kj161胶带输送机集中监控系统.docx
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kj161胶带输送机集中监控系统
常州机电职业技术学院
2011届毕业设计（论文）课题表
系部
电气工程系
选题
教师
姓名
专业
电气自动化
技术职务
高级
中级
申报课题名称
课题性质
A
B
C
D
E
课题来源
A
B
C
D
√
√
课题简介
KJ161型胶带输送机集中监控系统是集计算机技术、电气自动化技术、自动控制技术为一体的电气控制系统。
该系统采用多种传感器采集不同的信号，通过CAN总线传输到KJD30Z矿用本安型计算机中，KJD30Z通过对接收到的信号进行判断、分析，然后通过远程集控的方式将分析后的信号传到地面集控室，这种传输方式大大的提高了信息反馈的速度，从而方便井上管理人员能及时准确的解决胶带输送机运煤过程中出现的各种异常情况。
设计（论文）
要求
（包括应具备
的条件）
1、需要有组成改系统的相关设备。
2、该系统运行前必须详细检查防爆腔是否盖好，防止通电时产生的火花与井下的瓦斯等易燃易爆气体发生反应。
3、需要有CAN总线进行信号的传输。
课题预计
工作量大小
大
适中
小
课题预计
难易程度
难
一般
易
√
√
专业所在教研室审定意见：
教研室负责人（签名）：
年月日
注：
1．该表作为学生毕业设计（论文）课题申报时专用，由选题教师填写，经所在专业有关人员讨论，负责人签名后生效；
2．有关内容的填写见背面的填表说明，并在表中相应栏内打“√”；
3．课题一旦被学生选定，此表须放在学生“毕业设计（论文）资料袋”中存档。
常州机电职业技术学院
毕业设计（论文）任务书
系部：
电气工程系
专业：
电气自动化
姓名:
学号:
题目：
KJ161胶带输送机集中监控系统
起迄日期:
2010-7-25~2011-4-24
设计（论文）地点:
实验室
指导教师:
专业负责人：
发任务书日期:
毕业设计（论文）任务书
1．本毕业设计（论文）课题应达到的目的：
通过对完整的KJ161胶带输送机集中监控系统设计，要求我们摆脱单纯的理论知识学习状态。
理论只有和实际设计结合才能锻炼我们综合运用所学的专业基础知识和解决实际问题的能力，同时也提高了我们查阅文献资料、设计手册、设计规范以及电脑制图等其它专业能力的水平，而且通过对整体的掌控和对局部的取舍，以及对细节的斟酌处理，都使我们的能力得到了锻炼，经验得到了丰富。
2．本毕业设计（论文）课题任务的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）：
1）查找有关资料。
2）阅读和翻译与研究内容有关的外文资料。
3）熟悉KJ161胶带输送机集中监控系统，明确控制对象进行系统总体设计包括对矿用设备的选型、相关地址的分配与系统硬件接线。
4）系统详细设计方案，包括工艺流程图、接线图、梯形图。
5）程序调试，修改完善。
6）撰写毕业设计（论文）
由于本论文研究的系统使用的特殊性，必须要求设计者严格遵守系统本身运行的环境因数和相关组成系统的设备的参数以及性能要求。
毕业设计（论文）任务书
3．对本毕业设计（论文）课题成果的要求〔包括图表、实物等硬件要求〕：
1）确定KJ161胶带输送机集中监控系统的设计方案、功能流程图、I/O分配接线图的绘制。
2）相关硬件设计，调试。
3）设计说明书及有关资料的编写、收集。
4．主要参考文献：
1陈贤红，危先高.胶带输送机电控成套装置.江苏：
常州自动化研究院，2012年5月
2孔力，梁福平.传感器原理及检测技术.华中科技大学出版社
3梁森，王侃夫，黄杭美.自动检测与转换技术.机械工业出版社
4刘玉梅，张文丽，王再丽.过程控制系统.机械工业出版社
5王勇.现代测试技术.西安.西安电子科技大学出版社
毕业设计（论文）任务书
5．本毕业设计（论文）课题工作进度计划：
起迄日期
工作内容
2010年7月25日~2010年2月13日
2010年12月14日~2011年1月18日
2011年1月19日~2011年2月10日
2011年2月11日~2011年2月25日
2011年2月26日~2011年3月10日
2011年3月11日~2011年4月5日
2011年4月6日~2011年4月25日
1、了解设计项目要求，查阅有关资料，熟悉KJ161胶带输送机集中监控系统。
2、确定系统总体设计方案。
3、选择矿用多功能驱动器的型号和规格。
4、设计接线图，实现系统的硬件连接。
5、模拟调试，优化系统。
6、完成设计工作的资料汇总、总结，毕业设计论文写作。
7、毕业设计论文修改；提交正式论文稿（电子文档和打印稿），准备毕业答辩。
所在专业教研室审查意见：
负责人：
年月日
系部意见：
系部领导：
年月日
常州机电职业技术学院
2011届学生毕业设计（论文）中期检查表
学生姓名
学号
指导教师
选题情况
课题名称
KJ161胶带输送机集中监控系统
难易程度
偏难
√
适中
偏易
工作量
较大
合理
√
较小
符合规范化的要求
任务书
有
√
无
开题报告
有
√
无
外文翻译质量
优
良
中
差
学习态度、出勤情况
好
√
一般
差
工作进度
快
按计划进行
√
慢
中期工作汇报及解答问题情况
优
√
良
中
差
中期成绩评定：
所在专业意见：
负责人：
年月日
常州机电职业技术学院
毕业设计（论文）
作者：
学号：
系部：
电气工程系
专业：
电气自动化技术
题目：
KJ161胶带输送机集中监控系统
毕业设计（论文）中文摘要
KJ161型煤矿胶带输送机集中监控系统是集计算机技术、电气自动化技术、自动控制技术为一体的电气控制系统，作为特殊场合的使用设备，该系统具有安全性高，判断、分析能力强，使用方便等优点。
本论文从该系统的功能，硬件电路和软件设计，系统的安装及配置和调试四部分分别论述这一系统。
该系统采用多种传感器采集不同的信号，通过CAN总线传输到KJD30Z矿用本安型计算机中，KJD30Z通过对接收到的信号进行判断、分析，然后通过远程集控的方式将分析后的信号传到地面集控室，这种传输方式大大的提高了信息反馈的速度，从而方便井上管理人员能及时准确的解决胶带输送机运煤过程中出现的各种异常情况。
关键词：
胶带运输传感器集控矿用本安型辅控
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明
原创性声明
本人郑重承诺：
所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
作者签名：
日 期：
指导教师签名：
日 期：
使用授权说明
本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：
按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。
作者签名：
日 期：
1系统简介
1.1功能及用途
KJ161型胶带输送机集中监控系统的主要功能是对上运、平运、下运、固定式、可伸缩式、集中驱动、多点分布驱动等各种类型胶带输送机实现控制与保护，可用于煤矿井下有瓦斯、煤尘爆炸危险的环境或地面严酷环境。
1.2使用环境条件
1）环境温度：
0~40℃（户内或井下设备），户外设备根据需要配置；
2）相对温度：
不大于95％（±25℃）；
3）大气压力：
80~106kpa；
4）煤矿井下有瓦斯、煤尘爆炸危险环境或地面严酷环境，无剧烈冲击和振动、周围无腐蚀金属和绝缘的化学物质。
1.3矿用防爆型式
由隔爆兼本质安全型电气设备和本质安全型电气设备组成。
1.4系统组成及工作原理
1.4.1系统组成
系统组成如图1所示，系统由地面监控主站、系统信号传输设备和监控子系统组成。
地面监控主站由工业控制计算机、显示器、网卡和相应的系统软件、集控软件或组态软件组成。
图1系统组成
系统信号传输可以采用三种方式：
（1）电缆总线传输方式传输设备由传输接口组成；
（2）光缆传输方式传输设备由数据接口箱和矿用本安型光端机组成，光端机以下为总线传输方式；
（3）网络传输方式传输设备由地面环网接入器和井下环网接入器组成，井下环网接入器以下为总线传输方式。
监控子系统包括以KJD30Z矿用本安型工业控制计算机为控制核心的子系统。
其中，以KJD30Z矿用本安型工业控制计算机为核心的子系统主要由KJD30Z矿用本安型工业控制计算机、KDK8矿用多功能控制驱动器、KGV5总线式急停闭锁开关等设备组成。
每个子系统既可以单独用于单条胶带的电控保护，也可以任意组合而实现全矿井胶带系统的集控。
2硬件系统的设计
2.1概述
该胶带机监控系统可实现顺槽、固定胶带机等的保护、控制、沿线通话、故障检测、现场工业电视接入、汉字图形显示和语言报警等功能。
系统采用嵌入式技术与现场总线技术相结合，并配有以太网口、RS485等接口，易于与其它子系统和设备连接，易与全矿井自动化系统汇接，实现各种信息的共享。
从顺槽到固定胶带运输机，从单条运输胶带到整个矿井的所有胶带运输系统，从简单的头尾搭接到汇接胶带，该系统均可提供全套解决方案。
系统的主要特点有：
1）以太网+现场总线（CAN）方式，网络结构简明，便于扩展。
2）采用12.1寸大屏幕TFT彩色液晶显示器，可直观显示工艺设备的运行状态、生产工矿参数、设备故障状态等以动画、图形汉字等方式。
3）接口类型丰富，配置有以太网、CAN、RS485等接口，易于与其它子系统或设备连接。
4）自动识别沿线总线监测设备的类型、位置，无需设置地址拨码开关。
5）友好的操作界面，具有菜单式操作界面，易于操作；所有的保护值均可以通过滚动光标进行设置；还可以根据现场情况屏蔽不需要的功能。
6）故障查询及诊断快捷，当出现故障保护时，自动弹出故障诊断画面，显示故障性质、地点。
7）可接入视频图像信号，直观反映现场设备的工作状态。
2.2系统组成
系统由KJD30Z矿用本安型工业控制计算机、KDK8型矿用多功能控制驱动器、各种传感器保护装置、通信信号装置、专用控制装置以及磁力起动器或高低压开关控制设备等组成。
具体配置如表1所示，系统框图如图2所示。
名称
型号
防爆模式
数量
矿用本安型工业控制计算机
KJD30Z
本安
1
单片机控制软件
1
矿用多功能控制驱动器
KDK8
隔爆兼本安
1~2
矿用多功能控制驱动器
KDK9
隔爆兼本安
按需要确定
速度检测传感器
KGS7
本安
按需要确定
总线式急停闭锁开关
KGV5
本安
按需要确定
跑偏开关（两级/接插型）
KGE28
本安
按需要确定
纵撕传感器
GVY—2K
隔爆兼本安
按需要确定
堆煤传感器
GUJ20
本安
1~2
烟雾传感器（接插型）
KGN1
本安
按需要确定
温度传感器
GWP200（D）
本安
按需要确定
GW40
本安
红外温度传感器（滚筒）
KGW2
本安
洒水电磁阀
DF20/8
隔爆
按需要确定
DF25/4
隔爆
自动灭火洒水装置
KG3009—1
隔爆兼本安
按需要确定
本安电源
KDW15A
隔爆兼本安
1
通信信号装置分机
KXT22.2
本安
按需要确定
10芯接插电缆
MHYV4×2×7/0.43
按需要确定
4芯接插电缆
MHYV1×4×7/0.37
按需要确定
信号电缆
MHYV1×4×7/0.37
按需要确定
控制电缆
MYQ1×4×1.0
按需要确定
表1系统配置
图2系统框图
2.3主要功能
2.3.1工作方式
该系统具有远程集控、本机集控、单机自动、就地手动四种工作方式。
（1）远程集控方式：
指系统工作在远控方式，本安计算机接收来自主站（上位机或集控主站）的开车和停车指令，系统自动实现按顺序起动、运行、联锁与保护、停车全过程的检测和控制。
（2）本机集控：
指胶带机司机根据生产要求发出开、停车指令。
仍保留集中运行的全部功能，同时将信息传给主站。
（3）就地手动：
该方式为人工手动操作，除沿线拉动急停外其余保护不起作用，主要用于检修试车使用，本安计算机只起监测作用。
2.3.2系统具有的一般功能
1）一般起停
本案计算机接受到开车命令后，自动发起动预告，然后起动相应电机，胶带开始起动，同时检测各信号是否正常；接受到停车命令后，先联锁停所有给煤机（点），在认为胶带机已空载后控制所有电机停；接受到急停命令或监测到停车型故障信号后，同时急停所有给煤机（点）和所有电机，并在显示器上一图形和文字显示各设备的运行状态。
2）软控起停、功率平衡
本安计算机接受到起（停）命令后，按设定的起（停）特性和规定的加（减）速度控制胶带机的起（停），在胶带机运行过程中实现各驱动设备的功率平衡，这样可以减少动载荷，降低对驱动设备的功率需求，减轻起动过程对胶带机的冲击，防止胶带打滑、断损。
2.3.3沿线急停闭锁和故障位置检测
选用KGV5总线式急停闭锁开关进行胶带输送机沿线紧急闭锁保护。
该闭锁开关具有故障地点识别功能，并具有开关量输入、输出功能，可兼做接线盒。
胶带输送机沿线其它保护装置如跑偏、纵撕及信号器等可就近接入该闭锁开关，这样可节省大量信号电缆。
当闭锁开关或接入的其它传感器动作时，本安计算机报警并发出急停命令，同时能显示故障性质和位置。
2.3.4设备状态检测
1）设备起停状态检测。
2）对胶带机速度、打滑、烟雾、纵撕、跑偏、堆煤、滚筒温度、工作电流、煤仓煤位、轴温、电机绕组温度、胶带张力等各种工况信息进行检测，并在烟雾和粉尘浓度动作时起动超温洒水电磁阀进行降尘降温。
2.3.5设备状态显示
本安计算机对以上参数检测后，可在计算机的12寸大屏幕彩色液晶上以图形、动画和汉字的形式显示设备的起/停和各种工况信息。
2.3.6图形显示
可在本安计算机上显示胶带系统之间的搭接关系并通过改变图形颜色表示各种工况故障信号。
2.3.7语音报警
具有完善的语音报警提示功能，对沿线闭锁及沿线故障等信息都具有语音报警提示功能。
2.3.8通信信号功能
该系统配有KXT22通信信号装置，可实现胶带机沿线启动预告和打点信号联络及语音通话，并在主机上自动显示信号发生位置。
2.3.9设备启/停时间统计、故障记录
系统对胶带机的开启时间进行统计，并记录发生的所有故障。
2.3.10实时和历史曲线显示功能
系统可显示模拟量的实时曲线并记录数据，并可召唤显示历史曲线。
2.3.11连接方式：
采用插接式的电缆连接方式，易于安装和拆卸。
2.3.12联网集控功能
本安计算机具有丰富的接口，可通过多种方式和其它设备连接，构成胶带运输机监控系统，通过数据传输也可和其它煤矿监测系统汇接或通过上位机接入计算机网络。
2.4硬件简介
2.4.1KJD30Z矿用本安型工业控制计算机
KJD30Z矿用本安型工业控制计算机（以下简称本安工控机）是矿用本质安全型设备，适用于有瓦斯、煤尘爆炸危险的环境，作为各种设备的自动控制装置，它具有逻辑控制、显示及远距离数据传输等功能，可以适应各种控制对象，满足不同复杂程度的控制要求。
1）结构特征
KJD30Z本安工控机外形图与内部结构图分别见图3与图4。
本安工控机为后开盖方式，LCD液晶屏、急停按钮、电话按钮、键盘按钮及送话器安装在门上。
左侧安装有4个快速接插的插座和一个喇叭嘴，其中1个为10芯插座，与3C总线相连，1个10芯插座以输入3组直流供电电源，另2个4芯插座分别为RS485和以太网接口，喇叭嘴作为视频输入使用。
右侧1个10芯插座，与3C总线相连；另2个4芯插座为RS485接口和以太网接口，喇叭嘴也作为视频输入。
图3KJD30Z外形结构图
1-RS485A-B插座2-急停按钮3-以太网插座24-视频出线嘴5-电话按钮
6-3C总线A7-鼠标按钮8-键盘按钮9-3C总线B10-电源插座
11-LCD液晶屏12-以太网插座113-RS485C-D插座14-喇叭
图4内部结构图
1-主控板2-接线板3-LCD液晶屏4-钢化玻璃5-语音通讯板6-喇叭
2）工作原理
本安工控机的电气框图见图5。
主要由主控板、彩色LCD液晶屏、键盘、接线板及语音通讯组件等组成。
本安工控机实时监测从各接口采集到的信息，发出相应的控制命令，控制设备的启/停，同时发出报警信号。
KJD30Z本安工控机所需的A、B、C、D四组直流本安电源由KDK8矿用多功能控制驱动器提供。
A组DC15V给主控板供电；B组DC15V主要是彩色液晶显示器的背光；C组DC18V给语音通讯提供电源；D组DC18V给检测接口电路供电。
图5KJD30Z电气框图
主控板是本安工控机的核心单元，采用嵌入式计算机为管理控制核心，以WINDOWSCE为通用软件平台。
具有硬实时能力、很小的内核、引导速度快、深层次中断处理、确定的控制性以及低成本等许多优点，支持LCD、Ethernet、USB、键盘、鼠标和SD卡。
2.4.2KDK8型矿用多功能控制驱动器
1）结构特征
整个驱动器箱体分为隔爆腔、接线腔和本安腔三大部分。
各腔体的布局及其外部元器件分布图6如所示。
隔爆腔内部有一个插箱，电路板可以方便地沿导轨推入和拉出。
接线腔通过喇叭嘴入外部电缆。
本安腔内部信号通过快速接插件引出。
图6控制驱动器
2）工作原理
（1）电源工作原理
电源工作原理如图7所示。
控制驱动器内部有2个变压器，分别是控制变压器和电源电压器，为后续电路提供电源，具体参见图7。
（2）信号转换工作原理
本控制驱动器的信号转换工作原理如图8所示。
图7电源工作原理图
图8信号转换工作原理图
KDK8型矿用多功能控制驱动器既能够采集设备的输入、输出口的状态，将其发送到CAN总线，也能够接收总线上的信号，控制驱动器的输出状态。
各信号经单片机处理之后，通过CAN总线收发器发送至总线。
当驱动器处于自动状态时，驱动器接收CAN总线命令，经单片机处理后，控制驱动继电器动作，输出非安接点信号。
当驱动器处于就地状态时，8个旋钮开关代替总线控制8路继电器信号输出，其它工作原理与远程控制状态下相同。
若选择了“启用端口急停保护”，KDK8一旦检测到有闭锁开关动作或3C总线电缆断路，则通过硬件直接切断8路继电器信号的输出。
本驱动器与其它设备（如矿用本安型工业控制计算机、智能闭锁开关等）配套使用时，典型系统各设备间的电气逻辑关系如图9所示。
图9控制驱动器与其它设备配套间的关系
设备之间通过10芯3C总线连接。
3C总线由2芯电源线、2芯数据线、4芯语音线、1芯闭锁线组成。
系统正常工作时，3C总线中的“闭锁”信号由控制机设备提供（如图中矿用本安型控制机）。
2.4.3KGV5总线式急停闭锁开关
1）结构特征
KGV5急停闭锁开关的外形结构如图10所示。
图10KGV5急停闭锁开关的外观图
左右红色指示杆（1、3），用于闭锁开关的动作指示和人工复位，指示杆直立表示开关未动作，指示杆倒下表示开关动作，向上拨动指示杆可解除闭锁，让开关复位。
定位孔
（2）和其他3个孔为闭锁开关的安装孔。
左右拉环（4、11）接拉绳。
指示灯（5、12）用于频率、闭锁开关动作和通讯信号指示，指示灯5是红绿双色指示灯（红色指示拉闭锁，绿色灯指示急停频率），指示灯12处是2个指示灯，上面的一个是红绿双色指示灯，下面一个是绿色的通讯信号指示灯。
左右10芯头（6、14），接10芯电缆。
跑偏（7）4芯航空插座可接入跑偏传感器。
总线（8）5芯航空插座可接入总线设备或用于检修等。
电话（9）5芯航空插座接入信号器。
喇叭嘴（10）可接入开出开入等传感器信号。
终端（13）是必备设备，一条总线配置一个，安装于最后一个闭锁开关右十芯航空插座上。
2）工作电压：
9～18.5V
3）工作电流：
不大于30mA
2.4.4KCC2总线式通用I/O接口
1）电源电压：
直流9～19V
2）输入输出信号：
KCC2总线式通用I/O接口开关量输入时为无源接点输入，开关量输出光耦CE极输出，模拟量输入时信号与通用I/O接口共地输入。
3）开关量输入信号：
2路，无源光耦输入，高电平应不小于2.5V,低电平不大于1V；
4）模拟量输入信号：
（电压型或频率型输入信号二选一，总路数不超过4路）
5）电压型：
4路，范围（1～5V）,采用误差不大于±2.0％（相对于满量程）；
6）频率型：
4路，范围（200～1000）HZ（频率的高电平不小于2.5V，低电平不大于1V，脉宽不小于0.3ms），采集误差不大于±2.0％（相对于满量程）；
7）开关量输入信号：
2路，无源光耦CE输出，截止状态的漏电阻不小于100ＫΩ，导通状态的电压不大于0.5V（输出电流为2mA时）。
2.4.5KDK9多功能控制驱动器
1）结构特征
驱动器箱体分为隔爆腔和接线腔，隔爆腔内部装有变压器、继电器、控制电路板和各种旋转开关等电气元件，完成所有的电气特性；接线腔内部具有2排接线排和5个接线柱，主要用于输入输出与外部的连接。
2）主要功能
a、具有远程控制、就地手动和就地检修调试3种控制方式。
b、具有采集各I/O的状态并发送至总线，还能接收总线命令或本安输入口状态控制继电器接点动作。
c、具有急停闭锁输出控制功能，在皮带急停时，实现对输出口的闭锁。
d、具有未起动闭锁功能：
在皮带未起动时，实现对输出口闭锁。
e、具有本安输入信号与非安接点信号转换功能。
f、通讯功能：
采用现场总线（CAN）与其它设备进行通讯。
3）工作原理
KDK9型矿用多功能控制驱动器的交流电源输入经变压器输出低压交流电源，经整流、滤波、稳压后供内部电路使用；此多功能控制驱动器不仅能够采集设备本身的输入、输出口的状态，将其发送到CAN总线，而且能够接收总线上发送到驱动器上的信号，控制其输出状态。
驱动器采集到的非安开关量信号与本安开关量信号进入其内部电路后，经光耦隔离后输入单片机，由单
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