李桂伟201111008基于plc的主井以重定载系统研究

山东科技大学工程硕士学位论文绪论本安及防爆设计本系统的井下部分由于工作在爆炸性环境，在系统设计时需要按照相关规程对它的本安及防爆性能予以考虑，并通过有关部门的安全性检验。5.1本安防爆原理5.1.1概述煤矿井下的空气中含有甲烷，若它在空气中的浓度达到一定比例，遇到微小火花就有爆炸的危险。井下煤尘瓦斯发火事故的电路故障多为电气部件运行时产生的电火花。本安设计的目的，以控制电气设备产生的电火花为首要任务，从而实现设备本质安全。本安设计的优点为体积小、重量轻，可在线监控和带负荷调整，可以设备工作时进行维修检查【18】。5.1.2电路火花形成的特点火花放电主要包括：（1）电阻电路的火花放电，（2）电容电路的火花放电。5.1.3本安电路的考虑在设计本安电路前，首先要对它的工作环境按照国家标准进行分类，并对可燃性气体进行分组。此外，国家标准也对本安电路的电气间隙、爬电距离、耐泄痕性能及防护等级作出了相应的规定。电路的本安性能最终要通过符合资质检验部门的检验。若不能达到相应的标准，应从上述几方面考虑，对电路进行调整，使之最终通过检验【25】。5.1.4隔爆处理隔爆是在危险环境中保证设备及生产安全一种预防措施，方法是将电气设备外壳设计成坚固的隔爆外壳【27】。5.2系统本安防爆具体设计5.2.1系统本安性能分析根据现场实际条件，本系统采用了隔爆兼本安型结构，即系统的部分电路是本安电路，而另一部分是非本安电路，以达到防爆的目的。各设备部件应当采用取得“入井资格证”的合格产品。控制装置中的转换电路板属于低电压低功耗的部件，应将它设计成本安电路板。这样便于对它进行带电调整，而且故障时也便于检修或更换。控制装置中的PLC性能较为稳定，可以长期免维护，对它应进行隔爆处理【47】。5.2.2转换电路板的本安设计(1)本安理论验证电源模型设计是电容性方式。对它本安性进行分析时，要分别做两个单独的判定。首先保证电源自身是否可靠，是否为本质安全型，其次考虑其它情况下分析。步骤如下：a.电源的判定已知限流电阻50Ω，电源电压24V，故短路电流为：因电路是电阻性的，查阅图3-15(Ⅰ类)，电压为24V的电阻性电路最小点燃电流约为1.5A。安全系数超过3。b.电容器的判定对于Ⅰ类，参考图3-15的点燃电压曲线(含有镉)，查到在电压36V时引起点燃电容最小值约为4μF，因此判定此电源电路是本质安全型的【20】。(2)具体措施设备电源采用外接比较稳妥，其应采用隔爆兼本质安全型设计。其电气间隙和爬电距离应符合国家有关井下设备防爆的要求。电源部分将外部能量引入电路板，因而受环境因素影响发生故障的几率最大，在设计时应予以重点考虑。采取了双重化限压限流措施。具体做法是在电源变压器的副边串接了限流电阻，同时利用板上集成稳压器实现限流保护(0.5A)、过热保护和过压保护功能。在故障几率较大的滤波电容接地端串联了限流电阻，大大提高点燃电容的最小值。5.2.3PLC的隔爆处理本系统的PLC采用的是厂家成品，对用户来说防爆性能未必可靠，因此必须进行隔爆处理。5.2.4继电器、插接件本系统使用大量的继电器和插接设备。为保证系统的安全性能，零部件全部安装在隔爆壳中。本安电气电路使用的插接件应单独使用，应注意其电气间隙和爬电距离的要求。插接件应有防止拔脱、误插、互换的闭锁设计。山东科技大学工程硕士学位论文总结及展望6总结及展望6.1本系统的突出特点本系统的突出特点主要有：测量点为干接点无电量,适用于井下特殊防爆条件下的应用；硬件故障的程序内诊断,保证主提升的安全可靠；井下设备本质安全考虑及设计以及可编程逻辑控制器的广泛应用。(1)测量点处无电气量压力传感器采用液压传递原理将重量信号变为油压信号，引至较好的环境下再变换为电气量，从根本上解决了一般电气传感器难以可靠准确称重的问题。(2)硬件故障的自诊断技术使用合理逻辑控制机制，编制软件程序对压力采集、转换设备进行定时检测，及时发现问题，提高了系统的可靠性。同时本系统利用软件程序也实现了自动补偿的功能，防止了信号的漂移，保证测量的准确性。(3)PLC的广泛应用过程自动控制，数模转换、显示系统动态驱动，使用PLC的输入输出功能及强大的逻辑控制转换功能，将系统从复杂变为简单，优化控制系统。本系统实现了对模拟量的相关控制：对A/D转换读取。对显示驱动采用必要的逻辑控制，使得显示数据和控制信息合理表达出来，再利用PLC的运算处理功能，可以方便的实现显示电路的动态刷新，减少了硬件开销。6.2展望6.2.1现场使用效果该系统已经在多地推广，经济效益和社会效益显著。主要表现在：(1)设备装载效率提升效率提高，每勾煤炭装载时间可节约10%，有效提升了主井的提勾产量，增加经济效益明显。(2)提升重量统计十分准确，作为煤炭的定量指标，可提前制定合理地销售策略。(3)无人化操作，降低人力资源成本。6.2.2展望本系统由于采用了可编程控制器，可以很方便的实现井上井下的通讯联络。在这里，井底控制装置可视作现场的控制站，实际控制着装载系统的运行及各种提升信号的管理；井口车房的可编程装置可作为监控级的一部分，主要用于提升控制系统的数据采集、存贮、显示和打印。它可以通过通讯网络与管理级计算机联系起来，使得管理级能够通过网络及时掌握煤炭生产情况。定重测量装置作为主井提升系统的主要组成部分，可无缝连接入原有设备系统中，不仅能够有效降低提升机的故障率，节约提升时间创造可观的经济效益，还可以降低电力消耗，提高煤矿提升的自动化程度，确保主提升系统的安全可靠，利用故障自检测等手段，动态实时显示等技术，主煤流系统运行效率与可靠性大幅提高。本设计属于矿山生产自动化流程底层的子系统。若是仅仅对煤炭生产的装载及提升过程进行控制，成为生产流程中的“信息孤岛”，其作用必将大大降低。若采用成熟技术，通过现有的煤矿全矿井环网，该装置与其它设备之间以及更高控制管理层网络之间的时时通信，形成分布式控制系统，其效能必将大大增加。这也是煤炭定重测量的进一步发展方向。山东科技大学工程硕士学位论文致谢致谢在本论文完成之际.首先向我的导师刘传玺、刘瑞国教授表示深深的谢意，作为我的导师，他严谨求实的治学态度和对科学研究、教育事业默默奉献的高尚品德都将永远铭记在我的心中。攻读工程硕士学位期间，从论文的选题到技术路线的确定、方案的实施到论文的撰写，都倾注了两位老师大量的心血。在此.向他表示衷心的感谢和诚挚的敬意。本论文的完成也离不开其他各位老师、同学和朋友的关心与帮助。在此要感谢李洪刚矿长在论文开题、初稿、设计、现场实际调查期间所提出的宝贵意见，感谢以李矿长为首的工程技术人员提供的数据和建议，还要感谢同门的师兄师妹们，在科研过程中给我以许多鼓励和帮助。回想整个论文的写作过程，虽有不易，却让我除却浮躁，经历了思考和启示，也更加深切地体会了学习的精髓和意义，因此倍感珍惜。自动化专业的钱琳琳、刘正中同学在我论文的准备过程中给予了热心的指导和无私的帮助.在此也向他们表示深深的谢意。感谢学院各位老师的辛勤培养和教诲。最后，感谢各位老师在百忙中对本文的审阅。山东科技大学工程硕士学位论文参考文献参考文献[1]付家才.电气工程实践教程[M],化学工业出版社,2009.14-27.[2]晋民杰.矿井提升机械[M],西北工业大学出版社,2011,22-56.[3]向晓汉.三菱FX系列PLC完全精通教程[M],化学工业出版社,2012.12-18.[4]林锦国.过程控制—系统、仪表、装置[M],东南大学出版社,2001.72.[5]秦曾煌.电工学[M],高等教育出版社,1999,33-39.[6]王式安.数理统计[M],北京理工大学出版社,1995,5-27.[7]崔景岳.矿山监控技术[M],煤炭工业出版社,1994,12-32.[8]苗运江,倪宏昭.用定重装载增加提升机的提升能力[J],煤矿自动化,2000,(3):22-24.[9]王民权,戚万全.定重装载自动控制系统的研制[J],计算机应用研究,1998,(7):15-17.[10]朱炳兴.变送器选用与维护[M],化学工业出版社,2001,57-150.[11]余祖俊.微机检测与控制应用系统设计[M],北方交通大学出版社,2001,15-32.[12]夏荣海,郝玉琛.矿井提升机械设备[M],中国矿业大学出版社,2004,88-101.[13]张燕美,李维坚.本质安全电路设计[M],煤炭工业出版社,1992,8-75.[14]GB386.4-12,爆炸性环境用防爆电气设备本质安全型电路和电气设备“i”国家标准[S].,2012,32-59.[15]AsafeAnalysisComputerprogramForEvaluationofcomplicatedElectricalcircuitsRepresentingIgnitonHazards[J],U.SPB-250.389-397.[16]Cruise,R.J.;Landy,C.F.;Linearsynchronousmotorpropelledhoistsforminingapplications.IndustryApplicationsConference,1996.Thirty-FirstIASAnnualMeeting,IAS96.,ConferenceRecordofthe1996IEEE,Volume:4,6-10Oct.1996.Pages:2514-2519vol.4.[17]汪淳,谢晓春.本安电路与非本安电路的隔离方式及要求[J],煤矿自动化,1998,(2):22-25.[18]张刚.较大电感或较大电容电路的本安保护设计[J],电气防爆,1999,(3)56-57.[19史大光,王宝仁.煤矿井下本安型串行通讯系统[J],煤矿机电,1998,(4):33-39.[20]苏玫,刘琴.浅析煤矿井下防爆电气设备的本安电路[J],煤矿机电,1998,(3):15-18[21]B.K.Boseedited,PowerElectronicsandVariableFrequencyDrive:TechnologyangApplications[M],IEEEPress,August1997,101-103.[22]Heyongyi.AControlSystemofMaterialHandlinginFMS[J],Journalofshanghaiuniversity.Vol.1.No.1.1997:24-28.[23]RenSheng-le.DevelopmentofPLC-basedTensionControlSystem[J].ChineseJournalofAeronautics202007,(6):266-271.[24][英]J.R贺尔.本质安全型设备及电路[M],煤炭工业出版社,1990,25-27.[25]张同庄.矿井交流提升机全数字交—交变频器低频拖动模糊控制系统的研究[D],中国矿业大学博士论文．2002,10-22.[26]卢燕著.矿井提升机电力拖动与控制[M],冶金工业出版社.2001,(7):57-59.[27]柳春生.矿井提升机制动系统的PLC控制[J],煤矿机电.2000,(6):62-64.[28]贾传圣.提升机运行速度的数字控制.煤矿机电[J],2002,(5):33-35.[29]王希俭.李龙来.电子电路技术实际应用[M],煤炭工业出版社,2001.[30]王树青,隋孟宝.主井提升系统的技术改造[J,煤矿机械,2001,(8):59-67.[31]戴克中.测量仪表的自检自诊断系统[J],武汉化工学院学报,2000,(2):78-89.[32]曹孝宁,陈小虎.微机电量变送器故障自诊断技术[J],电测仪表,1999,(3)[33]戴克中.自检自诊断系统简介[J],仪表技术,2000,(4):22-29.[34]刘国光.自诊断技术在智能化仪表中的应用[J],自动化与仪器仪表,2000,(6):40-42.[35]朱波,钟汉枢.UCOSDCS-先进的集散控制系统[J],小型微型计算机系统,1999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