【文章內容簡介】 人的生命息息相關，有時候不僅影響到礦山的經濟效益，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機，也可以成為步進電機的一種，大部分采用電力傳動系統(tǒng)，這種系統(tǒng)不僅使人力增加，而且使成本提高，提升機系統(tǒng)的占地面積也會大大增加，所以構造一種運行簡便的控制監(jiān)控系統(tǒng)是至關重要的。因此 PLC 電控以及監(jiān)控系統(tǒng)應運而生，既能夠保證故障的及時報警，又能夠監(jiān)視井下人員的安全操作，以及人員系統(tǒng)的構建。提升機系統(tǒng)采用與變頻器相互結合的方法，既能使提升機再啟動和停止以及剎車制動時候安全穩(wěn)定的運行有能夠減少井下人員的人數(shù)。能夠成功的實現(xiàn)提升機的平滑啟動和停止。并能夠滿足不同的工況以及運行的環(huán)境的需要。未來 PLC 和變頻器相結合的方法是主要的礦山電控系統(tǒng)的發(fā)展方向。本設計主要是采用現(xiàn)代的制動系統(tǒng)盤形閘，以及液壓站控制系統(tǒng)，還有人工的控制臺，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。才能使整個數(shù)字化礦山得到好的安全保障。 研究內容 現(xiàn)在礦山提升機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，技術也很落后存在很多隱患。l)有時候串接的電阻會使能源造成流失，增加了運行的成本。2)電動機在每個水平的電機切換會造成行程控制的不穩(wěn)定，會使電磁力對設備機械造成電流的沖擊。3)各個繼電器無規(guī)律的往復操作會使其觸電電弧沖擊其某一些過程接觸器，使使用壽命減少。4)交流電機存在失電的問題，也是由于接觸不良，容易引發(fā)事故。5)電阻會使運行時候的平滑性增加使速度降低。6)在提升的罐籠到達某一個水平的減速點的時候，由于存在的人和物料的負載程度礦山提升機 PLC 監(jiān)控系統(tǒng)設計（論文） 9 不同，達到不同的減速速度。對于減速和剎車增加更好的轉矩和更好的安全運行控制，在這種情況下達到安全穩(wěn)定的運行。由于存在的安全隱患使礦山提升機在運行中不能得良好的保障，所以必須結合變頻器以及 PLC 做出更好的控制系統(tǒng)，使礦山企業(yè)安全穩(wěn)定的運行，此設計也推動了礦山數(shù)字化的更新?lián)Q代?？删幊炭刂葡到y(tǒng)在工業(yè)生產中的應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，以及一整套的安全操作規(guī)程，已經廣泛的運用在各個領域當中，主題的計算機大部分運用手自動切換的方式。監(jiān)控系統(tǒng)必須按照 PLC 的運行規(guī)程來設計，包括傳動系統(tǒng)按照事先編定好的規(guī)章來做出操作的控制。能夠使監(jiān)視的畫面穩(wěn)定的反應到上位機的操作臺之上，包括提升機系統(tǒng)的控制，傳動控制，力矩的控制。三者相互結合，切實的反映出提升系統(tǒng)的情況和狀態(tài)，做到相應的控制。 [9]提升機系統(tǒng)控制傳動控制轉矩控制提升系統(tǒng)圖 礦用提升機變頻調速控制系統(tǒng)PLC 電控系統(tǒng)配合變頻調速裝置，運用現(xiàn)在先進的電動提升機工藝的要求，還將解決整套提升機系統(tǒng)的電力拖動方面的一系列問題如圖 所示，變頻裝置取代復雜的控制方式，運行速度曲線轉矩大小的要求都由變頻器來完成，簡化了控制操作流程，提高了控制精度。 本系統(tǒng)中 PLC 選型及特點S7 系列是由電源、 CPU、存儲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。標準型內裝 8K 步有備用電池的 RAM 存儲器。關于存儲器的類型，可以選用不同型號的內含計時器。沈陽工程學院畢業(yè)設計（論文） 10 EEPROM 和 EPROM。S7 內含計時功能，能夠對不同的時間段進行控制，計算機運用相互對應的數(shù)字化編程軟件，在運行的時候運行和改變程序，通過設計定 PLC 內存儲器中的存儲注釋區(qū)域，能夠更好的對編程器中的內容進行合理化的保護防止被盜用，也可以對于可編程的控制器的存儲器做出合理的注釋，設定相應的保護。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，以及相應的溫度傳感器，壓力傳感器，故障報警指示燈，和內部帶有的插卡式定位設備，脈沖量的輸入與輸出設備，高端位置的計數(shù)器，網(wǎng)絡的通信協(xié)議，和過程變量的尋址，很好的做到對于系統(tǒng)整個結構的良好穩(wěn)定的控制機構，也實現(xiàn)了模塊的合理運用。更好的對于礦山企業(yè)安全運行的穩(wěn)定性和故障安全保護，提升了生產的效益。S7 系列具有不同程度的擴展模塊和穩(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，六個基本 FXZN 單元中的每一個單元可擴充到 2561/O?？刂泣c數(shù)從 16 至 256 點(主單元:16/32/48/65/80/128)。2)高速運算基本指令: s/指令?應用指令: 至幾百 s 指令3)突出的寄存器容量S7 系列包括 8K 步內置 RAM 寄存器，用一個寄存器盒可擴充到 16K 步 RAM 或EEPROM4)豐富的元件資源3072 點輔助繼電器、256 點計時器、235 點計數(shù)器和 8000 點數(shù)據(jù)寄存器功能模塊 功能內置式 24V 直流電源 24V、400mA 直流電源可應與外部設備如傳感器或其它原件快速斷開端字塊 因為采用了優(yōu)良的可維護性快速斷開對端子塊，即使接著電纜也可以更換單元時鐘功能和小時表功能 實時時鐘標準，時間設置和比較指令易于操作持續(xù)掃描功能 可根據(jù)應用要求的持續(xù)掃描時間來定義操作周期輸入濾波器調節(jié)功能 可以用輸入濾波器平整信號注釋記錄功能 元件注釋可以記錄在程序寄存器中運行期間改變程序的功能 在線改變程序不會損失工作時間或停止生產運轉內置式 RUN/STOP 開關 容易操作的面板上運行、停止開關礦山提升機 PLC 監(jiān)控系統(tǒng)設計（論文） 11 續(xù)上表密碼保護功能 使用一個八位數(shù)字密碼保護程序圖 s7 系列功能表表 列出了 S7 系列的部分功能。S7 系列 PLC 內設實時時鐘，使用標準型號實時時鐘可滿足對時間靈敏的應用要求。具有很強的數(shù)學指令集，使用 32 位處理、浮點數(shù)、方根和三角幾何指令滿足數(shù)學功能要求很高的情況。使用 DIN 導軌或便利的安轉孔直接安裝表盤，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選擇數(shù)據(jù)編輯和顯示。為大量實際應用而開發(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)位存儲器（M） 其常開觸點可以無限次的使用，但不能驅動外部負載電路。4)定時器（T0T999）其相當于一個時間繼電器。時間值可以用二進制或 BCD 碼方式讀取。5)計數(shù)器（ C0C999）用來累計其計數(shù)脈沖上升沿的次數(shù)，有加計數(shù)器、減計數(shù)器和加減計數(shù)器。6)指針在存儲器間接尋址指令中，給出一個作為地址指針的存儲器，該存儲器的內容是操作數(shù)所在存儲單元的地址。7)常數(shù)8)數(shù)據(jù)塊寄存器DB 和 DR 寄存器分別用來保存打開的共享數(shù)據(jù)塊和背景數(shù)據(jù)塊的編號。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沈陽工程學院畢業(yè)設計（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)所用的主機模塊是 CPU314，內置 24KM 的 RAM，其裝載存儲器為內置40KM 的 RAM，可用存儲卡擴充裝載存儲器，最大容量可為 512KB，指令執(zhí)行速度為300nS/二進制指令。 I/O 模塊為 6 個交流輸入模塊，4 個交流輸出模塊及 1 個直流輸出模塊。最多可擴展至 32 個模塊，512 個開關量 I/O 或 64 路模擬量通道。CPU314 內裝硬件是實時時鐘價時。見圖（B） PLC 系統(tǒng)設計5 PLC 系統(tǒng)設計圖 B S7－300 系列 PLC 系統(tǒng)構成框圖礦山提升機 PLC 監(jiān)控系統(tǒng)設計（論文） 13 系統(tǒng)設計 系統(tǒng)的 I/O 統(tǒng)計根據(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進行進一步的隔離設置，輸入與輸出的隔離是通過繼電器來完成的，由繼電器進行合理化的配置，輸出的信號模塊，通過中間繼電器來間接的控制執(zhí)行機構的執(zhí)行對象根據(jù)所選設計內容的方法，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、信號模塊和功能模塊能滿足各種領域的自動控制任務，用戶可以根據(jù)系統(tǒng)的具體情況選擇合適的模塊，維修時更換模塊也很方便。S7300 的每個 CPU 都有一個編程用的 RS485 接口，使用西門子的 MPI（多點接口）通信協(xié)議。有的 CPU 還帶有集成的現(xiàn)場總線 PROFIBUSDP 接口或者 PtP（點對點）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 MPI 網(wǎng)絡，通過PROFIBUSDP 接口可以建立一個 DP 網(wǎng)絡。功能最強的 CPU 的 RAM 存儲容量為 512KB，有 8192 個存儲位，512 個定時器和 512個計數(shù)器，數(shù)字量通道最大為 65536 點，模擬量通道最大為 4096 個。S7300 有很高的電磁兼容性和抗振動抗沖擊能力。S7300 標準型的環(huán)境溫度為0～60℃。環(huán)境條件擴展型的溫度范圍為25～+60℃，有更強的耐振動和耐污染性能。通過系統(tǒng)功能和系統(tǒng)功能模塊的調用，用戶可以使用集成在操作系統(tǒng)內的程序，從而顯著的減少所需要的用戶存儲器容量，它們可以用于中斷處理、出錯處理、復制和處理數(shù)據(jù)等?？刂破鞯闹噶钣?300 多個，其梯形圖編程軟件，可以適合各個環(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、記錄錯誤和特殊系統(tǒng)事件（例如超時、模塊更換等） 。S 7300 有看門狗中斷、過程報警、日期時間中斷和定時中斷功能。S7300 已將 HMI（人機接口）服務集成到系統(tǒng)內， S7300 按照指定的控制監(jiān)控系統(tǒng)來完成對于人機界面的傳輸 [14]。S7300 采用緊湊的、無槽位限制的模塊結構，電源模塊（PS） 、CPU、信號模塊（SM） 、功能模塊（FM） 、接口模塊（IM）和通信處理器（CP）都安裝在導軌上。導軌是一種專用的金屬機架，使導軌上按上不同狀態(tài)模式的模塊，然后插在合適的卡槽中即可。不同形狀的導軌和基地時立體式的導軌可以適應不同工況和安全的需要，在不同的沈陽工程學院畢業(yè)設計（論文） 14 環(huán)境下，運用不同的導軌。另外不同的型號和導軌面積，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架的最左一側，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 忽然斷電的時候做出的相應的失電保護的措施，能夠使PLC 在沒有持續(xù)電源的情況下能夠暫時的穩(wěn)定程序的合理運行。起到了失電故障保護的主體作用，也為人員的安全起到了相應的保障。合理的運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 為負載電源，2 為后備電池，3 為 24V DC 連接，4 為模式開關，5 為狀態(tài)和故障指示燈，6 為存儲器卡（CPU313 以上） ，7 為 MIP 多點接口，8 為前連接器，9 為前門 [16]。采用插卡的方式，將每個卡槽連接起來，使 cpu 利用率增加，更加減少了操作的規(guī)程S7300 的電源模塊通過電源連接器或導線與 CPU 模塊相連，給相應的 CPU 提供相應的電源設備。 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相應的卡槽之上，每個控制器的機架可以安裝合理的 8 個控制模塊和相應的編程與處理模塊，如果超出規(guī)定的模塊數(shù)量還需要安裝擴展的構架。礦山提升機 PLC 監(jiān)控系統(tǒng)設計（論文） 15 除了帶 CPU 的中央機架（CR） ，最多可以增加 3 個擴展機架（ER ） ，每