1、本 科 毕 业 论 文（ 20 届 ）井 下 皮 带 运 输 机 计 算 机 监 控 系 统 的 设 计所 在 学 院 专 业 班 级 电 气 工 程 及 其 自 动 化 学 生 姓 名 学 号 指 导 教 师 职 称 完 成 日 期 年 月 I 摘 要皮带运输机是一种连续皮带运输机械，被广泛应用在矿井、电厂、港口、钢铁企业以及轻工业的生产线，即可以运送散状物料,也可以运送成件物品。在煤矿的开采过程中，皮带运输机的作用至关重要。煤矿井下的环境比较恶劣，这就对皮带运输机控制系统的要求比较高，其性能的好坏直接影响到煤矿行业的发展和效益。本论文是针对目前煤矿在皮带运输机控制方面仍采用现场人为控制，隐
2、患故障较多以及检测不稳定等问题，研发了一种功能完善的矿井皮带运输机远程监控系统。该系统以西门子 S7-200 PLC 为核心，代替了传统的单片机系统，从而解决了单片机控制系统的软件设计复杂，抗干扰能力差等缺点。在通信方面，主要采用 ControlNet 网络，极大的提高了网络效率和性能，使传输数据更快更稳定。运用组态王软件设计了人机交互界面，直观、形象的显示了矿井皮带运输机整体设备的运行状况，设置用户管理功能等。最终本系统设计能够很好的达到预期目标。关键词：S7-200；皮带运输机；监控；ControlNet；组态软件 - II -AbstractBelt conveyor is a cont
3、inuous transportation machinery, it is used in production line of mine，power plan，ports，iron and steel enterprises and light industry widely, it can transport the dispersed material, also can transport the items made into pieces. In the process of mining for coal mine, belt conveyor has an important
4、 role. Mine environment is severed, so the demand of the belt conveyor control system is higher, The performance of the quality directly affect the coal industry development and benefit. This paper developes a perfect function of mine belt conveyor remote monitoring system aims at the problems those
5、 belt conveyor control aspect still adopting human control field, hidden more trouble fault and so on.The core of the system is S7-200, it insteads of the traditional MCU system, thus solves the complex design of software about single-chip microcomputer control system and the faults of the poorly an
6、ti-interference ability. In communications, mainly uses the ControlNet, it greatly improves the efficiency and performance of network. This paper design the interface of man-machine communication with kingview to show the operation directly and get the function of user management.Finally,the design
7、of this system finish the anticipated goal well.Key Words：S7-200；Belt conveyor；monitor and control；ControlNet；Configuration softwareIII 目 录摘 要 .IAbstract.II0 引言 .11 绪论 .21.1 课题的背景及意义 .21.2 国内外皮带运输机技术的现状与差距 .21.2.1 国外皮带运输机技术的现状 .21.2.2 国内皮带运输机技术的现状 .31.2.3 国内外皮带运输机技术的主要差距 .31.3 煤矿皮带运输机技术的发展趋势 .51.4 论
8、文的主要研究工作 .52 PLC 的简介 .62.1 可编程控制器的基本结构 .62.2 可编程控制器工作原理 .72.3 S7200 及其编程软件介绍 .93 井下皮带运输机计算机监控系统的硬件设计 .103.1 皮带运输机的工作原理框图 .103.2 传感器的选择 .113.2.1 打滑检测 .113.2.2 跑偏检测 .123.2.3 堆煤检测 .133.2.4 温度检测 .143.2.5 烟雾检测 .153.2.6 撕裂检测 .17IV 3.3 保护装置 .183.3.1 拉绳急停闭锁开关 .183.3.2 自动洒水装置 .193.4 系统的主要结构 .193.4.1 地面控制中心 .
9、193.4.2 井下皮带运输机控制分站 .203.4.3 安全保护 .223.5 系统部件的布置及其功能 .234 井下皮带运输机计算机监控系统的软件设计 .244.1 STEP 7-Micro/WIN 编程软件概述 .244.1.1 STEP 7-Micro/WIN 软件窗口组件 .244.1.2 基本逻辑指令简介 .254.2 分站系统软件设计 .274.2.1 启动控制： .284.2.2 启动控制程序 .294.2.3 保护检测 .295 PLC 与上位机之间的通信 .335.1 ControlNet 网络 .335.2 PLC 与上位机的通信方式 .336 上位机组态监控系统的实现
10、.356.1 上位机软件选择 .356.1.1 组态软件概述 .356.1.2 利用组态王建立监控系统的一般步骤 .366.2 上位机监控软件的组态 .376.2.1 上位机主界面 .37V 6.2.2 皮带运输机启停控制 .376.2.3 报警信息 .386.2.3 关于作者 .397 技术经济分析 .408 结论 .41致谢 .42参 考 文 献 .43附录 A 译文 .44附录 B 外文文献 .58Xx 大 学 毕 业 设 计 （ 论 文 ） 10 引言皮带运输机运输系统是煤矿生产的重要组成部分，其安全、可靠和高效的运煤工作，对提高煤矿生产效率和经济效益有巨大的作用。但是随着耗煤量的急剧
11、加大，矿井采煤规模的不断扩大，这就要求皮带运输机输煤系统始终处于完好的运行状态，这也造成对皮带运输机系统的性能要求越来越高。本文以矿井皮带运输机为背景，对煤矿皮带运输机控制系统进行了深入研究和具体完善，其主要研究工作有，介绍皮带运输机运输监控系统的主要结构，以及硬件设计：详细分析皮带运输机计划实现的理想性能，规划了软件：上位机与井下 PLC 之间的通信采用先进的 ControlNet 网络，使通信安全、可靠运行，并且详细分析了 PLC 串行通信原理：在介绍组态王软件的基础上，运用组态王来实现上位机监控系统的设计。本设计所改进的系统为煤矿井下的皮带监控系统。该系统是煤矿的重要系统之一。所以所选择
12、的设备必须安全、稳定、实用、经济。综合以上要求本设计所采用的 PLC 为西门子小型 PLC。但是由于 PLC 的输出点越多，价格越高。但是系统必须要有一定的输出剩余点用来做必要的扩展。Xx 大 学 毕 业 设 计 （ 论 文 ） 21 绪论1.1 课题的背景及意义皮带运输系统因其结构简单，传输量大，使用方便，被广泛应用于农业、工业、商业、军事等方面，在采矿运输、车站及码头的货物运输更是使用广泛。我国是一个富煤少油的国家，煤炭是我国最为重要的动力能源，也是重要的化工原料。作为世界第一大产煤国，大多数煤矿井下输煤系统也采用皮带运输机传输，皮带运输机运输系统是煤矿生产的重要组成部分，其安全、可靠和高
13、效的运煤工作，对提高煤矿生产效率和经济效益有巨大的作用。但是随着耗煤量的急剧加大，矿井采煤规模的不断扩大，这就要求皮带运输机输煤系统始终处于完好的运行状态，这也造成对皮带运输机系统的性能要求越来越高 1。皮带运输机运输系统的线路较长并且由过个环节和运煤设备配套而成，如果运煤线路某个环节中断，就会使采掘工作面和其它工作地点的作业陷入停顿。因此，皮带运输机运输系统运行的好坏直接关系到煤矿生产能否正常进行。由于我国生产力发展不均衡，大多数中小型煤矿技术和安全保障水平较低。据统计，我国为数较多的煤矿在矿井皮带运输机控制系统方面还采用现场手动控制，由于煤矿井下环境恶劣，皮带运输机经常出现跑偏、打滑、纵向
14、撕裂、燃烧、断带等故障，这不仅影响煤矿生产，也给煤矿安全带来巨大威胁，从而耗费大量人力、物力资源。当今是一个信息高度发展的时代，信息贯穿着社会的每一个角落。因此建立一个功能完善的皮带运输机远程监控系统，不仅可以让工人从井下恶劣环境以及繁重的劳动中解放出来，而且可以通过控制网络对相距较远的皮带运输机进行实时监测，得到准确数据 2。1.2 国内外皮带运输机技术的现状与差距1.2.1 国外皮带运输机技术的现状目前，国外皮带运输机技术的发展很快，其大体向两个方向发展：一方面是体现在皮带运输机的外形上，使皮带运输机多元化、应用范围扩大化，例如国外生产的各种管状带式皮带运输机、高倾角带式皮带运输机等各种机
15、型；另一方面体现在国外皮带运输机在本身的装备和技术上都有了显著的提高，特别是高速度、长距离、超运量、高保障等大型皮带运输机已经成了主要的发展方向，其主要是开发利用了皮带运输机的远程监控Xx 大 学 毕 业 设 计 （ 论 文 ） 3技术和动态分析。目前，国外煤矿井下使用的皮带运输机，其技术指标已经达到表 1-1 所示，主要有以下特点：（1）应用机电一体化、计算机监控以及动态分析等高新技术，并采用自动张紧装置和大功率软启动技术，对皮带运输机的各项参数实施动态监测和远程控制，极大程度地减小了皮带的动张力，运输效率很高。（2）设备扩大化。其设备和主要技术参数都向着大型化方面发展，以满足年产值达到 3
16、00500 万吨以上的高产效益。（3）新型元件生产技术。例如皮带运输机的各种先进大功率变频装置和保护装置、自动清理滚筒装置、高寿命托辊等。又例如英国 FSW 生产的一种顺槽带式皮带运输机采用了先进的变频调速与液粘差速设备，其运输能力可以达到 3000t/h 以上，皮带运输机的机尾和新型转载机配套使用时，可以随着工作面的推移而自动快速移动，所需人工作业少，生产效率高。（4）采用中间驱动与多机驱动及其皮带运输机变向运行、功率平衡控制等先进技术，理论上使单个皮带运输机运行长度不受限制，并且保障了运输系统设备的互换性、通用性与驱动装置的可靠性。表 1-1 国外皮带运输机的主要技术指标Tab. 1-1
17、The main technical parameters of belt conveyor in overseas主要技术参数 可伸缩皮带运输机 大巷与斜井固定式强力皮带运输机运输距离/m 20003000 3000运输量/ 1ht25003000 30004000带速/ sm3.54 45,最高达到8驱动总功率/kW 12002000 15003000,最大达到101001.2.2 国内皮带运输机技术的现状80 年代末期以来，我国矿用皮带运输机也有了很大的发展，对皮带运输机的关键技术研究和新产品的开发业已经取得了可喜的成绩。例如我国生产的顺槽可伸缩式皮带运输机与大倾角长距离皮带运输机成套设
18、备等，在产品技术和性能上都有了极大的提高，填补了国内的空白，关于皮带运输机的主要元部件和关键技术都进行了深入的理论研究以及进行了产品开发，已经研制成功了许多软启动和制动设备 3。目前，我国煤矿井下使用皮带运输机，其主要技术指标如表 1-2 所示。Xx 大 学 毕 业 设 计 （ 论 文 ） 4表 1-2 国内皮带运输机的主要技术指标Tab. 1-2 The main technical parameters of belt conveyor in China主要技术参数 可伸缩皮带运输机 大巷与斜井固定式强力皮带机运输距离/m 10002000 10004000运输量/ 1ht8001800
19、10002000带速/ sm23.5 2.54驱动总功率/kW 250750 75015001.2.3 国内外皮带运输机技术的主要差距1） 控制系统上的差距（1）监控装置目前，日本、美国、德国等一些制造皮带运输机的大公司都广泛使用高档的 PLC，开发了先进的程序软件和完整的自动远程监控系统，实现了对煤矿井下皮带运输机进行实时数据采集、处理、存储、故障诊断及查询等功能。我国的许多生产厂家虽然也在逐步采用 PLC 计算，但大多数仍停留在电子图版的应用水平上，还没有真正利用计算机计算精度高、存储信息量大、逻辑推理能力强和运算速度快等优点来代替人工设计造型及校核等工作。从而使我国中小型煤矿的皮带运输机
20、控制系统仍采用传统的继电器控制方式，现场人为监控，动作可靠性差，使用寿命短，事故隐患较多，技术相当落后。随着我国生产力的不断迅速发展，煤矿企业就更需要生产率高、可靠性好的装卸运输，而皮带运输机相对于其他的装卸工具而言就更容易满足这个要求。因此，皮带运输机控制系统运行安全可靠与否直接影响着煤矿的经济效益。为提高系统的安全性和可靠性，实施集中控制，实现系统的综合保护是十分必要的 4。（2） 皮带运输机保护装置国外的皮带运输机除了安装防跑偏、打滑、撕裂、自动洒水、急停闭锁开关等保护装置外，近些年又研制成功了许多先进的监测装置。例如对传动滚筒和变向滚筒的温度可以进行实时监测的温度监测系统、运输带纵向撕裂以及接头监测系统、烟雾报警与自动灭火装置等。而我国现有的防跑偏、打滑、堆煤、超温洒水等装置的寿命、可靠性、灵敏性都较低。（3） 驱动方式
