【正文】 ............................................................................20 系統(tǒng)控制程序梯形圖 .......................................................................................................21 第 6 章 人機交互界面 .....................................................................................................................22 觸摸屏 概述 .....................................................................................................................22 觸摸屏在工業(yè)控制中的應(yīng)用 ............................................................................................23 PWS－ 3261 觸屏簡介 .......................................................................................................24 觸摸屏在礦井提升機控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 ...........................................................................24 第 7 章 結(jié) 論 .................................................................................................................................25 參考文獻 ........................................................................................................................................26 致 謝 …………………………………………………………………………………… 27 太原科技大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 1 第 1 章 緒 論 國內(nèi) 外 礦井提升機研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢 礦井提升裝置是采礦業(yè)的重要設(shè)備，隨著科學技術(shù)的進步和礦井生產(chǎn)現(xiàn)代化要求的不斷提高，人們對提升機工作特性的認識進一步深化，提升設(shè)備及拖動控制系統(tǒng)也逐步趨于完善，各種新技術(shù)、新工藝逐步應(yīng)用于礦井提升設(shè)備 中。 隨著計算機和 PLC技術(shù)的不斷發(fā)展，采用先進的控制技術(shù)改造傳統(tǒng)礦山行業(yè)的傳統(tǒng)控制系統(tǒng)，從而使礦井提升機的控制性能得到 極大的改善，其自動化水平、安全 性 、可靠性都達到了新的高度，并采用現(xiàn)代化的管理和監(jiān)視手段保障提升機的安全運行 ， 保證礦井提升機可靠、準確地運行，實現(xiàn)礦井提升機的計算機控制。對提升機來說，運行的安全性與可靠性是至關(guān)重要的。 傳統(tǒng)的礦井提升機控制系統(tǒng)主要采用繼電器－ 接觸器進行控制，這類提升機通常在電動機轉(zhuǎn)子回路中串接附加電阻進行啟動和調(diào)速。 變頻調(diào)速是近年來發(fā)展起來的一門新興的自動控制技術(shù)，它利用改變被控對象的電源頻率，成功實現(xiàn)了交流電動機大范圍的無級平滑調(diào)速，在運行過程中能隨時根據(jù)電動機的負載情況，使電機始終處于最佳運行狀態(tài)，在整個調(diào)速范圍內(nèi)均有很高的效率，節(jié)能效果明顯。特別是模擬技術(shù)、微電子技術(shù)、微電腦技術(shù)在提升機控制中的應(yīng)用已 成為必然的發(fā)展 。 1981 年第一臺用同步機懸臂傳動的提升機在德國Monopol 礦問世， 1988 年由 MAVGHH 和西門子合作制造的機電一體的提升機 (習慣稱為內(nèi)裝電機式 )在德國 Romberg 礦誕生了，這是世界上第一臺機械和電氣融合成一體的同步電機傳動提升機。計算機和 PLC 的應(yīng)用，使提升機自動化水平、安全、可靠性都達到了一個新的高度，并提供了新的、現(xiàn)代化的管理、監(jiān)視手段。據(jù)此，變頻器以其獨特的優(yōu)勢在提升機行業(yè)的應(yīng)用也迎來了發(fā)展的新時期。在廣泛考察現(xiàn)行的變頻調(diào)速方案后，本文提升機系統(tǒng)控制單元采用目前工控適用的可編程控制器來控制，具有編程簡單和控制可靠性高的優(yōu)點 ， 電力拖動系統(tǒng)中， 選用先進的變頻傳動裝置，運用先進的矢量控制技術(shù)，優(yōu)化了調(diào)速系統(tǒng)的性能，這 已成為 現(xiàn)代交流調(diào)速的重要研究方向。礦井提升機是礦井 生產(chǎn)過程中的一個重要環(huán)節(jié)，它的任務(wù)是提升有用礦物和礦石、升降人員和設(shè)備、下放材料等。 上述問題使提升機運行的可靠性和安全性不能得到有效的保障。采用 PLC 控制，硬件簡潔、軟件靈活性強、調(diào)試方便、維護量小， PLC 技術(shù)己經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種提升機控制。纏繞式礦井提升機有單卷筒和雙卷筒兩種，鋼絲繩在卷筒上的纏繞方式與一般絞車類似。摩擦式礦井提升機的提升繩搭掛在摩擦輪上，利用與摩擦輪襯墊的摩擦力使容器上升。后者的優(yōu)點是：可采用較細的鋼絲繩和直徑較小的摩擦輪，從而機組尺寸小，便于制造；速度高、提升能力大、安全性好。 下放時為負力 ， 若負力值較小 ，可考慮自由加速 ， 并配合使用盤式制動器 ， 若負力值較大 ， 則采用動力制動加速。下放時為負力 ， 一方面接入轉(zhuǎn)子附加電阻 ， 另一方面增大制動電流并輔以機械制動方式減速。當 V0上升到 Vm時 ，電動機運行在自然特性曲線上。 (3)主減速階段 t3 為使提升機準確停車 ， 在停車前應(yīng)進行減速。 Vt 1 t 2 t 3 t 4 t 5V 0V m = 1 . 1 2 m / sV 4 = 0 . 3 m / s 圖 2－ 1 提升機速度圖 提升機的受力情況 由直線運動的運動方程可得 ： F = cF + ma 式（ 2－ 1） 式中 ： F－ 提升機在某運動階段的力 ， N； cF － 提升機的靜阻力（包括車重、提升機重量和繩重） ， N； m－ 把旋轉(zhuǎn)運動的部件折算到直線運動的變位質(zhì)量 ， kg； a－ 各階段的加速度、減速度值 ， m/ 2s 。 (2)具有良好的調(diào)速性能 要求速度平穩(wěn)，調(diào)速方便，調(diào)速范圍大，能滿足各種運行方式及提升階段 (如加速、減速、等速、爬行等 )穩(wěn)定運行的要求。 (5)工作方式轉(zhuǎn)換容易 要能夠方便的進行自動、半自動、手動、驗繩、調(diào)繩等工作方式的轉(zhuǎn)換，操作方便，控制靈活，不至于因工作方式的轉(zhuǎn)換影響 正常生產(chǎn)。 太原科技大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 礦井提升機的電氣傳動方案 礦井提升機的電氣傳動方式 一般有以下 4 種。 圖 2— 3 交 直 交變頻原理圖 （ 1）整流器：最近大量使用的是二極管的變流器，它把工頻電源變換為直流電源。裝置容量小時，如果電源和主電路構(gòu)成器件有余量，可以省去電感采用簡單的平波回路 。制動器選用 2 臺 DBU3506 能耗制動單元；每臺制動單元連接 4Ω180KW 制動電阻。 采用 PLC 對提升系統(tǒng)進行保護和監(jiān)控，使系統(tǒng)更加安全可靠。 圖 3－ 2 為可編程控制器控制系統(tǒng)。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。改造時保持原有的操作方式、按鈕、開關(guān)、主令控制器作用不變，則用戶使用起來將非常方便，太原科技大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 不需要適應(yīng)期。 對于礦井提升機這樣的 大型 機械來說， 在電機脫離電源后， 由于運行慣性較大， 往往要經(jīng)過一段時間才能停止轉(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 和物料的運輸。 操作臺：操作臺設(shè)置兩個手柄，分別用于速度輔助給定及制動力給定。提升過程采用微機主要完成如下參數(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。 控制系統(tǒng)工作原理：當司機聽到開車信號時，按下啟動按鈕， PLC控制將 380V動力電源接入變頻器。 操作人員通過操作臺向 PLC 發(fā)送控制提升機運行的控制命令。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，成為現(xiàn)代工業(yè)控制的三大支柱（ PLC、機器人和 CAD/CAM）之一。 (2)可靠性高 ， 抗干擾能力強 繼電器控制系統(tǒng)中 ， 由于器件的老化、脫焊、觸點的抖動以及觸點電弧等現(xiàn)象是不可避免的 ， 大大降低了系統(tǒng)的可靠性。同時設(shè)計人員也可根據(jù)自己的喜好和實際應(yīng)用的要求選擇其他編程語言。 PLC 的功能擴展也極為方便 ， 硬件配置相當靈活 ,根據(jù)控制要求的改變 ， 可以隨時變動特殊功能單元的種類和個數(shù) ， 再相應(yīng)修改用戶程序就可以達到變換和增加控制功能的目的。當 PLC處于停止 (STOP)狀態(tài)時，只進行內(nèi)部處理和通信操作服務(wù)等內(nèi)容。在此輸入映像寄存器被刷新。用戶程序涉及到輸入輸出狀態(tài)時， PLC 輸出映像寄存器中讀出上一階段采入的對應(yīng)輸入端子狀態(tài)。 掃描周期是 PLC 一個很重要的指標，小型 PLC 的掃描周期一般為十幾毫秒到幾十毫秒。影響 I/O 滯后的主要原因有：輸入濾波器的慣性、輸出繼電器接點的慣性、程序執(zhí)行的時間、程序設(shè)計不當?shù)母郊佑绊懙?。以下重點介紹梯形圖語言編程。 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。 PLC 梯形圖中每個網(wǎng)絡(luò)有多個梯形組成，每個梯級有一個或者幾個支路組成。整流部分為三相橋式不 可控整流器，逆變部分為 IGBT 三相橋式逆變器，且輸出為 PWM 波形，中間直流環(huán)節(jié)為濾波、直流儲能和緩沖無功功率。 異步電動機定子對稱的三相繞組中通入對稱的三相交流電，在電機氣隙內(nèi)會產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場，其旋轉(zhuǎn)速度為同步轉(zhuǎn)速 ： pf160n0? 式(3－ 1) 式中 f1－ 定子繞組電源頻率 ； P－ 電機磁極對數(shù)。 由式 3－ 4 可知，變頻調(diào)速與變極調(diào)速為轉(zhuǎn)差功率不變型不論其轉(zhuǎn)速高低，轉(zhuǎn)差功率消耗基本不變，因此調(diào)速效率為最高。 (2)轉(zhuǎn)差頻率控制 轉(zhuǎn)差頻率控制是檢測異步電動機的轉(zhuǎn)速，對轉(zhuǎn)差頻率采取閉環(huán)控制。目前，實用中多采用轉(zhuǎn)差頻率矢量控制，由于其沒有實現(xiàn)直接磁通的閉環(huán)控制，無需檢 測出磁通，因而容易實現(xiàn)。但是 DTC 也存在不足之處，其最大的困難就在于低速性能不理想。這種電流源型變頻器，其逆變器中的晶閘管每個周期工作 1200 ，屬于 1200 導電型。對負載電動機而言，變頻器是一個交流電壓源，在不超過電壓容量的情況下可以驅(qū)動多臺電動機并聯(lián)運行，具有不選擇負載的通用性。 根據(jù)變頻調(diào)速原理，在變頻器的控制輸入回路中接入頻率設(shè)定電路，由 PLC輸出的模擬量，即電壓或電流信號來控制變頻器的輸出頻率，實現(xiàn)電機速度控制。 為了與變頻調(diào)速系統(tǒng)配合，保證在啟動力矩、低頻轉(zhuǎn)矩、過載能力等方面滿足系統(tǒng)的要求，選用變頻電動機。 PLC 控制主程序完成系統(tǒng)初始化 、 自檢 、 故障診斷 、 調(diào)速系統(tǒng)控制及安全保護等工作。利用這種技術(shù)，使用者只要用手指輕輕地觸碰計算機顯示屏上的圖符或文字，就能實現(xiàn)對主機的操作或 查詢，這樣就擺脫了鍵盤和鼠標操作，從而大大地提高了計算機的可操作性。 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時，所觸摸的位置的坐標被觸摸屏控制器檢測，并通過通信接口（例如RS232CRS485串行口）送到 CPU，從而得到輸入的信息。 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。很多設(shè)備需要在現(xiàn)場環(huán)境使用的人機接口裝置，它們一般安裝在控制屏上。使用觸摸屏和計算機控制后，能明確告知操作員機器設(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，即使是新手也可以很輕松的操作整個機器設(shè)備。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。 本系統(tǒng)以 三菱 FX2N系列 PLC為控制核心，配以 DELTA公司的 PWS3261型 HMI，二者通過 RS－ 485 接口互連，傳輸速率為 9600 bps， 8 位偶校驗， 1 位停止位。 觸摸屏上的觸摸鍵取代了傳統(tǒng)的控制面板功能，可使操作者把觸摸屏當作一個操作面板，只要操縱觸摸屏上配置的虛擬按鈕，即可進行簡單