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0 X003 啟動(dòng) X010 急停 X012 報(bào)警繼電 器輸入 X011 停止 Y006 變頻器啟 動(dòng) Y006A/S A/S 1 Y006 變頻器啟 動(dòng) * 手動(dòng)模式控制 6 X004 手動(dòng) SET M8 手動(dòng)輸出 繼電器 M8A/S B/D 8 10 18 RST M9 自動(dòng)輸出 繼電器 M9A/S B/D 17 21 26 29 40 9 M9A/S B/D 52 61 70 10 M8 手動(dòng)輸出 繼電器 X006 手動(dòng)上升 按鈕 M6 手動(dòng)段速 度 M6A/S A/S 182 188 X007 手動(dòng)下降 按鈕 * 自動(dòng)模式 15 X005 自動(dòng) SET M9 自動(dòng)輸出 繼電器 M9A/S B/D 17 21 26 29 40 9 M9A/S B/D 52 61 70 RST M8 手動(dòng)輸出 繼電器 M8A/S B/D 8 10 18 19 X014 自動(dòng)下降 按鈕 M9 自動(dòng)輸出 繼電器 X013 自動(dòng)上升 按鈕 SET M10 自動(dòng)正轉(zhuǎn) 繼電器 M10A/S B/D 23 31 43 64 73 84 M10A/S B/D 180 24 X013 自動(dòng)上升 按鈕 M9 自動(dòng)輸出 繼電器 X014 自動(dòng)下降 按鈕 SET M11 自動(dòng)反轉(zhuǎn) 繼電器 M11A/S B/D 28 30 42 63 72 85 M11A/S B/D 176 29 M9 自動(dòng)輸出 繼電器 M11 自動(dòng)反轉(zhuǎn) 繼電器 T0 初加速運(yùn) 行時(shí)間 M1 初加速段 M1A/S A/S 183 M10 自動(dòng)正轉(zhuǎn) 繼電器 K50 T0 初加速運(yùn) 行時(shí)間 T0A/S B/D 41 34 40 M9 自動(dòng)輸出 繼電器 T0 初加速運(yùn) 行時(shí)間 M11 自動(dòng)反轉(zhuǎn) 繼電器 T1 加速運(yùn)行 時(shí)間 M2 加速段 M2A/S A/S 186 M10 自動(dòng)正轉(zhuǎn) 繼電器 K50 T1 加速運(yùn)行 時(shí)間 T1A/S B/D 53 46 52 M9 自動(dòng)輸出 繼電器 T1 加速運(yùn)行 時(shí)間 T2 等速運(yùn)行 時(shí)間 M3 等速段 M3A/S A/S 190 K200 T2 等速運(yùn)行 時(shí)間 T2A/S B/D 62 55 61 M9 自動(dòng)輸出 繼電器 T2 等速運(yùn)行 時(shí)間 M11 自動(dòng)反轉(zhuǎn) 繼電器 M4 減速段 M4A/S A/S 187 191 M10 自動(dòng)正轉(zhuǎn) 繼電器 K50 T3 減速運(yùn)行 時(shí)間 T3A/S A/S 71 70 M9 自動(dòng)輸出 繼電器 T3 減速運(yùn)行 時(shí)間 M11 自動(dòng)反轉(zhuǎn) 繼電器 T4 爬行運(yùn)行 時(shí)間 M5 爬行段 M5A/S A/S 184 192 M10 自動(dòng)正轉(zhuǎn) 繼電器 K40 T4 爬行運(yùn)行 時(shí)間 T4A/S B/D 82 76 82 T4 爬行運(yùn)行 時(shí)間 RST M10 自動(dòng)正轉(zhuǎn) 繼電器 M10A/S B/D 23 31 43 64 73 84 M10A/S B/D 180 RST M11 自動(dòng)反轉(zhuǎn) 繼電器 M11A/S B/D 28 30 42 63 72 85 M11A/S B/D 176 * 位置檢測(cè) 86 M8000 D0 C235 C235B/D B/D 171 DIV D0 編碼器脈 沖輸出 K2000 D1 位置，單 位m，接外 部顯示器 D0A/S B/D 92 87 D1A/S B/D 110 115 122 127 134 92 D1A/S B/D 139 146 151 158 163 * 回原點(diǎn) 99 X002 回原點(diǎn)開(kāi) 關(guān) SET M8235 M8235A/S B/D 102 106 Y001 反轉(zhuǎn)STR SET M0 回原點(diǎn)反 轉(zhuǎn)繼電器 M0A/S B/D 104 173 105 Y000 正轉(zhuǎn)STF RST M8235 M8235A/S B/D 102 106 108 M8000 D1 位置，單 位m，接外 部顯示器 K800 M1 初加速段 M1A/S A/S 183 D1 位置，單 位m，接外 部顯示器 K650 M2 加速段 M2A/S A/S 186 D1 位置，單 位m，接外 部顯示器 K150 M3 等速段 M3A/S A/S 190 D1 位置，單 位m，接外 部顯示器 K20 M4 減速段 M4A/S A/S 187 191 D1 位置，單 位m，接外 部顯示器 K1 M5 爬行段 M5A/S A/S 184 192 169 X002 回原點(diǎn)開(kāi) 關(guān) RST C235 C235B/D B/D 171 RST M0 回原點(diǎn)反 轉(zhuǎn)繼電器 M0A/S B/D 104 173 * 五段速度和手動(dòng)速度輸出 174 X006 手動(dòng)上升 按鈕 X007 手動(dòng)下降 按鈕 Y001 反轉(zhuǎn)STR Y001A/S A/S 101 202 M11 自動(dòng)反轉(zhuǎn) 繼電器 178 X007 手動(dòng)下降 按鈕 X006 手動(dòng)上升 按鈕 Y000 正轉(zhuǎn)STF Y000A/S A/S 105 199 M10 自動(dòng)正轉(zhuǎn) 繼電器 182 M6 手動(dòng)段速 度 Y002 高速RH M1 初加速段 M5 爬行段 186 M2 加速段 Y003 中速RM M4 減速段 M6 手動(dòng)段速 度 190 M3 等速段 Y004 低速RL M4 減速段 M5 爬行段 * 運(yùn)轉(zhuǎn)方向檢測(cè) 194 X006 手動(dòng)上升 按鈕 X007 手動(dòng)下降 按鈕 M7 同時(shí)按手 動(dòng)上、下 輸出 M7A/S A/S 197 197 M7 同時(shí)按手 動(dòng)上、下 輸出 Y000 正轉(zhuǎn)STF Y007 正轉(zhuǎn)檢測(cè) Y001 反轉(zhuǎn)STR Y010 反轉(zhuǎn)檢測(cè) 204 X012 報(bào)警繼電 器輸入 Y005 復(fù)位RSE * 位置檢測(cè)和回原點(diǎn) 206 END
任務(wù)書
學(xué)生姓名
學(xué)號(hào)
專業(yè)班級(jí)
電話
E-Mail
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目
基于PLC的高速提升機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
指導(dǎo)教師
職稱
部門
機(jī)電分院
電話
E-Mail
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的主要內(nèi)容及要求：
主要內(nèi)容：
以PLC和變頻器為核心，在基于“PLC控制+電機(jī)驅(qū)動(dòng)器+拖動(dòng)電機(jī)”的控制模式，完成礦井直流提升機(jī)控制系統(tǒng)、主井裝卸載系統(tǒng)和提升信號(hào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)提升機(jī)的各種安全保護(hù)及自動(dòng)開(kāi)車功能，并實(shí)現(xiàn)提升機(jī)的全自動(dòng)運(yùn)行。
要 求：
某礦井設(shè)計(jì)年產(chǎn)量3.0M噸, 井口標(biāo)高＋29.2m，井底水平標(biāo)高約-960米。
（1）利用變頻技術(shù)實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗和靜音運(yùn)行；利用交流電機(jī)+變頻器，并采用落地式多繩摩擦輪提升機(jī)，實(shí)現(xiàn)提升主電機(jī)的控制。
（2）提高提升的快速性和舒適感；最高提升速度: 11m/s，加減速度: 0.75m/s2，主井提升按五段速度運(yùn)行，分為初加速段、加速段、等速段、減速段、爬行段五段。
（3）實(shí)現(xiàn)功能：
1、同時(shí)按下向上/向下按鈕時(shí)判斷提升機(jī)上下運(yùn)動(dòng)方向
2、實(shí)現(xiàn)電源安全 （冗余）
3、安全連鎖控制
4、原點(diǎn)檢測(cè)
5、回原點(diǎn)控制
6、手動(dòng)/自動(dòng)
7、報(bào)警、急停
推薦參考文獻(xiàn)：
指導(dǎo)教師對(duì)學(xué)生開(kāi)題意見(jiàn)和進(jìn)度要求：
指導(dǎo)教師簽名：
年 月 日
XXX系畢業(yè)論文
XX理工大學(xué)
畢業(yè)論文
課題：基于PLC的高速提升機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
專 業(yè)
學(xué)生姓名
班 級(jí)
學(xué) 號(hào)
指導(dǎo)教師
完成日期
摘 要
礦井提升機(jī)是礦山最重要的設(shè)備，肩負(fù)著礦石、物料、人員等的運(yùn)輸責(zé)任。傳統(tǒng)的礦井提升機(jī)控制系統(tǒng)主要采用繼電器-接觸器進(jìn)行控制，這類提升機(jī)通常在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路中串接附加電阻進(jìn)行啟動(dòng)和調(diào)速。這種控制系統(tǒng)存在可靠性差、操作復(fù)雜、故障率高、電能浪費(fèi)大、效率低等缺點(diǎn)。針對(duì)這種情況采用PLC與變頻器相結(jié)合的控制方案對(duì)原有電控系統(tǒng)進(jìn)行改造，提高整個(gè)電控系統(tǒng)安全可靠性、控制精度及調(diào)速性能。因此，對(duì)礦井提升機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行研究具有現(xiàn)實(shí)意義，也是國(guó)內(nèi)外相關(guān)行業(yè)專家學(xué)者的一個(gè)研究課題。
本文針對(duì)提升機(jī)控制系統(tǒng)中存在的上述問(wèn)題，把可編程序控制器和變頻器應(yīng)用于提升機(jī)控制系統(tǒng)上，并在可行性方面進(jìn)行了相關(guān)的研究。事實(shí)表明 ，采用該控制系統(tǒng)，使提升機(jī)工作可靠，使用方便，同時(shí)具有動(dòng)態(tài)顯示的功能，節(jié)能效果明顯。
關(guān)鍵詞：可編程控制器,提升機(jī),變頻器,控制系統(tǒng)
Abstract
The shaft hoist is the foremost equipment of mines，it is widely used to transport the materials，staff and equipment. The traditional shaft hoist control system is always controlled by the relay-contactor，and adopts the methods of connect series additional resistant in rotors winding loop to start and adjust speed. The system has many disadvanges such as bad reliability，complicated operation，high fault rate，large energy –wasting and low efficiency. According to this kind of condition, we adopt PLC and Transducer to reform for original control system, so as to raise the safety, reliability, control precision and speed regulation performance of the whole electric controlled system. So, carrying on the research on the shaft hoist control system has realistic meanings，and it is a subject for research by relevant experts and scholars，both at home and abroad.
To these questions existing in the shaft hoist contro1 system，the paper applied PLC(Programmable Logic Controller)and frequency converter to the system, and carried on related research in feasibility. The fact indicates，adopting control system，the shaft hoist works reliably，easy to use，energy-saving well，and have dynamical shown function.
Key words: Programmable logic controller , Hoist , Inverter, Control system
- I -
目 錄
摘 要 I
Abstract II
第一章 緒論 1
1.1 礦井提升機(jī)簡(jiǎn)介 1
1.2 礦井提升機(jī)的任務(wù)及其組成 1
1.3 礦井提升機(jī)的特點(diǎn) 1
1.4 礦井提升機(jī)的工作原理 2
1.5 國(guó)內(nèi)外提升機(jī)研究狀況 2
1.6 本章小結(jié) 3
第二章 控制方案要求 4
2.1 該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)的功能 4
2.2 提升機(jī)運(yùn)行曲線 4
2.3 提升機(jī)速度要求及計(jì)算 5
2.4 控制方案論證與選擇 6
2.5 本章小結(jié) 10
第三章 提升機(jī)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 11
3.1 PLC控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成 11
3.2 PLC的選型 11
3.3 PLC控制的優(yōu)點(diǎn) 11
3.4 旋轉(zhuǎn)編碼器及其接線方式 12
3.4 PLCI/0的分配 13
3.5 變頻器設(shè)計(jì)部分 14
3.6 系統(tǒng)電氣控制接線圖設(shè)計(jì) 14
3.7 本章小結(jié) 14
第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 16
4.1 PLC的程序設(shè)計(jì)環(huán)境 16
4.2 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì) 17
4.3 PLC控制系統(tǒng)軟件程序的編寫 19
5.4 本章小結(jié) 19
結(jié)論 20
致 謝 21
參考資料 22
附錄一 23
第一章 緒論
1.1 礦井提升機(jī)簡(jiǎn)介
礦井提升機(jī) (mine winder；mine hoist) 是安裝在地面，借助于鋼絲繩帶動(dòng)提升容器沿井筒或斜坡道運(yùn)行的提升機(jī)械。分“纏繞式提升機(jī)(mine drum winder)”和“摩擦式提升機(jī)(mine friction winder)”。它用鋼絲繩帶動(dòng)容器（罐籠或箕斗）在井筒中升降，完成輸送物料和人員的任務(wù)。礦井提升機(jī)是由原始的提水工具逐步發(fā)展演變而來(lái)?，F(xiàn)代的礦井提升機(jī)提升量大，速度高，已發(fā)展成為電子計(jì)算機(jī)控制的全自動(dòng)重型礦山機(jī)械。
1.2 礦井提升機(jī)的任務(wù)及其組成
礦井提升機(jī)的任務(wù):
(1) 提升有用礦物，礦石、煤炭。
(2) 提升井下生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的矸石、煤泥。
(3) 升降人員、運(yùn)送設(shè)備和下放物料。
礦井提升設(shè)備的主要組成部分有：提升鋼絲繩、平衡鋼絲繩、提升容器、井架、天輪、井筒設(shè)備（包括罐道、罐梁）等組成。一般的礦井提升機(jī)都有兩個(gè)提升容器，并且兩個(gè)提升容器在礦井中做方向相反的直線運(yùn)動(dòng)，即一個(gè)提升容器以一定的速度上升時(shí)另一個(gè)提升容器以相同的速度下降。
1.3 礦井提升機(jī)的特點(diǎn)
(1) 安全性
所謂安全性就是不能發(fā)生安全事故。由于礦井提升設(shè)備在礦山生產(chǎn)中所占的地位十分重要,其運(yùn)轉(zhuǎn)的安全性,不僅直接影響整個(gè)礦井的生產(chǎn),而且還涉及人員的生命安全。因此全國(guó)都對(duì)礦井提升設(shè)備提出了極嚴(yán)格的要求,在我國(guó)這些規(guī)定包括在 ?煤礦安全規(guī)程?中。
(2) 可靠性
所謂可靠性,是指能夠可靠的連續(xù)長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)而不需在短期內(nèi)檢修。礦井提升設(shè)備所擔(dān)負(fù)的任務(wù)十分艱巨,不僅每年要把數(shù)十萬(wàn)噸到數(shù)百萬(wàn)噸的煤炭和礦石從井下提升到地面,而且還要完成其他輔助工作。
(3) 經(jīng)濟(jì)性
礦井提升設(shè)備是礦山大型設(shè)備之一,功率大,耗電多,大型礦井提升機(jī)的功率超過(guò)1000KW。因此礦井提升機(jī)的造價(jià)及其運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用,也就成為影響礦井生產(chǎn)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的重要因素之一。
1.4 礦井提升機(jī)的工作原理
纏繞式提升機(jī)是利用鋼絲繩在滾筒上的纏繞和放出，實(shí)現(xiàn)容器的提升和下放。鋼絲繩的一端固定在滾筒上，另一端繞過(guò)天輪與提升容器連接，當(dāng)滾筒由電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)以不同的方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，鋼絲繩或在滾筒上纏繞或放出，以帶動(dòng)提升容器。
纏繞式雙卷筒提升機(jī)具有兩個(gè)卷筒，每個(gè)卷筒上固定一根鋼絲繩，鋼絲繩在兩卷筒上的纏繞方向相反。
摩擦式提升機(jī)的工作原理是利用摩擦傳遞動(dòng)力。鋼絲繩搭放在摩擦輪的摩擦襯墊上，提升容器懸掛在鋼絲繩的兩端，在容器底部還懸掛平衡鋼絲繩。提升機(jī)工作時(shí)拉緊的鋼絲繩以一定的正壓力緊壓在摩擦襯墊之間便產(chǎn)生摩擦力。在這種摩擦力的作用下，鋼絲繩便跟隨摩擦輪一起運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)容器的提升或下放。
1.5 國(guó)內(nèi)外提升機(jī)研究狀況
近幾十年來(lái)，國(guó)外提升機(jī)機(jī)械部分和電氣部分都得到了飛速的發(fā)展，而且兩者相互促進(jìn)，相互提高。與此同時(shí)，電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，使提升機(jī)的電氣控制系統(tǒng)更是日新月異。早在上世紀(jì)七十年代，國(guó)外就將PLC應(yīng)用于提升機(jī)控制。上世紀(jì)八十年代初，計(jì)算機(jī)又被用于提升機(jī)的監(jiān)視和管理。計(jì)算機(jī)和PLC的應(yīng)用，使提升機(jī)自動(dòng)化水平、安全、可靠性都達(dá)到了一個(gè)新的高度，并提供了新的、現(xiàn)代化的管理、監(jiān)視手段。就在國(guó)外科學(xué)技術(shù)突飛猛進(jìn)發(fā)展的時(shí)候，我國(guó)提升機(jī)電控系統(tǒng)很長(zhǎng)時(shí)間都處于落后的狀況。直到目前為止，我國(guó)正在服務(wù)的礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)大多數(shù)還是轉(zhuǎn)子回路串金屬電阻的交流調(diào)速系統(tǒng)，設(shè)備陳舊、技術(shù)落后。國(guó)產(chǎn)提升機(jī)安全性、可靠性差，在關(guān)鍵部位——上下兩井口減速區(qū)段沒(méi)有配套的有效的速度監(jiān)視裝置，就提升機(jī)控制技術(shù)而言，依然是陳舊的，和國(guó)外相比，我們存在很大的差距。
目前我國(guó)提升機(jī)90％以上均采用交流繞線式異步電動(dòng)機(jī)的拖動(dòng)方式，其電控系統(tǒng)用于單繩纏繞式提升機(jī)的有TKD系列，多繩磨擦式提升機(jī)的有JKM、K／J系列。這幾種提升機(jī)通常在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路中串接附加電阻進(jìn)行起動(dòng)和調(diào)速。盡管轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速方法很不經(jīng)濟(jì)，低速特性也很軟，穩(wěn)定性差，但是由于這種調(diào)速方法比較簡(jiǎn)單易行，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大在拖動(dòng)起重機(jī)等中、小容量的繞線式異步電動(dòng)機(jī)中仍然應(yīng)用廣泛。20世紀(jì)80年代，我國(guó)從瑞典、西德等國(guó)引進(jìn)20多套晶閘管——直流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)。我國(guó)自己生產(chǎn)的晶閘管——直流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用于20世紀(jì)90年代。這種控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是：體積小、重量輕、占地面積??；基礎(chǔ)省、安裝方便、建筑費(fèi)用低；無(wú)齒輪傳動(dòng)部分、總效率高、電能消耗少；單機(jī)容量大，適用范圍廣；調(diào)速平穩(wěn)、調(diào)速范圍廣、調(diào)速精度高；易于控制，能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，安全可靠；節(jié)約電能。
礦井提升機(jī)對(duì)安全性、可靠性和調(diào)速性能的特殊要求，使得提升機(jī)電控系統(tǒng)的技術(shù)水平在一定程度上代表一個(gè)廠或國(guó)家的傳動(dòng)控制技術(shù)水平。而在電力拖動(dòng)方面，近幾年國(guó)外出現(xiàn)了不少新拖動(dòng)方式，交-交變頻供電方式就是最有前途的一種。20世紀(jì)80年代西歐一些工業(yè)先進(jìn)國(guó)家將交流變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用于提升機(jī)，有代表性的是西門子公司和ABB公司。我國(guó)在20世紀(jì)90年代也引進(jìn)了交流變頻調(diào)速提升機(jī)控制系統(tǒng)。變頻調(diào)速方式類似于它勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)取得很寬的調(diào)速范圍、很好的調(diào)速平滑性和有足夠硬度的機(jī)械特性，在提升機(jī)應(yīng)用中顯示了其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。
1.6 本章小結(jié)
本章主要介紹了礦井提升機(jī)的一些基本信息，包括提升機(jī)的定義及其分類,提升機(jī)的主要任務(wù)和組成,此外還介紹了提升機(jī)的基本工作原理,國(guó)內(nèi)外的研究狀況。
- 22 -
第二章 控制方案要求
2.1 該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)的功能
本設(shè)計(jì)是通過(guò)PLC來(lái)控制變頻器實(shí)現(xiàn)提升機(jī)的變頻調(diào)速，可實(shí)現(xiàn)功能：
1、同時(shí)按下向上/向下按鈕時(shí)判斷提升機(jī)上下運(yùn)動(dòng)方向：通過(guò)上升、下降指示燈來(lái)判斷其運(yùn)行的方向，避免誤操作。
2、實(shí)現(xiàn)電源安全：通過(guò)保護(hù)回路來(lái)保證系統(tǒng)的用電安全。
3、安全連鎖控制：報(bào)警后，整個(gè)系統(tǒng)停止，變頻器復(fù)位。
4、原點(diǎn)檢測(cè)：通過(guò)旋轉(zhuǎn)編碼器檢測(cè)其在任何位置和原點(diǎn)的距離。
5、回原點(diǎn)控制：在任何位置按下回原點(diǎn)按鈕，提升機(jī)可以回到原點(diǎn)。
6、手動(dòng)/自動(dòng)：有點(diǎn)動(dòng)和單次循環(huán)操作
7、報(bào)警、急停
2.2 提升機(jī)運(yùn)行曲線
礦井提升機(jī)的工作過(guò)程是提升容器在井筒中往返運(yùn)動(dòng)的過(guò)程，通常以提升容器的運(yùn)動(dòng)速度或電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行頻率與時(shí)間的關(guān)系來(lái)表示其運(yùn)動(dòng)規(guī)律，稱為速度圖或運(yùn)行曲線圖。如圖2-1所示為本設(shè)計(jì)系統(tǒng)提升機(jī)的運(yùn)行曲線。
圖2-1 高速提升運(yùn)行曲線
在圖2-1中，提升機(jī)無(wú)論正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)其工作過(guò)程是相同的，都有初加速運(yùn)行、加速運(yùn)行、等速運(yùn)行、減速運(yùn)行、爬行、制動(dòng)停車六個(gè)階段。每提升一次運(yùn)行的時(shí)間，與系統(tǒng)的運(yùn)行速度，加速度及立井的深度有關(guān)，各段加速度的大小，根據(jù)工藝情況確定，運(yùn)行狀況由程序來(lái)控制。圖中各個(gè)階段的工作情況說(shuō)明如下：
(1) 初加速階段0～t1：提升容器和平衡物離開(kāi)卸載曲軌，電機(jī)以較小的加速度帶動(dòng)提升機(jī)運(yùn)行。。
(2) 加速階段t1～t2：再次加速到最高速度。
(3) 第二次加速階段t2～t3: 此時(shí)電機(jī)以最高轉(zhuǎn)速平穩(wěn)運(yùn)行。
(4) 高速階段t3～t4: 此時(shí)提升機(jī)運(yùn)行到減速點(diǎn)(本設(shè)計(jì)中假設(shè)運(yùn)行至150m時(shí)開(kāi)始減速)，電機(jī)開(kāi)始以一定的加速度減速運(yùn)行。
(5) 減速階段t4～t5：此時(shí)提升機(jī)低速爬行
(6) 低速階段t5～t6：。此時(shí)提升機(jī)剎車，停止運(yùn)行(制動(dòng))
以上為PLC自動(dòng)操作程序工作,其中加速和減速段的時(shí)間均在變頻器上設(shè)置。
2.3 提升機(jī)速度要求及計(jì)算
2.3.1要求
某礦井設(shè)計(jì)年產(chǎn)量3.0M噸, 井口標(biāo)高＋29.2m，井底水平標(biāo)高約-960米。
（1）利用變頻技術(shù)實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗和靜音運(yùn)行；利用交流電機(jī)+變頻器，并采用落地式多繩摩擦輪提升機(jī)，實(shí)現(xiàn)提升主電機(jī)的控制。
（2）提高提升的快速性和舒適感；最高提升速度: 11m/s，加減速度: 0.75m/s2
2.3.1計(jì)算
在本設(shè)計(jì)中,礦井為立井,且深度為990米,假設(shè)：提升機(jī)的最大速度為11m/s,即當(dāng)電機(jī)以50Hz 高速運(yùn)行時(shí),其轉(zhuǎn)速為1500rpm,也就是提升機(jī)的運(yùn)行速度為11m/s。
假設(shè)初段加速時(shí)間為10s ,加速度為0.5m/s2 ，則：
（初加速速度）
（初加速移動(dòng)距離）
即：
（加速時(shí)間）
（加速移動(dòng)距離）
假設(shè)平穩(wěn)運(yùn)行時(shí)間為71s ,速度為11m/s ，則：
（ 平穩(wěn)移動(dòng)距離）
假設(shè)減速運(yùn)行時(shí)間為20s ,減速度為0.5m/s2 ，則：
（ 爬行速度）
（減速移動(dòng)距離）
假設(shè)爬行時(shí)間為10s ,速度為1m/s ，則
（減速移動(dòng)距離）
2.4 控制方案論證與選擇
2.4.1 PLC與其它工業(yè)控制裝置的比較
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(yǔ)言中，梯形圖是最為廣泛使用的語(yǔ)言。通過(guò)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(chǔ)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發(fā)明大致上沿用了繼電器控制的電路元件符號(hào)，僅個(gè)別地方有些不同。同時(shí)，信號(hào)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)在以下幾個(gè)方面：
1.可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)
這是PLC用戶關(guān)心的首要問(wèn)題。為了滿足PLC專在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用的要求，PLC采用了如下硬件和軟件措施：
（1）光電耦合隔離和R-C濾波器，有效的防止了各類電磁干擾信號(hào)的進(jìn)入。
（2）采用內(nèi)部電磁屏蔽，防止輻射干擾。
（3）采用優(yōu)良的開(kāi)關(guān)電源，防止電源線引入的干擾。
（4）具有良好的自診斷功能?？梢詫?duì)CPU等內(nèi)部電路進(jìn)行檢測(cè)，一旦出錯(cuò)，立即報(bào)警。
（5）程序及有關(guān)數(shù)據(jù)用電池供電進(jìn)行備份，一旦電源斷電或運(yùn)行停止，有關(guān)狀態(tài)及信息不會(huì)丟失。
（6）采用了冗余技術(shù)進(jìn)一步增強(qiáng)可編程序控制器的可靠性。對(duì)于某些大型的PLC，采用雙CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng)，或三CPU構(gòu)成表決式系統(tǒng)。
（7）對(duì)采用的器件都進(jìn)行嚴(yán)格的篩選和老化處理，排除了因器件可靠問(wèn)題而造成的故障。
隨著構(gòu)成PLC的元器件自身性能的提高，PLC整體的可靠性也在相應(yīng)提高。一般PLC的平均無(wú)故障時(shí)間可達(dá)到幾萬(wàn)小時(shí)以上。某些PLC的生產(chǎn)廠家甚至宣布，今后生產(chǎn)的可編程序控制器不再標(biāo)明可靠性這一指標(biāo)，因?yàn)閷?duì)可編程序控制器這一指標(biāo)已毫無(wú)意義了。經(jīng)過(guò)大量實(shí)踐，人們發(fā)現(xiàn)PLC系統(tǒng)在使用中發(fā)生的故障，大多是由于PLC的外部開(kāi)關(guān)、傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)引起的，而不是PLC自身的問(wèn)題產(chǎn)生的。
2.通用性強(qiáng)，使用方便
現(xiàn)在的PLC產(chǎn)品都已系列化了，PLC配備有各種各樣，種類齊全的I/O模塊和配套部件用戶選用，可以很方便地搭建成可滿足不同控制要求的控制系統(tǒng),用戶不再需要自己設(shè)計(jì)和制作相應(yīng)的硬件裝置。在確定了PLC的硬件配置和I/O外部接線后，用戶所做的工作只是程序設(shè)計(jì)而已。
3．程序設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，易學(xué)易懂
PLC是一種工業(yè)自動(dòng)化控制裝置，其主要的使用對(duì)象是廣大電氣技術(shù)人員。PLC生產(chǎn)廠家大都根據(jù)這種實(shí)際情況，一般不采用微機(jī)所用的編程語(yǔ)言，而采用與繼電器控制原理圖非常相似的梯形圖語(yǔ)言，工程技術(shù)人員學(xué)習(xí)和使用這種語(yǔ)言十分方便。
4．采用先進(jìn)的模塊化結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)組合靈活方便
PLC的各個(gè)部件，包括CPU、電源、I/O通道等均采用模塊化設(shè)計(jì)，由機(jī)架和電纜將各模塊連接起來(lái)。系統(tǒng)的功能和規(guī)?？筛鶕?jù)用戶的實(shí)際需求自行組合，這樣便可滿足用戶要求的合理的性能價(jià)格比。
5．系統(tǒng)設(shè)計(jì)周期短
由于系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)任務(wù)僅是依據(jù)對(duì)象的要求配置適當(dāng)?shù)哪K，如同吃飯從菜單中點(diǎn)菜一樣方便，這就大大縮短了整個(gè)設(shè)計(jì)所花費(fèi)的時(shí)間，加快了整個(gè)工程設(shè)計(jì)的進(jìn)度。
6．安裝簡(jiǎn)便、調(diào)試方便、維護(hù)工作量小
可編程序控制器一般不需要專門的機(jī)房，可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接運(yùn)行。使用時(shí)只需將現(xiàn)場(chǎng)的各種設(shè)備與PLC相應(yīng)的I/O端子相連，系統(tǒng)便可以投入運(yùn)行，安裝接線工作量比繼電器控制系統(tǒng)小得多。PLC軟件的設(shè)計(jì)和調(diào)試大都可以在實(shí)驗(yàn)室里進(jìn)行，用模擬實(shí)驗(yàn)開(kāi)關(guān)代替輸入信號(hào)，其輸出狀態(tài)可以觀察PLC上的相應(yīng)發(fā)光二極管顯示，也可以另接輸出模擬實(shí)驗(yàn)板。模擬調(diào)試完成后，再將本身故障率很低，又有完善的自診斷能力和顯示功能，一旦發(fā)生故障可以根據(jù)PLC上發(fā)光二極管或編程器提供的信息，迅速查明原因或直接找到發(fā)生故障的外圍設(shè)備。如果是PLC本身故障，則可用更換模塊的方法迅速排除故障。這樣既提高了維護(hù)的工作效率，使故障造成的對(duì)工業(yè)生產(chǎn)的影響降低到最低程度，也保證了生產(chǎn)的正常進(jìn)行。
PLC是以微處理器為核心，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)而發(fā)展起來(lái)的一種新型、通用的自動(dòng)控制裝置，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、靈活通用、易于編程、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)在工業(yè)自動(dòng)控制、機(jī)電一體化、改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)方面得到了廣泛應(yīng)用。
近年來(lái)，隨著微處理器芯片及其有關(guān)元器件的價(jià)格大幅度下降，使得PLC成本也隨之下降。與此同時(shí)，PLC的性能卻在不斷完善，功能也在增多增強(qiáng)，應(yīng)用領(lǐng)域也在逐漸拓寬，使PLC的應(yīng)用已由早期的開(kāi)關(guān)邏輯到現(xiàn)在工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域。根據(jù)PLC的特點(diǎn)，可以將應(yīng)用形式歸納為如下幾種類型：
1.開(kāi)關(guān)邏輯控制
這是PLC的最基本最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。PLC具有較強(qiáng)的邏輯運(yùn)算能力，可以實(shí)現(xiàn)各種開(kāi)關(guān)量從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的邏輯控制。
2.模擬量控制
在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，除必不可少的開(kāi)關(guān)量和數(shù)字量外，還有許多連續(xù)變化的模擬量，如溫度、壓力、流量、液位等都是模擬量。而PLC所處理的量為數(shù)字量，為了能接受模擬量輸入和輸出模擬量信號(hào)，PLC配置有A/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊，現(xiàn)將現(xiàn)場(chǎng)的溫度、壓力等模擬量經(jīng)過(guò)A/D模塊轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，送入微處理器進(jìn)行處理，微處理器處理過(guò)的數(shù)字量，又經(jīng)D/A模塊轉(zhuǎn)換為模擬量后，去控制被控對(duì)象，這樣就可實(shí)現(xiàn)PLC對(duì)模擬量的控制。
3.順序控制
在工業(yè)控制中，用PLC實(shí)現(xiàn)順序控制，可以用移位寄存器和步進(jìn)指令編寫程序。也可采用IEC規(guī)定的用于順序控制的標(biāo)準(zhǔn)化語(yǔ)言——順序功能圖SFC編寫程序，使得PLC在實(shí)現(xiàn)按照事件或輸入狀態(tài)的順序，控制相應(yīng)輸出更加容易。
4.定時(shí)控制
PLC具有定時(shí)控制的功能，它可以為用戶提供幾十甚至上百個(gè)計(jì)時(shí)器，其計(jì)時(shí)的時(shí)間可由用戶根據(jù)控制時(shí)間要在編寫用戶程序時(shí)設(shè)定，定時(shí)時(shí)間可以從0.1秒至若干小時(shí)，時(shí)間長(zhǎng)短可任意設(shè)定，也可以由操作人員在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)編程器進(jìn)行修改或重新設(shè)定，實(shí)現(xiàn)定時(shí)或延時(shí)的控制，通過(guò)編程既可以實(shí)現(xiàn)通電延時(shí)功能，也可以實(shí)現(xiàn)斷電延時(shí)的功能。
5.計(jì)數(shù)控制
計(jì)數(shù)控制也是控制系統(tǒng)不可缺少的，PLC也同樣為用戶提供了幾十甚至上有個(gè)計(jì)數(shù)器，實(shí)現(xiàn)對(duì)某些信號(hào)的計(jì)數(shù)功能。其設(shè)定方式如同定時(shí)器一樣，可實(shí)現(xiàn)增計(jì)數(shù)控制，也可實(shí)現(xiàn)減計(jì)數(shù)控制，若用戶需要對(duì)頻率較高的信號(hào)進(jìn)行跟蹤計(jì)數(shù)，可選用高速計(jì)數(shù)模塊。
6．閉環(huán)過(guò)程控制
運(yùn)用PLC不僅可以對(duì)模擬量進(jìn)行開(kāi)環(huán)控制，而且還可以進(jìn)行閉環(huán)控制?，F(xiàn)代大中型的PLC及部分小型的PLC配備有專門的PID控制模塊，當(dāng)控制過(guò)程中某一個(gè)變量出現(xiàn)偏差時(shí)，PLC就按照PID算法計(jì)算出正確的輸出去控制被控制量，把被控制量保持在整定值上。PLC的PID控制已廣泛地應(yīng)用在洗煤、釀酒、反應(yīng)堆、鍋爐以及位置和速度等控制中。
7．?dāng)?shù)據(jù)處理
現(xiàn)代PLC都具有數(shù)據(jù)處理的能力。它不僅能進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送，而且還能進(jìn)行數(shù)據(jù)比較、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)顯示和打印以及數(shù)據(jù)通信等.對(duì)于大中型PLC還可進(jìn)行浮點(diǎn)運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算等。
8．通信和聯(lián)網(wǎng)
PLC的控制已從早期的單機(jī)控制發(fā)展到了多機(jī)控制，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)自動(dòng)化?，F(xiàn)代的PLC一般都具有通信功能，應(yīng)用遠(yuǎn)程I/O模塊，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，應(yīng)用通信模塊，可實(shí)現(xiàn)PLC與PLC、PLC與計(jì)算機(jī)之間的通信。也可以構(gòu)成“集中管理，分散控制”的分布式控制系統(tǒng)。因此，PLC是實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化的理想工業(yè)控制裝置。
本調(diào)速系統(tǒng)選用日本三菱公司生產(chǎn)的FX2N-32M PLC，屬于整體式PLC。整體式PLC提供多種不同的I/O點(diǎn)數(shù)的基本單元和擴(kuò)展單元供用戶選用，基本有CPU模塊，I/O模塊和電源，擴(kuò)展單元內(nèi)有I/O模塊和電源。一般配有許多專用的特殊功能單元，如模擬量I/O單元、位置控制單元、和通信單元等使PLC的功能得到擴(kuò)展。 主要的控制功能有如下幾項(xiàng)：主令操作控制和保護(hù)監(jiān)視控制。
FX2n系列是FX系列PLC家族中最先進(jìn)的系列，其功能最強(qiáng)、速度最快。由于FX2n系列具備如下特點(diǎn)：最大范圍的包容了標(biāo)準(zhǔn)特點(diǎn)、程式執(zhí)行更快、全面補(bǔ)充了通信功能、適合世界各國(guó)不同的電源以及滿足單個(gè)需要的大量特殊功能模塊，它可以為你的工廠自動(dòng)化應(yīng)用提供最大的靈活性和控制能力。為大量實(shí)際應(yīng)用而開(kāi)發(fā)的特殊功能開(kāi)發(fā)了各個(gè)范圍的特殊功能模塊以滿足不同的需要－－模擬I/O。定位控制達(dá)到16軸，脈沖串輸出或?yàn)镴和K型熱電偶或Pt傳感器開(kāi)發(fā)了溫度模塊。對(duì)每一個(gè)FX2n主單元可配置總計(jì)達(dá)8個(gè)特殊功能模塊。網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)通信連接到世界上最流行的開(kāi)放式網(wǎng)絡(luò) CC-Link，Profibus Dp和DeviceNet或者采用傳感器層次的網(wǎng)絡(luò)解決您的通信需要。
其它功能內(nèi)置式24V、400mA直流電源可用于外圍設(shè)備，如傳感器或其它元件?？焖贁嚅_(kāi)端子塊因?yàn)椴捎昧藘?yōu)良的可維護(hù)性快速斷開(kāi)端子塊，即使接著電纜也可以更換單元。時(shí)鐘功能和小時(shí)表功能在所有的FX2NPLC中都有實(shí)時(shí)時(shí)鐘標(biāo)準(zhǔn)。時(shí)間設(shè)置和比較指令易于操作。小時(shí)表功能對(duì)過(guò)程跟蹤和機(jī)器維護(hù)提供了有價(jià)值的信息。持續(xù)掃描功能為應(yīng)用所需求的持續(xù)掃描時(shí)間定義操作周期。輸入濾波器調(diào)節(jié)功能可以用輸入濾波器平整輸入信號(hào)（在基本單元中x000到x017）。注解記錄功能元件注解可以記錄在程序寄存器中。在線程序編輯在線改變程序不會(huì)損失工作時(shí)間或停止生產(chǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)。RUN/STOP 開(kāi)關(guān)面板上運(yùn)行/停止開(kāi)關(guān)易于操作。遠(yuǎn)程維護(hù)遠(yuǎn)處的編程軟件可以通過(guò)調(diào)制解調(diào)器通信來(lái)監(jiān)測(cè)、上載或卸載程序和數(shù)據(jù)密碼保護(hù)使用一個(gè)八位數(shù)字密碼保護(hù)您的程序。?
2.4.2 系統(tǒng)方案的確立
在此綜合各種方面因素選擇PLC作為提升機(jī)控制系統(tǒng)的核心,如2.4.1小節(jié)所分析的,PLC具有其他任何一種控制器所不具備的優(yōu)點(diǎn),更符合設(shè)計(jì)要求。
2.5 本章小結(jié)
本章主要介紹了提升機(jī)控制系統(tǒng)的功能要求,運(yùn)行曲線,速度要求及計(jì)算和控制方案的論證選擇。?
?
第三章 提升機(jī)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)
3.1 PLC控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成
本設(shè)計(jì)的提升機(jī)控制系統(tǒng)硬件主要由PLC、變頻器、旋轉(zhuǎn)編碼器、聲光報(bào)警模塊、電源模塊等組成。
3.2 PLC的選型
選擇能滿足本提升機(jī)控制要求的適當(dāng)型號(hào)的PLC是應(yīng)用設(shè)計(jì)中至關(guān)重要的一步，合理選擇PLC，對(duì)于提高PLC控制系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)有著重要作用。PLC的選擇包括機(jī)型，容量，I/O模塊的選擇等幾個(gè)方面。
3.2.1 機(jī)型的選擇
本系統(tǒng)選取的是三菱公司生產(chǎn)的小型整體式可編程控制器FX2N-32MT-001系列，輸入輸出端子選擇32點(diǎn),它的性能價(jià)格比很高，在小規(guī)?？刂浦蝎@得廣泛應(yīng)用。三菱FX2N-32MT-001的CPU單元規(guī)格是:輸入16點(diǎn),輸出16點(diǎn),輸入、輸出為晶體管型形式,電源DC24V。
3.3 PLC控制的優(yōu)點(diǎn)
① 高可靠性；
（1）所有的I/O接口電路均采用光電隔離，使工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的外電路與PLC內(nèi)部電路之間電氣上隔離。
（2）各輸入端均采用R-C濾波器，其濾波時(shí)間常數(shù)一般為10~20ms.
（3）各模塊均采用屏蔽措施，以防止輻射干擾。
（4）采用性能優(yōu)良的開(kāi)關(guān)電源。
（5）對(duì)采用的器件進(jìn)行嚴(yán)格的篩選。
（6）良好的自診斷功能，一旦電源或其他軟，硬件發(fā)生異常情況，CPU立即采用有效措施，以防止故障擴(kuò)大。
（7）大型PLC還可以采用由雙CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng)或有三CPU構(gòu)成表決系統(tǒng),使可靠性更進(jìn)一步提高。
② 豐富的I/O接口模塊；
PLC針對(duì)不同的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)，如：交流或直流；開(kāi)關(guān)量或模擬量；電壓或電流；脈沖或電位； 強(qiáng)電或弱電等。有相應(yīng)的I/O模塊與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的器件或設(shè)備，如：按鈕；行程開(kāi)關(guān)；接近開(kāi)關(guān)；傳感器及變送器；電磁線圈；控制閥等直接連接。
另外為了提高操作性能，它還有多種人-機(jī)對(duì)話的接口模塊; 為了組成工業(yè)局部網(wǎng)絡(luò)，它還有多種通訊聯(lián)網(wǎng)的接口模塊，等等。
③ 采用模塊化結(jié)構(gòu)；
為了適應(yīng)各種工業(yè)控制需要，除了單元式的小型PLC以外，絕大多數(shù)PLC均采用模塊化結(jié)構(gòu)。PLC的各個(gè)部件，包括CPU，電源，I/O等均采用模塊化PLC，由機(jī)架及電纜將各模塊連接起來(lái)，系統(tǒng)的規(guī)模和功能可根據(jù)用戶的需要自行組合。
④編程簡(jiǎn)單易學(xué)；
PLC的編程大多采用類似于繼電器控制線路的梯形圖形式，對(duì)使用者來(lái)說(shuō)，不需要具備計(jì)算機(jī)的專門知識(shí)，因此很容易被一般工程技術(shù)人員所理解和掌握。
⑤安裝簡(jiǎn)單，維修方便；
工業(yè)環(huán)境下直接運(yùn)行。使用時(shí)只需將現(xiàn)場(chǎng)的各種設(shè)備與PLC相應(yīng)的I/O端相連接，即可投入運(yùn)行。各種模塊上均有運(yùn)行和故障指示裝置，便于用戶了解運(yùn)行情況和查找故障。
由于采用模塊化結(jié)構(gòu)，因此一旦某模塊發(fā)生故障，用戶可以通過(guò)更換模塊的方法，使系統(tǒng)迅速恢復(fù)運(yùn)行。
3.4 旋轉(zhuǎn)編碼器及其接線方式
旋轉(zhuǎn)編碼器是一種光電式旋轉(zhuǎn)測(cè)量裝置，它將被測(cè)的角位移直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)（高速脈沖信號(hào)）。因些可將旋轉(zhuǎn)編碼器的輸出脈沖信號(hào)直接輸入給PLC，利用 PLC的高速計(jì)數(shù)器對(duì)其脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，以獲得測(cè)量結(jié)果。不同型號(hào)的旋轉(zhuǎn)編碼器，其輸出脈沖的相數(shù)也不同，有的旋轉(zhuǎn)編碼器輸出A、B、Z三相脈沖，有的只有A、B相兩相，最簡(jiǎn)單的只有A相。如圖4-2所示是輸出兩相脈沖的旋轉(zhuǎn)編碼器與FX2N系列PLC的連接示意圖。編碼器的電源可以是外接電源，也可直接使用PLC的DC24V電源。電源“-”端要與編碼器的COM 端連接，“+ ”與編碼器的電源端連接。編碼器的COM端與PLC輸入COM端連接，A、B兩相脈沖輸出線直接與PLC的輸入端連接，連接時(shí)要注意PLC輸入的響應(yīng)時(shí)間。有的旋轉(zhuǎn)編碼器還有一條屏蔽線，使用時(shí)要將屏蔽線接地。其與PLC的接線圖如圖3-1所示:
圖3-1 旋轉(zhuǎn)編碼器接線
3.4 PLCI/0的分配
分配輸入/輸出點(diǎn)信號(hào)、輸出點(diǎn)與輸出控制是一一對(duì)應(yīng)的。分配好后，按系統(tǒng)配置的通道與接點(diǎn)號(hào)，分配給每一個(gè)輸入信號(hào)和輸出信號(hào)，即進(jìn)行編號(hào)。FX2N型PLC的輸入/輸出通道號(hào)采用自由配置、固定通道方式。輸入輸出繼電器可自由選擇，與輸入點(diǎn)對(duì)應(yīng)的即為輸入繼電器，與輸出點(diǎn)對(duì)應(yīng)的即為輸出繼電器。礦井生高速提升機(jī)控制系統(tǒng)輸入輸出接口如表3-1所示。
表3-1 I/O接口分配
輸入
輸出
名稱
接口
名稱
接口
旋轉(zhuǎn)編碼器
X0
正轉(zhuǎn)
Y0
近點(diǎn)接近開(kāi)關(guān)
X1
反轉(zhuǎn)
Y1
回原點(diǎn)按鈕
X2
高速RH
Y2
啟動(dòng)
X3
中速RM
Y3
手動(dòng)
X4
低速RL
Y4
自動(dòng)
X5
復(fù)位RSE
Y5
手動(dòng)上升
X6
變頻器啟動(dòng)
Y6
手動(dòng)下降
X7
正轉(zhuǎn)檢測(cè)
Y7
急停
X10
反轉(zhuǎn)檢測(cè)
Y10
停止
X11
報(bào)警繼電器輸入
X12
自動(dòng)上升
X13
自動(dòng)下降
X14
3.5 變頻器設(shè)計(jì)部分
變頻調(diào)速單元選用三菱FR-A740，該變頻器具有低噪音,高性能,以及帶有RS-485通信接口等特點(diǎn)。配以旋轉(zhuǎn)編碼器反饋完成高精度速度控制。要達(dá)到相應(yīng)的控制條件，必須要設(shè)置好參數(shù)（詳見(jiàn)手冊(cè)）
3.6 系統(tǒng)電氣控制接線圖設(shè)計(jì)
系統(tǒng)供電電源采用三相四線制上機(jī)供電。供電電源等級(jí)為AC380±5％，50Hz。其中QF1給變頻器提供電源， QF2給24V開(kāi)關(guān)電源提供電源，和PLC供電，電機(jī)的主回路熱繼電器，制動(dòng)電機(jī)還包括制動(dòng)單元的輔助回路。整機(jī)的接地保護(hù)與系統(tǒng)的接地保護(hù)網(wǎng)相聯(lián)接。變頻器電氣控制主電路圖見(jiàn)3-2。PLC的接線圖如圖3-3所示。
3.7 本章小結(jié)
本章是本文的重點(diǎn),主要介紹了提升機(jī)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)部分,分小節(jié)介紹了各子模塊的功能, ,能讓人清晰直觀的了解,此外在本章開(kāi)始幾個(gè)小節(jié)還介紹了PLC的選型,變頻器,編碼器接線等,思路清晰,目的明確。
3-2 主接線圖
圖3-3 PLC接線圖
第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
4.1 PLC的程序設(shè)計(jì)環(huán)境
PLC的編程主要是通過(guò)編程器或用PLC生產(chǎn)廠家提供的編程軟件來(lái)完成的。每個(gè)PLC公司都有自己的編程器，一般比較小，而且比較輕，適合在現(xiàn)場(chǎng)使用。但是這種編程器只能使用助記符語(yǔ)言對(duì)PLC進(jìn)行編程，而且由于屏幕較小，每次只能顯示一、兩行程序，難于對(duì)程序從整體上分析。PLC公司提供的編程軟件則能使用梯形圖、助記符或功能圖語(yǔ)言等進(jìn)行編程。通過(guò)編程軟件，不僅能從宏觀上對(duì)程序進(jìn)行編輯和分析，而且還能對(duì)程序的運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)視。
4.1.1 PLC公司的編程軟件
編程軟件的作用是編輯、調(diào)試、輸入用戶程序，也可在線監(jiān)控PLC內(nèi)部狀態(tài)和參數(shù)，與PLC進(jìn)行人機(jī)對(duì)話，它是開(kāi)發(fā)、應(yīng)用、維護(hù)PLC不可缺少的工具。編程軟件一般由PLC生產(chǎn)廠家提供，各家用各家，不通用，而且多是商品化的。這些軟件一般功能都差不多，大體上有以下幾種功能。
(1) 脫機(jī)編程: 可用梯形圖語(yǔ)言或助記符語(yǔ)言編程。這兩者可相互轉(zhuǎn)換。另外，程序還可加注解。
(2) 文件管理: 對(duì)所編程序可存儲(chǔ)為磁盤文件，還可建立數(shù)據(jù)庫(kù)文件以及與PLC工作相關(guān)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件。
(3) 文件的上傳與下載: 程序文件、數(shù)據(jù)文件等可在計(jì)算機(jī)與PLC建立起通信聯(lián)系后下載給PLC，也可從PLC中上傳，將PLC的程序、數(shù)據(jù)上傳到計(jì)算機(jī)中，然后計(jì)算機(jī)在對(duì)其做相應(yīng)管理。
(4) 監(jiān)控運(yùn)行: PLC與計(jì)算機(jī)建立通信后，計(jì)算機(jī)可監(jiān)視PLC的工作，觀察任何工作位的狀態(tài)，可讀所有的數(shù)據(jù)，可強(qiáng)置某些工作位處于ON或OFF狀態(tài)，還可修改一些參數(shù)。
(5) 在線更改。監(jiān)視運(yùn)行時(shí)發(fā)現(xiàn)程序存在問(wèn)題，有兩種解決的辦法。⑴ 脫機(jī)更改。即先回到脫機(jī)狀態(tài)修改程序，然后再聯(lián)機(jī)，重新把程序下載到PLC。⑵ 在線更改。在問(wèn)題不太多，又是允許的情況下可在線更改程序。這種邊運(yùn)行、邊監(jiān)視、邊更改的方式，既不耽誤PLC的工作，可直接地發(fā)現(xiàn)與排除故障，是較為方便的調(diào)試與完善程序的方法。
(6) 其他功能。編程軟件還有一些其他功能。如可用來(lái)進(jìn)行只讀存儲(chǔ)器的程序?qū)懭?。有的還可進(jìn)行對(duì)PLC作組網(wǎng)參數(shù)的設(shè)定等。
4.1.2 三菱的GX Developer 編程軟件簡(jiǎn)介
進(jìn)入GX Developer初始界面后，在【文件】下拉菜單中，單擊“新建”菜單項(xiàng)，選擇創(chuàng)建一個(gè)新文件。在【設(shè)備名稱】中填寫設(shè)備名稱，設(shè)備類型選擇PLC的類型，然后單擊設(shè)定按鈕選擇CPU的類型，單擊確定后，即可進(jìn)入梯形圖編程界面，開(kāi)始編程，如圖4-1所示界面。
圖4-1 編程界面
程序編寫完成后，下一步就可進(jìn)行編譯、鏈接和調(diào)試了。如果編譯沒(méi)有錯(cuò)誤，就可以進(jìn)行在線運(yùn)行。在編譯過(guò)程中，如果出現(xiàn)錯(cuò)誤要進(jìn)行修改時(shí)，我們既可以在梯形圖編程下修改，也可在助記符方式下修改。編譯完成，沒(méi)有語(yǔ)法錯(cuò)誤，可加載程序到PLC，進(jìn)行在線運(yùn)行。
4.2 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)
4.2.1 程序設(shè)計(jì)方法及語(yǔ)言
工程設(shè)計(jì)中，可編程控制器應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)大體上有三種方法，也是使用最多的方法。這些方法的應(yīng)用，也因不同設(shè)計(jì)人員有著不同的技術(shù)水平和習(xí)慣存在著差異。下面介紹一下常用的幾種應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)方法，以便對(duì)下面的設(shè)計(jì)更有一個(gè)清晰的認(rèn)識(shí)，也使讀者更加明白可編程控制器的設(shè)計(jì)方法和技巧。
1、經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法
經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法也叫湊試法。在掌握一些典型控制環(huán)節(jié)和電路設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，根據(jù)被控對(duì)象對(duì)控制系統(tǒng)的具體要求，憑經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行選擇、組合。這種方法對(duì)于一些簡(jiǎn)單的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是比較湊效的，可以收到快速、簡(jiǎn)單的效果。但是它沒(méi)有一個(gè)普遍的規(guī)律可遵循，具有一定的試探性和隨意性，最后得到的結(jié)果也不是唯一的，設(shè)計(jì)所用的時(shí)間、設(shè)計(jì)的質(zhì)量與設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)的多少有關(guān)。
經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法的具體步驟如下：
（1）確定輸入/輸出電器；
（2）確定輸入和輸出點(diǎn)的個(gè)數(shù)、選擇PLC機(jī)型、進(jìn)行I/O分配；
（3）做出系統(tǒng)動(dòng)作工程流程圖；
（4）選擇PLC指令并編寫程序；
（5）編寫其它控制控制要求的程序；
（6）將各個(gè)環(huán)節(jié)編寫的程序合理地聯(lián)系起來(lái)，即得到一個(gè)滿足控制要求的程序。
2. 邏輯設(shè)計(jì)法
工業(yè)電氣控制線路中，有很多是通過(guò)繼電器等電器組件來(lái)實(shí)現(xiàn)的。而繼電器、交流接觸器的觸點(diǎn)都只有兩種狀態(tài)即：斷開(kāi)和閉合，因此用“0”和“1”兩種取值的邏輯代數(shù)設(shè)計(jì)電氣控制線路是完全可以的。該方法法是根據(jù)數(shù)字電子技術(shù)中的邏輯設(shè)計(jì)法進(jìn)行PLC程序的設(shè)計(jì)，它使用邏輯表達(dá)式描述問(wèn)題。在得出邏輯表達(dá)式后，根據(jù)邏輯表達(dá)式畫出梯形圖。因此用邏輯設(shè)計(jì)法也可以適用于PLC應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)。
順序控制法
對(duì)那些按動(dòng)作的先后順序進(jìn)行控制的系統(tǒng)，非常適合使用順序控制設(shè)計(jì)法進(jìn)行編程。順序控制法規(guī)律性很強(qiáng)，雖然編程相當(dāng)長(zhǎng)，但程序結(jié)構(gòu)清晰、可讀性。在用順序控制設(shè)計(jì)法編程時(shí)，功能圖是很重要的工具。功能圖能夠清楚地表現(xiàn)出系統(tǒng)各工作步的功能、步與步之間的轉(zhuǎn)換順序及其轉(zhuǎn)換條件。
功能圖由流程步、有向線段、轉(zhuǎn)移和動(dòng)作組成，在使用時(shí)它有一些使用規(guī)則，具體如下：
（1）步與步之間必須用轉(zhuǎn)移隔開(kāi)；
（2）轉(zhuǎn)移與轉(zhuǎn)移之間必須用步隔開(kāi)；
（3）轉(zhuǎn)移和步之間用有向線段連接，正常畫順序功能圖的方向是從上向下或則從左向右。按照正常順序畫圖時(shí)，有向線段可以不加箭頭，否則必須加箭頭。
（4）一個(gè)順序功能圖中至少有一個(gè)初始步。
可編程控制器設(shè)計(jì)語(yǔ)言也有多種形式，因其在繼電器的基礎(chǔ)上研制而成，所以大部分都是以開(kāi)關(guān)量為主的控制方式。很多表達(dá)形式也都是電氣符號(hào)的沿用，或直接使用。這樣，PLC的語(yǔ)言就有所不同。梯形圖語(yǔ)言是設(shè)計(jì)中使用最多的，還有流程圖，語(yǔ)句表，這些都為程序的閱讀提供了不同形式的方法，適合電氣方面的工程人員閱讀，也適合電子方面的工程人員進(jìn)行參考使用。
本控制系統(tǒng)采用經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法。
4.3 PLC控制系統(tǒng)軟件程序的編寫
礦井高速提升機(jī)控制系統(tǒng)是基于PLC集成控制的系統(tǒng)，根據(jù)本節(jié)敘述的內(nèi)容中的系統(tǒng)整體控制流程圖及系統(tǒng)的輸入和輸出信號(hào)，來(lái)編制PLC的梯形圖。PLC采用循環(huán)掃描方式，按梯形圖從上而下，從左而右的先后順序予以執(zhí)行。下面給出的是程序的梯形圖，使用三菱公司編程軟件GX Developer軟件進(jìn)行編輯，編程方式是梯形圖，見(jiàn)附錄梯形圖一。
5.4 本章小結(jié)
本章主要介紹了PLC控制提升機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的具體流程，其中包括PLC編程軟件的介紹、程序設(shè)計(jì)、梯形圖設(shè)計(jì)等內(nèi)容，使讀者對(duì)該系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方法和具體步驟有了詳細(xì)的了解。
結(jié)論
本文是以達(dá)到實(shí)現(xiàn)提升機(jī)速度的方便可調(diào)、運(yùn)行可靠、適應(yīng)生產(chǎn)需要的目的而進(jìn)行的設(shè)計(jì)。在本次設(shè)計(jì)中經(jīng)過(guò)對(duì)礦井提升機(jī)調(diào)速要求的分析，選用變頻器實(shí)現(xiàn)提升機(jī)的變頻調(diào)速運(yùn)行。采用可編程控制器（PLC）,實(shí)現(xiàn)對(duì)電控系統(tǒng)中各個(gè)環(huán)節(jié)突發(fā)事件的監(jiān)測(cè)處理，減少了硬件和控制線，克服了傳統(tǒng)繼電器-接觸器系統(tǒng)的不足，系統(tǒng)安全可靠，且控制程序可根據(jù)需要進(jìn)行修改。本文旨在按實(shí)際生產(chǎn)要求進(jìn)行理論上的設(shè)計(jì)，并未在實(shí)際應(yīng)用中得到驗(yàn)證，在實(shí)際應(yīng)用之前還需經(jīng)過(guò)反復(fù)的調(diào)試實(shí)驗(yàn)，以確保系統(tǒng)安全可靠的運(yùn)行，從而達(dá)到實(shí)際生產(chǎn)中的要求。
當(dāng)然，鑒于本人水平有限，在設(shè)計(jì)過(guò)程中難免有不足之處，希望您能諒解并提出寶貴意見(jiàn)，以便我對(duì)其進(jìn)行改正。
致 謝
本論文的設(shè)計(jì)是在XXX老師的精心指導(dǎo)下完成的。論文的每一步進(jìn)展都傾注著X老師的關(guān)懷，教導(dǎo)和幫助，X老師知識(shí)淵博、經(jīng)驗(yàn)豐富、嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的工作態(tài)和誨人不倦的工作作風(fēng)都使我受益匪淺。X老師對(duì)待工作嚴(yán)肅認(rèn)真的態(tài)度、求實(shí)創(chuàng)新的精神深深地激勵(lì)著我，在為人處世上和藹、謙遜、踏實(shí)、積極的態(tài)度將會(huì)影響我一生。在他耐心細(xì)致的指導(dǎo)下，我的專業(yè)知識(shí)得以擴(kuò)充，論文的工作也得以順利地進(jìn)行。每一個(gè)細(xì)節(jié),每一個(gè)過(guò)程都凝聚著邢老師的心血,讓我很感動(dòng)。所以,在此首先向X老師表達(dá)我最誠(chéng)摯的感謝。
與此同時(shí),我向所有給予我關(guān)心、支持和幫助的其他老師和同學(xué)們也致以深深的謝意。設(shè)計(jì)中正是有他們的陪伴以及細(xì)心的幫助，我才能順利的完成這次論文的設(shè)計(jì)，在此我也要說(shuō)聲謝謝！
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附錄一