礦井提升機(jī)7551656633

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摘要礦井提升機(jī)是礦井運(yùn)輸?shù)闹匾O(shè)備，是溝通礦井上下的紐帶的。礦井提升機(jī)的可靠運(yùn)行直接關(guān)系到煤礦生產(chǎn)的平安，礦井提升機(jī)信號系統(tǒng)的可靠性和準(zhǔn)確性是礦井提升和平安運(yùn)輸?shù)闹匾ＷC。本設(shè)計(jì)主要完成的礦井提升機(jī)信號系統(tǒng)設(shè)計(jì)和組態(tài)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)中運(yùn)用PLC控制技術(shù)，PLC系統(tǒng)采用三菱公司的FX2N系列作為主控制器，對井口、井底、機(jī)房信號臺進(jìn)行信號聯(lián)絡(luò)。組態(tài)設(shè)計(jì)使用WINCC完成，能夠?qū)崿F(xiàn)上位監(jiān)控功能。使用編程軟件實(shí)現(xiàn)信號的聯(lián)絡(luò)。采用PLC控制不但提高了信號傳輸?shù)目煽啃院蜏?zhǔn)確性,而且具有極大的靈活性和擴(kuò)展性。在不改變系統(tǒng)硬件的前提下,僅靠改變PLC內(nèi)部的程序就可滿足用戶要求。有效地解決了信號系統(tǒng)中的遠(yuǎn)距離傳輸和可靠性問題。整個(gè)控制系統(tǒng)自改造完成投入運(yùn)行以來，運(yùn)行平穩(wěn)平安、節(jié)電效果十分顯著，不但對提高礦山提升系統(tǒng)工業(yè)的現(xiàn)代化裝備水平有推動作用，而且產(chǎn)生了顯著的經(jīng)濟(jì)效果，極大地提高了煤礦的生產(chǎn)效率。關(guān)鍵詞：礦井提升機(jī)信號系統(tǒng)；PLC；上位監(jiān)控;WINCCAbstractMinehoististheimportantequipmentoftransportation,it’sthelinksthatthroughoutthemine.Thereliabilityandaccuracyofsignalsystemofminehoistisanimportantguaranteefortheupgradingandsafetransport.Thecompletionofthedesignisthesignalsystemofminehoistandconfigurationdesign.PLCcontroluseofthedesignoftechnology,PLCsystemusesMitsubishiFX2Nseriesasthemaincontroller,tocontactthewellhead,bottom,andtheengineroomsystem.WINCCcompletedconfigurationdesign,toachievethetopmonitoring.TheuseofsoftwareprogrammingsignalcontactPLCcontrolnotonlyimprovetheuseofthesignaltransmissionreliabilityandaccuracy,butalsohasgreatflexibilityandscalability.Withoutchangingthesystem’shardware,onlychangetheprogramofPLCwillmeetuser’srequirements.Effectivesolutiontothesignalsystemoflong-distancetransmissionandreliabilityissues.Thewholecontrolsystemhasrunafterself-alteration.Thewholesystemrunssteadilyandsafelywithefficientelectricaleffects.Ithasgreatpromotionfunctionsforindustrialautomaticequipmentslevelinminehoistingsystem,andachievesdistincteconomiceffectsandimprovesmineproductionefficiency.Keywords:signalsystemofminehoist;PLC;thetopmonitoring;WINCC

1目錄引言…………………………………………………………………………………………2第1章礦井提升機(jī)系統(tǒng)簡介………………………………………………………………...21.1礦井提升機(jī)的工作原理…………………………………………………………...21.2系統(tǒng)的根本構(gòu)成及功能…………………………………………………………...3系統(tǒng)根本構(gòu)成…………………………………………………………………3功能…………………………………………………………………………….4第2章可編程控制器簡介…………………………………………………………………...52.1PLC的由來…………………………………………………………………………62.2PLC的優(yōu)點(diǎn)…………………………………………………………………………62.3PLC的應(yīng)用領(lǐng)域……………………………………………………………………72.4PLC的工作原理……………………………………………………………………82.5PLC的編程語言……………………………………………………………………11第3章控制方案論證與選擇………………………………………………………………...123.1可編程控制器與其它工業(yè)控制裝置的比擬…………………………………….123.2系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)思想………………………………………………………………...153.3方案確實(shí)立………………………………………………………………………..163.4通信系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)………………………………………………………23第4章硬件及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)………………………………………………………………..254.1提升機(jī)主回路局部設(shè)計(jì)………………………………………………………….254.2制動回路設(shè)計(jì)…………………………………………………………………….274.3行程檢測與顯示………………………………………………………………….284.4主控PLC路設(shè)計(jì)………………………………………………………………...304.5PLC控制軟件設(shè)………………………………………………………………….314.6可編程控制系統(tǒng)的保護(hù)環(huán)節(jié)…………………………………………………....34第5章系統(tǒng)調(diào)試軟件和PLC程序設(shè)計(jì)……………………………………………………365.1系統(tǒng)調(diào)試軟件GXDeveloper…………………………………………………….365.2PLC梯形圖〔附錄一〕…………………………………………………………..37

25.3系統(tǒng)抗干擾措施………………………………………………………………….37第6章設(shè)計(jì)心得……………………………………………………………………………..38第7章致謝…………………………………………………………………………………...39參考文獻(xiàn)………………………………………………………………………………….....40引言問題的提出：礦井提升機(jī)是聯(lián)系井下與地面的重要工具。礦井提升機(jī)啟動頻繁，負(fù)荷變化大，運(yùn)行速度要求嚴(yán)格，這就必須配備良好性能的控制設(shè)備和保護(hù)裝置。在接觸器控制系統(tǒng)中，電阻的切除由時(shí)間繼電器控制，而時(shí)間繼電器計(jì)時(shí)時(shí)，往往不能做到十分準(zhǔn)確，即有一定的范圍誤差。這種控制受外界干擾大，接觸器、繼電器磨損快，易產(chǎn)生火花，給提升機(jī)的運(yùn)行帶來了很多困難。另外還需解決對提升機(jī)機(jī)械設(shè)備故障的及早檢測和報(bào)警。第1章礦井提升機(jī)系統(tǒng)簡介

3礦山多中段提升豎井，一般都是副井或混合井，其提升任務(wù)繁重,作業(yè)種類復(fù)雜，中途停靠頻繁。因此，需要一個(gè)高度平安可靠、功能完善,由可編程序控制器PLC為控制核心的提升信號系統(tǒng)。國內(nèi)多數(shù)礦山的豎井提升信號系統(tǒng)，一般由各種控制繼電器和主令開關(guān)構(gòu)成，且多為20世紀(jì)50年代的仿蘇產(chǎn)品。它的突出特點(diǎn)是用“點(diǎn)信號〞(即電鈴振響或指示燈明滅的次數(shù))來代表各種提升信號。例如有的公司以一長點(diǎn)表示要罐,一長兩短表示上行，一長三短表示下行，兩短表示提物，三短表示提人等等。各提升中段發(fā)出的點(diǎn)信號直接傳遞到井口總信號房，再由井口總信號工轉(zhuǎn)發(fā)到提升機(jī)房。這種系統(tǒng)信號簡潔,操作方便,快慢自如，多年來已沿用成習(xí)，盡管各單位點(diǎn)信號的組合方式有所不同，但原理是相同的。雖然這種信號系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、操作方便,但存在如下缺點(diǎn)：(1由于無法保存和復(fù)現(xiàn)點(diǎn)數(shù),所以信號識別全憑操作者的聽覺和視覺，容易造成信號的誤認(rèn)和誤傳,因信號的誤認(rèn)和誤傳而導(dǎo)致的提升事故屢見不鮮。(2信號之間、信號系統(tǒng)與提升機(jī)電控系統(tǒng)之間沒有聯(lián)鎖，井口總信號工和司機(jī)的操作不受制約，很容易因誤操作而引發(fā)事故。(3)聲光信號一瞬即逝，無據(jù)可查，一旦發(fā)生事故，給事故分析帶來困難,很難找出真正的事故原因，致使同類事故重復(fù)發(fā)生。(4)由于信號稍縱即逝，操作人員的精力必須高度集中，加重了工人的負(fù)擔(dān)。近年來,研制成功的、且已為許多礦山實(shí)際應(yīng)用的PLC信號系統(tǒng)，能夠克服上述缺點(diǎn)。它不但完全符合?冶金礦山平安規(guī)程?中有關(guān)提升信號的各項(xiàng)規(guī)定，而且保存了原信號系統(tǒng)的特點(diǎn)和操作習(xí)慣，技術(shù)改造方便，功能齊全。新型礦井提升機(jī)信號裝置的使用有效地解決了在微機(jī)系統(tǒng)中信號的遠(yuǎn)距離傳輸和可靠性問題。目前,國內(nèi)多數(shù)礦山傳統(tǒng)的豎井提升信號系統(tǒng)，一般由各種控制繼電器和主令開關(guān)構(gòu)成，它的突出特點(diǎn)是用“點(diǎn)信號〞。礦井提升機(jī)的信號系統(tǒng)包括聲、光信號、輔助信號、等,信號種類一般有:工作執(zhí)行信號、提升去向信號、罐位信號、提升種類信號、檢修信號、事故信號、聯(lián)絡(luò)信號等。為便于操作,各個(gè)礦山企業(yè)均制定了相應(yīng)的信號規(guī)定，如規(guī)定聲音一長為要罐、二短為上行、三短為下行等,并輔之以聯(lián)系。但是，信號規(guī)定僅僅從制度上保證操作平安

4，實(shí)際上并不能保證生產(chǎn)中不發(fā)生事故。近年來，研制成功的、且已為許多礦山實(shí)際應(yīng)用的PLC信號系統(tǒng)，能夠克服上述缺點(diǎn)。它不但完全符合?冶金礦山平安規(guī)程?中有關(guān)提升信號的各項(xiàng)規(guī)定，而且保存了原信號系統(tǒng)的特點(diǎn)和操作習(xí)慣，技術(shù)改造方便，功能齊全。采用PLC控制的電控系統(tǒng),能按照國家平安規(guī)程的有關(guān)規(guī)定，來設(shè)計(jì)電控或信號系統(tǒng)的硬件和軟件，并可對系統(tǒng)進(jìn)行顯示和控制,只有當(dāng)提升機(jī)司機(jī)和信號人員都嚴(yán)格按規(guī)定程序進(jìn)行操作無誤,才能解除對提升機(jī)的閉鎖。一套完備的PLC系統(tǒng)，通常由豎井信號、工業(yè)電視監(jiān)控、數(shù)字深度指示器、有關(guān)計(jì)算及程控交換機(jī)等局部組成。根本構(gòu)成該信號系統(tǒng)的關(guān)鍵是信號聯(lián)絡(luò)，在井底信號臺只能進(jìn)行按鈕輸入操作，車房信號臺只能顯示輸出結(jié)果，井口信號臺既能輸入又能進(jìn)行信號轉(zhuǎn)發(fā)，在各自灌位只能進(jìn)行一些特定的操作，例如在井口只能進(jìn)行井口發(fā)灌，要灌，下行等操作。假設(shè)操作不正?；蛘`操作，信號將解除，不能發(fā)送出去，只能是井底、井口信號一致且無誤時(shí)，才能在井口進(jìn)行信號確認(rèn)，而后信號轉(zhuǎn)發(fā)出去?！沧ⅲ哼\(yùn)行時(shí)平安門翻開時(shí)信號發(fā)不出去，一切信號將解除?！吃O(shè)計(jì)中我用了指示燈、響鈴、蜂鳴器作為輸出顯示。用不同聲次的響鈴分別代表上行、下行、慢上、慢下。同時(shí)代表各自運(yùn)行的指示燈亮，并且有文字顯示〔文字注釋在指示燈的下面，燈亮?xí)r文字即顯示出來〕。報(bào)警時(shí)蜂鳴器響，且代表不同故障的各自故障指示燈亮，同樣有輸出文字顯示。由于在設(shè)計(jì)中除了電流檢測、電壓檢測兩個(gè)模擬量輸入外其余的全是數(shù)字量〔開關(guān)量〕，因此信號采集非常簡單，可直接由開關(guān)量送給PLC，電流和電壓的信號由電量變送器〔再加個(gè)模擬塊〕傳送給PLC。

5功能本次設(shè)計(jì)的功能包括車房信號臺、井口信號臺、井下信號臺三局部的各自功能以及它們之間的相互聯(lián)絡(luò)：車房信號臺功能：井口、井下提升信號的數(shù)字顯示及文字顯示。包括運(yùn)人、運(yùn)物、檢修等工作方式的燈光顯示信號，上行、下行，滿上，滿下，停車，急停等工作執(zhí)行信號的燈光和數(shù)顯信號。存儲井口信號臺本次、前次的打點(diǎn)信號。在極短的時(shí)間內(nèi)響應(yīng)井口信號臺發(fā)出的指令,控制絞車的運(yùn)行或停止。完成急停信號對平安回路的閉鎖、停車信號,閉鎖等內(nèi)容。井口信號臺功能：完成各種提升信號的按鈕檢測、顯示及聲音提示，包括運(yùn)人、運(yùn)物、檢修，水平聯(lián)系等選擇按鈕；上行、下行，滿上，滿下，停車、急停等信號按鈕，完成水平及井下各種信號的閉鎖和監(jiān)控。完成向車房發(fā)送信號的功能，完本錢次、前次的打點(diǎn)信號的存儲。語言報(bào)警功能。井下信號臺功能：完成各種信號的按鈕檢測、顯示及聲音提示，包括工作方式信號，工作執(zhí)行信號及其他信號；完本錢水平各種信號的閉鎖功能，完成向井口發(fā)送信號的功能。完成對信號的存儲記憶功能。這種系統(tǒng)有如下特點(diǎn)：(1)提升系統(tǒng)增加了自動控制的功能。例如，當(dāng)井下發(fā)出緊急停車信號時(shí)，能自動使提升機(jī)停車并進(jìn)行停車閉鎖。除此之外，還能實(shí)現(xiàn)對提升機(jī)過負(fù)荷和各種故障的檢測、保護(hù)、聯(lián)鎖及罐籠對位等功能。(2)顯示方面具有特色。能根據(jù)需要顯示井下各個(gè)中段的情況和顯示信號種類。(3)具有“記憶〞功能。能“記憶〞地面及井下各中段發(fā)出的信號，包括各種檢修信號。(4)工作可靠性高。由于PLC為無觸點(diǎn)系統(tǒng),可靠性更高,尤其是近年來PLC方面的技術(shù)開展迅速,使由PLC組成的系統(tǒng)的抗干擾能力越來越強(qiáng),它能在惡劣的環(huán)境中可靠地工作,較為適合礦山環(huán)境不佳的特點(diǎn)。(5)控制程序可變,具有很好的柔性。對于分期投產(chǎn)的礦山企業(yè),這一點(diǎn)是十分重要的，因?yàn)椋轮卸蔚裙に嚄l件變化之后，不需改變信號系統(tǒng)的硬件，只需修改原有程序就可滿足新的要求。

6圖1-1設(shè)備配置示意圖第2章可編程序邏輯控制器簡介可編程序邏輯控制器〔PLC〕是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的原那么而設(shè)計(jì)。2.1PLC的由來

7　1969年美國數(shù)字設(shè)備公司成功研制世界第一臺可編程序控制器PDP-14，并在GM公司的汽車自動裝配線上首次使用并獲得成功。接著美國MODICON公司也研制出084控制，從此，這項(xiàng)新技術(shù)迅速在世界各國得到推廣應(yīng)用。1971年日本從美國引進(jìn)這項(xiàng)技術(shù)，很快研制出第一臺可編程序控制器DSC-18。1973年西歐國家也研制出他們的第一臺可編程控制器。我國從1974年開始研制，1977年開始工業(yè)推廣應(yīng)用。進(jìn)入20世紀(jì)70年代，隨著微電子技術(shù)的開展，尤其是PLC采用通訊微處理器之后，這種控制器就不在不局限于當(dāng)初的邏輯運(yùn)算了，功能得到更進(jìn)一步增強(qiáng)。進(jìn)入20世紀(jì)80年代，隨著大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路等微電子技術(shù)的迅猛開展，以16位和少數(shù)32位微處理器構(gòu)成的微機(jī)化PLC，使PLC的功能增強(qiáng)，工作速度快，體積減小，可靠性提高，本錢下降，編程和故障檢測更為靈活，方便。2.2PLC的優(yōu)點(diǎn)1.可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)　　PLC用軟件代替大量的中間繼電器和時(shí)間繼電器，僅剩下與輸入和輸出有關(guān)的少量硬件，接線可減少到繼電器控制系統(tǒng)的1/10~1/100，因觸點(diǎn)接觸不良造成的故障大為減少。高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。PLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。例如三菱公司生產(chǎn)的F系列PLC平均無故障時(shí)間高達(dá)30萬小時(shí)。一些使用冗余CPU的PLC的平均無故障工作時(shí)間那么更長。從PLC的機(jī)外電路來說，使用PLC構(gòu)成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電器系統(tǒng)相比，電氣接線及開關(guān)接點(diǎn)已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC帶有硬件故障自我檢測功能，出現(xiàn)故障時(shí)可及時(shí)發(fā)出警報(bào)信息。在應(yīng)用軟件中，應(yīng)用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除PLC以外的電路及設(shè)備也獲得故障自診斷保護(hù)。這樣，整個(gè)系統(tǒng)具有極高的可靠性也就不奇怪了。2.硬件配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng)　PLC開展

8到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品，并且已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、模塊化，配備有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選用，用戶能靈活方便地進(jìn)行系統(tǒng)配置，組成不同功能、不同規(guī)模的系統(tǒng)。PLC的安裝接線也很方便，一般用接線端子連接外部接線。PLC有較強(qiáng)的帶負(fù)載能力，可直接驅(qū)動一般的電磁閥和交流接觸器，可以用于各種規(guī)模的工業(yè)控制場合。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代PLC大多具有完善的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。近年來PLC的功能單元大量涌現(xiàn)，使PLC滲透到了位置控制、溫度控制、CNC等各種工業(yè)控制中。加上PLC通信能力的增強(qiáng)技術(shù)及人機(jī)界面的開展，使用PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。3.易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡送PLC作為通用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。它接口容易，編程語言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語言的圖形符號與表達(dá)方式和繼電器電路圖相當(dāng)接近，只用PLC的少量開關(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實(shí)現(xiàn)繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計(jì)算機(jī)原理和匯編語言的人使用計(jì)算機(jī)從事工業(yè)控制翻開了方便之門。4.系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試工作量小，維護(hù)方便，容易改造?！LC的梯形圖程序一般采用順序控制設(shè)計(jì)法。這種編程方法很有規(guī)律，很容易掌握。對于復(fù)雜的控制系統(tǒng)，梯形圖的設(shè)計(jì)時(shí)間比設(shè)計(jì)繼電器系統(tǒng)電路圖的時(shí)間要少得多。　　PLC用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及建造的周期大為縮短，同時(shí)維護(hù)也變得容易起來。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過改變程序改變生產(chǎn)過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場合。5.體積小，重量輕，能耗低以超小型PLC為例，新近出產(chǎn)的品種底部尺寸小于100mm，僅相當(dāng)于幾個(gè)繼電器的大小，因此可將開關(guān)柜的體積縮小到原來的1/2~1/10。它的重量小于150g，功耗僅數(shù)瓦。由于體積小很容易裝入機(jī)械內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備。2.3PLC的應(yīng)用領(lǐng)域目前，PLC在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂等各個(gè)行業(yè)，使用情況大致可歸納為如下幾類：1.開關(guān)量的邏輯控制這是PLC最根本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺設(shè)備的控制，也可用于多機(jī)群控及自動化流水線。如注塑機(jī)、印刷機(jī)、訂書機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。2.模擬量控制在工業(yè)生產(chǎn)過程當(dāng)中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實(shí)現(xiàn)模擬量〔Analog〕和數(shù)字量〔Digital〕之間的A/D轉(zhuǎn)換及D/A轉(zhuǎn)換。PLC廠家都生產(chǎn)配套的A/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊，使可編程控制器用于模擬量控制。3.運(yùn)動控制

9PLC可以用于圓周運(yùn)動或直線運(yùn)動的控制。從控制機(jī)構(gòu)配置來說，早期直接用于開關(guān)量I/O模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，現(xiàn)在一般使用專用的運(yùn)動控制模塊。如可驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊。世界上各主要PLC廠家的產(chǎn)品幾乎都有運(yùn)動控制功能，廣泛用于各種機(jī)械、機(jī)床、機(jī)器人、電梯等場合。4.過程控制過程控制是指對溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，PLC能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。PID調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調(diào)節(jié)方法。大中型PLC都有PID模塊，目前許多小型PLC也具有此功能模塊。PID處理一般是運(yùn)行專用的PID子程序。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應(yīng)用。5.數(shù)據(jù)處理現(xiàn)代PLC具有數(shù)學(xué)運(yùn)算〔含矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算〕、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。這些數(shù)據(jù)可以與存儲在存儲器中的參考值比擬，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置，或?qū)⑺鼈兇蛴≈票?。?shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無人控制的柔性制造系統(tǒng)；也可于造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。6.通信及聯(lián)網(wǎng)PLC通信含PLC間的通信及PLC與其它智能設(shè)備間的通信。隨著計(jì)算機(jī)控制的開展，工廠自動化網(wǎng)絡(luò)開展得很快，各PLC廠商都十分重視PLC的通信功能，紛紛推出各自的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。新近生產(chǎn)的PLC都具有通信接口，通信非常方便。2.4PLC的工作原理1.PLC的構(gòu)成從結(jié)構(gòu)上分，PLC分為固定式和組合式〔模塊式〕兩種。固定式PLC包括CPU板、I/O板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，這些元素組合成一個(gè)不可拆卸的整體。模塊式PLC包括CPU模塊、I/O模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機(jī)架，這些模塊可以按照一定規(guī)那么組合配置。2.CPU的構(gòu)成CPU是PLC的核心，起神經(jīng)中樞的作用，每套PLC至少有一個(gè)CPU，它按PLC的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的存放器中，同時(shí)，診斷電源和PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯(cuò)誤等。進(jìn)入運(yùn)行后，從用戶程序存貯器中逐條讀取指令，經(jīng)分析后再按指令規(guī)定的任務(wù)產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號，去指揮有關(guān)的控制電路CPU主要由運(yùn)算器、控制器、存放

10器及實(shí)現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線構(gòu)成，CPU單元還包括外圍芯片、總線接口及有關(guān)電路。內(nèi)存主要用于存儲程序及數(shù)據(jù)，是PLC不可缺少的組成單元?！　≡谑褂谜呖磥恚槐匾敿?xì)分析CPU的內(nèi)部電路，但對各局部的工作機(jī)制還是應(yīng)有足夠的理解。CPU的控制器控制CPU工作，由它讀取指令、解釋指令及執(zhí)行指令。但工作節(jié)奏由震蕩信號控制。運(yùn)算器用于進(jìn)行數(shù)字或邏輯運(yùn)算，在控制器指揮下工作。存放器參與運(yùn)算，并存儲運(yùn)算的中間結(jié)果，它也是在控制器指揮下工作。CPU速度和內(nèi)存容量是PLC的重要參數(shù)，它們決定著PLC的工作速度，IO數(shù)量及軟件容量等，因此限制著控制規(guī)模。3.I/O模塊　　PLC與電氣回路的接口，是通過輸入輸出局部〔I/O〕完成的。I/O模塊集成了PLC的I/O電路，其輸入暫存器反映輸入信號狀態(tài)，輸出點(diǎn)反映輸出鎖存器狀態(tài)。輸入模塊將電信號變換成數(shù)字信號進(jìn)入PLC系統(tǒng)，輸出模塊相反。I/O分為開關(guān)量輸入〔DI〕，開關(guān)量輸出〔DO〕，模擬量輸入〔AI〕，模擬量輸出〔AO〕等模塊。　　常用的I/O分類如下：　　開關(guān)量：按電壓水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔離方式分，有繼電器隔離和晶體管隔離?！　∧M量：按信號類型分，有電流型〔4-20mA,0-20mA〕、電壓型〔0-10V,0-5V,-10-10V〕等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。　　除了上述通用IO外，還有特殊IO模塊，如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。　　按I/O點(diǎn)數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量，I/O模塊可多可少，但其最大數(shù)受CPU所能管理的根本配置的能力，即受最大的底板或機(jī)架槽數(shù)限制。4.電源模塊PLC電源用于為PLC各模塊的集成電路提供工作電源。同時(shí)，有的還為輸入電路提供24V的工作電源。電源輸入類型有：交流電源〔220VAC或110VAC〕，直流電源〔常用的為24VDC〕。5.底板或機(jī)架大多數(shù)模塊式PLC使用底板或機(jī)架，其作用是：電氣上，實(shí)現(xiàn)各模塊間的聯(lián)系，使CPU能訪問底板上的所有模塊，機(jī)械上，實(shí)現(xiàn)各模塊間的連接，使各模塊構(gòu)成一個(gè)整體。6.PLC系統(tǒng)的其它設(shè)備　　編程設(shè)備：編程器是PLC開發(fā)應(yīng)用、監(jiān)測運(yùn)行、檢查維護(hù)不可缺少的器件，用于編程、對系統(tǒng)作一些設(shè)定、監(jiān)控PLC及PLC所控制的系統(tǒng)的工作狀況，但它不直接參與現(xiàn)場控制運(yùn)行。小編程器PLC一般有手持型編程器，目前一般由計(jì)算機(jī)〔運(yùn)行編程軟件〕充當(dāng)編程器。也就是我們系統(tǒng)的上位機(jī)。

11　人機(jī)界面：最簡單的人機(jī)界面是指示燈和按鈕，目前液晶屏〔或觸摸屏〕式的一體式操作員終端應(yīng)用越來越廣泛，由計(jì)算機(jī)〔運(yùn)行組態(tài)軟件〕充當(dāng)人機(jī)界面非常普及。7.PLC的通信聯(lián)網(wǎng)　　依靠先進(jìn)的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以迅速有效地收集、傳送生產(chǎn)和管理數(shù)據(jù)。因此，網(wǎng)絡(luò)在自動化系統(tǒng)集成工程中的重要性越來越顯著，甚至有人提出"網(wǎng)絡(luò)就是控制器"的觀點(diǎn)說法。PLC具有通信聯(lián)網(wǎng)的功能，它使PLC與PLC之間、PLC與上位計(jì)算機(jī)以及其他智能設(shè)備之間能夠交換信息，形成一個(gè)統(tǒng)一的整體，實(shí)現(xiàn)分散集中控制。多數(shù)PLC具有RS-232接口，還有一些內(nèi)置有支持各自通信協(xié)議的接口。PLC的通信現(xiàn)在主要采用通過多點(diǎn)接口〔MPI〕的數(shù)據(jù)通訊、PROFIBUS或工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)。圖2-1PLC組成示意圖

12圖2-2PLC工作流程2.5PLC的編程語言　可編程控制器PLC中有多種程序設(shè)計(jì)語言，它們是：梯形圖語言、布爾助記符語言、功能表圖語言、功能模塊圖語言及結(jié)構(gòu)化語句描述語言等。　　梯形圖語言和布爾助記符語言是根本程序設(shè)計(jì)語言，它通常由一系列指令組成，用這些指令可以完成大多數(shù)簡單的控制功能，例如，代替繼電器、計(jì)數(shù)器、計(jì)時(shí)器完成順序控制和邏輯控制等，通過擴(kuò)展或增強(qiáng)指令集，它們也能執(zhí)行其它的根本操作。　　功能表圖語言和語句描述語言是高級的程序設(shè)計(jì)語言，它可根據(jù)需要去執(zhí)行更有效的操作，例如，模擬量的控制，數(shù)據(jù)的操縱，報(bào)表的報(bào)印和其他根本程序設(shè)計(jì)語言無法完成的功能。功能模塊圖語言采用功能模塊圖的形式，通過軟連接的方式完成所要求的控制功能，它不僅在可編程序控制器中得到了廣泛的應(yīng)用，在集散控制系統(tǒng)的編程和組態(tài)時(shí)也常常被采用，由于它具有連接方便、操作簡單、易于掌握等特點(diǎn)，為廣闊工程設(shè)計(jì)和應(yīng)用人員所喜愛。PLC梯形圖具有以下特點(diǎn)：1.它是一種圖形語言，沿用傳統(tǒng)控制圖中的繼電器觸點(diǎn)、線圈、串聯(lián)等術(shù)語和一些圖形符號構(gòu)成，左右的豎線稱為左右母線。　　2.梯形圖中接點(diǎn)〔觸點(diǎn)〕只有常開和常閉，接點(diǎn)可以是PLC輸入點(diǎn)接的開關(guān)也可以是PLC內(nèi)部繼電器的接點(diǎn)或內(nèi)部存放器、計(jì)數(shù)器等的狀態(tài)。　　3.梯形圖中的接點(diǎn)可以任意串、并聯(lián)，但線圈只能并聯(lián)不能串聯(lián)。

13　　4.內(nèi)部繼電器、計(jì)數(shù)器、存放器等均不能直接控制外部負(fù)載，只能做中間結(jié)果供CPU內(nèi)部使用。　　5.PLC是按循環(huán)掃描事件，沿梯形圖先后順序執(zhí)行，在同一掃描周期中的結(jié)果留在輸出狀態(tài)暫存器中所以輸出點(diǎn)的值在用戶程序中可以當(dāng)做條件使用?！　?.語句表語言，類似于匯編語言。7.邏輯功能圖語言，沿用半導(dǎo)體邏輯框圖來表達(dá)，一般一個(gè)運(yùn)算框表示一個(gè)功能左邊畫輸入、右邊畫輸出。第3章控制方案論證與選擇3.1可編程控制器與其它工業(yè)控制裝置的比擬1.可編程控制器與繼電器控制的區(qū)別在可編程控制器的編程語言中，梯形圖是最為廣泛使用的語言。通過可編程控制器的指令系統(tǒng)將梯形圖變成可編程控制器能接收的程序。由編程器將程序鍵入到可編程控制器的用戶存儲區(qū)中去。可編程控制器的梯形圖與繼電器控制線路圖十分相似，主要原因是可編程控制器梯形圖的創(chuàng)造大致上沿用了繼電器控制的電路元件符號，僅個(gè)別地方有些不同。同時(shí)，信號的輸入/輸出形式及控制功能也是相同的，但可編程控制器的控制與繼電器的控制還是有不同之處，主要表現(xiàn)在以下幾方面：1.1控制邏輯。繼電器控制邏輯采用硬接線邏輯，利用繼電器機(jī)械觸點(diǎn)的串聯(lián)或并聯(lián)及延時(shí)繼電器的滯后動作等組合成控制邏輯，其接線多而復(fù)雜，體積大，功耗大，一旦系統(tǒng)構(gòu)成后想再改變或增加功能都很困難。另外，繼電器觸點(diǎn)數(shù)目有限，每只有4~8對觸點(diǎn)，因此靈活性和擴(kuò)展性很差。而可編程控制器采用存儲器邏輯，其控制邏輯以程序方式存儲在內(nèi)存中，要改變控制邏輯，只需改變程序，故稱為〞軟接線〞，其接線少，體積小，而且，可編程控制器中每只軟繼電器的觸點(diǎn)數(shù)在理論上無限制，因此靈活性和擴(kuò)展性很好?？删幊炭刂破饔芍写笠?guī)模集成電路組成，功耗小。1.2工作方式。當(dāng)電源接通時(shí)，繼電器控制線路中各繼電器都處于受約束狀態(tài)，即該吸合的都應(yīng)吸合，不該吸合的都因受某種條件限制不能吸合。而可編程控制器的控制邏輯中，各繼電器都處于周期性循環(huán)掃描接通之中，從宏觀上看，每個(gè)繼電器受制約接通的時(shí)間是短暫的。1.3控制速度。

14繼電器控制邏輯依靠觸點(diǎn)的機(jī)械動作實(shí)現(xiàn)控制，工作頻率低。觸點(diǎn)的開閉動作一般在幾十毫秒數(shù)量級。另外，機(jī)械觸點(diǎn)還會出現(xiàn)抖動問題。而可編程控制器是由程序指令控制半導(dǎo)體電路來實(shí)現(xiàn)控制，速度極快，一般一條用戶指令執(zhí)行時(shí)間在微秒數(shù)量級?？删幊炭刂破鲀?nèi)部還有嚴(yán)格的同步，不會出現(xiàn)抖動問題。1.4限時(shí)控制。繼電器控制邏輯利用時(shí)間繼電器的滯后動作進(jìn)行限時(shí)控制。時(shí)間繼電器一般分為空氣阻尼式，電磁式，半導(dǎo)體式等，其定時(shí)精度不高，且有定時(shí)時(shí)間易受環(huán)境濕度和溫度變化的影響，調(diào)整時(shí)間困難等問題。有些特殊的時(shí)間繼電器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不便維護(hù)?？删幊炭刂破魇褂冒雽?dǎo)體集成電路作定時(shí)器，時(shí)基脈沖由晶體振蕩器產(chǎn)生，精度相當(dāng)高，且定時(shí)時(shí)間不受環(huán)境影響，定時(shí)范圍一般從0.001s到假設(shè)干分鐘甚至更長。用戶可根據(jù)需要在程序中設(shè)定定時(shí)值，然后由軟件和硬件計(jì)數(shù)器來控制定時(shí)時(shí)間。1.5計(jì)數(shù)限制。可編程控制器能實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)功能，而繼電器控制邏輯一般不具備計(jì)數(shù)。1.6設(shè)計(jì)和施工。使用繼電器控制邏輯完成一項(xiàng)控制工程，其設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試必須依次進(jìn)行，周期長，而且維修困難。工程越大，這一點(diǎn)就越突出。而用可編程控制器完成一項(xiàng)控制工程，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成以后，現(xiàn)場施工和控制邏輯的設(shè)計(jì)(包括梯形圖設(shè)計(jì))可以同時(shí)進(jìn)行，周期短，且調(diào)試和維修都很方便。1.7可靠性和可維護(hù)性。繼電器控制邏輯使用了大量的機(jī)械觸點(diǎn)，連線也多。觸點(diǎn)開閉時(shí)會受到電弧的損壞，并有機(jī)械磨損，壽命短，因此可靠性和可維護(hù)性差。而可編程控制器采用微電子技術(shù)，大量的開關(guān)動作由無觸點(diǎn)的半導(dǎo)體電路來完成，它體積小，壽命長，可靠性高?？删幊炭刂破鬟€配有自檢和監(jiān)督功能，能檢查出自身的故障，并隨時(shí)顯示給操作人員，還能動態(tài)地監(jiān)視控制程序的執(zhí)行情況，為現(xiàn)場調(diào)試和維護(hù)提供了方便。1.8價(jià)格。繼電器控制邏輯使用機(jī)械開關(guān)，繼電器和接觸器，價(jià)格比擬低。而可編程控制器使用中大規(guī)模集成電路，價(jià)格比擬高。從以上幾個(gè)方面的比擬可知，可編程控制器在性能上比繼電器控制邏輯優(yōu)異，特別是可靠性高，設(shè)計(jì)施工周期短，調(diào)試修改方便，而且體積小，功耗低，使用維護(hù)方便，但價(jià)格高于繼電器控制系統(tǒng)。從系統(tǒng)的性能價(jià)格比而言，可編程控制器具有很大的優(yōu)勢。

152.可編程控制器與微機(jī)系統(tǒng)的區(qū)別簡言之，微型計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)是通用的專用機(jī)，而可編程控制器那么是專用的通用機(jī)。從微型計(jì)算機(jī)的應(yīng)用范圍來說，微型計(jì)算機(jī)是通用機(jī)，而可編程控制器是專用機(jī)。微型計(jì)算機(jī)是在以往計(jì)算機(jī)與大規(guī)模集成電路的根底上開展起來的，其最大特征是運(yùn)算快，功能強(qiáng)，應(yīng)用范圍廣。例如，近代科學(xué)計(jì)算，科學(xué)管理和工業(yè)控制等都離不開它。所以說，微型計(jì)算機(jī)是通用計(jì)算機(jī)。而可編程控制器是一種為適應(yīng)工業(yè)控制環(huán)境而設(shè)計(jì)的專用計(jì)算機(jī)。選配對應(yīng)的模塊便可適用于各種工業(yè)控制系統(tǒng)。而用戶只需改變用戶程序即可滿足工業(yè)控制系統(tǒng)的具體控制要求。如果采用微型計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)作為某一設(shè)備的控制器，就必須根據(jù)實(shí)際需要考慮抗干擾問題和硬件軟件設(shè)計(jì)，以適應(yīng)設(shè)備控制的專門需要。這樣，勢必把通用的微型計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)轉(zhuǎn)化為具有特殊功能的控制器而成為一臺專用機(jī)?？删幊炭刂破髋c微型計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)的主要差異及各自的特點(diǎn)主要表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面：2.1應(yīng)用范圍微型計(jì)算機(jī)除了控制領(lǐng)域外，還大量用于科學(xué)計(jì)算，數(shù)據(jù)處理，計(jì)算機(jī)通信等方面。而可編程控制器主要用于工業(yè)控制。2.2使用環(huán)境微型計(jì)算機(jī)對環(huán)境要求較高，一般要在干擾小，具有一定的溫度和濕度要求的機(jī)房內(nèi)使用?？删幊炭刂破髂敲词惯m用于工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境。2.3輸入/輸出微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的I/O設(shè)備與主機(jī)之間采用微電聯(lián)系，一般不需要電氣隔離。而可編程控制器一般控制強(qiáng)電設(shè)備，需要電氣隔離，輸入輸出均用光電耦合，輸出還采用繼電器，可控硅或大功率晶體管進(jìn)行功率放大。2.4程序設(shè)計(jì)微型計(jì)算機(jī)具有豐富的程序設(shè)計(jì)語言，如匯編語言，F(xiàn)ORTRAN語言，COBOL語言，PASCAL語言，C語言等，其語句多，語法關(guān)系復(fù)雜，要求使用者必須具有一定水平的計(jì)算機(jī)硬件知識和軟件知識。而可編程控制器提供應(yīng)用戶的編程語句數(shù)量少，邏輯簡單，易于學(xué)習(xí)和掌握。2.5系統(tǒng)功能

16微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)一般配有較強(qiáng)的系統(tǒng)軟件，例如操作系統(tǒng)，能進(jìn)行設(shè)備管理，文件管理，存儲器管理等。它還配有許多應(yīng)用軟件，以方便用戶。而可編程控制器一般只有簡單的監(jiān)控程序，能完成故障檢查，用戶程序的輸入和修改，用戶程序的執(zhí)行與監(jiān)視。2.6運(yùn)算速度和存儲容量微型計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度快，一般為微秒級，因有大量的系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件，故存儲容量大。而可編程控制器因接口的響應(yīng)速度慢而影響數(shù)據(jù)處理速度。一般可編程控制器接口響應(yīng)速度為2ms，巡回檢測速度為8ms/K字?？删幊炭刂破鞯能浖伲幊绦蛞埠喍蹋蕛?nèi)存容量小。2.7價(jià)格微型計(jì)算機(jī)機(jī)是通用機(jī)，功能完善，故價(jià)格較高，而可編程控制器是專用機(jī)，功能較少，其價(jià)格是微型計(jì)算機(jī)的十分之一左右。從以上幾個(gè)方面的比擬可知，可編程控制器是一種用于工業(yè)自動化控制的專用微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡單，抗干擾能力強(qiáng)，價(jià)格也比一般的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)低。3.2系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)思想礦井提升機(jī)信號系統(tǒng)的控制系統(tǒng)我們在對礦井提升機(jī)信號系統(tǒng)的控制系統(tǒng)進(jìn)行選擇之前先了解一下其組成及工作原理：礦井提升機(jī)在礦山、建筑等行業(yè)應(yīng)用非常廣泛,是集機(jī)、電于一體的大型復(fù)雜系統(tǒng)礦井提升機(jī)是礦井生產(chǎn)中極其重要的環(huán)節(jié),是礦井生產(chǎn)的關(guān)鍵的設(shè)備之一。礦井提升機(jī)是聯(lián)系礦山井上和井下的“咽喉〞設(shè)備,主要用于提運(yùn)煤炭和煤研石、運(yùn)送物料、提升人員和設(shè)備。提升系統(tǒng)的工作任務(wù)是平安、快速、可靠、高效地完成提升運(yùn)輸任務(wù),而平安運(yùn)行是最重要的。礦井提升機(jī)信號系統(tǒng)是礦井提升機(jī)的重要組成局部，提升機(jī)的運(yùn)行全靠信號系統(tǒng)的信號發(fā)出。該系統(tǒng)工作的關(guān)鍵是信號如何聯(lián)絡(luò)。礦井提升機(jī)的信號系統(tǒng)包括聲、光信號。輔助信號、等。信號種類一般有：工作執(zhí)行信號提升去向信號罐位信號、提升機(jī)種類信號、檢修信號、故障信號、聯(lián)絡(luò)信號等。首先我們應(yīng)清楚提升機(jī)給信號系統(tǒng)的信號以及提升機(jī)從信號系統(tǒng)所得到的信號,由此而進(jìn)行各種操作。

17圖3-1控制系統(tǒng)內(nèi)容系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)以某礦山提升機(jī)信號系統(tǒng)工程實(shí)例根底。信號系統(tǒng)有保護(hù)系統(tǒng)、信號系統(tǒng)、和信號輸入。信號系統(tǒng)有功能信號〔運(yùn)人、運(yùn)物、運(yùn)礦、檢修、上行、下行〕，罐籠去向〔井口、井底〕，罐位〔井口、井底〕。注：本設(shè)計(jì)罐位不包括井下各中段，只有井口、井底兩罐位。如2-1圖所示。設(shè)計(jì)內(nèi)容包括三大局部：井口信號臺、井底信號臺、以及車房信號臺。系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求能實(shí)時(shí)反映提升機(jī)的各種狀態(tài)及罐位。且井口井底的輸出一致經(jīng)信號確認(rèn)后，方可發(fā)送信號到車房信號臺。兩罐位信號部一致或誤操作，信號會解除。不能發(fā)送。需重新進(jìn)行信號聯(lián)絡(luò)。3.3方案確實(shí)立根據(jù)設(shè)計(jì)要求，要完成任務(wù)有多種選擇方案，可以由各種控制繼電器和主令開關(guān)構(gòu)成，它的突出特點(diǎn)是“點(diǎn)信號〞〔電鈴震響或指示燈明滅的次數(shù)〕來代表各種提升信號。各提升中段的點(diǎn)信號直接傳送到井口總信號房，再由井口總信號工轉(zhuǎn)發(fā)到提升機(jī)房。也可以采用單片機(jī)作為主控制系統(tǒng)?？刂婆_通過單片機(jī)的串行口來實(shí)現(xiàn)主從式多級通訊,系統(tǒng)以上井口控制臺作為主控制臺,下井口、絞車房控制臺為從控制臺。也可以采用PLC作為信號系統(tǒng)的控制系統(tǒng)，可在井口、井底、車房信號臺給用一個(gè)PLC亦可以只在井口使用PLC，原理和使用繼電器的一樣，都通過井口信號工的信號確認(rèn)以及轉(zhuǎn)發(fā)，完成信號系統(tǒng)的功能。方案一采用繼電器和主令開關(guān)構(gòu)成主回路。采用點(diǎn)信號來代表各種提升信號。例如以一長點(diǎn)表示要罐,一長兩短表示上行,一長三短表示下行,

18兩短表示提物,三短表示提人等等。這種信號系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、操作方便,但存在如下缺點(diǎn):(1)由于無法保存和復(fù)現(xiàn)點(diǎn)數(shù),所以信號識別全憑操作者的聽覺和視覺,容易造成信號的誤認(rèn)和誤傳,因信號的誤認(rèn)和誤傳而導(dǎo)致的提升事故屢見不鮮。(2)信號之間、信號系統(tǒng)與提升機(jī)電控系統(tǒng)之間沒有聯(lián)鎖,井口總信號工和司機(jī)的操作不受制約,很容易因誤操作而引發(fā)事故。(3)聲光信號一瞬即逝,無據(jù)可查,一旦發(fā)生事故,給事故分析帶來困難,很難找出真正的事故原因,致使同類事故重復(fù)發(fā)生。(4)由于信號稍縱即逝,操作人員的精力必須高度集中,加重了工人的負(fù)擔(dān)。以上缺點(diǎn)嚴(yán)重影響了提升機(jī)運(yùn)行的平安，傳統(tǒng)的繼電器信號系統(tǒng)為有觸點(diǎn)系統(tǒng)，元件易發(fā)生故障。工作可靠性差，一旦控制或閉鎖失靈，那么事故將不可防止。此信號系統(tǒng)正在被淘汰。方案二該控制系統(tǒng)采用了先進(jìn)的數(shù)字通信技術(shù),該系統(tǒng)分上井口、下井口和絞車房三個(gè)控制臺,各控制臺采用MCS89C51單片機(jī)作CPU,控制臺通過單片機(jī)的串行口來實(shí)現(xiàn)主從式多級通訊,系統(tǒng)以上井口控制臺作為主控制臺,下井口、絞車房控制臺為從控制臺。下井口到上井口需兩對電纜。各控制臺還配有數(shù)字、漢字提示,語音提示,這樣既照顧了操作人員的習(xí)慣操作,又減輕了工作人員的負(fù)擔(dān)。同時(shí),增加了信號的存儲功能,便于以后的查證。系統(tǒng)采用分時(shí)的半雙工通訊電路,通過改變電平來分時(shí)完成對下井口和絞車房的通訊。其原理框圖見下列圖所示。

193-2系統(tǒng)原理框圖新型礦井提升機(jī)信號裝置在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)用了先進(jìn)的單片機(jī)技術(shù)、數(shù)字通信技術(shù)和漢字顯示技術(shù),具有聲光兼?zhèn)?、漢字顯示、數(shù)字存儲、故障診斷、平安閉鎖保護(hù)等特點(diǎn)。尤其在通信方面,采用了數(shù)字通信技術(shù),只需兩對普通電纜,且信號種類和數(shù)量不受限制,提高了信號傳輸?shù)目煽啃院挽`活性,功能靈活多樣,擴(kuò)展方便。新型礦井提升機(jī)信號裝置的使用有效地解決了在微機(jī)系統(tǒng)中信號的遠(yuǎn)距離傳輸和可靠性問題。該控制系統(tǒng)功能齊全，下井口到上井口只需兩對電纜,既方便又經(jīng)濟(jì)。各控制臺還配有數(shù)字、漢字提示,語音提示,這樣既照顧了操作人員的習(xí)慣操作,又減輕了工作人員的負(fù)擔(dān)。同時(shí),增加了信號的存儲功能,便于以后的查證。但煤礦工作環(huán)境惡劣,各種電機(jī)的頻繁啟動與運(yùn)行引起的電磁干擾以及電網(wǎng)的不穩(wěn)定,對通訊信號和通訊裝置都將產(chǎn)生巨大的影響。方案三在井口信號臺使用PLC，井底只進(jìn)行按鈕操作，車房只能顯示輸出結(jié)果：如文字顯示各種工作執(zhí)行信號和罐位信號，聲音提示運(yùn)行狀態(tài)及故障。各局部的邏輯控制中心均由日本三菱公司生產(chǎn)的PLC所構(gòu)成。信號有模擬信號和數(shù)字信號，大局部是開關(guān)量，可直接傳送給PLC，模擬信號由電量變送器再用模擬輸入模塊FX2N-2AD傳送給PLC。各局部之間的信號經(jīng)信號確認(rèn)，直接轉(zhuǎn)發(fā)到PLC。車房信號臺安裝在絞車司機(jī)房內(nèi),井口、井下信號臺分別安裝在井口、井下的信號房內(nèi)。井口、井下罐位信號由光電開關(guān)采集。該控制系統(tǒng)原理框圖見下列圖2-3所示?！≡撓到y(tǒng)的信號的發(fā)送方式：(1)轉(zhuǎn)發(fā)方式。井下的信號必須經(jīng)由井口轉(zhuǎn)發(fā),不得越過井口信號工直接向車房發(fā)送,井口信號工必須在井下信號發(fā)出后,才能發(fā)出信號。當(dāng)井口信號和井下信號一致時(shí),該信號才能傳到車房,否那么無效,需井口信號工重發(fā)。在信號發(fā)出的同時(shí),井口、井下均有燈光顯示、聲音提示、數(shù)字記憶。記憶的數(shù)字直到下一個(gè)信號發(fā)出才會消失。(2)直發(fā)方式。停車(急停)信號采用直接向車房發(fā)送的方式,不經(jīng)上井口轉(zhuǎn)發(fā)以保證快速停車。當(dāng)急停信號發(fā)出后,其他指令信號均不能發(fā)出,并能閉鎖提升機(jī)平安控制回路。當(dāng)信號為慢上、慢下時(shí)能閉鎖提升機(jī)的高速運(yùn)轉(zhuǎn)控制回路。該控制系統(tǒng)對對信號系統(tǒng)進(jìn)行檢測和控制，增加并完善信號裝置的功能，使提升設(shè)備的工作更加平安可靠。方案二和三的控制系統(tǒng)都比擬平安

20、可靠，且能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)計(jì)要求。兩者的控制系統(tǒng)一個(gè)為單片機(jī)，另一各為PLC。為了進(jìn)行方案確定，我們首先看一下兩者的區(qū)別：PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的原那么而設(shè)3-3PLC控制系統(tǒng)原理框圖

21圖3-4PLC控制系統(tǒng)示意圖計(jì)。通過以上幾種方案綜合考慮，但由于煤礦工作環(huán)境惡劣,各種電機(jī)的頻繁啟動與運(yùn)行引起的電磁干擾以及電網(wǎng)的不穩(wěn)定,對通訊信號和通訊裝置都將產(chǎn)生巨大的影響。它具以下特點(diǎn)：〔1〕可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)。高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。PLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。例如三菱公司生產(chǎn)的FX系列PLC平均無故障時(shí)間高達(dá)30萬小時(shí)。一些使用冗余CPU的PLC的平均無故障工作時(shí)間那么更長。從PLC的機(jī)外電路來說，使用PLC構(gòu)成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開關(guān)接點(diǎn)已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC帶有硬件故障自我檢測功能，出現(xiàn)故障時(shí)可及時(shí)發(fā)出警報(bào)信息。在應(yīng)用軟件中，應(yīng)用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除PLC以外的電路及設(shè)備也獲得故障自診斷保護(hù)。這樣，整個(gè)系統(tǒng)具有極高的可靠性。(2〕配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng)。PLC開展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品?？梢杂糜诟鞣N規(guī)模的工業(yè)控制場合。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代PLC大多具有完善的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。近年來PLC的功能單元大量涌現(xiàn)，使PLC滲透到了位置控制、溫度控制、CNC等各種工業(yè)控制中。加上PLC通信能力的增強(qiáng)及人機(jī)界面技術(shù)的開展，使用PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。（3）易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡送

22PLC作為通用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。它接口容易，編程語言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語言的圖形符號與表達(dá)方式和繼電器電路圖相當(dāng)接近，只用PLC的少量開關(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實(shí)現(xiàn)繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計(jì)算機(jī)原理和匯編語言的人使用計(jì)算機(jī)從事工業(yè)控制翻開了方便之門?！?〕系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建造工作量小，維護(hù)方便，容易改造PLC用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及建造的周期大為縮短，同時(shí)維護(hù)也變得容易起來。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過改變程序改變生產(chǎn)過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場合?！?〕體積小，重量輕，能耗低以超小型PLC為例，新近出產(chǎn)的品種底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗僅數(shù)瓦。由于體積小很容易裝入機(jī)械內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備?？傊?，PLC在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂等各個(gè)行業(yè)，使用情況大致可歸納為如下幾類?！?〕開關(guān)量的邏輯控制這是PLC最根本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺設(shè)備的控制，也可用于多機(jī)群控及自動化流水線。如注塑機(jī)、印刷機(jī)、訂書機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等?！?〕模擬量控制在工業(yè)生產(chǎn)過程當(dāng)中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實(shí)現(xiàn)模擬量〔Analog〕和數(shù)字量〔Digital〕之間的A/D轉(zhuǎn)換及D/A轉(zhuǎn)換。PLC廠家都生產(chǎn)配套的A/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊，使可編程控制器用于模擬量控制?！?〕運(yùn)動控制PLC可以用于圓周運(yùn)動或直線運(yùn)動的控制。從控制機(jī)構(gòu)配置來說，早期直接用于開關(guān)量I/O模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，現(xiàn)在一般使用專用的運(yùn)動控制模塊。如可驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊。世界上各主要PLC廠家的產(chǎn)品幾乎都有運(yùn)動控制功能，廣泛用于各種機(jī)械、機(jī)床、機(jī)器人、電梯等場合。

23〔4〕過程控制過程控制是指對溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，PLC能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。PID調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調(diào)節(jié)方法。大中型PLC都有PID模塊，目前許多小型PLC也具有此功能模塊。PID處理一般是運(yùn)行專用的PID子程序。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應(yīng)用。〔5〕數(shù)據(jù)處理現(xiàn)代PLC具有數(shù)學(xué)運(yùn)算〔含矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算〕、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。這些數(shù)據(jù)可以與存儲在存儲器中的參考值比擬，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置，或?qū)⑺鼈兇蛴≈票?。?shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無人控制的柔性制造系統(tǒng)；也可用于過程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)?！?〕通信及聯(lián)網(wǎng)PLC通信含PLC間的通信及PLC與其它智能設(shè)備間的通信。隨著計(jì)算機(jī)控制的開展，工廠自動化網(wǎng)絡(luò)開展得很快，各PLC廠商都十分重視PLC的通信功能，紛紛推出各自的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。新近生產(chǎn)的PLC都具有通信接口，通信非常方便。不同廠家的PLC有相同的工作原理，類似的功能和指標(biāo)，有一定的互換性，質(zhì)量有保證，編程軟件正朝標(biāo)準(zhǔn)化方向邁進(jìn)。這正是PLC獲得廣泛應(yīng)用的根底。而單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)那么是八仙過海，各顯神通，功能千差萬別，質(zhì)量參差不齊，學(xué)習(xí)、使用和維護(hù)都很困難。單片機(jī)的編程麻煩，可讀性差，實(shí)時(shí)控制不太占優(yōu)勢，但是他的本錢低，控制方式比擬靈活，而PLC對于實(shí)時(shí)控制來說就比擬優(yōu)越，他的編程方式簡單，可以用指令或是梯形圖來進(jìn)行編程，易學(xué)易懂，但是本錢較高，適合用于工業(yè)控制。最后，我們從工程的角度看，對單項(xiàng)工程或重復(fù)數(shù)極少的工程，采用PLC方案是明智、快捷的途徑，成功率高，可靠性好，手尾少，但本錢較高。對于量大的配套工程，采用單片機(jī)系統(tǒng)具有本錢低、效益高的優(yōu)點(diǎn)，但這要有相當(dāng)?shù)难邪l(fā)力量和行業(yè)經(jīng)驗(yàn)才能使系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠地運(yùn)行。最好的方法是單片機(jī)系統(tǒng)嵌入PLC的功能，這樣可大大簡化單片機(jī)系統(tǒng)的研制時(shí)間，性能得到保障，效益也就有保證。

24對于本設(shè)計(jì)，由于礦井工作環(huán)境比擬惡劣，且常用事故發(fā)生，各種電機(jī)的頻繁啟動與運(yùn)行引起的電磁干擾以及電網(wǎng)的不穩(wěn)定,對通訊信號和通訊裝置都將產(chǎn)生巨大的影響。故可采用方案三作為此次畢業(yè)設(shè)計(jì)信號系統(tǒng)的控制系統(tǒng)。3.4通信系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)　　在模擬信道中，我們常用帶寬表示信道傳輸信息的能力，帶寬即傳輸信號的最高頻率與最低頻率之差。理論分析說明，模擬信道的帶寬或信噪比越大，信道的極限傳輸速率也越高。這也是為什么我們總是努力提高通信信道帶寬的原因?！　≡跀?shù)字信道中，比特率是數(shù)字信號的傳輸速率，它用單位時(shí)間內(nèi)傳輸?shù)亩M(jìn)制代碼的有效位(bit)數(shù)來表示，其單位為每秒比特?cái)?shù)bit/s(bps)、每秒千比特?cái)?shù)(Kbps)或每秒兆比特?cái)?shù)(Mbps)來表示(此處K和M分別為1000和1000000，而不是涉及計(jì)算機(jī)存儲器容量時(shí)的1024和1048576)?！　〔ㄌ芈手笖?shù)據(jù)信號對載波的調(diào)制速率，它用單位時(shí)間內(nèi)載波調(diào)制狀態(tài)改變次數(shù)來表示，其單位為波特(Baud)。波特率與比特率的關(guān)系為：比特率=波特率X單個(gè)調(diào)制狀態(tài)對應(yīng)的二進(jìn)制位數(shù)。顯然，兩相調(diào)制(單個(gè)調(diào)制狀態(tài)對應(yīng)1個(gè)二進(jìn)制位)的比特率等于波特率；四相調(diào)制(單個(gè)調(diào)制狀態(tài)對應(yīng)2個(gè)二進(jìn)制位)的比特率為波特率的兩倍；八相調(diào)制(單個(gè)調(diào)制狀態(tài)對應(yīng)3個(gè)二進(jìn)制位)的比特率為波特率的三倍；依次類推。　　誤碼率指在數(shù)據(jù)傳輸中的錯(cuò)誤率。在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中一般要求數(shù)字信號誤碼率低于10^(-6)。數(shù)據(jù)傳輸方式(DataTransmissionMode)一、基帶信號與寬帶信號以及它們的傳輸　　基帶信號(BasebandSignal)直接用兩種不同的電壓來表示數(shù)字信號1和0，因此我們將對應(yīng)矩形電脈沖信號的固有頻率稱為"基帶"，相應(yīng)的信號稱為基帶信號。基帶傳輸(Baseband

25Transmission)指通過有線信道直接傳輸基帶信號，一般用于傳輸距離較近的數(shù)字通信系統(tǒng)，如基帶局域網(wǎng)系統(tǒng)?！　榱顺浞掷猛ㄐ鸥删€的通信能力，人們廣泛使用多路復(fù)用(Multiplex)技術(shù)，即讓多路通信信道同時(shí)共用一條線路。多路復(fù)用可分為頻分多路復(fù)用和時(shí)分多路復(fù)用。·頻分多路復(fù)用　　當(dāng)我們采用寬帶信號時(shí)，由于同一線路上不同頻率的各路信道互不干擾地同時(shí)傳輸各自的信號，我們稱之為頻分多路復(fù)用(Frequency-DivisionMultiplexing)。頻分多路復(fù)用常用于寬帶網(wǎng)絡(luò)中?！r(shí)分多路復(fù)用　　當(dāng)我們采用基帶信號時(shí)，如讓各路通信按時(shí)間順序瞬時(shí)地分別占有線路的整個(gè)頻帶，并周期性地重復(fù)此過程，該線路就按時(shí)間分隔成了多個(gè)邏輯信道，我們稱之為時(shí)分多路復(fù)用(TimeMultiplexing)。其中，同步分時(shí)多路通信可以確定每個(gè)信道何時(shí)使用線路；反之那么稱為異步分時(shí)多路通信。時(shí)分多路復(fù)用常用于基帶網(wǎng)絡(luò)中。二、并行與串行方式(Parallel&SerialMode)　　根據(jù)一次傳輸數(shù)位的多少可將基帶傳輸分為并行(Parallel)方式和串行(Serial)方式，前者是通過一組傳輸線多位同時(shí)傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，后者是通過一對傳輸線逐位傳輸數(shù)字代碼。通常，計(jì)算機(jī)內(nèi)部以及計(jì)算機(jī)與并行打印機(jī)之間采用并行方式，而傳輸距離較遠(yuǎn)的數(shù)字通信系統(tǒng)多采用串行方式?！　〔⑿袀鬏敺绞揭蟛⑿械母鳁l線路同步，因此需要傳輸定時(shí)和控制信號，而并行的各路信號在經(jīng)過轉(zhuǎn)發(fā)與放大處理時(shí)，將引起不同的延遲與畸變，故較難實(shí)現(xiàn)并行同步。假設(shè)采用更復(fù)雜的技術(shù)、設(shè)備與線路，其本錢會顯著上升。故在遠(yuǎn)距離數(shù)字通信中一般不使用并行方式。串行通信雙方常以數(shù)據(jù)幀為單位傳輸信息，但由于串行方式只能逐位傳輸數(shù)據(jù)，因此，在發(fā)送方需要進(jìn)行信號的并/串轉(zhuǎn)換，而接收方那么需要進(jìn)行信號的串/并轉(zhuǎn)換。第4章硬件及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

264.1提升機(jī)主回路局部設(shè)計(jì)主回路用于供應(yīng)提升電動機(jī)電源，實(shí)現(xiàn)失壓、過流保護(hù)，控制電機(jī)的轉(zhuǎn)向和調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。主回路由高壓開關(guān)柜、高壓換向器的常開觸頭、動力制動接觸器的常開主觸頭、動力制動電源裝置、提升電動機(jī)、電機(jī)轉(zhuǎn)子電阻、加速接觸器的常開主觸頭和裝在司機(jī)操作臺上的指示電流表和電壓表等組成。系統(tǒng)原理圖如圖4-1所示。

27圖4-1提升機(jī)主回路系統(tǒng)原理圖

28主拖動電機(jī)選擇：鼠籠式異步電動機(jī)盡管結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格廉價(jià)、維護(hù)方便，但很難滿足提升機(jī)啟動和調(diào)速性能的要求，因此，礦井提升機(jī)交流拖動系統(tǒng)均選用繞線式異步電動機(jī)作為主拖動電動機(jī)，繞線式異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻后能限制啟動電流和提高啟動轉(zhuǎn)矩，并能在一定范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)速。地面變電所送來的二路6kv電源，一路工作，一路備用，經(jīng)tgg-6型高壓開關(guān)柜的隔離開關(guān)glk1、油開關(guān)gyd、高壓換向器線路接觸器xlc的主觸頭、正向〔或反向〕接觸器zc〔或fc〕后到主電機(jī)的定子。在高壓開關(guān)柜內(nèi)還設(shè)有電壓互感器yh，失壓服扣線圈syq，電流互感器lh和過流脫扣線圈glq，用于失壓或過流保護(hù)。在syq線圈回路中還串聯(lián)接有緊急停車開關(guān)jtk1和換向器室欄柵門閉鎖開關(guān)lsk。4.2制動回路設(shè)計(jì)礦井提升機(jī)大多數(shù)采用繞線式異步電動機(jī)來拖動，且多數(shù)場合下采用有級切換轉(zhuǎn)子回路電阻來實(shí)現(xiàn)調(diào)速。其制動系統(tǒng)多采用可控硅動力制動和可調(diào)閘制動系統(tǒng)。前者為電氣制動，后者為機(jī)械制動。提升機(jī)在減速段運(yùn)行中，當(dāng)速度在0～5%范圍內(nèi)，電氣制動起作用，可調(diào)閘不起作用；當(dāng)超速在5%～10%范圍內(nèi)，電氣制動限幅，并維持最大制動功率，同時(shí)可調(diào)閘起作用，總制動力矩增大；當(dāng)超速10%時(shí)，過速繼電器gsj1作用于平安回路，可調(diào)閘將提升機(jī)滾筒閘住。晶閘管動力電源裝置主要有兩局部組成，一局部為主回路，另一局部為觸發(fā)回路。本文設(shè)計(jì)中采用kzg型三相可控硅動力制動系統(tǒng)。此系統(tǒng)為單閉環(huán)動力制動系統(tǒng)，系統(tǒng)方框圖如圖3所示，從圖中可以看出速度偏差控制和腳踏控制是“或〞

29的關(guān)系，哪個(gè)信號大，就允許哪個(gè)信號通過，亦即相應(yīng)的控制方式發(fā)揮作用。因此，單閉環(huán)控制時(shí)司機(jī)可以腳踏制動進(jìn)行控制，而在腳踏控制時(shí)，如提升機(jī)超速，閉環(huán)系統(tǒng)又可起監(jiān)視保護(hù)作用。晶閘管整流器及其觸發(fā)裝置成套地裝在電源柜中，動力制動電源裝置輸出電壓的大小與觸發(fā)裝置輸入的控制信號電壓的上下有關(guān)。圖4-2動力制動電壓形成回路控制信號電壓由兩個(gè)回路組成一個(gè)或門電路，如圖5所示。只要其中之一到達(dá)觸發(fā)要求時(shí)，即可使晶閘管觸發(fā)起制動作用。這兩個(gè)回路，一個(gè)是由實(shí)際速度與給定速度形成的速度偏差值，自動控制cf3磁放大器的輸出和動力制動輸出，另一條回路由司機(jī)控制自整角機(jī)cd2的輸出以實(shí)現(xiàn)人工調(diào)節(jié)。在人工控制動力制動系統(tǒng)時(shí)，由司機(jī)控制腳踏板帶動自整角機(jī)cd2發(fā)生控制電壓。調(diào)整時(shí)應(yīng)使其與磁放大器cf3的輸出相配合。當(dāng)腳跟剛剛踩下，腳尖尚未下踏時(shí)，相當(dāng)于控制開關(guān)閉和，使dzc得電吸合，晶閘管動力制動投入，但此時(shí)自整角機(jī)cd2輸出很小，動力制動電流最小。當(dāng)司機(jī)腳尖踏下后，自整角機(jī)cd2輸出最大。在腳踏動力制動與cf3輸出回路中，分別由z1和z2兩個(gè)二極管組成一個(gè)或門電路，此兩種控制信號成并聯(lián)關(guān)系，互不影響。

304.3行程檢測與顯示利用旋轉(zhuǎn)編碼器將提升機(jī)的運(yùn)行位置轉(zhuǎn)化為脈沖，plc對此脈沖進(jìn)行高速計(jì)數(shù)，通過相應(yīng)的計(jì)算自動生成提升機(jī)位置的相關(guān)數(shù)據(jù)，傳送到plc內(nèi)部高速計(jì)數(shù)器的存儲單元。為了提高計(jì)數(shù)器的脈沖精度，選用日本omron公司的e6c-cwsc型可逆旋轉(zhuǎn)編碼器，其脈沖準(zhǔn)確精度高，在低速時(shí)不會喪失脈沖。為了便于提升機(jī)司機(jī)操作，提升機(jī)電控系統(tǒng)需設(shè)置可靠的行程顯示裝置〔又稱深度指示器〕用于顯示提升容器在井筒中的位置。本文設(shè)計(jì)根據(jù)編碼器所測的運(yùn)行距離〔0～570m〕，采用3個(gè)led七段顯示器作為提升機(jī)位置的顯示。圖4-3PLC數(shù)字顯示電路圖4-3路中，用具有鎖存，譯碼，驅(qū)動功能的芯片cd4513驅(qū)動共陰極led七段顯示器，三只cd45

31-13的數(shù)據(jù)輸入端a～d共用可編程控制器的4個(gè)輸出端，其中a為最低位，d為最高位。le是鎖存使能輸入端，在le信號的上升沿將數(shù)據(jù)輸入端輸入的bcd數(shù)鎖存在片內(nèi)的存放器中，并將該數(shù)譯碼后顯示出來。如果輸入的不是十進(jìn)制數(shù)，顯示器熄滅。le為高電平時(shí)，顯示的數(shù)不受數(shù)據(jù)輸入信號的影響。顯然，n個(gè)顯示器占用的輸出點(diǎn)數(shù)為：4+n。4.4主控plc控制電路設(shè)計(jì)目前，在國產(chǎn)煤礦提升機(jī)控制系統(tǒng)中，plc主要用于處理開關(guān)量，以替代老式提升機(jī)控制系統(tǒng)中眾多的繼電器、接觸器、復(fù)雜的連線以及信號顯示系統(tǒng)，而涉及到提升機(jī)平安運(yùn)行的制動系統(tǒng)中的模擬量和自動調(diào)節(jié)過程，大多還是通過用半導(dǎo)體器件、運(yùn)算放大器等可調(diào)閘和可控硅動力制動的普通電子模式來處理。使用過程中經(jīng)常會出現(xiàn)零點(diǎn)漂移、電子元件損壞，并且存在維修及重新調(diào)試難、可靠性差等缺點(diǎn)，因而使提升機(jī)電控系統(tǒng)的可靠性降低。針對上述問題，深入研究用plc控制煤礦提升機(jī)控制系統(tǒng)是非常必要的。本文中主控單元可編程序控制器〔plc〕設(shè)計(jì)，由一個(gè)cpu226主機(jī)和兩片i/o擴(kuò)展模塊em223和em222組成，設(shè)計(jì)含有40個(gè)輸入點(diǎn)40個(gè)輸出點(diǎn)，那么具體i/o接線如圖4-4所示。

32圖4-4plc電路及擴(kuò)展i/o接線4.5PLC控制軟件設(shè)計(jì)plc控制軟件主程序流程圖如圖4-5所示〔1〕初始化子程序用于對高速計(jì)數(shù)器hsc0和hsc1進(jìn)行以下操作：寫控制字，定義工作模式，清零，寫設(shè)定值，設(shè)置定時(shí)中斷，連接中斷，啟動計(jì)數(shù)?！?〕制動油泵、潤滑油泵、動力制動電源、五通閥電磁鐵、四通閥電磁鐵和平安閥電磁鐵等的控制屬于交流提升機(jī)平安運(yùn)行所需輔助設(shè)備的控制?！?〕制動油過壓信號、制動油過熱信號和潤滑油過壓信號的顯示控制用于交流提升機(jī)工作狀態(tài)的顯示控制?！?〕調(diào)繩閉鎖回路是在調(diào)繩過程中起平安保護(hù)作用。雙卷簡提升機(jī)換水平調(diào)繩時(shí)，調(diào)繩轉(zhuǎn)換開關(guān)1hk-3斷開，使調(diào)繩連鎖環(huán)節(jié)串入平安回路。正常運(yùn)行時(shí)，lhk-3接通，調(diào)繩連鎖不起作用。

33〔5〕提升信號回路用于對交流提升電動機(jī)啟動或減速作好準(zhǔn)備。〔6〕位置測量子程序用于測量提升機(jī)在礦井中的位置?！?〕行程顯示子程序根據(jù)旋轉(zhuǎn)編碼器的脈沖個(gè)數(shù)來顯示當(dāng)前的行程位置?！?〕減速信號回路和減速信號鈴用于減速控制并且發(fā)出鈴聲提示信號。〔9〕自動換向工作回路和手動正反轉(zhuǎn)工作回路分別用于自動和手動方式下對交流提升電動機(jī)進(jìn)行正反轉(zhuǎn)控制?！?0〕平安回路用于防止和防止交流提升機(jī)發(fā)生意外事故?！?1〕定時(shí)器控制回路和轉(zhuǎn)子電阻通斷控制用于交流提升電動機(jī)啟動或減速時(shí)的轉(zhuǎn)子電阻切換控制。〔12〕動力制動回路用于動力制動電源的投入與切除控制?！?3〕腳踏制動聯(lián)鎖和工作閘繼電器用于交流提升電動機(jī)制動控制。

34圖4-5主程序控制流程圖

354.6可編程控制系統(tǒng)的保護(hù)環(huán)節(jié)〔1〕主電源斷電保護(hù)當(dāng)主電源斷路器斷開，會使繼電器KA27動作，中繼KA27的兩路KA27-1,KA27-2送入PLC主備系統(tǒng)內(nèi)部進(jìn)行保護(hù)，另一路常開觸點(diǎn)KA27-3通過平安回路進(jìn)行硬保護(hù)，一旦主失電回路斷開平安回路，實(shí)施平安制動。〔2〕制動油超壓保護(hù)當(dāng)液壓站制動油壓超壓時(shí)，會使機(jī)械閘制動力缺乏，嚴(yán)重時(shí)不能制動。KA29為制動油過壓中繼，當(dāng)制動油過壓時(shí)，其電接點(diǎn)壓力表上限開關(guān)閉合，KA29繼電器通電，其常閉點(diǎn)翻開。控制系統(tǒng)對制動油壓進(jìn)行兩路保護(hù)，繼電器KA29的一路KA29-1,KA29-2送入PLC主備系統(tǒng)內(nèi)部進(jìn)行保護(hù)，另一路KA29-3通過平安回路進(jìn)行硬保護(hù)，從而保證了更高的平安性?！?〕松繩保護(hù)提升機(jī)在運(yùn)行過程中如發(fā)生松繩現(xiàn)象，很容易發(fā)生斷繩事故，特別是斜井提升機(jī)常因提升機(jī)加(減)速度與自然加(減)速度不吻合時(shí)產(chǎn)生松繩。發(fā)生松繩現(xiàn)象時(shí)，調(diào)節(jié)5秒后，假設(shè)沒有消除松繩現(xiàn)象，斷開平安回路制動動。圖圖4-6平安回路原理圖

36第5章系統(tǒng)調(diào)試軟件和PLC程序設(shè)計(jì)5.1系統(tǒng)調(diào)試軟件GXDeveloperGXDeveloper是三菱PLC的編程軟件。適用于Q、QnU、QS、QnA、AnS、AnA、FX等全系列可編程控制器。支持梯形圖、指令表、SFC、ST及FB、Label語言程序設(shè)計(jì)，網(wǎng)絡(luò)參數(shù)設(shè)定，可進(jìn)行程序的線上更改、監(jiān)控及調(diào)試，具有異地讀寫PLC程序功能。GXDeveloper的特點(diǎn)：??1.軟件的共通化GXDeveloper能夠制作Q系列，QnA系列，A系列〔包括運(yùn)動控制〔SCPU〕〕,FX系列的數(shù)據(jù),能夠轉(zhuǎn)換成GPPQ,GPPA格式的文檔。此外，選擇FX系列的情況下，還能變換成FXGP(DOS),FXGP(WIN)格式的文檔。?2.利用Windows的優(yōu)越性，使操作性飛躍上升能夠?qū)xcel,Word等作成的說明數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)制，粘貼，并有效利用。3.程序的標(biāo)準(zhǔn)化(1)標(biāo)號編程用標(biāo)號編程制作可編程控制器程序的話，就不需要認(rèn)識軟元件的號碼而能夠根據(jù)標(biāo)示制作成標(biāo)準(zhǔn)程序。用標(biāo)號編程做成的程序能夠依據(jù)匯編從而作為實(shí)際的程序來使用。(2)功能塊〔以下，略稱作FB〕FB是以提高順序程序的開發(fā)效率為目的而開發(fā)的一種功能。把開發(fā)順序程序時(shí)反復(fù)使用的順序程序回路塊零件化，使得順序程序的開發(fā)變得容易。此外，零件化后，能夠防止將其運(yùn)用到別的順序程序時(shí)的順序輸入錯(cuò)誤。(3)宏只要在任意的回路模式上加上名字〔宏定義名〕登錄〔宏登錄〕到文檔，然后輸入簡單的命令就能夠讀出登錄過的回路模式，變更軟元件就能夠靈活利用了。4.能夠簡單設(shè)定和其他站點(diǎn)的鏈接由于連接對象的指定被圖形化而構(gòu)筑成復(fù)雜的系統(tǒng)的情況下也能夠簡單的設(shè)定。5.能夠用各種方法和可編程控制器CPU連接(1)經(jīng)由串行通訊口(2)經(jīng)由USB(3)經(jīng)由MELSECNET/10(H)計(jì)算機(jī)插板(4)經(jīng)由MELSECNET(Ⅱ)計(jì)算機(jī)插板(5)經(jīng)由CC-Link計(jì)算機(jī)插板(6)經(jīng)由Ethernet計(jì)算機(jī)插板(7)經(jīng)由CPU計(jì)算機(jī)插板(8)經(jīng)由AF計(jì)算機(jī)插板??6.豐富的調(diào)試功能(1)

37由于運(yùn)用了梯形圖邏輯測試功能，能夠更加簡單的進(jìn)行調(diào)試作業(yè)。??(a)沒有必要再和可編程控制器連接。??(b)沒有必要制作條使用的順序程序。(2)在幫助中有CPU錯(cuò)誤，特殊繼電器/特殊存放器的說明，所以對于在線中發(fā)生錯(cuò)誤，或者是程序制作中想知道特殊繼電器/特殊存放器的內(nèi)容的情況下提供非常大的便利。。(3)數(shù)據(jù)制作中發(fā)生錯(cuò)誤況時(shí)，會顯示是什么原因或是顯示消息，所以數(shù)據(jù)制作的時(shí)間能夠大幅度縮短。5.2PLC梯形圖〔附錄〕5.3系統(tǒng)抗干擾措施抗干擾的主要措施有：1.數(shù)據(jù)采集采用屏蔽電纜，所有屏蔽電纜層匯線接地，多芯電纜中的備用芯線也要一端接地，這樣可擴(kuò)大屏蔽作用，并抑制芯線間干擾。必要時(shí)可采用帶有屏蔽層的輸入和輸出信號電纜。2.信號回路匯線接，輸入信號電纜、輸出信號電纜和電力電纜都要分開敷設(shè)，不能扎在一起，信號電纜接線端子均安裝在柜體下側(cè)。3.所有機(jī)柜、操作臺等均需保護(hù)接地，臺柜內(nèi)需有獨(dú)立的PLC直流地、機(jī)殼平安地、電纜屏蔽地接地端子，與結(jié)構(gòu)內(nèi)部未接地電路板在電氣上隔電源柜、動力柜、變頻柜進(jìn)線方式均為:下進(jìn)下出。4.引至PLC柜的電纜要盡量遠(yuǎn)離那些會產(chǎn)生電磁干擾的裝置。5.同一電平等級的信號才能用一條多芯電纜傳輸。因此對數(shù)字信號和模擬信號，在任何情況下，都必須分開電纜進(jìn)行傳輸。低電平信號線應(yīng)與其它信號線分開。盡量縮短模擬量v0信號線的長度，并采用雙芯屏蔽線作為信號線。6.保證PLC柜良好的通風(fēng)環(huán)境，在設(shè)備現(xiàn)場，要充分考慮周圍環(huán)境的影響，盡量不要將PLC安裝在多塵、有油煙、有導(dǎo)電灰塵、有腐蝕性氣體、振動、熱源或潮濕的地方。第6章設(shè)計(jì)心得

38畢業(yè)設(shè)計(jì)是我本科學(xué)習(xí)階段一次非常難得的理論與實(shí)際相結(jié)合的時(shí)機(jī)，通過這次設(shè)計(jì)礦井提升機(jī)PLC控制，我擺脫了單純的理論知識學(xué)習(xí)狀態(tài)。通過實(shí)際設(shè)計(jì)相結(jié)合，鍛煉了我綜合運(yùn)用所學(xué)的專業(yè)根底知識，解決實(shí)際工程問題的能力，同時(shí)也提高我查閱文獻(xiàn)資料、設(shè)計(jì)手冊、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)以及電腦制圖等其他專業(yè)能力水平。通過設(shè)計(jì)PLC控制礦井提升機(jī)要到達(dá)“穩(wěn)、準(zhǔn)、快〞的要求，這就要求我們的設(shè)計(jì)必須嚴(yán)密、可靠。通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，提高了我的意志力和品質(zhì)力，提升了自己的忍耐力，懂得了怎樣緩解壓力，學(xué)會了獨(dú)立思考、邏輯思維、提出問題、分析問題、解決問題的方法。這是我們希望看到的，也正是我們進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的所在。雖然畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容繁多，過程繁瑣，但我的收獲卻更加豐富。通過與韓老師的溝通和交流，我了解到此系統(tǒng)的適用條件，此設(shè)備的選用標(biāo)準(zhǔn)，以及各種器件適用性。我的能力也得到了提高，提高是有限的但提高也是全面的，正是這一次設(shè)計(jì)讓我積累了很多實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，必然會讓我在未來的工作學(xué)習(xí)中表現(xiàn)出更高的應(yīng)變能力，更強(qiáng)的溝通力和理解力。最終按質(zhì)按量完本錢次設(shè)計(jì)非常感謝各位老師的指導(dǎo)與幫助。順利如期的完本錢次畢業(yè)設(shè)計(jì)給了我很大的信心，讓我了解專業(yè)知識的同時(shí)也對本專業(yè)的開展前景充滿信心。發(fā)現(xiàn)問題，面對問題，才有可能解決問題。缺乏和遺憾不會給我打擊只會更好的鞭策我前行，今后我更會關(guān)注新技術(shù)新設(shè)備新工藝的出現(xiàn)，并爭取盡快的掌握這些先進(jìn)的知識，更好的為社會做出應(yīng)有的奉獻(xiàn)，為祖國的四化效勞。第7章致謝

39礦井提升機(jī)技術(shù)是一項(xiàng)專業(yè)技術(shù)，它涉及到電氣控制專業(yè)的諸多課程。通過此次設(shè)計(jì)我對自己所學(xué)根底理論、專業(yè)知識和根本技能進(jìn)行了綜合的檢驗(yàn)。本文是在導(dǎo)師韓立瑞老師的悉心指導(dǎo)下完成的，導(dǎo)師嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的治學(xué)態(tài)度、正直坦蕩的為人風(fēng)范使我受益匪淺，令我學(xué)到了很多新的專業(yè)知識，在處理問題方面也有了很大的進(jìn)步。老師以身作那么，工作兢兢業(yè)業(yè)，待人熱情誠懇，起到了很好的模范帶頭作用，為我以后人生道路上的成長作出了表率，謹(jǐn)此向?qū)熤乱猿绺叩木匆夂椭孕牡母兄x！在課題選題和研究過程中，還等到了其他老師和同學(xué)的幫助。在這里特別要感謝董云云老師對我提供的幫助與指導(dǎo)，對其他給予幫助的老師們表示我誠摯的謝意，對給予幫助的同學(xué)們表示衷心的感謝和謝意。本次設(shè)計(jì)的順利完成，離不開學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)對我們的大力支持，使我們得以有豐富的設(shè)備資源，能夠?qū)W習(xí)很多的科學(xué)前沿知識，對此表示衷心的感謝。鑒于本人所學(xué)知識有限，經(jīng)驗(yàn)缺乏，又是初次研究這種復(fù)雜的設(shè)計(jì)。在此過程中難免存在一些錯(cuò)誤和缺乏之處，懇請各位老師給予批評和指正。參考文獻(xiàn)

401.王庭有等編著.可編程控制器原理及應(yīng)用.第二版.北京：國防工業(yè)出版社20212.3.范永生、王岷編.電氣控制與PLC應(yīng)用.第二版。北京：中國電力出版社20074.常曉玲主編.電氣控制系統(tǒng)與可編程控制器.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，20215.宋伯生編著.PLC編程使用指南.機(jī)械工業(yè)出版社，20076.盧燕主編，礦井提升機(jī)電力拖動與控制，北京，冶金工業(yè)出版社，20017.王清靈等，現(xiàn)代礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)，北京，機(jī)械工業(yè)出版社，1996.8.司玉海，PLC在煤礦提升機(jī)控制系統(tǒng)的應(yīng)用研究，科技情報(bào)開發(fā)與9.10.