畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-提升機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì).doc

I提升機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)摘要礦井提升機(jī)是重要的礦山設(shè)備之一，它肩負(fù)著井上，井下聯(lián)系的重要任務(wù)在整個(gè)礦井中占有非常重要的地位。由此可見，解決提升機(jī)行程、速度監(jiān)視問題，是防止提升機(jī)嚴(yán)重事故的關(guān)鍵。但目前，國(guó)內(nèi)礦山大多采用機(jī)械式裝置監(jiān)測(cè)提升機(jī)的提升速度和行程，但此類設(shè)備精度不高，可靠性差，維護(hù)量大，這些都與煤礦的安全形勢(shì)和采礦業(yè)的發(fā)展不相適應(yīng)。因此，研制高精度的礦井提升機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)是迫在眉睫的課題。本文從煤礦工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況出發(fā)，通過對(duì)礦井提升系統(tǒng)和礦井提升機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)功能的綜合分析，提出了完整的設(shè)計(jì)方案。在硬件與軟件的設(shè)計(jì)上均采用了模塊化結(jié)構(gòu)，在硬件設(shè)計(jì)上系統(tǒng)采用了微控制器80C51作為主處理器，由信號(hào)輸入與處理模塊、CPU處理模塊、按鍵顯示模塊、串行通訊模塊和電源模塊構(gòu)成；軟件采用單片機(jī)匯編語言編制，由主程序和若干個(gè)子程序構(gòu)成。設(shè)計(jì)中充分考慮到監(jiān)控系統(tǒng)惡劣的使用環(huán)境，使整機(jī)性能穩(wěn)定。系統(tǒng)對(duì)各個(gè)傳感器產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行采樣，由主處理器進(jìn)行計(jì)算、判斷，結(jié)果送入顯示。當(dāng)提升過程中出現(xiàn)超速等故障時(shí)，實(shí)現(xiàn)安全制動(dòng)。本文設(shè)計(jì)的礦井提升機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)能基本滿足礦山生產(chǎn)的需要，達(dá)到了預(yù)想的效果，今后的任務(wù)是要在此基礎(chǔ)上對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行完善。關(guān)鍵詞：提升機(jī)狀態(tài)監(jiān)控速度保護(hù)IIDESINGOFMONITORINGSYSTEMOFMINEHOISTAbstractBasedonthecoalindustrysituation，passingthecomprehensiveanalysistothefunctionoftheminehoistmonitoringsystem.Itshowsthatrouteandspeedmonitoringisthekeytopreventingseriousaccidents.Atpresent，however，mostofthedomesticmoistusemechanicaldevicetoshowthecontainerpositionandvelocity，buttheaccuracyofsuchequipmentisnothigh，accidentsbecauseofthebadreliabilityoccurredfromtimetotime，allofthesedoesnotfitthedevelopmentandsafetyrequirementoftheminingindustry.Therefore，thedevelopmentofpreciseminehoistmonitoringsystemisanurgentissue.Theminehoistisoneoftheimportantminingequipments，ittaketheresponsibilitytocontactthegroundandthebottomofthemine.Theminehoistsystemhascomplexstructure、largeinertialmass、highspeed，andtheworkconditionusuallyconvertsalternately，soitishardtocontrolit.Theminehoisthavesomeprotectionmeasure，soastopromotesthereliabilityofthemachine，peoplehavemademanyimprovementsinmachine，electronics，maintenance，management，etc.Butthebadenvironmentconditionincludingdust，waterandwhereaboutsweightshitresultinthedamageofvariousmachinesparepartsandtheelectricitycomponent，andthemistakesoftheoperationandresearchlimitationoftravelmonitoringsystem，maketheexistingprotectioncantmeetexpectation，thatiswhytheaccidentoftheminehoistsystemhaveoccurredfromtimetotime.Oncethehoistrouteoutofcontrol，notinaccordancewithagivenvelocitycurves，itwillresultinoverspeedandoverwindaccident，maycausedamagetotheminesnormalproduction，evenmakeropefellcontinuouslyanddodamagetocontainerscrashesandmechanicalandelectricalequipment，causingheavycasualtiesandequipmentaccidents.Thishascausedgreateconomiclossestocoalproduction.Thedesignoftheminehoistmonitoringsystemcanmeetthebasicneedsofmineproduction.Thisstudyingexperiencewillbethebasisforimprovingthesystem，addadditionalmonitoringfunctions.IIIKeywords：minehoist；statemonitoring；speedprotection；目錄摘要.IAbstract.II1緒論.11.1選題背景及意義.11.2國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r.21.3課題主要內(nèi)容.32提升機(jī)系統(tǒng)介紹.42.1提升機(jī)系統(tǒng)組成.42.2提升機(jī)的構(gòu)成.42.2.1工作機(jī)構(gòu).42.2.2制動(dòng)系統(tǒng).42.2.3機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng).62.2.4潤(rùn)滑系統(tǒng).62.3提升機(jī)運(yùn)行速度圖.72.4提升機(jī)速度保護(hù)環(huán)節(jié).83系統(tǒng)硬件選型及設(shè)計(jì).93.1單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)概述及系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì).93.2單片機(jī)選型.103.3傳感器.113.4A/D轉(zhuǎn)換器的選擇.133.5各個(gè)硬件模塊設(shè)計(jì).134軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì).194.1總體方案.194.2軟件結(jié)構(gòu).19轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)化程序：.255監(jiān)控系統(tǒng)功能驗(yàn)證.26全文總結(jié).28研究展望.28參考文獻(xiàn).29致謝.3111緒論1.1選題背景及意義煤炭資源作為一種主要能源，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中起著非常重要的作用。近年來，煤炭的價(jià)格持續(xù)庵升，形成大力開采之勢(shì)。與此同時(shí)，礦井事故也頻繁發(fā)生，經(jīng)濟(jì)損失巨大，人員傷亡事故非常慘痛。煤礦安全日益成為重中之重，急待加強(qiáng)。礦井提升機(jī)作為采礦業(yè)的大型機(jī)電設(shè)備，是煤礦大型設(shè)備“四大件”之一，擔(dān)負(fù)提升煤炭、矸石、下放材料、升降人員和設(shè)備的重要任務(wù)，素有“礦井咽喉”之稱，是溝通礦井地面與井下的運(yùn)輸設(shè)備，在整個(gè)礦井中占有非常重要的地位，它的工作狀態(tài)關(guān)系到整個(gè)礦井的安全生產(chǎn)，多年來發(fā)生的提升事故證明，現(xiàn)有的技術(shù)裝備不能滿足提升機(jī)安全運(yùn)轉(zhuǎn)的需要1。我國(guó)的交流提升機(jī)電控設(shè)備，幾乎全部采用的是早期前蘇聯(lián)的KKX和我國(guó)自己研制的TKD系統(tǒng)。這些電控設(shè)備的共同特征就是采用繼電器接觸器電路組成的含有觸點(diǎn)的控制方式，而且配有由磁放大器、自整角機(jī)、測(cè)速發(fā)電機(jī)等組成的速度控制環(huán)節(jié)，共同組成整個(gè)電控系統(tǒng)2。由于它接線繁瑣，邏輯復(fù)雜，控制器件維護(hù)量大，系統(tǒng)故障率高，使用和維護(hù)難度大，安全可靠性差等原因，直接影響了礦山的安全生產(chǎn)和提升效率。提升機(jī)作為人員、設(shè)備和材料上下的運(yùn)載工具，安全性對(duì)于它至關(guān)重要，最主要的就是保障人身安全，其次是保障設(shè)備安全，從而延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，對(duì)于一個(gè)礦山企業(yè)來說這是保障生產(chǎn)的根本。因此提升機(jī)功能的強(qiáng)弱和性能的優(yōu)劣，將直接關(guān)系到企業(yè)的產(chǎn)量和效益。作為一個(gè)機(jī)電控制系統(tǒng)來說，影響礦井提升機(jī)功能和性能的因素很多，如機(jī)械結(jié)構(gòu)、控制方案等。隨著機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展，以微電子為基礎(chǔ)的監(jiān)控系統(tǒng)越來越成為機(jī)電控制系統(tǒng)的核心。一個(gè)先進(jìn)可靠的監(jiān)控系統(tǒng)可以提高礦井提升機(jī)的自動(dòng)化程度、控制性能及安全可靠性，是礦井提升機(jī)安全高效運(yùn)行的保證，也是礦山企業(yè)進(jìn)一步發(fā)展的前提，且極大的提高了企業(yè)的效益。礦山企業(yè)對(duì)礦井提升機(jī)功能和性能要求的不斷提高，決定了研究和改造礦井提升機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的重要意義，同時(shí)也體現(xiàn)了本課題研究的意義。提升機(jī)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)一直是提升技術(shù)的重要課題之一。當(dāng)前，許多煤礦都未設(shè)置提升機(jī)的監(jiān)控系統(tǒng)，國(guó)內(nèi)外已有的監(jiān)控系統(tǒng)大多數(shù)是對(duì)整個(gè)礦山的大型監(jiān)控系統(tǒng)。國(guó)外研制的監(jiān)控系統(tǒng)穩(wěn)定性雖好，但價(jià)格過高，對(duì)于中小煤礦來說是難以承受的；國(guó)內(nèi)研制的針對(duì)提升機(jī)的監(jiān)控系統(tǒng)抗干擾能力差，性能不穩(wěn)定，而且已開發(fā)的專家系統(tǒng)大部分仍工作在DOS環(huán)境下，人機(jī)界面不友好，功能不完善，可擴(kuò)展能力不強(qiáng)，系統(tǒng)一旦建立，修改起來具有相當(dāng)?shù)碾y度。當(dāng)前，在以PC機(jī)為基礎(chǔ)的測(cè)控軟件中，隨著計(jì)算機(jī)和微電子技術(shù)的發(fā)展，虛擬儀器很有可能成為下一代的儀器標(biāo)準(zhǔn)。因此選基于LabVIEW的礦井提升機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)有很好的應(yīng)用前景3?；贚abVIEW的提升機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，能迅速地建立一個(gè)功能強(qiáng)大、性能穩(wěn)定的監(jiān)控系統(tǒng)，2并且工作在windows系統(tǒng)下，界面直觀形象。開發(fā)人員只需要理解各個(gè)圖標(biāo)的表示功能，在程序開發(fā)中只需要用連線連接各功能模塊就能完成所需要的軟件功能。該系統(tǒng)同時(shí)支持模塊化與層次化設(shè)計(jì)，搭建程序非常清晰、可讀，維護(hù)起來簡(jiǎn)單方便。不僅如此，LabVIEW也有很好的開放性和擴(kuò)展性，使系統(tǒng)功能的擴(kuò)展和完善變得非常容易。當(dāng)前，我國(guó)有一大批老提升設(shè)備、機(jī)組，其服役已接近或超過其壽命期，進(jìn)入“損耗故障期”，故障率增多，而要全部更新，經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)很重，根本不可能。如何確保提升設(shè)備經(jīng)常處于安全可靠的運(yùn)行狀態(tài)，除了在設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)合理選擇運(yùn)行參數(shù)外，關(guān)鍵在于對(duì)其進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)控。對(duì)提升機(jī)運(yùn)行的主要參數(shù)進(jìn)行連續(xù)不斷的在線監(jiān)測(cè)監(jiān)控，使司乘人員隨時(shí)了解提升機(jī)的運(yùn)行情況，并在超限時(shí)做出故障報(bào)警，供司乘人員操作時(shí)參考。如提升機(jī)過速而造成的過卷、過放現(xiàn)象，制動(dòng)器閘瓦的磨損，制動(dòng)彈簧的疲勞引起的制動(dòng)器失效等。通過對(duì)提升機(jī)各主要參數(shù)的監(jiān)測(cè)監(jiān)控，可以使司乘人員在接到這種報(bào)警信息時(shí)做出及時(shí)處理，可以大大減少事故的發(fā)生。因此，開發(fā)一套簡(jiǎn)單適用的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)是非常必要的。1.2國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r鑒于礦井提升機(jī)在煤礦的重要作用，國(guó)內(nèi)外對(duì)礦井提升系統(tǒng)的工況監(jiān)測(cè)主要有：提升運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)；液壓制動(dòng)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)；鋼絲繩的監(jiān)測(cè)：電動(dòng)機(jī)及傳動(dòng)部分的監(jiān)測(cè)等。(1)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)主要包括：提升方向、提升高度、提升速度、提升加/減速度、相對(duì)滑動(dòng)距離，根據(jù)提升高度的變化和運(yùn)行時(shí)間，可以計(jì)算出提升速度，根據(jù)提升速度的變化和運(yùn)行時(shí)間，可計(jì)算出加/減速度。系統(tǒng)需要采集的信號(hào)為開停車信號(hào)、提升高度信號(hào)及相對(duì)滑速等。(2)液壓制動(dòng)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)：對(duì)液壓系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)有制動(dòng)盤偏擺度、空動(dòng)時(shí)間、閘瓦開貼閘油壓、液壓站殘壓、閘瓦間隙和液壓油溫監(jiān)測(cè)等。采用油壓傳感器、電渦流位移傳感器構(gòu)成制動(dòng)器的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，油壓傳感器安裝在液壓站的總液壓回路中，電渦流位移傳感器可實(shí)現(xiàn)空動(dòng)時(shí)間和閘瓦間隙的檢測(cè)。(3)鋼絲繩的監(jiān)測(cè)主要有：鋼絲繩張力的檢測(cè)，斷絲檢測(cè)、鋼絲繩繩徑的檢測(cè)、鋼絲繩潤(rùn)滑的檢測(cè)。監(jiān)測(cè)的主要方法采用磁監(jiān)測(cè)法。(4)電動(dòng)機(jī)及傳動(dòng)部分監(jiān)測(cè)內(nèi)容有：工作電壓、電流監(jiān)測(cè)，減速器各軸瓦溫度、主軸軸瓦溫度監(jiān)測(cè)，電動(dòng)機(jī)負(fù)荷瓦、反負(fù)荷瓦、電機(jī)定子鐵芯溫度監(jiān)測(cè)，減速器油壓、油溫、油質(zhì)監(jiān)測(cè)，振動(dòng)監(jiān)測(cè)。電流和電壓的測(cè)量一般采用交流電壓隔離傳感器。其它項(xiàng)主要包括電控系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)，及各種監(jiān)測(cè)設(shè)備的自檢，一般由傳感器直接讀取，或者由人工定期測(cè)量。國(guó)外研制礦井計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)始于20世紀(jì)60年代，在提升機(jī)狀態(tài)監(jiān)護(hù)方面水平較高，提升機(jī)大多采用雙套保護(hù)裝置發(fā)展，即在原有的基礎(chǔ)上再增加一套微機(jī)監(jiān)控裝置。目前，隨著信息數(shù)字化、控制智能化的發(fā)展，國(guó)外的提升設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的功能和自動(dòng)化程度有較大提高。特別是對(duì)閘控和速度監(jiān)控系統(tǒng)等重要保護(hù)環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)更加合理，有些環(huán)節(jié)設(shè)置雙3重保護(hù)，如過速保護(hù)，過卷保護(hù)等，這些保護(hù)措施，對(duì)提升機(jī)的運(yùn)行安全都是可靠的保證。我國(guó)有一些大型礦井引進(jìn)了國(guó)外的提升系統(tǒng)，其監(jiān)控系統(tǒng)穩(wěn)定性雖好，但由于國(guó)外公司都有技術(shù)保密制度，其核心技術(shù)(如程序等)無法掌握，在使用，維護(hù)和零配件的供應(yīng)上都受到限制4。而對(duì)于大多數(shù)的中小型的礦井來說，其系統(tǒng)高昂的價(jià)格也難以承受。而國(guó)內(nèi)針對(duì)提升機(jī)研制的監(jiān)控系統(tǒng)與國(guó)外相比，其抗干擾能力差，性能不穩(wěn)定，而且在開發(fā)測(cè)試系統(tǒng)的軟硬件方面需花費(fèi)相當(dāng)?shù)娜肆蜁r(shí)間，并且功能不完善，可擴(kuò)展能力差等等，關(guān)系到礦井的安全生產(chǎn)和礦工的生命安全。1.3課題主要內(nèi)容本