【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 人的生命息息相關(guān)，有時(shí)候不僅影響到礦山的經(jīng)濟(jì)效益，而且與工作人員的安全保障有很大的影響。礦山采用交流異步電動(dòng)機(jī)，也可以成為步進(jìn)電機(jī)的一種，大部分采用電力傳動(dòng)系統(tǒng)，這種系統(tǒng)不僅使人力增加，而且使成本提高，提升機(jī)系統(tǒng)的占地面積也會(huì)大大增加，所以構(gòu)造一種運(yùn)行簡(jiǎn)便的控制監(jiān)控系統(tǒng)是至關(guān)重要的。因此 PLC 電控以及監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，既能夠保證故障的及時(shí)報(bào)警，又能夠監(jiān)視井下人員的安全操作，以及人員系統(tǒng)的構(gòu)建。提升機(jī)系統(tǒng)采用與變頻器相互結(jié)合的方法，既能使提升機(jī)再啟動(dòng)和停止以及剎車制動(dòng)時(shí)候安全穩(wěn)定的運(yùn)行有能夠減少井下人員的人數(shù)。能夠成功的實(shí)現(xiàn)提升機(jī)的平滑啟動(dòng)和停止。并能夠滿足不同的工況以及運(yùn)行的環(huán)境的需要。未來(lái) PLC 和變頻器相結(jié)合的方法是主要的礦山電控系統(tǒng)的發(fā)展方向。本設(shè)計(jì)主要是采用現(xiàn)代的制動(dòng)系統(tǒng)盤形閘，以及液壓站控制系統(tǒng)，還有人工的控制臺(tái)，以及變頻控制系統(tǒng)，可編程控制器和監(jiān)視控制系統(tǒng)組成。才能使整個(gè)數(shù)字化礦山得到好的安全保障。 研究?jī)?nèi)容 現(xiàn)在礦山提升機(jī)大部分采用交流電控系統(tǒng)，控制比較陳舊，也使成本增加很多，技術(shù)也很落后存在很多隱患。l)有時(shí)候串接的電阻會(huì)使能源造成流失，增加了運(yùn)行的成本。2)電動(dòng)機(jī)在每個(gè)水平的電機(jī)切換會(huì)造成行程控制的不穩(wěn)定，會(huì)使電磁力對(duì)設(shè)備機(jī)械造成電流的沖擊。3)各個(gè)繼電器無(wú)規(guī)律的往復(fù)操作會(huì)使其觸電電弧沖擊其某一些過(guò)程接觸器，使使用壽命減少。4)交流電機(jī)存在失電的問(wèn)題，也是由于接觸不良，容易引發(fā)事故。5)電阻會(huì)使運(yùn)行時(shí)候的平滑性增加使速度降低。6)在提升的罐籠到達(dá)某一個(gè)水平的減速點(diǎn)的時(shí)候，由于存在的人和物料的負(fù)載程度礦山提升機(jī) PLC 監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)（論文） 9 不同，達(dá)到不同的減速速度。對(duì)于減速和剎車增加更好的轉(zhuǎn)矩和更好的安全運(yùn)行控制，在這種情況下達(dá)到安全穩(wěn)定的運(yùn)行。由于存在的安全隱患使礦山提升機(jī)在運(yùn)行中不能得良好的保障，所以必須結(jié)合變頻器以及 PLC 做出更好的控制系統(tǒng)，使礦山企業(yè)安全穩(wěn)定的運(yùn)行，此設(shè)計(jì)也推動(dòng)了礦山數(shù)字化的更新?lián)Q代?？删幊炭刂葡到y(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用中可以大大的改善，礦山系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠性能，并具有方便的維護(hù)，以及一整套的安全操作規(guī)程，已經(jīng)廣泛的運(yùn)用在各個(gè)領(lǐng)域當(dāng)中，主題的計(jì)算機(jī)大部分運(yùn)用手自動(dòng)切換的方式。監(jiān)控系統(tǒng)必須按照 PLC 的運(yùn)行規(guī)程來(lái)設(shè)計(jì)，包括傳動(dòng)系統(tǒng)按照事先編定好的規(guī)章來(lái)做出操作的控制。能夠使監(jiān)視的畫面穩(wěn)定的反應(yīng)到上位機(jī)的操作臺(tái)之上，包括提升機(jī)系統(tǒng)的控制，傳動(dòng)控制，力矩的控制。三者相互結(jié)合，切實(shí)的反映出提升系統(tǒng)的情況和狀態(tài)，做到相應(yīng)的控制。 [9]提升機(jī)系統(tǒng)控制傳動(dòng)控制轉(zhuǎn)矩控制提升系統(tǒng)圖 礦用提升機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)PLC 電控系統(tǒng)配合變頻調(diào)速裝置，運(yùn)用現(xiàn)在先進(jìn)的電動(dòng)提升機(jī)工藝的要求，還將解決整套提升機(jī)系統(tǒng)的電力拖動(dòng)方面的一系列問(wèn)題如圖 所示，變頻裝置取代復(fù)雜的控制方式，運(yùn)行速度曲線轉(zhuǎn)矩大小的要求都由變頻器來(lái)完成，簡(jiǎn)化了控制操作流程，提高了控制精度。 本系統(tǒng)中 PLC 選型及特點(diǎn)S7 系列是由電源、 CPU、存儲(chǔ)器和輸入輸出器件組成的單元型可編程控制器。而且AC 電源、 DC 輸入型的內(nèi)裝電源可作為傳感器的輔助電源?；締卧捎靡子诰S修的裝卸端子臺(tái)。標(biāo)準(zhǔn)型內(nèi)裝 8K 步有備用電池的 RAM 存儲(chǔ)器。關(guān)于存儲(chǔ)器的類型，可以選用不同型號(hào)的內(nèi)含計(jì)時(shí)器。沈陽(yáng)工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 EEPROM 和 EPROM。S7 內(nèi)含計(jì)時(shí)功能，能夠?qū)Σ煌臅r(shí)間段進(jìn)行控制，計(jì)算機(jī)運(yùn)用相互對(duì)應(yīng)的數(shù)字化編程軟件，在運(yùn)行的時(shí)候運(yùn)行和改變程序，通過(guò)設(shè)計(jì)定 PLC 內(nèi)存儲(chǔ)器中的存儲(chǔ)注釋區(qū)域，能夠更好的對(duì)編程器中的內(nèi)容進(jìn)行合理化的保護(hù)防止被盜用，也可以對(duì)于可編程的控制器的存儲(chǔ)器做出合理的注釋，設(shè)定相應(yīng)的保護(hù)。而且在 PLC 中具有很多的輸入與輸出控制單元和許多的拓展設(shè)備，模擬量的輸入與輸出接口，數(shù)字量的控制接口，以及相應(yīng)的溫度傳感器，壓力傳感器，故障報(bào)警指示燈，和內(nèi)部帶有的插卡式定位設(shè)備，脈沖量的輸入與輸出設(shè)備，高端位置的計(jì)數(shù)器，網(wǎng)絡(luò)的通信協(xié)議，和過(guò)程變量的尋址，很好的做到對(duì)于系統(tǒng)整個(gè)結(jié)構(gòu)的良好穩(wěn)定的控制機(jī)構(gòu)，也實(shí)現(xiàn)了模塊的合理運(yùn)用。更好的對(duì)于礦山企業(yè)安全運(yùn)行的穩(wěn)定性和故障安全保護(hù)，提升了生產(chǎn)的效益。S7 系列具有不同程度的擴(kuò)展模塊和穩(wěn)定的性能。l)靈活的配置除了具有滿足特殊要求的大量特殊功能模塊外，六個(gè)基本 FXZN 單元中的每一個(gè)單元可擴(kuò)充到 2561/O。控制點(diǎn)數(shù)從 16 至 256 點(diǎn)(主單元:16/32/48/65/80/128)。2)高速運(yùn)算基本指令: s/指令?應(yīng)用指令: 至幾百 s 指令3)突出的寄存器容量S7 系列包括 8K 步內(nèi)置 RAM 寄存器，用一個(gè)寄存器盒可擴(kuò)充到 16K 步 RAM 或EEPROM4)豐富的元件資源3072 點(diǎn)輔助繼電器、256 點(diǎn)計(jì)時(shí)器、235 點(diǎn)計(jì)數(shù)器和 8000 點(diǎn)數(shù)據(jù)寄存器功能模塊 功能內(nèi)置式 24V 直流電源 24V、400mA 直流電源可應(yīng)與外部設(shè)備如傳感器或其它原件快速斷開端字塊 因?yàn)椴捎昧藘?yōu)良的可維護(hù)性快速斷開對(duì)端子塊，即使接著電纜也可以更換單元時(shí)鐘功能和小時(shí)表功能 實(shí)時(shí)時(shí)鐘標(biāo)準(zhǔn)，時(shí)間設(shè)置和比較指令易于操作持續(xù)掃描功能 可根據(jù)應(yīng)用要求的持續(xù)掃描時(shí)間來(lái)定義操作周期輸入濾波器調(diào)節(jié)功能 可以用輸入濾波器平整信號(hào)注釋記錄功能 元件注釋可以記錄在程序寄存器中運(yùn)行期間改變程序的功能 在線改變程序不會(huì)損失工作時(shí)間或停止生產(chǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)內(nèi)置式 RUN/STOP 開關(guān) 容易操作的面板上運(yùn)行、停止開關(guān)礦山提升機(jī) PLC 監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)（論文） 11 續(xù)上表密碼保護(hù)功能 使用一個(gè)八位數(shù)字密碼保護(hù)程序圖 s7 系列功能表表 列出了 S7 系列的部分功能。S7 系列 PLC 內(nèi)設(shè)實(shí)時(shí)時(shí)鐘，使用標(biāo)準(zhǔn)型號(hào)實(shí)時(shí)時(shí)鐘可滿足對(duì)時(shí)間靈敏的應(yīng)用要求。具有很強(qiáng)的數(shù)學(xué)指令集，使用 32 位處理、浮點(diǎn)數(shù)、方根和三角幾何指令滿足數(shù)學(xué)功能要求很高的情況。使用 DIN 導(dǎo)軌或便利的安轉(zhuǎn)孔直接安裝表盤，易于安裝?；?Window 的 Gx 一 Devel。 Per 或 FX/PCS 一 win 軟件能快速、容易的開發(fā)程序。方便直觀的操作員界面，從一條完整的線路或操作員界面來(lái)選擇數(shù)據(jù)編輯和顯示。為大量實(shí)際應(yīng)用而開發(fā)的特殊功能，以滿足不同的需求—模擬 I/O，高數(shù)計(jì)數(shù)器等 [11]。 西門子 S7300 系列的編程器件組成1)輸入繼電器（I）2)輸出繼電器（Q）3)位存儲(chǔ)器（M） 其常開觸點(diǎn)可以無(wú)限次的使用，但不能驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載電路。4)定時(shí)器（T0T999）其相當(dāng)于一個(gè)時(shí)間繼電器。時(shí)間值可以用二進(jìn)制或 BCD 碼方式讀取。5)計(jì)數(shù)器（ C0C999）用來(lái)累計(jì)其計(jì)數(shù)脈沖上升沿的次數(shù)，有加計(jì)數(shù)器、減計(jì)數(shù)器和加減計(jì)數(shù)器。6)指針在存儲(chǔ)器間接尋址指令中，給出一個(gè)作為地址指針的存儲(chǔ)器，該存儲(chǔ)器的內(nèi)容是操作數(shù)所在存儲(chǔ)單元的地址。7)常數(shù)8)數(shù)據(jù)塊寄存器DB 和 DR 寄存器分別用來(lái)保存打開的共享數(shù)據(jù)塊和背景數(shù)據(jù)塊的編號(hào)。9)地址寄存器（AR） [12]本系統(tǒng)主要由下面的模塊組成:1 塊中央處理單元 CPU3144 塊數(shù)字量輸入模塊 SM321，32X24V，DC1 塊繼電器輸出模塊 SM322，16XRel AC120V/230V1 塊數(shù)字量輸出模塊 SM322，32X24V，DC沈陽(yáng)工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 1 塊數(shù)字量輸出模塊5 塊模擬量輸入模塊 SM331，8X12 位1 塊通信處理模塊 CP340l 塊電源模塊 PS307，10A本系統(tǒng)所用的主機(jī)模塊是 CPU314，內(nèi)置 24KM 的 RAM，其裝載存儲(chǔ)器為內(nèi)置40KM 的 RAM，可用存儲(chǔ)卡擴(kuò)充裝載存儲(chǔ)器，最大容量可為 512KB，指令執(zhí)行速度為300nS/二進(jìn)制指令。 I/O 模塊為 6 個(gè)交流輸入模塊，4 個(gè)交流輸出模塊及 1 個(gè)直流輸出模塊。最多可擴(kuò)展至 32 個(gè)模塊，512 個(gè)開關(guān)量 I/O 或 64 路模擬量通道。CPU314 內(nèi)裝硬件是實(shí)時(shí)時(shí)鐘價(jià)時(shí)。見圖（B） PLC 系統(tǒng)設(shè)計(jì)5 PLC 系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖 B S7－300 系列 PLC 系統(tǒng)構(gòu)成框圖礦山提升機(jī) PLC 監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)（論文） 13 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 系統(tǒng)的 I/O 統(tǒng)計(jì)根據(jù)系統(tǒng)安全穩(wěn)定可靠的規(guī)定，必須將 PLC 的輸入與輸出模塊的信號(hào)進(jìn)行進(jìn)一步的隔離設(shè)置，輸入與輸出的隔離是通過(guò)繼電器來(lái)完成的，由繼電器進(jìn)行合理化的配置，輸出的信號(hào)模塊，通過(guò)中間繼電器來(lái)間接的控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的執(zhí)行對(duì)象根據(jù)所選設(shè)計(jì)內(nèi)容的方法，合理的分配 I/O 地址。 S7300 可編程控制器概述和 I/O 編址S7300（見圖 ）是模塊化的中小型 PLC，試用于中等性能的控制要求。品種繁多的 CPU 模塊、信號(hào)模塊和功能模塊能滿足各種領(lǐng)域的自動(dòng)控制任務(wù)，用戶可以根據(jù)系統(tǒng)的具體情況選擇合適的模塊，維修時(shí)更換模塊也很方便。S7300 的每個(gè) CPU 都有一個(gè)編程用的 RS485 接口，使用西門子的 MPI（多點(diǎn)接口）通信協(xié)議。有的 CPU 還帶有集成的現(xiàn)場(chǎng)總線 PROFIBUSDP 接口或者 PtP（點(diǎn)對(duì)點(diǎn)）串行通信接口。S7300 不需要附加任何硬件、軟件和編程，就可以建立一個(gè) MPI 網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)PROFIBUSDP 接口可以建立一個(gè) DP 網(wǎng)絡(luò)。功能最強(qiáng)的 CPU 的 RAM 存儲(chǔ)容量為 512KB，有 8192 個(gè)存儲(chǔ)位，512 個(gè)定時(shí)器和 512個(gè)計(jì)數(shù)器，數(shù)字量通道最大為 65536 點(diǎn)，模擬量通道最大為 4096 個(gè)。S7300 有很高的電磁兼容性和抗振動(dòng)抗沖擊能力。S7300 標(biāo)準(zhǔn)型的環(huán)境溫度為0～60℃。環(huán)境條件擴(kuò)展型的溫度范圍為25～+60℃，有更強(qiáng)的耐振動(dòng)和耐污染性能。通過(guò)系統(tǒng)功能和系統(tǒng)功能模塊的調(diào)用，用戶可以使用集成在操作系統(tǒng)內(nèi)的程序，從而顯著的減少所需要的用戶存儲(chǔ)器容量，它們可以用于中斷處理、出錯(cuò)處理、復(fù)制和處理數(shù)據(jù)等?？刂破鞯闹噶钣?300 多個(gè)，其梯形圖編程軟件，可以適合各個(gè)環(huán)境的編程需要配置合理化的控制方案。智能化的診斷系統(tǒng)連續(xù)監(jiān)控系統(tǒng)的功能是否正常、記錄錯(cuò)誤和特殊系統(tǒng)事件（例如超時(shí)、模塊更換等） 。S 7300 有看門狗中斷、過(guò)程報(bào)警、日期時(shí)間中斷和定時(shí)中斷功能。S7300 已將 HMI（人機(jī)接口）服務(wù)集成到系統(tǒng)內(nèi)， S7300 按照指定的控制監(jiān)控系統(tǒng)來(lái)完成對(duì)于人機(jī)界面的傳輸 [14]。S7300 采用緊湊的、無(wú)槽位限制的模塊結(jié)構(gòu)，電源模塊（PS） 、CPU、信號(hào)模塊（SM） 、功能模塊（FM） 、接口模塊（IM）和通信處理器（CP）都安裝在導(dǎo)軌上。導(dǎo)軌是一種專用的金屬機(jī)架，使導(dǎo)軌上按上不同狀態(tài)模式的模塊，然后插在合適的卡槽中即可。不同形狀的導(dǎo)軌和基地時(shí)立體式的導(dǎo)軌可以適應(yīng)不同工況和安全的需要，在不同的沈陽(yáng)工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 環(huán)境下，運(yùn)用不同的導(dǎo)軌。另外不同的型號(hào)和導(dǎo)軌面積，可以提供給用戶選擇。接口模塊靠近 CPU，主電源模塊分布在機(jī)架的最左一側(cè)，讓 CPU 模塊緊緊的依靠在電源模塊旁邊。備用的電源模塊是在 PLC 忽然斷電的時(shí)候做出的相應(yīng)的失電保護(hù)的措施，能夠使PLC 在沒(méi)有持續(xù)電源的情況下能夠暫時(shí)的穩(wěn)定程序的合理運(yùn)行。起到了失電故障保護(hù)的主體作用，也為人員的安全起到了相應(yīng)的保障。合理的運(yùn)用模塊能夠使控制系統(tǒng)的監(jiān)控性能大大提升 [15]。圖 西門子 s7300 可編程控制器圖 中,1 為負(fù)載電源，2 為后備電池，3 為 24V DC 連接，4 為模式開關(guān)，5 為狀態(tài)和故障指示燈，6 為存儲(chǔ)器卡（CPU313 以上） ，7 為 MIP 多點(diǎn)接口，8 為前連接器，9 為前門 [16]。采用插卡的方式，將每個(gè)卡槽連接起來(lái)，使 cpu 利用率增加，更加減少了操作的規(guī)程S7300 的電源模塊通過(guò)電源連接器或?qū)Ь€與 CPU 模塊相連，給相應(yīng)的 CPU 提供相應(yīng)的電源設(shè)備。 數(shù)字量模塊和模擬量模塊能夠不受限制的放在任何一個(gè)相應(yīng)的卡槽之上，每個(gè)控制器的機(jī)架可以安裝合理的 8 個(gè)控制模塊和相應(yīng)的編程與處理模塊，如果超出規(guī)定的模塊數(shù)量還需要安裝擴(kuò)展的構(gòu)架。礦山提升機(jī) PLC 監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)（論文） 15 除了帶 CPU 的中央機(jī)架（CR） ，最多可以增加 3 個(gè)擴(kuò)展機(jī)架（ER ） ，每