【正文】 現(xiàn)，越來越受到廣大用戶的青睞，成為當(dāng)今自動(dòng)化電氣控制的主流。 本系統(tǒng)具體設(shè) 計(jì)方案是 采用光電編碼器采樣 提升機(jī)滾筒的 轉(zhuǎn)速信號(hào)，電流互感器在電動(dòng)機(jī)定子側(cè)采樣電流信號(hào)，經(jīng)過可編程控制器的 A/D, D/A模塊轉(zhuǎn)換，構(gòu)成轉(zhuǎn)速、電流負(fù)反饋控制。 2 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求 系統(tǒng)控制要求 (1)礦井提升機(jī)是整個(gè)煤礦安全生產(chǎn)的關(guān)鍵，其安全可靠性直接關(guān)系到全礦的生產(chǎn)和礦工的生命安全。 (4)工作方式轉(zhuǎn)換容易，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用井底初加速、等速，井筒主加速、等速和井口減速運(yùn)行等階段。這時(shí)，在井口平車場(chǎng)內(nèi)的重車串借慣性繼續(xù)前進(jìn)，當(dāng)行至摘掛鉤位置時(shí)，摘鉤并掛空車。 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 礦井提升機(jī)硬件結(jié)構(gòu)主要包括控制系統(tǒng)、調(diào)速裝置、放大驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、換向回路、安全回路等部分，本系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)構(gòu)成如圖 22所示。通過模擬量輸出 模控制操作臺(tái) 井底裝載 井口卸載 檢測(cè)傳感器 報(bào)警顯示 PLC 控 制 系 統(tǒng) 光電編碼器 放大驅(qū)動(dòng) 閘控回路 換向回路 安全回路 提升機(jī)滾筒 液粘裝置 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 6 塊控制電液比例溢流閥，從而控制液粘調(diào)速離合器達(dá)到調(diào)速的目的。 可編程控制器 (PLC)的特點(diǎn)及選型 PLC 特點(diǎn)及應(yīng)用 可編程控制器（ Programmable Logic Controller）是計(jì)算機(jī)技術(shù)與自動(dòng)化控制技術(shù)相結(jié)合而開發(fā)的一種適用工業(yè)環(huán)境的新型通用自 動(dòng)控制裝置，是作為傳統(tǒng)繼電器的替換產(chǎn)品而出現(xiàn)的。 可編程控制器的選型 本設(shè)計(jì)的主要控制過程是利用可編程控制器的 A/D, D/A 模塊和可編程控制器內(nèi)置的 PID 模塊構(gòu)成提升機(jī)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速、電流 PI 調(diào)節(jié)器，通過PLC 的模擬量輸出模塊來控制液粘調(diào)速離合器的電液比例溢流閥，從而調(diào)節(jié)控制油壓，該油壓經(jīng)控制油入口進(jìn)入油缸，推動(dòng)活塞，通過對(duì)摩擦副施加不同壓力來改變主、被動(dòng)片間的油膜厚度，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出軸轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，以實(shí)現(xiàn)提升 機(jī)調(diào)速運(yùn)行的要求。 在本系統(tǒng)中，可選用日本松下電工公司生產(chǎn)的中型 PLCFP3 機(jī)。 (2)FP3 機(jī) CPU 單元除具有一般功能的控制單元外，還具有功能完善的 A/D、 D/A 單 元，脈沖輸出單元、位置控制單元和進(jìn)行 PID 處理等特殊功能模塊。 (4)FP3 機(jī)采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使其具有如下突出優(yōu)點(diǎn) : 。 ，隨時(shí)改進(jìn)其設(shè)計(jì)、不斷完善，有利于提高質(zhì)量、降低成本。 結(jié)構(gòu)及工作原理 YL8 型液體粘性調(diào)速離合器 由主機(jī)和液壓系統(tǒng)兩大部分組成。被動(dòng)片和被動(dòng)鼓 以花鍵相連并可在被動(dòng)鼓上作軸向自動(dòng)移動(dòng)；主動(dòng)片與主動(dòng)軸同步旋轉(zhuǎn)，被動(dòng)片與被動(dòng)軸同步旋轉(zhuǎn)；加壓分離部分包括油缸、活塞、回位彈簧、壓盤等。 控制供油系統(tǒng)由電液比例溢流閥來調(diào) 節(jié)控制油壓，該油壓經(jīng)控制油入口進(jìn)入油缸，推動(dòng)活塞，對(duì)摩擦副施加不同壓力來改變主、被動(dòng)片間的油膜厚度，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出軸轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，以滿足工作機(jī)的變速要求。 :YLANab 普通液力油或 8液力傳動(dòng)油。 脈沖輸出單元 FP3 配備了多種實(shí)現(xiàn)位置控制的單元，首先是脈沖輸出單元，還有高速計(jì)數(shù)單元和位置控制單元，脈沖輸出單元可以輸出頻率可調(diào)的脈沖，其輸出頻率范圍為 45Hz～ 5kHz。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 11 井口車場(chǎng)的長(zhǎng)度 :LK=30m。 初加速段 : n01=L01/LD n0= 等速運(yùn)行段 : n0=L02/LG n0= 加減速運(yùn)行段 : n1=n2=L1/LG n0=24/ 2021=6115 個(gè) 等速運(yùn)行段 : n3=L3/LG n0=420/ 2021=107006 個(gè) 與井底運(yùn)行的脈沖數(shù)相同 nK1=420 個(gè)， nK2=7223 個(gè) (2)速度的脈沖化 將速度值轉(zhuǎn)化成脈沖數(shù)為 : f0=0 f1=v0/LG n0=1/ 2021=255 個(gè) f2=vm/LG n1=5/ 2021=1275 個(gè) f3=f1=255 個(gè) f4=f0=0 (3)加速度的脈沖化 與井底車場(chǎng)初加速及與井口車場(chǎng)減速對(duì)應(yīng)的脈沖數(shù) : na01= na02=V0/t01=255/=77 個(gè) 與井筒運(yùn)行段的加、減速度對(duì)應(yīng)的脈沖數(shù) : na1=na2=vm/t1=1275/8=159 個(gè) 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 13 與加速度對(duì)應(yīng)的脈沖單元 2 的脈沖輸出頻率 : f01=77 f02=159 可以通過脈沖輸出單元的 Y23進(jìn)行脈沖輸出頻率的切換控制， Y23 OFF時(shí)輸出為低檔，當(dāng) Y23 ON時(shí)為高檔。 (2) 和 :高、低檔頻率細(xì)調(diào)調(diào)節(jié)螺釘。 (4) RST:脈沖單元復(fù)位輸入端。 (7) ZERO 和 SUB:原點(diǎn)到位信號(hào)輸入端和近原點(diǎn)到位信號(hào)輸入端。 脈沖單元工作方式選擇開關(guān)的設(shè)置 表 31列出了 FP3 脈沖單元工作方式選擇開關(guān)的具體設(shè)置方法。 SW4:取 0N狀態(tài)使之處于單脈沖輸出方式。 2 號(hào)脈沖單元 :KO 可以讀經(jīng)過值、寫初始 值此處為 O， K2只能寫預(yù)置值先本系統(tǒng)設(shè)為 255，后可經(jīng)過程序修改。 C=P 時(shí)， X0: ON, CP時(shí) X1: ON。該脈沖送入高速計(jì)數(shù)器 HSC 的 XO 端，使高速計(jì)數(shù)器 HSC 按所設(shè)定的參數(shù)表進(jìn)行工作。其性能對(duì)照表如34 所示。 高速計(jì)數(shù)器的設(shè)置 (1) 高速計(jì)數(shù)器有四種工作方式，分 別為單路加計(jì)數(shù)、單路減計(jì)數(shù)、兩路單相輸入方式和兩路雙相輸入方式，在本系統(tǒng)中采用兩路單相輸入方式，計(jì)數(shù)范圍為 8388608～ 8388607，工作方式選擇為 X0 加計(jì)數(shù)、 X1 減計(jì)數(shù)，其最高計(jì)數(shù)頻率為 5KHZ。特殊繼電器 R903A 規(guī)定為 HSC 的標(biāo)志寄存器，當(dāng)HSC 計(jì)數(shù)時(shí)該繼電器“ ON”，停止計(jì)數(shù)時(shí)為“ OFF”。其作用是將一個(gè)外部繼電器規(guī)定為高速計(jì)數(shù)器的輸出。 ⑤ [F164(SPDO) S]: 其中 S：存控制數(shù)據(jù)的首地址，其作用是根據(jù)高速計(jì)數(shù)器的經(jīng)過值確定輸出的控制條件。 當(dāng)有提升信號(hào)時(shí)， PLC 按照 pattern 參數(shù)表所設(shè)定的工作方式運(yùn)行。 高速計(jì)數(shù)板的設(shè)置與整定 與高速計(jì)數(shù)器的設(shè)置方式相似，高速計(jì)數(shù)板的設(shè)置包括輸入方式、計(jì)數(shù)范圍、計(jì)數(shù)速度、通道選擇和內(nèi)部寄存器的分配等，具體設(shè)置如下： (1)輸入方式 :兩相獨(dú)立輸入方式， INA 為加計(jì)數(shù)， INB 為減計(jì)數(shù)。 (5)高速計(jì)數(shù)板占用的內(nèi)部寄存器如表 36。當(dāng)激磁繞組軸線與同步繞組的等值繞組相重合時(shí)，輸出的電壓 U2m為最大，當(dāng) ф =900時(shí)，此時(shí)輸出電壓為零。 PID 調(diào)節(jié)是過程控制系統(tǒng)中最常用的控制算法之一。 e(k)：第 k次采樣時(shí)的偏差值 : e(k1)：第 (k1)次采樣時(shí)的偏差值。 參數(shù)表具體設(shè)置說明如下 : (1)控制模式選擇 [S] 數(shù)字 PID 數(shù)據(jù)處理控制模式及功能簡(jiǎn)要介紹如下： ①微分型 PID 與積分型 PID 設(shè)定值改變時(shí)，輸出值也改變。 這些參數(shù)決定當(dāng)程序有變化時(shí)輸出量增大還是減小。當(dāng)執(zhí)行自 動(dòng)轉(zhuǎn)換時(shí)，估計(jì)值在自動(dòng)轉(zhuǎn)換完成后返回。 (3)反饋值 (PR)[S+2] 數(shù)字 PID的反饋 值可用 A/D轉(zhuǎn)換器或光電碼盤測(cè)量值作為當(dāng)前過程控制值，調(diào)節(jié)使其在以下范圍內(nèi) :KO～ K10000。 (5)輸出較低極限值 [S+4] 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 23 范圍是 :KO～ K10000。 (7)比例增益 (KP)[S+6〕 比例增益規(guī)定 PID 處理使用的系數(shù)；將設(shè)定值 即為實(shí)際比例增益；設(shè)定范圍是 :K1～ K9999。 (10)采樣時(shí)間 (TS)[S+9] 用來設(shè)定 PID 處理使用的系數(shù)；將設(shè)定值 即為實(shí)際控制時(shí)間，設(shè)定范圍是 :K1～ K6000。增大積分常數(shù)雖有利于減小超調(diào)使系統(tǒng)穩(wěn)定，但系統(tǒng)靜差的消除將減慢。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 24 A/D 單元的設(shè)置 通道的選擇 FP3 的 A/D 單元有 4 個(gè)輸入通道，其模擬量輸入范圍和類型是由該單元背面的開關(guān)進(jìn)行設(shè)定的。 表 37 A/D 單元 I/O 分配表 輸入點(diǎn)編號(hào) 說 明 X90 A/D轉(zhuǎn)換準(zhǔn)備好標(biāo)志 (可作為 CHOCH3四個(gè)通道輸出數(shù)據(jù)條件 ) X91 A/D轉(zhuǎn)換準(zhǔn)備好標(biāo)志 (可作為 CHO通道輸出數(shù)據(jù)的條件 ) X92 A/D轉(zhuǎn)換準(zhǔn)備好標(biāo)志 (可作為 CH1通道輸出數(shù)據(jù)的條件 ) X93 A/D轉(zhuǎn)換準(zhǔn)備好標(biāo)志 (可作為 CH2通道輸出數(shù)據(jù)的條件 ) X94 A/D轉(zhuǎn)換準(zhǔn)備好標(biāo)志 (可作為 CH3通道輸出數(shù)據(jù)的條件 ) X95～ X97 未用 X98 CHO標(biāo)志位 (當(dāng) A/D轉(zhuǎn)換值大于上限值時(shí)，該接點(diǎn)“ ON” ) X99 CHO標(biāo)志位 (當(dāng) A/D轉(zhuǎn)換值小于下限值時(shí)，該接點(diǎn)“ ON” ) X9A CH1標(biāo)志位 (當(dāng) A/D轉(zhuǎn)換值大于上限值時(shí)，該接點(diǎn)“ ON” ) X9B CH1標(biāo)志位 (當(dāng) A/D轉(zhuǎn)換值小于下限值時(shí)，該接點(diǎn)“ ON” ) X9C CH2標(biāo)志位 (當(dāng) A/D轉(zhuǎn)換值大于上限值時(shí)，該接點(diǎn)“ ON” ) X9D CH2標(biāo)志位 (當(dāng) A/D轉(zhuǎn)換值小于下限值時(shí)，該接點(diǎn)“ ON” ) X9E CH3標(biāo)志位 (當(dāng) A/D轉(zhuǎn)換值大于上限值時(shí)，該接點(diǎn)“ ON” ) X9F CH3標(biāo)志位 (當(dāng) A/D轉(zhuǎn)換值小于下限值時(shí)，該接點(diǎn)“ ON” ) 表中說明 : (1)、當(dāng)某通道不工作時(shí)，則表 中其相應(yīng)的接點(diǎn) OFF. (2)、當(dāng) A/D 轉(zhuǎn)換單元工作異常時(shí)，則所有的接點(diǎn)均為 OFF. (3)、 A/D 轉(zhuǎn)換單元只占用輸入接點(diǎn)不占用輸出接點(diǎn)。 (3)、 K0, K5, K14 只用低四位。 表 39 A/D 單元的技術(shù)參數(shù)表 項(xiàng) 目 說 明 模擬輸入 電壓； 0～ 10V 電流； 4～ 20mA 數(shù)字輸入 0～ 4000 分辨率 電壓； 1/4000（ 5Mv） 電流： 1/4000（ 4uA） 精度 室溫下為 177。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 27 A/D 單元輸入輸出特性 在本系統(tǒng)中輸入信號(hào)為模擬量（ 4～ 20） mA 電流值，其輸出為 0～ 4000的數(shù)字量。 n: 控制字個(gè)數(shù)。 n: 讀取數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)。 通道的選擇 D/A 單元有 2個(gè)輸出通道，其 模擬量輸出類型是由單元背面的開關(guān)進(jìn)行設(shè)定的。 表 312 D/A 單元的技術(shù)參數(shù)表 項(xiàng) 目 說 明 模擬輸入 電流； 4～ 20mA 數(shù)字輸入 4～ 20mA K=0～ 4000 分辨率 1/4000（ 4uA） 精度 室溫下為 177。 （ 2）同一通道不能既作為電壓輸出又作為電流輸出。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 30 圖 32 D/A 單元的輸入 /輸 出特性 D/A 單元的編程方法 (1)向 D/A 單元寫入控制字 [F151 WRT, S1， S2， n， D〕 其中 :S1: D/A 單元所在的槽號(hào)。 S2: 存放錯(cuò)誤代碼共享存儲(chǔ)器首地址?？衫?5 號(hào)槽和 6 號(hào)槽安裝其 I/0 單元行程開關(guān)。 OT R5 ST R5 F1 (DMV) ；向 CPU 單元數(shù)據(jù)寄存器送入 2號(hào)脈沖 K 255 單元的初始值和預(yù)置值 DT 10 F1 (DMV) K 1275 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 41 DT 12 F1 (DMV) K 0 DT 14 ST R5 F151 WRT ； 2 號(hào)脈沖單元的初始化 K 1 DT 10 K 4 K 0 ST R5 DF OT Y18 ； 2 號(hào)脈沖單元輸出頻率控制 OT R6 ST R9013 FO MV H 2 DT 9052 F1 (DMV) K 0 DT 9104 ；高速計(jì)數(shù)板目標(biāo)值 0寄存器 F1 (DMV) K 0 DT 9106 ；高速計(jì)數(shù)板目標(biāo)值 1寄存器 ST R6 OT Y16 ； 2 號(hào)脈沖輸出脈沖開始 TM R1 K 330 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 42 OT