2013届*专业毕业设计 基于PLC的煤矿架空乘人缆车 控制系统设计学生姓名： 邵 冰 班 级： 矿电10-1 学 制： 三 年 学历层次： 专 科 指导教师： 论文（设计）提交日期：2013年6月*日论文（设计）答辩日期：2013年6月*日江苏建筑职业技术学院矿业与交通工程学院二一三年六月摘 要煤矿副井提升担负着人员、设备、材料、矸石等的运输任务，是煤矿生产的重要环节。副井操车是指在井口或井底，将准备好的运料或运矸矿车推入副井罐笼的操作过程。良好的副井操车控制系统，能保证操车过程的安全高效，从而提高生产效率。本设计针对的矿井，副井提升采用多绳摩擦落地式提升机，单层双罐（宽、窄罐）提升方式。窄罐用作提人、排矸；宽罐除了具有窄罐作用外，还负责下大料设备。副井信号操车系统通常包括井口操车系统、井底操车系统和绞车房信号系统。（见附图1 系统概况图）三者之间主要利用PROFIBUS通讯模式通过RS485双绞线进行通讯联系（见附图6 副井操车系统安装图）。井口、井底操车控制系统大体相同，而信号系统既作为绞车信号通讯同时有作为操车控制的闭锁对象来配合操车控制运行。关键字：副井操车；PLC；控制系统目 录摘 要I目 录II1绪论11.1课题来源及背景11.1.1课题来源11.1.2课题研究背景11.2课题研究现状及存在问题11.3课题研究内容与方法11.3.1采煤机定位系统研究11.3.2采煤机的截割路径记忆11.3.3采煤机的截割路径跟踪21.3.4采煤机自适应控制方法研究21.4课题研究意义22井口操车系统的组成32.1井口操车控制系统32.2操车设备及选用原则42.3操车设备清单（井口与井底控制设备种类及数量相同）42.4机械设备结构原理42.4.1 摇台43PLC系统控制要求73.1采煤机的位置定位73.1.1采煤机机身坐标系的建立73.1.2采煤机机身定位策略73.1.3采煤机机身定位的理论模型73.2采煤机的姿态定位73.3本章小结74PLC控制系统的构成与特点84.1截割路径的记忆集合84.2截割路径的记忆策略84.2.1记忆点的选取方案84.2.2记忆点的数据结构84.2.3记忆点的数据压缩84.3记忆点的人工免疫评价方法研究84.3.1人工免疫理论概述84.3.2基于人工免疫的记忆点评价模型84.4本章小结105PLC程序的设计115.1截割路径的跟踪目标115.1.1基于多项式的插值的跟踪目标115.1.2基于样条曲线插值的跟踪目标115.1.3基于误差带的跟踪目标115.2截割路径的跟踪策略115.2.1截割路径的轨迹跟踪策略115.2.2截割路径的动作跟踪策略115.2.3截割路径的状态修正策略125.3截割路径跟踪的灰色关联度评价模型125.3.1灰色关联度分析概述125.3.2基于灰色关联度的路径跟踪评价模型125.4本章小结126基于电流谱的采煤机截割负载动态分析136.1截割负载检测的研究现状136.2基于电流谱的截割负载特性分析136.2.1截割部传动系统的负载分析136.2.2截割负载与截割电流间关系的理论模型136.2.3截割负载与截割电流间关系的试验研究136.3基于小波理论的截割电流特性分析136.3.1小波分析概述136.3.2截割电流信号的小波分解与重构136.4截割负载与截割电流间关系的神经网络模型136.4.1人工神经网络概述136.4.2基于人工神经网络的截割负载与截割电流关系模型136.5本章小结137实验研究147.1实验室实验147.1.1实验方案设计147.1.2实验结果分析147.2工厂试验147.2.1试验方案设计147.2.2试验结果分析147.3煤矿工作面实验147.3.1实验方案设计147.3.2实验结果分析147.4本章小结148总结与展望158.1课题结论158.2课题创新点158.3课题研究展望15参考文献16毕业设计总结181 绪论1.1 选题背景副井提升运输综合自动化控制系统是矿井民生领域必备的重要基础设备。副井提升运输综合自动化系统是在高性能的提升机控制和智能信号和操车控制的基础上，将提升机、信号系统、操车系统集于统一整体，搭建信息融合、相互闭锁、安全可靠、高效节能、协同作业的综合自动化系统。本设计取材于某矿山副井提升运输综合自动化系统进行技术改造工程实例，并截取部分功能（操车系统部分）,设计先进、可靠的安全门、摇台、稳罐器、阻车器、推车机控制系统。并与提升及系统和信号系统实时信号较好构建信息整体，实现信号闭锁，完成信息融合。操车系统部分是一种相对于矿井提升机垂直运输而水平运输矿车的重要设备。应为要求具有高控制精度、高可靠性，并应具有必要的报警、抗干扰措施。选题依据在工业生产中，机械的制动的准确性和顺序性为主要。例如：在冶金工业，化工生产，电力工程，机械制造和食品加工等许多领域中，人们都需要对各类机械采用合理的检测和控制，采用PLC来对它们进行控制，不仅具有控制方便，简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控设备的操作准确度，从而能够大大提高被控对象的安全性。因此，PLC对操车系统的控制是一个矿井工业中经常会遇到的问题，现以基于PLC的副井提升运输综合自动化控制系统-操场系统部分为例进介绍。 普通操车系统中的矿车行程单一，不能进罐推车，因此矿车由罐笼附近上下摇台进出罐笼的工作只能由人工来完成，在罐笼内的车辆也要由其它车辆顶出，在没有其它车辆装卸罐笼的情况下，也只能由人工将矿车从罐笼内推出或在罐笼内定位。采用PLC控制的操车系统带来功能的增加、性能的改善，而且具有明显的安全性、效率的提升，同时整机寿命有明显提高。近年来国内厂商都在竞相开发。本设计拟采用一种以PLC为核心的基于CPU226的副井提升运输综合自动化控制系统-操车系统部分，系统中主要包括三种模式：自动模式，手动模式，检修模式，还有过电压保护、欠电流保护，急停措施。1.1.11.1.2 毕业设计的内容副井提升运输系统的信号的任务是提升机罐笼准确停车后，操车控制系统对本终端的安全门、摇台、稳罐器、阻车器、推车机按特点顺序控制，完成装卸罐笼的任务。并和提升机控制系统进行信号闭锁，避免事故发生。1.2 设计实现的主要功能系统要求：1.具有检修、手动、自动工作方式；（1）自动：罐笼到位，启动油泵，按下启动按钮，设备则按照设定好的程序自动完成一次装车过程。安全门开摇台落前阻开推车机进推车机退前阻关摇台升安全门关打点（2）手动：罐笼到位、启动油泵、按照以上程序操作按钮，按错按钮则不能动作。（3）检修：罐笼到位，启动油泵，需要推车机前进、后退时必须满足前阻开到位和摇台落到位。其余设备均可点动。2.自动判断和调度功能；3.安全保护和报警功能；1.3 课题研究内容与方法1.3.1 采煤机定位系统研究1.3.2 采煤机的截割路径记忆1.3.3 采煤机的截割路径跟踪1.3.4 采煤机自适应控制方法研究1.3.5 课题研究意义2 井口操车系统的组成2.1 井口操车控制系统电控操作台、集控液压站、，防爆磁力启动器，摇台、安全门、前后阻车器、道岔、复阻、把钩信号、红灯和语音信号等组成。井口操车系统布置如图1-1。2.2 操车设备及选用原则操车设备主要组成包括液压集中动力站、液控摇台、装罐销齿推车机、液控车器、折叠式安全门及液控复阻等。操车设备选用原则有：1）要保证停罐平稳，便于各项作业有效地进行。2）选用的设备安全可靠并便于实现机械化和联动操作或集中操作，尽量减轻体力劳动。3）要方便上下人员，材料和设备。4）应尽量减少罐笼进出车的休止时间，提高生产效率2.3 操车设备清单（井口与井底控制设备种类及数量相同）表-1副井操车设备序号设备名称数量备注液动摇台2台带有位置监测，与罐笼到位信号闭锁安全门4扇带有位置监测，与罐位和提升信号连锁前阻车器2台带有位置监测，与提升信号连锁液动销齿推车机2台推车机行程带位置监测，与罐笼到位信号闭锁，速度、推力可调复阻车器2台限定矿车运动范围，保证安全有序液压站2套1用1备（双电机双泵）2.4 机械设备结构原理2.4.1 摇台井口窄罐采用CYY6/2液压配重结构，侧动驱动，液压站必须保证摇台在不工作时始终处于抬起状态，设备须同时具有机械和液压自锁。工作时靠摇台自重复位，摇台采用后置配重结构且配重可调，摇台留有手动操作手把，用作紧急状态下使用。摇台工作时，液压缸缩回，摇臂落下与罐笼搭接，摇尖与罐笼内导轨衬的结构能保证侧向定位可靠。井底采用CYY6/4液压配重结构，侧动驱动，液压站必须保证摇台在不工作时始终处于抬起状态，设备须同时具有机械和液压自锁。工作时靠摇台自重复位，摇台采用后置配重结构且配重可调，摇台留有手动操作手把，用作紧急状态下使用。摇台工作时，液压缸缩回，摇臂落下与罐笼搭接，摇尖与罐笼内导轨衬的结构能保证侧向定位可靠，摇台的结构与动作原理见图1-2。2.4.2 液压推拉式安全门安全门防止人员或矿车误入危险区，发生坠井事故而设置的一种安全设备，其特点：可靠的防护作用，开启灵活，方便井口.底的各项作业，不妨碍长材料及设备下井。本安全门采用液压马达链式传动（水平方向），液压马达速度0.1-0.5m/s可调，液压推位安全门见图1-32.4.3 前阻车器采用ZDY-9单式液压阻车器，有一对阻爪和弹簧缓冲装置，当车轮撞击阻爪时，阻爪使套在固定轴后部的弹簧压缩，撞击的能量便为弹簧吸收。阻爪的尾部通过连杆和操纵机构连接，液压缸活塞杆的往复运动使两个阻爪同时打开或关闭，关闭时阻车，打开后矿车即可通过。阻车器驱动结构简单，除阻爪外无突出地面的部件，外观平整，利于人员通行。要求阻车器使用液压缸为动力，使用摆动式液压缸，避免阻车器位移时损坏液压缸。2.4.4 后阻车器后阻车器的结构和前阻车器相同，只不过油路连接不同从而和前阻形成一开一闭，作用是防止矿车误动而避免轨道全开的情况出现起到保护操车安全的作用。2.4.5 复阻复阻是将两台前后阻车器距离缩小后放在一起，油路连接方式同前后阻车器一样，复阻一般是将一套设在道岔前面，目的是防止多辆矿车同时进入操车工作区，一次只能通行1-2辆矿车，阻车器的结构见图1-4。 2.4.6 道岔（搬道器）道岔是一对活动的轨道，用来变轨操作使用，作用是负责调