【正文】 程控制器是一種采用微 電腦 技 術(shù) 的控制 裝 置， 專為工業(yè)環(huán) 境中應(yīng) 用而 設(shè)計(jì) 的。例如 ，鋼絲繩 的 斷 裂以及 兩條鋼絲繩 的 長(zhǎng) 度不一等。要求每一段 電阻 的切除要合理、準(zhǔn)確，否 則將 不能正常 運(yùn)轉(zhuǎn)，嚴(yán) 重 時(shí)將 停機(jī)或因 電 流 過 大而 燒 壞 電 機(jī)。 8 第 3 章 PLC 控制的提出與設(shè)計(jì) 問題提出 礦 井提 升機(jī)是聯(lián) 系井下與地面的重要工具。 為保證不滑動(dòng)，必須有 ? ?212 )1( ppep ????? 或 ? ? fppep ??? ??? 212 /)1( （ 或 d? ） 式中 f? 及 d? 分別為靜防滑系數(shù)和動(dòng)防滑系數(shù)。 由于鋼絲繩兩端的張 力與提升機(jī)提升類型有關(guān)，一般來說，帶平衡錘的單容器提升比雙容器提升更不易打滑。 還應(yīng)該指出的是：不論用什么方法測(cè)定襯墊的摩擦系數(shù)，由于摩擦輪對(duì)鋼絲繩的比壓，在包角范圍內(nèi)各不相同，而摩擦系數(shù)又與比壓有關(guān)，因此， 6 無論是設(shè)計(jì)用的，或是測(cè)定的摩擦系數(shù)，都只能看成一個(gè)當(dāng)量的值。在選用襯墊材料時(shí)，要考慮到以下幾個(gè)特性： 1) 較大的 摩擦系數(shù) 2) 較好的耐壓和耐磨損性 3) 經(jīng)濟(jì)性 下為幾種材料的參考性能列表 襯墊材料 設(shè)計(jì)用摩擦系數(shù) μ 許用比壓 MPa K25 ≤ Kautex PVC ≤ 木材 ≤ 皮革 —— 鋁合金 —— 帆布 —— 6KB10 榆木 提入 ≤ 提貨≤ Modar —— PVC 普通橡膠帶 聚氨酯 選用襯墊材料時(shí) ，逼近要注意到它們的許用值和測(cè)試值，還要注意到摩擦系數(shù)可能出現(xiàn)的變化，如： 1） 摩擦系數(shù)對(duì)有油、水、煤粉時(shí)的變化及敏感程度； 2） 摩擦系數(shù)因壓強(qiáng)和相對(duì)滑動(dòng)速度以及溫度的不同產(chǎn)生的變化； 3） 摩擦系數(shù)值因測(cè)試方法不同而產(chǎn)生的誤差。為了使停車時(shí)對(duì)罐準(zhǔn)確，往往在提升終了時(shí)，需要使容器有一個(gè)低速運(yùn)行階段（爬行階段），以便較容易的使容器停留在預(yù)定的水平面上而不致誤差過大。 熟悉礦井提升機(jī)的性能、結(jié)構(gòu)和動(dòng)作原理，提高安裝質(zhì)量，合理使用設(shè)備，加強(qiáng)設(shè)備維護(hù)，才能確保提升機(jī)高效率和安全可靠的工作。它又可以分為單繩和多繩兩種。根據(jù)提升機(jī)卷筒（又稱絞筒、滾筒或繩筒）的構(gòu)造特點(diǎn)可分為兩大類： 3） 纏繞式提升機(jī)：起提點(diǎn)是在提升過程中，鋼絲繩纏繞在卷筒表面。因此，對(duì)它的經(jīng)濟(jì)運(yùn)轉(zhuǎn)，提高效率以節(jié)約能源也必須給予充分的注意。他的工作安全、可靠和經(jīng)濟(jì)運(yùn)轉(zhuǎn)具有極為重要的作用。 熟悉礦井提升機(jī)的性能、結(jié)構(gòu)和動(dòng)作原理，提高安裝質(zhì)量，合理使用設(shè)備，加強(qiáng)設(shè)備維護(hù)，才能確保提升機(jī)高效率和安全可靠的工作。它又可以分為單繩和多繩兩種。根據(jù)提升機(jī)卷筒（又稱絞筒、滾筒或繩筒）的構(gòu)造特點(diǎn)可分為兩大類： 1） 纏繞式提升機(jī)：起提點(diǎn)是在提升過程中，鋼絲繩纏繞在卷筒表面。另外，聯(lián)系井上井 下見的也不局限于體上機(jī)械， 交帶 輸送機(jī)也可以 作為聯(lián)系井上與井下之間的搬運(yùn)工具。有的國(guó)家把最大提升速度大于 4m/s的提升設(shè)備稱為提升機(jī)械；小于 4m/s 的稱為絞車。 1 第 1 章 緒 論 不少人把提升機(jī)械定義為聯(lián)系 井上與井下的一種機(jī)械設(shè)備 ， 有人更具體的說，提升機(jī)械是用作沿井筒提升或下放礦物人員和設(shè)備的一種機(jī)械。 這些說法都從一個(gè)側(cè)面或一定程度上說明了提升機(jī)械的功能和特性。 礦井提升設(shè)備是礦井運(yùn)輸 —— 提升綜合體的一個(gè)重要組成部分。它有單圓柱卷筒和雙圓柱卷筒兩種。近年來多采用多繩摩擦輪提升機(jī)。 本說明書主要介紹了 ? 4 型多繩摩擦式礦井提升機(jī) 的結(jié)構(gòu)以及控制裝置的選擇與設(shè)計(jì) ?，F(xiàn)在提升設(shè)備的容器在井道內(nèi)的速度，可達(dá)鐵路列車的速度（ 20~30 米 /秒）；一次有益提升量 30~50 噸；電機(jī)容量一萬 ~一萬五千千瓦。 礦井提升設(shè)備是礦井運(yùn)輸 —— 提升綜合體的一個(gè)重要組成部分。它有單圓柱卷筒和雙圓柱卷筒兩種。近年來多采用多繩摩擦輪提升機(jī)。 本說明書介紹了 4（Ⅰ）型多繩摩擦式礦井提升機(jī)的設(shè)計(jì)與計(jì)算。 2）由于多生摩擦輪提升機(jī)不能調(diào)節(jié)相對(duì)繩長(zhǎng)，因此，如果用雙容器提升，就不在兩個(gè)水平同時(shí)工作，為避免此缺點(diǎn)，往往采用平衡錘的單端提升方式，即鋼絲繩的一端為提升容器，另一端為平衡錘。 高摩擦系數(shù)的襯墊，不僅能保證較好的正常傳動(dòng)，而且也可以提高設(shè)備能力。 防滑問題 盡管國(guó)內(nèi)對(duì)于防滑問題的敘述各不相同，但歸根結(jié)底出發(fā)點(diǎn)只有一個(gè)，即鋼絲繩兩端張力應(yīng)符合一定的關(guān)系，并且計(jì)算時(shí)，都是以歐拉公式為基礎(chǔ)的。而且，摩擦輪提升系統(tǒng)多為帶尾繩系統(tǒng) ，故以下按待容器的雙容器系統(tǒng)分析。 7 提升機(jī)鋼絲繩張力均衡問題 由于各種原因，多生摩擦提升機(jī)的各繩受理時(shí)不均勻的，如果相差過大時(shí)，可能導(dǎo)致各繩槽磨損程 度過分不均，受力大的鋼絲繩安全系數(shù)降低等。 礦 井提升機(jī)起 動(dòng)頻 繁， 負(fù) 荷變 化大， 運(yùn) 行速度要求 嚴(yán)格，這就要 求配 備 具有良好性能的控制 設(shè)備 和保 護(hù)裝 置。 在接觸器控制系 統(tǒng) 中， 電阻 的切除 由 時(shí)間繼電 器控制，而 時(shí)間繼電 器的計(jì)時(shí) ，往往不能做到十分準(zhǔn)確，即有一定 誤 差范 圍 。 這 些 問題如果不及早 發(fā)現(xiàn) ，均 會(huì) 造成很大的事故。它采用可 編 程的 內(nèi) 存，用存 儲(chǔ)邏輯運(yùn) 算、 順 序控制、 定時(shí) 、計(jì) 算和算 術(shù)運(yùn) 算等操作指令。 把 PLC 控制 應(yīng) 用 礦 井提升機(jī)的控制系 統(tǒng) 中，是解 決 提升機(jī)的控制中所存在 問題的行 之有效的措施。其二， PLC 采用的是 掃 描工作方式，串行工作。 還 有停 電記憶的輔 助 繼電 器只要 在編寫程 序 時(shí)應(yīng) 用 這 個(gè)繼電 器，它就 會(huì) 有 記憶 功能， 記 住提升機(jī)在停 電 瞬 間 的 運(yùn) 行位置， 當(dāng)電 源恢復(fù) 時(shí)只 要 滿足運(yùn) 行田 間 ，它就 會(huì)從 停 電時(shí) 的 運(yùn) 行位置 開始運(yùn) 行。 提 升機(jī)的控制過程 無論 是自 動(dòng) 或是手 動(dòng) 控制的提升機(jī)，其 運(yùn) 行的速 度圖 ，一般都具有以下幾 個(gè)階 段：加速、等速、 減 速和爬行 四個(gè)階 段，其速度 時(shí) 序 圖 如 圖 1 所示。設(shè)計(jì)算所得加速時(shí)間越為 5S，等速約 40S，減速和爬行共約 5S。經(jīng)過 40S 的運(yùn)行后，控制系統(tǒng)切斷電動(dòng)機(jī)的三項(xiàng)電源，使提升機(jī)進(jìn)入減速階段運(yùn)行。即保留原 來繼電 接觸器控制的手 動(dòng) 指令控制部分，以原 來 的 電 器控制 線 路 圖為基礎(chǔ) ，改 進(jìn) 成 為 PLC 的梯形 圖 二 設(shè) 置的控制。其 進(jìn)出線 方式保持不 變 （與半自 動(dòng) 化相同），只需用自 動(dòng) 控制和半自 動(dòng) 控制 轉(zhuǎn)換開關(guān) SB，并通 過 PLC 內(nèi) 部程序的改 變 ，使 其控制功能改 變。例如前面提到的異常事故的禁止輸出繼電器，在緊急狀態(tài)下，使 PLC 全部輸出禁止，實(shí)現(xiàn)了故障保護(hù) 。一般小型低檔的 PLC 僅能實(shí)現(xiàn)對(duì)開關(guān)量的控制，中檔和高檔、中型和大型的PLC 才能實(shí)現(xiàn)對(duì)模擬量的控制，并且具有聯(lián)網(wǎng) 通訊，各種運(yùn)算，高級(jí)語言等多種功能。 在選擇機(jī)型前，用戶首先要對(duì)控制對(duì)象進(jìn)行下列估計(jì)： 1）由多 少個(gè)開關(guān)量輸入，電壓分別為多少； 2）由多少個(gè)開關(guān)量輸出，輸出功率為多少； 3）有多少模擬量輸入輸出點(diǎn)； 4）是否有特殊控制要求，如高速計(jì)算器等； 5）機(jī)房與現(xiàn)場(chǎng)的最遠(yuǎn)距離為多少； 6）現(xiàn)場(chǎng)對(duì) PLC 的相應(yīng)速度有何要求； 7）內(nèi)存估計(jì)： 用戶程序所需要的內(nèi)存量受下述四個(gè)因素的影響： ○ 1 內(nèi)存利用率 ○ 2 開關(guān)量輸入輸出的點(diǎn)數(shù) ○ 3 模擬量輸入輸出的點(diǎn)數(shù) ○ 4 程序編寫者的編程水平。程序必須經(jīng)過一定時(shí)間的運(yùn)行考驗(yàn)，才可以投入實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)工作。 3）系統(tǒng)初始化程序的設(shè)計(jì)。 7）其他輔助程序的設(shè)計(jì)。 1 單體控制的小系統(tǒng) 此系統(tǒng)一般使用一臺(tái) PLC 就能完成控制功能，控制對(duì)象常常是一臺(tái)設(shè)備，或幾臺(tái)設(shè)備中的一個(gè)功能。這時(shí)需要選用局部式結(jié)構(gòu)，且選用低電壓、高密度輸入輸出模塊。 4）有時(shí)，雖然手冊(cè)給出的輸入輸出容量很大，比如 16KB，但 PLC 還要受到其他 方面的限制，如內(nèi)存的大小等。這樣的系統(tǒng)應(yīng)選用低速網(wǎng)和中小型機(jī)。這時(shí)，多臺(tái) PLC 間的信息交換和系統(tǒng)快速響應(yīng)就成了一對(duì)尖銳的矛盾。另一種是選用低速網(wǎng)，速度要求不高的信息交換低速網(wǎng)來實(shí)現(xiàn)；對(duì)速度要求高的那部分信息交換，則采用硬件輸入輸出的辦法。 2）半自動(dòng)運(yùn)行方式，即系統(tǒng)的啟動(dòng)或運(yùn)行過程忠的某些步驟需要人工干預(yù)，方可進(jìn)行下去。從這個(gè)意義上講，手動(dòng)方式又是自動(dòng) 14 方式的后備運(yùn)行方式，所以手動(dòng)運(yùn)行方式的程序不能進(jìn)入 PLC。 暫時(shí)停運(yùn)方式用于程序控制方式暫時(shí)執(zhí)行當(dāng)前程序，使所有輸出都置成OFF 狀態(tài)，待暫停接觸時(shí)將繼續(xù)運(yùn)行杯暫停的程序。 緊急停運(yùn)方式是：當(dāng)控制系統(tǒng)中某 些設(shè)備出現(xiàn)異常情況或故障而不立即停運(yùn)，系統(tǒng)將導(dǎo)致重大事故或可能所懷設(shè)備時(shí)，必須使用緊急停運(yùn)按鈕時(shí)所有設(shè)備立即停運(yùn)。 1 程序控制方式 根據(jù) PLC 的功能和輸入輸出模塊的組合，它有以下幾種： 1） 代替普通繼電器的順序控制； 2） 按位移寄存器方式進(jìn)行步進(jìn)控制、順序控制； 3） 進(jìn) 行按定時(shí)器的時(shí)序控制； 4） 進(jìn)行計(jì)數(shù)器的技術(shù)控制； 5） 按高速計(jì)數(shù)器值進(jìn)行計(jì)數(shù)、測(cè)量和位置控制； 6） 根據(jù)輸入的模擬信號(hào)進(jìn)行測(cè)量控制； 7） 根據(jù)模擬輸入輸出信號(hào)進(jìn)行 PID 控制； 8） 根據(jù)模擬輸出信號(hào)進(jìn)行溫度、流量和速度的控制； 9） 用位置控制模塊進(jìn)行高速、高精度的位置控制； 10） 用數(shù)據(jù)指令進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、參數(shù)控制等 2 連鎖控制方式 它是采用繼電器連鎖控制電路的控制方式。此方式中，動(dòng)作結(jié)束信號(hào)要反送給步進(jìn)檢出電路，以便切換到下一步，輸出必要的命令。 輸入/輸出控制對(duì)象 圖 32 單機(jī)控制系統(tǒng) 2 集中控制系統(tǒng) 集中控制系統(tǒng)是用一臺(tái) PLC 控制多臺(tái)被控制設(shè)備。 然而某一個(gè)控制對(duì)象的控制程序需要改變時(shí)。 CBA輸入輸出控制對(duì)象 控制對(duì)象 控制對(duì)象PLC 圖 33 集中控制系統(tǒng) 采用集中控制系統(tǒng)時(shí)，必須注意將 I/O 點(diǎn)數(shù)和存儲(chǔ)器容量選擇裕量大些，以 便增設(shè)控制對(duì)象。由于各控制對(duì)象都由自己的 PLC 控制，當(dāng)某一臺(tái) PLC 停運(yùn)時(shí)，不需要停運(yùn)其它的 PLC。由于不同廠家的不同型號(hào)的 PLC 所能驅(qū)動(dòng)的同軸電纜長(zhǎng)路是不同的，選擇時(shí)必須按控制系統(tǒng)的需要選用。一個(gè)控制系統(tǒng)需設(shè)置多少個(gè)遠(yuǎn)程 I/O 通道（站），要視控制對(duì)象的分散程度和距離而定，同時(shí)亦受所選 PLC 能驅(qū)動(dòng) I/O 通道數(shù)的限制。 3） 保證控制系統(tǒng)得安全、可靠。這些設(shè)備屬于一般的電器元件，其選擇的方法在其它有關(guān)書籍中已有介紹。 3）分配 I/O 點(diǎn)，繪制 I/O 連接圖。 6）編制控制系統(tǒng)得技術(shù)文件，包括說明書、電器圖及電器元件明細(xì)表等。據(jù)此確定 I/O 點(diǎn)數(shù)。設(shè)計(jì) I/O 連接圖。 2 PLC 程序設(shè)計(jì)的步驟 1）對(duì)于較復(fù)雜的控制系統(tǒng)，需要繪制系統(tǒng)控制流程圖，用以清楚地表明動(dòng)作的順序和條件。 3）根據(jù)梯形圖編制程序清單（語句表）。如不滿足要求，再回去修改程序或檢查接線，直到滿足要求為止。 PLC 的品種繁多，其結(jié)構(gòu)型式、性能、容量、指令系統(tǒng)、編程方法、價(jià)格等各有不同，適用場(chǎng) 合也各有側(cè)重。若考慮周到，則存儲(chǔ)器的擴(kuò)充需要也許只要再安裝一個(gè)存儲(chǔ)器模塊即可滿足；如果具有可用的通信接口，就能滿足增加一臺(tái)外部設(shè)備的需要。 （ 2）功能相當(dāng) 對(duì)于開關(guān)量控制的工程項(xiàng)目，對(duì)其控制速度無需考慮，一般的低檔機(jī)就能滿足要求。 2） 數(shù)學(xué)運(yùn)算 功能要求：四則數(shù)學(xué)運(yùn)算 、開放、對(duì)數(shù)、函數(shù)計(jì)算、雙倍精度的數(shù)學(xué)運(yùn)算。 4） 矩陣功能 功能要求：邏輯與、邏輯或、異或、比較、置位、位移和變反等。 可選模塊：如為實(shí)時(shí)多任務(wù)處理的協(xié)處理器、遠(yuǎn)程輸入 /輸出擴(kuò)展能力、內(nèi)存擴(kuò)充模塊、冗余控制模塊等。 （ 3）機(jī)型統(tǒng)一 一個(gè)大型企業(yè)，應(yīng)盡量做到機(jī)型統(tǒng) 一。離線編程的 PLC，其特點(diǎn)是主機(jī)和編程器共用一個(gè) CPU，在編程器上有一個(gè)“編程 /運(yùn)行”選擇開關(guān)或按鍵，選擇編程狀態(tài)時(shí)， CPU 將失去對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的控制，只為編程器服務(wù)，這就是所謂的“離線”編程。同時(shí)控制器又是通過 I/O 接口模塊將控制器的處理結(jié)果送給被控設(shè)備或工業(yè)生產(chǎn)過程，驅(qū)動(dòng)各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)控制。典型的輸入輸出信號(hào)為 24 ~ 240V，滯留輸入輸出信號(hào)為 5~240V。 （ 4） 特殊功能輸入 /輸出 在選擇一臺(tái) PLC 時(shí)，用戶可能需要一些特殊類型的切不能用便準(zhǔn) I/O 實(shí)現(xiàn) I/O 限制的情況。一下屬步驟作為選型的一般規(guī)則： 1） 確定電源的輸入電壓。 4） 如果框架中留有空槽用作將來擴(kuò)展時(shí)： ① 列出將來要擴(kuò)展的 I/O 模塊所需的背板電流。 4 存儲(chǔ)器類型及容量的選擇 存儲(chǔ)器容量的選擇一般有兩種選擇方法： （ 1）根據(jù)編程實(shí)際使用的節(jié)點(diǎn)數(shù)計(jì)算 這種方法可精確的計(jì)算出存儲(chǔ)器實(shí)際使用容量，缺點(diǎn)是要編完程序 才能進(jìn)行計(jì)算。 5 軟件選擇 在系 統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)過程中，用戶常面臨 PLC 的編程問題，因?yàn)檫@是非常重要的。 指令集的選擇將決定實(shí)現(xiàn)軟件任務(wù)的難易程度。盡管如此，美中 PLC 都有自己的環(huán)境技術(shù)條件，在選擇時(shí)特別是在設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)時(shí)，對(duì)環(huán)境條件要給與充分