本科毕业论文-基于plc的煤矿矿车防跑车系统设计（定稿）

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1、基于plc的煤矿矿车防跑车系统设计摘要:随着自动控制理论和PLC技术的发展，具有易于使用、功能强大、高可靠性、扩展能力强、广泛的适用性和组成控制系统的简洁性等诸多优点的PLC控制技术，得到了越来越广泛的应用。本论文以作者研究的基于PLC的煤矿矿车防跑车系统项目为背景，从PLC控制系统设计的角度，探讨PLC控制技术的应用。本课题主要是对基于PLC的煤矿矿车防跑车系统进行设计，以实现有效的对挡车栏进行手动控制和自动控制；并且能够对矿车的运行状态进行实时监控，当矿车运行出现问题时可及时报警并控制挡车栏对矿车进行拦截；能够实现与上位机进行通讯，可以在人

2、机界面中观察矿车状态并进行手动操作。本次设计应用小型可编程控制器（西门子S7-200CPU224）作为控制系统硬件部分控制核心，采用组态王设计人机界面，使用CAD制图软件绘制电气原理图，采用西门子STEP7-MicroWIN编程软件进行编程。程序调试结果表明本次设计的系统能够实现对矿用挡车栏的自动和手动控制，可与上位机进行通讯。本设计可应用于现场工作。关键词：PLC挡车栏控制系统通讯11/11前言斜井轨道提升时煤矿提升系统中的一个重要组成部分，但目前斜井轨道提升系统在运行过程中跑车事故发生频率较高，是煤矿安全生产的薄弱环节。特别是一些煤矿由于资

3、金匮乏、人为操作较多等原因，造成装置磨损老化，容易出现钢丝绳断裂，发生跑车事故。煤矿跑车事故危害严重，除了撞坏设施外，还会造成人员伤亡等严重后果。为了解决这一问题，多数煤矿选择在斜井中安装挡车栏装置，挡车栏装置可以有效的对发生跑车的矿车进行拦截，避免造成重大人员伤亡及财产损失。本文设计的就是一款基于PLC的煤矿矿车防跑车系统。可编程控制器（简称PLC）是一种新型的具有极高可靠性的通用工业自动化控制装置。它具有控制能力强、可靠性高、配置灵活、编程简单、方便使用、易于扩展等优点，是当今工业控制的主要手段和重要的自动化控制设备。本设计选用西门子S7-

4、200中CPU224系列PLC作为控制核心。要求设计一个由PLC自动控制的挡车栏系统，由位置传感器检测车辆有无并计算车速，若矿车超速则自动开启挡车栏拦截矿车，可有效的减少由矿车跑车造成的损失。第一章煤矿矿车防跑车系统研究背景和设计与实现1煤矿矿车防跑车系统研究背景目前我国矿山井下辅助运输绝大多数仍然以轨道运输为主要方式，斜巷轨道运输又是煤矿辅助运输的重要一环，其特点是工作范围广、战线长、占用设备多、设备设施流动性大、涉及人员多。在目前煤矿生产中，运输事故还占有很大的比例。在斜巷矿车移动中，由于绞车司机的违章作业、信号把钩工的不规范推车、连挂车和

5、矿车连接装置的不完好等原因,易发生跑车事故。一旦发生跑车，就可能造成设备损坏、中断斜巷运输,造成严重的经济损失，严重的还会造成人员伤亡,对矿井的安全生产造成严重影响。2煤矿矿车防跑车装系统功能介绍本设计任务是针对基于PLC的矿用挡车栏系统进行设计。该系统应实现以下功能要求：(1)能够有效的对挡车栏进行控制，分为手动控制和自动控制两种方式；(2)能够对矿车的运行状态进行实时监控，当矿车运行出现问题时可及时报警并控制挡车栏对矿车进行拦截。11/113煤矿矿车防跑车系统的设计与实现11/11由于矿车在煤矿、金属矿山、非金属矿山等所有倾角在30°以下的

6、单轨提升运输斜巷中运行，当斜巷矿车发生跑车时，将会造成很大安全事故，造成人身设备伤亡。基于上述背景，本章探讨煤矿矿车防跑车系统的设计与实现，该系统是对发生跑车的矿车进行有效拦截以免扩大事故，特别适合于复合型斜巷中。整个煤矿矿车防跑车系统主要包括控制系统部分和机械部分。煤矿矿车防跑车系统主要由核心控制器、位置检测系统、挡车栏系统、监控报警系统等部分组。图1-1煤矿矿车防跑车系统结构图第二章煤矿矿车防跑车系统总体设计11/111速度检测原理11/11要检测矿车在斜井中的运行速度，经过分析，提出了在斜井坡上，每隔一段距离安装一个位置传感器，用来检测矿

7、车在某段时间内运动的距离，从而计算出矿车运行的速度。图3-3分多段检测矿车运行速度方案。11/11图2-1传感器位置示意图11/11图2-1中所示，斜井坡长分2段进行检测矿车运行的速度，一共装有3个位置检测传感器，相互之间的距离分别为L1和L2。矿车运行至拐点处，第一个传感器检测，运行时间T1，斜坡上的第二个传感器检测到矿车运行信号，此时计算出矿车速度V1,矿车继续运行至第三个传感器，运行时间为T2，从而可以再次计算出，此时的矿车运行的速度。2系统闭环控制原理11/11由挡车栏的工作原理可知，每次挡车栏的开启，与矿车在斜坡上的运动速度有关，当速

8、度大于某个设定值时，挡车栏自动启动。图2-2防跑车系统闭环控制原理图图2-2为系统闭环控制原理图。由图可知，PLC、绞车电机和速度检查检测三者构成一个