【正文】 ................ 29 第五章 人機(jī)交互界面 ......................................... 31 觸摸屏概述 ................................................................................................................ 31 PWS－ 3261 觸屏簡(jiǎn)介 ................................................................................................. 31 觸摸屏在礦井提升機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 ................................................................. 31 第六章 結(jié) 論 ............................................... 33 參考文獻(xiàn) ................................................... 35 致 謝 ...................................................... 36 1 第一章 概述 礦井提升機(jī)常被人們稱為礦山的咽喉，是礦山最重要的設(shè)備，是地下礦井與外界的唯一通道，肩負(fù)著運(yùn)輸?shù)V石、物料、人員等的重要 責(zé)任。 采用新技術(shù)、新設(shè)備、新工藝來裝備煤炭生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)，以達(dá)到減人提效、確保安全生產(chǎn)的目的，是科技興煤的必由之路。大家可以看到，目前我國(guó)已經(jīng)可提供多種技術(shù)先進(jìn)、性能可靠、安全性高的礦井提升設(shè)備，大多數(shù)已在煤礦基建、生產(chǎn)和技術(shù)改造等方面獲得了成功的應(yīng)用。電力拖動(dòng)系統(tǒng)中，選用先進(jìn)的變頻傳動(dòng)裝置，優(yōu)化了調(diào)速系統(tǒng)的性能，在使用 過程中實(shí)現(xiàn)了變頻調(diào)速，換向等功能，使運(yùn)行更加平穩(wěn)可靠。 2 礦井提升機(jī)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展研究現(xiàn)狀 礦井提升裝置是采礦業(yè)的重要設(shè)備，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和礦井生產(chǎn)現(xiàn)代化要求的不斷提高 ，人們對(duì)提升機(jī)工作特性的認(rèn)識(shí)進(jìn)一步深化，提升設(shè)備及拖動(dòng)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。起初的提升機(jī)是電動(dòng)機(jī)通過減速 器傳動(dòng)卷筒的系統(tǒng)，后來出現(xiàn)了直流慢速電動(dòng)機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)懸臂安裝直接傳動(dòng)的提升機(jī)。早在上世紀(jì)七十年代，國(guó)外就將可編程控制器 (PLC)應(yīng)用于提升機(jī)控制。 國(guó)內(nèi)提升機(jī)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨向 我國(guó)礦井提升機(jī)絕大多數(shù)還是轉(zhuǎn) 子回路串電阻分段控制的交流繞線式電機(jī)繼電器 —接觸器系統(tǒng)，設(shè)備陳舊、技術(shù)落后，這種控制系統(tǒng)存在著操作復(fù)雜、故障率高、電能浪費(fèi)大、調(diào)速性能差、運(yùn)行效率低、控制精度低、安全保護(hù)和監(jiān)測(cè)環(huán)節(jié)不完善、維修成本高等不足。圖 11 為提升機(jī)的交流拖動(dòng)原理圖。提升機(jī)的直流拖動(dòng)如圖 12 所示。 經(jīng)分析本文將 采用 交流繞線式電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)， 長(zhǎng)期以來，我國(guó)廣泛使用交流 繞線式電動(dòng)機(jī) 拖動(dòng)，與直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)比較，其主要優(yōu)點(diǎn)是：系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單、設(shè)備價(jià)格較低；在加速階段采用附加電阻調(diào)速，效果良好。不管電機(jī)正轉(zhuǎn)還是反轉(zhuǎn)，都是從礦井中將煤拖到地面上來，電機(jī)工作在正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)電動(dòng)狀態(tài)，只有在滿載拖車快接近井口時(shí)，需要減速并制動(dòng) 。改變同步轉(zhuǎn)速的有：變極對(duì)數(shù)調(diào)速，改變定子電壓、頻率的變頻調(diào)速，無換向電動(dòng)機(jī)調(diào)速等。在接線程序控制系統(tǒng)中控制程序的修改必須通過改變接線來實(shí)現(xiàn)。 （ 3）在啟動(dòng)過程中由于罐籠的實(shí)際載重量不同，而使實(shí)際的加速過程并非按照預(yù)定的設(shè)計(jì)參數(shù)運(yùn)行，常常出現(xiàn)停車不準(zhǔn)確甚至提前停車現(xiàn)象，不能正常裝卸載。 PLC 控制變頻調(diào)速 為了改善舊式提升機(jī)的不足，因此，需要研制更加安全可靠的控制系統(tǒng)，使提升機(jī)運(yùn)行的可靠性和安全性得到提高。在變頻器系統(tǒng)中輸出閘控信號(hào)到 PLC，要求只有在變頻的輸出轉(zhuǎn)矩達(dá)到一定值的時(shí)候才可以松閘，這樣會(huì)避免豎井提升機(jī)啟動(dòng)時(shí)發(fā)生溜車現(xiàn)象?？刂瞥绦蚴峭ㄟ^一個(gè)編程器寫到可編程控制器的程序存儲(chǔ)器中。采用 PLC 技術(shù)，克服原繼電器系統(tǒng)的不足，系統(tǒng)安全可靠，性價(jià)比提高，且控制程序可根據(jù)需要修改，對(duì)提高控制技術(shù)水平具有廣闊的應(yīng)用前景。本文將提出的設(shè)計(jì)方案具有實(shí)用價(jià)值。圖 16 為礦井 提升機(jī)變頻調(diào)速控制的系統(tǒng)框圖。使各種故障在出現(xiàn)之前就得以處理，防止事故的發(fā)生，并對(duì)各被監(jiān)視參數(shù)進(jìn)行存儲(chǔ)、保留或打印輸 出。 變頻器：是動(dòng)力站的能量供給單元，通過它可將輸入工頻電能轉(zhuǎn)換成頻率可調(diào)的電能提供給交流電動(dòng)機(jī)，以達(dá)到控制交流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。 PLC的輸入輸出回路均帶有光電隔離等抗干擾和過載保護(hù)措施。根據(jù) PLC 的技術(shù)特點(diǎn)又可增加一些新的功能。 S7200 可編程控制器（ PLC）的基本結(jié)構(gòu)如圖 21 所示。內(nèi)部處理階段， PLC 檢查 CPU 模塊的硬件是否正常，復(fù)位監(jiān)視定時(shí)器等。 可編程控制器（ PLC）的誕生給工業(yè)控制帶來革命性的飛躍，與傳統(tǒng)的繼電器控制相比有著突出的特點(diǎn)： (1)靈活性、通用性強(qiáng) 繼電器控制系統(tǒng)如果工藝要求稍有變化，控制電路必須隨 之作相應(yīng)的變動(dòng)，所有布線和控制柜極有可能重新設(shè)計(jì)，耗時(shí)且費(fèi)力然而是利用存儲(chǔ)在機(jī)內(nèi)的程序?qū)崿F(xiàn)各種控制功能的。 PLC 在硬件方面采取電磁屏蔽、光電隔離、多級(jí)濾波等措施在軟件方面采取警戒時(shí)鐘、故障診斷、自動(dòng)恢復(fù)等措施，并利用后備電池對(duì)程序和數(shù)據(jù)進(jìn)行保護(hù) ,因此被稱為“專為適應(yīng)惡劣的工業(yè)環(huán)境而設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)”。一個(gè)程序的不同部分可用任何一種語言來描述，支持復(fù)雜的順序操作功能處理以及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。它不僅能夠完成多數(shù)情況下的控制要求，還能夠大量節(jié)省系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試的時(shí)間和工作量。第一代是 80 年代初模擬式通用變頻器；第二代是 80 年代中期數(shù)字式通用變頻器；第三代是90 年代初智能型通用 變頻器；第四代是 90 年代中期的多功能型通用變頻器；最近研制上市第五代集中通用變頻器；通用變頻器的發(fā)展情況可以從幾個(gè)方面來說明： 1． 通用變頻器的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。國(guó)內(nèi)變頻調(diào)速技術(shù)發(fā)展較慢，產(chǎn)品性能較差，很難滿足連續(xù)化工生產(chǎn)的需求，而且無法實(shí)現(xiàn)閉環(huán)自動(dòng)控制。 MM440通用 變頻器 的簡(jiǎn)介 變頻器 MM440 系列（ MicroMaster440）是德國(guó)西門子公司廣泛應(yīng)用與工業(yè)場(chǎng)合的多功能標(biāo)準(zhǔn)變頻器。變頻器的電路一般由整流、中間直流環(huán)節(jié)、逆變和控制 4 個(gè)部分組成。交流調(diào)速系統(tǒng)的控制量最基本上是轉(zhuǎn)矩、速度、位置，根據(jù)不同的用途適當(dāng)組合可構(gòu)成各種閉環(huán)系統(tǒng)。 變轉(zhuǎn)差率 s：定子調(diào)壓、轉(zhuǎn)子串電阻、電磁轉(zhuǎn)差離合器、串極調(diào)速。 圖 24 MM440 變頻調(diào)速系統(tǒng)接線圖 本文研究的定子調(diào)壓調(diào)速主要是通過改變電動(dòng)機(jī)定子電源的頻率，從而改變其同步轉(zhuǎn)速的調(diào)速方法，當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩一定時(shí)，隨著電機(jī)定子電壓的降低，主磁通減少，轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)減少，轉(zhuǎn)子電流減少，轉(zhuǎn)子受到的電磁力減少，轉(zhuǎn)差率 s 增大，轉(zhuǎn)速減小，從而達(dá)到速度調(diào)節(jié)的目；同理，定子電壓升高，轉(zhuǎn)速增加。如圖 24 所示。 （ 2）設(shè)定 P0003=3， P0010=1， P3900=1,P0003=3,允許訪問擴(kuò)展參數(shù)。 表 22 變頻器各端子功能說明 端子號(hào) 符號(hào) 功能說明 1 10V 電源輸出 +10V 2 0V 電源輸出 0V 3 AIN1+ 模擬輸入 1（ +） 4 AIN 1 模擬輸入 1（ ） 10 AIN2+ 模擬輸入 2（ +） 11 AIN2 模擬輸入 2（ +） 5 DIN1 數(shù)字輸入 1 6 DIN2 數(shù)字輸入 2 7 DIN3 數(shù)字輸入 3 8 DIN4 數(shù)字輸入 4 16 DIN5 數(shù)字輸入 5 17 DIN6 數(shù)字輸入 6 9 24V 帶隔離的輸出 +24V 28 控制電源接地端 14 PTCA 過熱保護(hù)輸入端 （ +） 15 PTCB 過熱保護(hù)輸入端 （ ） 12 AOUT1+ 模擬輸出 1（ +） 13 AOUT1 模擬輸出 1（ ） 26 AOUT2+ 模擬輸出 2（ +） 27 AOUT2 模擬輸出 2（ ） 20 COM 數(shù)字輸出 1/轉(zhuǎn)換觸點(diǎn) 19 NO 數(shù)字輸出 1/常開觸點(diǎn) 18 NC 故障常閉點(diǎn) 29 P+ RS485 信號(hào) （ +） 30 N RS485 信號(hào) （ ） 電動(dòng)機(jī)的選擇 調(diào)速的本質(zhì)是根據(jù)負(fù)載轉(zhuǎn)矩的變化控制驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩，而交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩決定 17 了定子、轉(zhuǎn)子磁通勢(shì)矢量的大小與相對(duì)位置。從圖中可以看到，系統(tǒng)分別從 LL L3 三個(gè)端子引出三根線接到變頻器上，從變頻器的輸出端引出三根線經(jīng)過熔斷器、接觸器、熱繼 電器接到三相交流繞線電動(dòng)機(jī)上邊，從而達(dá)到變頻調(diào)速。變頻器可以輸出頻率可調(diào)的交流電源，在變頻器的控制輸入回路中接入頻率設(shè)定電路，本系統(tǒng)中通過 PLC 輸出電壓信號(hào) (0～ 12 V)來控制變頻器的頻率。同時(shí)（常開）觸點(diǎn)閉合，將報(bào)警指示燈 HL 和電笛 HA 接通，進(jìn)行聲光報(bào)警。同時(shí)（常開 ） 觸點(diǎn) 30B30C 閉合，將報(bào)警指示 20 燈 HL和電笛 HA 接通，進(jìn)行聲光報(bào)警。 圖 33 變頻調(diào)速主控電路接線圖 PLC 的兩個(gè)輸入點(diǎn) 和 分別作為系統(tǒng)的啟動(dòng)和停止信號(hào)的輸入點(diǎn)。 的輸出端 和 接報(bào)警、安全回路繼電器。提升工作圖是根據(jù)提升設(shè)備運(yùn)行的安全性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性的要求確定的。 （ 2） t2 段：主加速階段。提升速度以規(guī)定的最大速度 V max 運(yùn)行。提升容器進(jìn)入裝卸載曲軌，為減小沖擊并且便于停車，容器一般要以 。 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(hù)等工作。具體規(guī) 則如下： 1. 梯形圖的每一行指令都在母線右邊開始畫起。 5. 在有幾個(gè)串聯(lián)回路相并聯(lián)時(shí)，應(yīng)將觸點(diǎn)最多的那個(gè)串聯(lián)回路放在梯形圖的最上面；而在有幾個(gè)并聯(lián)回路相串聯(lián)時(shí)，應(yīng)將觸點(diǎn)最多的并聯(lián)回路放在梯形圖的最左面。當(dāng)需要開機(jī)運(yùn)行時(shí)，按下起動(dòng)按鈕 (SB1)，其輸出繼電器 KM1 便吸合，置于電源與變頻器之間的常開觸點(diǎn)閉合，將三相 AC380V 動(dòng)力電接入變頻調(diào)速回路中；當(dāng)減速停車，并實(shí)現(xiàn)機(jī)械抱閘制動(dòng)后，可以將變頻器與動(dòng)力電源脫開，按下停止按鈕 (SB2)，使繼電器 KM1失電，其常開觸點(diǎn)斷開，變頻器便與動(dòng)力電源脫開。此時(shí)變頻器 REV 與 CM 端相連，電機(jī)反轉(zhuǎn)下放重物。 3)、工頻與變頻轉(zhuǎn)換 工變頻轉(zhuǎn)換系統(tǒng)可使電機(jī)轉(zhuǎn)速需在工頻運(yùn)行或變頻出現(xiàn)故障時(shí)進(jìn)行自由切換。當(dāng)變頻器出現(xiàn)故障或需要對(duì)電機(jī)進(jìn)行點(diǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)時(shí)，按下工頻按鈕 ，使 KM2 斷開， KM3閉合，電機(jī)進(jìn)入工頻狀態(tài)。 3．在各個(gè)時(shí)刻切換各種狀態(tài)觀察狀態(tài)指示燈以及電壓輸出情況。必要時(shí)可采用帶有屏蔽層的 輸入和輸出信號(hào)電纜。 ④ 引至 PLC 柜的電纜要盡量遠(yuǎn)離那些會(huì)產(chǎn)生電磁干擾的裝置。盡量縮短模擬量加信號(hào)線的長(zhǎng)度，并采用雙芯屏蔽線作為信號(hào)線。 干擾信號(hào)的傳播方式主要有：電路傳導(dǎo)方式、感應(yīng)耦合方式和空中輻射方式。利用這種技術(shù)，使用者只要用手指輕輕地觸碰計(jì)算機(jī)顯示屏上的圖符或文字，就能實(shí)現(xiàn)對(duì)主機(jī)的操作或查詢， 這樣就擺脫了鍵盤和鼠標(biāo)操作，從而大大地提高了計(jì)算機(jī)的可操作性。 PWS－ 3261 觸屏 簡(jiǎn)介 DELTA 公司 生產(chǎn) 的 PWS3261 觸屏式彩色 HMI 是免維護(hù)型工業(yè)級(jí)可編程終端，適合于在惡劣的工業(yè)環(huán)境下使用。 RS－ 485 的PLC站號(hào)為 2， PWS 端通信口為 COM2。控制面板設(shè)定了一些功能按鈕。通過本次設(shè)計(jì)提高了自身的學(xué)習(xí)能力和動(dòng)手的能力，而且使原來所學(xué)的知識(shí)有了系統(tǒng)化、理論化、實(shí)用化。采用變頻器實(shí)現(xiàn)提升機(jī)的調(diào)速運(yùn)行，使用 PLC的強(qiáng)大功能 ,實(shí)現(xiàn)在對(duì)提升機(jī)的運(yùn)行控制和參數(shù)調(diào)節(jié)。在使用過程中實(shí)現(xiàn)了軟起動(dòng)、軟停車，減少了機(jī)械沖擊，使運(yùn)行更加平穩(wěn)可靠 。 ②本文礦井提升機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，采用變頻器和可編程控制器相結(jié)合的方法，采用了 PLC 后，克服了原繼電器系統(tǒng)的不足，系統(tǒng)安全可靠，性價(jià)比高，且控制程序可根據(jù)需要進(jìn)行修改，變頻調(diào)速系統(tǒng)在提升機(jī)中顯示出其控制性能優(yōu)良、操作簡(jiǎn)便、運(yùn)行效率高、維護(hù)工作量小等諸多優(yōu)點(diǎn)。在今后的研究中可以加入先進(jìn)的控制算法，比如模糊控制，在軟件中為提升機(jī)的啟動(dòng)和停止 34 設(shè)置特定的運(yùn)行曲線，使設(shè)