煤矿斜井安防综合监控系统的研究
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摘要
本论文针对煤矿斜井运输时经常发生的矿车跑车事故，利用PLC技术、自动控制技术、传感器技术、钢丝绳无损检测技术实现了斜井运输的综合监控，有效地避免了斜井运输时发生跑车，造成重大事故。
论文以西门子S7-200PLC为控制核心，由检测行人的红外线传感器、钢丝绳断丝检测传感器、提升钢丝绳受力传感器、矿车速度传感器及挡网到位传感器等组成。斜井常闭式防跑车安全装置采用常闭式档杠和拦网，使用380V防爆电机传动。系统实现了钢丝绳动态检测，行人与行车闭锁及报警，矿车掉道自锁及报警，跑车自锁及报警，超速自锁及报警，到挡开网等六大功能，解决了斜井提升中由于掉道、断绳、超速等原因引起串车跑车而引发重大的煤矿事故。
论文针对斜井运输综合监控，给出了系统的具体实施方案和以PLC为核心的系统硬件方案以及关键的软件程序，并利用单片机与PLC的通讯，实现了监控数据的显示和报警。论文同时设计了系统组成的关键传感器——提升钢丝绳受力传感器，另外通过磁检测法检测钢丝绳受损情况，并给出了磁路结构设计方法，以及设计励磁器的有关计算参数。
系统实现了斜井运输的综合监控，达到了多功能、多保障的性能，为斜井提升运输的综合监控提供了先进、可靠的工具。目前系统已成功应用于新泰市新泰煤矿和沈村煤矿，其运行可靠，取得了较好的安全效果。
The thesis aims at car-running accident in the transportation of slope mine. It realizes integrated monitor on slope mine transportation using PLC technology, automation technology, and NDE (nondestructive testing) technology, avoids effectually car-running that does a lot of damage.
The control core is SIEMENS S7-200PLC, and detecting man infrared testing, detecting steel-wire broken sensor, detecting steel-rope tension sensor, detecting pit car speed sensor and detecting backstop position sensor. Normally closed anti-car-running instrument is used net-block and stick-block, it is driven by 380V approved electric motor. This system realizes six main functions: dynamic detecting on steel-rope, interlock and alarm when man and tramcars go along, self-lock and alarm when tramcars break the rail, self-lock and alarm of car-running, self-lock and alarm of overspeed, raising the net-block when tramcars coming. It avoids serious mine accident because of car-running, steel-rope broken, and overspeed in slope mine transportation.
The thesis offers the material scheme of system, the hardware project based on PLC, and the key software program, using communication of single-chip and PLC, the system realizes display and alarming of monitoring data. Secondly, The thesis designs the main sensor that detects the pulling force of steel-rope. Thirdly, the system detects destructive steel-rope by Magnetic Testing method, and offers the structural design of magnetizing exciter and the correlative calculation parameter.
The system realizes integrated monitor and control on slope-mine transportation, and obtains multifunctional and multi-ensure performance, and offers advanced and reliable instrument for slope-mine transportation. At present, this system has been applied at XinTai city XinTai coalmine and ShenCun coalmine successfully, the operation is reliable, and the secure effect is preferable.
论文以西门子S7-200PLC为控制核心，由检测行人的红外线传感器、钢丝绳断丝检测传感器、提升钢丝绳受力传感器、矿车速度传感器及挡网到位传感器等组成。斜井常闭式防跑车安全装置采用常闭式档杠和拦网，使用380V防爆电机传动。系统实现了钢丝绳动态检测，行人与行车闭锁及报警，矿车掉道自锁及报警，跑车自锁及报警，超速自锁及报警，到挡开网等六大功能，解决了斜井提升中由于掉道、断绳、超速等原因引起串车跑车而引发重大的煤矿事故。
论文针对斜井运输综合监控，给出了系统的具体实施方案和以PLC为核心的系统硬件方案以及关键的软件程序，并利用单片机与PLC的通讯，实现了监控数据的显示和报警。论文同时设计了系统组成的关键传感器——提升钢丝绳受力传感器，另外通过磁检测法检测钢丝绳受损情况，并给出了磁路结构设计方法，以及设计励磁器的有关计算参数。
系统实现了斜井运输的综合监控，达到了多功能、多保障的性能，为斜井提升运输的综合监控提供了先进、可靠的工具。目前系统已成功应用于新泰市新泰煤矿和沈村煤矿，其运行可靠，取得了较好的安全效果。
The thesis aims at car-running accident in the transportation of slope mine. It realizes integrated monitor on slope mine transportation using PLC technology, automation technology, and NDE (nondestructive testing) technology, avoids effectually car-running that does a lot of damage.
The control core is SIEMENS S7-200PLC, and detecting man infrared testing, detecting steel-wire broken sensor, detecting steel-rope tension sensor, detecting pit car speed sensor and detecting backstop position sensor. Normally closed anti-car-running instrument is used net-block and stick-block, it is driven by 380V approved electric motor. This system realizes six main functions: dynamic detecting on steel-rope, interlock and alarm when man and tramcars go along, self-lock and alarm when tramcars break the rail, self-lock and alarm of car-running, self-lock and alarm of overspeed, raising the net-block when tramcars coming. It avoids serious mine accident because of car-running, steel-rope broken, and overspeed in slope mine transportation.
The thesis offers the material scheme of system, the hardware project based on PLC, and the key software program, using communication of single-chip and PLC, the system realizes display and alarming of monitoring data. Secondly, The thesis designs the main sensor that detects the pulling force of steel-rope. Thirdly, the system detects destructive steel-rope by Magnetic Testing method, and offers the structural design of magnetizing exciter and the correlative calculation parameter.
The system realizes integrated monitor and control on slope-mine transportation, and obtains multifunctional and multi-ensure performance, and offers advanced and reliable instrument for slope-mine transportation. At present, this system has been applied at XinTai city XinTai coalmine and ShenCun coalmine successfully, the operation is reliable, and the secure effect is preferable.
引文
1．李树德．常闭式斜巷防跑车装置[J]，煤炭技术，2003，22(8)：8-9
2．卢舟燕，刘金龙．斜井防跑车技术应用现状[J]，煤矿机械，2006，27(1)：128-129
3．周德利，晏银辉．矿井斜巷跑车防护装置的探讨[J]，内蒙古煤炭经济，2002，2：75-76
4．《〈煤矿安全规程〉读本》编委会．煤矿安全规程[M]．北京：煤炭工业出版社，2004，350-386
5．张兴奎．斜巷安全综合监控系统[J]，工矿自动化，2005，6：33-35
6．三蒲宏文[日]．机电一体化[M]．北京：科学出版社OHM社，2005，128-174
7．方培生．传感器原理与应用[M]．北京：电子工业出版社，1991，113-165
8．贾伯年．传感器技术[M]．南京：东南大学出版社，1992，56-60
9．胡寿松．自动控制原理[M]．北京：国防工业出版社，1994，256-260
10．赵负图．传感器集成电路手册[M]．北京：化学工业出版社，2003，56-260
11．丁英丽．霍尔磁敏传感器的原理及应用[J]，仪表技术，2003，5：47-48
12．黄云．霍尔传感器与强电一体化的应用[J]，自动化与仪表，2005，5：77-79
13．彭丽静，宫世宽，李丽红．热释电红外传感器原理及应用[J]，煤炭技术，2005，24(3)：113-114
14．邓重一．光电开关原理及应用[J]，传感器世界，2003，12：18-20
15．张志军，赵燕，郗晓法．光电开关在唐钢物资称重系统的应用[J]，信息化技木与控制，2006，增1：115-116
16．丁方莉．一种漫反射式光电开关的实现[J]，黄山学院学报，2006，8(3)：31-33
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20．王强．利用漏磁通对钢丝绳进行无损探伤[J]，金属制品，2005，3 1(6)：40-41
21．黄采伦，黄爱苏，张健．霍尔元件在煤矿钢丝绳断丝在线监测中的应用[J]，矿业安全与环保，1999，4：18-20
22．田志勇，谭继文，文妍．钢丝绳断丝信号处理技术[J]，工矿自动化，2006，4：13-14
23．刘松强．数字信号处理系统及其应用[M]．北京：清华大学出版社，1996，72-131
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32．求是科技．单片机典型模块设计实例导航[M]．北京：人民邮电出版社，2004，112-161
33．求是科技．单片机通信技术与工程实践[M]．北京：人民邮电出版社，2005，231-250
34．吴正毅．测试技术与测试信号处理[M]．北京：清华大学出版社，1991，1-12
35．楼然苗．51系列单片机设计实例[M]．北京：北京航空航天人学出版社，2004，44-72
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37．尚莉，张兴．PLC在数据采集和处理中的应用[J]，控制工程，2003，10：19-20
38．杨志刚，钱俊磊．西门子s7-200系列PLC与单片机之间的自由口通信[J]，河北理工学院学报，2005，27(4)：77-79
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41．王新贤．集成电路速查手册[M]．济南：山东科学技术出版社，2003，22-231
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