1_8000705_礦井提升機(jī)畢業(yè)設(shè)計(jì)

河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 u)0錄 1 緒論 . 2 究的目的及意義 . 2 內(nèi)外研究現(xiàn)狀 . 2 外礦井提升機(jī)的現(xiàn)狀 . 2 內(nèi)提升機(jī)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨向 . 3 文主要工作 . 3 2 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) . 5 統(tǒng)工作原理 . 6 統(tǒng)方案結(jié)構(gòu)和組成 . 9 3 制電路 設(shè)計(jì) . 13 選型與端口分配 . 13 門子 . 14 端口分配 . 19 布線 . 22 號(hào)檢測(cè)及顯示電路設(shè)計(jì) . 23 示電路設(shè)計(jì) . 23 碼器借口電路設(shè)計(jì) . 24 置信號(hào)檢測(cè)電路設(shè)計(jì) . 25 4 變頻器控制電路設(shè)計(jì) . 28 頻器的基本原理 . 28 頻器的選型及外圍電路設(shè)計(jì) . 30 門子 頻器 . 30 頻器的外圍電路設(shè)計(jì) . 33 頻器的參數(shù)設(shè)置 . 33 動(dòng)控制回路 . 38 5 軟件設(shè)計(jì) . 43 制回路程序設(shè)計(jì) . 43 程序流程圖 . 43 型速度控制 子程序 . 44 度及位置檢測(cè)程序設(shè)計(jì) . 44 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 u)0w 障處理子程序 . 46 位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) . 47 結(jié)論 . 51 致謝 . 52 參考文獻(xiàn) . 53 附錄 . 54 u)0論 礦井提升機(jī)是煤礦安全生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備之一，其作用是提升煤炭、礦石，升降人員和下放物料等，在整個(gè)煤礦生產(chǎn)中占有十分重要的地位。礦井提升機(jī)安全、可靠、高效、準(zhǔn)確地運(yùn)行集中體現(xiàn)在其電氣控制系統(tǒng)中，電控系統(tǒng)性能的優(yōu)劣直接影響全礦的安全生產(chǎn)及礦工生命的安全。 目前國內(nèi)各大煤礦礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)的調(diào)速方案大多數(shù)還是采用繼電器 接觸器控制的轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速，設(shè)備 陳舊、技術(shù)落后。而且這種控制方式還存在以下問題 : （ 1） 轉(zhuǎn)子回路串接電阻，消耗電能，造成能源浪費(fèi)。 （ 2） 電阻分級(jí)切換，為有級(jí)調(diào)速，設(shè)備運(yùn)行不平穩(wěn)，容易引起電氣及機(jī)械沖擊。 （ 3） 繼電器、接觸器頻繁動(dòng)作，電弧燒蝕觸點(diǎn)，影響接觸器使用壽命，維修成本較高。 （ 4） 交流繞線異步電動(dòng)機(jī)的滑環(huán)存在接觸不良問題，容易引起設(shè)備事故。 （ 5） 電動(dòng)機(jī)依靠轉(zhuǎn)子電阻獲得的低速，其運(yùn)行特性較軟。 （ 6） 提升容器通過給定的減速點(diǎn)時(shí)，由于負(fù)載的不同，而將得到不同的減速度，不能達(dá)到穩(wěn)定的低速爬行，最后導(dǎo)致停車位置不準(zhǔn)，不能正常裝卸載。 上述問題使提升機(jī)運(yùn)行的可靠性和安全性不能得到有效的保障。因此，需研制更加安全可靠的控制系統(tǒng)，使提升機(jī)運(yùn)行的可靠性和安全性得到提高。通過在提升機(jī)控制系統(tǒng)中應(yīng)用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)和變頻調(diào)速技術(shù)，對(duì)原有提升機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)換代，大大提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性與安全性。可編程控制器 (目前作為工業(yè)控制最理想的機(jī)型，它是采用計(jì)算機(jī)技術(shù)、按照事先編好并儲(chǔ)存在計(jì)算機(jī)內(nèi)部一段程序來完成設(shè)備的操作控制。采用 制，硬件簡潔、軟件靈活性強(qiáng)、調(diào)試方便、維護(hù)量小， 術(shù)己經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種提升機(jī)控制，配合一些提升機(jī)專用電子模 塊組成的提升機(jī)控制設(shè)備，可控制高壓帶動(dòng)力制動(dòng)或低頻制動(dòng)，單、雙機(jī)拖動(dòng)等。 外礦井提升機(jī)的現(xiàn)狀 （ 1）晶閘管 電動(dòng)機(jī) (D)直流低速直聯(lián)拖動(dòng)系統(tǒng) 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 u)0缺點(diǎn)在于：功率因數(shù)低，如三相橋平均功率因數(shù)只有 功沖擊大，高次諧波對(duì)電網(wǎng)影響大。 （ 2）交流變頻調(diào)速同步機(jī)驅(qū)動(dòng)提升系統(tǒng) 這種拖動(dòng)系統(tǒng)缺點(diǎn)是：必須有專用的變頻電源；在恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速時(shí)，低速段電機(jī)的過載倍數(shù)有所降低；高次諧波對(duì)電網(wǎng)有影響，需在電網(wǎng)上加濾波器等補(bǔ)償措施加以緩解。 （ 3）微機(jī)控制在提升機(jī)上的應(yīng)用 從 70年代開始，隨著微機(jī)技術(shù)的發(fā)展，微機(jī)控制技術(shù)已逐步應(yīng)用于礦井提升機(jī)中。目前，國外己達(dá)到相當(dāng)成熟的階段，使整個(gè)拖動(dòng)控制產(chǎn)生一次重大的變革。其應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下幾方面：提升工藝過程微機(jī)控制；提升行程控制；提升過程監(jiān)視；安全回路；制動(dòng)系統(tǒng)的控制與監(jiān)視；全數(shù)字化調(diào)速控制系統(tǒng)。 內(nèi)提升機(jī)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨向 （ 1）交流拖動(dòng)方式 目前我國提升機(jī)約 70采用串電阻調(diào)速的交流拖動(dòng)方式。有單繩和多繩兩種系列，大都采用改變轉(zhuǎn)差率 s 的調(diào)速方法，在調(diào)速中產(chǎn)生大量的轉(zhuǎn)差功率，使大量電能消耗在轉(zhuǎn)子附加電阻上，導(dǎo)致調(diào) 速的經(jīng)濟(jì)性變差。極少數(shù)提升機(jī)采用串級(jí)調(diào)速方法，其調(diào)速范圍窄且投資大。 （ 2）直流拖動(dòng)方式 我國提升機(jī)采用直流拖動(dòng)有兩種系統(tǒng)：直流發(fā)電機(jī) 直流電動(dòng)機(jī)機(jī)組 (F D)和晶閘管 直流電動(dòng)機(jī) (D)系統(tǒng)。 （ 3）研制與發(fā)展 國產(chǎn)大型直流提升機(jī)及電控系統(tǒng)正在逐步完善和推廣使用；大功率變頻調(diào)速電控提升機(jī)其效率可達(dá) 98，國內(nèi)正在組織研究這種系統(tǒng)，不少院校和研究單位都在著手研制；可編程序控制器在提升機(jī)電控系統(tǒng)的應(yīng)用可編程序控制器具有可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、實(shí)現(xiàn)繼電邏輯容易，基本免于維護(hù)等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，特別適用于對(duì) 我國占大部分的交流提升機(jī)繼電 接觸器電控系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造。 本文針對(duì)傳統(tǒng)、落后的繼電器 用先進(jìn)的 制技術(shù)u)0用先進(jìn)的變頻調(diào)速技術(shù)實(shí)現(xiàn)提升機(jī)多段速穩(wěn)定運(yùn)行；采用編碼器、接近開關(guān)等準(zhǔn)確檢測(cè)提升容器的位置和速度；采用液壓站和盤形制動(dòng)器實(shí)現(xiàn)提升機(jī)的工作制動(dòng)和安全制動(dòng)；采用先進(jìn)的上位機(jī)監(jiān)控技術(shù)實(shí)現(xiàn)提升機(jī)的狀況實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，從而保證提升機(jī)可靠安全地運(yùn)行。主要內(nèi)容包括： （ 1）系統(tǒng)總體方案的設(shè)計(jì)； （ 2） （ 3） 變頻器主回路電路的設(shè)計(jì)； （ 4）系統(tǒng)主程序流程圖的設(shè)計(jì)； （ 5）上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)； 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 u)0w 2 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 礦井提升機(jī)可分為豎井提升機(jī)和斜井提升機(jī)兩種。 礦井提升機(jī)主要由電動(dòng)機(jī)、減速器、卷筒（或摩擦輪）、制動(dòng)系統(tǒng)、深度指示系統(tǒng)、測(cè)速限速系統(tǒng)和操縱系統(tǒng)等組成，采用交流或直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)。 按 提升鋼絲繩的工作原理分纏繞式礦井提升機(jī)和摩擦式礦井提升機(jī)。纏繞式礦井提升機(jī)有單卷筒和雙卷筒兩種，鋼絲繩在卷筒上的纏繞方式與一般絞車類似。按提升繩的數(shù)量又分為單繩摩擦式礦井提 升機(jī)和多繩摩擦式礦井提升機(jī)。 目前，我國單繩纏繞式提升機(jī)，廣泛采用交流繞線式電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)。 目前提升機(jī)電控系統(tǒng)組成可簡單的劃分為：控制系統(tǒng)（主控系統(tǒng)、輔控系統(tǒng)）、調(diào)速控制系統(tǒng)（調(diào)速系統(tǒng)、供電系統(tǒng)）、監(jiān)控系統(tǒng)（上位機(jī)、操作臺(tái)）。主控系統(tǒng)主要是指完成提升機(jī)加速、等速、減速、爬行到停車整個(gè)運(yùn)行過程的開關(guān)量邏輯控制及其必要的保護(hù)并與其他子系統(tǒng)交換信號(hào)共同完成對(duì)提升機(jī)整機(jī)有效控制的系統(tǒng)；輔控系統(tǒng)是指各路供電電源、控制回路的接口以及輔機(jī)系統(tǒng)的控制等部分；調(diào)速系統(tǒng)是指根據(jù)控制系統(tǒng)的指令，作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)最終對(duì)提升機(jī)的主拖動(dòng)電動(dòng)機(jī) 進(jìn)行啟停、加速、減速、穩(wěn)速運(yùn)行控制的系統(tǒng)；監(jiān)控系統(tǒng)是指對(duì)電控系統(tǒng)關(guān)鍵部件，包括提升信號(hào)系統(tǒng)工作情況、提升機(jī)運(yùn)行過程中關(guān)鍵參數(shù)、參量的曲線、以及司機(jī)操作的正確性進(jìn)行監(jiān)控和顯示，并進(jìn)行必要的記錄以備系統(tǒng)的查閱之需；操作臺(tái)是電控系統(tǒng)的人機(jī)界面，擔(dān)負(fù)著對(duì)提升機(jī)進(jìn)行集中控制、監(jiān)視、參量信號(hào)顯示的重任。 司 機(jī) 操 作 臺(tái) 主 控 系 統(tǒng)輔 控 系 統(tǒng)上 位 機(jī) 監(jiān) 控系 統(tǒng)速 度 位 置 檢測(cè) 系 統(tǒng)供 電 系 統(tǒng)調(diào) 速 系 統(tǒng) 主 電 機(jī)主 機(jī) 設(shè) 備液 壓 站 潤 滑站 等圖 2本設(shè)計(jì)采用單繩纏繞式提升機(jī)（單卷筒），提升過程包括：啟動(dòng)加速段、勻速段、一次減速段、勻速爬行段和二次減速制動(dòng)段五個(gè)主要環(huán)節(jié)。 u)0提升機(jī)型號(hào) 筒 個(gè)數(shù) 1 直徑 000 寬度 1500 鋼絲繩最大靜張力 載人 5 載物 62 鋼絲繩最大靜張力差 載人 55 載物 62 鋼絲繩 直徑 4 最小破斷拉力總和 00 鋼絲繩最大提升速度 m/s 動(dòng)比 升高度或運(yùn)輸長度 一層纏繞 不 大 于 m 305 二層纏繞 650 三層纏繞 1025 電動(dòng)機(jī) 型號(hào) 率 80 轉(zhuǎn)速 r/35 提升機(jī)的速度要求： (1)主加速階段 圖 2常提升時(shí)，電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的力矩比阻力矩大 3% 5%，產(chǎn)生比較低的加速度 a 當(dāng) 動(dòng)機(jī)運(yùn)行在自然特性曲線上。下放時(shí)，由于負(fù)力較大，需要制動(dòng)力來維持穩(wěn)定的下放速度和規(guī)定的減速度。 (2)勻速階段 升時(shí)，根據(jù)負(fù)載狀況使電動(dòng)機(jī)保持電動(dòng)狀態(tài)，且速度 s。下放時(shí)，由旋轉(zhuǎn)編碼器反映轉(zhuǎn)子下放速度， 當(dāng)速度高于 ，增大勵(lì)磁電流 高制動(dòng)力矩，河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 u)0升容器勻速運(yùn)行。 (3)主減速階段 使提升機(jī)準(zhǔn)確停車，在停車前應(yīng)進(jìn)行減速。減速按照速度圖要求進(jìn)行，由裝在井筒內(nèi)的位置開關(guān)動(dòng)作發(fā)出信號(hào)， 根據(jù)與電動(dòng)機(jī)同軸運(yùn)行的旋轉(zhuǎn)編碼器發(fā)出的脈沖數(shù)進(jìn)行比較發(fā)出指令，增大勵(lì)磁電流 下放速度在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)降低。 (4)爬行階段 4在 0.3 m/ 數(shù)值實(shí)際上是一個(gè)平均值，因?yàn)樘嵘龣C(jī)由較高的 4。 (5)停車階段 控制盤式制動(dòng)器的液壓站電動(dòng)機(jī)斷電，抱閘迅速抱住卷 筒，提升機(jī)停轉(zhuǎn)。 t 2 t 3 t 4 t 5V 0V m = 1 . 1 2 m / = 0 . 3 m / 提升機(jī)的受力情況： 由直線運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)方程可得： F = （ 2 式中： F 提升機(jī)在某運(yùn)動(dòng)階段的力， N； 升機(jī)的靜阻力（包括車重、提升機(jī)重量和 繩重）， N； m把旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的部件折算到直線運(yùn)動(dòng)的變位質(zhì)量， a各階段的加速度、減速度值， m/2s 。 當(dāng) a =0時(shí)， F = 勻速運(yùn)行； a 0時(shí)， F 加速運(yùn)行； a 0時(shí)， F 減速運(yùn)行。 根據(jù)以 上分析， F = f（ t）的力圖如圖 2 3所示： u)0F 2F 3F 4F 5主加速勻 速主減速爬 行停 車t 1t 2t 3t 4 t 5圖 2 3 提升機(jī)力圖 由以上分析可知，調(diào)速系統(tǒng)中 變頻器 受高壓電后，主控臺(tái)通過檢測(cè)變頻器的運(yùn)行信號(hào)，判斷變頻器已經(jīng)可以運(yùn)行，主控臺(tái)在自動(dòng)模式下，通過控制變頻器，實(shí)現(xiàn)礦井提升機(jī)運(yùn)行的五段速度曲線，即啟動(dòng)加速段、勻速段、一次減速段、勻速爬行段和二次減速制動(dòng)段。 （ 1） 啟動(dòng)加速段：主控臺(tái)接受井下操作人員的提升請(qǐng)求命令，對(duì)變頻器輸出正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)命 令，變頻器按照預(yù)先設(shè)定的加速時(shí)間運(yùn)行至最低頻率，將運(yùn)行信號(hào)反饋給主控臺(tái)，此時(shí)作用于滾筒上的抱閘系統(tǒng)處于抱閘狀態(tài)，滾筒靜止，拖動(dòng)滾筒的電機(jī)處于堵轉(zhuǎn)狀態(tài)。主控臺(tái)接收到變頻器運(yùn)行信號(hào)后，在此稍做延時(shí)，一秒鐘后主控臺(tái)驅(qū)動(dòng)液壓站液壓閥，液壓閥再驅(qū)動(dòng)滾筒抱閘系統(tǒng)，松開抱閘系統(tǒng)，電機(jī)堵轉(zhuǎn)結(jié)束，開始旋轉(zhuǎn)，通過減速機(jī)，滾筒開始運(yùn)行，從而通過鋼繩拖動(dòng)提升容器上下運(yùn)行。變頻器接受主控臺(tái)轉(zhuǎn)速給定信號(hào)，按照預(yù)先設(shè)定的加速時(shí)間逐步提高運(yùn)行頻率，滾筒轉(zhuǎn)速逐步提高。 （ 2）勻速段：當(dāng)轉(zhuǎn)速給定指令提高至 50赫茲，變頻器運(yùn)行至 50赫茲時(shí)，進(jìn)入 勻速段，此階段，變頻器維持最大輸出，滾筒運(yùn)行至最高速度，拖動(dòng)提升容器在最高速度下運(yùn)行。 （ 3）一次減速段：主控臺(tái)通過立井系統(tǒng)的位置傳感器接收提升容器運(yùn)行位置信號(hào)，當(dāng)?shù)竭_(dá)一次減速區(qū)間的時(shí)候，主控臺(tái)按照預(yù)先設(shè)定的程序減小轉(zhuǎn)速給定指令數(shù)值，變頻器接收到新的轉(zhuǎn)速給定數(shù)值后，執(zhí)行，開始降低運(yùn)行頻率，拖動(dòng)電機(jī)及滾筒減速運(yùn)行。 （ 4）勻速爬行段：主控臺(tái)通過提升容器的位置傳感信號(hào)，通過預(yù)設(shè)數(shù)值，給定變頻器低轉(zhuǎn)速數(shù)值，變頻器在此轉(zhuǎn)速信號(hào)下維持低頻率輸出不變，提升容器低速運(yùn)行，進(jìn)入勻速爬行段。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 u)0 5）二次減速制動(dòng) 段：主控臺(tái)通過提升容器的位置傳感信號(hào)，判斷提升容器即將進(jìn)入預(yù)定停車位置后，給變頻器更低轉(zhuǎn)速信號(hào)，變頻器運(yùn)行至最低頻率，當(dāng)提升容器即將到達(dá)預(yù)定位置后，主控臺(tái)發(fā)出急停指令，變頻器停止驅(qū)動(dòng)電機(jī)，同時(shí)控制液壓站，關(guān)斷液壓閥，從而驅(qū)動(dòng)滾筒抱閘系統(tǒng)，經(jīng)過二級(jí)制動(dòng)，抱閘系統(tǒng)抱死，滾筒靜止，提升容器停運(yùn)。 根據(jù)礦井提升機(jī)控制工藝要求，要完成任務(wù)有多種選擇方案。 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(hào)來代表各種提升信號(hào)和檢測(cè)信號(hào)。 這種信號(hào)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、操作方便 ,但存在如下 缺點(diǎn) : (1) 由于無法保留和復(fù)現(xiàn)點(diǎn)數(shù) ,所以信號(hào)識(shí)別全憑操作者的聽覺和視覺 ,容易造成信號(hào)的誤認(rèn)和誤傳 ,因信號(hào)的誤認(rèn)和誤傳而導(dǎo)致的提升事故屢見不鮮。 (2) 信號(hào)之間、信號(hào)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(hào)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(hào)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(hào)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)行的安全，傳統(tǒng)的繼電器信號(hào)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，則事故將不可避免。此信號(hào)系統(tǒng)正在被淘汰。 方案二 采用單片機(jī)作為主控制系統(tǒng)，各控制臺(tái)通過單片機(jī)的串行口來實(shí)現(xiàn)主從式多級(jí)通訊。 新型礦井提升機(jī)信號(hào)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(chǔ)、故障診斷、安全閉鎖保護(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(duì)普通電纜 , 且信號(hào)種類和數(shù)量不受限制 , 提高了信號(hào)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(hào)裝 置的使用有效地解決了在微機(jī)系統(tǒng)中信號(hào)的遠(yuǎn)距離傳輸和可靠性問題。 但煤礦工作環(huán)境惡劣 ,各種電機(jī)的頻繁啟動(dòng)與運(yùn)行引起的電磁干擾以及電網(wǎng)的不穩(wěn)定 ,對(duì)通訊信號(hào)和通訊裝置都將產(chǎn)生巨大的影響。 u)0采用 為信號(hào)系統(tǒng)的控制系統(tǒng)，結(jié)合變頻調(diào)速技術(shù)，旋轉(zhuǎn)編碼器、接近開關(guān)等傳感器技術(shù)實(shí)現(xiàn)礦井提升機(jī)的安全可靠運(yùn)行。 采用可以編制程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)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。 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)展其功能的原則而設(shè)計(jì) 。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。 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。 （ 2）配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng) 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 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。加上 人機(jī)界面技術(shù)的發(fā)展，使用 成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。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(hào)與表達(dá)方式和繼電器電路圖相當(dāng)接近，只用 （ 3）系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建造工作量小，維護(hù)方便，容易改造 存儲(chǔ)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。 （ 4）體積小，重量輕，能耗低 方案二和方案 三的控制系統(tǒng)都比較安全、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 了進(jìn)行方案確定，我們首先看一下兩者的區(qū)別：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(shì)，但是他的成本低，控制方式比較靈活，而 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，但是成本較高，適合用于工業(yè)控制。 對(duì)于本設(shè)計(jì)，由于礦井工作環(huán)境比較惡劣，且常用事故發(fā)生，各種電機(jī)的頻繁啟動(dòng)與運(yùn)行引起的電磁干擾以及電網(wǎng)的不穩(wěn)定 ,對(duì)通訊信號(hào)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(hào)系統(tǒng)的控制系統(tǒng)。 基于 礦井提升機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)由可編程控制器（ 動(dòng)力裝置、液壓河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 u)0、變頻器、旋轉(zhuǎn)編碼器、磁開關(guān)（接近開關(guān)）、減速器、操作臺(tái)和控制監(jiān)視系統(tǒng)等組成，其系統(tǒng)框圖如圖所示： 上 位 機(jī) 監(jiān) 控 系 統(tǒng)P L 器旋 轉(zhuǎn) 編 碼 器減 速 器卷 筒液 壓 站操作臺(tái)接 近 開 關(guān) 1接 近 開 關(guān) 7提升容器電 網(wǎng)圖 2升機(jī)總體系統(tǒng)框圖 系統(tǒng)框圖中各部分功能如下： （ 1）動(dòng) 力裝置：包括主電機(jī)、減速器、卷筒、制動(dòng)器和底座，完成人、物料的運(yùn)輸任務(wù)。主電機(jī)通過減速器向卷筒提供牽引所需的動(dòng)力。對(duì)于礦井提升機(jī)這樣的大型機(jī)械來說，在電機(jī)脫離電源后，由于運(yùn)行慣性較大，往往要經(jīng)過一段時(shí)間才能停止轉(zhuǎn)動(dòng)，這將影響生產(chǎn)效率，甚至威脅到生產(chǎn)人員的生命安全和物料的運(yùn)輸。因此必須在系統(tǒng)里加入制動(dòng)器，避免產(chǎn)生“蠕動(dòng)”現(xiàn)象，從而保證運(yùn)輸?shù)娜撕臀锪系陌踩?（ 2）液壓站：為提升機(jī)提供制動(dòng)力，停車時(shí)先通過液壓站給卷筒施加機(jī)械制動(dòng)力，再取消直流制動(dòng)力；提升機(jī)起動(dòng)時(shí)，先對(duì)電機(jī)施加直流制動(dòng)，再松開機(jī)械抱閘，防止溜車， 以保證系統(tǒng)安全可靠地工作。 （ 3）變頻器：是動(dòng)力站的能量供給單元，通過它可將輸入工頻電能轉(zhuǎn)換成頻率可調(diào)的電能提供給交流電動(dòng)機(jī)，以達(dá)到控制交流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。 （ 4）操作臺(tái)：它是整個(gè)礦井提升機(jī)運(yùn)輸系統(tǒng)的控制核心，通過它可以設(shè)定系統(tǒng)的工作方式和控制方式，可以發(fā)布系統(tǒng)的各種控制命令，以實(shí)現(xiàn)對(duì)提升機(jī)啟動(dòng)、加速、平穩(wěn)u)0速、停車以及緊急制動(dòng)等各種控制功能。 （ 5）控制監(jiān)視系統(tǒng)：是操作人員和控制系統(tǒng)及運(yùn)輸系統(tǒng)之間的橋梁，它可以在線監(jiān)測(cè)提升機(jī)運(yùn)輸系統(tǒng)的各種工作參數(shù)、工作狀態(tài)、故障參數(shù)和故障狀態(tài)。提升過程采用微機(jī)主要 完成如下參數(shù)的監(jiān)視：提升過程中各工況參數(shù) (如速度 )監(jiān)視；各主要設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視；各傳感器 (如位置開關(guān)、停車開關(guān) )信號(hào)的監(jiān)視。使各種故障在出現(xiàn)之前就得以處理，防止事故的發(fā)生，并對(duì)各被監(jiān)視參數(shù)進(jìn)行存儲(chǔ)、保留或打印輸出。用旋轉(zhuǎn)編碼器來測(cè)試電機(jī)的轉(zhuǎn)速。 控制系統(tǒng)工作原理：當(dāng)操作人員聽到提升請(qǐng)求信號(hào)時(shí)，按下啟動(dòng)按鈕， 制將380松開液壓制動(dòng)閘并將主令控制器推到正向（或反向），提升機(jī)開始運(yùn)行。在提升過程中，控制提升機(jī)運(yùn)行的 程產(chǎn)生，以驅(qū)動(dòng)變頻器工作。旋轉(zhuǎn)編碼器可以檢測(cè)主 電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，并將此信號(hào)傳送給可編程控制器，過該信號(hào)可以累計(jì)計(jì)算提升機(jī)的速度及行走距離，監(jiān)視器可以實(shí)時(shí)顯示提升機(jī)速度和位置。同時(shí)接近開關(guān)（磁開關(guān)）可以檢測(cè)提升容器在井筒中運(yùn)行的位置，并將這些電信號(hào)傳送給 過該信號(hào)可以實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)加速段、勻速段、一次減速段、勻速爬行段、二次減速制動(dòng)段的五段速運(yùn)行。操作人員通過操作臺(tái)向 制監(jiān)視系統(tǒng)通過與 電動(dòng)機(jī)的所有運(yùn)行參數(shù)和故障參數(shù)都顯示出來，并對(duì)礦車的位置及速度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，為操作人員分析故障、判斷故障和處 理提供依據(jù)。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 u)0 制電路設(shè)計(jì) 可編程控制器是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體集成技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、數(shù)字技術(shù)和通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展起來的一種通用工業(yè)自動(dòng)控制裝置。它面向控制過程、面向用戶、適應(yīng)工業(yè)環(huán)境、操作方便、可靠性高，成為現(xiàn)代工業(yè)控制的三大支柱（ 器人和 一。 基本結(jié)構(gòu)： 質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計(jì)算機(jī)相同，如圖 3 1所示： 輸入單元外設(shè)接口輸出單元擴(kuò)展單元電 源中 央 處 理 單 元系 統(tǒng) 程 序 用 戶 程 序存 儲(chǔ) 器輸入信號(hào)輸出信號(hào)P L C 主 機(jī)圖 3 1 結(jié)構(gòu)圖 工作原理：整個(gè)掃描過程分為內(nèi)部處理、通信操作、程序輸入處理、程序執(zhí)行、程序輸出幾個(gè)階段，全過程掃描一次所需要的時(shí)間稱為掃描周期。內(nèi)部處理階段， 查 塊的硬件是否正常，復(fù)位監(jiān)視定時(shí)器等。在通信服務(wù)階段， 一些智能模塊通信、響應(yīng)編程器鍵入的命令、更新編程器的顯示內(nèi)容等。當(dāng) 態(tài)時(shí)，只進(jìn)行內(nèi)部處理和通信操作服務(wù)等內(nèi)容。在 于運(yùn)行 (態(tài)時(shí)，從內(nèi)部處理、通信操作、程序輸入、程序執(zhí)行、程序輸出，一直循環(huán)掃描工作。 德國西門 子（ 司生產(chǎn)的可編程序控制器在我國的應(yīng)用相當(dāng)廣泛，在冶金、化工、印刷生產(chǎn)線等領(lǐng)域都有應(yīng)用。西門子（ 司的 品包括 7業(yè)網(wǎng)絡(luò)， 業(yè)軟件等。西門子 u)0度快、標(biāo)準(zhǔn)化，具有網(wǎng)絡(luò)通信能力，功能更強(qiáng)，可靠性更高。 （ 1） 77超小型化的 適用于各行各業(yè)，各種場合中的自動(dòng)檢測(cè)、監(jiān)測(cè)及控制等。 （ 2） 77模塊化中小型 統(tǒng)，能滿足中等性能要求的應(yīng)用。與 較， 備高速（ s）的指令運(yùn)算速度；用浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算比較有效地實(shí)現(xiàn)了更為復(fù)雜的算術(shù)運(yùn)算；一個(gè)帶標(biāo)準(zhǔn)用戶接口的軟件工具方便用戶給所有模塊進(jìn)行參數(shù)賦值；方便的人機(jī)界面服務(wù)已經(jīng)集成在 作系統(tǒng)內(nèi)，人機(jī)對(duì)話的編程要求大大減少。 錄錯(cuò)誤和特殊系統(tǒng)事件（例如：超時(shí)，模塊更換，等等）；多級(jí) 口令保護(hù)可以使用戶高度、有效地保護(hù)其技術(shù)機(jī)密，防止未經(jīng)允許的復(fù)制和修改；具備強(qiáng)大的通信功能， 通過編程軟件 的用戶界面提供通信組態(tài)功能，這使得組態(tài)非常容易、簡單。 有多種不同的通信接口，并通過多種通信處理器來連接 線接口和工業(yè)以太網(wǎng)總線系統(tǒng)；串行通信處理器用來連接點(diǎn)到點(diǎn)的通信系統(tǒng)；多點(diǎn)接口（ 成在 ，用于同時(shí)連接編程器、 機(jī)界面系統(tǒng)及其他 7/7 等自動(dòng)化控制系統(tǒng)。 （ 3） 77檔性能范圍的可編程序控制器。適用于對(duì)可靠性要求極高的大型復(fù)雜的控制系統(tǒng)。 本設(shè)計(jì)選用 門子） 門子 門子 要由機(jī)架、電源模塊（ 中央處理單元（ 信號(hào)模塊（ 通信處理器（ 功能模塊（ 接口模塊（ 成。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 u)0出模塊C P U 模塊輸入模塊通信接口按 鈕選擇開關(guān)限位開關(guān)電 源通信網(wǎng)絡(luò)接觸器電磁閥指示燈電 源接口模塊擴(kuò)展機(jī)架計(jì)算機(jī)其他設(shè)備電源模塊其他P L 7 （ 1）循環(huán)周期短、處理速度高 （ 2）指令 集功能強(qiáng)大、可用于復(fù)雜功能 （ 3）產(chǎn)品設(shè)計(jì)緊湊、可用于空間有限的場合 （ 4）模塊化結(jié)構(gòu)、適合密集安裝 （ 5）有不同檔次的 種各樣的功能 （ 6）模塊和 I/（ 7）無需電池備份，免維護(hù)，可在惡劣氣候條件下露天使用的模塊類型。 由于礦井提升機(jī)系統(tǒng)的復(fù)雜性和對(duì)安全可靠性的嚴(yán)格要求，并考慮到經(jīng)濟(jì)成本 問題，本設(shè)計(jì)采用 15技術(shù)參數(shù)如表 3 表 315術(shù)參數(shù) 集成式 28大位操作指令執(zhí)行時(shí)間 浮點(diǎn)數(shù)指令執(zhí)行時(shí)間 存儲(chǔ)器 2048B 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 256/256 最大容量 最大容量 2048/16048/16023/166he u)01024B 集成 O 集成 O 16/16 全部 I/O 地址區(qū) 最大分布式 I/最大數(shù)字量 I/中央?yún)^(qū)最大的數(shù)字量 I/O 1024B/1024B 2000B 16384 1024 最大模擬量 I/中央?yún)^(qū)最大模擬量 I/O 1024 256 本機(jī)數(shù)字量 I/O 本機(jī)模擬量 I/O 最大機(jī)架數(shù) /模塊總數(shù) 內(nèi)置 /通過 通過 4/32 2個(gè) 1/1 報(bào)文功能可定義的站數(shù) 16 最大連接數(shù) 16 表 31 輸入點(diǎn)數(shù) 32 2 額定輸入電壓 4V 3 隔離，分組數(shù) 16組 4 輸入電流 7 輸入延遲時(shí)間 允許最大靜態(tài)電流 31 輸出點(diǎn)數(shù) 32 2 額定輸入電壓 4V 3 分組數(shù)，隔離 8，光耦 4 最大輸出電流（ 60） 南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 u)0大燈負(fù)載 最小電流 5W 5 短路保護(hù) 電子式 6 感性負(fù)載最大輸出頻率 阻性負(fù)載最大輸出頻率 燈負(fù)載最大輸出頻率 10000 31 輸入點(diǎn)數(shù) 用于電阻測(cè)量 8 4 2 極限值中斷 診斷中斷 可組態(tài) 通道 0,2 3 額定輸入電壓 反極性保護(hù) 4V 有 4 2線電流變送器 4線電流變送器 可以 可以 5 轉(zhuǎn)換時(shí)間 /通道 0/100 基本轉(zhuǎn)換時(shí)間 最多 4通道 7 單極性分辨率 雙極性分辨率 9/12/12/14 位 9/12/12/14 位 +符號(hào) 8 干擾抑制頻率 400/60/50/10 運(yùn)行誤差極限 對(duì)應(yīng)輸入范圍 10 基本誤差， 25 11 電壓輸入量程 /輸入阻抗 800010V/10012 電流輸入量程 /輸入阻抗 5到 205 13 電阻輸入量程 /輸入阻抗 150/10300/10600/u)01 輸出點(diǎn)數(shù) 8 2 輸出范圍 0 10V， 10V， 0 20 20 最大負(fù)載阻抗 電壓輸出 1電流輸出 0.5 性輸出 1性 1 最大轉(zhuǎn)換時(shí)間 /通道 建立時(shí)間 阻性負(fù)載 性負(fù)載 性負(fù)載 1 分辨率 10V， 20為 11為 +符號(hào)位，其余為 12位 7 0 60工作極限 電壓 電流 8 25是基本誤差 電壓 電流 高速計(jì)數(shù)模塊 （ 1）計(jì)數(shù)通道數(shù)為 1 （ 2）支持的信號(hào)： 5V 增量、 242424（ 3）比較值個(gè)數(shù)： 2個(gè)， 2個(gè) （ 4）支持的最高脈沖頻率可選， 2400500 5）比較 區(qū)”功能 （ 6）支持鎖存 (能 （ 7）支持鎖存觸發(fā) (能 （ 8）支持過程中斷和診斷中斷 表 3端子 名稱 輸入 /輸出 功能 1 1L+ 輸入 242 1M 輸入 243 1M 輸出 編碼器供電負(fù)端 4 出 5 4V 輸出 246 A A* 輸入 5，或者 24* 7 輸入 5 8 B B* 輸入 5，或者 24* 9 輸入 5 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 u)00 N N* 輸入 5，或者 24* 11 輸入 5