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。

2．控制系统的功能及设备选型

2.1 设备构成

皮带输送机控制系统主要由PLC控制系统、人机界面等组成，它主要控制皮带输送机、各种故障检测和保护装置，将各种信息在触摸屏上集中显示。 下面对监控系统各部分进行详细的介绍。 2.1.1带式输送机

带式输送机是以皮带作为牵引机构和承载机构的连续运输机械，又称为皮带输送机，它在矿山的物料运输，特别是煤的输送方面得到了广泛应用。带式输送机主要由以下几种主要部件组成：输送带、驱动装置、托辊、机架、拉紧装置、制动装置和清扫装置。

皮带是经主动滚筒和机尾改向滚筒形成一个无极环行带。它上下的两股皮带分别由上下的托辊来支承。拉紧装置可以使皮带获得一定的张力，防止皮带松懈，引起不必要的麻烦。物料是经机尾装料口落到上股皮带上面，当皮带带着煤流运行到尾端时，自动将其卸落。主动滚筒与电机相连，当电机转动时，带动滚筒转动，皮带通过皮带和滚筒之间的摩擦力也被带动运行，从而实现运输功能。

皮带机的传动装置一般位于输送带的头部、中部或是尾部，它是带式输送机的重要组成部分。传动装置一般由驱动装置和传动滚筒组成。驱动装置一般采用电动机、液力偶合器、减速器及制动轮、传动滚筒组成。

输送机的驱动有单滚筒驱动和多滚筒驱动，一般常采用单滚筒驱动，功率大时可采用多滚筒驱动。多滚筒驱动的优点就是能够传递较大的功率，带动较大的负载，并能降低输送带的张力；其缺点就是可能会出现功率不平衡问题，从而增加了电动机的备用功率。 2.1.2故障检测及保护

皮带铺设长度较长，特别是在井下，工作条件差，很容易引起损坏。主要有以下几种损伤形式和原因[12]：

(1)转载机与带式输送机机尾搭接高度不够，或机尾缓冲托辊失去弹性，当大块的物料从转载机上落下，形成较大的冲击力而装破皮带的上覆盖层，甚至破断带芯，形成窟窿。特别是当物料中夹带尖锐物体，很容易划破皮带，造成皮带纵斯。

(2)当皮带跑偏，会引起皮带和机架摩擦，产生带边拉毛开裂，带边磨损后，水从破损处渗入，时间久了，帆布层会逐渐腐烂。

(3)皮带搭接不符合要求。如果接头不齐，不平不直，造成皮带受力不均匀而破裂。

(4)皮带制造质量差或使用保管不当，如地面使用的皮带，夏季长期在烈日下曝晒，冬季皮带表面积水结冰造成皮带皮质变硬使皮带提前老化。如果使用中皮带张紧力过大或皮带铺设距离太短，挠曲次数超过了极限值，也容易造成皮带提前老化损伤。

带式输送机在输送过程中经常出现故障，除以上的一些原因外，还有许多其它的原因，如果这些故障处理不当，可能会导致更大的事故，对生产造成重大损失。下面简要介绍一下带式输送机出现的一些常见故障。 1) 跑偏

皮带输送机跑偏的根本原因是输送带在运行过程中，横向受力不平衡。主要有以下几种原因：(1)安装质量原因：a机架、滚筒没有调整平直；b托辊轴线与输送带中心线不垂直；c机架与地面连接强度不够，机架不稳定；d导料槽和卸料槽的导料挡板安装位置不当，受力不均。(2)输送带质量原因：a输送带接头与中心线不直；b输送带带边呈”S”型。(3)装载质量原因：装载点不在输送带中央。(4)维护质量原因：滚筒清扫不干净，造成直径不等。

我们一般在机头、机中和机尾皮带最容易跑偏的地方分别安装一对防跑偏保护装置。本设计中采用煤炭科学总院常州自动化研究所的KG1007A型皮带防跑偏开关，如图2.1.1所示，其跑偏信号通过接入临近拉线急停开关传输。在皮带正常工作时，跑偏开关的探杆在竖直位置。当皮带跑偏时，皮带碰到跑偏开关的探

杆，并带动探杆轴转动，此时与探杆固定在一轴上的凸轮也同时转动，拨动跑偏开关的微动开关发出跑偏信号。

2.1.1 跑偏开关 2.1.2 速度传感器

KG1007A型皮带防跑偏开关为本质安全型电气设备，使用于煤矿有瓦斯尘爆炸危险的环境。它体积比较小、重量轻、密封性能好；触点动作后还留有较大的探杆转动缓冲角，使本身不易损坏，输出开关量信号。它的转动角度可以通过改变微调开关的位置来改变。在此设计中，我们要求跑偏信号发出传送给PLC后，使PLC给CST发出急停指令，同时触摸屏故障位置指示灯亮并启动急停报警。 2) 速度检测

检测皮带打滑、超速和断带故障，均需要知道皮带的运行速度，因此我们设置一个速度传感器来检测皮带的速度。本设计中，我们选用常州联力的KJ5007A型速度传感器，如图2.1.2所示，输出频率信号，幅值5V，频率f=200V(V为皮带速度值)，输出电流信号4～20mA。带式输送机运行时，速度检测传感器由紧贴皮带的滚轮带动转盘（带有齿槽）在光电传感器凹槽内转动，光电传感器光路通断受齿槽控制，输出相应的方波频率信号，频率信号再经频率/电压、电压/电流变换后输出4～20mA的电流信号，部分电路方框图如图2.1.3所示。

转盘 光电传感器 f整形放大电压f频率/电压变换v电压/电流变换电流输出图2.1.3 速度检测传感器部分电路方框图

3）打滑

驱动滚筒打滑的原因是滚筒的摩擦牵引力降低、超载或带子被卡住。摩擦牵引力降低的原因是输送带或滚筒沾泥水、输送带张力下降。采用自动调整的拉紧装置是防止驱动滚筒打滑的有效方法。滚筒持续打滑得不到纠正，则会招致输送