矿井竖井掘进机电气控制系统

摘要

电气控制系统是矿井竖井掘进机的重要组成之一。掘进机常在高温、高压和强电磁干扰的环境下工作，如此恶劣的工作环境会影响掘进机自动控制系统的正常运行。为了保证掘进机能在这样的恶劣的环境下正常工作，就需要电气控制系统具有极高的可靠性和稳定的性能。
　　为了提高生产效率，提高掘进机的智能化和自动化水平，针对矿井竖井施工过程中掘进机的工作特点和功能需求，设计了竖井掘进机电气控制系统，该系统使用 S7-300 PLC为控制核心。
　　本文详细分析了掘进机电气控制系统的PLC硬件组成和软件实现；分模块介绍了液压控制模块、刀盘驱动模块、人机交互界面、远程控制系统、导向模块和安全防护模块，进一步分析了控制系统的智能性与安全性。同时本文提出了一种针对液压系统的故障预测与健康管理（PHM）模型，实现了对掘进机液压系统的健康管理和故障预测。
　　为了提供系统的稳定性、可靠性和抗干扰能力，系统采用主从机 PLC的控制器结构；控制器和外设之间采用总线的连接方式，实现了分布式工业现场总线结构；支撑油缸采用PID闭环控制，确保掘进过程中的可靠支撑；使用光纤连接远程操作站，实现远程掘进机的远程控制和监视。自动掘进和姿态纠偏模块的加入，提高了矿山设备的智能化和自动化水平。
　　最终实现了一套矿井竖井掘进机电气控制系统，通过实际运行测试，系统能够完成预定的设计需求，实现了矿井竖井掘进机机械破岩刷孔施工。
　　本电气控制系统对提高矿井掘进的智能化、自动化、改善工作环境和降低生产成本具有一定的现实意义。

目录

声明

1. 绪论

1.1 课题研究的背景

1.2 矿井凿井施工国内外研究现状

1.3 论文的主要内容和作者的主要工作

1.4 论文组织结构

2 系统相关技术

2.1 可编程控制器(PLC)

2.2 PROFIBUS现场总线

2.3 故障预测与健康管理(PHM)

3 系统需求分析

3.1 系统需求综述

3.2 系统各模块需求

4 系统设计

4.1 系统总体架构设计

4.2 掘进机可编程控制器设计

4.3 编程平台

4.4 液压控制模块设计

4.5 刀盘控制模块设计

4.6 控制台人机交互模块设计

4.7 远程控制模块设计

4.8 导向模块设计

4.9 传感器监测与安全保护设计

4.10 掘进模式设计

4.11 支撑油缸保压设计

4.12 输入和输出程序结构

5 系统各模块功能实现

5.1 系统硬件配置

5.2 液压控制模块功能实现

5.3 刀盘驱动模块功能实现

5.4 控制台人机交互模块的实现

5.5 远程控制模块功能实现

5.6 导向系统功能实现

5.7 掘进功能实现

6 数据驱动的故障预测与健康管理技术

6.1 掘进机故障诊断与健康概述

6.2 研究对象和故障类型

6.3 故障特征提取

6.4 健康评估

6.5 健康预测

7 系统测试

7.1 系统测试概述

7.2 搭建模拟试验系统

7.3 控制系统PID参数整定

7.4 车间现场测试

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢