礦井提升機(jī)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、目 錄摘要 .I第 1 章 緒論.11.1 國內(nèi)外礦井提升機(jī)研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢.11.2 目的和意義.1第 2 章 系統(tǒng)控制方案設(shè)計(jì).22.1 控制單元基本原理.22.2 控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì).32.3 可編程控制器（PLC）介紹.42.3.1 PLC 的基本特點(diǎn).52.3.2 PLC 的基本結(jié)構(gòu).62.4 本章小結(jié).6第 3 章 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì).73.1 PLC 的選型及特點(diǎn).73.2 變頻調(diào)速主電路設(shè)計(jì).83.3 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì).83.4 本章小結(jié).9第 4 章 人機(jī)交互界面.274.1 觸摸屏概述.274.2 觸摸屏在工業(yè)控制中的應(yīng)用.274.3 TPC1262H 觸屏簡介.284.

2、4 觸摸屏在礦井提升機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用.294.5 本章小結(jié).30結(jié)論.31參考文獻(xiàn).32 摘要 設(shè)計(jì)出控制速度性能好、能耗低、高精度的礦井提升機(jī)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用PLC 控制，主要包括正反轉(zhuǎn)控制、正轉(zhuǎn)點(diǎn)動控制、反轉(zhuǎn)點(diǎn)動控制，過卷、過載、松繩報(bào)警和故障處理，與變頻器配合提高控制速度性能。PLC 控制任務(wù)和過程可被分解為許多子任務(wù)和子過程,通過對各個(gè)子任務(wù)和子過程進(jìn)行模塊設(shè)計(jì)、功能說明。PLC 應(yīng)用于礦井提升集中提高礦井提升機(jī)的效率與安全性。研究的具體內(nèi)容包括：（1） 分析礦井提升機(jī)系統(tǒng)的特點(diǎn)及性能要求。（2） 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。包括硬件設(shè)計(jì)，PLC 的選擇，變頻器的選擇，軟件設(shè)計(jì)，變成方法。（3

3、） 對編寫好的編譯程序進(jìn)行實(shí)際調(diào)試并仿真。0 第 1 章 緒 論1.1 國內(nèi)外礦井提升機(jī)研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢礦井提升機(jī)是機(jī)、電、液一體化的大型機(jī)械，廣泛用于煤礦的豎井、斜井，是生產(chǎn)運(yùn)輸?shù)闹饕ぞ?。在煤炭生產(chǎn)中提升機(jī)擔(dān)負(fù)著提升煤炭、矸石、下放材料、升降人員和設(shè)備的任務(wù)，是聯(lián)系井上與井下的主要途徑，素有礦井 “咽喉”之稱。提升機(jī)運(yùn)行的安全可靠性不僅直接影響整個(gè)礦井的生產(chǎn)能力，影響整個(gè)礦山的經(jīng)濟(jì)效益，而且還涉及到井下工作人員的生命安全。因此，改造并研制新型的安全可靠又節(jié)省能源的礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)是煤礦安全生產(chǎn)的一項(xiàng)重要課題。前些年我國提升機(jī) 90以上采用交流繞線式異步電動機(jī)的拖動方式，提升機(jī)通常在電動

4、機(jī)轉(zhuǎn)子回路中串接附加電阻進(jìn)行啟動和調(diào)速，轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速方法很不經(jīng)濟(jì)，低速特性很軟，穩(wěn)定性差，使用壽命短，無法實(shí)現(xiàn)精確控制。隨著計(jì)算機(jī)控制技術(shù)及電力電子的發(fā)展，采用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)及輔助控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)礦井提升機(jī)電氣控制系統(tǒng)，已成為勢在必行的方向。而用 PLC、高壓變頻器改造傳統(tǒng)的提升機(jī)電控系統(tǒng)是一條適合我國國情的道路。目前,在國產(chǎn)礦井提升機(jī)控制系統(tǒng)中，PLC 主要用于處理開關(guān)、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)安全運(yùn)行的制動系統(tǒng)中的模擬,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

5、經(jīng)常會出現(xiàn)琴點(diǎn)漂移、電子元件損壞,并且存在維修難,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,深入研究用戶控制礦井提升機(jī)控制系統(tǒng)是非常必要的。1.2 目的和意義礦井提升機(jī)是煤礦、有色金屬礦生產(chǎn)過程中的重要設(shè)備，提升機(jī)的安全可靠及有效的高速運(yùn)行直接關(guān)系到企業(yè)的生產(chǎn)狀況和經(jīng)濟(jì)效益。隨著礦井提升系統(tǒng)自動化，改善系統(tǒng)性能，提高提升設(shè)備的提升能力等的要求，對電氣傳動方式提出了更高的要求。將 PLC 與變頻器結(jié)合應(yīng)用于礦井提升機(jī)，可以改善其速度控制性能，提高精度降低故障率。這也是礦井提升機(jī)電氣傳動系統(tǒng)的發(fā)展方向，前景十分廣闊。 1 第 2 章 系統(tǒng)控制方案設(shè)計(jì)2.1 控制單元

6、基本原理繼電器控制系統(tǒng)。它是由繼電器、接觸器用導(dǎo)線連接起來以實(shí)現(xiàn)控制程序的，其輸入對輸出的控制通過接線程序來實(shí)現(xiàn)，輸入設(shè)備(按鈕、行程開關(guān)、限位開關(guān)、傳感器等)用以向系統(tǒng)送入控制信號。輸出設(shè)備(接觸器、電磁閥等執(zhí)行元件)用以控制生產(chǎn)機(jī)械和生產(chǎn)過程中的各種被控對象(電動機(jī)、電爐、電磁閥門等)。這些不足主要是因?yàn)椴捎美^電器控制方式造成的，在這種控制方式下繼續(xù)改善的余地不大。如果對該豎井提升機(jī)電控系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造，那么需要改變控制策略，采用當(dāng)代高新實(shí)用技術(shù)來控制，使之成為安全、可靠、高效率、自動化程度高的電控系統(tǒng)。可編程序邏輯控制器(Programmable logic controller)，簡稱

7、 PLC，PLC 技術(shù)是現(xiàn)代工業(yè)自動化的重要手段，由它構(gòu)成的控制系統(tǒng)邏輯控制由 PLC 通過軟件編程實(shí)現(xiàn)，柔性強(qiáng)，控制功能多，控制線路大大簡化；PLC 的輸入/輸出回路均帶有光電隔離等抗干擾和過載保護(hù)措施，程序運(yùn)行為循環(huán)掃描工作方式，且有故障檢測及診斷程序，可靠性極高。PLC 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為模塊化結(jié)構(gòu)，維護(hù)更換方便，并可顯示故障類型。圖 2.2 為可編程控制器控制系統(tǒng)。其輸入設(shè)備和輸出設(shè)備與繼電器控制系統(tǒng)相同，但它們是直接接到可編程序控制器的輸入端和輸出端的。控制程序是通過一個(gè)編程器寫到可編程控制器的程序存儲器中。每個(gè)程序語句確定了一個(gè)順序，運(yùn)行時(shí)依次讀取存儲器中的程序語句，對它們的內(nèi)容進(jìn)行解

8、釋并加以執(zhí)行，執(zhí)行結(jié)果用以接通輸出設(shè)備，控制被控對象工作。在存儲程序控制系統(tǒng)中，控制程序的修改不需要通過改變控制器內(nèi)部的接線(即硬件)，而只需通過編程器改變程序存儲器中某些語句的內(nèi)容。2輸入設(shè)備按鈕、限位開關(guān)、操作手柄可編程控制器輸出設(shè)備繼電器和電磁閥被控制的機(jī)械設(shè)備或生產(chǎn)過程圖 2.2 可編程控制器控制過程系統(tǒng)框圖可編程邏輯控制器因?yàn)槠渚哂懈呖煽啃砸约败浖删幊痰膬?yōu)點(diǎn)，在現(xiàn)代控制中越來越廣泛的應(yīng)用。對于一般提升機(jī)電控系統(tǒng)來說，采用一套中小容量的 PLC 即可滿足要求，其價(jià)格也不高。2.2 控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)基于 PLC 的礦井提升機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)由動力裝置、液壓站、變頻器、操作臺和控制監(jiān)視系

9、統(tǒng)組成，其系統(tǒng)框圖如圖 2.3 所示：3上位機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)PLCVVVFMAC380減速器卷筒液壓站操作臺旋轉(zhuǎn)編碼器圖 2.3 控制系統(tǒng)框圖系統(tǒng)框圖中各部分功能如下：動力裝置：包括主電機(jī)、減速器、卷筒、制動器和底座，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力。對于礦井提升機(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，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)里加入制動器，避免產(chǎn)生“蠕動”現(xiàn)象，從而保證運(yùn)輸?shù)娜撕臀锪系陌踩Ｒ簤赫荆簽樘嵘龣C(jī)提供制動力，停車時(shí)先通過液壓站給卷筒施加機(jī)械制動力，再取消直流

10、制動力；提升機(jī)起動時(shí)，先對電機(jī)施加直流制動，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。4變頻器：是動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機(jī)，以達(dá)到控制交流電動機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。操作臺：操作臺設(shè)置兩個(gè)手柄，分別用于速度輔助給定及制動力給定。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)對提升機(jī)啟動、加速、平穩(wěn)運(yùn)行、減速、停車以及緊急制動等各種控制功能?？刂票O(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

11、程監(jiān)視與安全回路一樣，是現(xiàn)代提升機(jī)控制的重要環(huán)節(jié)。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、電流)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，并對各被監(jiān)視參數(shù)進(jìn)行存儲、保留或打印輸出。甚至與上位機(jī)聯(lián)網(wǎng)，合并于礦井監(jiān)測系統(tǒng)中。系統(tǒng)框圖中用旋轉(zhuǎn)編碼器來測試電機(jī)的轉(zhuǎn)速。2.3 控制器（PLC）介紹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

12、現(xiàn)代工業(yè)控制的三大支柱（PLC、機(jī)器人和 CAD/CAM）之一。PLC 控制技術(shù)代表著當(dāng)前程序控制的先進(jìn)水平，PLC 裝置已成為自動化系統(tǒng)的基本裝置。2.3.1 PLC 的基本特點(diǎn)可編程控制器（PLC）的誕生給工業(yè)控制帶來革命性的飛躍，與傳統(tǒng)的繼電器控制相比有著突出的特點(diǎn)：(1)靈活性、通用性強(qiáng)繼電器控制系統(tǒng)如果工藝要求稍有變化，控制電路必須隨之作相應(yīng)的變動，所有布線和控制柜極有可能重新設(shè)計(jì)，耗時(shí)且費(fèi)力然而是利用存儲在機(jī)內(nèi)的程序?qū)崿F(xiàn)各種控制功能的。因此當(dāng)工藝過程改變時(shí)，只需修改程序即可，外部接線改動極小，甚至可以不必改動，其靈活性和通用性是繼電器控制電路無法比擬的。(2)可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)

13、繼電器控制系統(tǒng)中，由于器件的老化、脫焊、觸點(diǎn)的抖動以及觸點(diǎn)電弧等現(xiàn)象是5不可避免的，大大降低了系統(tǒng)的可靠性。而在控制系統(tǒng)中，大量的開關(guān)動作是由無觸點(diǎn)的半導(dǎo)體電路來完成的，加之在硬件和軟件方面都采取了強(qiáng)有力的措施，使產(chǎn)品具有極高的可靠性和抗干擾能力可以直接安裝在工業(yè)現(xiàn)場穩(wěn)定地工作。(3)編程簡單，使用方便PLC 采用面向過程，面向問題的“自然語言”編程方式，直觀易懂，主要采用梯形圖和語句表編寫程序，使得廣大電氣技術(shù)人員更易接納和理解。同時(shí)設(shè)計(jì)人員也可根據(jù)自己的喜好和實(shí)際應(yīng)用的要求選擇其他編程語言。標(biāo)準(zhǔn)是編程語言的標(biāo)準(zhǔn)，除了梯形圖和語句表之外，還存在順序流程圖、結(jié)構(gòu)化文本和功能塊圖三種編程語言的表

14、達(dá)方式。一個(gè)程序的不同部分可用任何一種語言來描述，支持復(fù)雜的順序操作功能處理以及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。(4)功能強(qiáng)大，可擴(kuò)展PLC 的主要功能包括開關(guān)量的邏輯控制、模擬量控制部分還具備控制或模糊控制功能、數(shù)字量智能控制、數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控、通信、聯(lián)網(wǎng)及集散控制等功能。PLC 的功能擴(kuò)展也極為方便，硬件配置相當(dāng)靈活,根據(jù)控制要求的改變，可以隨時(shí)變動特殊功能單元的種類和個(gè)數(shù)，再相應(yīng)修改用戶程序就可以達(dá)到變換和增加控制功能的目的。2.3.2 可編程控制器的編程語言PLC 是一種工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，不僅有硬件，軟件也必不可少，目前 PLC 常用的編程語言有四種：梯形圖編程語言，指令語句表語言，功能圖編程語言，高級編程功能

15、語言。其中梯形圖語言形象直觀，類似電氣控制系統(tǒng)中繼電器控制電路圖，邏輯關(guān)系明顯；指令語句表編程語言雖然不如梯形圖編程語言直觀，但有鍵入方便的特點(diǎn)；功能圖編程語言和高級編程語言需要比較多的硬件設(shè)備，工程當(dāng)中特殊場合下不是經(jīng)常用到。以下重點(diǎn)介紹梯形圖語言編程。梯形圖語言沿襲了繼電器控制電路的形式，梯形圖編程語言是在電氣控制系統(tǒng)中常用的繼電器，接觸器邏輯控制基礎(chǔ)上簡化了符號演變而來的，形象，直觀、實(shí)用，電氣技術(shù)人員容易接受，是目前用的最多的一種 PLC 編程語言。PLC 梯形圖中的繼電器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器不是物理繼電器，物理定時(shí)器和物理計(jì)數(shù)器，這些器件實(shí)際上6是存儲器的存儲器位，又稱軟器件。相應(yīng)為“1

16、”狀態(tài)，表示繼電器線圈通電或者常開接點(diǎn)閉合或者常閉接點(diǎn)斷開。PLC 的梯形圖是形象化的編程語言，梯形圖左右兩端的母線是不接任何電源的。梯形圖中并沒有真實(shí)的物理電流流動，而僅僅是概念電流(虛電流)，或者稱假想電流。把 PLC 梯形圖中左邊母線假想為電源相線，把右邊母線假想為電源地線。假想電流是執(zhí)行用戶程序時(shí)滿足輸出執(zhí)行條件的形象理解。PLC 梯形圖中每個(gè)網(wǎng)絡(luò)有多個(gè)梯形組成，每個(gè)梯級有一個(gè)或者幾個(gè)支路組成。 2.4 本章小結(jié)本章主要進(jìn)行了繼電器控制系統(tǒng)和可編程控制器控制系統(tǒng)的的功能特點(diǎn)對比，突出可編程控制器的優(yōu)越性能，以此為基礎(chǔ)進(jìn)行可編程控制器與變頻器搭配調(diào)速的總體方案設(shè)計(jì)。 第 3 章 控制系統(tǒng)

17、硬件設(shè)計(jì)3.1 PLC 的選型及特點(diǎn)西門子系列是由電源、CPU、存儲器和輸入輸出器件組成的單元型可編程控制器。而且，AC 電源、DC 輸入型的內(nèi)裝 DC24V 電源可作為傳感器的輔助電源?；締卧捎靡子诰S修的裝卸端子臺。標(biāo)準(zhǔn)型內(nèi)裝 8K 步有備用電池的 RAM 存儲器。另外，若采用可選的存儲卡盒，最大可擴(kuò)展到 16K 步。模擬輸入輸出設(shè)備、溫度傳感器輸入、熱電偶輸入設(shè)備、脈沖輸出設(shè)備、高速計(jì)數(shù)器、RS485 通信設(shè)備、RS232 通信設(shè)備、模擬量模塊等CPU 功能與結(jié)構(gòu)的選擇。對于開關(guān)量控制的應(yīng)用系統(tǒng)，當(dāng)對控制速度要求不高時(shí)，選用小型 PLC 就能滿足要求。PLC 工作時(shí)，從輸入信號到輸出控

18、制存在著滯后7現(xiàn)象，滯后時(shí)間一般應(yīng)控制在幾十毫秒之內(nèi)。為了提高 PLC 的實(shí)時(shí)處理速度，可選擇處理速度快的 PLC，使執(zhí)行一條基本指令的時(shí)間不超過 0.5US。PLC 的結(jié)構(gòu)主要有整體式和模塊式兩種，對于單機(jī)控制系統(tǒng)、集中控制系統(tǒng)往往選用整體式結(jié)構(gòu)；對于控制規(guī)模較大的集散控制系統(tǒng)、遠(yuǎn)程 I/O 系統(tǒng)常用模塊式結(jié)構(gòu)，模塊式結(jié)構(gòu)組態(tài)靈活、易于擴(kuò)充。所以本系統(tǒng) PLC 選用西門子 200 系列。作系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意適當(dāng)增大異步電動機(jī)的容量或增大通用變頻器的容量。通用變頻器的容量一般取 1.1 一 1.5 倍異步電動機(jī)的容量。本設(shè)計(jì)中變頻器選用通用變頻器 FRA500，根據(jù)礦井提升機(jī)的速度要求確定變頻器

19、的參數(shù)設(shè)置如表 3.1：表 3.1 變頻器的參數(shù)設(shè)置參數(shù)名稱參數(shù)號設(shè)置參數(shù)上限頻率下限頻率基底頻率上升時(shí)間下降時(shí)間運(yùn)行模式Pr.1Pr.2Pr.3Pr.7Pr.8Pr.7950Hz0Hz50Hz3000200013.2 變頻調(diào)速主電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)主電路采用 380V 電源。變頻器可以輸出頻率可調(diào)的交流電源，在變頻器的控制輸入回路中接入頻率設(shè)定電路，本系統(tǒng)中通過 PLC 輸出電壓信號(010 V)來控制變頻器的頻率。另外在變頻器的外圍加設(shè)有聲光報(bào)警輸出口及制動單元，能夠?qū)崿F(xiàn)變頻器故障報(bào)警和安全制動，更有效的對控制系統(tǒng)進(jìn)行安全保護(hù)，變頻調(diào)速主電路主要包括以下幾個(gè)回路。制動控制回路：提升機(jī)負(fù)載由于慣性較

20、大，當(dāng)變頻器的輸出頻率下降至 0Hz 時(shí)，常常停不住，因而有“蠕動”(也稱爬行)現(xiàn)象，在礦山提升機(jī)這種大負(fù)載機(jī)械中，蠕動現(xiàn)象有可能造成十分危險(xiǎn)的后果。為此，變頻器調(diào)速時(shí)應(yīng)設(shè)置能耗制動和直流制動功能。安全回路：安全回路用于防止和避免礦井提升機(jī)發(fā)生意外事故。安全回路中串有很多保護(hù)觸頭，當(dāng)?shù)V井提升機(jī)工作不正常時(shí)，其中任意一個(gè)觸頭打開，安全回路接觸器斷電，就產(chǎn)生安全制動，安全回路接觸器斷電的同時(shí)，安全回路中的常開觸頭斷開，8使提升機(jī)斷電。3.3 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)和軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)。硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)主要包括 PLC 及外圍線路的設(shè)計(jì)、電氣線路的設(shè)計(jì)和抗干擾措施的設(shè)計(jì)等。軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

21、主要指編制PLC 控制程序。選定 PLC 和分配 I/O 地址后硬件設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容就是電氣控制系統(tǒng)原理圖的設(shè)計(jì)，電氣控制元器件的選擇和控制柜的設(shè)計(jì)電氣控制系統(tǒng)原理圖包括主電路和控制電路?？刂齐娐分邪?PLC 和 I/O 接線。電氣元器件的選擇主要是根據(jù)控制要求選擇按鈕、開關(guān)、傳感器、保護(hù)電器、接觸器、指示燈和電磁閥等?？刂葡到y(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的難易程度因控制任務(wù)而異，也因人而異。PLC 接線圖的 I/O 端口分配表如表 3.2：表 3.2 PLC 接口的 I/O 端口分配表輸入端子輸入外設(shè)輸出端子輸出外設(shè)I0.0I0.1I0.2I0.3I0.4I0.5I0.6I0.7I1.0I1.1I1.2編碼器接

22、入點(diǎn)停止啟動正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)點(diǎn)動反轉(zhuǎn)點(diǎn)動復(fù)位工頻變頻熱繼電器保護(hù) Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.4 Q0.5 Q0.6 Q0.7變頻器停止工頻切換正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)故障繼電器復(fù)位繼電器變頻器制動9I1.3I1.4I1.53.4 本章小結(jié)本章根據(jù)本設(shè)計(jì)的需要，進(jìn)行了控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)。通過輸入輸出點(diǎn)的計(jì)算和用戶存儲量的估算，選擇了 PLC 的型號。 第 4 章 人機(jī)交互界面 4.1 觸摸屏概述隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的普及，在90年代初，出現(xiàn)了一種新的人機(jī)交互技術(shù)觸摸屏技術(shù)。利用這種技術(shù)，使用者只要用手指輕輕地觸碰計(jì)算機(jī)顯示屏上的圖符或文字，就能實(shí)現(xiàn)對主機(jī)的操作或查詢，這樣就擺脫了鍵盤和鼠標(biāo)操作，從而大大

23、地提高了計(jì)算機(jī)的可操作性。觸摸屏是一種最直觀的操作設(shè)備，只要觸摸屏幕上的圖形對象，計(jì)算機(jī)便會執(zhí)行相應(yīng)的操作。人的行為和機(jī)器的行為變得簡單、直接、自然，達(dá)到完美的統(tǒng)一。觸摸屏具有方便直觀、圖像清晰、堅(jiān)固耐用和節(jié)省空間等優(yōu)點(diǎn)。觸摸屏的基本原理如下：用戶用手指或其它物體觸摸安裝在顯示器前端的觸摸屏?xí)r，所觸摸的位置的坐標(biāo)被觸摸屏控制器檢測，并通過通信接口（例如RS-232CRS-10485串行口）送到CPU，從而得到輸入的信息。觸摸屏系統(tǒng)一般包括兩個(gè)部分：觸摸屏控制器和觸摸檢測裝置。觸摸屏控制器的主要作用是接收來自觸摸點(diǎn)檢測裝置的觸摸信息，并將它轉(zhuǎn)換成觸點(diǎn)坐標(biāo)，再送CPU，它同時(shí)能接收CPU發(fā)來的命令

24、并加以執(zhí)行，例如動態(tài)地顯示開關(guān)量和模擬量。觸摸檢測裝置安裝在顯示器的顯示表面，用于檢測用戶的觸摸位置，再將該處的信息傳送給觸摸屏控制器。觸摸屏也從低檔向高檔發(fā)展，從紅外線式、電阻式到電容感應(yīng)式，現(xiàn)在發(fā)展到了表面聲波觸摸屏和五線電阻觸摸屏，性能越來越可靠，技術(shù)越來越先進(jìn)。4.2 觸摸屏在工業(yè)控制中的應(yīng)用PLC是一種以微處理器為基礎(chǔ)的通用的工業(yè)自動控制裝置，具有體積小、功能強(qiáng)、程序設(shè)計(jì)簡單、維護(hù)方便、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，特別適于在惡劣的工業(yè)環(huán)境使用，被稱為現(xiàn)代工業(yè)自動化的三大支柱之一。很多工業(yè)被控對象要求控制系統(tǒng)具有很強(qiáng)的人機(jī)接口功能，用來實(shí)現(xiàn)操作人員與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)之間的對話和相互作用。它們用來顯示

25、控制器的I/O 狀態(tài)及各種系統(tǒng)信息，接收并執(zhí)行操作人員發(fā)出的各種命令。很多設(shè)備需要在現(xiàn)場環(huán)境使用的人機(jī)接口裝置，它們一般安裝在控制屏上。觸摸屏的按鍵在屏幕上，總的面積小，每個(gè)畫面可以設(shè)置不同的按鍵，每個(gè)按鍵的意義可由用戶設(shè)置，使用直觀方便，可以在惡劣的工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境下使用，在工業(yè)控制中得到廣泛的應(yīng)用。觸摸屏是在操作人員和機(jī)器設(shè)備之間作雙向溝通的橋梁，用戶可以自由的組合文字、按鈕、圖形、數(shù)字等，來處理或監(jiān)控不斷變化的信息。過去的操作界面需要熟練的操作員才能操作，而且操作困難。使用觸摸屏和計(jì)算機(jī)控制后，能明確告知操作員機(jī)器設(shè)備目前的狀況，給出操作的提示，使操作變得簡單生動，可以減少操作失誤，即使是新

26、手也可以很輕松的操作整個(gè)機(jī)器設(shè)備。使用觸摸屏還可以使機(jī)器的配線標(biāo)準(zhǔn)化、簡單化，用畫面上的按鈕和指示燈等代替相應(yīng)的硬件元件，減少PLC 所需的I/O 點(diǎn)數(shù)，降低系統(tǒng)的成本。由于顯示面板的小型化及高性能，提高了整套設(shè)備的附加價(jià)值。4.3 TPC1262H 觸屏簡介昆侖公司生產(chǎn)的 TPC-1262H 觸屏式彩色 HMI 是免維護(hù)型工業(yè)級可編程終端，適11合于在惡劣的工業(yè)環(huán)境下使用。它可用于振動、潮濕和高粉塵的環(huán)境中作為監(jiān)控和人機(jī)操作介面，可以顯示狀態(tài)、故障和過程變量，顯示文字、曲線和圖形。操作人員可在觸摸屏上實(shí)現(xiàn)對工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場的過程控制，操作簡便易學(xué)，方便直觀。觸摸屏上的觸摸鍵取代了傳統(tǒng)的控制面板功

27、能，可使操作者把觸摸屏當(dāng)作一個(gè)操作面板，只要操縱觸摸屏上配置的虛擬按鈕，即可進(jìn)行簡單直觀的操作。輸入給觸摸屏的數(shù)據(jù)可以傳遞給 PLC，省去了大量現(xiàn)場的硬件按鈕開關(guān)、數(shù)字設(shè)定等易損器件，大大提高了系統(tǒng)的可靠性，使系統(tǒng)盡可能地工作于最佳狀態(tài)。本系統(tǒng)采用 9600 bps、19200bps 等多種傳輸速率，8 位偶校驗(yàn)，1 位停止位。RS485 的 PLC 站號為 2，PWS 端通信口為 COM2。HMI 的監(jiān)控及參數(shù)設(shè)置畫面在計(jì)算機(jī)上使用 MGCS 編程軟件進(jìn)行規(guī)劃、定義和編制，通過這些圖形介面完成系統(tǒng)的現(xiàn)場監(jiān)控和參數(shù)設(shè)置。4.4 觸摸屏在礦井提升機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用根據(jù)礦井提升機(jī)對控制系統(tǒng)的要求，

28、本系統(tǒng)的控制界面設(shè)計(jì)控制面板主要包括啟動、停止、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、時(shí)間和日期顯示等?？刂泼姘逶O(shè)定了一些功能按鈕。12 4.5 本章小結(jié)本章主要介紹了觸摸屏技術(shù)，觸摸屏是一種最新的電腦輸入設(shè)備，它可以讓使用者只用手指輕輕地碰計(jì)算機(jī)顯示屏上的圖符或文字，就能實(shí)現(xiàn)對主機(jī)的操作，這樣擺脫了鍵盤和鼠標(biāo)操作 ，人與機(jī)交互更為直截了當(dāng)。它具有堅(jiān)固耐用、反應(yīng)速度快、節(jié)省空間、易于交流等優(yōu)點(diǎn)。 結(jié) 論本課題在分析和比較當(dāng)前礦井提升機(jī)控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀與國內(nèi)外控制技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)上，對礦井提升機(jī)的控制系統(tǒng)進(jìn)行了研究和設(shè)計(jì)?？偨Y(jié)本文的主要工作有以下幾點(diǎn):根據(jù)提升機(jī)的運(yùn)行特點(diǎn)，礦井提升機(jī)控制系統(tǒng)采用工控機(jī)監(jiān)控提升機(jī)變頻調(diào)速系13

29、統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由上位機(jī)(工控機(jī))、下位機(jī)(PLC 控制系統(tǒng))、變頻調(diào)速系統(tǒng)等組成。組態(tài)軟件作為用戶可定制功能的軟件平臺工具，利用其良好的人機(jī)界面和通信力，在 PC 機(jī)上開發(fā)出友好人機(jī)界面，下載至工控機(jī)中，使工作人員可以實(shí)現(xiàn)提升機(jī)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)故障報(bào)警、打印報(bào)表。PLC 系統(tǒng)采用三菱公司產(chǎn)品，能控制起提升機(jī)的運(yùn)行方向和速度換檔；提升機(jī)的升、降速、深度監(jiān)測；同時(shí)能檢測各個(gè)電機(jī)故障現(xiàn)象并送往上位機(jī)進(jìn)行顯示，減少了硬件和控制線，極大提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，可靠性。采用 PLC 后，克服了原繼電器系統(tǒng)的不足，系統(tǒng)安全可靠，性價(jià)比提高，且控制程序可根據(jù)需要修改，對提高控制技術(shù)水平具有廣闊的應(yīng)用前景。變頻調(diào)速系統(tǒng)在提升機(jī)控制系統(tǒng)中顯示出其控制性能優(yōu)良、操作簡便、運(yùn)行效率高、維護(hù)工作量小等諸多優(yōu)點(diǎn)，是礦用提升機(jī)傳動的發(fā)展方向。參考文獻(xiàn)1Beus Michael J New technology for hoist conveyance monit