電子信息工程專(zhuān)業(yè) 設(shè)計(jì)基于PLC的煤礦單向猴車(chē)的設(shè)計(jì)

1、基于PLC的煤礦單向猴車(chē)的設(shè)計(jì) 物理與機(jī)電工程學(xué)院 電子信息工程專(zhuān)業(yè)（學(xué)號(hào)） （姓名） 指導(dǎo)老師： 【摘 要】: 為了縮短礦工上下井的路途時(shí)間，減輕礦工上下井的體能消耗，并且針對(duì)福建省部分煤礦因斜井巷道比較窄，索道長(zhǎng)度在500米左右，最大傾角為15，地勢(shì)環(huán)境比較差以及起重運(yùn)輸不便等原因，不能使用雙向無(wú)極循環(huán)運(yùn)行模式，而需采用單向循環(huán)運(yùn)行模式。于是本文采用PLC來(lái)控制，其具有運(yùn)行安全可靠、人員上下方便、隨到隨行、不需等待、一次性投入低、動(dòng)力消耗小、操作簡(jiǎn)單、便于維護(hù)、工作人員少和運(yùn)送效率高等特點(diǎn)。 【關(guān)鍵詞】猴車(chē) PLC 斜井 單向運(yùn)行 目錄1緒論 .21.1課題背景及其意義.21.2本課題在國(guó)

2、內(nèi)外的研究情況.21.3本設(shè)計(jì)的研究?jī)?nèi)容. .22課題的提出及方案論證.32.1架空乘人裝置結(jié)構(gòu)組成.32.2系統(tǒng)的控制要求.32.3控制系統(tǒng)的方案選擇.43猴車(chē)控制系統(tǒng).53.1架空乘人裝置電控系統(tǒng).53.2系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu).54硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì).64.1 PLC的選型.64.2驅(qū)動(dòng)裝置的選型.64.2.1電機(jī)的選擇.64.2.2制動(dòng)器的選擇.104.2.3減速機(jī)的選型.124.3氣體傳感器的選型.13 4.3.1一氧化碳傳感器的選型.13 4.3.2甲烷傳感器的選型.144.4 FP1 A/D轉(zhuǎn)換單元.164.5 PLC電氣控制線(xiàn)路.184.6 PLC控制I/O分配.215軟件設(shè)計(jì).245.1

3、程序流程圖.245.2程序調(diào)試.25 5.2.1電機(jī)運(yùn)行控制程序調(diào)試.26 5.2.2 顯示程序調(diào)試.296工程應(yīng)用成果.327結(jié)束語(yǔ).33致謝.34參考文獻(xiàn).35英文翻譯.36附錄：程序梯形圖 1緒論1.1課題背景及其意義隨著礦井的大型化發(fā)展和開(kāi)采深度的增加，如何既能減少人員上下井的體力消耗，又能安全舒適地運(yùn)送人員，是廣大煤礦工作者一直致力研究的一項(xiàng)工作。猴車(chē)以其安全性而得到各礦務(wù)局的支持。跟過(guò)去的罐籠車(chē)相比，它投資少，使用簡(jiǎn)單。地下礦用架空索道（俗稱(chēng)猴車(chē)）為礦山長(zhǎng)距離安全快速地人員運(yùn)輸提供了經(jīng)濟(jì)適用的解決方案。其工作原理類(lèi)似于地面旅游索道，它通過(guò)電動(dòng)機(jī)傳到減速機(jī)上的摩擦輪作為驅(qū)動(dòng)裝置，以架

4、空、無(wú)極循環(huán)的鋼絲繩作為牽引承載，此鋼絲繩靠尾輪張緊裝置進(jìn)行張緊和繩長(zhǎng)調(diào)節(jié)，沿途采用托繩輪支撐，以維持鋼絲繩在托輪間的貼合力；抱索器將乘人抱索器與鋼絲繩連接并循環(huán)運(yùn)行，從而實(shí)現(xiàn)運(yùn)送人員的目的。其優(yōu)勢(shì)能長(zhǎng)期運(yùn)輸，維護(hù)工作量較少。這種井下索道運(yùn)輸具有安全實(shí)用、運(yùn)送能力大、動(dòng)力消耗小，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，深受井下工人的歡迎，大大提高了井下輔助運(yùn)輸?shù)男?0。地下礦用架空索道的最新發(fā)展方向呈現(xiàn)大運(yùn)量、高速度、集中控制、穩(wěn)定安全等特點(diǎn)。具有大運(yùn)量、連續(xù)運(yùn)輸、連續(xù)變坡拐彎的特點(diǎn)，而且運(yùn)行可靠，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和集中控制，經(jīng)濟(jì)效益十分明顯。地下礦用架空索道也是煤礦乘人裝置最為理想的高效連續(xù)輔助運(yùn)輸設(shè)備，特別是

5、煤礦高產(chǎn)高效現(xiàn)代化的大型礦井，地下礦用架空索道已成為礦井輔助運(yùn)輸機(jī)電一體化技術(shù)與設(shè)備的關(guān)鍵設(shè)備。隨著高產(chǎn)高效礦井的發(fā)展，礦用架空索道各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)有了很大提高4。1.2本課題在國(guó)內(nèi)外的研究情況礦用架空索道在國(guó)內(nèi)一直被作為一個(gè)煤礦輔助運(yùn)輸機(jī)械裝備，傳統(tǒng)礦用架空索道在技術(shù)上已經(jīng)基本成熟，產(chǎn)品應(yīng)用很普遍，由于它只是生產(chǎn)過(guò)程中的輔助設(shè)備，產(chǎn)品不需要很高的科技含量就能滿(mǎn)足要求，國(guó)內(nèi)廠(chǎng)家所生產(chǎn)的產(chǎn)品已經(jīng)能夠滿(mǎn)足生產(chǎn)中的要求，其中絕大部分驅(qū)動(dòng)方式為機(jī)械傳動(dòng)，液壓驅(qū)動(dòng)方式使用的不多，從2009年開(kāi)始，才有部分廠(chǎng)家生產(chǎn)液壓驅(qū)動(dòng)方式的礦用架空索道，這是因?yàn)橐簤候?qū)動(dòng)投資大、技術(shù)含量高、難以維修，而在全國(guó)范圍內(nèi)我國(guó)的液

6、壓傳動(dòng)技術(shù)水平較低，難以占領(lǐng)高端產(chǎn)品市場(chǎng)。在國(guó)外，架空乘人裝置技術(shù)水平比較高，他們采用比較先進(jìn)的液壓驅(qū)動(dòng)技術(shù)，系統(tǒng)采用懸掛式無(wú)極繩連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的工作方式，用于各類(lèi)煤礦井下隨時(shí)快運(yùn)送人員。動(dòng)力源采用全液壓驅(qū)動(dòng)，運(yùn)輸系統(tǒng)無(wú)論是高速還是低速均可實(shí)現(xiàn)等加速啟動(dòng)以及電動(dòng)機(jī)的無(wú)負(fù)荷啟動(dòng)，對(duì)其他電力設(shè)備影響小。運(yùn)行速度調(diào)節(jié)方便、液壓驅(qū)動(dòng)的功率控制準(zhǔn)確、系統(tǒng)無(wú)過(guò)載運(yùn)行，因無(wú)需增加電動(dòng)機(jī)備用功率而節(jié)能、運(yùn)行特性軟無(wú)沖擊。驅(qū)動(dòng)部件與泵站分開(kāi)布置，而液壓驅(qū)動(dòng)所具備的高功率密度的特點(diǎn)，使得設(shè)備的動(dòng)力部件體積小、重量輕，占用空間小，非常適應(yīng)煤礦井下的小斷面巷道以及起重運(yùn)輸不便的場(chǎng)合布置、安裝和維修。油箱采用全封閉增壓構(gòu)造以

7、及多道過(guò)濾元件和完善的保護(hù)裝置，杜絕了油的泄漏和故障率。整機(jī)性能穩(wěn)定、工作可靠且壽命長(zhǎng)。由于液壓減速機(jī)體積小且沒(méi)有傾斜角度的限制，驅(qū)動(dòng)部安裝時(shí)無(wú)傾角要求且不需要挑頂，對(duì)巷道的適應(yīng)行更強(qiáng)，安裝施工量小、鋼絲繩使用壽命長(zhǎng)。液壓驅(qū)動(dòng)方式可以同時(shí)滿(mǎn)足高速和低速兩種形式的運(yùn)行，高速運(yùn)行時(shí)無(wú)需配備變頻裝置。因此，以PLC為主體構(gòu)成的煤礦井下的小斷面巷道，礦井地勢(shì)環(huán)境比較差以及起重運(yùn)輸不便的場(chǎng)合控制系統(tǒng)，尤其是對(duì)我們福建省部分煤礦來(lái)說(shuō)，其具有廣闊的應(yīng)用前景和明顯的經(jīng)濟(jì)效益。1.3本設(shè)計(jì)的研究?jī)?nèi)容本次研究的主要內(nèi)容是基于PLC控制一臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)行的煤礦運(yùn)人猴車(chē)控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)主要由PLC、顯示器、氣體傳感

8、器等組成。本次研究的目標(biāo)是對(duì)煤礦安全性和猴車(chē)的使用性給予提升，減少工人上下班的時(shí)間，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性和節(jié)能效果進(jìn)一步提高，故障報(bào)警及故障排除及時(shí)迅速。根據(jù)系統(tǒng)要求，設(shè)計(jì)出滿(mǎn)足要求的猴車(chē)控制系統(tǒng)，對(duì)架空乘人裝置、PLC、氣體傳感器進(jìn)行選型和計(jì)算，解決實(shí)際使用中容易出現(xiàn)的問(wèn)題，根據(jù)系統(tǒng)要求設(shè)計(jì)出能滿(mǎn)足控制要求的控制電路、流程圖以及控制程序。2課題的提出及方案論證2.1架空乘人裝置結(jié)構(gòu)組成架空乘人裝置主要由驅(qū)動(dòng)部分、乘人部分、托繩部分、尾輪部分、張緊部分及電控系統(tǒng)組成（如下圖2-1）。本文主要是針對(duì)猴車(chē)電控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。圖2-1斜井架空乘人裝置的組成框圖2.2系統(tǒng)的控制要求減少礦井工作人員上下班時(shí)間是該

9、控制系統(tǒng)的第一個(gè)目的，經(jīng)濟(jì)實(shí)用和安全是本設(shè)計(jì)的另外一個(gè)目的。（1）猴車(chē)作為一個(gè)煤礦輔助運(yùn)輸機(jī)械裝備，在國(guó)內(nèi)絕大部分驅(qū)動(dòng)方式為機(jī)械傳動(dòng)，液壓驅(qū)動(dòng)方式使用的不多，并且主要應(yīng)用在巷道比較空曠的場(chǎng)合；而在國(guó)外大多采用比較先進(jìn)的液壓驅(qū)動(dòng)技術(shù)，并且非常適應(yīng)煤礦井下的小斷面巷道以及起重運(yùn)輸不便的場(chǎng)合。而本系統(tǒng)能解決國(guó)內(nèi)現(xiàn)在存在的這一不足，減少工人的上下班時(shí)間，為企業(yè)帶來(lái)一定的經(jīng)濟(jì)利益，具有一定的實(shí)用性。（2）保證工人的生命和財(cái)產(chǎn)安全是企業(yè)能夠正常生產(chǎn)的基本保證，而在礦井中最常見(jiàn)的就是瓦斯爆炸，瓦斯中最主要的成分就是一氧化碳和甲烷，當(dāng)他們的濃度超過(guò)最高濃度分別為0.0024%、4%時(shí)，就易引起瓦斯爆炸。系統(tǒng)控

10、制要求實(shí)現(xiàn)的功能如下：（1）猴車(chē)控制系統(tǒng)啟動(dòng)要求在井上和井下分別設(shè)有操作臺(tái)，當(dāng)在井上有人需上車(chē)時(shí)，井上操作人員按下正轉(zhuǎn)啟動(dòng)按鈕，制動(dòng)器松閘，系統(tǒng)發(fā)出3聲預(yù)警信號(hào)用以提示乘客猴車(chē)即將啟動(dòng)，注意安全；另外一個(gè)作用是作為與井下操作臺(tái)上的工作人員之間的一種通信信號(hào)：告知礦井下的操作人員此時(shí)井上有人上車(chē)，若井下有人需上車(chē)，此時(shí)必須等待，只到所有上車(chē)的人都到達(dá)井下時(shí)，方可上車(chē)；同理若是在井下的操作人員按下反轉(zhuǎn)啟動(dòng)按鈕，則若井上有人需上車(chē)時(shí)，此時(shí)必須等待，只到所有上車(chē)的人都到達(dá)井上時(shí)，方可上車(chē)。當(dāng)?shù)?聲預(yù)警時(shí)，猴車(chē)啟動(dòng)開(kāi)始運(yùn)行， 5秒后播放MP3。如果在井上（井下）所有礦工都已上車(chē)并在不過(guò)載的情況下時(shí)，控制

11、臺(tái)操作人員調(diào)節(jié)減速機(jī)調(diào)速開(kāi)關(guān)，使電機(jī)加速運(yùn)轉(zhuǎn)，達(dá)到節(jié)能、減少乘坐時(shí)間的目的；若有乘車(chē)者下車(chē)，調(diào)節(jié)減速機(jī)調(diào)速開(kāi)關(guān)，使電機(jī)減速運(yùn)轉(zhuǎn)。若過(guò)載，則重錘上升到達(dá)上限限定高度，觸動(dòng)鋼絲繩張緊保護(hù)開(kāi)關(guān)動(dòng)作，架空乘人索道自動(dòng)停車(chē)。（2）系統(tǒng)停車(chē)正常停車(chē)：轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)置于停止位置，設(shè)備進(jìn)入停機(jī)狀態(tài)，任何設(shè)備不能啟動(dòng)。（3）完善的系統(tǒng)保護(hù)、報(bào)警功能。全程緊急停車(chē)保護(hù)：在架空乘人裝置的沿線(xiàn)裝有緊急停車(chē)?yán)€(xiàn)開(kāi)關(guān)間隔80米1個(gè)，并由鋼絲繩連接起來(lái)。當(dāng)巷道內(nèi)有緊急情況時(shí)，在沿線(xiàn)的任意一個(gè)地方拉動(dòng)該鋼絲繩，相應(yīng)的急停拉線(xiàn)開(kāi)關(guān)將給控制系統(tǒng)一個(gè)急停信號(hào)，架空乘人裝置將自動(dòng)停止運(yùn)行，同時(shí)顯示窗將顯示觸動(dòng)此開(kāi)關(guān)的相應(yīng)位置。乘人吊椅搖擺

12、保護(hù)：間隔80m安裝一個(gè)，此開(kāi)關(guān)是用于防止吊椅過(guò)擺而設(shè)置的保護(hù)裝置。當(dāng)?shù)跻芜^(guò)擺到一定高度時(shí)，車(chē)觸動(dòng)此開(kāi)關(guān)動(dòng)作，候車(chē)自動(dòng)停車(chē)。同時(shí)顯示窗將顯示觸動(dòng)此開(kāi)關(guān)的相應(yīng)位置。煤礦安全報(bào)警系統(tǒng)：當(dāng)?shù)V井內(nèi)的一氧化碳（CO）和甲烷（CH4）的氣體濃度高于安全標(biāo)準(zhǔn)濃度時(shí)，由CO傳感器和CH4傳感器給控制系統(tǒng)一個(gè)井內(nèi)有毒氣體超標(biāo)的信號(hào)，使電機(jī)反轉(zhuǎn)，使猴車(chē)返回礦井地面并發(fā)出警報(bào)。越位保護(hù)。機(jī)頭、機(jī)尾越位保護(hù)：機(jī)頭和機(jī)尾分別有越位行程開(kāi)關(guān)，當(dāng)?shù)V工乘坐吊椅上井或下井進(jìn)入機(jī)頭或機(jī)尾的禁止部位點(diǎn)時(shí)，由越位保護(hù)裝置給控制系統(tǒng)一個(gè)越位的信號(hào)，系統(tǒng)自動(dòng)停機(jī)并發(fā)出故障報(bào)警聲，同時(shí)顯示窗口顯示相應(yīng)的故障。制動(dòng)器動(dòng)作保護(hù)：制動(dòng)器與電機(jī)在

13、電氣上為互鎖保護(hù)，主電機(jī)啟動(dòng)前，制動(dòng)器提前3秒松閘，處于非制動(dòng)狀態(tài)。如制動(dòng)器未能松閘，主電機(jī)不能啟動(dòng)，從而達(dá)到保護(hù)主電機(jī)的目的。電機(jī)的過(guò)載、短路保護(hù)：控制電路中接有熔斷器和熱繼電器，分別用于電路短路和過(guò)載保護(hù)。2.3控制系統(tǒng)的方案選擇架空乘人裝置按驅(qū)動(dòng)方式可分為機(jī)械傳動(dòng)和液壓驅(qū)動(dòng)兩種驅(qū)動(dòng)方式，其主要控制方式有：（1）純繼電器控制方式這是猴車(chē)電控過(guò)去常用的一種控制方式，這種控制方式存在很多的缺點(diǎn)：當(dāng)保護(hù)開(kāi)關(guān)增多時(shí)線(xiàn)路變得很復(fù)雜，而且不便于接線(xiàn)，設(shè)計(jì)困難，維修困難，安全性差，觸點(diǎn)多，也不能顯示各種保護(hù)。（2）PLC電路控制方式該控制方式能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電機(jī)的加速和減速控制，達(dá)到減少乘坐人員的乘坐時(shí)間和上

14、下車(chē)安全的目的。氣體傳感器的任務(wù)是檢測(cè)礦井內(nèi)有毒氣體的濃度，通過(guò)氣體傳感器反饋信號(hào)給控制電路一個(gè)氣體濃度偏高的信號(hào)，輸出給電機(jī)一個(gè)反轉(zhuǎn)的控制信號(hào)。對(duì)于這種控制方式，隨著電路中的保護(hù)開(kāi)關(guān)的增加，使電路的安全性和準(zhǔn)確性都能得到提高，卻不會(huì)給電路接線(xiàn)帶來(lái)困難。采用這種控制方式具有可靠性高、程序簡(jiǎn)單、設(shè)備便于維護(hù)和維修，電路連接方便，一次性投資小等優(yōu)點(diǎn)。所以從以上兩種控制方式看，本設(shè)計(jì)采用PLC控制方式。比較得出PLC有明顯的優(yōu)越性。本設(shè)計(jì)采用松下公司的FP1-C72系列PLC，其相應(yīng)的軟件為FPWIN-GR和手持編程器來(lái)完成猴車(chē)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。3猴車(chē)控制系統(tǒng)3.1架空乘人裝置電控系統(tǒng)架空乘人裝置系統(tǒng)

15、具有設(shè)備電氣互鎖，電機(jī)失壓、短路、過(guò)載保護(hù)，張緊保護(hù)，沿途緊急停車(chē)閉鎖等較為全面的安全保護(hù)功能。具有啟動(dòng)前預(yù)警信號(hào)，開(kāi)車(chē)、停車(chē)按設(shè)定的程序控制等功能。具有數(shù)碼顯示功能，當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，給出相應(yīng)的故障位置提示，極大方便了用戶(hù)對(duì)設(shè)備的維護(hù)和維修。3.2系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)猴車(chē)控制系統(tǒng)主要以PLC為主要控制單元，控制操作臺(tái)及語(yǔ)音箱作為操作及報(bào)警設(shè)備，PLC外圍開(kāi)關(guān)，傳感器構(gòu)成保護(hù)系統(tǒng)。系統(tǒng)框架如圖3-1所示。系統(tǒng)各組成主要作用說(shuō)明如下：（1）按鈕開(kāi)關(guān)：在煤礦上水平面和下水平面各自都設(shè)有兩個(gè)按鈕開(kāi)關(guān)，其中一個(gè)是停止按鈕，另外一個(gè)是：在上水平面為正轉(zhuǎn)啟動(dòng)按鈕，下水平面為反轉(zhuǎn)啟動(dòng)按鈕。其主要目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)在異地共

16、同控制同一臺(tái)電機(jī)的運(yùn)行和停止。（2）保護(hù)開(kāi)關(guān)：本設(shè)計(jì)在索道沿途共安裝12個(gè)保護(hù)開(kāi)關(guān)，其中6個(gè)用作全程緊急停車(chē)保護(hù)開(kāi)關(guān)，另外6個(gè)用作吊椅搖擺保護(hù)開(kāi)關(guān)，分別間隔80m安裝一個(gè)；通過(guò)PLC控制系統(tǒng)將數(shù)據(jù)送往數(shù)碼管顯示，以便工作人準(zhǔn)確定位故障的位置，減少了故障的排查時(shí)間，便于維護(hù)和維修。（3）傳感器：本設(shè)計(jì)通過(guò)在礦井安裝CO傳感器和CH4傳感器并連接PLC控制回路，當(dāng)濃度超標(biāo)時(shí)，傳感器就給控制系統(tǒng)一個(gè)井內(nèi)氣體偏高的信號(hào)并發(fā)出警報(bào)，使電機(jī)反轉(zhuǎn)，即使猴車(chē)返回上水平面。（4）減速機(jī)：通過(guò)減速機(jī)上的調(diào)速開(kāi)關(guān)，將馬達(dá)的回轉(zhuǎn)數(shù)減速到所要的回轉(zhuǎn)數(shù)，以達(dá)到調(diào)節(jié)猴車(chē)運(yùn)行速度的目的。PLC各種按鈕傳感器保護(hù)開(kāi)關(guān)減速機(jī)數(shù)碼

17、管顯示器制動(dòng)器語(yǔ)音箱主電機(jī)鋼絲繩圖3-1猴車(chē)電控系統(tǒng)組成框架4硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)4.1 PLC的選型（1）PLC簡(jiǎn)介PLC即可編程控制器（Programmable logic Controller，是指以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置。在1987年國(guó)際電工委員會(huì)（International Electrical Committee）頒布的PLC標(biāo)準(zhǔn)草案中對(duì)PLC做了如下定義： PLC英文全稱(chēng)Programmable Logic Controller ,中文全稱(chēng)為可編程邏輯控制器，定義是:一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專(zhuān)為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。它采用一類(lèi)可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏

18、輯運(yùn)算,順序控制，定時(shí)，計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶(hù)的指令，并通過(guò)數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類(lèi)型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程.PLC是可編程邏輯電路，也是一種和硬件結(jié)合很緊密的語(yǔ)言，在半導(dǎo)體方面有很重要的應(yīng)用，可以說(shuō)有半導(dǎo)體的地方就有PLC 。具有以下特點(diǎn)：1. 可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)；2 .通用性強(qiáng)，控制程序可變，使用方便；3.功能強(qiáng)，適應(yīng)面廣；4.編程簡(jiǎn)單，容易掌握；5.減少了控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及施工的工作量；6.體積小、重量輕、功耗低、維護(hù)方便2。PLC是一種專(zhuān)門(mén)為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操

19、作的指令，并能通過(guò)數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類(lèi)型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)。PLC是以微處理器為核心，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)而發(fā)展起來(lái)的一種新型、通用的自動(dòng)控制裝置，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能優(yōu)越、可靠性高、靈活通用、易于編程、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)在工業(yè)自動(dòng)控制、機(jī)電一體化、改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)等方面得到了廣泛應(yīng)用。發(fā)展方向： 產(chǎn)品規(guī)模向兩極分化； 處理模擬量；追求高可靠性； 通訊接口和智能模塊； 系統(tǒng)操作站配高分辨率的監(jiān)視器； 追求軟、硬件標(biāo)準(zhǔn)化。（2）PLC的選型在控制系統(tǒng)方案中共有開(kāi)關(guān)量輸入點(diǎn)

20、23個(gè)、開(kāi)關(guān)量輸出點(diǎn)26個(gè)。故采用松下公司的FP1-C72系列可編程邏輯控制器，F(xiàn)P1系列的C72可編程邏輯控制器共有40個(gè)輸入點(diǎn)和32個(gè)輸出點(diǎn)，共72個(gè)I/O點(diǎn)，輸入寄存器為X0X27輸出寄存器為Y0Y1F，有內(nèi)置時(shí)鐘。C72系列PLC器件價(jià)格較低，性能優(yōu)良，程序容量較大、運(yùn)行速度快、可在線(xiàn)編程等優(yōu)點(diǎn)。4.2驅(qū)動(dòng)裝置的選型4.2.1電機(jī)的選擇（1）計(jì)算說(shuō)明已知參數(shù)：巷道斜長(zhǎng)：L=500m 巷道坡度：=15 驅(qū)動(dòng)輪直徑：D=1000mm。鋼絲繩的運(yùn)行速度：V=0.8m/s。主要參數(shù)的確定預(yù)選鋼絲繩：6X19-20（=1.47m）。 設(shè)吊椅間距為：。托輪間距：=8m。驅(qū)動(dòng)輪繩槽與牽引鋼絲繩間的摩

21、擦系數(shù)：=0.2。牽引繩在驅(qū)動(dòng)輪上的圍包角：=180。（2）牽引鋼絲繩張力的計(jì)算 圖4-1架空乘人裝置力學(xué)模型最小點(diǎn)張力的計(jì)算： （4-1）式中：最小張力點(diǎn)的張力，N；C鋼絲繩的繞度系數(shù)，取C=1000；預(yù)選牽引鋼絲繩的每米質(zhì)量 1.47m；g重力加速度，g=9.8m/s；=14406N。各點(diǎn)張力的計(jì)算：當(dāng)下放側(cè)無(wú)人而上升側(cè)滿(mǎn)員是：（動(dòng)力運(yùn)行狀態(tài)）線(xiàn)路運(yùn)行阻力：=12210.14N （4-2）=-3192.06N （4-3）各點(diǎn)張力：=14406N =1.01 =14550.06N=+=26760.2N =-=17598.06N （4-4）式中：每米鋼絲繩的質(zhì)量 1.47m；每人人體重量 取=

22、75；每把吊椅重量 取=15；牽引鋼絲繩運(yùn)行阻力系數(shù)，動(dòng)力運(yùn)行時(shí)，取=0.02，制動(dòng)運(yùn)行時(shí)，取=0.015；L礦井斜長(zhǎng)。當(dāng)下放側(cè)滿(mǎn)員而上升側(cè)無(wú)人時(shí)：（制動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)）線(xiàn)路運(yùn)行阻力：=3702.52N （4-5）=-10526.76N （4-6）各點(diǎn)張力：=14406N =1.01=14550.06N=+=18252.58N =-=24932.76N（3）電動(dòng)機(jī)功率的計(jì)算與選擇圖4-2傳動(dòng)方案選擇電動(dòng)機(jī)選擇電動(dòng)機(jī)類(lèi)型選用Y型籠型三相異步電動(dòng)機(jī)。選擇電動(dòng)機(jī)的容量由電動(dòng)機(jī)至鋼絲繩的傳動(dòng)總功率為： （4-7）式中，是聯(lián)軸器1傳動(dòng)的效率，是錐齒傳動(dòng)的效率，軸承傳動(dòng)的效率，是齒輪傳動(dòng)的效率，是聯(lián)軸器2傳動(dòng)的

23、效率，是驅(qū)動(dòng)輪傳遞的效率。其大小分別為1=0.99，=0.95，=0.98，=0.97，=0.99，=0.96。則=0.76電動(dòng)機(jī)輸出的功率：動(dòng)力運(yùn)行時(shí)：=23.17KW （4-8）制動(dòng)運(yùn)行時(shí)：=16.90KW （4-9）式中電動(dòng)機(jī)功率備用系數(shù)，一般取=1.6取 =2.08所以選取電動(dòng)機(jī)功率為：30KW確定電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速：=（60X1000X0.8）/（X1000）=15.29r/min （4-10）初選圓錐齒輪的傳動(dòng)比=23，單級(jí)圓柱齒輪傳動(dòng)比i=35，二級(jí)齒輪傳動(dòng)比=925,故電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的可選范圍為=()X=(1875)X15.29r/min=(275.221146.75)r/min。綜合考

24、慮選擇電動(dòng)機(jī)型號(hào)為Y200L-6籠型三相異步電動(dòng)機(jī)。表4-1 Y200L-6型電機(jī)的主要性能額定功率（KW）滿(mǎn)載轉(zhuǎn)速（r/min）效率（%）功率因數(shù)電流（A）3097589.50.8558.6（4）電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)方式選擇電機(jī)的啟動(dòng)方式主要有：全壓直接啟動(dòng)、自耦減壓起動(dòng)、Y- 起動(dòng)、軟起動(dòng)器、變頻器。全壓直接啟動(dòng)：優(yōu)點(diǎn)是操縱控制方便，維護(hù)簡(jiǎn)單，而且比較經(jīng)濟(jì)。主要用于小功率電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)，從節(jié)約電能的角度考慮，大于11kw 的電動(dòng)機(jī)不宜用此方法。自耦減壓?jiǎn)?dòng)：利用自耦變壓器的多抽頭減壓，既能適應(yīng)不同負(fù)載起動(dòng)的需要，又能得到更大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，是一種經(jīng)常被用來(lái)起動(dòng)較大容量電動(dòng)機(jī)的減壓起動(dòng)方式。它的最大優(yōu)點(diǎn)是起

25、動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大，當(dāng)其繞組抽頭在80%處時(shí)，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩可達(dá)直接起動(dòng)時(shí)的64%。Y- 起動(dòng)：適用于無(wú)載或者輕載起動(dòng)的場(chǎng)合。并且同任何別的減壓起動(dòng)器相比較，其結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單，價(jià)格也最便宜。軟起動(dòng)器：這是利用了可控硅的移相調(diào)壓原理來(lái)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的調(diào)壓起動(dòng)，主要用于電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)控制，起動(dòng)效果好但成本較高。因使用了可控硅元件，可控硅工作時(shí)諧波干擾較大，對(duì)電網(wǎng)有一定的影響。另外電網(wǎng)的波動(dòng)也會(huì)影響可控硅元件的導(dǎo)通，特別是同一電網(wǎng)中有多臺(tái)可控硅設(shè)備時(shí)。因此可控硅元件的故障率較高，因?yàn)樯婕暗诫娏﹄娮蛹夹g(shù)，因此對(duì)維護(hù)技術(shù)人員的要求也較高。變頻器：變頻器是現(xiàn)代電動(dòng)機(jī)控制領(lǐng)域技術(shù)含量最高，控制功能最全、控制效果最好的電機(jī)控制裝置，

26、它通過(guò)改變電網(wǎng)的頻率來(lái)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩。因?yàn)樯婕暗诫娏﹄娮蛹夹g(shù)，微機(jī)技術(shù)，因此成本高，對(duì)維護(hù)技術(shù)人員的要求也高，因此主要用在需要調(diào)速并且對(duì)速度控制要求高的領(lǐng)域。根據(jù)上述情況本文選擇自耦減壓?jiǎn)?dòng)方式，這種啟動(dòng)方式主要用于較大容量的電動(dòng)機(jī)，以減小啟動(dòng)電流對(duì)電網(wǎng)的影響。其優(yōu)點(diǎn)是：?jiǎn)?dòng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)的電流沖擊小，功耗損耗小。如圖4-3所示，當(dāng)按下正轉(zhuǎn)（反轉(zhuǎn)）啟動(dòng)按鈕SB0（SB1），接觸器KM1、KM2與時(shí)間繼電器KT的線(xiàn)圈同時(shí)得電，KM1、KM2的主觸點(diǎn)閉合，電動(dòng)機(jī)定子繞組經(jīng)自耦變壓器接至電源減壓?jiǎn)?dòng)。當(dāng)時(shí)間繼電器KT延時(shí)時(shí)間到，一方面其常閉延時(shí)觸點(diǎn)打開(kāi)，KM1、KM2線(xiàn)圈失電，KM1、KM2主觸點(diǎn)

27、斷開(kāi)，將自耦變壓器切除；同時(shí)，KT的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，接觸器線(xiàn)圈KM3（KM4）得電，KM3（KM4）主觸點(diǎn)閉合，電機(jī)投入正常運(yùn)轉(zhuǎn)。圖4-3主電路圖4.2.2制動(dòng)器的選擇（1）制動(dòng)器的選型原則： 考慮輸送機(jī)的工作重要性，當(dāng)輸送機(jī)工作場(chǎng)所十分重要時(shí)，如主運(yùn)輸輸送機(jī)，應(yīng)重點(diǎn)考慮可靠性配置，才采用液粘制動(dòng)加盤(pán)閘制動(dòng)器，實(shí)現(xiàn)雙保險(xiǎn)。 考慮輸送機(jī)（長(zhǎng)度短、運(yùn)量?。┲苿?dòng)力矩大小，制動(dòng)力矩小，相應(yīng)動(dòng)載沖擊小，可選用普通推桿制動(dòng)器；否則，應(yīng)選用可控制動(dòng)器，如液粘制動(dòng)器或可控盤(pán)閘制動(dòng)器。 輸送機(jī)帶速，當(dāng)輸送機(jī)帶速高時(shí)，應(yīng)選用可控制動(dòng)器，或者選用液力或液壓制動(dòng)器先實(shí)現(xiàn)降速，速度降低以后，再加制動(dòng)閘進(jìn)行定車(chē)制動(dòng)。 考慮

28、輸送機(jī)（長(zhǎng)度、運(yùn)量）動(dòng)載荷大小，動(dòng)載荷較大時(shí)，必須采用可控制動(dòng)器，當(dāng)要求制動(dòng)精度高時(shí)，選用液粘制動(dòng)器，否則選用可控制盤(pán)閘制動(dòng)器。 考慮輸送機(jī)經(jīng)濟(jì)性，性能要求越好，投資價(jià)格越高。一般情況選用可控盤(pán)閘制動(dòng)器，既可實(shí)現(xiàn)可控制動(dòng)，又能實(shí)現(xiàn)定車(chē)，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，相應(yīng)投資也較小。制動(dòng)器的選型：制動(dòng)器選用電力液壓塊式制動(dòng)器，性能安全可靠，制動(dòng)平穩(wěn)，動(dòng)作頻率高，主要擺動(dòng)較點(diǎn)設(shè)有自潤(rùn)滑軸承，傳動(dòng)效力高，壽命長(zhǎng)，在使用過(guò)程中無(wú)需潤(rùn)滑，廣泛用于起重、冶金、礦山、港口、碼頭、建筑機(jī)械等機(jī)械驅(qū)動(dòng)裝置的減速或停車(chē)制動(dòng)。其推動(dòng)器為隔爆型并有防爆證和煤安證。制動(dòng)閘塊選用在制動(dòng)時(shí)不會(huì)引起爆炸和燃燒的材料制成，其材料性能符合MT11

29、3的規(guī)定、參數(shù)如下：電力液壓塊式制動(dòng)器型號(hào)： BYWZ3B160/25防爆電液推動(dòng)器： YT1-25ZB/4制動(dòng)力矩： 180N.m下圖4-3為YWZ3系列電力液壓塊式制動(dòng)器外形圖。其正常工作條件：環(huán)境溫度-40+50；一般用于三相交流電源50Hz、380V；電機(jī)安裝地點(diǎn)海拔高度符合GB755-87標(biāo)準(zhǔn)；安裝形式一般適合推動(dòng)器垂直工作，傾斜度不超過(guò)15。圖4-4 YWZ3系列電力液壓塊式制動(dòng)器外形圖（2）工作原理當(dāng)推動(dòng)器通電時(shí)，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)軸及轉(zhuǎn)軸上的葉輪旋轉(zhuǎn)，在活塞內(nèi)產(chǎn)生壓力，使固定在活塞的推桿迅速上升，推動(dòng)連接杠桿壓縮主彈簧使制動(dòng)瓦張開(kāi)，機(jī)構(gòu)得以運(yùn)動(dòng)。推動(dòng)器斷電時(shí)，主彈簧的力將制動(dòng)瓦壓緊于

30、機(jī)構(gòu)的制動(dòng)輪上使機(jī)構(gòu)停止運(yùn)動(dòng)。4.2.3減速機(jī)的選型（1）減速機(jī)是一種動(dòng)力傳達(dá)機(jī)構(gòu)，利用齒輪的速度轉(zhuǎn)換器，將馬達(dá)的回轉(zhuǎn)數(shù)減速到所要的回轉(zhuǎn)數(shù)，并得到較大轉(zhuǎn)矩的機(jī)構(gòu)。其作用是：1、降速同時(shí)提高輸出扭矩，扭矩輸出比例按電機(jī)輸出乘減速比，但要注意不能超出減速機(jī)額定扭矩。 2、減速同時(shí)降低了負(fù)載的慣量，慣量的減少為減速比的平方。一般的減速機(jī)有斜齒輪減速機(jī)(包括平行軸斜齒輪減速機(jī)、蝸輪減速機(jī)、錐齒輪減速機(jī)等等)、行星齒輪減速機(jī)、擺線(xiàn)針輪減速機(jī)、蝸輪蝸桿減速機(jī)、行星摩擦式機(jī)械無(wú)級(jí)變速機(jī)等等。根據(jù)本設(shè)計(jì)的要求，采用MB系列的無(wú)級(jí)變速機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)猴車(chē)運(yùn)行速度的控制。其基本結(jié)構(gòu)如下圖4-5所示圖4-5MB系列無(wú)級(jí)變

31、速機(jī)基本結(jié)構(gòu)圖（2）工作變速原理帶錐度的主動(dòng)輪（12）和壓盤(pán)（13）被一組蝶形彈簧（14）壓緊，輸入軸（15）和主動(dòng)輪用平鍵聯(lián)接，組成壓緊 主動(dòng)輪裝置。一組帶錐度的行星摩擦輪（10）內(nèi)側(cè)被夾在主動(dòng)傳輸線(xiàn)和壓盤(pán)之間，外側(cè)夾在帶錐度的固定環(huán)（11）和調(diào)速凸輪（9）之間組成福摩擦。當(dāng)壓緊的主動(dòng)輪裝置運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，行星摩擦輪就作純滾動(dòng)，由于固定環(huán)和調(diào)速凸輪不動(dòng)，因此行星輪在自轉(zhuǎn)的同時(shí)也做公轉(zhuǎn)，通過(guò)行星摩擦輪的中心軸及滑塊軸承（5）而帶動(dòng)行星架（2）轉(zhuǎn)動(dòng)。在轉(zhuǎn)動(dòng)手輪改變角向位置的同時(shí)，調(diào)速凸輪的端而曲線(xiàn)經(jīng)平面軸承（4）和固定平面凸輪（3）斷面曲線(xiàn)作用，使調(diào)速凸輪產(chǎn)生軸向移動(dòng)，從而勻速地改變調(diào)速凸輪的固定環(huán)之間

32、的間隙，使行星摩擦輪產(chǎn)生徑向移動(dòng)，從而勻速地改變了行星輪與主動(dòng)輪、壓盤(pán)及固定環(huán)、調(diào)整凸輪摩擦處的工作半徑，穩(wěn)定地實(shí)現(xiàn)了無(wú)級(jí)變速。（3）性能特點(diǎn)高強(qiáng)度：在加沖擊負(fù)載或機(jī)器逆轉(zhuǎn)時(shí)，本機(jī)性能可靠，能精確傳動(dòng)，無(wú)后座力。變速范圍大：變速比均為1:5，及輸出轉(zhuǎn)速可在1:45至1:7.25之間任意變化。調(diào)速精度高：調(diào)速精度為10.5轉(zhuǎn)。性能穩(wěn)定：本機(jī)的傳動(dòng)部件都經(jīng)過(guò)特殊的熱處理，精密加工摩擦部位，潤(rùn)滑良好，運(yùn)行平穩(wěn)，噪聲低，壽命長(zhǎng)。同軸結(jié)構(gòu)：輸入軸、輸出軸同向旋轉(zhuǎn)，體積小，重量輕。組合能力強(qiáng)：本機(jī)可與各種類(lèi)型減速機(jī)組合，實(shí)現(xiàn)低轉(zhuǎn)速、大扭矩的變速效果。在允許負(fù)載的情況下，調(diào)定的轉(zhuǎn)速恒定。全機(jī)密封，可適用于潮

33、濕、多塵、有輕度腐蝕性的工作環(huán)境。技術(shù)參數(shù)： 功 率：0.18KW7.5KW 轉(zhuǎn) 矩：1.5Nm2062Nm 變速范圍： a.基本型：200-1000r/min b.變速機(jī)帶一級(jí)齒輪減速（i=2.5-5）：40-200r/min c.變速機(jī)帶二級(jí)齒輪減速（i=7.1-25）：8-140r/min d.變速機(jī)帶三級(jí)齒輪減速（i=42-100）：2-23.5r/min （4）調(diào)速方式主要有：1、手輪調(diào)速：分快慢手輪、指針手輪調(diào)速；2、配直角器調(diào)速；3、電動(dòng)調(diào)速?？炻州喺{(diào)速直接看不出轉(zhuǎn)速，指針手輪調(diào)速指針上顯示的速度與實(shí)際輸出軸轉(zhuǎn)速有3-5轉(zhuǎn)的偏差。但本文采用指針手輪調(diào)速，這種調(diào)速比較方便，便于控

34、制。4.3氣體傳感器的選型4.3.1一氧化碳傳感器的選型煤礦中CO氣體最高濃度為0.0024%，當(dāng)CO傳感情檢測(cè)到其濃度不低于這個(gè)值時(shí)，傳感器就輸出一個(gè)模擬信號(hào)，通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換單元將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，再經(jīng)PLC控制猴車(chē)系統(tǒng)13。本文選用KGA3型一氧化碳傳感器。KGA3型煤礦用電化學(xué)式一氧化碳傳感器（以下簡(jiǎn)稱(chēng)傳感器）是礦用連續(xù)檢測(cè)礦井下一氧化碳濃度的高精度儀表。傳感器能夠?qū)崟r(shí)地測(cè)量并且顯示礦井下的一氧化碳濃度，而且根據(jù)濃度值的大小產(chǎn)生聲光報(bào)警信號(hào)，并且輸出與一氧化碳濃度相對(duì)應(yīng)的模擬信號(hào)。傳感器能在具有瓦斯、煤塵爆炸的礦井內(nèi)，對(duì)煤層自燃發(fā)火、機(jī)電設(shè)備、運(yùn)輸膠帶事故等多種因數(shù)可能引發(fā)火災(zāi)和爆炸事故

35、進(jìn)行早期的預(yù)測(cè)和預(yù)報(bào)。下圖4-6為KGA3型一氧化碳傳感器外形圖。圖4-6KGA3型一氧化碳傳感器外形圖(2) 主要技術(shù)參數(shù)：表4-2 KGA3技術(shù)參數(shù)表項(xiàng)目技術(shù)指標(biāo)測(cè)量范圍（CH4）（01000）X10-6基本誤差（CH4）0505020020010004X10-645%測(cè)量值X10-645%測(cè)量值X10-6響應(yīng)時(shí)間35S續(xù)表4-2報(bào)警方式間歇式聲光交替斷電點(diǎn)連續(xù)可調(diào)，報(bào)警方式斷續(xù)聲，光報(bào)警防爆型式Exibd輸出信號(hào)頻率200-1000Hz,0-200Hz,5-15Hz 電流1-5MA,4-20MA工作電壓DC（924V）工作電流80mA DC18V外形尺寸28018068mm通氣流量200

36、mL/min（1） 輸入輸出特性一氧化碳傳感器其電流輸出大小與氣體的濃度線(xiàn)性關(guān)系，其特性曲線(xiàn)如下圖4-7所示。圖4-7CO傳感器電流輸出與輸入的關(guān)系曲線(xiàn)4.3.2甲烷傳感器的選型煤礦中CH4氣體最高濃度為4%，當(dāng)CO傳感情檢測(cè)到其濃度不低于這個(gè)值時(shí)，傳感器就輸出一個(gè)模擬信號(hào)，通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換單元將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，再經(jīng)PLC控制猴車(chē)系統(tǒng)13。本文選用GJG10H型智能紅外甲烷傳感器。（1）產(chǎn)品介紹主要用于監(jiān)測(cè)煤礦井下環(huán)境氣體中的瓦斯?jié)舛?，采用?guó)際最新（NDIR）非色散紅外探測(cè)技術(shù)研制而成的新一代測(cè)量?jī)x表，是煤礦預(yù)防瓦斯突出和瓦斯爆炸的更新?lián)Q代產(chǎn)品?？梢詫?shí)現(xiàn)井下瓦斯?jié)舛鹊膶?shí)時(shí)測(cè)量就地顯示和超限聲光

37、報(bào)警等功能，并且能夠連續(xù)自動(dòng)地將井下瓦斯?jié)舛绒D(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)輸送給關(guān)聯(lián)設(shè)備。檢測(cè)元件由國(guó)外原裝進(jìn)口，采用高穩(wěn)定放大處理電路，保證了儀器的性能穩(wěn)定和測(cè)量準(zhǔn)確性。在檢測(cè)原理上使用的是完全不同于傳統(tǒng)催化原理的紅外線(xiàn)檢測(cè)技術(shù)，克服了催化原理傳感器標(biāo)定周期短、容易中毒等現(xiàn)象，具有測(cè)量準(zhǔn)確、反應(yīng)速度快、標(biāo)定周期長(zhǎng)、不受其它氣體影響、測(cè)量范圍寬、功耗低、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。在工作過(guò)程中由于采用光學(xué)測(cè)量并不消耗甲烷，無(wú)大功率器件，所以不存在受高瓦斯沖擊損壞的現(xiàn)象（根據(jù)需要量程可任意擴(kuò)展），測(cè)量不受風(fēng)速影響，性能穩(wěn)定調(diào)校周期最低一個(gè)月，響應(yīng)時(shí)間也遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于催化原理傳感器。儀器軟件上采用智能化設(shè)計(jì)，易于維護(hù)和調(diào)校，大

38、大節(jié)約儀器的使用與維護(hù)費(fèi)用。（2）其主要技術(shù)指標(biāo)如下表4-3所示表4-3 GJG10H型智能紅外甲烷傳感器主要技術(shù)指標(biāo)項(xiàng)目技術(shù)指標(biāo)測(cè)量范圍010.0%CH4分辨率0.01CH4續(xù)表4-3測(cè)量精度0.001.00%CH41.002.00%CH42.004.00%CH44.0010.0%CH40.10%CH40.20%CH40.30%CH48.00%真值(相對(duì)誤差)元件檢測(cè)反應(yīng)速度20s報(bào)警方式間歇式聲光報(bào)警，85dB(聲強(qiáng))，能見(jiàn)度20m(光強(qiáng))報(bào)警點(diǎn)范圍0.52.50連續(xù)可調(diào)斷電點(diǎn)范圍0.52.00連續(xù)可調(diào)采樣方式限制擴(kuò)散式整機(jī)工作電壓924V DC，18VDC/51mA傳輸距離3km(供電1

39、8V DC使用1.5mm2截面銅芯電纜)輸出信號(hào)2001000Hz、15mA DC（均線(xiàn)性對(duì)應(yīng)0.001.00%CH4）防爆型式Exib礦用本安型（3）下圖4-8、4-9分別為GJG10H型智能紅外甲烷傳感器的各部件示意圖和接線(xiàn)示意圖。圖4-8GJG10H型智能紅外甲烷傳感器的各部件示意圖1、斷電器信號(hào)輸出 2、電源正 3、地線(xiàn) 4、信號(hào)輸出圖4-9GJG10H型智能紅外甲烷傳感器接線(xiàn)示意圖（4）輸入輸出特性甲烷傳感器其電流輸出大小與氣體的濃度線(xiàn)性關(guān)系，其特性曲線(xiàn)如下圖4-10所示。圖4-10甲烷傳感器電流輸出與輸入的關(guān)系曲線(xiàn)4.4 FP1 A/D轉(zhuǎn)換單元（1）A/D轉(zhuǎn)換單元的主要作用把傳感器

40、檢測(cè)到的電壓或電流信號(hào)(模擬量)轉(zhuǎn)換成PLC能夠識(shí)別的等效數(shù)字量，這些數(shù)字量經(jīng)過(guò)PLC處理后控制系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)。FP1 A/D轉(zhuǎn)換單元的技術(shù)參數(shù)如下表4-4所示。表4-4 FP1 A/D轉(zhuǎn)換單元技術(shù)參數(shù)1項(xiàng)目說(shuō)明模擬輸入點(diǎn)數(shù)4通道/單元（CH0-CH3）模擬輸入范圍電壓0-5V和0-10V電流020mA 分辨率1/1000總精度滿(mǎn)量程的1%響應(yīng)時(shí)間2.5ms/通道輸入阻抗電壓不小于1兆歐（05V和010V范圍內(nèi)）電流250歐姆（020mA）絕對(duì)輸入范圍電壓+7.5V（05V）、+15V（010V）電流+30mA(020mA)數(shù)字輸出范圍K0K1000（H0H03E8）絕緣方式光耦合：端子與內(nèi)部電

41、路之間無(wú)絕緣：通道間連接方式端子板（M35螺絲）A/D轉(zhuǎn)換單元的輸入輸出特性如下圖4-11所示。圖4-11A/D轉(zhuǎn)換單元的輸入輸出特性曲線(xiàn)（2）占用通道及編程方法 A/D轉(zhuǎn)換單元有4個(gè)模擬輸入通道，占用的輸入端子分別為： CH0：WX9（X90X9F）CH1：WX10（X100X10F）CH2：WX11（X110X11F）CH3：WX12（X120X12F）PLC每個(gè)掃描周期對(duì)各通道采樣一次，并進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換的結(jié)果分別存放在各自的輸入通道（WX9WX12F）中。A/D轉(zhuǎn)換的編程可用指令F0實(shí)現(xiàn)，如【F0 MV ,WX9,DTO】.執(zhí)行這一指令后，CHO輸入的模擬信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換變成數(shù)字信號(hào)

42、后送入WX9，并由F0指令讀出保存到DTO中。（3）A/D轉(zhuǎn)換單元的面板布置及接線(xiàn)方法圖4-12是A/D轉(zhuǎn)換單元的面板布置圖。A/D單元的每個(gè)通道有4個(gè)接線(xiàn)端：V、I、C和FG。此外，還有一對(duì)電壓范圍選擇端子RANGE。其中，V是電壓輸入端，I是電流輸入端，C是公共端，F(xiàn)G是屏蔽接地端。左端擴(kuò)展插座用于連接FP1控制單元或者擴(kuò)展單元，右端插座用于連接D/A轉(zhuǎn)換單元或I/O LINK單元。A/D轉(zhuǎn)換單元的接線(xiàn)方法：電壓輸入方式的接線(xiàn)圖如圖4-13所示。信號(hào)有V和C兩端輸入，屏蔽外殼接FG端。當(dāng)電壓范圍選擇端子RANGE間開(kāi)路時(shí)，輸入模擬電壓范圍為05V；短路是，輸入模擬電壓范圍為010V。電流輸

43、入方式的接線(xiàn)如圖4-14所示。信號(hào)有I和C兩端輸入，將電壓輸入V和電流輸入I端子連接在一起，屏蔽外殼接FG端。此時(shí)，需要將當(dāng)電壓范圍選擇端子RANGE開(kāi)路。圖4-12 A/D單元的面板布置圖 圖4-13 電壓輸入接線(xiàn)方式 圖4-14 電流輸入接線(xiàn)方式（4）模擬量與數(shù)字量之間的轉(zhuǎn)換氣體傳感器輸出的電解電流和氣體濃度之間的關(guān)系如下式表示： （4-11） 式中，I電解電流；每1mol氣體產(chǎn)生的電子數(shù)；F法拉第常數(shù)；A氣體擴(kuò)散面積；D擴(kuò)散系數(shù)；C電解質(zhì)溶液中電解的氣體濃度；擴(kuò)散層的厚度。在同一傳感器中，、F、A、D及是一定的，所以電解電流與氣體濃度成正比。所以在本設(shè)計(jì)中選擇一氧化碳傳感器和甲烷傳感器輸

44、出信號(hào)為電流信號(hào)，測(cè)量范圍分別為420mA.和15mA。根據(jù)公式（1），由煤礦中一氧化碳和甲烷氣體的最高濃度分別為0.0024%、4%，則一氧化碳濃度為0.0024%對(duì)應(yīng)的輸出模擬電流為I=2.4X(20-4)/1000+4mA =4.384mA,對(duì)應(yīng)的PLC A/D轉(zhuǎn)換單元輸出數(shù)值為K=1000/20X4.384219。甲烷濃度為4%對(duì)應(yīng)的輸出模擬電流為I=4/10X4+1mA=2.6mA,對(duì)應(yīng)PLC的A/D轉(zhuǎn)換單元輸出數(shù)值為1000/20X2.6=130。因此當(dāng)PLC檢測(cè)到一氧化碳濃度轉(zhuǎn)換為數(shù)字量不小于220時(shí)或者甲烷濃度轉(zhuǎn)化為數(shù)字量不小于130是，就給控制系統(tǒng)一個(gè)停機(jī)的信號(hào)。4.5 PL

45、C電氣控制線(xiàn)路（1）數(shù)碼管顯示接線(xiàn)圖，如下圖（4-15）所示。圖4-15數(shù)碼管顯示接線(xiàn)圖（2）本文中數(shù)碼管顯示的位置是與上水平面為參照起始點(diǎn)。七段數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù)與輸入關(guān)系如下表4-5、4-6所示。表4-5輸入位選擇開(kāi)關(guān)與輸出數(shù)值的關(guān)系輸入輸出X7（X10）X8（X11）X9(X12)XA(X13)XB(X14)XC(X15)1XXXXX1X1XXXX2XX1XXX3XXX1XX4XXXX1X5XXXXX16表4-6數(shù)碼管各位與輸出數(shù)值的關(guān)系輸入輸出abcdefg011000011101101211110013011001141011011510111116注（1表示高電平，0表示低電平，X表示

46、任意狀態(tài)）（3）PLC外圍接線(xiàn)圖PLC外圍接線(xiàn)圖如下圖4-16和4-17所示。圖4-16PLC外圍接線(xiàn)圖（注：CO傳感器選擇通道CH0，甲烷傳感器選擇通道CH1，輸入方式都為電流輸入）圖4-17傳感器與A/D轉(zhuǎn)換單元接線(xiàn)圖4.6 PLC控制I/O分配PLC硬件配置確定后，應(yīng)對(duì)I/O點(diǎn)進(jìn)行分配，確定外部輸入輸出元件與PLC的I/O點(diǎn)的連接關(guān)系，完成I/O點(diǎn)地址定義表。表4-7、表4-8為控制系統(tǒng)的輸入輸出信號(hào)的名稱(chēng)、代碼。表4-7 輸入信號(hào)分配表輸入接口輸入信號(hào)代碼名稱(chēng)X0SB0正轉(zhuǎn)啟動(dòng)按鈕X1SB1反轉(zhuǎn)啟動(dòng)按鈕X2Q1速度調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)X3SB2停止按鈕X4 SQ1機(jī)頭越位行程開(kāi)關(guān)X5SQ2機(jī)尾越位

47、行程開(kāi)關(guān)X6SQ3重錘上限限位開(kāi)關(guān)X7Q2全程緊急停車(chē)保護(hù)開(kāi)關(guān)X8Q3X9Q4XAQ5XBQ6XCQ7XDQ14CO傳感器模擬信號(hào)XEQ15CH4傳感器模擬信號(hào)X10Q8過(guò)擺保護(hù)開(kāi)關(guān)X11Q9X12Q10X13Q11X14Q12續(xù)表4-7X15Q13X16Q14CO傳感器信號(hào)清零開(kāi)關(guān)X17Q15CH4傳感器信號(hào)清零開(kāi)關(guān)表4-8輸出信號(hào)分配表輸出接口輸出信號(hào)代碼名稱(chēng)Y0KM1自耦減壓?jiǎn)?dòng)接觸器1Y1KM2自耦減壓?jiǎn)?dòng)接觸器2Y2KM3電機(jī)正轉(zhuǎn)接觸器Y3KM4電機(jī)反轉(zhuǎn)接觸器Y4A制動(dòng)器松閘Y5B報(bào)警蜂鳴器Y6CMP3播放器Y7D減速機(jī)速度顯示Y8E電機(jī)運(yùn)行Y9F機(jī)頭越位顯示YAG機(jī)尾越位顯示YBH

48、減速機(jī)運(yùn)行Y10a緊急停車(chē)開(kāi)關(guān)觸動(dòng)位置數(shù)碼管顯示Y11bY12cY13dY14eY15fY16gY17a過(guò)擺保護(hù)開(kāi)關(guān)觸動(dòng)位置數(shù)碼管顯示Y18bY19cY1AdY1BeY1CfY1Dg在程序中也用到一些內(nèi)部繼電器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、時(shí)間繼電器。如下表4-9所示。表4-9程序中使用到PLC機(jī)器內(nèi)的器件及功能器件地址功能器件地址功能T0預(yù)警時(shí)間定時(shí)器RA過(guò)擺保護(hù)開(kāi)關(guān)位置顯示數(shù)碼管顯示信號(hào)T4電機(jī)啟動(dòng)時(shí)間定時(shí)器RBT2MP3開(kāi)始播放時(shí)間定時(shí)器RCT3制動(dòng)器報(bào)閘時(shí)間定時(shí)器RD續(xù)表4-9R0 緊急停車(chē)保護(hù)信號(hào)RER1過(guò)擺保護(hù)停車(chē)信號(hào)RFR2CO濃度偏高停車(chē)信號(hào)R3CH4濃度偏高停車(chē)信號(hào)DT0CO A/D轉(zhuǎn)換數(shù)值存儲(chǔ)區(qū)R4緊急停車(chē)保護(hù)開(kāi)關(guān)位置顯示數(shù)碼管顯示信號(hào)DT1CH4 A/D轉(zhuǎn)換數(shù)值存儲(chǔ)區(qū)R5R6R7R8R95軟件設(shè)計(jì)5.1控制系統(tǒng)程序流程圖該系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程和程序流程圖如圖5-1所示。圖5-1 程