jù)本設(shè)計的要求，采用MB系列的無級變速機，實現(xiàn)對猴車運行速度的控制。其基本結(jié)構(gòu)如下圖4-5所示圖4-5MB系列無級變

31、速機基本結(jié)構(gòu)圖（2）工作變速原理帶錐度的主動輪（12）和壓盤（13）被一組蝶形彈簧（14）壓緊，輸入軸（15）和主動輪用平鍵聯(lián)接，組成壓緊 主動輪裝置。一組帶錐度的行星摩擦輪（10）內(nèi)側(cè)被夾在主動傳輸線和壓盤之間，外側(cè)夾在帶錐度的固定環(huán)（11）和調(diào)速凸輪（9）之間組成福摩擦。當(dāng)壓緊的主動輪裝置運轉(zhuǎn)時，行星摩擦輪就作純滾動，由于固定環(huán)和調(diào)速凸輪不動，因此行星輪在自轉(zhuǎn)的同時也做公轉(zhuǎn)，通過行星摩擦輪的中心軸及滑塊軸承（5）而帶動行星架（2）轉(zhuǎn)動。在轉(zhuǎn)動手輪改變角向位置的同時，調(diào)速凸輪的端而曲線經(jīng)平面軸承（4）和固定平面凸輪（3）斷面曲線作用，使調(diào)速凸輪產(chǎn)生軸向移動，從而勻速地改變調(diào)速凸輪的固定環(huán)之間

32、的間隙，使行星摩擦輪產(chǎn)生徑向移動，從而勻速地改變了行星輪與主動輪、壓盤及固定環(huán)、調(diào)整凸輪摩擦處的工作半徑，穩(wěn)定地實現(xiàn)了無級變速。（3）性能特點高強度：在加沖擊負(fù)載或機器逆轉(zhuǎn)時，本機性能可靠，能精確傳動，無后座力。變速范圍大：變速比均為1:5，及輸出轉(zhuǎn)速可在1:45至1:7.25之間任意變化。調(diào)速精度高：調(diào)速精度為10.5轉(zhuǎn)。性能穩(wěn)定：本機的傳動部件都經(jīng)過特殊的熱處理，精密加工摩擦部位，潤滑良好，運行平穩(wěn)，噪聲低，壽命長。同軸結(jié)構(gòu)：輸入軸、輸出軸同向旋轉(zhuǎn)，體積小，重量輕。組合能力強：本機可與各種類型減速機組合，實現(xiàn)低轉(zhuǎn)速、大扭矩的變速效果。在允許負(fù)載的情況下，調(diào)定的轉(zhuǎn)速恒定。全機密封，可適用于潮

33、濕、多塵、有輕度腐蝕性的工作環(huán)境。技術(shù)參數(shù)： 功 率：0.18KW7.5KW 轉(zhuǎn) 矩：1.5Nm2062Nm 變速范圍： a.基本型：200-1000r/min b.變速機帶一級齒輪減速（i=2.5-5）：40-200r/min c.變速機帶二級齒輪減速（i=7.1-25）：8-140r/min d.變速機帶三級齒輪減速（i=42-100）：2-23.5r/min （4）調(diào)速方式主要有：1、手輪調(diào)速：分快慢手輪、指針手輪調(diào)速；2、配直角器調(diào)速；3、電動調(diào)速?？炻州喺{(diào)速直接看不出轉(zhuǎn)速，指針手輪調(diào)速指針上顯示的速度與實際輸出軸轉(zhuǎn)速有3-5轉(zhuǎn)的偏差。但本文采用指針手輪調(diào)速，這種調(diào)速比較方便，便于控

34、制。4.3氣體傳感器的選型4.3.1一氧化碳傳感器的選型煤礦中CO氣體最高濃度為0.0024%，當(dāng)CO傳感情檢測到其濃度不低于這個值時，傳感器就輸出一個模擬信號，通過A/D轉(zhuǎn)換單元將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，再經(jīng)PLC控制猴車系統(tǒng)13。本文選用KGA3型一氧化碳傳感器。KGA3型煤礦用電化學(xué)式一氧化碳傳感器（以下簡稱傳感器）是礦用連續(xù)檢測礦井下一氧化碳濃度的高精度儀表。傳感器能夠?qū)崟r地測量并且顯示礦井下的一氧化碳濃度，而且根據(jù)濃度值的大小產(chǎn)生聲光報警信號，并且輸出與一氧化碳濃度相對應(yīng)的模擬信號。傳感器能在具有瓦斯、煤塵爆炸的礦井內(nèi)，對煤層自燃發(fā)火、機電設(shè)備、運輸膠帶事故等多種因數(shù)可能引發(fā)火災(zāi)和爆炸事故

35、進(jìn)行早期的預(yù)測和預(yù)報。下圖4-6為KGA3型一氧化碳傳感器外形圖。圖4-6KGA3型一氧化碳傳感器外形圖(2) 主要技術(shù)參數(shù)：表4-2 KGA3技術(shù)參數(shù)表項目技術(shù)指標(biāo)測量范圍（CH4）（01000）X10-6基本誤差（CH4）0505020020010004X10-645%測量值X10-645%測量值X10-6響應(yīng)時間35S續(xù)表4-2報警方式間歇式聲光交替斷電點連續(xù)可調(diào)，報警方式斷續(xù)聲，光報警防爆型式Exibd輸出信號頻率200-1000Hz,0-200Hz,5-15Hz 電流1-5MA,4-20MA工作電壓DC（924V）工作電流80mA DC18V外形尺寸28018068mm通氣流量200

36、mL/min（1） 輸入輸出特性一氧化碳傳感器其電流輸出大小與氣體的濃度線性關(guān)系，其特性曲線如下圖4-7所示。圖4-7CO傳感器電流輸出與輸入的關(guān)系曲線4.3.2甲烷傳感器的選型煤礦中CH4氣體最高濃度為4%，當(dāng)CO傳感情檢測到其濃度不低于這個值時，傳感器就輸出一個模擬信號，通過A/D轉(zhuǎn)換單元將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，再經(jīng)PLC控制猴車系統(tǒng)13。本文選用GJG10H型智能紅外甲烷傳感器。（1）產(chǎn)品介紹主要用于監(jiān)測煤礦井下環(huán)境氣體中的瓦斯?jié)舛龋捎脟H最新（NDIR）非色散紅外探測技術(shù)研制而成的新一代測量儀表，是煤礦預(yù)防瓦斯突出和瓦斯爆炸的更新?lián)Q代產(chǎn)品。可以實現(xiàn)井下瓦斯?jié)舛鹊膶崟r測量就地顯示和超限聲光

37、報警等功能，并且能夠連續(xù)自動地將井下瓦斯?jié)舛绒D(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)電信號輸送給關(guān)聯(lián)設(shè)備。檢測元件由國外原裝進(jìn)口，采用高穩(wěn)定放大處理電路，保證了儀器的性能穩(wěn)定和測量準(zhǔn)確性。在檢測原理上使用的是完全不同于傳統(tǒng)催化原理的紅外線檢測技術(shù)，克服了催化原理傳感器標(biāo)定周期短、容易中毒等現(xiàn)象，具有測量準(zhǔn)確、反應(yīng)速度快、標(biāo)定周期長、不受其它氣體影響、測量范圍寬、功耗低、使用壽命長等特點。在工作過程中由于采用光學(xué)測量并不消耗甲烷，無大功率器件，所以不存在受高瓦斯沖擊損壞的現(xiàn)象（根據(jù)需要量程可任意擴展），測量不受風(fēng)速影響，性能穩(wěn)定調(diào)校周期最低一個月，響應(yīng)時間也遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于催化原理傳感器。儀器軟件上采用智能化設(shè)計，易于維護(hù)和調(diào)校，大

38、大節(jié)約儀器的使用與維護(hù)費用。（2）其主要技術(shù)指標(biāo)如下表4-3所示表4-3 GJG10H型智能紅外甲烷傳感器主要技術(shù)指標(biāo)項目技術(shù)指標(biāo)測量范圍010.0%CH4分辨率0.01CH4續(xù)表4-3測量精度0.001.00%CH41.002.00%CH42.004.00%CH44.0010.0%CH40.10%CH40.20%CH40.30%CH48.00%真值(相對誤差)元件檢測反應(yīng)速度20s報警方式間歇式聲光報警，85dB(聲強)，能見度20m(光強)報警點范圍0.52.50連續(xù)可調(diào)斷電點范圍0.52.00連續(xù)可調(diào)采樣方式限制擴散式整機工作電壓924V DC，18VDC/51mA傳輸距離3km(供電1

39、8V DC使用1.5mm2截面銅芯電纜)輸出信號2001000Hz、15mA DC（均線性對應(yīng)0.001.00%CH4）防爆型式Exib礦用本安型（3）下圖4-8、4-9分別為GJG10H型智能紅外甲烷傳感器的各部件示意圖和接線示意圖。圖4-8GJG10H型智能紅外甲烷傳感器的各部件示意圖1、斷電器信號輸出 2、電源正 3、地線 4、信號輸出圖4-9GJG10H型智能紅外甲烷傳感器接線示意圖（4）輸入輸出特性甲烷傳感器其電流輸出大小與氣體的濃度線性關(guān)系，其特性曲線如下圖4-10所示。圖4-10甲烷傳感器電流輸出與輸入的關(guān)系曲線4.4 FP1 A/D轉(zhuǎn)換單元（1）A/D轉(zhuǎn)換單元的主要作用把傳感器

40、檢測到的電壓或電流信號(模擬量)轉(zhuǎn)換成PLC能夠識別的等效數(shù)字量，這些數(shù)字量經(jīng)過PLC處理后控制系統(tǒng)運行狀態(tài)。FP1 A/D轉(zhuǎn)換單元的技術(shù)參數(shù)如下表4-4所示。表4-4 FP1 A/D轉(zhuǎn)換單元技術(shù)參數(shù)1項目說明模擬輸入點數(shù)4通道/單元（CH0-CH3）模擬輸入范圍電壓0-5V和0-10V電流020mA 分辨率1/1000總精度滿量程的1%響應(yīng)時間2.5ms/通道輸入阻抗電壓不小于1兆歐（05V和010V范圍內(nèi)）電流250歐姆（020mA）絕對輸入范圍電壓+7.5V（05V）、+15V（010V）電流+30mA(020mA)數(shù)字輸出范圍K0K1000（H0H03E8）絕緣方式光耦合：端子與內(nèi)部電

41、路之間無絕緣：通道間連接方式端子板（M35螺絲）A/D轉(zhuǎn)換單元的輸入輸出特性如下圖4-11所示。圖4-11A/D轉(zhuǎn)換單元的輸入輸出特性曲線（2）占用通道及編程方法 A/D轉(zhuǎn)換單元有4個模擬輸入通道，占用的輸入端子分別為： CH0：WX9（X90X9F）CH1：WX10（X100X10F）CH2：WX11（X110X11F）CH3：WX12（X120X12F）PLC每個掃描周期對各通道采樣一次，并進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換的結(jié)果分別存放在各自的輸入通道（WX9WX12F）中。A/D轉(zhuǎn)換的編程可用指令F0實現(xiàn)，如【F0 MV ,WX9,DTO】.執(zhí)行這一指令后，CHO輸入的模擬信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換變成數(shù)字信號

42、后送入WX9，并由F0指令讀出保存到DTO中。（3）A/D轉(zhuǎn)換單元的面板布置及接線方法圖4-12是A/D轉(zhuǎn)換單元的面板布置圖。A/D單元的每個通道有4個接線端：V、I、C和FG。此外，還有一對電壓范圍選擇端子RANGE。其中，V是電壓輸入端，I是電流輸入端，C是公共端，F(xiàn)G是屏蔽接地端。左端擴展插座用于連接FP1控制單元或者擴展單元，右端插座用于連接D/A轉(zhuǎn)換單元或I/O LINK單元。A/D轉(zhuǎn)換單元的接線方法：電壓輸入方式的接線圖如圖4-13所示。信號有V和C兩端輸入，屏蔽外殼接FG端。當(dāng)電壓范圍選擇端子RANGE間開路時，輸入模擬電壓范圍為05V；短路是，輸入模擬電壓范圍為010V。電流輸

43、入方式的接線如圖4-14所示。信號有I和C兩端輸入，將電壓輸入V和電流輸入I端子連接在一起，屏蔽外殼接FG端。此時，需要將當(dāng)電壓范圍選擇端子RANGE開路。圖4-12 A/D單元的面板布置圖 圖4-13 電壓輸入接線方式 圖4-14 電流輸入接線方式（4）模擬量與數(shù)字量之間的轉(zhuǎn)換氣體傳感器輸出的電解電流和氣體濃度之間的關(guān)系如下式表示： （4-11） 式中，I電解電流；每1mol氣體產(chǎn)生的電子數(shù)；F法拉第常數(shù)；A氣體擴散面積；D擴散系數(shù)；C電解質(zhì)溶液中電解的氣體濃度；擴散層的厚度。在同一傳感器中，、F、A、D及是一定的，所以電解電流與氣體濃度成正比。所以在本設(shè)計中選擇一氧化碳傳感器和甲烷傳感器輸

44、出信號為電流信號，測量范圍分別為420mA.和15mA。根據(jù)公式（1），由煤礦中一氧化碳和甲烷氣體的最高濃度分別為0.0024%、4%，則一氧化碳濃度為0.0024%對應(yīng)的輸出模擬電流為I=2.4X(20-4)/1000+4mA =4.384mA,對應(yīng)的PLC A/D轉(zhuǎn)換單元輸出數(shù)值為K=1000/20X4.384219。甲烷濃度為4%對應(yīng)的輸出模擬電流為I=4/10X4+1mA=2.6mA,對應(yīng)PLC的A/D轉(zhuǎn)換單元輸出數(shù)值為1000/20X2.6=130。因此當(dāng)PLC檢測到一氧化碳濃度轉(zhuǎn)換為數(shù)字量不小于220時或者甲烷濃度轉(zhuǎn)化為數(shù)字量不小于130是，就給控制系統(tǒng)一個停機的信號。4.5 PL

45、C電氣控制線路（1）數(shù)碼管顯示接線圖，如下圖（4-15）所示。圖4-15數(shù)碼管顯示接線圖（2）本文中數(shù)碼管顯示的位置是與上水平面為參照起始點。七段數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù)與輸入關(guān)系如下表4-5、4-6所示。表4-5輸入位選擇開關(guān)與輸出數(shù)值的關(guān)系輸入輸出X7（X10）X8（X11）X9(X12)XA(X13)XB(X14)XC(X15)1XXXXX1X1XXXX2XX1XXX3XXX1XX4XXXX1X5XXXXX16表4-6數(shù)碼管各位與輸出數(shù)值的關(guān)系輸入輸出abcdefg011000011101101211110013011001141011011510111116注（1表示高電平，0表示低電平，X表示

46、任意狀態(tài)）（3）PLC外圍接線圖PLC外圍接線圖如下圖4-16和4-17所示。圖4-16PLC外圍接線圖（注：CO傳感器選擇通道CH0，甲烷傳感器選擇通道CH1，輸入方式都為電流輸入）圖4-17傳感器與A/D轉(zhuǎn)換單元接線圖4.6 PLC控制I/O分配PLC硬件配置確定后，應(yīng)對I/O點進(jìn)行分配，確定外部輸入輸出元件與PLC的I/O點的連接關(guān)系，完成I/O點地址定義表。表4-7、表4-8為控制系統(tǒng)的輸入輸出信號的名稱、代碼。表4-7 輸入信號分配表輸入接口輸入信號代碼名稱X0SB0正轉(zhuǎn)啟動按鈕X1SB1反轉(zhuǎn)啟動按鈕X2Q1速度調(diào)節(jié)開關(guān)X3SB2停止按鈕X4 SQ1機頭越位行程開關(guān)X5SQ2機尾越位

47、行程開關(guān)X6SQ3重錘上限限位開關(guān)X7Q2全程緊急停車保護(hù)開關(guān)X8Q3X9Q4XAQ5XBQ6XCQ7XDQ14CO傳感器模擬信號XEQ15CH4傳感器模擬信號X10Q8過擺保護(hù)開關(guān)X11Q9X12Q10X13Q11X14Q12續(xù)表4-7X15Q13X16Q14CO傳感器信號清零開關(guān)X17Q15CH4傳感器信號清零開關(guān)表4-8輸出信號分配表輸出接口輸出信號代碼名稱Y0KM1自耦減壓啟動接觸器1Y1KM2自耦減壓啟動接觸器2Y2KM3電機正轉(zhuǎn)接觸器Y3KM4電機反轉(zhuǎn)接觸器Y4A制動器松閘Y5B報警蜂鳴器Y6CMP3播放器Y7D減速機速度顯示Y8E電機運行Y9F機頭越位顯示YAG機尾越位顯示YBH

48、減速機運行Y10a緊急停車開關(guān)觸動位置數(shù)碼管顯示Y11bY12cY13dY14eY15fY16gY17a過擺保護(hù)開關(guān)觸動位置數(shù)碼管顯示Y18bY19cY1AdY1BeY1CfY1Dg在程序中也用到一些內(nèi)部繼電器、數(shù)據(jù)存儲器、時間繼電器。如下表4-9所示。表4-9程序中使用到PLC機器內(nèi)的器件及功能器件地址功能器件地址功能T0預(yù)警時間定時器RA過擺保護(hù)開關(guān)位置顯示數(shù)碼管顯示信號T4電機啟動時間定時器RBT2MP3開始播放時間定時器RCT3制動器報閘時間定時器RD續(xù)表4-9R0 緊急停車保護(hù)信號RER1過擺保護(hù)停車信號RFR2CO濃度偏高停車信號R3CH4濃度偏高停車信號DT0CO A/D轉(zhuǎn)換數(shù)值存儲區(qū)R4緊急停車保護(hù)開關(guān)位置顯示數(shù)碼管顯示信號DT1CH4 A/D轉(zhuǎn)換數(shù)值存儲區(qū)R5R6R7R8R95軟件設(shè)計5.1控制系統(tǒng)程序流程圖該系統(tǒng)的運行過程和程序流程圖如圖5-1所示。圖5-1 程