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第1章 绪论
1.1 概述
煤炭是世界工业革命的动力基础，它推动了铁路、航运、钢铁、化工、电力以及以蒸汽机为动力的传统制造业的兴起和发展。中国是世界上煤炭资源最丰富的国家之一。据不完全统计，我国煤炭探明总储量在9000亿吨以上，居世界第三；已知含煤面积55万多平方千米，而且煤种齐全。我国利用煤炭已有几千年的历史，是世界上发现和利用煤炭最早的国家之一。远在公元前500年左右的春秋战国时期，煤已成为一种重要产品，称为石涅或涅石。魏晋时期称煤炭为石墨，唐宋时期为石炭，明朝始称煤炭。公元前一世纪，煤已经用于冶铁和炼铜。17世纪中叶，明末宋应星的《天工开物》一书，系统的记载了我国古代煤炭的开采技术，包括地质、开拓、采煤、支护、通风、提升以及瓦斯排放等技术，说明当时的采煤业已发展到一定的规模了。在相当长的时期内，我国的煤炭开采技术始终停留在手工作业生产的水平上，1949年全国煤炭年产量只有32.40Mt。建国以来，党和政府十分重视煤炭工业的发展，建设了大批新矿井，原煤产量飞速增长，1996年原煤产量已达13.3亿吨，居世界首位。在原煤产量中，国有重点煤炭和地方煤矿产量分别约占40%和60%。特别是改革开放以来，煤炭工业发展取得了更为显著的效果，采煤、掘进、运输等生产环节的机械化和生产集中化程度迅速提高，平均单产工效增长较快，创造了许多新的记录。1996年国有重点煤矿有72个综合机械化采煤队年产量超过1.00Mt，工作面平均数目达240.14个，平均年产77.1万t，平均回采工效 26.14t/工，综采比重占47.18%。兖州南屯综采队年产达3.50Mt。达到国际先进水平。全国共329个普采工作面，平均年产24.7万t，其中有40个单体液压支架普采队，年产超过40万t ；普采面平均回采工效7.62t/工，产量比重占23.35%，峰峰（现冀中能源）万年矿普采队创年产80万t的记录。全国煤矿炮采工作面有4个队年产超过35万t，开滦矿区一炮采队曾创年产50万t的高产记录。
矿用胶带机是煤矿必不可少的运输设备，胶带机的存在为提高输煤速度以及效率上得到大大提升。在我国煤矿每条胶带机长度一般在500~1000m左右，少数长度达到5000m以上。由于煤矿井下环境恶劣，胶带机运输的不仅是煤、矸石，有时还参有其他杂物（例如铁器等）。正是煤矿井下环境恶劣，不避免胶带机会发生许多故障。胶带机常见的故障有跑偏、打滑、断带、纵向撕裂、燃烧等等。上述故障不仅影响生产，也给煤矿安全带来重大威胁。仅以胶带火灾事故为例，据美国矿工局统计，胶带机火灾事故约占工矿火灾事故的20%，我国90年代以来因井下胶带着火死亡人数达数百人。94年原煤炭部规定井下胶带机必须配备堆煤、打滑、跑偏、高温洒水、烟雾报警、断带等保护。
随着信息技术、计算机技术的迅速发展，我国少数矿井已能在地面远程集中控制井下胶带机运输系统（如KJ42胶带运输机集中监控系统），取消了胶带
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机操做工人。采用井下胶带机运输系统的集中监控不仅人身安全得到保障，而且操作员在地面调度室直接监测胶带机及其各种保护的状况，还可以根据所采集的数据进行设备故障预测和处理，及时排除故障，保障设备正常地运行。所以对胶带机实现地面集中监控是十分必要的。
高效高产的矿井运输系统与设备，主要特点就是：设备大型化，煤流运输连续化，控制检测自动化。近年来，我国高效高产的矿井井下输煤的主要工具皮带运输，因此，皮带运输的的自动化程度、安全运行程度在煤矿生产中，都十分重要。当前，我国煤矿井下胶带机的控制方式，仍然是以就地控制为主。采用此种控制方式，不但工人的劳动环境差，而且需要大量的人力物力。因此不具备对故障的记录监督以及综合分析的能力，很多保护信号的信息只能就地显示，科学管理很不方便。将网络技术、计算机控制技术、工业电视技术和电子技术、应用到煤矿井下的胶带机，来实现自动控制功能，不但增加了煤炭产量，提高了生产效率，同时也有效的提高了设备的利用率和可靠性。工人的安全有了可靠保证，工作环境也进一步改善，从而达到了安全、可靠、经济的目的。
1.2 胶带运输机在国内外发展状况及趋势
胶带运输机发展很快,提高胶带运输机的生产率,增大单机长度和运输距离，提高运输机的爬坡能力,扩大胶带运输机的使用范围,如发展耐热耐寒的输送带，改善运输机的操作和提高管理的自动化程度，进一步降低胶带运输机的能量消耗等等。由于胶带运输机是煤矿最理想的高效连续运输设备,与其他运输设备(如机车类)相比，具有运输距离长、运量大、连续运输等优点，而且运行可靠，易于实现自动化和集中化控制，尤其对高产高效矿井，胶带运输机已成为煤炭开采机电一体化技术与装备的关键设备。随着我国高产高效矿井的出现，原有的胶带运输机无论是主参数还是运行性能都已不能满足要求，必须向长距离、高带速、大运量、大功率的大型化方向发展，并要改善和提高运行性能，确保安全可靠。胶带运输机现代的发展趋势是：运输量、运输距离和驱动装置的功率迅猛地增长。例如，国外露天矿已采用运输量达36000t/h以上、带宽3m以上、带速6～8m/s的胶带运输机。
目前，美国、德国、日本等一些制造胶带运输机的大公司都广泛应用CAD方法来进行运输机的计算分析、设计方案比较及工程图纸的绘制。我国的许多生产厂家虽然也在逐步采用CAD技术，但大多还停留在电子图板的应用水平上，并没有真正利用计算机运算速度快、计算精度高、存储信息量大和逻辑推理能力强等优点来代替人工进行设计造型及校核等工作。随着我国生产力的不断发展，采矿、冶金、港口以及工业企业日趋专业化，就更加需要进行高生产率的装卸输送，而胶带运输机较其他的装卸机械更容易满足这个要求。
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1.3 PLC在胶带运输机中的应用 胶带运输机作为一种主要的连续运输设备,广泛应用于煤矿行业。其特点是物料能被连续运输,且生产效率高、结构简单、动力消耗少以及便于组成流水生产线,使企业生产过程实现机械化、连续化及自动化。胶带运输机过去的控制系统多以继电器控制为主,技术相对落后,动作可靠性较差,使用寿命短,并且控制系统占地面积大。因此,采用目前广泛使用的可编程控制器(PLC)对胶带机系统进行控制是一种比较好的选择。PLC是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物,它克服了继电接触控制系统中的机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点,充分利用了微处理器的优点,又照顾到现场电气操作维修人员的技能与习惯,特别是PLC的程序编制,不需要专门的计算机编程语言知识,而是采用了一套以继电器梯形图为基础的简单指令形式,使得用户程序编制形象、直观、方便易学,调试和查错也都很方便。
可编程控制器具有结构简单、易于编程、性能优越、可靠性高、灵活通用而且使用方便等一系列优点,近年来已在工业生产过程的自动控制中得到越来越广泛的应用。本文就煤矿运输系统中的胶带运输生产线,阐述了运用PLC对胶带运输机的集中控制进行编程及其设计方法。
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第2章 胶带运输机
2.1 胶带运输机概述
胶带运输机的输送带即是牵引构件，又是承载货物的承载构件。工作时，由电动机通过减速装置驱动传动滚筒，依靠传动滚筒与输送带之间的摩擦力使输送带运动，货物随输送带运送到卸料地点。胶带运输机是一种生产技术比较成熟、使用极为广泛、近年发展很快的现代搬运设备。从露天矿山到地下矿井，从工厂车间内到大规模的移山填海工地，而高强度的胶带机输送机甚至代替汽车和火车在百公里以上的长距离连续高速地搬运货物。所以输送机在各部门的企业中得到了广泛的应用。胶带运输机的种类很多，按输送带的类型可分为通用的、钢绳芯的、钢绳牵引的和特种胶带运输机。胶带运输机（以下简称为运输机或胶带机）可用于水平或倾斜运输。胶带运输机最适合于在水平的或近于水平的倾斜方向上连续输送容重 0.5～2.5 ×103kg /m3散货和小型件货，工作过程中噪音较小，结构简单。适用于工作环境-200C～+400C。在设计胶带运输机时，根据安装地点的不同来选择 相应的布置形式，并应尽量采用最简单的布置形式。典型的布置形式有以下九种，如表 2-1 所示。
采用不同结构形式输送带，则胶带运输机对水平的允许倾角β取决于被送物料与输送带之间的动摩擦系数，输送带的断面形状，物料的动堆积角，装载的方式和输送带的运动速度。为了保证物料在输送带上无纵向的下滑移，输送带的倾角应取得比物料与带条之间的静摩擦角小10～15度。胶带运输机在一般工作条件下的允许最大倾角可参考表2-2。
2.2 胶带运输机的主要部件
胶带运输机的主要部件包括：输送带、支承装置、驱动装置、制动装置拉紧装置、改向装置、装载装置、卸料装置、清洁装置、机架等。下面简单介绍一下各主要部件。
由于井下巷道的地质条件比较复杂，加上电动机功率的限制，井下运输系统一般由多条胶带构成。根据现场的实际情况，参与集中控制的各条胶带必须具有分台控制的功能，可自动监测运行情况。因此，在各条胶带机的机头还必须设置独立的智能综保仪控制设备。
目前，构成胶带机集中控制系统的方案大都采用主从式结构。本系统设计中，省去了主机的概念，采用各智能综保仪相互串连的方式实现了自动化程度较高的集中控制，系统结构如图2-1所示。
2.2.1 输送带
在胶带机运输机中输送带既是承载构件，又是牵引构件，用来承放被运货
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表 2-1 胶带运输机的九种典型布置形式
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