山東科技大學(xué)工程碩士學(xué)位論文緒論本安及防爆設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的井下部分由于工作在爆炸性環(huán)境，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)需要按照相關(guān)規(guī)程對它的本安及防爆性能予以考慮，并通過有關(guān)部門的安全性檢驗(yàn)。5.1本安防爆原理5.1.1概述煤礦井下的空氣中含有甲烷，若它在空氣中的濃度達(dá)到一定比例，遇到微小火花就有爆炸的危險(xiǎn)。井下煤塵瓦斯發(fā)火事故的電路故障多為電氣部件運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的電火花。本安設(shè)計(jì)的目的，以控制電氣設(shè)備產(chǎn)生的電火花為首要任務(wù)，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)備本質(zhì)安全。本安設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)為體積小、重量輕，可在線監(jiān)控和帶負(fù)荷調(diào)整，可以設(shè)備工作時(shí)進(jìn)行維修檢查【18】。5.1.2電路火花形成的特點(diǎn)火花放電主要包括：（1）電阻電路的火花放電，（2）電容電路的火花放電。5.1.3本安電路的考慮在設(shè)計(jì)本安電路前，首先要對它的工作環(huán)境按照國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分類，并對可燃性氣體進(jìn)行分組。此外，國家標(biāo)準(zhǔn)也對本安電路的電氣間隙、爬電距離、耐泄痕性能及防護(hù)等級作出了相應(yīng)的規(guī)定。電路的本安性能最終要通過符合資質(zhì)檢驗(yàn)部門的檢驗(yàn)。若不能達(dá)到相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)從上述幾方面考慮，對電路進(jìn)行調(diào)整，使之最終通過檢驗(yàn)【25】。5.1.4隔爆處理隔爆是在危險(xiǎn)環(huán)境中保證設(shè)備及生產(chǎn)安全一種預(yù)防措施，方法是將電氣設(shè)備外殼設(shè)計(jì)成堅(jiān)固的隔爆外殼【27】。5.2系統(tǒng)本安防爆具體設(shè)計(jì)5.2.1系統(tǒng)本安性能分析根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際條件，本系統(tǒng)采用了隔爆兼本安型結(jié)構(gòu)，即系統(tǒng)的部分電路是本安電路，而另一部分是非本安電路，以達(dá)到防爆的目的。各設(shè)備部件應(yīng)當(dāng)采用取得“入井資格證”的合格產(chǎn)品?？刂蒲b置中的轉(zhuǎn)換電路板屬于低電壓低功耗的部件，應(yīng)將它設(shè)計(jì)成本安電路板。這樣便于對它進(jìn)行帶電調(diào)整，而且故障時(shí)也便于檢修或更換?？刂蒲b置中的PLC性能較為穩(wěn)定，可以長期免維護(hù)，對它應(yīng)進(jìn)行隔爆處理【47】。5.2.2轉(zhuǎn)換電路板的本安設(shè)計(jì)(1)本安理論驗(yàn)證電源模型設(shè)計(jì)是電容性方式。對它本安性進(jìn)行分析時(shí)，要分別做兩個(gè)單獨(dú)的判定。首先保證電源自身是否可靠，是否為本質(zhì)安全型，其次考慮其它情況下分析。步驟如下：a.電源的判定已知限流電阻50Ω，電源電壓24V，故短路電流為：因電路是電阻性的，查閱圖3-15(Ⅰ類)，電壓為24V的電阻性電路最小點(diǎn)燃電流約為1.5A。安全系數(shù)超過3。b.電容器的判定對于Ⅰ類，參考圖3-15的點(diǎn)燃電壓曲線(含有鎘)，查到在電壓36V時(shí)引起點(diǎn)燃電容最小值約為4μF，因此判定此電源電路是本質(zhì)安全型的【20】。(2)具體措施設(shè)備電源采用外接比較穩(wěn)妥，其應(yīng)采用隔爆兼本質(zhì)安全型設(shè)計(jì)。其電氣間隙和爬電距離應(yīng)符合國家有關(guān)井下設(shè)備防爆的要求。電源部分將外部能量引入電路板，因而受環(huán)境因素影響發(fā)生故障的幾率最大，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)予以重點(diǎn)考慮。采取了雙重化限壓限流措施。具體做法是在電源變壓器的副邊串接了限流電阻，同時(shí)利用板上集成穩(wěn)壓器實(shí)現(xiàn)限流保護(hù)(0.5A)、過熱保護(hù)和過壓保護(hù)功能。在故障幾率較大的濾波電容接地端串聯(lián)了限流電阻，大大提高點(diǎn)燃電容的最小值。5.2.3PLC的隔爆處理本系統(tǒng)的PLC采用的是廠家成品，對用戶來說防爆性能未必可靠，因此必須進(jìn)行隔爆處理。5.2.4繼電器、插接件本系統(tǒng)使用大量的繼電器和插接設(shè)備。為保證系統(tǒng)的安全性能，零部件全部安裝在隔爆殼中。本安電氣電路使用的插接件應(yīng)單獨(dú)使用，應(yīng)注意其電氣間隙和爬電距離的要求。插接件應(yīng)有防止拔脫、誤插、互換的閉鎖設(shè)計(jì)。山東科技大學(xué)工程碩士學(xué)位論文總結(jié)及展望6總結(jié)及展望6.1本系統(tǒng)的突出特點(diǎn)本系統(tǒng)的突出特點(diǎn)主要有：測量點(diǎn)為干接點(diǎn)無電量,適用于井下特殊防爆條件下的應(yīng)用；硬件故障的程序內(nèi)診斷,保證主提升的安全可靠；井下設(shè)備本質(zhì)安全考慮及設(shè)計(jì)以及可編程邏輯控制器的廣泛應(yīng)用。(1)測量點(diǎn)處無電氣量壓力傳感器采用液壓傳遞原理將重量信號(hào)變?yōu)橛蛪盒盘?hào)，引至較好的環(huán)境下再變換為電氣量，從根本上解決了一般電氣傳感器難以可靠準(zhǔn)確稱重的問題。(2)硬件故障的自診斷技術(shù)使用合理邏輯控制機(jī)制，編制軟件程序?qū)毫Σ杉?、轉(zhuǎn)換設(shè)備進(jìn)行定時(shí)檢測，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，提高了系統(tǒng)的可靠性。同時(shí)本系統(tǒng)利用軟件程序也實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)補(bǔ)償?shù)墓δ?，防止了信?hào)的漂移，保證測量的準(zhǔn)確性。(3)PLC的廣泛應(yīng)用過程自動(dòng)控制，數(shù)模轉(zhuǎn)換、顯示系統(tǒng)動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)，使用PLC的輸入輸出功能及強(qiáng)大的邏輯控制轉(zhuǎn)換功能，將系統(tǒng)從復(fù)雜變?yōu)楹唵?，?yōu)化控制系統(tǒng)。本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對模擬量的相關(guān)控制：對A/D轉(zhuǎn)換讀取。對顯示驅(qū)動(dòng)采用必要的邏輯控制，使得顯示數(shù)據(jù)和控制信息合理表達(dá)出來，再利用PLC的運(yùn)算處理功能，可以方便的實(shí)現(xiàn)顯示電路的動(dòng)態(tài)刷新，減少了硬件開銷。6.2展望6.2.1現(xiàn)場使用效果該系統(tǒng)已經(jīng)在多地推廣，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益顯著。主要表現(xiàn)在：(1)設(shè)備裝載效率提升效率提高，每勾煤炭裝載時(shí)間可節(jié)約10%，有效提升了主井的提勾產(chǎn)量，增加經(jīng)濟(jì)效益明顯。(2)提升重量統(tǒng)計(jì)十分準(zhǔn)確，作為煤炭的定量指標(biāo)，可提前制定合理地銷售策略。(3)無人化操作，降低人力資源成本。6.2.2展望本系統(tǒng)由于采用了可編程控制器，可以很方便的實(shí)現(xiàn)井上井下的通訊聯(lián)絡(luò)。在這里，井底控制裝置可視作現(xiàn)場的控制站，實(shí)際控制著裝載系統(tǒng)的運(yùn)行及各種提升信號(hào)的管理；井口車房的可編程裝置可作為監(jiān)控級的一部分，主要用于提升控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、存貯、顯示和打印。它可以通過通訊網(wǎng)絡(luò)與管理級計(jì)算機(jī)聯(lián)系起來，使得管理級能夠通過網(wǎng)絡(luò)及時(shí)掌握煤炭生產(chǎn)情況。定重測量裝置作為主井提升系統(tǒng)的主要組成部分，可無縫連接入原有設(shè)備系統(tǒng)中，不僅能夠有效降低提升機(jī)的故障率，節(jié)約提升時(shí)間創(chuàng)造可觀的經(jīng)濟(jì)效益，還可以降低電力消耗，提高煤礦提升的自動(dòng)化程度，確保主提升系統(tǒng)的安全可靠，利用故障自檢測等手段，動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)顯示等技術(shù)，主煤流系統(tǒng)運(yùn)行效率與可靠性大幅提高。本設(shè)計(jì)屬于礦山生產(chǎn)自動(dòng)化流程底層的子系統(tǒng)。若是僅僅對煤炭生產(chǎn)的裝載及提升過程進(jìn)行控制，成為生產(chǎn)流程中的“信息孤島”，其作用必將大大降低。若采用成熟技術(shù)，通過現(xiàn)有的煤礦全礦井環(huán)網(wǎng)，該裝置與其它設(shè)備之間以及更高控制管理層網(wǎng)絡(luò)之間的時(shí)時(shí)通信，形成分布式控制系統(tǒng)，其效能必將大大增加。這也是煤炭定重測量的進(jìn)一步發(fā)展方向。山東科技大學(xué)工程碩士學(xué)位論文致謝致謝在本論文完成之際.首先向我的導(dǎo)師劉傳璽、劉瑞國教授表示深深的謝意，作為我的導(dǎo)師，他嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的治學(xué)態(tài)度和對科學(xué)研究、教育事業(yè)默默奉獻(xiàn)的高尚品德都將永遠(yuǎn)銘記在我的心中。攻讀工程碩士學(xué)位期間，從論文的選題到技術(shù)路線的確定、方案的實(shí)施到論文的撰寫，都傾注了兩位老師大量的心血。在此.向他表示衷心的感謝和誠摯的敬意。本論文的完成也離不開其他各位老師、同學(xué)和朋友的關(guān)心與幫助。在此要感謝李洪剛礦長在論文開題、初稿、設(shè)計(jì)、現(xiàn)場實(shí)際調(diào)查期間所提出的寶貴意見，感謝以李礦長為首的工程技術(shù)人員提供的數(shù)據(jù)和建議，還要感謝同門的師兄師妹們，在科研過程中給我以許多鼓勵(lì)和幫助?；叵胝麄€(gè)論文的寫作過程，雖有不易，卻讓我除卻浮躁，經(jīng)歷了思考和啟示，也更加深切地體會(huì)了學(xué)習(xí)的精髓和意義，因此倍感珍惜。自動(dòng)化專業(yè)的錢琳琳、劉正中同學(xué)在我論文的準(zhǔn)備過程中給予了熱心的指導(dǎo)和無私的幫助.在此也向他們表示深深的謝意。感謝學(xué)院各位老師的辛勤培養(yǎng)和教誨。最后，感謝各位老師在百忙中對本文的審閱。山東科技大學(xué)工程碩士學(xué)位論文參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)[1]付家才.電氣工程實(shí)踐教程[M],化學(xué)工業(yè)出版社,2009.14-27.[2]晉民杰.礦井提升機(jī)械[M],西北工業(yè)大學(xué)出版社,2011,22-56.[3]向曉漢.三菱FX系列PLC完全精通教程[M],化學(xué)工業(yè)出版社,2012.12-18.[4]林錦國.過程控制—系統(tǒng)、儀表、裝置[M],東南大學(xué)出版社,2001.72.[5]秦曾煌.電工學(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