毕业设计论文-基于PLC的煤矿单向猴车的设计-

基于PLC的煤矿单猴车的计物理与电工程学院电子信息工程业（学号（姓名）指导师：【要】为了缩矿上井路时，轻矿上井体消，且对建省分矿斜巷比窄索长在500米右最倾为15，地势境较以起运输便原，能用向极环行式而采单循环行式于本采PLC来控，具运安可、员下便随随、需待、次投低动消小操作单便维、作员和送率等点【键】猴PLC斜井单向行

1绪论.............………………

1.1课题背景及其意................…………………..21.2本课题在国内外的研究情.…………..21.3本设计的研究内................….…………………..22课题的提出及方案论证.………

2.1架空乘人装置结构组..............………..32.2系统的控制要求.………………..32.3控制系统的方案选择……………………..43猴车控制系统............…………………

53.1架空乘人装置电控系..................………………..53.2系统的基本结构.……………………..54硬件系统的设计............………………4.1的选型….......................….…………………4.2驱动装置的选型…………..64.2.1电机选.…..........….………..64.2.2制动的选择.…............…………4.2.3减速的选型………….124.3气体传感器的选………………….134.3.1一氧碳传感器的选型…………4.3.2甲烷感器的选型…………………...144.4FP1转换单……………164.5PLC电控制线…...............………………...184.6PLC控分配…...............……………5软件设计….………………….

5.1程序流程图……………245.2程序调试……..............……………255.2.1电机运行控制程序调….........................………………...…5.2.2显示序调试............................................................................................................296工程应用成果…..……...........…………………7结束语…….…............………………致谢………..….............………参考文献…..…….........…………

英文翻译.............................................................................................................................................36附录：程序梯形图1

1绪论1.1课题背景及其意义随着矿井的大型化发展和开采深度的增加何既能减少人员上下井的体力消耗能全舒适运送人员是大煤矿工作者一致力研究的一项工作车以其安全性而得到各矿务局的支持过去的罐笼车相比，它投资少，使用简单。地下矿用架空索（俗称猴车为山长距离安全快速地人员运输提供了经济适用的解决方案工作原理类似于地面旅游索道通过电动机传到减速机上的摩擦轮作为驱动装置架空无循环的钢丝绳作为牵引承载此钢丝靠尾轮张紧装置进行张紧和绳长调节途用托绳轮支撑以维持钢丝绳在托轮间的贴合力；抱索器将乘人抱索器与钢丝绳连接并循环运行，从而实现运送人员目的。其优势能长期运输，维护工作量较少。这种井下索道运输具有安全实用、运送能力大、动力消小，设备结构简单等优点，深受井下工人的欢迎，大大提高了井下辅助运输的效。地下矿用架空索道的最新发展方向呈现大运量速中控制定全等特点具有大运量、连续运输、连续变坡拐弯的特点，而且运行可靠，易于实现自动化和集中控制，经济效益十分显。地下矿用架空索道也是煤矿乘人装置最为理想的高效连续辅助运输设备是煤矿高产高效现代化大型矿井下用架空索道已成矿井辅助运输机电一体化技术与设备的关键设备着高产高效矿井的发展，矿用架空索道各项技术指标有了很大提。1.2本课题在国内外的研究情况矿用架空索道在国内一直被作为一个煤矿辅助运输机械装备矿架空索道在技术上已经基成熟品用很普遍于它只是生产过程中的辅助设备不需要很高的科技含量就能满足要求，国内厂家所生产的产品已经能够满足生产中的要求中绝大部分驱动方式为机械传动压驱动方式使用的不多，从2009年始才有部分厂家生产液压驱动方式的矿用架空索道，这是因为液压驱投资大、技术含量高、难以维修，而在全国范围内我国的液压传动技术水平较低占领高端产市场

。在国外架空乘人装置技术水平较高们采用比较先进的液压驱动技术统用悬挂式无极绳连续运转的工作方式用于各煤矿井下随时快运送人员力源采用全液压驱动输系统论是高速还是低速均可实现等加速启动以及电动机的无负荷启动其电力设备影响小行度节方便液驱动的功率控制准确、系统无过载运行需增加电动机备用功率而节能、运行特性软无冲击。驱动部件与泵站分开布置，而液压驱动所具备的高功率密度的特点，使得设备的动力部件积小、重量轻占空间小非适应煤矿井下的小断面巷道以及起重运输不便的场合布置、安装和维箱采用全封闭增压构造以及多道过滤元件和完善的保护装置了油的泄漏和故障率性稳定、工作可靠且寿命长于压减速机体积小且没有倾斜角度的限制动部安装时无倾角要求且需要挑顶，对巷道的适应行更强装施工量小、钢丝绳使用寿命长。液压驱动方式可以同时满足高速和低速两种形式的运行，高速运行时无需配备变频装。因此以PLC为主体构成的煤矿下的小断面巷道井地势环境比较差以及起重运输不便的场控制系统，尤其是对我们福建省部分煤矿来说，其具有广阔的应用前景和明显的经济效益。1.3本设计的研究内容本次研究的主要内容是基于PLC控一台驱动电机运行的煤矿运人猴车控制系统制系统主由PLC、显示器、气体传感器等成。本次研究的目标是对煤矿安全性和猴车的使用性给予提升，减少工人上下班的时间使统的稳性和节能效果进一步提高障报警及故障排除及时迅速根据统要求，设计出满足要求的猴车控制系统，对架空乘人装置、气体传感器进行选型和计算，解实际使用中容易出现的问题，根据系统要求设计出能满足控制要求的控制电路、流程图以及控制序。2

2课题2.1架空乘人装置结构组成架空乘人装置主要由驱动部分、乘人部分、托绳部分、尾轮部分、张紧部分及电控系统组成（下图2-1）本文主要是针对猴车控系统的设计。图2-1斜架空乘人装置的组成图2.2系统的控制要求减少矿井工作人员上下班时间是该控制系统的第一个目的实用和安全是本设计的另外一个目的。（1）猴车作为一个煤矿辅运输机械装备，在国内绝大部分驱动方式为机械传动，液压驱方式使用的不多并且主要应用在巷比较空旷的场合在国外大多采用比较先进的液压驱动技术且非常适应煤矿井下的小断面巷道以及起重运输不便的场合。而本系统能解决国内现在存在的这不足，减少工人的上下班时间，为企业带来一定的经济利益，具有一定的实用性。）证工人的生命和财产安全是企业能够正常生产的基本保证在矿井中最常见的就是瓦斯爆炸斯最主要的成就是一氧化碳和甲烷，当他们的浓度超过最高浓度分别为0.0024%、4%时就易引起瓦斯爆炸。系统控制要求实现的功能如下：（1）猴车控制系统启动要求在井上和井下分别设有操作台当在井上有人需上车时上操作人员按下正转启动按钮动松闸系发出3声预信号用提示乘客猴车即将启动意安全另一个作用是作为与井下操作台上的工作人员之间的一种通信信号：告知矿井下的操作人员此时井上有人上车，若井下有人上车，此时必须等待只所有上车的都到达井下时可上车同理若是在井下的操作人员按下反转动按钮，则若井上有人需上车时，此时必须等待，只到所有上车的人都到达井上时，方可上车。第3声预警时，猴车启动开始运行，秒后放MP3。如果在井上（井下）所有矿工都已上车并在不载的情况下时，控制台操作人员调节减速机调速开关，使电机加速运转，达到节能、减少乘坐时间目的；若有乘车者下车，调节减速机调速开关，使电机减速运转。若过载，则重锤上升到达上限限定度，触动钢丝绳张紧保护开关动作，架空乘人索道自动停车。（2）系统停车正常停车：转换开关置于停止位置，设备进入停机状态，任何设备不能启动。（3）完善的系统保护、报警功。①全程紧急停车保护：在架空乘人装置的沿线装有紧急停车拉线开关间隔8米1个，并由钢丝连接起来当道内有紧急情况沿线的任意一个地方拉动该钢丝绳相应的急停拉线开关给控制系统一个急停信号，架空乘人装置将自动停止运行，同时显示窗将显示触动此开关的相应位。②乘人吊椅摇摆保护隔80m安装一个此开关是用于防止吊椅过摆而设置的保护装置吊过摆到一定高度时，车触动此开关动作，候车自动停车。同时显示窗将显示触动此开关的相应置。③煤矿安全报警系统：当矿井内的一氧化碳）甲烷）的气体浓度高于安全标准浓度时，由CO传器和传器给控系统一个井内有毒气体超标的信号，使电机反转，使猴车返回矿地面并发出警报。3

④越位保护机头、机尾越位保：机头和机尾分别有越位行程开关，当矿工乘坐吊椅上井或下井进入机头或机尾的禁止部位点时越位保护装置给控制系统一个越位的信号统动停机并发故障报警声，同时显示窗口显示相应的故障。⑤制动器动作保护：制动器与电机在电气上为互锁保护，主电机启动前器前3秒闸，处于非制动状态。如制动器未能松闸，主电机不能启动，从而达到保护主电机的目的。⑥电机的过载、短路保护：控制电路中接有熔断器和热继电器，分别用于电路短路和过载保护2.3控制系统的方案选择架空乘人装置按驱动方式可分为机械传动和液压驱动两种驱动方式，其主要控制方式有：（1）纯继电器控制方式这是猴车电控过去常用的一种控制方式种控制方式存在很多的缺点保开关增多时线路变得很复杂，而且不便于接线，设计困难，维修困难，安全性差，触点多，也不能显示各种保护（2）PLC电路控制方式该控制方式能够实现对电机的加速和减速控制，达到减少乘坐人员的乘坐时间和上下车安全的的体感器的任务是检测矿内有毒气体的浓度过气体传感器反馈信号给控制电路一个气浓度偏高的信号，输出给电机一个反转的控制信号。对于这种控制方式，随着电路中的保护开关增加，使电路的安全性和准确性都能得到提高会给电路接线带来困难这控制方式具有可靠性高、程序简单、设备便于维护和维修，电路连接方便，一次性投资小等优点。所以从以上两种控制方式看本计采用控制方式比得出PLC有明显的优越性本计用松下公司的FP1-C72系PLC相应的软件为FPWIN-GR和手持编程器来完成猴车控制系统的设计。4

3猴车3.1架空乘人装置电控系统架空乘人装置系统具有设备电气互锁，电机失压、短路、过载保护，张紧保护，沿途紧急停车锁等较为全面的安全保护功能具启动前预警信号，开车车按设定的程序控制等功能。具有数码显示功能，当设备发生故障时，给出相应的故障位置提示，极大方便了用户对设备的维护和维修3.2系统的基本结构猴车控制系统主要以为要制单元，控制操作台及语音箱作为操作及报警设备外开关，传感器构成保护系统。系统框架如图所示。系统各组成主要作用说明如下：（1）按钮开关：在煤矿上水平和下水平面各自都设有两个按钮开关，其中一个是停止按钮，外一个是在水平面为正转启按钮水平面为反转启动按钮主目标是实现在异地共控制同一台电机的运行和停止。（2）保护开关：本设计在索道途共安装12个护开关，其中6个作全程紧急停车保护开关另外6个作吊椅摇摆保护开关分别间隔80m安装一个；通过PLC控制系统将数据送往数码管示，以便工作人准确定位故障的位置，减少了故障的排查时间，便于维护和维修。（3感设通过在矿井装传感和CH4感器并连接控回路浓超标时传感器就给控制系统一个井内气体偏高的信号并发出警报，使电机反转，即使猴车返回上水平。（4）减速机：通过减速机上的速开关，将马达的回转数减速到所要的回转数，以达到调节猴运行速度的目的。减速机各种按钮

钢丝主电机

绳L传感器

制动器C语音箱保护开关数码管显示器图3-1猴车电控系统组成框架5

4硬件4.1PLC的选型（1）PLC简介PLC即可编程控制器ProgrammableController，指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。在1987年国际电工委员会InternationalElectricalCommittee）颁布的PLC准草案中对做了如下定义：PLC英文全称ProgrammableLogicController

,中文全称为可编程逻辑控制器，定义:一种数字运算操作的电子系统为在工业环境应用而设计的它采用一类可编程的存储器用于内部存储程序，执行逻辑运,顺控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入输控制各种类型的机械或生产过.是可编程逻辑电路是种和硬件结合很紧密语言，在半导体方面有很重要的应用，可以说有半导体的地方就有PLC。具以下特点：可靠高，抗干扰能力强；2.通用性强，控制程序可变，使用方便3.功能强，适应面广；4.编程简单，容掌握；5.减了控制系统的设计及工的工作量体积小、重量轻、功耗低、维护方。PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置采可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程及有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。PLC是以微处理器为核心，综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术而发展起来的一种新型通用的自动控制装置，具有结构简单、性能优越、可靠性高、灵活通用、易于编程、使用方便优点，近年来在工业自动控制、机电一体化、改造传统产业等方面得到了广泛应用。发展方向：·品规模向两极分化；·理模拟量；·求高可靠性；·讯接口和智能模块；系操作站配高辨率的监视器；追软、硬件标化。（2）PLC的选型在控制系统方案中共有开关量输入点23关量输出点26个故采用松下公司的FP1-C72系列可编程逻辑控制器，系列C72编程逻辑控制器共有40个输点和32个出点，共72I/O点，输入寄存器为X0—X27输出存器为Y0—Y1F有内置时钟。系器价格较低，能优良，程序容量较大、运行速度快、可在线编程等优点。4.2驱动装置的选型4.2.1电机的选择（1）计算说明已知参数：巷道斜长：巷坡度：驱轮直径：D=1000mm。钢丝绳的运行速度：V=0.8m/s。主要参数的确定①预选钢丝绳：6X19-￠20（

q

=1.47㎏／）6

②设椅间距为：＝２ｍ。1③托轮间距：

2

=8m。④驱动轮绳槽与牵引钢丝绳间的摩擦系数：μ=0.2。⑤牵引绳在驱动轮上的围包角：α=180°。（2）牵引钢丝绳张力的计图4-1架空乘人装置力学模型最小点张力的计算：

min

C*q*g0

（4-1）式中：

min

——最小张力点的张力，N；C——钢丝绳的绕度系数，取C=1000

0

——预选牵引钢丝绳的每米质量1.47㎏；g——重力加速度，g=9.8m/s；

min

*q*g0

。各点张力的计算：①当下放侧无人而上升侧满员是：（动力运行状态）线路运行阻力：W4

Q)/012

]*(1

*cos

L*g

=12210.14N

（4-2）W2

q0

]*(1

*cos

sin

L*

=-3192.06N

（4-3）各点张力：=S3

min

=14406N

=1.01S4

min

=14550.06N=+14

=26760.2N

=-23

=17598.06N

（4-4）式中：

0

——每米钢丝绳的质量1.47㎏m1

——每人人体重量取Q=75㎏；17

2

——每把吊椅重量取Q=15㎏2ω——牵引钢丝绳运行阻力系数，动力运行时，取=0.02制动运行时，取ω；L——矿井斜长。②当下放侧满员而上升侧无人时：（制动运行状态）线路运行阻力：W4

0

]*(1

*cos

)**

=3702.52N（4-5W2

)02

]*(1

L*g

=-10526.76N（4-6各点张力：=3

min

=14406N

=1.01S4

min

=14550.06N=+14

=18252.58N

=-23

=24932.76N（3）电动机功率的计算与选择图4-2传方案①选择电动机选择电动机类型选用Y型型三相异步电动机。②选择电动机的容量由电动机至钢丝绳的传动总功率为：*(1

3

5

*(

)4

2

**5

6

（4-7）式中，

1

是联轴器1传的效率，

2

是锥齿传动的效率，

3

轴承传动的效率，

4

是齿轮传动的效率，

5

是联轴器2传动效率，驱动轮传递的效率。其大小分别为，=0.95，=0.9862=0.97，=0.99，=0.9646则

*(1

*(3

)**45

6

=0.76电动机输出的功率：动力运行时：

P*()*b2

=23.17KW（4-88

制动运行时：

'

*()*21

/1000*

=16.90KW（4-9式中

b

——电动机功率备用系数，一般取

b

=1.6取=2.08所以选取电动机功率为：30KW③确定电动机的转速：n(60*1000*)N

*

=（60X1000X0.8（X1000）=15.29r/min（4-10）初选圆锥齿轮的传动比

i1

=2~3单级圆柱齿轮传动比i’=3~5二级齿轮动比

i2

=9~25,故电动机转速的可选范围为n=(i…i)Xn=(18~75)X15.29r/min=(275.22~1146.75)r/mind综合考虑选择电动机型号为笼型三相异步电动机。表4-1Y200L-6型电机的主要性额定功率（）

满载转

速

效率（）

功率因数

电流（）（r/min）30975

89.5

0.85

58.6（4）电动机启动方式选择电机的启动方式主要有：全压直接启动、自耦减压起动Y-Δ起动、软起动器、变器。①全压直接启动点操纵控方便护单且比较经济要于小功率电动机的起动，从节约电能的角度考虑，大于11kw的动机不宜用此方法。②自耦减压启动利用自耦变压器的多抽头减压能适应不同负载起动的需要能得到更大的起动转矩是种经常被用来起较大容量电动机的减压起动方式的大优点是起动转矩较其绕组抽头在80%处时，起动转可达直接起动时的64%③Y-起：适用于无载或者轻载起的场合。并且同任何别的减压起动器相比较，其结构最简单，价格也最便宜。④软起动器是用了可控硅移相调压原理来实现电动机的调压起动要于电动机的起动控制，起动效果好但成本较高。因使用了可控硅元件硅作时谐波干扰较大对网有一定的影响另电网的波动也会影响可控硅元件的导通别同一电网中有多台可控硅设备时此控硅元件的故障率较高，因为涉及到电力电子技术，因此对维护技术人员的要求也较高。⑤变频器变器是现代电动机制领域技术含量最高制功能最全控制效果最好的电机控制装置，它通过改变电网的频率来调节电动机的转速和转矩涉及到电力电子技术，微机技术此成本高，对维护技术人员的要求也高，因此主要用在需要调速并且对速度控制要求高的领。根据上述情况本文选择自耦减压启动方式种启动方式主要用于较大容量的电动机减启动电流对电网的影响。其优点是：启动时对电网的电流冲击小，功耗损耗小。如所，当按下正转（反转）启动按钮（SB1），接触器KM1、KM2与时间继电器KT的线同时得电，、KM2的触点闭合，电动机定子绕组经自耦变压器接至电源减压启动。当时间继电器T延时时间到，一方面其常闭延时触点打开KM1线失电KM1、KM2主触点断开，将自耦变压器切除；同时的常触点闭合，接触器线圈KM3（KM4）电，KM3（KM4主触点闭合，电机投入正常运转。9

图4-3主电路图4.2.2制动器的选择（1制器的选型原则①考输送机的工作重要性当送机工作场所十分重要时，如主运输输送机，应重点考虑可靠性配置，才采用液粘制动加盘闸制动器，实现双保险。②考虑输送机（度短、运量小）制动力矩大小，制动力矩小，相应动载冲击小，可选用普通推杆制动器；否则，选用可控制动器，如液粘制动器或可控盘闸制动器。③输机带速，当输送机带速高时，应选用可控制动器，或者选用液力或液压制动器先实现降速度降低以后加制动闸进行定车制动考虑输送长度运量动载荷大小动载荷较大时必须采用可控制动器要求制动精度高时选液粘制器，否则选用可控制盘闸制动器。⑤考输送机经济性，性能要求越好，投资价格越高。一般情况选可控盘闸制动器，既可实现可控制动，又能实现定车，且结构简单，相应投资也较小。制动器的选型：制动器选用电力液压块式制动器性安全可靠制动平稳，动作频率高要动较点设有自润滑轴承，传动效力高，寿命长，在使用过程中无需润滑，广泛用于起重、冶金、矿山、港口、头、建筑机械等机械驱动装置的减速或停车制动推动器为隔爆型并有防爆证和煤安证动闸块选用在制动时不会引起爆炸和燃烧的材料制成，其材料性能符合MT113的规、参数如下：电力液压块式制动器型号：BYWZ3B160/25防爆电液推动器：YT1-25ZB/4制动力矩：180N.m下图4-3为YWZ3系列电力液压式制动器外形图。其正常工作条件：环境温度40℃～+50℃；一般用于三相交流电源、380V；电机安装地点海拔高度符合GB755-87标；安装形式一般适合推动器垂直工作，倾斜度不超±15。10

图4-4YWZ3系列电力液压块式制动器外形图（2）工作原理当推动器通电时电动机带动转及转轴上的叶轮旋转活塞内产生压力固定在活塞的推杆迅速上升，推动连接杠杆压缩主弹簧使制动瓦张开，机构得以运动器电时主簧的力制动瓦压紧于机构的制动轮上使机构停止运动。4.2.3减速机的选型（1）减速机是一种动力传达机，利用齿轮的速度转换器，将马达的回转数减速到所要的回转数，并得到较大转矩的机构。其作用是1降速同时提高输出扭矩，扭矩输出比例按电机输出乘减速，但要注意不能超出减速机额定扭矩。2、减速同时降低了负载的惯量，惯量的减少为减速比的平方般的减速机有斜齿轮减速(包平行轴斜齿轮减速机轮减速机锥轮减速机等)行齿减速机、摆线针轮减速机、蜗轮蜗杆减速机、行星摩擦式机械无级变速机等等。根据本设计的要求，采用MB系的无级变速机，实现对猴车运行速度的控制。其基本结构如下图4-5所示11

图4-5MB系无级变速机基本结构图（2）工作变速原理带锥度的主动轮12）和压盘13）被一组蝶形弹簧14）压紧，输入轴15）和主动轮用平键接，组成压紧主动装置。一组带锥度的行星摩擦轮10内侧被夹在主动传输线和压盘之间，外侧夹在带锥度的固定环11）和调速凸轮9）之间组成福摩擦。当压紧的主动轮装置运转时，行星擦轮就作纯滚动由固定环和调凸轮不动此行星轮在自转的同时也做公转过行星摩擦的中心轴及滑块轴承5）而带动行星架2）转动。在转动手轮改变角向位置的同时，调速凸轮的端而曲线经平面轴承）和固定平面凸轮）面曲线作用使速凸轮产生轴向动而匀速地改变调速凸轮的固定环之间的间隙行摩轮产生径向移动从匀速地改变了行星轮与主动轮盘及固定环、调整凸轮摩擦处的工作半径，稳定地实现了无级变速。（3）性能特点①高强度：在加冲击负载或机器逆转时，本机性能可靠，能精确传动，无后座力。②变速范围大：变速比均为，输出转速可在1:451:7.25之任意变化。③调速精度高：调速精度为1—0.5。④性能稳定机的传动部件都过特殊的热处理密工摩擦部位滑好行平稳声低，寿命长。⑤同轴结构：输入轴、输出轴同向旋转，体积小，重量轻。⑥组合能力强：本机可与各种类型减速机组合，实现低转速、大扭矩的变速效果。⑦在允许负载的情况下，调定的转速恒定。⑧全机密封，可适用于潮湿、多尘、有轻度腐蚀性的工作环境。12

[13]⑨技术参数：[13]功率0.18KW～7.5KW转矩1.5N·m～2062N·m⑩变速范围：a.基型：b.变机带一级齿轮减速（）c.变机带二级齿轮减速（i=7.1-25d.变机带三级齿轮减速（i=42-100（4）调速方式主要有：1、手轮调速：分快慢轮、指针手轮调速2配直角器调速3、电动调速。快慢手轮调速直接看不出转速针轮调速指针上显示的速度与实际输出轴转速有转偏本文采用指针手轮调速，这种调速比较方便，便于控制。4.3气体传感器的选型4.3.1一氧化碳传感器的选型煤矿中CO气体最高浓度为0.0024%当CO传感检测到其浓度不低于这个值时，传感器就输出一个模拟信号，通过A/D转换单元其转换为数字信号，再经控猴车系统。本文选用KGA3型氧化碳传感。KGA3型煤用电化学式一氧化碳传感器（以下简称传感器）是矿用连续检测矿井下一氧化碳浓的高精度仪表传感器能够实时测量并且显示矿井下的一氧化碳浓度且根据浓度值的大小产声光报警信号，并且输出与一氧化碳浓度相对应的模拟信号。传感器能在具有瓦斯、煤尘爆炸的井内，对煤层自燃发火设备胶事故等多种因数可能引发火灾和爆炸事故进行早期的预测和预报。下图4-6为KGA3型一氧化碳传器外形图。(2)主技术参数：项目测量范围（CH4）

图4-6型氧化碳传感器外形图表4-2KGA3技参数表技术指标（0~1000）X10-6基本误差（CH4）响应时间

0~50±4X10-6≦35S

50~200200~10004±5%测量值X10-64±5%测值X10-6续表4-2报警方式

间歇式声光交替13

[13]断电点[13]报警方式防爆型式输出信号工作电压工作电流外形尺寸通气流量

连续可调，断续声，光报警ExibdⅠ频率200-1000Hz,0-200Hz,5-15Hz流1-5MA,4-20MADC（9~24V）≦80mADC18V280×180×68mm200mL/min（1）输入输出特性一氧化碳传感器其电流输出大小与气体的浓度线性关系，其特性曲线如下图4-7所示图传器电流输出与输入的关系曲线4.3.2甲烷传感器的选型煤矿中CH4气体最高浓度为4%，CO传感检测到其浓度不低于这个值时，传感器就输出一个模拟信号，通过A/D转单元将其转换为数字信号，再经控制猴车系统。本文选用GJG10H型能红外甲烷传感器。（1）产品介绍主要用于监测煤矿井下环境气体中的瓦斯浓度用国际最（NDIR非散红外探测技术研制而成的新一代测量仪表煤预瓦斯突出和瓦斯爆炸的更新换代产品以现井下瓦斯浓度实时测量就地显示和超限声光报警等功能能够连续自动地将井下瓦斯浓度转换成标准电信号输送关联设备。检测元件由国外原装进口，采用高稳定放大处理电路，保证了仪器的性能稳定和测量确性。在检测原理上使用的是完全不同于传统催化原理的红外线检测技术，克服了催化原理传感器标周期短、容易中毒等现象，具有测量准确、反应速度快、标定周期长、不受其它气体影响、测量范宽、功耗低、使用寿命长等特点。在工作过程中由于采用光学测量并不消耗甲烷功器件，所以不存在受高瓦斯冲击损坏的现（据要量程可任意扩展，量不受风速影响能定调校周期最低一个月，响应时间也远远快于催化原理传感器。仪器软件上采用智能化设计维和调校大大约仪器的使用与维护费用。（2）其主要技术指标如下表4-3所示表4-3GJG10H型智能红外甲烷传感器主要技术指标项目测量范围分辨率测量精度

技术指标0～10.0%CH40.01％CH4续表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%真值元件检测反应速度报警方式报警点范围断电点范围采样方式整机工作电压传输距离输出信号防爆型式

(相误差≤20s间歇式声光报警≥声)，能见度＞光)0.5～2.50％续可调0.5～2.00％续可调限制扩散式9～24VDC3km(供电18VDC使用截铜芯电)200、1DC（均线对应0.00～1.00%CH4）ExibⅠ矿用本安型（3）下图4-8分为型能红外甲烷传感器的各部件示意图和接线示意图。图4-8GJG10H型能外甲烷传感器的各部件示意图1、断电器信号输出2、电源正3地线、信号输出图4-9GJG10H型能外甲烷传感器接线示意图（4）输入输出特性甲烷传感器其电流输出大小与气体的浓度线性关系，其特性曲线如下图4所。15

[1[1图4-10甲传感器电流输出与输入的关系曲线4.4FP1A/D转换单元（1）A/D转换元的主要作用把传感器检测到的电压或电流信(模拟量转成PLC能够识别的等效数字量，这些数字量经过PLC理后控制系统运行状态FP1A/D转单元的技术参数如下4-4所示。表4-4FP1转换单元技术参数项目模拟输入点数模拟输入范围分辨率总精度响应时间输入阻抗绝对输入范围数字输出范围绝缘方式连接方式

说明4通/单元（CH0-CH3）电压电流1/1000满量程的±1%2.5ms/通道电压电流电压电流（H0~H03E8）光耦合：端子与内部电路之间无绝缘：通道间端子板（螺）

和0-10V0~20mA不小于兆和0~10V范围内）250欧姆（）（0~5V）+30mA(0~20mA)A/D转换单元的输入输出特性如图所示。16

图4-11A/D转单元的输入输出性曲线（2）占用通道及编程方法A/D转单元有4个拟入通道，占用的输入端子分别为：：WX9（X90~X9F）CH1（X100~X10F）CH2（X110~X11F）CH3（X120~X12F）PLC每个扫描周期对各通道采样一次，并进行模数转换，转换的结果分别存放在各自的输入通道（WX9~WX12F）。A/D转换的编程可用指令F0实，如F0MV】.行这一指令后CHO输入模拟信号经A/D转换变成数字信号后送入WX9并由F0指令出保存到中（3）A/D转换单元的面板布置接线方法①图4-12是A/D转换元的面布置图A/D单的每个通道有4个线端：、I、C和。外，还有一对电压范围选择端子RANGE。其中V是电压输入端I是电输入端C是共端，是屏蔽接地端。左端扩展插座用于连接FP1控制单元或者扩展单元，右端插座用于连接D/A转换单或I/OLINK单元②A/D转单元的接线方法：电压输入方式的接线图如图4-13所示信号有端输入屏外壳接FG端当电压范围择端子RANGE间开路时，输入模电压范围为0~5V短路是，输入模拟电压范围为0~10V。电流输入方式的接线如图所示。信号有I和C两端入，将电压输入V和流输入I端连接在一起，屏蔽外壳接FG端。时，需要将当电压范围选择端子RANGE开。17

图4-12A/D单元面板布置图图4-13电输入接线方式图4-14电输入接线方式（4）模拟量与数字量之间的转气体传感器输出的电解电流和气体浓度之间的关系如下式表示：In*F*A**)

（4-11）式中，—解电流；

n

—每1mol气产生的电子数；F法拉第常数—气体扩散面积D—扩散系数；C—电解质溶液中电解的气浓度；扩散层的厚度。在同一传感器中，

n

、F、D及是定的所以电解电流与气体浓度正比以在本设计中选择一氧化碳传感器和甲烷传感器输出信为电流信号，测量范围分别为4~20mA.和1~5mA根据公式），由煤矿中一氧化碳和甲烷气体的高浓度分别为0.0024%、4%，则一氧碳浓度为0.0024%应的输出模拟电流为I=[2.4X(20-4)/1000+4]mA=4.384mA,对应的PLCA/D转单输出数值为K=1000/20X4.384甲烷浓度为4%对应的输出拟电流为I=[4/10X4+1]mA=2.6mA,对PLC的A/D转换单元输出数值为1000/20X2.6=130。此当检测到一氧化碳浓度转换为数字量不小于时或者甲烷浓度转化为数字量不小于130是控系统一个停机的信号。4.5PLC电气控制线路（1）数码管显示接线图，如下4-15）所示。18

图4-15数管显示接线图（2）本文中数码管显示的位置与上水平面为参照起始点。七段数码管显示数据与输入关系如表4-5、4-6所示表4-5输位选择开关与输出数的关系输入

输出X7）X8）X9(X12)

XA(X13)

XB(X14)

XC(X15)1XXXXX

X1XXXX

XX1XXX

XXX1XX

XXXX1X

XXXXX1

123456表4-6数管各位与输出数值的系输入

输出a011011

b111100

c101111

d011011

e010001

f000111

g011111

123456注（‘1’表示高电平，‘0’示低电平，‘X’表示任意状态）（）PLC外接线图PLC外围接线图如下图4-16和4-17示。19

图4-16PLC外接线图20

（注：传感选择通道，烷传感器选择通道，输入方式都为电流输入）图4-17传器与A/D转单元接线图4.6PLC控制I/O分配PLC硬件配置确定后，应对I/O点行分配，确定外部输入输出元件与PLC的I/O点的连接关系完成I/O点地址定义表。表4-7、表4-8为控制系统的输入输出信号的名称、代码。表4-7输入信号分配表输入接口输入信号X0X1X2X3X4X5X6X7X8X9XAXBXCXDXEX10X11X12X13X14

代码SB0SB1Q1SB2SQ1SQ2SQ3Q2Q3Q4Q5Q6Q7Q14Q15Q8Q9Q10Q11Q12

名称正转启动按钮反转启动按钮速度调节开关停止按钮机头越位行程开关机尾越位行程开关重锤上限限位开关全程紧急停车保护开关CO传器模拟信号CH4传感器模拟信号过摆保护开关21

续表4-7X15X16X17

Q13Q14Q15

CO传器信号清零开关CH4传感器信号清零开关输出信号Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7Y8Y9YAYB

表4-8输信号分配表输出接口代码KM1KM2KM3KM4ABCDEFGH

名称自耦减压启动接触器1自耦减压启动接触器2电机正转接触器电机反转接触器制动器松闸报警蜂鸣器MP3播放器减速机速度显示电机运行机头越位显示机尾越位显示减速机运行Y10Y11Y12Y13Y14Y15Y16Y17Y18Y19Y1AY1BY1CY1D

abcdefgabcdefg

紧急停车开关触动位置数码管显示过摆保护开关触动位置数码管显示在程序中也用到一些内部继电器、数据存储器、时间继电器。如下表4-9所。表4-9程中使用到机内的器件及功能器件

功能

器件地址

功能地址T0T4

预警时间定时器电机启动时间定时器

RARB

过摆保护开关位置显示数码管显示信号T2MP3开播放时间定时器

RCT3

制动器报闸时间定时器

RD22

R0R1

续表4-9紧急停车保护信号过摆保护停车信号

RERFR2CO浓度偏高停车信号R3CH4浓偏高停车信号

DT0

COA/D转换数值存储区R4R5

紧急停车保护开关位置显示数码管显示信号

DT1

CH4A/D转数值存储区R6R7R8R923

5软件5.1控制系统程序流程图该系统的运行过程和程序流程图如图5-1所示。24

图5-1程序流程图5.2程序调试因实验室采用FP1—C40系列PLC器件进行调试，因此需将本文程序调试分为两部分：一部分为电机运行控制程序调试，另外一部分为显示程序调试。25

5.2.1电机运行控制程序调试如图5-2所接好电路图，按PLC试程序的一般步骤进行程序调试。当按下正转启动按钮时（此时再按下反转按钮X1时效通（即制动器松闸）并且定时器T0开始时3S，同时Y5闪烁3下（报警装置预警3声3S时到达之后Y5断开、Y1、Y2和YB接（主机减压启动定器T4定当2S定时间到之后Y0和Y1同断开Y8接（电机转正常运转时时器T2定5S；5S定时间到之后Y6通（即开始播放时下X2即减速机速度调节开关Y7接通达到调节猴车的运行速度。调试梯形图如图5-3所。正转情况下各种故障保护功能检测：（1）当按下X7—XC中任意一开关时，将给控制系统一个急停信号，Y2和Y8、YB同断（即架空乘人装置将自动停止运行器T3始定时2S之后Y4断（即制动器抱闸（2）按下—X15中任意一开关时Y2Y8、YB时断开（即架空乘人装置将自动停止运行时T3开始时2S，2S后Y4开（即制动器抱闸（3）当按下开关X4或者时Y2和Y8、YB同时开，并且Y5开闪烁（即报警接通或者YA接（即显示相应的故障器T3开定时2S，2S之后Y4断（即制动器抱闸（4）当每按下XD或XE时，应DT0者时DT1的数值就加1，当DT0的数不小于219或者DT1的数值不小于130，、Y4、Y6、YB和都通（即使电机反转），并且Y5开闪烁。当按下X16和X17时将DT0和中的数值清零。（5）正常停车：若按下停止按X3时，Y4推2Ｓ断开，其余输出都立即断开。反转情况与正转情况类似，反转输出为Y3图5-2调接线图26

27

28

（注：在实际过程中CO传感和CH4传器输入信号是通过指令F0MV,WX9,DTO】和【MV，WX10，DT1】进行传送的，再通F60级指令进行数值比较图5-3调主程序梯形图29

5.2.2显示程序调试当开关X8接通时，输出Y9、YC、YF接通数码管显示数据值为2。如图5-4为部分显示程序梯形图．开关的位置是以煤矿上水平面作为起始参考点。同理，当X7接通时，输出、YB接即数码管显示数据值为1；当X9接时，输出Y9、YA、YB、YF接通即输出值为；当XA接时，输出YA、YB、YE、YF接通即输出值为；当XB接时，输出Y9、YB、YC、YF接通即输出值为；当XC接时，输出Y9、YB、YC、YF接即输出值为。过摆保护开关接通时显示类似。30

图5-4显程序梯形图通过以上的程序调试，从而可知程序设计是合理的，满足设计要求。31

6工程随着矿井的大型化发展和开采深度的增加车深受广大井下工人的欢迎爱以全性而得到各矿务局的支持。猴车的技术改进也是越来越快用范围越来越广当械特性在不断加强时候电方面的加强也是必不可以的猴电控集中管理控制能力大大提高管理效率加于管理同时增加的成本也不是很高。本设计针对我省部分煤矿实际情况和猴车控制系统的实际要求而设计的，在应用上得到良好的果众周知，猴车对于井下工作是非常重要的如煤矿索道比较长的情况下若人靠步行上井和下井则就需要花费一断比较长的时间。如果采用猴车运人，不仅减小了工人上下井的时间还可以为工人适当减少疲劳为场带来经济效益外在全线路上设有传感器等一些保护系统遇意外情况，系统紧急停车，使整个系统断电，制动器同时抱闸制动，使系统更加安全