畢業(yè)設(shè)計論文-基于PLC的煤礦單向猴車的設(shè)計-

基于PLC的煤礦單猴車的計物理與電工程學院電子信息工程業(yè)（學號（姓名）指導(dǎo)師：【要】為了縮礦上井路時，輕礦上井體消，且對建省分礦斜巷比窄索長在500米右最傾為15，地勢境較以起運輸便原，能用向極環(huán)行式而采單循環(huán)行式于本采PLC來控，具運安可、員下便隨隨、需待、次投低動消小操作單便維、作員和送率等點【鍵】猴PLC斜井單向行

1緒論.............………………

1.1課題背景及其意................…………………..21.2本課題在國內(nèi)外的研究情.…………..21.3本設(shè)計的研究內(nèi)................….…………………..22課題的提出及方案論證.………

2.1架空乘人裝置結(jié)構(gòu)組..............………..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..................………………..53.2系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu).……………………..54硬件系統(tǒng)的設(shè)計............………………4.1的選型….......................….…………………4.2驅(qū)動裝置的選型…………..64.2.1電機選.…..........….………..64.2.2制動的選擇.…............…………4.2.3減速的選型………….124.3氣體傳感器的選………………….134.3.1一氧碳傳感器的選型…………4.3.2甲烷感器的選型…………………...144.4FP1轉(zhuǎn)換單……………164.5PLC電控制線…...............………………...184.6PLC控分配…...............……………5軟件設(shè)計….………………….

5.1程序流程圖……………245.2程序調(diào)試……..............……………255.2.1電機運行控制程序調(diào)….........................………………...…5.2.2顯示序調(diào)試............................................................................................................296工程應(yīng)用成果…..……...........…………………7結(jié)束語…….…............………………致謝………..….............………參考文獻…..…….........…………

英文翻譯.............................................................................................................................................36附錄：程序梯形圖1

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何既能減少人員上下井的體力消耗能全舒適運送人員是大煤礦工作者一致力研究的一項工作車以其安全性而得到各礦務(wù)局的支持過去的罐籠車相比，它投資少，使用簡單。地下礦用架空索（俗稱猴車為山長距離安全快速地人員運輸提供了經(jīng)濟適用的解決方案工作原理類似于地面旅游索道通過電動機傳到減速機上的摩擦輪作為驅(qū)動裝置架空無循環(huán)的鋼絲繩作為牽引承載此鋼絲靠尾輪張緊裝置進行張緊和繩長調(diào)節(jié)途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)運送人員目的。其優(yōu)勢能長期運輸，維護工作量較少。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А５叵碌V用架空索道的最新發(fā)展方向呈現(xiàn)大運量速中控制定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)備是煤礦高產(chǎn)高效現(xiàn)代化大型礦井下用架空索道已成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)指標有了很大提。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礦架空索道在技術(shù)上已經(jīng)基成熟品用很普遍于它只是生產(chǎn)過程中的輔助設(shè)備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)中的要求中絕大部分驅(qū)動方式為機械傳動壓驅(qū)動方式使用的不多，從2009年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)投資大、技術(shù)含量高、難以維修，而在全國范圍內(nèi)我國的液壓傳動技術(shù)水平較低占領(lǐng)高端產(chǎn)市場

。在國外架空乘人裝置技術(shù)水平較高們采用比較先進的液壓驅(qū)動技術(shù)統(tǒng)用懸掛式無極繩連續(xù)運轉(zhuǎn)的工作方式用于各煤礦井下隨時快運送人員力源采用全液壓驅(qū)動輸系統(tǒng)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荷啟動其電力設(shè)備影響小行度節(jié)方便液驅(qū)動的功率控制準確、系統(tǒng)無過載運行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)備的動力部件積小、重量輕占空間小非適應(yīng)煤礦井下的小斷面巷道以及起重運輸不便的場合布置、安裝和維箱采用全封閉增壓構(gòu)造以及多道過濾元件和完善的保護裝置了油的泄漏和故障率性穩(wěn)定、工作可靠且壽命長于壓減速機體積小且沒有傾斜角度的限制動部安裝時無傾角要求且需要挑頂，對巷道的適應(yīng)行更強裝施工量小、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。因此以PLC為主體構(gòu)成的煤礦下的小斷面巷道井地勢環(huán)境比較差以及起重運輸不便的場控制系統(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控一臺驅(qū)動電機運行的煤礦運人猴車控制系統(tǒng)制系統(tǒng)主由PLC、顯示器、氣體傳感器等成。本次研究的目標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統(tǒng)的穩(wěn)性和節(jié)能效果進一步提高障報警及故障排除及時迅速根據(jù)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、氣體傳感器進行選型和計算，解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、流程圖以及控制序。2

2課題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（下圖2-1）本文主要是針對猴車控系統(tǒng)的設(shè)計。圖2-1斜架空乘人裝置的組成圖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控制系統(tǒng)的第一個目的實用和安全是本設(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)方式使用的不多并且主要應(yīng)用在巷比較空曠的場合在國外大多采用比較先進的液壓驅(qū)動技術(shù)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。）證工人的生命和財產(chǎn)安全是企業(yè)能夠正常生產(chǎn)的基本保證在礦井中最常見的就是瓦斯爆炸斯最主要的成就是一氧化碳和甲烷，當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)有操作臺當在井上有人需上車時上操作人員按下正轉(zhuǎn)啟動按鈕動松閘系發(fā)出3聲預(yù)信號用提示乘客猴車即將啟動意安全另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，若井下有人上車，此時必須等待只所有上車的都到達井下時可上車同理若是在井下的操作人員按下反轉(zhuǎn)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井上時，方可上車。第3聲預(yù)警時，猴車啟動開始運行，秒后放MP3。如果在井上（井下）所有礦工都已上車并在不載的情況下時，控制臺操作人員調(diào)節(jié)減速機調(diào)速開關(guān)，使電機加速運轉(zhuǎn)，達到節(jié)能、減少乘坐時間目的；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，則重錘上升到達上限限定度，觸動鋼絲繩張緊保護開關(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)備進入停機狀態(tài)，任何設(shè)備不能啟動。（3）完善的系統(tǒng)保護、報警功。①全程緊急停車保護：在架空乘人裝置的沿線裝有緊急停車拉線開關(guān)間隔8米1個，并由鋼絲連接起來當?shù)纼?nèi)有緊急情況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)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。②乘人吊椅搖擺保護隔80m安裝一個此開關(guān)是用于防止吊椅過擺而設(shè)置的保護裝置吊過擺到一定高度時，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)置。③煤礦安全報警系統(tǒng)：當?shù)V井內(nèi)的一氧化碳）甲烷）的氣體濃度高于安全標準濃度時，由CO傳器和傳器給控系統(tǒng)一個井內(nèi)有毒氣體超標的信號，使電機反轉(zhuǎn)，使猴車返回礦地面并發(fā)出警報。3

④越位保護機頭、機尾越位保：機頭和機尾分別有越位行程開關(guān)，當?shù)V工乘坐吊椅上井或下井進入機頭或機尾的禁止部位點時越位保護裝置給控制系統(tǒng)一個越位的信號統(tǒng)動停機并發(fā)故障報警聲，同時顯示窗口顯示相應(yīng)的故障。⑤制動器動作保護：制動器與電機在電氣上為互鎖保護，主電機啟動前器前3秒閘，處于非制動狀態(tài)。如制動器未能松閘，主電機不能啟動，從而達到保護主電機的目的。⑥電機的過載、短路保護：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種控制方式存在很多的缺點保開關(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（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，達到減少乘坐人員的乘坐時間和上下車安全的的體感器的任務(wù)是檢測礦內(nèi)有毒氣體的濃度過氣體傳感器反饋信號給控制電路一個氣濃度偏高的信號，輸出給電機一個反轉(zhuǎn)的控制信號。對于這種控制方式，隨著電路中的保護開關(guān)增加，使電路的安全性和準確性都能得到提高會給電路接線帶來困難這控制方式具有可靠性高、程序簡單、設(shè)備便于維護和維修，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計采用控制方式比得出PLC有明顯的優(yōu)越性本計用松下公司的FP1-C72系PLC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。4

3猴車3.1架空乘人裝置電控系統(tǒng)架空乘人裝置系統(tǒng)具有設(shè)備電氣互鎖，電機失壓、短路、過載保護，張緊保護，沿途緊急停車鎖等較為全面的安全保護功能具啟動前預(yù)警信號，開車車按設(shè)定的程序控制等功能。具有數(shù)碼顯示功能，當設(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)主要以為要制單元，控制操作臺及語音箱作為操作及報警設(shè)備外開關(guān)，傳感器構(gòu)成保護系統(tǒng)。系統(tǒng)框架如圖所示。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，外一個是在水平面為正轉(zhuǎn)啟按鈕水平面為反轉(zhuǎn)啟動按鈕主目標是實現(xiàn)在異地共控制同一臺電機的運行和停止。（2）保護開關(guān)：本設(shè)計在索道途共安裝12個護開關(guān)，其中6個作全程緊急停車保護開關(guān)另外6個作吊椅搖擺保護開關(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)碼管示，以便工作人準確定位故障的位置，減少了故障的排查時間，便于維護和維修。（3感設(shè)通過在礦井裝傳感和CH4感器并連接控回路濃超標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。（4）減速機：通過減速機上的速開關(guān)，將馬達的回轉(zhuǎn)數(shù)減速到所要的回轉(zhuǎn)數(shù)，以達到調(diào)節(jié)猴運行速度的目的。減速機各種按鈕

鋼絲主電機

繩L傳感器

制動器C語音箱保護開關(guān)數(shù)碼管顯示器圖3-1猴車電控系統(tǒng)組成框架5

4硬件4.1PLC的選型（1）PLC簡介PLC即可編程控制器ProgrammableController，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InternationalElectricalCommittee）頒布的PLC準草案中對做了如下定義：PLC英文全稱ProgrammableLogicController

,中文全稱為可編程邏輯控制器，定義:一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)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內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運,順控制，定時，計數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入輸控制各種類型的機械或生產(chǎn)過.是可編程邏輯電路是種和硬件結(jié)合很緊密語言，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。具以下特點：可靠高，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，容掌握；5.減了控制系統(tǒng)的設(shè)計及工的工作量體積小、重量輕、功耗低、維護方。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采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)運算等操作的指令，并通過數(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)過程及有關(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：·品規(guī)模向兩極分化；·理模擬量；·求高可靠性；·訊接口和智能模塊；系操作站配高辨率的監(jiān)視器；追軟、硬件標化。（2）PLC的選型在控制系統(tǒng)方案中共有開關(guān)量輸入點23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，系列C72編程邏輯控制器共有40個輸點和32個出點，共72I/O點，輸入寄存器為X0—X27輸出存器為Y0—Y1F有內(nèi)置時鐘。系器價格較低，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：巷坡度：驅(qū)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①預(yù)選鋼絲繩：6X19-￠20（

q

=1.47㎏／）6

②設(shè)椅間距為：＝２ｍ。1③托輪間距：

2

=8m。④驅(qū)動輪繩槽與牽引鋼絲繩間的摩擦系數(shù)：μ=0.2。⑤牽引繩在驅(qū)動輪上的圍包角：α=180°。（2）牽引鋼絲繩張力的計圖4-1架空乘人裝置力學模型最小點張力的計算：

min

C*q*g0

（4-1）式中：

min

——最小張力點的張力，N；C——鋼絲繩的繞度系數(shù)，取C=1000

0

——預(yù)選牽引鋼絲繩的每米質(zhì)量1.47㎏；g——重力加速度，g=9.8m/s；

min

*q*g0

。各點張力的計算：①當下放側(cè)無人而上升側(cè)滿員是：（動力運行狀態(tài)）線路運行阻力：W4

Q)/012

]*(1

*cos

L*g

=12210.14N

（4-2）W2

q0

]*(1

*cos

sin

L*

=-3192.06N

（4-3）各點張力：=S3

min

=14406N

=1.01S4

min

=14550.06N=+14

=26760.2N

=-23

=17598.06N

（4-4）式中：

0

——每米鋼絲繩的質(zhì)量1.47㎏m1

——每人人體重量取Q=75㎏；17

2

——每把吊椅重量取Q=15㎏2ω——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ω；L——礦井斜長。②當下放側(cè)滿員而上升側(cè)無人時：（制動運行狀態(tài)）線路運行阻力：W4

0

]*(1

*cos

)**

=3702.52N（4-5W2

)02

]*(1

L*g

=-10526.76N（4-6各點張力：=3

min

=14406N

=1.01S4

min

=14550.06N=+14

=18252.58N

=-23

=24932.76N（3）電動機功率的計算與選擇圖4-2傳方案①選擇電動機選擇電動機類型選用Y型型三相異步電動機。②選擇電動機的容量由電動機至鋼絲繩的傳動總功率為：*(1

3

5

*(

)4

2

**5

6

（4-7）式中，

1

是聯(lián)軸器1傳的效率，

2

是錐齒傳動的效率，

3

軸承傳動的效率，

4

是齒輪傳動的效率，

5

是聯(lián)軸器2傳動效率，驅(qū)動輪傳遞的效率。其大小分別為，=0.95，=0.9862=0.97，=0.99，=0.9646則

*(1

*(3

)**45

6

=0.76電動機輸出的功率：動力運行時：

P*()*b2

=23.17KW（4-88

制動運行時：

'

*()*21

/1000*

=16.90KW（4-9式中

b

——電動機功率備用系數(shù)，一般取

b

=1.6取=2.08所以選取電動機功率為：30KW③確定電動機的轉(zhuǎn)速：n(60*1000*)N

*

=（60X1000X0.8（X1000）=15.29r/min（4-10）初選圓錐齒輪的傳動比

i1

=2~3單級圓柱齒輪傳動比i’=3~5二級齒輪動比

i2

=9~25,故電動機轉(zhuǎn)速的可選范圍為n=(i…i)Xn=(18~75)X15.29r/min=(275.22~1146.75)r/mind綜合考慮選擇電動機型號為籠型三相異步電動機。表4-1Y200L-6型電機的主要性額定功率（）

滿載轉(zhuǎn)

速

效率（）

功率因數(shù)

電流（）（r/min）30975

89.5

0.85

58.6（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-Δ起動、軟起動器、變器。①全壓直接啟動點操縱控方便護單且比較經(jīng)濟要于小功率電動機的起動，從節(jié)約電能的角度考慮，大于11kw的動機不宜用此方法。②自耦減壓啟動利用自耦變壓器的多抽頭減壓能適應(yīng)不同負載起動的需要能得到更大的起動轉(zhuǎn)矩是種經(jīng)常被用來起較大容量電動機的減壓起動方式的大優(yōu)點是起動轉(zhuǎn)矩較其繞組抽頭在80%處時，起動轉(zhuǎn)可達直接起動時的64%③Y-起：適用于無載或者輕載起的場合。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。④軟起動器是用了可控硅移相調(diào)壓原理來實現(xiàn)電動機的調(diào)壓起動要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硅作時諧波干擾較大對網(wǎng)有一定的影響另電網(wǎng)的波動也會影響可控硅元件的導(dǎo)通別同一電網(wǎng)中有多臺可控硅設(shè)備時此控硅元件的故障率較高，因為涉及到電力電子技術(shù)，因此對維護技術(shù)人員的要求也較高。⑤變頻器變器是現(xiàn)代電動機制領(lǐng)域技術(shù)含量最高制功能最全控制效果最好的電機控制裝置，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)矩涉及到電力電子技術(shù)，微機技術(shù)此成本高，對維護技術(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)。根據(jù)上述情況本文選擇自耦減壓啟動方式種啟動方式主要用于較大容量的電動機減啟動電流對電網(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。如所，當按下正轉(zhuǎn)（反轉(zhuǎn)）啟動按鈕（SB1），接觸器KM1、KM2與時間繼電器KT的線同時得電，、KM2的觸點閉合，電動機定子繞組經(jīng)自耦變壓器接至電源減壓啟動。當時間繼電器T延時時間到，一方面其常閉延時觸點打開KM1線失電KM1、KM2主觸點斷開，將自耦變壓器切除；同時的常觸點閉合，接觸器線圈KM3（KM4）電，KM3（KM4主觸點閉合，電機投入正常運轉(zhuǎn)。9

圖4-3主電路圖4.2.2制動器的選擇（1制器的選型原則①考輸送機的工作重要性當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。②考慮輸送機（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，選用可控制動器，如液粘制動器或可控盤閘制動器。③輸機帶速，當輸送機帶速高時，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)降速度降低以后加制動閘進行定車制動考慮輸送長度運量動載荷大小動載荷較大時必須采用可控制動器要求制動精度高時選液粘制器，否則選用可控制盤閘制動器。⑤考輸送機經(jīng)濟性，性能要求越好，投資價格越高。一般情況選可控盤閘制動器，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安全可靠制動平穩(wěn)，動作頻率高要動較點設(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、頭、建筑機械等機械驅(qū)動裝置的減速或停車制動推動器為隔爆型并有防爆證和煤安證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MT113的規(guī)、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、380V；電機安裝地點海拔高度符合GB755-87標；安裝形式一般適合推動器垂直工作，傾斜度不超±15。10

圖4-4YWZ3系列電力液壓塊式制動器外形圖（2）工作原理當推動器通電時電動機帶動轉(zhuǎn)及轉(zhuǎn)軸上的葉輪旋轉(zhuǎn)活塞內(nèi)產(chǎn)生壓力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)得以運動器電時主簧的力制動瓦壓緊于機構(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機，利用齒輪的速度轉(zhuǎn)換器，將馬達的回轉(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，但要注意不能超出減速機額定扭矩。2、減速同時降低了負載的慣量，慣量的減少為減速比的平方般的減速機有斜齒輪減速(包平行軸斜齒輪減速機輪減速機錐輪減速機等)行齒減速機、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11

圖4-5MB系無級變速機基本結(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）和主動輪用平鍵接，組成壓緊主動裝置。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。當壓緊的主動輪裝置運轉(zhuǎn)時，行星擦輪就作純滾動由固定環(huán)和調(diào)凸輪不動此行星輪在自轉(zhuǎn)的同時也做公轉(zhuǎn)過行星摩擦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）和固定平面凸輪）面曲線作用使速凸輪產(chǎn)生軸向動而勻速地改變調(diào)速凸輪的固定環(huán)之間的間隙行摩輪產(chǎn)生徑向移動從勻速地改變了行星輪與主動輪盤及固定環(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①高強度：在加沖擊負載或機器逆轉(zhuǎn)時，本機性能可靠，能精確傳動，無后座力。②變速范圍大：變速比均為，輸出轉(zhuǎn)速可在1:451:7.25之任意變化。③調(diào)速精度高：調(diào)速精度為1—0.5。④性能穩(wěn)定機的傳動部件都過特殊的熱處理密工摩擦部位滑好行平穩(wěn)聲低，壽命長。⑤同軸結(jié)構(gòu)：輸入軸、輸出軸同向旋轉(zhuǎn)，體積小，重量輕。⑥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。⑦在允許負載的情況下，調(diào)定的轉(zhuǎn)速恒定。⑧全機密封，可適用于潮濕、多塵、有輕度腐蝕性的工作環(huán)境。12

[13]⑨技術(shù)參數(shù)：[13]功率0.18KW～7.5KW轉(zhuǎn)矩1.5N·m～2062N·m⑩變速范圍：a.基型：b.變機帶一級齒輪減速（）c.變機帶二級齒輪減速（i=7.1-25d.變機帶三級齒輪減速（i=42-100（4）調(diào)速方式主要有：1、手輪調(diào)速：分快慢輪、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)速針輪調(diào)速指針上顯示的速度與實際輸出軸轉(zhuǎn)速有轉(zhuǎn)偏本文采用指針手輪調(diào)速，這種調(diào)速比較方便，便于控制。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CO傳感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)換單元其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，再經(jīng)控猴車系統(tǒng)。本文選用KGA3型氧化碳傳感。KGA3型煤用電化學式一氧化碳傳感器（以下簡稱傳感器）是礦用連續(xù)檢測礦井下一氧化碳濃的高精度儀表傳感器能夠?qū)崟r測量并且顯示礦井下的一氧化碳濃度且根據(jù)濃度值的大小產(chǎn)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、煤塵爆炸的井內(nèi)，對煤層自燃發(fā)火設(shè)備膠事故等多種因數(shù)可能引發(fā)火災(zāi)和爆炸事故進行早期的預(yù)測和預(yù)報。下圖4-6為KGA3型一氧化碳傳器外形圖。(2)主技術(shù)參數(shù)：項目測量范圍（CH4）

圖4-6型氧化碳傳感器外形圖表4-2KGA3技參數(shù)表技術(shù)指標（0~1000）X10-6基本誤差（CH4）響應(yīng)時間

0~50±4X10-6≦35S

50~200200~10004±5%測量值X10-64±5%測值X10-6續(xù)表4-2報警方式

間歇式聲光交替13

[13]斷電點[13]報警方式防爆型式輸出信號工作電壓工作電流外形尺寸通氣流量

連續(xù)可調(diào)，斷續(xù)聲，光報警ExibdⅠ頻率200-1000Hz,0-200Hz,5-15Hz流1-5MA,4-20MADC（9~24V）≦80mADC18V280×180×68mm200mL/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所示圖傳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%，CO傳感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)單元將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，再經(jīng)控制猴車系統(tǒng)。本文選用GJG10H型能紅外甲烷傳感器。（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)舛扔脟H最（NDIR非散紅外探測技術(shù)研制而成的新一代測量儀表煤預(yù)瓦斯突出和瓦斯爆炸的更新?lián)Q代產(chǎn)品以現(xiàn)井下瓦斯?jié)舛葘崟r測量就地顯示和超限聲光報警等功能能夠連續(xù)自動地將井下瓦斯?jié)舛绒D(zhuǎn)換成標準電信號輸送關(guān)聯(lián)設(shè)備。檢測元件由國外原裝進口，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周期短、容易中毒等現(xiàn)象，具有測量準確、反應(yīng)速度快、標定周期長、不受其它氣體影響、測量范寬、功耗低、使用壽命長等特點。在工作過程中由于采用光學測量并不消耗甲烷功器件，所以不存在受高瓦斯沖擊損壞的現(xiàn)（據(jù)要量程可任意擴展，量不受風速影響能定調(diào)校周期最低一個月，響應(yīng)時間也遠遠快于催化原理傳感器。儀器軟件上采用智能化設(shè)計維和調(diào)校大大約儀器的使用與維護費用。（2）其主要技術(shù)指標如下表4-3所示表4-3GJG10H型智能紅外甲烷傳感器主要技術(shù)指標項目測量范圍分辨率測量精度

技術(shù)指標0～10.0%CH40.01％CH4續(xù)表4-30.00～1.00%CH41.00～2.00%CH42.00～4.00%CH44.00～10.0%CH414

≤±0.10%CH4

≤±0.20%CH4

≤±0.30%CH4

≤±8.00%真值元件檢測反應(yīng)速度報警方式報警點范圍斷電點范圍采樣方式整機工作電壓傳輸距離輸出信號防爆型式

(相誤差≤20s間歇式聲光報警≥聲)，能見度＞光)0.5～2.50％續(xù)可調(diào)0.5～2.00％續(xù)可調(diào)限制擴散式9～24VDC3km(供電18VDC使用截銅芯電)200、1DC（均線對應(yīng)0.00～1.00%CH4）ExibⅠ礦用本安型（3）下圖4-8分為型能紅外甲烷傳感器的各部件示意圖和接線示意圖。圖4-8GJG10H型能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、信號輸出圖4-9GJG10H型能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所。15

[1[1圖4-10甲傳感器電流輸出與輸入的關(guān)系曲線4.4FP1A/D轉(zhuǎn)換單元（1）A/D轉(zhuǎn)換元的主要作用把傳感器檢測到的電壓或電流信(模擬量轉(zhuǎn)成PLC能夠識別的等效數(shù)字量，這些數(shù)字量經(jīng)過PLC理后控制系統(tǒng)運行狀態(tài)FP1A/D轉(zhuǎn)單元的技術(shù)參數(shù)如下4-4所示。表4-4FP1轉(zhuǎn)換單元技術(shù)參數(shù)項目模擬輸入點數(shù)模擬輸入范圍分辨率總精度響應(yīng)時間輸入阻抗絕對輸入范圍數(shù)字輸出范圍絕緣方式連接方式

說明4通/單元（CH0-CH3）電壓電流1/1000滿量程的±1%2.5ms/通道電壓電流電壓電流（H0~H03E8）光耦合：端子與內(nèi)部電路之間無絕緣：通道間端子板（螺）

和0-10V0~20mA不小于兆和0~10V范圍內(nèi)）250歐姆（）（0~5V）+30mA(0~20mA)A/D轉(zhuǎn)換單元的輸入輸出特性如圖所示。16

圖4-11A/D轉(zhuǎn)單元的輸入輸出性曲線（2）占用通道及編程方法A/D轉(zhuǎn)單元有4個擬入通道，占用的輸入端子分別為：：WX9（X90~X9F）CH1（X100~X10F）CH2（X110~X11F）CH3（X120~X12F）PLC每個掃描周期對各通道采樣一次，并進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換的結(jié)果分別存放在各自的輸入通道（WX9~WX12F）。A/D轉(zhuǎn)換的編程可用指令F0實，如F0MV】.行這一指令后CHO輸入模擬信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換變成數(shù)字信號后送入WX9并由F0指令出保存到中（3）A/D轉(zhuǎn)換單元的面板布置接線方法①圖4-12是A/D轉(zhuǎn)換元的面布置圖A/D單的每個通道有4個線端：、I、C和。外，還有一對電壓范圍選擇端子RANGE。其中V是電壓輸入端I是電輸入端C是共端，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)換單或I/OLINK單元②A/D轉(zhuǎn)單元的接線方法：電壓輸入方式的接線圖如圖4-13所示信號有端輸入屏外殼接FG端當電壓范圍擇端子RANGE間開路時，輸入模電壓范圍為0~5V短路是，輸入模擬電壓范圍為0~10V。電流輸入方式的接線如圖所示。信號有I和C兩端入，將電壓輸入V和流輸入I端連接在一起，屏蔽外殼接FG端。時，需要將當電壓范圍選擇端子RANGE開。17

圖4-12A/D單元面板布置圖圖4-13電輸入接線方式圖4-14電輸入接線方式（4）模擬量與數(shù)字量之間的轉(zhuǎn)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：In*F*A**)

（4-11）式中，—解電流；

n

—每1mol氣產(chǎn)生的電子數(shù)；F法拉第常數(shù)—氣體擴散面積D—擴散系數(shù)；C—電解質(zhì)溶液中電解的氣濃度；擴散層的厚度。在同一傳感器中，

n

、F、D及是定的所以電解電流與氣體濃度正比以在本設(shè)計中選擇一氧化碳傳感器和甲烷傳感器輸出信為電流信號，測量范圍分別為4~20mA.和1~5mA根據(jù)公式），由煤礦中一氧化碳和甲烷氣體的高濃度分別為0.0024%、4%，則一氧碳濃度為0.0024%應(yīng)的輸出模擬電流為I=[2.4X(20-4)/1000+4]mA=4.384mA,對應(yīng)的PLCA/D轉(zhuǎn)單輸出數(shù)值為K=1000/20X4.384甲烷濃度為4%對應(yīng)的輸出擬電流為I=[4/10X4+1]mA=2.6mA,對PLC的A/D轉(zhuǎn)換單元輸出數(shù)值為1000/20X2.6=130。此當檢測到一氧化碳濃度轉(zhuǎn)換為數(shù)字量不小于時或者甲烷濃度轉(zhuǎn)化為數(shù)字量不小于130是控系統(tǒng)一個停機的信號。4.5PLC電氣控制線路（1）數(shù)碼管顯示接線圖，如下4-15）所示。18

圖4-15數(shù)管顯示接線圖（2）本文中數(shù)碼管顯示的位置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)系如表4-5、4-6所示表4-5輸位選擇開關(guān)與輸出數(shù)的關(guān)系輸入

輸出X7）X8）X9(X12)

XA(X13)

XB(X14)

XC(X15)1XXXXX

X1XXXX

XX1XXX

XXX1XX

XXXX1X

XXXXX1

123456表4-6數(shù)管各位與輸出數(shù)值的系輸入

輸出a011011

b111100

c101111

d011011

e010001

f000111

g011111

123456注（‘1’表示高電平，‘0’示低電平，‘X’表示任意狀態(tài)）（）PLC外接線圖PLC外圍接線圖如下圖4-16和4-17示。19

圖4-16PLC外接線圖20

（注：傳感選擇通道，烷傳感器選擇通道，輸入方式都為電流輸入）圖4-17傳器與A/D轉(zhuǎn)單元接線圖4.6PLC控制I/O分配PLC硬件配置確定后，應(yīng)對I/O點行分配，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X0X1X2X3X4X5X6X7X8X9XAXBXCXDXEX10X11X12X13X14

代碼SB0SB1Q1SB2SQ1SQ2SQ3Q2Q3Q4Q5Q6Q7Q14Q15Q8Q9Q10Q11Q12

名稱正轉(zhuǎn)啟動按鈕反轉(zhuǎn)啟動按鈕速度調(diào)節(jié)開關(guān)停止按鈕機頭越位行程開關(guān)機尾越位行程開關(guān)重錘上限限位開關(guān)全程緊急停車保護開關(guān)CO傳器模擬信號CH4傳感器模擬信號過擺保護開關(guān)21

續(xù)表4-7X15X16X17

Q13Q14Q15

CO傳器信號清零開關(guān)CH4傳感器信號清零開關(guān)輸出信號Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7Y8Y9YAYB

表4-8輸信號分配表輸出接口代碼KM1KM2KM3KM4ABCDEFGH

名稱自耦減壓啟動接觸器1自耦減壓啟動接觸器2電機正轉(zhuǎn)接觸器電機反轉(zhuǎn)接觸器制動器松閘報警蜂鳴器MP3播放器減速機速度顯示電機運行機頭越位顯示機尾越位顯示減速機運行Y10Y11Y12Y13Y14Y15Y16Y17Y18Y19Y1AY1BY1CY1D

abcdefgabcdefg

緊急停車開關(guān)觸動位置數(shù)碼管顯示過擺保護開關(guān)觸動位置數(shù)碼管顯示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。表4-9程中使用到機內(nèi)的器件及功能器件

功能

器件地址

功能地址T0T4

預(yù)警時間定時器電機啟動時間定時器

RARB

過擺保護開關(guān)位置顯示數(shù)碼管顯示信號T2MP3開播放時間定時器

RCT3

制動器報閘時間定時器

RD22

R0R1

續(xù)表4-9緊急停車保護信號過擺保護停車信號

RERFR2CO濃度偏高停車信號R3CH4濃偏高停車信號

DT0

COA/D轉(zhuǎn)換數(shù)值存儲區(qū)R4R5

緊急停車保護開關(guān)位置顯示數(shù)碼管顯示信號

DT1

CH4A/D轉(zhuǎn)數(shù)值存儲區(qū)R6R7R8R923

5軟件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。24

圖5-1程序流程圖5.2程序調(diào)試因?qū)嶒炇也捎肍P1—C40系列PLC器件進行調(diào)試，因此需將本文程序調(diào)試分為兩部分：一部分為電機運行控制程序調(diào)試，另外一部分為顯示程序調(diào)試。25

5.2.1電機運行控制程序調(diào)試如圖5-2所接好電路圖，按PLC試程序的一般步驟進行程序調(diào)試。當按下正轉(zhuǎn)啟動按鈕時（此時再按下反轉(zhuǎn)按鈕X1時效通（即制動器松閘）并且定時器T0開始時3S，同時Y5閃爍3下（報警裝置預(yù)警3聲3S時到達之后Y5斷開、Y1、Y2和YB接（主機減壓啟動定器T4定當2S定時間到之后Y0和Y1同斷開Y8接（電機轉(zhuǎn)正常運轉(zhuǎn)時時器T2定5S；5S定時間到之后Y6通（即開始播放時下X2即減速機速度調(diào)節(jié)開關(guān)Y7接通達到調(diào)節(jié)猴車的運行速度。調(diào)試梯形圖如圖5-3所。正轉(zhuǎn)情況下各種故障保護功能檢測：（1）當按下X7—XC中任意一開關(guān)時，將給控制系統(tǒng)一個急停信號，Y2和Y8、YB同斷（即架空乘人裝置將自動停止運行器T3始定時2S之后Y4斷（即制動器抱閘（2）按下—X15中任意一開關(guān)時Y2Y8、YB時斷開（即架空乘人裝置將自動停止運行時T3開始時2S，2S后Y4開（即制動器抱閘（3）當按下開關(guān)X4或者時Y2和Y8、YB同時開，并且Y5開閃爍（即報警接通或者YA接（即顯示相應(yīng)的故障器T3開定時2S，2S之后Y4斷（即制動器抱閘（4）當每按下XD或XE時，應(yīng)DT0者時DT1的數(shù)值就加1，當DT0的數(shù)不小于219或者DT1的數(shù)值不小于130，、Y4、Y6、YB和都通（即使電機反轉(zhuǎn)），并且Y5開閃爍。當按下X16和X17時將DT0和中的數(shù)值清零。（5）正常停車：若按下停止按X3時，Y4推2Ｓ斷開，其余輸出都立即斷開。反轉(zhuǎn)情況與正轉(zhuǎn)情況類似，反轉(zhuǎn)輸出為Y3圖5-2調(diào)接線圖26

27

28

（注：在實際過程中CO傳感和CH4傳器輸入信號是通過指令F0MV,WX9,DTO】和【MV，WX10，DT1】進行傳送的，再通F60級指令進行數(shù)值比較圖5-3調(diào)主程序梯形圖29

5.2.2顯示程序調(diào)試當開關(guān)X8接通時，輸出Y9、YC、YF接通數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù)值為2。如圖5-4為部分顯示程序梯形圖．開關(guān)的位置是以煤礦上水平面作為起始參考點。同理，當X7接通時，輸出、YB接即數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù)值為1；當X9接時，輸出Y9、YA、YB、YF接通即輸出值為；當XA接時，輸出YA、YB、YE、YF接通即輸出值為；當XB接時，輸出Y9、YB、YC、YF接通即輸出值為；當XC接時，輸出Y9、YB、YC、YF接即輸出值為。過擺保護開關(guān)接通時顯示類似。30

圖5-4顯程序梯形圖通過以上的程序調(diào)試，從而可知程序設(shè)計是合理的，滿足設(shè)計要求。31

6工程隨著礦井的大型化發(fā)展和開采深度的增加車深受廣大井下工人的歡迎愛以全性而得到各礦務(wù)局的支持。猴車的技術(shù)改進也是越來越快用范圍越來越廣當械特性在不斷加強時候電方面的加強也是必不可以的猴電控集中管理控制能力大大提高管理效率加于管理同時增加的成本也不是很高。本設(shè)計針對我省部分煤礦實際情況和猴車控制系統(tǒng)的實際要求而設(shè)計的，在應(yīng)用上得到良好的果眾周知，猴車對于井下工作是非常重要的如煤礦索道比較長的情況下若人靠步行上井和下井則就需要花費一斷比較長的時間。如果采用猴車運人，不僅減小了工人上下井的時間還可以為工人適當減少疲勞為場帶來經(jīng)濟效益外在全線路上設(shè)有傳感器等一些保護系統(tǒng)遇意外情況，系統(tǒng)緊急停車，使整個系統(tǒng)斷電，制動器同時抱閘制動，使系統(tǒng)更加安全