矿井提升机7551656633

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摘要矿井提升机是矿井运输的重要设备，是沟通矿井上下的纽带的。矿井提升机的可靠运行直接关系到煤矿生产的平安，矿井提升机信号系统的可靠性和准确性是矿井提升和平安运输的重要保证。本设计主要完成的矿井提升机信号系统设计和组态设计。设计中运用PLC控制技术，PLC系统采用三菱公司的FX2N系列作为主控制器，对井口、井底、机房信号台进行信号联络。组态设计使用WINCC完成，能够实现上位监控功能。使用编程软件实现信号的联络。采用PLC控制不但提高了信号传输的可靠性和准确性,而且具有极大的灵活性和扩展性。在不改变系统硬件的前提下,仅靠改变PLC内部的程序就可满足用户要求。有效地解决了信号系统中的远距离传输和可靠性问题。整个控制系统自改造完成投入运行以来，运行平稳平安、节电效果十分显著，不但对提高矿山提升系统工业的现代化装备水平有推动作用，而且产生了显著的经济效果，极大地提高了煤矿的生产效率。关键词：矿井提升机信号系统；PLC；上位监控;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目录引言…………………………………………………………………………………………2第1章矿井提升机系统简介………………………………………………………………...21.1矿井提升机的工作原理…………………………………………………………...21.2系统的根本构成及功能…………………………………………………………...3系统根本构成…………………………………………………………………3功能…………………………………………………………………………….4第2章可编程控制器简介…………………………………………………………………...52.1PLC的由来…………………………………………………………………………62.2PLC的优点…………………………………………………………………………62.3PLC的应用领域……………………………………………………………………72.4PLC的工作原理……………………………………………………………………82.5PLC的编程语言……………………………………………………………………11第3章控制方案论证与选择………………………………………………………………...123.1可编程控制器与其它工业控制装置的比拟…………………………………….123.2系统总体设计思想………………………………………………………………...153.3方案确实立………………………………………………………………………..163.4通信系统的主要技术指标………………………………………………………23第4章硬件及控制系统设计………………………………………………………………..254.1提升机主回路局部设计………………………………………………………….254.2制动回路设计…………………………………………………………………….274.3行程检测与显示………………………………………………………………….284.4主控PLC路设计………………………………………………………………...304.5PLC控制软件设………………………………………………………………….314.6可编程控制系统的保护环节…………………………………………………....34第5章系统调试软件和PLC程序设计……………………………………………………365.1系统调试软件GXDeveloper…………………………………………………….365.2PLC梯形图〔附录一〕…………………………………………………………..37

25.3系统抗干扰措施………………………………………………………………….37第6章设计心得……………………………………………………………………………..38第7章致谢…………………………………………………………………………………...39参考文献………………………………………………………………………………….....40引言问题的提出：矿井提升机是联系井下与地面的重要工具。矿井提升机启动频繁，负荷变化大，运行速度要求严格，这就必须配备良好性能的控制设备和保护装置。在接触器控制系统中，电阻的切除由时间继电器控制，而时间继电器计时时，往往不能做到十分准确，即有一定的范围误差。这种控制受外界干扰大，接触器、继电器磨损快，易产生火花，给提升机的运行带来了很多困难。另外还需解决对提升机机械设备故障的及早检测和报警。第1章矿井提升机系统简介

3矿山多中段提升竖井，一般都是副井或混合井，其提升任务繁重,作业种类复杂，中途停靠频繁。因此，需要一个高度平安可靠、功能完善,由可编程序控制器PLC为控制核心的提升信号系统。国内多数矿山的竖井提升信号系统，一般由各种控制继电器和主令开关构成，且多为20世纪50年代的仿苏产品。它的突出特点是用“点信号〞(即电铃振响或指示灯明灭的次数)来代表各种提升信号。例如有的公司以一长点表示要罐,一长两短表示上行，一长三短表示下行，两短表示提物，三短表示提人等等。各提升中段发出的点信号直接传递到井口总信号房，再由井口总信号工转发到提升机房。这种系统信号简洁,操作方便,快慢自如，多年来已沿用成习，尽管各单位点信号的组合方式有所不同，但原理是相同的。虽然这种信号系统结构简单、操作方便,但存在如下缺点：(1由于无法保存和复现点数,所以信号识别全凭操作者的听觉和视觉，容易造成信号的误认和误传,因信号的误认和误传而导致的提升事故屡见不鲜。(2信号之间、信号系统与提升机电控系统之间没有联锁，井口总信号工和司机的操作不受制约，很容易因误操作而引发事故。(3)声光信号一瞬即逝，无据可查，一旦发生事故，给事故分析带来困难,很难找出真正的事故原因，致使同类事故重复发生。(4)由于信号稍纵即逝，操作人员的精力必须高度集中，加重了工人的负担。近年来,研制成功的、且已为许多矿山实际应用的PLC信号系统，能够克服上述缺点。它不但完全符合?冶金矿山平安规程?中有关提升信号的各项规定，而且保存了原信号系统的特点和操作习惯，技术改造方便，功能齐全。新型矿井提升机信号装置的使用有效地解决了在微机系统中信号的远距离传输和可靠性问题。目前,国内多数矿山传统的竖井提升信号系统，一般由各种控制继电器和主令开关构成，它的突出特点是用“点信号〞。矿井提升机的信号系统包括声、光信号、辅助信号、等,信号种类一般有:工作执行信号、提升去向信号、罐位信号、提升种类信号、检修信号、事故信号、联络信号等。为便于操作,各个矿山企业均制定了相应的信号规定，如规定声音一长为要罐、二短为上行、三短为下行等,并辅之以联系。但是，信号规定仅仅从制度上保证操作平安

4，实际上并不能保证生产中不发生事故。近年来，研制成功的、且已为许多矿山实际应用的PLC信号系统，能够克服上述缺点。它不但完全符合?冶金矿山平安规程?中有关提升信号的各项规定，而且保存了原信号系统的特点和操作习惯，技术改造方便，功能齐全。采用PLC控制的电控系统,能按照国家平安规程的有关规定，来设计电控或信号系统的硬件和软件，并可对系统进行显示和控制,只有当提升机司机和信号人员都严格按规定程序进行操作无误,才能解除对提升机的闭锁。一套完备的PLC系统，通常由竖井信号、工业电视监控、数字深度指示器、有关计算及程控交换机等局部组成。根本构成该信号系统的关键是信号联络，在井底信号台只能进行按钮输入操作，车房信号台只能显示输出结果，井口信号台既能输入又能进行信号转发，在各自灌位只能进行一些特定的操作，例如在井口只能进行井口发灌，要灌，下行等操作。假设操作不正常或误操作，信号将解除，不能发送出去，只能是井底、井口信号一致且无误时，才能在井口进行信号确认，而后信号转发出去。〔注：运行时平安门翻开时信号发不出去，一切信号将解除。〕设计中我用了指示灯、响铃、蜂鸣器作为输出显示。用不同声次的响铃分别代表上行、下行、慢上、慢下。同时代表各自运行的指示灯亮，并且有文字显示〔文字注释在指示灯的下面，灯亮时文字即显示出来〕。报警时蜂鸣器响，且代表不同故障的各自故障指示灯亮，同样有输出文字显示。由于在设计中除了电流检测、电压检测两个模拟量输入外其余的全是数字量〔开关量〕，因此信号采集非常简单，可直接由开关量送给PLC，电流和电压的信号由电量变送器〔再加个模拟块〕传送给PLC。

5功能本次设计的功能包括车房信号台、井口信号台、井下信号台三局部的各自功能以及它们之间的相互联络：车房信号台功能：井口、井下提升信号的数字显示及文字显示。包括运人、运物、检修等工作方式的灯光显示信号，上行、下行，满上，满下，停车，急停等工作执行信号的灯光和数显信号。存储井口信号台本次、前次的打点信号。在极短的时间内响应井口信号台发出的指令,控制绞车的运行或停止。完成急停信号对平安回路的闭锁、停车信号,闭锁等内容。井口信号台功能：完成各种提升信号的按钮检测、显示及声音提示，包括运人、运物、检修，水平联系等选择按钮；上行、下行，满上，满下，停车、急停等信号按钮，完成水平及井下各种信号的闭锁和监控。完成向车房发送信号的功能，完本钱次、前次的打点信号的存储。语言报警功能。井下信号台功能：完成各种信号的按钮检测、显示及声音提示，包括工作方式信号，工作执行信号及其他信号；完本钱水平各种信号的闭锁功能，完成向井口发送信号的功能。完成对信号的存储记忆功能。这种系统有如下特点：(1)提升系统增加了自动控制的功能。例如，当井下发出紧急停车信号时，能自动使提升机停车并进行停车闭锁。除此之外，还能实现对提升机过负荷和各种故障的检测、保护、联锁及罐笼对位等功能。(2)显示方面具有特色。能根据需要显示井下各个中段的情况和显示信号种类。(3)具有“记忆〞功能。能“记忆〞地面及井下各中段发出的信号，包括各种检修信号。(4)工作可靠性高。由于PLC为无触点系统,可靠性更高,尤其是近年来PLC方面的技术开展迅速,使由PLC组成的系统的抗干扰能力越来越强,它能在恶劣的环境中可靠地工作,较为适合矿山环境不佳的特点。(5)控制程序可变,具有很好的柔性。对于分期投产的矿山企业,这一点是十分重要的，因为，井下中段等工艺条件变化之后，不需改变信号系统的硬件，只需修改原有程序就可满足新的要求。

6图1-1设备配置示意图第2章可编程序逻辑控制器简介可编程序逻辑控制器〔PLC〕是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原那么而设计。2.1PLC的由来

7　1969年美国数字设备公司成功研制世界第一台可编程序控制器PDP-14，并在GM公司的汽车自动装配线上首次使用并获得成功。接着美国MODICON公司也研制出084控制，从此，这项新技术迅速在世界各国得到推广应用。1971年日本从美国引进这项技术，很快研制出第一台可编程序控制器DSC-18。1973年西欧国家也研制出他们的第一台可编程控制器。我国从1974年开始研制，1977年开始工业推广应用。进入20世纪70年代，随着微电子技术的开展，尤其是PLC采用通讯微处理器之后，这种控制器就不在不局限于当初的逻辑运算了，功能得到更进一步增强。进入20世纪80年代，随着大规模和超大规模集成电路等微电子技术的迅猛开展，以16位和少数32位微处理器构成的微机化PLC，使PLC的功能增强，工作速度快，体积减小，可靠性提高，本钱下降，编程和故障检测更为灵活，方便。2.2PLC的优点1.可靠性高，抗干扰能力强　　PLC用软件代替大量的中间继电器和时间继电器，仅剩下与输入和输出有关的少量硬件，接线可减少到继电器控制系统的1/10~1/100，因触点接触不良造成的故障大为减少。高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间那么更长。从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。2.硬件配套齐全，功能完善，适用性强　PLC开展

8到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品，并且已经标准化、系列化、模块化，配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，用户能灵活方便地进行系统配置，组成不同功能、不同规模的系统。PLC的安装接线也很方便，一般用接线端子连接外部接线。PLC有较强的带负载能力，可直接驱动一般的电磁阀和交流接触器，可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强技术及人机界面的开展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。3.易学易用，深受工程技术人员欢送PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制翻开了方便之门。4.系统的设计、安装、调试工作量小，维护方便，容易改造。　PLC的梯形图程序一般采用顺序控制设计法。这种编程方法很有规律，很容易掌握。对于复杂的控制系统，梯形图的设计时间比设计继电器系统电路图的时间要少得多。　　PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。5.体积小，重量轻，能耗低以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，仅相当于几个继电器的大小，因此可将开关柜的体积缩小到原来的1/2~1/10。它的重量小于150g，功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。2.3PLC的应用领域目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类：1.开关量的逻辑控制这是PLC最根本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。2.模拟量控制在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量〔Analog〕和数字量〔Digital〕之间的A/D转换及D/A转换。PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。3.运动控制

9PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。4.过程控制过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型PLC都有PID模块，目前许多小型PLC也具有此功能模块。PID处理一般是运行专用的PID子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。5.数据处理现代PLC具有数学运算〔含矩阵运算、函数运算、逻辑运算〕、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比拟，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可于造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。6.通信及联网PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的开展，工厂自动化网络开展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。2.4PLC的工作原理1.PLC的构成从结构上分，PLC分为固定式和组合式〔模块式〕两种。固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规那么组合配置。2.CPU的构成CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，每套PLC至少有一个CPU，它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的存放器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路CPU主要由运算器、控制器、存放

10器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，CPU单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。内存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。　　在使用者看来，不必要详细分析CPU的内部电路，但对各局部的工作机制还是应有足够的理解。CPU的控制器控制CPU工作，由它读取指令、解释指令及执行指令。但工作节奏由震荡信号控制。运算器用于进行数字或逻辑运算，在控制器指挥下工作。存放器参与运算，并存储运算的中间结果，它也是在控制器指挥下工作。CPU速度和内存容量是PLC的重要参数，它们决定着PLC的工作速度，IO数量及软件容量等，因此限制着控制规模。3.I/O模块　　PLC与电气回路的接口，是通过输入输出局部〔I/O〕完成的。I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统，输出模块相反。I/O分为开关量输入〔DI〕，开关量输出〔DO〕，模拟量输入〔AI〕，模拟量输出〔AO〕等模块。　　常用的I/O分类如下：　　开关量：按电压水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔离方式分，有继电器隔离和晶体管隔离。　　模拟量：按信号类型分，有电流型〔4-20mA,0-20mA〕、电压型〔0-10V,0-5V,-10-10V〕等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。　　除了上述通用IO外，还有特殊IO模块，如热电阻、热电偶、脉冲等模块。　　按I/O点数确定模块规格及数量，I/O模块可多可少，但其最大数受CPU所能管理的根本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制。4.电源模块PLC电源用于为PLC各模块的集成电路提供工作电源。同时，有的还为输入电路提供24V的工作电源。电源输入类型有：交流电源〔220VAC或110VAC〕，直流电源〔常用的为24VDC〕。5.底板或机架大多数模块式PLC使用底板或机架，其作用是：电气上，实现各模块间的联系，使CPU能访问底板上的所有模块，机械上，实现各模块间的连接，使各模块构成一个整体。6.PLC系统的其它设备　　编程设备：编程器是PLC开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的器件，用于编程、对系统作一些设定、监控PLC及PLC所控制的系统的工作状况，但它不直接参与现场控制运行。小编程器PLC一般有手持型编程器，目前一般由计算机〔运行编程软件〕充当编程器。也就是我们系统的上位机。

11　人机界面：最简单的人机界面是指示灯和按钮，目前液晶屏〔或触摸屏〕式的一体式操作员终端应用越来越广泛，由计算机〔运行组态软件〕充当人机界面非常普及。7.PLC的通信联网　　依靠先进的工业网络技术可以迅速有效地收集、传送生产和管理数据。因此，网络在自动化系统集成工程中的重要性越来越显著，甚至有人提出"网络就是控制器"的观点说法。PLC具有通信联网的功能，它使PLC与PLC之间、PLC与上位计算机以及其他智能设备之间能够交换信息，形成一个统一的整体，实现分散集中控制。多数PLC具有RS-232接口，还有一些内置有支持各自通信协议的接口。PLC的通信现在主要采用通过多点接口〔MPI〕的数据通讯、PROFIBUS或工业以太网进行联网。图2-1PLC组成示意图

12图2-2PLC工作流程2.5PLC的编程语言　可编程控制器PLC中有多种程序设计语言，它们是：梯形图语言、布尔助记符语言、功能表图语言、功能模块图语言及结构化语句描述语言等。　　梯形图语言和布尔助记符语言是根本程序设计语言，它通常由一系列指令组成，用这些指令可以完成大多数简单的控制功能，例如，代替继电器、计数器、计时器完成顺序控制和逻辑控制等，通过扩展或增强指令集，它们也能执行其它的根本操作。　　功能表图语言和语句描述语言是高级的程序设计语言，它可根据需要去执行更有效的操作，例如，模拟量的控制，数据的操纵，报表的报印和其他根本程序设计语言无法完成的功能。功能模块图语言采用功能模块图的形式，通过软连接的方式完成所要求的控制功能，它不仅在可编程序控制器中得到了广泛的应用，在集散控制系统的编程和组态时也常常被采用，由于它具有连接方便、操作简单、易于掌握等特点，为广阔工程设计和应用人员所喜爱。PLC梯形图具有以下特点：1.它是一种图形语言，沿用传统控制图中的继电器触点、线圈、串联等术语和一些图形符号构成，左右的竖线称为左右母线。　　2.梯形图中接点〔触点〕只有常开和常闭，接点可以是PLC输入点接的开关也可以是PLC内部继电器的接点或内部存放器、计数器等的状态。　　3.梯形图中的接点可以任意串、并联，但线圈只能并联不能串联。

13　　4.内部继电器、计数器、存放器等均不能直接控制外部负载，只能做中间结果供CPU内部使用。　　5.PLC是按循环扫描事件，沿梯形图先后顺序执行，在同一扫描周期中的结果留在输出状态暂存器中所以输出点的值在用户程序中可以当做条件使用。　　6.语句表语言，类似于汇编语言。7.逻辑功能图语言，沿用半导体逻辑框图来表达，一般一个运算框表示一个功能左边画输入、右边画输出。第3章控制方案论证与选择3.1可编程控制器与其它工业控制装置的比拟1.可编程控制器与继电器控制的区别在可编程控制器的编程语言中，梯形图是最为广泛使用的语言。通过可编程控制器的指令系统将梯形图变成可编程控制器能接收的程序。由编程器将程序键入到可编程控制器的用户存储区中去。可编程控制器的梯形图与继电器控制线路图十分相似，主要原因是可编程控制器梯形图的创造大致上沿用了继电器控制的电路元件符号，仅个别地方有些不同。同时，信号的输入/输出形式及控制功能也是相同的，但可编程控制器的控制与继电器的控制还是有不同之处，主要表现在以下几方面：1.1控制逻辑。继电器控制逻辑采用硬接线逻辑，利用继电器机械触点的串联或并联及延时继电器的滞后动作等组合成控制逻辑，其接线多而复杂，体积大，功耗大，一旦系统构成后想再改变或增加功能都很困难。另外，继电器触点数目有限，每只有4~8对触点，因此灵活性和扩展性很差。而可编程控制器采用存储器逻辑，其控制逻辑以程序方式存储在内存中，要改变控制逻辑，只需改变程序，故称为〞软接线〞，其接线少，体积小，而且，可编程控制器中每只软继电器的触点数在理论上无限制，因此灵活性和扩展性很好。可编程控制器由中大规模集成电路组成，功耗小。1.2工作方式。当电源接通时，继电器控制线路中各继电器都处于受约束状态，即该吸合的都应吸合，不该吸合的都因受某种条件限制不能吸合。而可编程控制器的控制逻辑中，各继电器都处于周期性循环扫描接通之中，从宏观上看，每个继电器受制约接通的时间是短暂的。1.3控制速度。

14继电器控制逻辑依靠触点的机械动作实现控制，工作频率低。触点的开闭动作一般在几十毫秒数量级。另外，机械触点还会出现抖动问题。而可编程控制器是由程序指令控制半导体电路来实现控制，速度极快，一般一条用户指令执行时间在微秒数量级。可编程控制器内部还有严格的同步，不会出现抖动问题。1.4限时控制。继电器控制逻辑利用时间继电器的滞后动作进行限时控制。时间继电器一般分为空气阻尼式，电磁式，半导体式等，其定时精度不高，且有定时时间易受环境湿度和温度变化的影响，调整时间困难等问题。有些特殊的时间继电器结构复杂，不便维护。可编程控制器使用半导体集成电路作定时器，时基脉冲由晶体振荡器产生，精度相当高，且定时时间不受环境影响，定时范围一般从0.001s到假设干分钟甚至更长。用户可根据需要在程序中设定定时值，然后由软件和硬件计数器来控制定时时间。1.5计数限制。可编程控制器能实现计数功能，而继电器控制逻辑一般不具备计数。1.6设计和施工。使用继电器控制逻辑完成一项控制工程，其设计、施工、调试必须依次进行，周期长，而且维修困难。工程越大，这一点就越突出。而用可编程控制器完成一项控制工程，在系统设计完成以后，现场施工和控制逻辑的设计(包括梯形图设计)可以同时进行，周期短，且调试和维修都很方便。1.7可靠性和可维护性。继电器控制逻辑使用了大量的机械触点，连线也多。触点开闭时会受到电弧的损坏，并有机械磨损，寿命短，因此可靠性和可维护性差。而可编程控制器采用微电子技术，大量的开关动作由无触点的半导体电路来完成，它体积小，寿命长，可靠性高。可编程控制器还配有自检和监督功能，能检查出自身的故障，并随时显示给操作人员，还能动态地监视控制程序的执行情况，为现场调试和维护提供了方便。1.8价格。继电器控制逻辑使用机械开关，继电器和接触器，价格比拟低。而可编程控制器使用中大规模集成电路，价格比拟高。从以上几个方面的比拟可知，可编程控制器在性能上比继电器控制逻辑优异，特别是可靠性高，设计施工周期短，调试修改方便，而且体积小，功耗低，使用维护方便，但价格高于继电器控制系统。从系统的性能价格比而言，可编程控制器具有很大的优势。

152.可编程控制器与微机系统的区别简言之，微型计算机计算机是通用的专用机，而可编程控制器那么是专用的通用机。从微型计算机的应用范围来说，微型计算机是通用机，而可编程控制器是专用机。微型计算机是在以往计算机与大规模集成电路的根底上开展起来的，其最大特征是运算快，功能强，应用范围广。例如，近代科学计算，科学管理和工业控制等都离不开它。所以说，微型计算机是通用计算机。而可编程控制器是一种为适应工业控制环境而设计的专用计算机。选配对应的模块便可适用于各种工业控制系统。而用户只需改变用户程序即可满足工业控制系统的具体控制要求。如果采用微型计算机计算机作为某一设备的控制器，就必须根据实际需要考虑抗干扰问题和硬件软件设计，以适应设备控制的专门需要。这样，势必把通用的微型计算机计算机转化为具有特殊功能的控制器而成为一台专用机。可编程控制器与微型计算机计算机的主要差异及各自的特点主要表现为以下几个方面：2.1应用范围微型计算机除了控制领域外，还大量用于科学计算，数据处理，计算机通信等方面。而可编程控制器主要用于工业控制。2.2使用环境微型计算机对环境要求较高，一般要在干扰小，具有一定的温度和湿度要求的机房内使用。可编程控制器那么使适用于工业现场环境。2.3输入/输出微型计算机系统的I/O设备与主机之间采用微电联系，一般不需要电气隔离。而可编程控制器一般控制强电设备，需要电气隔离，输入输出均用光电耦合，输出还采用继电器，可控硅或大功率晶体管进行功率放大。2.4程序设计微型计算机具有丰富的程序设计语言，如汇编语言，FORTRAN语言，COBOL语言，PASCAL语言，C语言等，其语句多，语法关系复杂，要求使用者必须具有一定水平的计算机硬件知识和软件知识。而可编程控制器提供应用户的编程语句数量少，逻辑简单，易于学习和掌握。2.5系统功能

16微型计算机系统一般配有较强的系统软件，例如操作系统，能进行设备管理，文件管理，存储器管理等。它还配有许多应用软件，以方便用户。而可编程控制器一般只有简单的监控程序，能完成故障检查，用户程序的输入和修改，用户程序的执行与监视。2.6运算速度和存储容量微型计算机运算速度快，一般为微秒级，因有大量的系统软件和应用软件，故存储容量大。而可编程控制器因接口的响应速度慢而影响数据处理速度。一般可编程控制器接口响应速度为2ms，巡回检测速度为8ms/K字。可编程控制器的软件少，所编程序也简短，故内存容量小。2.7价格微型计算机机是通用机，功能完善，故价格较高，而可编程控制器是专用机，功能较少，其价格是微型计算机的十分之一左右。从以上几个方面的比拟可知，可编程控制器是一种用于工业自动化控制的专用微型计算机系统，结构简单，抗干扰能力强，价格也比一般的微型计算机系统低。3.2系统总体设计思想矿井提升机信号系统的控制系统我们在对矿井提升机信号系统的控制系统进行选择之前先了解一下其组成及工作原理：矿井提升机在矿山、建筑等行业应用非常广泛,是集机、电于一体的大型复杂系统矿井提升机是矿井生产中极其重要的环节,是矿井生产的关键的设备之一。矿井提升机是联系矿山井上和井下的“咽喉〞设备,主要用于提运煤炭和煤研石、运送物料、提升人员和设备。提升系统的工作任务是平安、快速、可靠、高效地完成提升运输任务,而平安运行是最重要的。矿井提升机信号系统是矿井提升机的重要组成局部，提升机的运行全靠信号系统的信号发出。该系统工作的关键是信号如何联络。矿井提升机的信号系统包括声、光信号。辅助信号、等。信号种类一般有：工作执行信号提升去向信号罐位信号、提升机种类信号、检修信号、故障信号、联络信号等。首先我们应清楚提升机给信号系统的信号以及提升机从信号系统所得到的信号,由此而进行各种操作。

17图3-1控制系统内容系统总体设计本设计以某矿山提升机信号系统工程实例根底。信号系统有保护系统、信号系统、和信号输入。信号系统有功能信号〔运人、运物、运矿、检修、上行、下行〕，罐笼去向〔井口、井底〕，罐位〔井口、井底〕。注：本设计罐位不包括井下各中段，只有井口、井底两罐位。如2-1图所示。设计内容包括三大局部：井口信号台、井底信号台、以及车房信号台。系统设计要求能实时反映提升机的各种状态及罐位。且井口井底的输出一致经信号确认后，方可发送信号到车房信号台。两罐位信号部一致或误操作，信号会解除。不能发送。需重新进行信号联络。3.3方案确实立根据设计要求，要完成任务有多种选择方案，可以由各种控制继电器和主令开关构成，它的突出特点是“点信号〞〔电铃震响或指示灯明灭的次数〕来代表各种提升信号。各提升中段的点信号直接传送到井口总信号房，再由井口总信号工转发到提升机房。也可以采用单片机作为主控制系统。控制台通过单片机的串行口来实现主从式多级通讯,系统以上井口控制台作为主控制台,下井口、绞车房控制台为从控制台。也可以采用PLC作为信号系统的控制系统，可在井口、井底、车房信号台给用一个PLC亦可以只在井口使用PLC，原理和使用继电器的一样，都通过井口信号工的信号确认以及转发，完成信号系统的功能。方案一采用继电器和主令开关构成主回路。采用点信号来代表各种提升信号。例如以一长点表示要罐,一长两短表示上行,一长三短表示下行,

18两短表示提物,三短表示提人等等。这种信号系统结构简单、操作方便,但存在如下缺点:(1)由于无法保存和复现点数,所以信号识别全凭操作者的听觉和视觉,容易造成信号的误认和误传,因信号的误认和误传而导致的提升事故屡见不鲜。(2)信号之间、信号系统与提升机电控系统之间没有联锁,井口总信号工和司机的操作不受制约,很容易因误操作而引发事故。(3)声光信号一瞬即逝,无据可查,一旦发生事故,给事故分析带来困难,很难找出真正的事故原因,致使同类事故重复发生。(4)由于信号稍纵即逝,操作人员的精力必须高度集中,加重了工人的负担。以上缺点严重影响了提升机运行的平安，传统的继电器信号系统为有触点系统，元件易发生故障。工作可靠性差，一旦控制或闭锁失灵，那么事故将不可防止。此信号系统正在被淘汰。方案二该控制系统采用了先进的数字通信技术,该系统分上井口、下井口和绞车房三个控制台,各控制台采用MCS89C51单片机作CPU,控制台通过单片机的串行口来实现主从式多级通讯,系统以上井口控制台作为主控制台,下井口、绞车房控制台为从控制台。下井口到上井口需两对电缆。各控制台还配有数字、汉字提示,语音提示,这样既照顾了操作人员的习惯操作,又减轻了工作人员的负担。同时,增加了信号的存储功能,便于以后的查证。系统采用分时的半双工通讯电路,通过改变电平来分时完成对下井口和绞车房的通讯。其原理框图见下列图所示。

193-2系统原理框图新型矿井提升机信号装置在系统设计中应用了先进的单片机技术、数字通信技术和汉字显示技术,具有声光兼备、汉字显示、数字存储、故障诊断、平安闭锁保护等特点。尤其在通信方面,采用了数字通信技术,只需两对普通电缆,且信号种类和数量不受限制,提高了信号传输的可靠性和灵活性,功能灵活多样,扩展方便。新型矿井提升机信号装置的使用有效地解决了在微机系统中信号的远距离传输和可靠性问题。该控制系统功能齐全，下井口到上井口只需两对电缆,既方便又经济。各控制台还配有数字、汉字提示,语音提示,这样既照顾了操作人员的习惯操作,又减轻了工作人员的负担。同时,增加了信号的存储功能,便于以后的查证。但煤矿工作环境恶劣,各种电机的频繁启动与运行引起的电磁干扰以及电网的不稳定,对通讯信号和通讯装置都将产生巨大的影响。方案三在井口信号台使用PLC，井底只进行按钮操作，车房只能显示输出结果：如文字显示各种工作执行信号和罐位信号，声音提示运行状态及故障。各局部的逻辑控制中心均由日本三菱公司生产的PLC所构成。信号有模拟信号和数字信号，大局部是开关量，可直接传送给PLC，模拟信号由电量变送器再用模拟输入模块FX2N-2AD传送给PLC。各局部之间的信号经信号确认，直接转发到PLC。车房信号台安装在绞车司机房内,井口、井下信号台分别安装在井口、井下的信号房内。井口、井下罐位信号由光电开关采集。该控制系统原理框图见下列图2-3所示。　该系统的信号的发送方式：(1)转发方式。井下的信号必须经由井口转发,不得越过井口信号工直接向车房发送,井口信号工必须在井下信号发出后,才能发出信号。当井口信号和井下信号一致时,该信号才能传到车房,否那么无效,需井口信号工重发。在信号发出的同时,井口、井下均有灯光显示、声音提示、数字记忆。记忆的数字直到下一个信号发出才会消失。(2)直发方式。停车(急停)信号采用直接向车房发送的方式,不经上井口转发以保证快速停车。当急停信号发出后,其他指令信号均不能发出,并能闭锁提升机平安控制回路。当信号为慢上、慢下时能闭锁提升机的高速运转控制回路。该控制系统对对信号系统进行检测和控制，增加并完善信号装置的功能，使提升设备的工作更加平安可靠。方案二和三的控制系统都比拟平安

20、可靠，且能够实现设计要求。两者的控制系统一个为单片机，另一各为PLC。为了进行方案确定，我们首先看一下两者的区别：PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原那么而设3-3PLC控制系统原理框图

21图3-4PLC控制系统示意图计。通过以上几种方案综合考虑，但由于煤矿工作环境恶劣,各种电机的频繁启动与运行引起的电磁干扰以及电网的不稳定,对通讯信号和通讯装置都将产生巨大的影响。它具以下特点：〔1〕可靠性高，抗干扰能力强。高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的FX系列PLC平均无故障时间高达30万小时。一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间那么更长。从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性。(2〕配套齐全，功能完善，适用性强。PLC开展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的开展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。（3）易学易用，深受工程技术人员欢送

22PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制翻开了方便之门。〔4〕系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。〔5〕体积小，重量轻，能耗低以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。总之，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类。〔1〕开关量的逻辑控制这是PLC最根本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。〔2〕模拟量控制在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量〔Analog〕和数字量〔Digital〕之间的A/D转换及D/A转换。PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。〔3〕运动控制PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。

23〔4〕过程控制过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型PLC都有PID模块，目前许多小型PLC也具有此功能模块。PID处理一般是运行专用的PID子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。〔5〕数据处理现代PLC具有数学运算〔含矩阵运算、函数运算、逻辑运算〕、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比拟，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。〔6〕通信及联网PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的开展，工厂自动化网络开展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。不同厂家的PLC有相同的工作原理，类似的功能和指标，有一定的互换性，质量有保证，编程软件正朝标准化方向迈进。这正是PLC获得广泛应用的根底。而单片机应用系统那么是八仙过海，各显神通，功能千差万别，质量参差不齐，学习、使用和维护都很困难。单片机的编程麻烦，可读性差，实时控制不太占优势，但是他的本钱低，控制方式比拟灵活，而PLC对于实时控制来说就比拟优越，他的编程方式简单，可以用指令或是梯形图来进行编程，易学易懂，但是本钱较高，适合用于工业控制。最后，我们从工程的角度看，对单项工程或重复数极少的工程，采用PLC方案是明智、快捷的途径，成功率高，可靠性好，手尾少，但本钱较高。对于量大的配套工程，采用单片机系统具有本钱低、效益高的优点，但这要有相当的研发力量和行业经验才能使系统稳定、可靠地运行。最好的方法是单片机系统嵌入PLC的功能，这样可大大简化单片机系统的研制时间，性能得到保障，效益也就有保证。

24对于本设计，由于矿井工作环境比拟恶劣，且常用事故发生，各种电机的频繁启动与运行引起的电磁干扰以及电网的不稳定,对通讯信号和通讯装置都将产生巨大的影响。故可采用方案三作为此次毕业设计信号系统的控制系统。3.4通信系统的主要技术指标　　在模拟信道中，我们常用带宽表示信道传输信息的能力，带宽即传输信号的最高频率与最低频率之差。理论分析说明，模拟信道的带宽或信噪比越大，信道的极限传输速率也越高。这也是为什么我们总是努力提高通信信道带宽的原因。　　在数字信道中，比特率是数字信号的传输速率，它用单位时间内传输的二进制代码的有效位(bit)数来表示，其单位为每秒比特数bit/s(bps)、每秒千比特数(Kbps)或每秒兆比特数(Mbps)来表示(此处K和M分别为1000和1000000，而不是涉及计算机存储器容量时的1024和1048576)。　　波特率指数据信号对载波的调制速率，它用单位时间内载波调制状态改变次数来表示，其单位为波特(Baud)。波特率与比特率的关系为：比特率=波特率X单个调制状态对应的二进制位数。显然，两相调制(单个调制状态对应1个二进制位)的比特率等于波特率；四相调制(单个调制状态对应2个二进制位)的比特率为波特率的两倍；八相调制(单个调制状态对应3个二进制位)的比特率为波特率的三倍；依次类推。　　误码率指在数据传输中的错误率。在计算机网络中一般要求数字信号误码率低于10^(-6)。数据传输方式(DataTransmissionMode)一、基带信号与宽带信号以及它们的传输　　基带信号(BasebandSignal)直接用两种不同的电压来表示数字信号1和0，因此我们将对应矩形电脉冲信号的固有频率称为"基带"，相应的信号称为基带信号。基带传输(Baseband

25Transmission)指通过有线信道直接传输基带信号，一般用于传输距离较近的数字通信系统，如基带局域网系统。　　为了充分利用通信干线的通信能力，人们广泛使用多路复用(Multiplex)技术，即让多路通信信道同时共用一条线路。多路复用可分为频分多路复用和时分多路复用。·频分多路复用　　当我们采用宽带信号时，由于同一线路上不同频率的各路信道互不干扰地同时传输各自的信号，我们称之为频分多路复用(Frequency-DivisionMultiplexing)。频分多路复用常用于宽带网络中。·时分多路复用　　当我们采用基带信号时，如让各路通信按时间顺序瞬时地分别占有线路的整个频带，并周期性地重复此过程，该线路就按时间分隔成了多个逻辑信道，我们称之为时分多路复用(TimeMultiplexing)。其中，同步分时多路通信可以确定每个信道何时使用线路；反之那么称为异步分时多路通信。时分多路复用常用于基带网络中。二、并行与串行方式(Parallel&SerialMode)　　根据一次传输数位的多少可将基带传输分为并行(Parallel)方式和串行(Serial)方式，前者是通过一组传输线多位同时传输数字数据，后者是通过一对传输线逐位传输数字代码。通常，计算机内部以及计算机与并行打印机之间采用并行方式，而传输距离较远的数字通信系统多采用串行方式。　　并行传输方式要求并行的各条线路同步，因此需要传输定时和控制信号，而并行的各路信号在经过转发与放大处理时，将引起不同的延迟与畸变，故较难实现并行同步。假设采用更复杂的技术、设备与线路，其本钱会显著上升。故在远距离数字通信中一般不使用并行方式。串行通信双方常以数据帧为单位传输信息，但由于串行方式只能逐位传输数据，因此，在发送方需要进行信号的并/串转换，而接收方那么需要进行信号的串/并转换。第4章硬件及控制系统设计

264.1提升机主回路局部设计主回路用于供应提升电动机电源，实现失压、过流保护，控制电机的转向和调节转速。主回路由高压开关柜、高压换向器的常开触头、动力制动接触器的常开主触头、动力制动电源装置、提升电动机、电机转子电阻、加速接触器的常开主触头和装在司机操作台上的指示电流表和电压表等组成。系统原理图如图4-1所示。

27图4-1提升机主回路系统原理图

28主拖动电机选择：鼠笼式异步电动机尽管结构简单、价格廉价、维护方便，但很难满足提升机启动和调速性能的要求，因此，矿井提升机交流拖动系统均选用绕线式异步电动机作为主拖动电动机，绕线式异步电动机转子串电阻后能限制启动电流和提高启动转矩，并能在一定范围内进行调速。地面变电所送来的二路6kv电源，一路工作，一路备用，经tgg-6型高压开关柜的隔离开关glk1、油开关gyd、高压换向器线路接触器xlc的主触头、正向〔或反向〕接触器zc〔或fc〕后到主电机的定子。在高压开关柜内还设有电压互感器yh，失压服扣线圈syq，电流互感器lh和过流脱扣线圈glq，用于失压或过流保护。在syq线圈回路中还串联接有紧急停车开关jtk1和换向器室栏栅门闭锁开关lsk。4.2制动回路设计矿井提升机大多数采用绕线式异步电动机来拖动，且多数场合下采用有级切换转子回路电阻来实现调速。其制动系统多采用可控硅动力制动和可调闸制动系统。前者为电气制动，后者为机械制动。提升机在减速段运行中，当速度在0～5%范围内，电气制动起作用，可调闸不起作用；当超速在5%～10%范围内，电气制动限幅，并维持最大制动功率，同时可调闸起作用，总制动力矩增大；当超速10%时，过速继电器gsj1作用于平安回路，可调闸将提升机滚筒闸住。晶闸管动力电源装置主要有两局部组成，一局部为主回路，另一局部为触发回路。本文设计中采用kzg型三相可控硅动力制动系统。此系统为单闭环动力制动系统，系统方框图如图3所示，从图中可以看出速度偏差控制和脚踏控制是“或〞

29的关系，哪个信号大，就允许哪个信号通过，亦即相应的控制方式发挥作用。因此，单闭环控制时司机可以脚踏制动进行控制，而在脚踏控制时，如提升机超速，闭环系统又可起监视保护作用。晶闸管整流器及其触发装置成套地装在电源柜中，动力制动电源装置输出电压的大小与触发装置输入的控制信号电压的上下有关。图4-2动力制动电压形成回路控制信号电压由两个回路组成一个或门电路，如图5所示。只要其中之一到达触发要求时，即可使晶闸管触发起制动作用。这两个回路，一个是由实际速度与给定速度形成的速度偏差值，自动控制cf3磁放大器的输出和动力制动输出，另一条回路由司机控制自整角机cd2的输出以实现人工调节。在人工控制动力制动系统时，由司机控制脚踏板带动自整角机cd2发生控制电压。调整时应使其与磁放大器cf3的输出相配合。当脚跟刚刚踩下，脚尖尚未下踏时，相当于控制开关闭和，使dzc得电吸合，晶闸管动力制动投入，但此时自整角机cd2输出很小，动力制动电流最小。当司机脚尖踏下后，自整角机cd2输出最大。在脚踏动力制动与cf3输出回路中，分别由z1和z2两个二极管组成一个或门电路，此两种控制信号成并联关系，互不影响。

304.3行程检测与显示利用旋转编码器将提升机的运行位置转化为脉冲，plc对此脉冲进行高速计数，通过相应的计算自动生成提升机位置的相关数据，传送到plc内部高速计数器的存储单元。为了提高计数器的脉冲精度，选用日本omron公司的e6c-cwsc型可逆旋转编码器，其脉冲准确精度高，在低速时不会丧失脉冲。为了便于提升机司机操作，提升机电控系统需设置可靠的行程显示装置〔又称深度指示器〕用于显示提升容器在井筒中的位置。本文设计根据编码器所测的运行距离〔0～570m〕，采用3个led七段显示器作为提升机位置的显示。图4-3PLC数字显示电路图4-3路中，用具有锁存，译码，驱动功能的芯片cd4513驱动共阴极led七段显示器，三只cd45

31-13的数据输入端a～d共用可编程控制器的4个输出端，其中a为最低位，d为最高位。le是锁存使能输入端，在le信号的上升沿将数据输入端输入的bcd数锁存在片内的存放器中，并将该数译码后显示出来。如果输入的不是十进制数，显示器熄灭。le为高电平时，显示的数不受数据输入信号的影响。显然，n个显示器占用的输出点数为：4+n。4.4主控plc控制电路设计目前，在国产煤矿提升机控制系统中，plc主要用于处理开关量，以替代老式提升机控制系统中众多的继电器、接触器、复杂的连线以及信号显示系统，而涉及到提升机平安运行的制动系统中的模拟量和自动调节过程，大多还是通过用半导体器件、运算放大器等可调闸和可控硅动力制动的普通电子模式来处理。使用过程中经常会出现零点漂移、电子元件损坏，并且存在维修及重新调试难、可靠性差等缺点，因而使提升机电控系统的可靠性降低。针对上述问题，深入研究用plc控制煤矿提升机控制系统是非常必要的。本文中主控单元可编程序控制器〔plc〕设计，由一个cpu226主机和两片i/o扩展模块em223和em222组成，设计含有40个输入点40个输出点，那么具体i/o接线如图4-4所示。

32图4-4plc电路及扩展i/o接线4.5PLC控制软件设计plc控制软件主程序流程图如图4-5所示〔1〕初始化子程序用于对高速计数器hsc0和hsc1进行以下操作：写控制字，定义工作模式，清零，写设定值，设置定时中断，连接中断，启动计数。〔2〕制动油泵、润滑油泵、动力制动电源、五通阀电磁铁、四通阀电磁铁和平安阀电磁铁等的控制属于交流提升机平安运行所需辅助设备的控制。〔3〕制动油过压信号、制动油过热信号和润滑油过压信号的显示控制用于交流提升机工作状态的显示控制。〔4〕调绳闭锁回路是在调绳过程中起平安保护作用。双卷简提升机换水平调绳时，调绳转换开关1hk-3断开，使调绳连锁环节串入平安回路。正常运行时，lhk-3接通，调绳连锁不起作用。

33〔5〕提升信号回路用于对交流提升电动机启动或减速作好准备。〔6〕位置测量子程序用于测量提升机在矿井中的位置。〔7〕行程显示子程序根据旋转编码器的脉冲个数来显示当前的行程位置。〔8〕减速信号回路和减速信号铃用于减速控制并且发出铃声提示信号。〔9〕自动换向工作回路和手动正反转工作回路分别用于自动和手动方式下对交流提升电动机进行正反转控制。〔10〕平安回路用于防止和防止交流提升机发生意外事故。〔11〕定时器控制回路和转子电阻通断控制用于交流提升电动机启动或减速时的转子电阻切换控制。〔12〕动力制动回路用于动力制动电源的投入与切除控制。〔13〕脚踏制动联锁和工作闸继电器用于交流提升电动机制动控制。

34图4-5主程序控制流程图

354.6可编程控制系统的保护环节〔1〕主电源断电保护当主电源断路器断开，会使继电器KA27动作，中继KA27的两路KA27-1,KA27-2送入PLC主备系统内部进行保护，另一路常开触点KA27-3通过平安回路进行硬保护，一旦主失电回路断开平安回路，实施平安制动。〔2〕制动油超压保护当液压站制动油压超压时，会使机械闸制动力缺乏，严重时不能制动。KA29为制动油过压中继，当制动油过压时，其电接点压力表上限开关闭合，KA29继电器通电，其常闭点翻开。控制系统对制动油压进行两路保护，继电器KA29的一路KA29-1,KA29-2送入PLC主备系统内部进行保护，另一路KA29-3通过平安回路进行硬保护，从而保证了更高的平安性。〔3〕松绳保护提升机在运行过程中如发生松绳现象，很容易发生断绳事故，特别是斜井提升机常因提升机加(减)速度与自然加(减)速度不吻合时产生松绳。发生松绳现象时，调节5秒后，假设没有消除松绳现象，断开平安回路制动动。图图4-6平安回路原理图

36第5章系统调试软件和PLC程序设计5.1系统调试软件GXDeveloperGXDeveloper是三菱PLC的编程软件。适用于Q、QnU、QS、QnA、AnS、AnA、FX等全系列可编程控制器。支持梯形图、指令表、SFC、ST及FB、Label语言程序设计，网络参数设定，可进行程序的线上更改、监控及调试，具有异地读写PLC程序功能。GXDeveloper的特点：  1.软件的共通化GXDeveloper能够制作Q系列，QnA系列，A系列〔包括运动控制〔SCPU〕〕,FX系列的数据,能够转换成GPPQ,GPPA格式的文档。此外，选择FX系列的情况下，还能变换成FXGP(DOS),FXGP(WIN)格式的文档。 2.利用Windows的优越性，使操作性飞跃上升能够将Excel,Word等作成的说明数据进行复制，粘贴，并有效利用。3.程序的标准化(1)标号编程用标号编程制作可编程控制器程序的话，就不需要认识软元件的号码而能够根据标示制作成标准程序。用标号编程做成的程序能够依据汇编从而作为实际的程序来使用。(2)功能块〔以下，略称作FB〕FB是以提高顺序程序的开发效率为目的而开发的一种功能。把开发顺序程序时反复使用的顺序程序回路块零件化，使得顺序程序的开发变得容易。此外，零件化后，能够防止将其运用到别的顺序程序时的顺序输入错误。(3)宏只要在任意的回路模式上加上名字〔宏定义名〕登录〔宏登录〕到文档，然后输入简单的命令就能够读出登录过的回路模式，变更软元件就能够灵活利用了。4.能够简单设定和其他站点的链接由于连接对象的指定被图形化而构筑成复杂的系统的情况下也能够简单的设定。5.能够用各种方法和可编程控制器CPU连接(1)经由串行通讯口(2)经由USB(3)经由MELSECNET/10(H)计算机插板(4)经由MELSECNET(Ⅱ)计算机插板(5)经由CC-Link计算机插板(6)经由Ethernet计算机插板(7)经由CPU计算机插板(8)经由AF计算机插板  6.丰富的调试功能(1)

37由于运用了梯形图逻辑测试功能，能够更加简单的进行调试作业。  (a)没有必要再和可编程控制器连接。  (b)没有必要制作条使用的顺序程序。(2)在帮助中有CPU错误，特殊继电器/特殊存放器的说明，所以对于在线中发生错误，或者是程序制作中想知道特殊继电器/特殊存放器的内容的情况下提供非常大的便利。。(3)数据制作中发生错误况时，会显示是什么原因或是显示消息，所以数据制作的时间能够大幅度缩短。5.2PLC梯形图〔附录〕5.3系统抗干扰措施抗干扰的主要措施有：1.数据采集采用屏蔽电缆，所有屏蔽电缆层汇线接地，多芯电缆中的备用芯线也要一端接地，这样可扩大屏蔽作用，并抑制芯线间干扰。必要时可采用带有屏蔽层的输入和输出信号电缆。2.信号回路汇线接，输入信号电缆、输出信号电缆和电力电缆都要分开敷设，不能扎在一起，信号电缆接线端子均安装在柜体下侧。3.所有机柜、操作台等均需保护接地，台柜内需有独立的PLC直流地、机壳平安地、电缆屏蔽地接地端子，与结构内部未接地电路板在电气上隔电源柜、动力柜、变频柜进线方式均为:下进下出。4.引至PLC柜的电缆要尽量远离那些会产生电磁干扰的装置。5.同一电平等级的信号才能用一条多芯电缆传输。因此对数字信号和模拟信号，在任何情况下，都必须分开电缆进行传输。低电平信号线应与其它信号线分开。尽量缩短模拟量v0信号线的长度，并采用双芯屏蔽线作为信号线。6.保证PLC柜良好的通风环境，在设备现场，要充分考虑周围环境的影响，尽量不要将PLC安装在多尘、有油烟、有导电灰尘、有腐蚀性气体、振动、热源或潮湿的地方。第6章设计心得

38毕业设计是我本科学习阶段一次非常难得的理论与实际相结合的时机，通过这次设计矿井提升机PLC控制，我摆脱了单纯的理论知识学习状态。通过实际设计相结合，锻炼了我综合运用所学的专业根底知识，解决实际工程问题的能力，同时也提高我查阅文献资料、设计手册、设计标准以及电脑制图等其他专业能力水平。通过设计PLC控制矿井提升机要到达“稳、准、快〞的要求，这就要求我们的设计必须严密、可靠。通过这次毕业设计，提高了我的意志力和品质力，提升了自己的忍耐力，懂得了怎样缓解压力，学会了独立思考、逻辑思维、提出问题、分析问题、解决问题的方法。这是我们希望看到的，也正是我们进行毕业设计的目的所在。虽然毕业设计内容繁多，过程繁琐，但我的收获却更加丰富。通过与韩老师的沟通和交流，我了解到此系统的适用条件，此设备的选用标准，以及各种器件适用性。我的能力也得到了提高，提高是有限的但提高也是全面的，正是这一次设计让我积累了很多实际经验，必然会让我在未来的工作学习中表现出更高的应变能力，更强的沟通力和理解力。最终按质按量完本钱次设计非常感谢各位老师的指导与帮助。顺利如期的完本钱次毕业设计给了我很大的信心，让我了解专业知识的同时也对本专业的开展前景充满信心。发现问题，面对问题，才有可能解决问题。缺乏和遗憾不会给我打击只会更好的鞭策我前行，今后我更会关注新技术新设备新工艺的出现，并争取尽快的掌握这些先进的知识，更好的为社会做出应有的奉献，为祖国的四化效劳。第7章致谢

39矿井提升机技术是一项专业技术，它涉及到电气控制专业的诸多课程。通过此次设计我对自己所学根底理论、专业知识和根本技能进行了综合的检验。本文是在导师韩立瑞老师的悉心指导下完成的，导师严谨求实的治学态度、正直坦荡的为人风范使我受益匪浅，令我学到了很多新的专业知识，在处理问题方面也有了很大的进步。老师以身作那么，工作兢兢业业，待人热情诚恳，起到了很好的模范带头作用，为我以后人生道路上的成长作出了表率，谨此向导师致以崇高的敬意和衷心的感谢！在课题选题和研究过程中，还等到了其他老师和同学的帮助。在这里特别要感谢董云云老师对我提供的帮助与指导，对其他给予帮助的老师们表示我诚挚的谢意，对给予帮助的同学们表示衷心的感谢和谢意。本次设计的顺利完成，离不开学院领导对我们的大力支持，使我们得以有丰富的设备资源，能够学习很多的科学前沿知识，对此表示衷心的感谢。鉴于本人所学知识有限，经验缺乏，又是初次研究这种复杂的设计。在此过程中难免存在一些错误和缺乏之处，恳请各位老师给予批评和指正。参考文献

401.王庭有等编著.可编程控制器原理及应用.第二版.北京：国防工业出版社20212.3.范永生、王岷编.电气控制与PLC应用.第二版。北京：中国电力出版社20074.常晓玲主编.电气控制系统与可编程控制器.北京：机械工业出版社，20215.宋伯生编著.PLC编程使用指南.机械工业出版社，20076.卢燕主编，矿井提升机电力拖动与控制，北京，冶金工业出版社，20017.王清灵等，现代矿井提升机电控系统，北京，机械工业出版社，1996.8.司玉海，PLC在煤矿提升机控制系统的应用研究，科技情报开发与9.10.