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1绪论
1.1概述
煤炭运输是煤炭生产过程中不可缺少的一部分[1]。矿井中，运输线路比较长，巷道条件多种多样，运输若不通畅，采掘工作或是其它的工作都无法进行，整个煤炭生产系统将处于瘫痪状态。矿井运输机械的类型很多，按运行方式不同，可分为连续运行和往返运行两种。连续运行式运输设备的特点是，一经开动就不需操作而连续运行。普通皮带机、钢绳芯皮带输送机、钢绳牵引皮带输送机等均属于此类运输设备。往返运行式运输设备的特点是，在运行区间，以一定的方式，作往返式周期性运行，运行中需要操作换向。机车运输及单绳牵引运输等属于此类运输设备。
随着科学技术的不断发展，矿井生产规模的不断扩大，运输系统[4][7]也经历了不断的变革和进步，并以煤流运输的连续化（输送机化），设备大型化（使用长运距、大运营、高运速、大功率输送机）、自动化、高可靠性与安全性能来保证矿井的连续、高效生产。正是在这种环境下，皮带输送机系统由于具有输送距离长、运量大、连续输送等优点，而且运行可靠，易于实现自动化和集中化控制，目前，特别是在高产高效矿井，它已成为煤炭开采机电一体化技术与装备的关键设备。
1.2矿井皮带运输系统的意义
矿井皮带运输系统，是由多条皮带搭接或由煤仓转载形成的煤流运输系统，因此它内部的基本运输单元就是单台皮带机。其具有以下特点：
1）结构简单，安全可靠
带式输送帆的结构由传动滚筒。改向液简、托辊、驱动装置和输送机等几大组建，仅有10余种部件，能进行标准化生产,并可酸需蛰进行组合装配；它的驱动部件自重轻，耐瞻耐用，工作过程中噪声较小．维修费用低；只要输送带不被撕破，就可安全使用几十年。
2）适用范围广、输送能力大
带式输送饥的输送带有各种宽度，其承裁断面有平型、槽型、波纹挡边
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型、管型等，因此可以输送各种粉料、散料、块料、矿石、各种生熟料，混凝土和包装好的成件物品，运量可从每小时几公斤引几万吨，在连续装载的条件下，能连续运输。井可在输送机的任何点上进行装、卸料，也可以在回程段上装、卸料。进行反向运输(钢丝绳牵引带式输送饥除外)这是机动车辆所望尘莫及的。
3）对线路适应性强、运距长
槽型带式输送机可以在大转弯半径条件下，实现水平转弯。带式输送机的单机长度可达十几公里，且中间无需任何载点。能进行水平或倾斜输送，爬坡能力大。在输送机的中间使用摩擦驱动万式，可使输送机长度不受皮带强度的限制。
4）基建投资省、运营费用低
由于实用皮带运输机可以缩短运输距离，与机动车相比，无需道路建设投资，大大节省了基建成本。皮带运输机的磨损件仅为托辊、皮带，它们的使用寿命长，且皮带运输机自动化程度高，使用人员少，能耗低，因而营运费用低廉。
带式输送机具有以上优良的性能，所以它在国民经济各个部门的企业中获得广泛的应用，近年来在矿山开采中皮带输送机已成为重要的组成合分，在矿山运输中发挥着十分重要的作用，因此它的运输系统要有多台皮带输送机、给煤机、煤仓等构成，协调配合完成长距离运输任务。为保证运输系统的安全可靠，提高运输效率，对其进行完善的管理和监控是现代矿井煤流运输迫切需要的一项技术。
1.3矿井皮带运输系统的控制要求
由于运输系统是煤矿生产的大动脉，因此对系统的有很高的要求。 (1) 实现运输系统集中监控，实时监控设备状态和运行参数，并显示数据曲线，对重要信息在硬盘记录；
(2) 控制方式分集控自动/集控手动/就地，三种方式可转换。正常生产时，使用集控自动方式，设备按工艺要求的顺序和流程由中央控制台自动启停；集控手动时，可在中央控制台操作各设备，无闭锁和联动关系；就地时，在现场操作；
(3) 启动设备前由集控台发预告信号，预告30秒后，若现场均满足集控自动启动条件，设备按顺序自动启动。现场可用停车钮停止启动过程；
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(4) 现场信号箱设起/停车按钮，现场可随时停车。若设备由集控启动，控制系统接到现场停车停号后，可作急停处理，实施故障停车操作；
(5)装设拉线开关、跑偏保护、低速保护等，这些信号均接入集控系统，参加设备的紧急停车和闭锁停车；
(6) 对设备故障和工艺参数的异常实时报警，并进行声光提示。一般故障只报警，现场非正常停车或严重故障时，故障设备及其上游设备紧急停车，下游设备顺煤流延时闭锁停车。
1.4国内外的研究现状
在80年代，国内开始了煤矿监测监控技术的研究，至今已得到了广泛的应用和发展。随着新材料技术、电子传感技术、数字通信技术、控制技术、微计算机技术、软件技术和网络技术的迅速发展，监测监控技术从其通讯方式上划分，先后经历了三个阶段。第一阶段是每个传感器需一对传感线连接到地面的星型结构。第二阶段是在一对传感线上实现多路频率分割的载波传输。第三阶段是目前应用最多的中心站和分站之间的半双工时分总线方式。
监测监控系统自中心站计算机向下，由接口装置、信号传输总线、井下分站和各类传感器、断电仪等组成。中心站计算机和各分站曾集散型积木结构。桌面部分有中心站计算机和交换机、交换机、集线器、双绞线、用户终端等组成实时快速100M以太网络或其它网络系统。目前国内KJ系列监测监控系统大都缺乏统一标准。这主要表现在通讯协议、分站、传感器和断电仪等设备外围接口方面；另外是监测监控系统软件。为适应现代工业控制的实际需要，工业组态软件的开发和使用将成为今后计算机监控系统软件的主流。组态软件具有良好的开放性、交互性和灵活性，用户可以继承性的开发。煤矿综合自动化监测监控系统和专家分析系统已成为一种发展趋势。
国外煤矿监控技术是20世纪60年代开始发展起来的，至今已有四代产品，基本上5～10年更新一代产品。从技术特性来看，主要是从信息传输方式的进步来划分监控系统发展阶段。80年代是计算机、大规模集成电路、数字通信等现代技术高速发展时期。由英国煤炭研究院推出的MINOS系统软件应用成功。美国以其拥有的雄厚高科技优势，率先把计算机技术、大规模集成电路技术、数字通信技术等现代高新科技用于煤矿监控系统，使煤炭监控技术跻身于高科技之列。这就形成了以分布式微处理机为基础的第四代煤矿监控系统。其中有代表性的是美国MSA公司的DAN6400系统，其信息传输方式仍属时分制范畴，但
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用原来的一般时分制的概念已不足以反映这种高科技的特点[3]。
1.5本设计的主要内容
矿井生产自动化已经成为一种趋势，如何更好的实现矿井运输系统的集中安全控制管理是现在迫切解决的问题。本论文正是以此为目的，设计单条皮带和单台给煤机的监控系统。此监控系统是以西门子S7-200 PLC为核心，实现皮带输送机和给煤机多种工作方式下的启停控制和各种故障监测的皮带运输监测控制系统。它主要内容如下：
1)在分析煤矿井下皮带运输机控制系统的功能需求基础上，基于PLC构造单条皮带控制系统框图；
2)基于单条皮带控制系统构造多条皮带集控系统框图； 3)完成单条皮带控制系统设备选型及PLC编程； 4)基于组态软件构造集控系统主机界面。