基于PLC的矿井提升机控制系统设计【实用文档】doc

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1前言基于PLC的矿井提升机控制系统设计【实用文档】doc文档可直接使用可编辑，欢迎下载1.1提升机的发展过程及现状向矿井提升机是铁矿安全生产的关键设备之一，其作用是提升矿粉、升降人员和下放物料等，在整个铁矿生产中占有十分重要的地位。矿井提升机安全、可靠、高效、准确地运行集中体现在其电气控制系统中,电控系统性能的优劣直接影响全矿的安全生产及矿工生命的安全。现代矿井提升机的发展与现代电力传动及其控制技术的发展密切相关。根据受控电动机类型的不同,矿井提升机可分为直流驱动提升机和交流驱动提升机两大类。由于交流电动机有结构简单、紧凑、坚固、容量大、价格低廉、应用场合广泛和直接使用交流三相电源等优点，因而交流驱动提升机得到了广泛的应用。在２０世纪7０年代前,矿井提升机大多采用交流驱动系统，但是由于其调速能力较差，很难适用于调速性能要求较高的场合。直流电动机具有良好的启、制动性能，可在大范围内平滑调速，调速性能指标远优于交流电动机，因此在20世纪70年代后，随着大功率可控硅的使用、电子控制技术和装置的发展，直流驱动提升机逐渐在大中型铁矿中占据了主导地位。随着电力电子器件、微电子控制技术和交流调速控制理论的发展,交流驱动逐渐获得了与直流驱动相同的控制特性,并在高性能交流驱动应用中获得了根本性的突破,成为大容量提升机的首选方案。目前国内铁矿企业,井下提升机大多采用交流绕线式异步电动机转子串电阻的调速方案。提升机电控系统经历了由继电器控制、分离元件控制、模拟电路控制到微电子(计算机)控制的发展历程，目前数字控制系统已广泛应用于提升机控制系统中。采用数字控制技术后，提升机电控系统具有结构简单、控制精度高、系统功能开发简单等优点；特别是其具有智能化的信息采集、故障诊断和在线检测等功能，极大地提高了系统的可靠性，缩短了查找和排除故障的时间，降低了维护成本.1.2主要存在的问题虽然交流提升机在调速性能上获得了根本性的突破,成为大容量提升机的首选方案,但是由交流电动机的基本原理可知，由定子传入转子的电磁功率Pｍ可分为两部分:一部分是驱动负载的有效功率P＝（1－ｓ）Pm；另一部分是转差功率Ｐ＝sＰｍ,与转差率s成正比。根据转差功率的大小及消耗情况，交流调速系统可分为如下三类：(1）转差功率消耗型调速系统:全部转差功率都被转换成热能而消耗掉。这类调速方式有定子调压调速、电磁离合器调速、绕线式异步电动机转子串电阻调速等。这类调速系统是以增加转差功率的消耗来换取转速降低的,转速越低，效率越低。(2）转差功率回馈型调速系统：少部分转差功率被消耗掉，大部分通过变流装置回馈电网或转化为机械能予以利用。绕线式异步电动机串级调速就属这类。转速越低,回馈功率就越多。但这类调速方式用于矿井提升机的较少。(3)转差功率不变型调速系统：这类系统中，无论转速高低,所消耗的转差功率都基本不变。变级调速和变频调速即属于这类调速系统。无论采用哪种调速方案，转差功率调速系统中转子消耗是不可避免的,于是造成了能源的浪费。特别是目前中小型矿井提升机广泛采用的绕线式异步电动机转子串电阻调速方式,属于转差功率消耗型调速系统，虽在负力提升情况下，可通过一定装置来实现能量的回馈,但效率依然很低.1.3系统设计方案选择可编程控制系统(ＰrogrａｍmaｂleＬogｉcController）是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作电子系统.它采用一种可编程的存储器，在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，通过数字式或模拟式的输入输出来控制各种类型的机械设备或生产过程，使高可靠性的数字控制系统在较低成本价格上得以实现,越来越受到广大用户的青睐,成为当今自动化电气控制的主流.液粘调速离合器是根据流体力学中关于液体粘性定义及牛顿内摩擦定律理论而研制成功的新型传动装置。它可以实现平滑的无级调速，摩擦副在分离状态下使工作机起动,起动电流也大大降低,因而避免了电阻投切造成的能源浪费，同时大惯量工作机缓慢加速，可以防止过载，并且调速反应灵敏，转速控制精度高,能够实现手动控制和远程控制。在目前国内铁矿企业生产条件急需改善、设备急需更新的情况下，将可编程控制器用作提升机控制系统，调速装置采用液粘调速离合器,将使提升机在运行特性、调速范围、节电效果等各项经济技术指标均明显提高。本系统具体设计方案是采用光电编码器采样提升机滚筒的转速信号，电流互感器在电动机定子侧采样电流信号，经过可编程控制器的A／D，D/A模块转换，构成转速、电流负反馈控制。利用可编程控制器的内置PID模块构成转速、电流PI调节器,然后通过模拟量输出模块来控制液粘调速离合器电液比例溢流阀，从而达到控制提升机调速的目的。该系统研制成功后，可解决旧系统体积大、维护困难、效率低等一系列问题.同时采用笼型电机拖动,将使系统静特性明显变硬,调速范围也将显著加宽，并且节电效果可达30％左右，可成为井下提升机更新换代的理想设备。２系统总体方案设计2．1系统设计要求２。1。1系统控制要求(１)矿井提升机是整个铁矿安全生产的关键,其安全可靠性直接关系到全矿的生产和矿工的生命安全.由于铁矿井下生产环境恶劣,运行情况复杂,各种操作频繁，因此对提升机电控系统来说,除了能够满足各种复杂的控制要求外，更重要的是其可靠性和安全保障。(2）要求具有很好的调速性能，能够精确地完成井下提升的整个运行过程。(3）可以重载起动,有一定的过载能力。（4）工作方式转换容易，易于实现自动化.（5）技术先进，维护简单、方便,在保证安全可靠运行前提下，控制线路简洁明了,便于维修和排除故障。（6)尽量降低投资成本，减少运行费用，提高节电效果和经济效益。2．1.2系统控制速度图矿井提升机的工作过程一般经历加速、等速、减速三个运行阶段。本系统设计中采用井底初加速、等速，井筒主加速、等速和井口减速运行等阶段。系统速度控制如图2—１所示。图2-1提升速度图及循环时间计算表开始时，在井口平车场空车线上的空车串,由井口推车器以a１加速至V０＝1.Om/s低速，向下推进。同时，井底的重车串上提,当全部重车串进入井筒后,提升机以ａ２加速到最大提升速度Ｖm，并等速运行至井口，在空车串运行到井底时，提升机以a3减速,使之由Vm减至V０，进入井底车场时,减速停车。这时，在井口平车场内的重车串借惯性继续前进,当行至摘挂钩位置时，摘钩并挂空车。同时井下也摘掉空车并挂上重车，然后打开井口空车线上的阻车器,进入下一个提升循环。如图2-１所示,提升机在各运行阶段的参数预置如下，关于时间及距离的设置及计算在脉冲单元的计算中再详加说明。a。系统最大提升速度Vm=5.Oｍ/s;b．井下平车场平均速度Ｖ０＝1．0ｍ/ｓ；c．井下平车场加、减速度a1＝a4＝0．3ｍ/s2；d。井筒中主加、减速度a2=ａ3=0.5m/s２；2。2系统硬件设计矿井提升机硬件结构主要包括控制系统、调速装置、放大驱动系统、换向回路、安全回路等部分，本系统硬件设计构成如图2-2所示.控制操作台控制操作台井底装载井口卸载检测传感器报警显示 PLC控制系统光电编码器放大驱动闸控回路换向回路安全回路提升机滚筒液粘装置图2－2系统硬件组成采用PLC作主控制系统，分别接收来自司机操作台、检测系统、放大驱动控制系统、闸控回路、安全回路、井筒信号系统、报警显示和外部各个监测元件的信息，这些信息多数首先要经过主控程序的相应处理，并将相应的信息和指令发送到上述各个系统中，来控制提升机系统运行。主控系统的软件主要用来执行提升机运行的逻辑、比较、顺序控制、算术计算和位置控制等功能。其控制过程主要是通过光电编码器采样提升机滚筒转速信号，电流互感器在电动机定子侧采样电流信号，经过可编程控制器的A/D,D／A模块转换,构成转速、电流负反馈控制；利用可编程控制器的内置ＰＩD（比例、微分、积分的缩写）模块构成转速、电流PI调节器。通过模拟量输出模块控制电液比例溢流阀，从而控制液粘调速离合器达到调速的目的.根据PLC的控制性能和液粘调速离合器的调速特性，可实现提升机全自动、手动和检修操作方式，各种操作方式均由司机通过控制操作台进行控制。在全自动运行方式下,不需要司机操作，只要井底装载和井口卸载完成,发出完成信号,提升机就自动起车，通过井底初加速和井筒主加速，进入等速运行，过减速点后,按给定速度图减速、停车,并完成装载和卸载全过程;在手动控制和检修运行方式下，井口给出开车控制信号后,由司机通过行程开关控制车组在各阶段的运行过程，停车及装、卸载过程仍由系统自动控制完成。为操作及检修的方便,首先PLC内部自检功能的故障输出接点直接进入安全回路，一旦PLC出现故障,安全回路便立即动作,实现安全制动;同时系统中各种相应的运行状态和各个外部线路，在ＰＬC的输入和输出模块上,都要有相应的指示,通过指示灯可以直接判断信号传输是否正常。2.3可编程控制器(PLＣ）的特点及选型２.３。1PLC特点及应用可编程控制器（ProgrammablｅLoｇicController)是计算机技术与自动化控制技术相结合而开发的一种适用工业环境的新型通用自动控制装置,是作为传统继电器的替换产品而出现的。它采用一种可编程的存储器，在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，通过数字式或模拟式的输入输出来控制各种类型的机械设备或生产过程。随着微电子技术和计算机技术的迅猛发展，可编程控制器更多地具有了计算机的功能，不仅能实现逻辑控制、定时控制、计数控制、顺序（步进）控制，还具有了模拟量控制、闭环过程控制、数据处理和通信联网等功能。由于可编程控制器可通过软件来改变控制过程,并且编程简单，同时采用了模块化结构设计,易于扩展和拆装,因而具有体积小，功耗低，可靠性高，组装维护方便,控制功能完善和抗干扰能力强等特点,已广泛应用于工业控制的各个领域,成为当今自动化电气控制的主流。２。３．2可编程控制器的选型本设计的主要控制过程是利用可编程控制器的Ａ/D,D/A模块和可编程控制器内置的PID模块构成提升机系统的转速、电流PI调节器,通过ＰLC的模拟量输出模块来控制液粘调速离合器的电液比例溢流阀，从而调节控制油压，该油压经控制油入口进入油缸,推动活塞，通过对摩擦副施加不同压力来改变主、被动片间的油膜厚度,从而实现对输出轴转速的调节，以实现提升机调速运行的要求。整个控制系统除了用到PＬC逻辑控制、定时控制和计数控制等基本控制功能外，关键是要用到PLC的高级控制单元，主要包括A／D、D/A单元，脉冲输出单元、位置控制单元和PIＤ模块等。现代大中型的PＬC一般都配备了专门的Ａ／Ｄ和Ｄ/A转换模块，可以将现场需要控制的模拟量通过A/Ｄ模块转换为数字量,经微处理器运算处理后,再通过D／A模块转换，变成模拟量去控制被控对象。同时大中型ＰＬC也配备了ＰID控制模块,当控制过程中某一变量出现偏差时,PＬC就按照PIＤ算法去调节该控制过程，把变量保持在某一整定值范围内.在本系统中，可选用日本松下电工公司生产的中型PLC—ＦP３机.其性能特点简介如下：（1)FP3机具有快速的CPU处理速度,最多可控制20４8个I/O点，具有16K步的大程序容量和EＰROM写入功能，并提供了288条方便指令,编程工具功能强大。ＣＰU中具有中断功能、调试和测试运行功能，在程序运行过程中可利用中继功能执行高优先级的中断程序。编程器具有注释功能等,可在程序中插入注释，便于以后的检查与调试。（2）FP3机CPU单元除具有一般功能的控制单元外，还具有功能完善的A/D、D/Ａ单元，脉冲输出单元、位置控制单元和进行PＩD处理等特殊功能模块。并且在FＰ３的高级单元内部一般自带有CPU和存储器,只要在初始化时,由FP3的ＣＰU单元将控制字写入其内部存储器中,则这些存储器即可独立运行.高级单元内部的存储器可由该单元与CPU共享，ＣPＵ单元只要用专用的读/写指令即可对之进行读或写.(3)FP３机I/0分配采用自由编址方式，为用户提供灵活便利的使用条件，其编址方式可通过两种方式来实现，一种是根据各单元在底板上插放的位置确定该单元所用点的地址,另一种是使用编程工具设定各单元的地址。（４)FP3机采用模块化结构设计,使其具有如下突出优点：a。组装灵活。可以根据生产需要随时更换或扩充,使整个系统更快地适应产品更新换代的要求。ｂ.维修方便。出现故障时,只需更换部分芯片或功能模块即可，使停机修理的时间和费用降至最低限度。c.对各种功能的模块可以根据需要进行生产,随时改进其设计、不断完善，有利于提高质量、降低成本。2．4液粘调速离合器本系统中提升机的调速装置采用液体粘性调速离合器(也称液粘调速离合器、液粘离合器）。液体粘性调速离合器是依据牛顿液体内摩擦定律,即液体的粘性和油膜的剪切作用而研制成功的一种新型流体传动装置。本系统中使用YL－８型液体粘性调速离合器，是辽宁华孚石油高科技股份有限公司最新开发、研制成功的高效节能产品.2。4.1结构及工作原理YL—8型液体粘性调速离合器由主机和液压系统两大部分组成。主机由主动部分、被动部分和加压分离部分等构成。主动部分包括主动轴和主动摩擦片,它们以花键相联，并可作轴向自由滑动;被动部分包括被动轴、被动盘、被动鼓、被动摩擦片和支承盘,除被动片外，其余零件分别用平键和螺栓连接成刚体。被动片和被动鼓以花键相连并可在被动鼓上作轴向自动移动；主动片与主动轴同步旋转,被动片与被动轴同步旋转;加压分离部分包括油缸、活塞、回位弹簧、压盘等。在主动轴和被动轴的轴向径向均钻有油孔,分别通往润滑油腔和工作油腔。液压系统由润滑油系统和控制供油系统两部分组成,其工作原理图如图2-３.图2-3液压系统原理图润滑油箱2、粗滤油器3、润滑油泵4、电机5、换热器6、压力继电器7、电接点温度计8、润滑油压力表9、电机1０、精滤油器11、控制油泵12、控制油压力表13、二位二通电磁阀1４、电液比例溢流阀15、电子控制器16、控制油箱在离合器主机中，主被动摩擦片之间始终保持一层完整的油膜，原动机动力经主动轴上花键传到主动片，通过摩擦副的液体粘性和油膜剪切力作用将动力传给被动片,再传给被动鼓,最后经被动轴带动负载工作。润滑供油系统是向摩擦副连续供油的装置，使摩擦片之间不断产生新的油膜,同时将滑差损失产生的热量经换热器以循环方式很快被带走，使调速离合器能在滑差情况下保持持久工作。控制供油系统由电液比例溢流阀来调节控制油压,该油压经控制油入口进入油缸，推动活塞，对摩擦副施加不同压力来改变主、被动片间的油膜厚度,从而实现对输出轴转速的调节,以满足工作机的变速要求。2。4．2性能特点和主要技术参数（1)性能特点1．当它与交流电动机配合使用时可方便的实现对负载的无级调速；２.除在较大范围内实现无级调速外,还可以实现高效率和无滑差损失的同步传动；3.在它处于分离时，可以实现电动机的空载或轻载下启动，可缩短启动电流对电网冲击的持续时间。（2）主要技术参数:a．控制系统油压:0．15～２.OMｐa。ｂ。润滑系统油压：0．1~０.3Ｍｐa。c．工作润滑油：YＬA-Nab普通液力油或8＃液力传动油。d.冷却水量：Q=4０～70L／min。e.滑油工作油温:50003FP3各单元工作方式的设置与参数整定3.１CPＵ单元在ＦP3机的ＣPＵ单元中，采用的是１6位微处理器芯片，最多可控制2048个I／Ｏ点，具有16K步的大程序容量和ＥPROM写入功能，采用循环扫描控制工作方式，除基本的控制功能外,还增加了许多特殊功能，如初始化功能，测试运行功能和中断功能等.３.2脉冲输出单元FP３配备了多种实现位置控制的单元,首先是脉冲输出单元,还有高速计数单元和位置控制单元，脉冲输出单元可以输出频率可调的脉冲,其输出频率范围为45Hｚ～５kＨｚ。频率调节需使用特殊指令SPD0并建立参数表来实现。该功能与高速计数器功能结合使用,可以对步进电机的速度和运动物体的位置进行控制。3。２．1参数的脉冲化（１)距离的脉冲化①如系统速度控制图所示原始资料设置如下：井筒斜长:LT=498ｍ；井口车场的长度：LＫ=3０ｍ;井底车场的长度：LD＝３0m；提升机滚筒直径:D=2.5m;②与提升运动相关的计算a。矿车组在井底车场运行阶段初加速段：t0１=vO/aO１=1/0．３＝3.３（s）L０1=１/2V0t01=1/21３。3=1。65(m）等速运行阶段：L０２=LD-L01=3０-1.65＝28。3５（m）T０2=Ｌ０２/V0=2８。3５/1=28．35（s）井底车场运行总时间:TD=t01+ｔ02=３．３＋２8。３5=３1.65(s)ｂ.矿车组在井筒运行阶段：加减速运行阶段：t１＝t2=（ｖm-vD)/a1=（５—1）／０。5=８（s）L1=L2=１/２（vｍ＋v０)/ｔ=（5+1）/28=2４（m)等速运行阶段:L3=L－（LD+LK+L2+L2）=528—2（30＋24）＝420（m）t3=L3/vm＝420/5=84(ｓ）车组在井口车场运行阶段:ＬK=LD＝30（ｍ）tK=tD=３1．65（s）一次提升循环时间:T=（tD+tK+ｔ1+t2+t3)+θ=2（tD+t１)+t３＋θ＝2（31.６5＋8)+84＋２5=1８８.3(ｓ）③脉冲数的计算：滚筒的周长为ＬG=лD=3。１4２。５=7.８５（ｍ）。按滚筒每转一圈发出ｎ０=2０００个脉冲计算，一次提升的长度为5２8m,应转的圈数为N＝528／7．85＝６7。26圈,一次提升应发出的总脉冲数为ｎS＝Ｎn0=67.26200０=134522。ａ．车组在井底车场运行阶段所对应的各个阶段的脉冲数初加速段：n01=L0１／LDn0=１。65/7。852000=42０个等速运行段:ｎ0=L0２/ＬＧn０=28。３5／7．８5２000=7223个ｂ。矿车组在井筒运行阶段所对应的各个阶段的脉冲数加减速运行段：n1=n２=L1/LGｎ０=24/7。8５２０00=61１5个等速运行段：n3＝L3/LGn0=420/7。８５20０0＝107006个c．矿车在井口运行段与井底运行的脉冲数相同nK1=４2０个，nK２＝7２23个(２)速度的脉冲化将速度值转化成脉冲数为：f0=0f1=v0／LＧn0=1/７.8５2000=２５5个f２=ｖm/LＧｎ１=5/7.８5２000=1275个ｆ3=f１＝２55个ｆ4=ｆ0＝０（3)加速度的脉冲化与井底车场初加速及与井口车场减速对应的脉冲数：ｎa01=na02＝V0/t0１＝２５5/３。3＝７7个与井筒运行段的加、减速度对应的脉冲数:na1=ｎa2=ｖm/t1＝1275/８=1５9个与加速度对应的脉冲单元2的脉冲输出频率：f０1＝77ｆ02＝159可以通过脉冲输出单元的Y23进行脉冲输出频率的切换控制，Y23OFF时输出为低档，当Y23ON时为高档.３．2。2脉冲单元面板上主要端子的功能（1）DELAY:延时时间设定调节螺钉。当进行高、低档频率切换时，可设定切换延时时间。该时间在100～500ms之间任意可调。（2）F。MIN和F．ＭＡＸ:高、低档频率细调调节螺钉。(３）C=P，C＞P:经过值、预置值比较输出端。C为经过值，P为预置值。当C=P时和Ｃ＞Ｐ时相应的端子输出为高电平.（4）RST:脉冲单元复位输入端。该输入端开关接通时，脉冲单元复位,即停止输出脉冲，并将经过值和预置值寄存器清零.(5)P。CＮT:脉冲频率控制输入端。当该端输入高电平时，脉冲频率切换为高档，反之切换为低档（6)OUT0和ＯUT１：脉冲输出端。(7）ＺERO和SUＢ:原点到位信号输入端和近原点到位信号输入端。(８)输入、输出工作指示灯.I/O单元插座（50）芯。工作方式选择DIＰ开关。３.２．3脉冲单元工作方式选择开关的设置表3—1列出了FＰ３脉冲单元工作方式选择开关的具体设置方法.表３—1脉冲单元方式选择开关ONOＦFSＷ1输出保持方式Onｅ—shoｔ输出方式SW2中断使能中断不使能ＳW3C＝P方式C=０方式ＳW４单脉冲输出方式双脉冲输出方式ＳW5~ＳW8未用在本系统中应具体设置为:ＳW1：取OFＦ状态使之处于Oｎe—ｓhｏt输出方式，即当C=Ｐ端输出高电平时只接通一个扫描周期。SＷ2:取ON状态使之处于中断使能.SW３:取０Ｎ状态使之处于Ｃ=Ｐ方式，经过值计数器进行加计数.SW4:取0N状态使之处于单脉冲输出方式。SW5～ＳW8：未用。３.2．4脉冲单元共享存储器的内容设置FP3脉冲单元共享存储器分配如表表3—２所示。表3—2脉冲单元共享存储器表读数据写数据Ｋ０经过值（低16位）初始值(低16位)K１经过值(高８位带符号数）初始值(高8位带符号数)K2不能读预置值(低16位）K3不能读预置值（高8位带符号数）在本系统中１号脉冲单元:KＯ可以读经过值、写初始值此处为Ｏ，K2只能写预置值本系统取为134５２2。2号脉冲单元:KO可以读经过值、写初始值此处为Ｏ，K2只能写预置值先本系统设为２5５，后可经过程序修改。３。２.5占用Ｉ/O点及I/O分配本系统可将1号脉冲单元安装在0号槽,２号脉冲单元安装在1号槽.其脉冲单元分配如表3—3所示。表3－３脉冲单元分配表1号脉冲单元输入说明输出说明X0C=P标志位Y5紧急停车输出控制X1C＞P标志位Y6脉冲输出开始X2上、下溢出标志位Y7正、反转输出控制Ｘ3未用Y８脉冲输出频率控制X4原点返回操作标志位Y9原点返回操作控制2号脉冲单元输入说明输出说明Ｘ10C=P标志位Ｙ15紧急停车输出控制X11C＞Ｐ标志位Y１6脉冲输出开始X1２上、下溢出标志位Ｙ１７正、反转输出控制X13未用Y18脉冲输出频率控制X１４原点返回操作标志位Ｙ19原点返回操作控制表中说明:(1）表中C和P的意义是:C表示经过值,P表示预置值.C=Ｐ时，Ｘ0:ＯN，Ｃ〉P时X1：OＮ。（２)Ｘ2是溢出标志位，当发生溢出时X２：ＯN。脉冲单元中有经过值计数器和预置值计数器,二者最大计数范围为—1６777216～+1677７2１5，当超过此范围时发生溢出。脉冲单元在本系统中的工作过程１号脉冲单元:首先向CＰU单元的数据区送入脉冲单元的初始值和预置值，均为十进制表示的脉冲数,即为脉冲单元的初始化作准备，接下来是脉冲单元的初始化,即将初始值和预置值写入脉冲单元的共享存储器中,当有提升信号时,起动按钮按下同时,其上升沿接通Y6后,1号脉冲单元开始有脉冲输出。该脉冲送入高速计数器HSC的XＯ端,使高速计数器HSC按所设定的参数表进行工作。2号脉冲单元:首先向CPU单元的数据区送入脉冲单元的初始值和预置值,均为十进制表示的脉冲数，即为脉冲单元的初始化作准备，接下来是脉冲单元的初始化,即将初始值和预置值写入脉冲单元的共享存储器中,当有提升信号时，起动按钮按下同时,其上升沿接通Y16后，２号脉冲单元开始按所选的频率进行脉冲输出并及时进行频率的切换.该脉冲送入高速计数板的输入端，使高速计数板按所设定的参数进行工作。3.3高速计数单元的设置与整定3。３.１方案的选择及比较在FP3型PＬC中，有两种高速计数单元,一种是在主板上的高速计数器，另一种是高速计数板，二者在使用上有较大的差别。其性能对照表如3—4所示。表3－4高速计数器和高速计数板性能对照表项目高速计数器高速计数板通道数12计数速度一相:１0KHZ一相:20KHZ两相：5KHZ两相—四时：５KHZ目标值设定数不限每通道2个输入方式４种3种输入点数3点（X0、X1、Ｘ２）1０点输出点数不限每通道2点编程使用特殊指令F162～Ｆ165编程，实现各种功能,如速度控制、输出波形控制、输出通断控制等不使用特殊指令编程，而是利用经过值与目标值相等作为输出控制条件，使输出通或断,来实现外部控制在本系统中采用一个高速计数器和一个高速计数板来计数，其中HSC在波形输出控制方式中用Ｆ164（ＳPＤＯ)指令根据高速计数器的经过值控制输出波形ON/OＦF，以实现速度的及时切换.高速计数板采用两相独立输入方式,INA０为加计数,INＢ1为减计数。且用Ｆ１（ＤＭV）指令将ＤT910８和DT9109中的经过值时时拷贝到PＩD单元中的给定值寄存器DT１00中,作为速度的给定。3．3.２高速计数器的设置（1）高速计数器有四种工作方式，分别为单路加计数、单路减计数、两路单相输入方式和两路双相输入方式，在本系统中采用两路单相输入方式，计数范围为-838860８～83８860７，工作方式选择为X0加计数、X1减计数，其最高计数频率为5ＫHZ,。（２）占用的I/０端子：X0、X１是脉冲输入端，X2是复位端，HSC的软件复位用指令［FO(MＶ）H8DT90５2］实现，也可由外部复位开关进行复位。（3）占用内部寄存器：ＨＳC的经过值存放于ＤT90４4和DT9045中;目标值存放于DＴ9０46和DT90４7中.DT9０44和DT90４６存放低16位，ＤT904５和DT90４7存放高1６位。特殊继电器Ｒ９03A规定为HＳＣ的标志寄存器，当ＨSＣ计数时该继电器“OＮ"，停止计数时为“OＦF”。（4）高速计数器所用到的指令①[FO（ＭV)SD]:1６位数据传输指令，其中S：被传送原数据(地址)，D：传送数据的目的地址，即S→D，该指令用来向高速计数器传输数据。②[Ｆ１(DMV）SD］:32位数据传输指令，其中S：被传送原数据（地址），D：传送数据的目的地址，即（S,Ｓ+1）→(D，Ｄ+1）,该指令用来读出或修改高速计数器的经过值。③［Ｆ162（HCOS)SＹｎ]：其中Ｓ：存高速计数器经过值的首地址，设置范围：K-８388６０8~K838８６0７，D：指定的外部输出继电器(Y0～Y７)，当（DT90４4，DＴ9045）=（Ｓ,S+1)→Yn=ON,执行条件是Ｒ９０３A=ＯFＦ(n=0~7).其作用是将一个外部继电器规定为高速计数器的输出。当高速计数器的经过值与规定目标值一致时,则规定的外部输出继电器接通并保持。④[F1６３（HCOＲ）SYn]：其中Ｓ:存高速计数器经过值的首地址，设置范围：K－８３88６08~Ｋ8388６0７,Ｄ：指定的外部输出继电器（Y0～Y7），当（ＤT9０４４,DT９045)＝(S，Ｓ＋1）→Ｙn=ＯN,执行条件是R903A=OFF(n=0~7）。其作用是规定一个外部继电器为高速计数器的输出，当高速计数器的经过值与规定目标值一致时，则规定的外部输出继电器断开。⑤[F164（ＳPDＯ)Ｓ］：其中S：存控制数据的首地址，其作用是根据高速计数器的经过值确定输出的控制条件。可用于两种类型的输出控制,即脉冲输出控制方式和波形输出控制方式，本系统采用是后一种。3。3.3用F1６４(SＰDO）指令实现位置控制的方式本系统用HSC的XO端接收１号脉冲单元发出的脉冲,其工作方式按表3—5参数表所示,来实现速度及位置的及时控制。表3-5Patteｒｎ参数表DT30０H47设定四挡七点控制方式DT3０1H1初始波形Ｙ４Y3Ｙ２Y1Y0=0000１DＴ３02DＴ303K４20(M１）井底车场初加速段对应的脉冲数ＤT３04Ｈ2二档波形Ｙ4Y3Y2ＹlY0＝0０0１0ＤＴ３0５ＤT30６K7643(M2）井底车场等速段对应的脉冲数ＤＴ307Ｈ3三档波形Y4Ｙ3Y2Ｙ1Y０=0010０ＤT３08DT309K13758(M3)井筒加速段对应的脉冲数DT3１0H4四档波形Y４Y3Y2YlY0=01０００DT311DT312K１20764（M4）井筒等速段对应的脉冲数DＴ３１３H3三档波形Y4Ｙ３Ｙ2Y1Y0=00100ＤT314DT3１5Ｋ1268７9(M5）井筒减速段对应的脉冲数DＴ316H２二档波形Ｙ4Ｙ3Y2ＹlＹ０=00０10ＤT317DＴ318K１3４1０２（M6）井口等速段对应的脉冲数DT31９H1初始波形Ｙ4Y３Y2YlY0＝00００１DT320DＴ3２１K134522(M7)井口减速段对应的脉冲数DＴ3２2H5结吏波形Y４Y３Y2Y１Ｙ0=10000表中M１、M2、M3、Ｍ４、Ｍ5、M６、M７分别为七档变速对应的脉冲数，H１、H2、H3、H4、H５分别为速度的控制代码。当有提升信号时，PLC按照patｔern参数表所设定的工作方式运行。由参数表可知，整个控制过程可分为七段，其输出点Y0，Ｙ1，Y2，Y3是速度切换控制信号,而Y４是停车信号。按参数表初始波形输出0OOＯ1H，即ＹO为高电平而Ｙ４，Y３,Ｙ2，Y1为低电平,此时电机转速较低,进行的是井底平车场的初加速运行。当电机转速达到目标值M１时，输出切换为OOＯ１ＯH，此时Y４,Y3，Y２，YO为低电平，Ｙ1为高电平，进行的是井底平车场的等速运行，当电机转速达到目标值M2时,输出切换为OＯl00H,此时Y4，Y３，Y1,YＯ为低电平，Y２为高电平，进行的是井筒加速运行，当电机转速达到目标值M３时，输出切换为O1OOＯH，此时Ｙ4，Ｙ2，Y1，YO为低电平,Y3为高电平，进行的是井筒等速运行，当电机转速达到目标值M4时，输出再一次切换为OOｌ00H,此时Y4，Ｙ3，Y１，YO为低电平,Ｙ2为高电平，进行的是井筒减速运行，当电机转速达到目标值M５时,输出再一次切换为OOO1OH，此时Ｙ４，Y3，Y２，YO为低电平，Y１为高电平，进行的是井口平车场等速运行，当电机转速达到目标值M6时，输出再一次切换为0OOO１H，此时Ｙ4，Y3，Y2，Y１为低电平,Y0为高电平，进行的是井口平车场减速运行，当电机转速达到目标值M7时，输出切换为10000H，此时、Ｙ3，Ｙ２,Y1,YＯ为低电平,Y4为高电平,控制停车。３．3.4高速计数板的设置与整定与高速计数器的设置方式相似,高速计数板的设置包括输入方式、计数范围、计数速度、通道选择和内部寄存器的分配等，具体设置如下：（1)输入方式：两相独立输入方式，IＮＡ为加计数，INB为减计数。（2)计数范围：－8３８8608～+８3８8６08。（3）计数速度：两相输入，计数频率为5KHZ。(4)通道选择：选择CHO通道和CＨ１通道。（５)高速计数板占用的内部寄存器如表3—6。表3－６特殊寄存器表寄存器名用途CH0DT9104、DＴ910５目标值０寄存器DT9１06、DT910７目标值1寄存器ＤT９１08、ＤT９1０９经过值寄存器DT9110、DＴ９１11捕捉值寄存器CH1ＤT9112、DT91１3目标值0寄存器DT91１4、DT９115目标值1寄存器DＴ9116、DT9117经过值寄存器ＤT9118、DT9119捕捉值寄存器DＴ9120控制字寄存器DT9121状态监视寄存器３。3．５手动方式时速度的给定本系统设计除了可以完成自动运行外，还要求提升机可以在司机控制下进行手动运行和检修方式运行。当选择手动方式时,可用自整角机作为主令控制设备,司机通过前推或后拉主令控制手柄带动自整角机转动，从而发出主令控制信号,作为速度的给定.这时工作于变压器状态,当自整角机激磁绕组送入恒定的交流电压U１时，从自整角机的两个相绕组取出电压Ｕ2,这两个相绕组可用等值绕组代替，它与激磁绕组轴线的位置角为ф。当激磁绕组轴线与同步绕组的等值绕组相重合时,输出的电压Ｕ2ｍ为最大，当ф＝９00时,此时输出电压为零.当转过１８０0时，轴线再次闭合，但输出电压为最大负值。自整角机的单向联接，根据转子的不同位置角，得到不同的信号电压，从而自动实现速度给定.取(0－10)的自整角机输出电压,经PＬC中Ａ/Ｄ转换成数字量，就是对应（０－Vm)手动给定的速度值。PＩD调节是过程控制系统中最常用的控制算法之一.ＰＩＤ控制分模拟和数字两种类型，数字PID调节器是由模拟PID调节器发展而来的，其控制算法是按给定值与实际值之间偏差的比例、积分、微分控制的，其参数可以在现场在线整定。由于软件设计的灵活性,一般可以得到满意的效果。3。４PＩD单元的设置与整定3。4。1数字PID的控制算法在模拟控制系统中,PID的控制算法的表达式为：p[e（t）＋dt＋TD］…………（４-1)由于数字ＰID的控制是采样控制，它是根据采样时刻的偏差值来计算控制量的,因此,在PLC控制系统中,需要对上式进行离散化，即用数字形式的差分方程来代替连续系统的微分方程，此时积分项和微分项可用求和及求增量式表示为：u(k)=kp[ｅ（ｋ）–e(i）+TD］…（4－2）.式中Ｔ：采样周期必须足够小，才能保证系统有一定的精度.e（k）：第k次采样时的偏差值:ｅ(k—1)：第（k—１）次采样时的偏差值。K:采样序号k＝0、1、2….u(ｋ）：第k次采样的调节输出。３。4.2PIＤ参数的设置FP３型PLC配备了用于数字ＰIＤ控制的功能单元,只需用[F355PIDDＴXX］指令调用，并填入参数表即可实现数字PIＤ控制:其中DＴXX规定ＰID算法的首存储区地址，ＸＸ可在数据存储区随机设定.参数表具体设置说明如下:（1）控制模式选择-—－-—－［S]数字ＰID数据处理控制模式及功能简要介绍如下：①微分型PＩD与积分型PID设定值改变时，输出值也改变。微分型：一般情况下，当设定值改变时，执行过程会有很大的改变，但周期阻尼振荡快。比例一微分型:一般情况下,当设定值改变时，执行过程会有不大的改变，但周期阻尼振荡慢。②反向运行和正向运行.这些参数决定当程序有变化时输出量增大还是减小。反向运行:如查测量过程值减小,则输出将增大。正向运行:如查测量过程值增大，则输出也增大。③自动转换:PID参数Kｐ，Ti,Td的最佳值可由测量程序测量反馈.当执行自动转换时，估计值在自动转换完成后返回。本系统S取为Ｈ8000，即：微分型、正向运行、执行时自动转换的模式类型。(２）给定值(SP）-－—－－[S+1］该设定取决于过程量的目标值，其设置范围为：KO～K1００00,本系统中速度调节器的目标值分别由高速计数板的经过值寄存器DT91０8，DT9１09和DＴ９1１６,DT91１７通过F1（DMＶ)指令进行实时传送.而电流调节器的目标值是由速度调节器的输出值作为给定值。（3）反馈值（PＲ)--－—［S+２］数字ＰIＤ的反馈值可用Ａ/D转换器或光电码盘测量值作为当前过程控制值，调节使其在以下范围内：ＫO～K１0000。本系统速度调节器的反馈值是由光电码盘的测量值送到高速计数板的经过值寄存器ＤT９110,DＴ9111通过F1（DMV）指令进行实时传送作为当前过程控制值，而电流调节器的反馈值是由A/Ｄ转换器转换后的值作为当前过程控制值。（4）输出值（MV）—-—--［S+3］输出值用来储存PID处理的结果,并使用Ｄ/A转换器或其它设备将该结果输出到程序中去，其范围是:Ｋ0~K10０00.本系统速度调节器的输出值用传送指令传到电流调节器的给定值寄存器ＤT20０中，而将电流调节器的输出值使用Ｄ／Ａ转换器转换后去调节电液比例溢流阀的电流进而起到调速的目的。（５）输出较低极限值———－—［S+4］范围是：KＯ~K1００00.本系统取为零。（6）输出较高极限值——-—-［S+5］范围是:ＫＯ~K１000０。本系统取为１53０0。（7)比例增益(KP）-————[S+６〕比例增益规定PID处理使用的系数；将设定值0。1即为实际比例增益;设定范围是：K１~K９99９.本系统取210,由于系统选择自动转换模式则设定值可自动调整并重写.(8)积分时间—－—－－[S+7］积分时间规定ＰID处理使用的系数;将设定值0.1即为实际积分时间,其设定范围是：K1～Ｋ30０000（规定增量为０.1秒），当设定值为零时积分不执行。(9）微分时间--－—-[S+8]规定ＰＩD处理使用的系数；将设定值0。１即为实际微分时间，其设定范围是：Ｋ１-K１000（规定增量为０。１秒)，由于系统选择自动转换模式其设定值可自动调整并重写。（1０）采样时间（TS）－—－—-［S+9］用来设定PIＤ处理使用的系数；将设定值0．0１即为实际控制时间,设定范围是：K1～K600０。（规定增量为0．O1秒）.通过调整PIＤ各参数,可以使系统处于最佳状态,只根据增大比例常数可以加快系统的响应，有利于减小静差。但过大的比例常数具有较大的超调，并产生振荡，使稳定性变坏。增大积分常数虽有利于减小超调使系统稳定，但系统静差的消除将减慢。另外增大微分常数可以加快系统响应，增加稳定性，但对于干扰信号的抑制能力却有所减弱。所以对PIＤ各参数的调整,需要通过反复试验、反复试凑可得到的。本系统的数据区为DＴ10０～DT110，DT200～DＴ21０，运算工作区是DT111～ＤT1１9，DT21１～ＤT２19。３。5Ａ/D单元的设置３。５.1通道的选择ＦP３的A/D单元有4个输入通道,其模拟量输入范围和类型是由该单元背面的开关进行设定的。本系统具体设定为CH1通道:即ＳW1-２:ＯFF.输入信号为(4～2０mＡ）,SW1—4：ON状态.3．5。２I/０分配根据ＦP3的自由编址方式,本系统A/D单元可安装在９号槽，其对应的I／0分配情况如表3—7所示。表3-7A／D单元I/O分配表输入点编号说明Ｘ90A／D转换准备好标志（可作为CHO—CH３四个通道输出数据条件）Ｘ91Ａ/D转换准备好标志(可作为ＣHO通道输出数据的条件）Ｘ9２A／D转换准备好标志（可作为CH1通道输出数据的条件）X9３Ａ/D转换准备好标志（可作为CH2通道输出数据的条件)X94A/Ｄ转换准备好标志（可作为CH3通道输出数据的条件)X95～X9７未用X９8CHＯ标志位(当A/Ｄ转换值大于上限值时,该接点“ON”)X９９ＣHＯ标志位（当Ａ／Ｄ转换值小于下限值时，该接点“ON”)X9ＡＣH1标志位（当Ａ/Ｄ转换值大于上限值时，该接点“ＯＮ”)X９BCＨ１标志位(当A/D转换值小于下限值时,该接点“ＯＮ")X9CCＨ２标志位（当A／D转换值大于上限值时,该接点“ＯN”）X9DCH2标志位(当A/D转换值小于下限值时，该接点“ＯN"）X９ECH3标志位（当A/D转换值大于上限值时，该接点“ON”)X9FCＨ3标志位(当A／D转换值小于下限值时，该接点“ＯＮ")表中说明:（１)、当某通道不工作时,则表中其相应的接点OFF。(2)、当Ａ/D转换单元工作异常时,则所有的接点均为OFF.（3）、A/D转换单元只占用输入接点不占用输出接点。3．5。3共享存储器的分配Ａ/Ｄ单元共享存储器分配如表3—8所示.表3—8Ａ地址号说明Ｋ0“采样/平均”切换控制Ｋ1ＣH０平均次数设定K2CH1平均次数设定K3ＣH2平均次数设定Ｋ4CH3平均次数设定K５报警控制，可分别设定各通道超限时是否报警K6CH0上限设定（A/D转换输出值）K７CH０下限设定（A/D转换输出值）K８CＨ1上限设定（A/D转换输出值）K9CH1下限设定(A/D转换输出值）K1０CH2上限设定（A/D转换输出值)K11CH2下限设定(A/D转换输出值）K12CＨ3上限设定（A/D转换输出值）K13CH3下限设定（Ａ/D转换输出值）Ｋ14比例变换控制，可设定是否进行比例变换K1５CHＯ偏移量设定K16CH０满量程设定Ｋ17CＨ1偏移量设定K18CH1满量程设定K19CＨ２偏移量设定K20CH２满量程设定K２1CH3偏移量设定K22ＣH3满量程设定K２3存放ＣH0已转换好的数据K24存放CH１已转换好的数据K2５存放CH2已转换好的数据K26存放CH３已转换好的数据K27存放错误代码表中说明：（1)、共享存储器K0－K２2为只写存储器，即CPＵ单元只能对其写入不能读出，K23—K2７只读存储器。（２)、对共享存储器的读、写,使用高级单元读写指令(F1５0，F15１)来实现.(3)、Ｋ0，K5，K14只用低四位.biｔ０-bit3分别对应CHＯ-CH３。当该位为1时，则设定其相应功能有效，为0时则无效.3.5。4A/D单元的技术参数表3—９列出了Ａ／Ｄ单元的技术参数。表3-9A/Ｄ单元的技术参数表项目说明模拟输入电压；０～１0V电流;4～２０mA数字输入0～400０分辨率电压;1/40０0（５Mv)电流：1/4０00（４uA）精度室温下为±０.5%F.Ｓ.转换速度每个通道为2.5mS外部输入阻抗≥1ＭΩ(电压输入）250Ω(电流输入)最大允许输入范围电压：15Ｖ电流３0mA模拟通道4平均次数3~4000内部电流消耗≤±0．5A表中说明：(1）、电压和电流输入方式使用不同的输入端子来选择.(２）、输入信号的范围可通过A/D单元后面的ＤIP开关进行设定，但开关设定不能按通道分别设定，只能根据四个通道一起设置，在本系统中设置输入信号为电流（4~２0)mA。3.5。５Ａ/D单元输入输出特性在本系统中输入信号为模拟量（4~２0)ｍA电流值，其输出为0～4000的数字量.Ａ／D单元的输入／输出特性如图3－1所示。4000300020001000048121620数字输出模拟输入（mA）4000300020001000048121620数字输出模拟输入（mA）图3-1A／Ｄ输入/输出特性３.５.6A/Ｄ单元的编程方法向Ａ/D单元写入控制字可通过指令[Ｆ１51WＲT,S1，S2，n,Ｄ]来实现其中Ｓ1：A/D单元所在的槽号.S2：存放控制字的寄存器区的首地址。n：控制字个数。Ｄ：A/D单元共享存储器首地址。(2）从A/D单元中读取转换好的数据用指令[Ｆ１50RＥAD,S1，S2,n，D〕其中Ｓ1：Ａ/D单元所在的槽号。S２：共享存储器首地址。ｎ:读取数据个数。D:CPＵ单元数据区首地址。３。6D／A单元的设置3．６.1D/A单元I/0分配本系统将Ｄ／A单元安装在１０号槽，其Ｉ／0分配如表3－１0：表３—10Ｄ/A单元I/０分配表输入点编号说明Ｘ1００Ｄ/Ａ转换好标志(在“ON"时有效）Ｘ101CHO输入数据有效标志(当CHO输入数据在设定范围内时，该点“OFＦ”，反之“ON”)X102CH１输入数据有效标志(当CH1输入数据在设定范围内时。该点“ＯFF".反之“ON”）X10３报警信号(当CHO输入数据大于上限时，该接点“ON")X10４报警信号（当CＨＯ输入数据小于下限时,该接点“ＯN”）X105报警信号（当CH1输入数据大于上限时，该接点“OＮ"）X1０6报警信号（当ＣH1输入数据小于下限时,该接点“ＯN”）表中说明:(1）X1０0和X１03-X106这几个接点,当模拟输出限定条件被重新写入时“OFF"。（2）D/Ａ转换单元只占用输入点，不占用输出点。３。6．２通道的选择D／A单元有2个输出通道,其模拟量输出类型是由单元背面的开关进行设定的。本系统使用ＣHO通道,即SW1-1为ON状态，输出信号为电流。３．6。3D／A单元共享存储器的分配D/A单元共享存储器的分配如表3-11所示。表3－11D/A单元共享存储器的分配表地址号说明K０可设定模拟输出量是受限（只写）K1CH0输出上限值设定（只写）K2ＣH0输出下限值设定（只写）Ｋ3CH1输出上限值设定（只写）K4CH1输出下限值设定（只写)K５存放CH0D/A转换后数据(只写）K６存放CH1D/Ａ转换后数据（只写)K７存放错误代码(只读)3。6.4Ｄ/A单元的技术参数D/Ａ单元的技术参数表3-12所示。表３－１2D／A单元的技术参数表项目说明模拟输入电流;4~20mA数字输入4～2０mAK=0～40００分辨率1／4000(4uA）精度室温下为±0.5％F.S。转换速度每个通道为4mS外部输出阻抗0。5Ω最大外部输出电流±30mA模拟通道2允许外部负载０～550Ω内部电流消耗≤±0。5Ａ表中说明：(1）电压输出还是电流输出可用D／A单元后面的DＩＰ开关进行设定，而其输出信号范围可在共享存储器中设定。（2）同一通道不能既作为电压输出又作为电流输出。在本系统中输出量取为电流值。3。６。5D／A单元输入输出特性上述A/Ｄ单元的输出值是0～４０0０的数字量，即为此Ｄ/A单元的输入值，D／A单元的输出量为0~20的模拟量。其输入/输出特性如图3－2所示。400040000420模拟输出（mA）数字输入图３－２Ｄ/A单元的输入/输出特性３.6.6D/A单元的编程方法（1)向D／A单元写入控制字[F151ＷＲＴ，S１，S2,n，D〕其中:S１:D／A单元所在的槽号。S2:存放控制字的寄存器区的首地址。n:控制字个数。D:D/Ａ单元共享存储器首地址(2)从D/A单元中读取错误代码[F１50READ，S1，S2，n，Ｄ〕其中:S1:Ｄ/Ａ单元所在的槽号。S2:存放错误代码共享存储器首地址。ｎ:读取数据个数.Ｄ:存放错误代码的数据区首地址.4软件设计4.１系统中检测及控制开关Ｉ/0分配在控制系统中，除各单元本身占用的I/０外，整个控制系统外部还有其他检测及控制开关,如总起动按钮、紧急停车按钮、行程开关、提升指示等.可利用5号槽和６号槽安装其Ｉ/0单元行程开关.其分配情况如表4-1所示，接线情况见图4-１。图4—1PLC输入/输出接线图表4－1系统输入输出信号及PLC端子分配表输入信号输出信号序号输入端代号输入端子分配输出端代号输出端子分配123４56７８91011１21３14151617１８1920２１222324252６2728２９总起动按钮紧急停车按钮行程开关行程开关行程开关行程开关行程开关行程开关上限位开关下限位开关安全制动开关闸瓦磨损超限信号高压油断路器信号润滑泵启动信号控制泵启动信号润滑泵停止信号控制停止信号自动方式手动方式压力传感器温度传感器过卷开关过卷开关高压油断路器的辅助触点过卷复位转换开关测指示灯按钮主令控制器（手动时用）的常开触点主令控制器（手动时用）的常闭触点精滤信号ＱAＪTXC1XC2XC３XC4XＣ５ＸC6XＳXXSＦ1SL1DL1RＱKQＲTKTFS1FS２YXＷXSL2SL３QFGFCDU1ZＬ２JLX50X5１X5２X5３X54X55X56Ｘ57Ｘ58X59X５AＸ５BＸ５CX5ＤX5EX5ＦX60X61X６2Ｘ６3X６4X６5X6６X６7X6８X6９X6AＸ６ＢX６C提升指示急停指示井底初加速指示井底等速指示井筒加速指示井筒等速指示井筒减速指示井口等速指示井口减速指示故障信号灯、笛电液比例溢流阀二位二通电磁阀润滑泵工作高温指示精滤指示有电指示低压指示控制泵工作制动油过压保护过卷、闸瓦磨损超限保护DOD1D２D3D4D5D６D７Ｄ8Ｄ9Z１Z2KＭ１Ｄ10D11Ｄ12D13ＫM２ＫM3ＫM4Y７0Y７1Y72Y73Y74Y７５Ｙ７6Y77Y78Y79Ｙ7Y7ＢY７Y7DＹ7EY7ＦY80Y8１Y82Ｙ8３4。2重要的流程图在本控制系统中提升机运行过程框图如图4－2所示，其中开车前的准备框图如图4-3，ＰＬC控制流程图如图４—４,程序流程图如4-5所示。开始开始开车前的准备运行方式选择二位二通阀通电自动程序运行电液比例溢流阀提升机运行停车安全回路上电高压接触器上电起动润滑油泵高速闸松起动控制泵起动离合器润滑油泵起动液粘装置控制泵系统自检返回运行图4－2运行过程框图图4—3开车前准备框图起动起动起动按钮脉冲单元输出1号脉冲单元2号脉冲单元高速计数器HSC高速计数板位置控制速度PID检修主令控制器自整角机起动A/D单元DDDDDDDDDDDA电流PIDD/A单元电液比例溢流阀提升机运行停车测速光电编码盘A/D单元NYYN电流互感器图４－4PLC控制流程图4。3系统程序设计根据系统Ｉ／O分配和程序流程，按照FP3-PLC编程方法，将本系统控制程序编写如下：STX６9；开车前的准备，测指示灯状态(R０为内部通用OTRO寄存器,只用于内部通断控制的“软继电器”）STX6A;主令控制器（手动时用）的常开触点OTR1ＳT/X6Ｂ；主令控制器(手动时用）的常闭触点OTY84;手动方式STX5D；润滑泵启动信号ORＲ2ANＲOＡNR1AN/Ｘ5F;润滑泵停止信号OTＲ2；润滑泵启动SＴR2OTY80；低压指示ＳTX5Ｅ;控制泵启动信号ＯRＲ3ANRＯANR1AN／X６０;控制泵停止信号OTR3;控制泵启动SＴR3ＯTＹ８1；控制泵工作ＳTＸ5Ａ；安全制动开关ＡNＸ５Ｃ；高压油断路器信号AＮＸ６５；过卷开关ＡＮX66；过卷开关ＡN/X68；过卷复位转换开关OTY8３；过卷、闸瓦磨损超限保护STX63;压力传感器OＴY7C；润滑泵工作STX64;温度传感器OＴＹ7Ｄ;高温指示STX６Ｃ;精滤信号ＯTY7E;精滤指示SＴY８3;过卷、闸瓦磨损超限保护ＡNＹ７C；润滑泵工作ANY7D；高温指示ANY７E；精滤信号OＴR7ＳTＲ7OTY74;井筒加速指示STR9013;运行初期OＮ脉冲继电器F１（DMＶ）；向CＰU单元数据寄存器送入1号脉冲K134５22单元的初始值和预置值DＴ0F１（ＤMV）K0ＤT2STX50；总起动按钮DF;上升沿微分Ｆ151ＷRＴ;１号脉冲单元初始化K0DT０K４K0ＳTX5０；总起动按钮OＲＲ4OＲST7DFOTY6；1号脉冲单元脉冲输出开始OTＲ4ＳＴＲ4ANX59；下限位开关OＴY7０;提升指示OTY7B；二位二通电磁阀STR7ANX51；紧急停车按钮ANX4;原点返回标志ＯＴY5;紧急停车输出控制STＲ4F1（DMV)；向高速计数器写入数据K0;ＤＴ9044F１（DMＶ）Ｋ0DT9046STＲ9013ＤFFOMVH4７;设定四挡七点控制方式DT3０0ＦＯMＶＨ１;初始波形Y4Y3Y2Ｙ1Y0=0０001DFＤT301F1(D１1V）K4２０；井底车场初加速段对应的脉冲数DＴ302ＦOMVＨ2;二档波形Y4Ｙ3Y２YlY0=00０1０DT3０４F1（DMV)Ｋ7643；井底车场等速段对应的脉冲数ＤＴ３05FOMＶＨ3；三档波形Y4Ｙ３Y2Ｙ1Y０=0０100DT３０７F1（DMV）K1３758；井筒加速段对应的脉冲数DT３08FＯMVH4；四档波形Y４Y3Y2YｌY0＝０10０0DT310F1（DMV）K1207６4；井筒等速段对应的脉冲数DＴ311FOＭVH3;三档波形Y4Y3Ｙ2Y１Y０＝0010０ＤＴ3１3F１（ＤMV)K１２68７9；井筒减速段对应的脉冲数DT３14ＦＯMVＨ２；二档波形Y４Ｙ3Y2YｌY0＝0001０DT316F１（DMＶ）Ｋ134102；井口等速段对应的脉冲数DT3１７FOMVH1;初始波形Ｙ4Y３Y2Y1Ｙ0＝00001F1(DMV)Ｋ13452２;井口减速段对应的脉冲数DＴ3２0FOMVH5DT3２2STY６；1号脉冲输出开始F１64（ＳPDＯ)；实现对位置的控制DT300STＴ7ＤFF１６3HCOＲ;设置高速计数器的外部继电器输出,当高速计Ｋ134５２2数器的经过值与规定目标值一致时，则规定的Ｙ０外部输出继电器断开。OＴR5STR5F1(DMV);向CPＵ单元数据寄存器送入２号脉冲K２55单元的初始值和预置值DT10F1（ＤMV）Ｋ１２７5DT１2Ｆ1（DMＶ）K0ＤT1４SＴR５F151WRT；２号脉冲单元的初始化K1ＤT1０K4Ｋ0ＳTR５ＤＦOTY1８;2号脉冲单元输出频率控制OTR6STR9０1３FOＭVH2DT9052F1（DMV）K0ＤT91０4；高速计数板目标值0寄存器F１（ＤMV)K0DT91０6；高速计数板目标值１寄存器ＳTＲ6ＯTY16；２号脉冲输出脉冲开始ＴMR１K３３0ＯTＹ7２;井底初加速指示OTR7STＲ7ＡNＸ51；紧急停车按钮AＮX1４;原点返回标志位OＴY15；紧急停车输出控制STＲ５Ｆ1(DMV)；将ＤT9１08和DT9109中的经过值拷贝到PＩＤＤＴ91０８单元中的给定植寄存器DT１０0中作为速度的ＤT1０0给定STＸ５1；紧急停车按钮ANT1AＮYl；速度切换控制信号DＦF162HCOＳ；规定为高速计数器的外部继电器输出，当高速Ｋ255计数器的经过值与规定目标值一致时，则规定Y25的外部输出继电器接通并保持SＴY2５ＴMＲ２K2８３5OTY7３；井底等速指示ＳTT2ANY2;速度切换控制信号ANX53；行程开关F1（DMV)DT12DT910６;高速计数板目标值1寄存器ＯTＲ8ＯTY18;2号脉冲单元输出频率控制STＲ８Ｆ１（DMV)DT9108;高速计数板经过值寄存器DT100OTY74;井筒加速指示OTR9TMR3K800ＳTR9ANY３；速度切换控制信号AＮT３ＤFF162HＣOＳK１２75Y26SＴY26TMR4Ｋ8４0０OＴＹ7５;井筒等速指示STT４ANＹ３ＡＮＸ54；行程开关F1（DMV)DT1２ＤT91０6；高速计数板目标值1寄存器OＴR10OTY76;井筒减速指示TMR５K800OＴY18；２号脉冲单元输出频率控制STＲ10F1(DMV）DＴ9108;高速计数板经过值寄存器DT100STT5ANＹ2；速度切换控制信号ＡNＸ55；行程开关ＤFF１６2HCOSK25５Y2７SＴY27ＴMR6Ｋ２83５OTY77；井口等速指示STＴ6ANY１AＮX5６;行程开关F１(DMV）DＴ10DＴ9１06；高速计数板目标值1寄存器ＯTY7８；井口减速指示OTＲ１１TMR7K3３0ＳTT7ＡNX57；行程开关ANX５8；上限位开关ＯTY14TMR8K２500STR6OＲR７OＲＲ8ORＲ9OＲR10ＯRR11ＯTR１2F３5５PＩD;调用数字ＰID控制功能DT1０2STR12F1(DMＶ）DT１０２DT200F35５PIＤDT200SＴＲ12F151ＷRT;向A/D单元写入控制字Ｋ9DＴ90K3K4STR90１3ＦOＭVK６DT91ＦＯMＶK7DT92ＦＯMVK400０ＤT93ＦＯMVK0ＤT94ＳTＲ12F150REＡD;从D/A单元读取错误代码Ｋ1ＯK2７K１DT91OＴＲ１3SＴＲ90１3FOMVK4000DT４０FOMVK０ＤT４１F1５1WRT；向A／D单元写入控制字K3DT40Ｋ2K1STR9010ＦＯMVWX９；外部输入字继电器DT211STR13F150READ;从Ｄ/A单元读取错误代码K10Ｋ７K8DT42ＦＯMVDT2１2WY9；外部输出字继电器ＯＴY7AED。5结论本课题的设计是在传统矿井提升机的基础上，吸取当今国际同类先进技术，利用可编程控制器高精度的数字控制系统，将模拟机用于控制、检测、保护、信号等任务的硬件设备功能由计算机软件来实现,将使提升机硬件结构极大简化。同时调速装置采用液粘调速离合器，利用其可以实现平滑的无级调速的优点,使提升机摆脱了模拟电控系统中发电机组及电阻投切带来的极大无功损耗，可节约大量能源。本系统目前只处于理论研究阶段，主要存在的问题是程序没有完全调试成功，系统硬件电路的具体设计也没有完成，各部分控制电路也需要根据具体生产情况合理配制.同时整个控制系统只有通过在现场调试运行,综合考虑各方面因素，反复修改整定，才能达到高精度的控制要求。本系统研制成功后，将使提升机在运行特性、调速范围、稳定性等各项经济技术指标得到明显提高，可以极大地提高提升机运行效率,为铁矿企业的安全、高效、连续生产创造良好的条件.由于本人水平有限,提升机控制系统涉及的内容也比较广泛，文中不妥之处再所难免，恳请老师批评指正!致谢本设计的选题、研究及论文撰写工作是在导师董爱华老师和颜丙生老师的直接关怀和悉心指导下进行的，在做毕业设计期间,董老师和颜老师在各方面给了我极大的帮助和亲切关怀，使我顺利完成了毕业设计工作；同时老师严谨的学风、渊博的知识、丰富的实践经验和敏锐的思维将使我受益终身,在此，谨向在毕业设计论文的撰写过程中，信息工程教研室及实验室的许多参考文献［1］汪晓光，孙晓瑛，王艳丹等可编程控制器原理及应用（上.下）册机械工业出版社20０2．５［２]王兆义可编程控制器实用技术机械工业出版社199６.8[3]汪晓光,孙晓瑛,王艳丹等可编程控制器（ＦＰ)系列编程手册机械工业出版社20０2.5［４］杨和余液体粘性软起动装置液压站技术改造铁矿机电出版社2000.6[5］马建民,赵增玉等现代提升机数字控制系统中国矿业大学出版社［6]杨和余，夏彬,靳建顺等液体粘性软起动装置液压站技术改造铁矿机电期刊2０0１年第1期［7］王清灵，龚幼民现代矿井提升机电控系统机械工业出版社2002。7[８］吴宏鑫PIＤ控制的应用与理论依据控制工程期刊２０03年第１期［9]熊幸明,张文希PLC控制系统可靠性设计的研究铁矿机电期刊200４年第03期［10]吴秋瑞,刘西印,曹丽君基于PLＣ的交流提升机控制系统研制铁矿机械期刊２００５年第02期［11]李星,朱晓芳,李艳慧PLC在电牵引采铁机电控系统中的应用工矿自动化期刊20０4年第5期摘要矿井被称作地下矿井系统的咽喉,是井下与地面最重要的通道.矿井提升机承担着矿井与井下人员、矿料、设备等物资运输的重任，是整个矿井系统中的核心部分，矿井提升机的安全可靠运行至关重要.所以设计一套安全可靠的矿井提升机控制系统具有极大的意义。PLC出现后以其显著优点迅速成为工业生产控制系统的主流发展方向,其可靠性高，抗干扰能力强；编程简单，使用方便；控制程序可变,具有很好的柔性功能完善；扩充方便,组合灵活，极大减少控制系统设计及施工工作量；体积小,重量轻；非常适用“机电一体化”设备.基于PLC设计矿井提升机控制系统，极大满足对大型机械控制安全与可靠性的要求，且节能环保,便于操作与维护。关键词：矿井提升机;PLC；控制系统.AbｓｔｒaｃtThemineiｓcａlleｄthetｈroatｏftheunｄｅrｇｒounｄmine,whichisｔｈemostiｍｐｏrtanｔcｈannelｏfｔｈeunｄergroundmiｎe.Ｔheminehoｉsｔbearsthｅｈｅavyreｓpｏnsiｂｉｌiｔｙｏfthemineaｎdtｈeｕnｄerｇrｏundperｓoｎnel，theｏｒemａteriａl,ｅqｕipmeｎtaｎdsｏon.Itisthecoreｐartofthｅｅntｉremiｎesｙｓtem,anｄtｈesafeandｒeliabｌeoperatｉonofｔhｅmineｈｏiｓtisｖeryiｍporｔant.Thereｆｏre，iｔiｓofgｒｅatsｉgｎificancetodeｓignａｓafeandｒelｉablecontrolsystemofmineｈｏiｓt．PLCａppearswitｈitsremａrkａbleａｄvanｔaｇesｑuicklｙｂｅcoｍｅinduｓtrialproduｃｔiｏnｃonｔｒoｌsｙsteｍofthｅmａｉｎstｒeamofthｅdevelopmeｎtｄireｃｔiｏnof，ｔhehiｇｈｒeliabｉlity，strｏｎｇantｉ-interferenceaｂｉlitｙ;ｐｒｏgrammｉngisｓｉmpｌｅ，easyｔousｅ；variabｌecontrolｐrocedurｅs,withｐｅｒfectgoｏdfｌexiｂlefｕnｃｔｉon;tofａｃiliｔａtｅt