【文章內(nèi)容簡介】 運 算 ， 然 后 由 其 將 處 理 好 的 數(shù) 據(jù) 轉(zhuǎn) 換 成 一 個模 擬 電 壓 信 號 ， 而 該 電 壓 信 號 對 應(yīng) 變 頻 器 調(diào) 節(jié) 電 機 轉(zhuǎn) 速 的 頻 率 信 號 ， 再 由 該 頻 率 信號 產(chǎn) 生 一 個 合 適 的 電 機 轉(zhuǎn) 速 信 號 ， 最 后 經(jīng) 變 頻 器 控 制 電 機 以 該 速 度 帶 動 十 節(jié) 車 廂 緩慢 、 平 穩(wěn) 的 裝 礦 ， 直 到 十 節(jié) 車 廂 均 裝 滿 后 火 車 開 始 重 載 加 速 到 一 定 的 速 度 駛 出 洞 外 。其 中 在 裝 礦 環(huán) 節(jié) 我 們 設(shè) 置 了 諸 如 前 減 速 、 前 停 車 、 前 過 卷 、 到 裝 礦 位 、 裝 料 結(jié) 束 、后 減 速 、 后 停 車 、 后 過 卷 等 行 程 開 關(guān) ， 從 而 保 證 了 火 車 在 行 進 過 程 中 更 安 全 的 監(jiān) 測 ，使 火 車 在 行 進 過 程 中 得 到 了 有 力 的 安 全 保 障 。此 方 案 在 實 際 工 程 設(shè) 計 中 涉 及 到 較 多 的 算 法 ， 使 得 工 程 不 易 實 現(xiàn) 或 實 現(xiàn) 起 來 比較 困 難 ， 對 設(shè) 計 人 員 來 說 設(shè) 計 的 控 制 精 度 及 響 應(yīng) 時 間 等 要 求 較 高 。 同 時 該 方 案 在 實際 工 程 中 控 制 精 度 比 理 論 設(shè) 計 要 低 ， 當(dāng) 火 車 的 速 度 過 高 或 與 放 礦 點 控 制 不 匹 配 時 操作 不 但 麻 煩 而 且 可 能 造 成 事 故 。 火 車 以 走 停 走 停 的 循 環(huán) 方 式 裝 礦 。該 方 案 就 是 火 車 在 前 停 車 動 作 結(jié) 束 開 始 反 向 啟 動 ， 啟 動 后 火 車 開 始 以 較 低 速 行駛 ， 目 的 是 在 碰 到 開 始 裝 料 位 開 關(guān) 火 車 就 能 安 全 、 準(zhǔn) 確 的 停 車 開 始 裝 礦 。 我 們 依 據(jù)實 際 車 廂 的 長 度 及 相 鄰 兩 節(jié) 車 廂 間 的 跨 度 將 車 廂 分 為 六 等 份 ， 每 一 等 份 與 相 鄰 兩 節(jié)車 廂 間 的 跨 距 相 同 ， 均 為 1 米 。 車 廂 到 “開 始 放 礦 ”位 時 ， 計 數(shù) 模 塊 計 數(shù) 到 設(shè) 定值 后 將 該 數(shù) 據(jù) 送 往 變 頻 器 中 ， 變 頻 器 控 制 帶 動 車 廂 的 電 機 也 可 以 使 車 停 止 （ 此 時 假如 計 數(shù) 未 到 而 外 部 給 控 制 器 一 個 開 關(guān) 量 信 號 火 車 也 將 會 停 車 ） ， 然 后 開 始 給 該 節(jié) 車廂 的 第 一 “等 份 ”裝 。當(dāng) 該 部 分 車 廂 裝 滿 后 ， 控 制 火 車 的 控 制 器 會 接 收 到 一 個 “放 礦 到 位 ”的 開 關(guān)量 信 號 ， 控 制 器 再 次 控 制 變 頻 器 向 后 繼 續(xù) 退 一 米 的 距 離 ,同 時 計 數(shù) 器 也 開 始 計 數(shù) ；當(dāng) 計 數(shù) 器 計 到 1000 個 脈 沖 時 ， 火 車 后 退 的 位 置 正 好 是 1 米 ， 也 就 是 正 處 于 裝 礦 的PLC2蘭 州 大 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書6位 置 ， 同 時 ， PLC 也 將 會 接 收 到 外 部 另 一 個 “接 受 放 礦 ”的 開 關(guān) 量 信 號 ， 火 車 也 可以 停 車 （ 在 停 車 裝 礦 時 火 車 將 會 被 控 制 停 止 不 動 ， 直 到 接 收 到 外 部 控 制 信 號 才 會 使火 車 向 后 運 動 ） 。如 此 循 環(huán) 直 到 將 本 節(jié) 車 廂 全 部 裝 滿 ， 然 后 火 車 會 駛 過 兩 節(jié) 車 廂 中 間 的 空 位 開 始下 一 節(jié) 車 廂 的 裝 載 ， 如 此 延 續(xù) 直 到 十 節(jié) 車 廂 均 裝 滿 后 ， 火 車 啟 動 后 會 碰 到 軌 道 上 的“裝 料 結(jié) 束 ”行 程 開 關(guān) ， 火 車 開 始 重 載 加 速 到 一 定 的 速 度 駛 出 洞 外 。 從 而 可 保 證 每節(jié) 車 廂 都 能 裝 滿 且 不 會 因 過 載 而 造 成 堵 軌 等 事 故 。在 本 設(shè) 計 中 我 們 采 用 第 二 種 方 案 ， 第 一 種 方 案 比 第 二 種 方 案 要 多 許 多 數(shù) 據(jù) 處 理及 運 算 和 保 護 ， 從 設(shè) 計 的 簡 單 、 易 維 護 、 經(jīng) 濟 來 比 較 ， 方 案 二 較 適 合 本 系 統(tǒng) 。 單 、 雙 纜 的 選 擇本 系 統(tǒng) 采 用 遠 程 I/O(RIO),主 站 和 分 站 之 間 通 過 電 纜 實 現(xiàn) 連 接 ,連 接 方 式 有 兩種 :單 纜 連 接 和 雙 纜 連 接 ， 單 線 連 接 方 式 是 主 站 和 分 站 之 間 用 一 根 電 纜 連 接 ,可 以節(jié) 約 成 本 。 雙 線 連 接 方 式 是 主 站 和 分 站 之 間 用 兩 根 電 纜 連 接 。 最 終 選 擇 單 纜 連 接 。 變 頻 器 控 制 方 式 的 選 擇變 頻 器 控 制 方 式 分 為 ： 總 線 控 制 與 端 子 控 制 ?？?線 控 制 方 式 ： 通 過 MB+網(wǎng) 對 變 頻 器 進 行 控 制 ， 具 體 參 數(shù) 在 上 位 機 上 進 行 設(shè)定 ， 操 作 較 為 簡 單 控 制 方 式 靈 活 。 但 同 一 個 MB+網(wǎng) 上 所 接 變 頻 器 數(shù) 量 是 有 限 的 ，而 且 需 要 在 變 頻 器 上 安 裝 通 訊 卡 。端 子 控 制 ： 功 能 實 現(xiàn) 較 為 靈 活 ， 不 需 要 安 裝 通 訊 卡 ， 直 接 在 控 制 端 子 上 實 現(xiàn) ?？?制 量 的 給 定 可 以 用 模 擬 量 給 定 ， 也 可 以 用 數(shù) 字 量 給 定 。本 設(shè) 計 選 擇 端 子 控 制 。 系 統(tǒng) 組 成該 控 制 系 統(tǒng) 是 由 上 位 監(jiān) 控 系 統(tǒng) 和 下 位 PLC 控 制 系 統(tǒng) 二 部 分 組 成 的 ， 上 位 監(jiān) 控 系統(tǒng) 位 于 控 制 室 ， 可 實 時 監(jiān) 控 牽 引 設(shè) 備 的 運 動 狀 況 。 下 位 PLC 采 用 的 是 Quantum 系列 可 編 程 控 制 器 。 用 變 頻 器 來 控 制 礦 車 的 動 作 ， 主 要 控 制 放 料 時 的 啟 停 ， 電 機 的正 反 轉(zhuǎn) 、 運 行 、 停 止 等 。 PLC 系 統(tǒng)可 編 程 序 控 制 器 定 名 為 Programmable Logic Controller（ PLC） ， 現(xiàn) 在 ， 仍將 PLC 簡 稱 PC。 PLC 的 定 義 是 ： 可 編 程 控 制 器 是 一 種 數(shù) 字 運 算 操 作 的 電 子 系 統(tǒng) ，專 為 在 工 業(yè) 環(huán) 境 下 應(yīng) 用 而 設(shè) 計 。 它 采 用 可 編 程 序 的 存 貯 器 ， 用 來 在 其 內(nèi) 部 存 貯 執(zhí) 行邏 輯 運 算 、 順 序 控 制 、 定 時 、 計 數(shù) 和 算 術(shù) 運 算 等 操 作 的 指 令 ， 并 通 過 數(shù) 字 的 、 模 擬蘭 州 大 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書7的 輸 入 和 輸 出 ， 控 制 各 種 類 型 的 機 械 或 生 產(chǎn) 過 程 。 可 編 程 序 控 制 器 及 其 有 關(guān) 設(shè) 備 ，都 應(yīng) 按 易 于 與 工 業(yè) 控 制 系 統(tǒng) 形 成 一 個 整 體 ， 易 于 擴 充 其 功 能 的 原 則 設(shè) 計 。 上 世 紀80 年 代 至 90 年 代 中 期 ， 是 PLC 發(fā) 展 最 快 的 時 期 ， 年 增 長 率 一 直 保 持 為 30~40%。在 這 時 期 ， PLC 在 處 理 模 擬 量 能 力 、 數(shù) 字 運 算 能 力 、 人 機 接 口 能 力 和 網(wǎng) 絡(luò) 能 力 得 到大 幅 度 提 高 ， PLC 逐 漸 進 入 過 程 控 制 領(lǐng) 域 ， 在 某 些 應(yīng) 用 上 取 代 了 在 過 程 控 制 領(lǐng) 域 處于 統(tǒng) 治 地 位 的 DCS 系 統(tǒng) 。 PLC 具 有 通 用 性 強 、 使 用 方 便 、 適 應(yīng) 面 廣 、 可 靠 性 高 、 抗干 擾 能 力 強 、 編 程 簡 單 等 特 點 。 PLC 在 工 業(yè) 自 動 化 控 制 特 別 是 順 序 控 制 中 的 地 位 ，在 可 預(yù) 見 的 將 來 ， 是 無 法 取 代 的 。 PLC 的 可 靠 性 是 很 高 的 ， 施 耐 德 公 司 Quantum 系 列 PLC 高 性 能 、 高 可 靠 、 兼容 性 、 易 于 升 級 、 系 統(tǒng) 開 放 。 適 用 于 過 程 控 制 、 高 速 機 器 控 、 基 礎(chǔ) 設(shè) 施 應(yīng) 用 、 變 電站 自 動 化 。 其 背 板 靈 活 ， 能 支 持 所 有 電 源 組 合 、 CPU 種 類 、 智 能 模 板 。 模 塊 可 在任 意 槽 與 槽 位 無 關(guān) 。 能 提 供 廣 泛 的 多 種 層 次 及 協(xié) 議 的 通 訊 能 力 、 超 大 系 統(tǒng) 容 量 的優(yōu) 點 適 合 做 此 設(shè) 計 。 使 用 各 模 塊 來 控 制 系 統(tǒng) 更 有 條 理 ， 方 便 檢 查 和 控 制 。 計 算 機 監(jiān) 控 系 統(tǒng) 上位機終 端 電 阻監(jiān) 控 畫 面洞 外（ 主 站 ）洞 內(nèi)（ 從 站 ） 圖 25 計 算 機 監(jiān) 控 系 統(tǒng)上 位 機 與 PLC上 的 CPU模 塊 相 連 ， 使 用 Modbus Plus (簡 稱 MB + ) 網(wǎng) ， 是Schneider 公 司 推 出 的 一 種 專 為 工 廠 級 應(yīng) 用 而 設(shè) 計 的 工 業(yè) 局 域 網(wǎng) ,主 要 為 其 PLC 產(chǎn) 品 提 供 一 種 網(wǎng) 絡(luò) 通 信 協(xié) 議 。 MB +網(wǎng) 可 實 現(xiàn) 數(shù) 據(jù) 采 集 和 遠 程 遍 程 、 與 操 作 員 接 口 連接 等 功 能 。 具 有 故 障 自 診 斷 功 能 ,使 網(wǎng) 絡(luò) 的 維 護 和 恢 復(fù) 更 加 容 易 。網(wǎng) 絡(luò) 為 模 塊 式 結(jié)構(gòu) ,可 根 據(jù) 實 際 要 求 配 置 成 樹 形 、 星 形 、 環(huán) 形 。網(wǎng) 絡(luò) 具 有 良 好 的 開 放 性 ,有 利 于 網(wǎng) 絡(luò)的 管 理 。 Modicon TSX Quantum 系 列 PLC 是 Schneider 電 氣 公 司 的 一 種 大 型 PLC 蘭 州 大 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書8控 制 系 統(tǒng) ,該 系 列 產(chǎn) 品 采 用 模 塊 式 結(jié) 構(gòu) ,為 在 不 同 的 工 業(yè) 現(xiàn) 場 使 用 提 供 了 穩(wěn) 定 可 靠 的平 臺 。 不 僅 具 有 先 進 的 通 信 和 輸 入 輸 出 能 力 ,而 且 集 成 了 多 個 控 制 功 能 ,系 統(tǒng) 具 有可 靠 性 高 、 穩(wěn) 定 性 強 、 高 抗 干 擾 的 I/ O 處 理 元 件 、 硬 件 配 置 的 靈 活 性 和 可 擴 展 性 。系 統(tǒng) 構(gòu) 成 包 括 處 理 器 、 網(wǎng) 絡(luò) 模 塊 、 輸 入 輸 出 模 塊 和 相 關(guān) 外 部 設(shè) 備 ,支 持 多 種 通 信 協(xié)議 ,MB + 網(wǎng) 絡(luò) 是 其 應(yīng) 用 最 廣 泛 的 一 種 網(wǎng) 絡(luò) 技 術(shù) 。第 三 章 硬 件 設(shè) 計 軌 道 開 關(guān) 設(shè) 計 在 礦 車 軌 道 上 安 裝 行 程 開 關(guān) 來 確 定 礦 車 的 工 作 狀 態(tài) ， 在 洞 外 安 裝 后 停 車 行 程開 關(guān) 、 后 減 速 行 程 開 關(guān) 、 后 過 卷 行 程 開 關(guān) 。 在 洞 內(nèi) 安 裝 前 停 車 行 程 開 關(guān) 、 前 過 卷行 程 開 關(guān) 、 前 減 速 行 程 開 關(guān) 、 放 料 開 始 行 程 開 關(guān) 、 放 料 結(jié) 束 行 程 開 關(guān) 。 礦 車 的 運 動過 程 是 ： 加 速 、 勻 速 、 減 速 、 前 停 車 、 前 過 卷 、 反 向 啟 動 、 加 速 、 勻 速 、 開 始 放 料 、電 機 的 啟 停 控 制 放 料 、 結(jié) 束 放 料 ， 在 該 過 程 中 加 速 勻 速 可 用 軟 件 來 控 制 變 頻 器 的 工作 使 礦 車 按 預(yù) 期 的 指 令 工 作 ， 碰 到 減 速 開 關(guān) 時 減 速 ， 碰 到 放 料 開 始 和 放 料 結(jié) 束 行 程開 關(guān) 時 開 始 放 料 和 結(jié) 束 放 料 。 洞 內(nèi) 洞 外 軌 道 前 過 卷 前 停 車 前 減 速 放 料 開 始 放 料 結(jié) 束 后 減 速 后 停 車 后 過 卷 圖 31 軌 道 結(jié) 構(gòu) 圖 三 相 異 步 電 動 機異 步 電 機 的 變 壓 變 頻 調(diào) 速 系 統(tǒng) 一 般 簡 稱 為 變 頻 調(diào) 速 系 統(tǒng) 。 由 于 在 調(diào) 速 時 轉(zhuǎn) 差 功率 不 隨 轉(zhuǎn) 速 而 變 化 ， 調(diào) 速 范 圍 寬 ， 無 論 是 高 速 還 是 低 速 時 效 率 都 較 高 ， 在 采 取 一 定的 技 術(shù) 措 施 后 能 實 現(xiàn) 高 動 態(tài) 性 能 ， 可 與 直 流 調(diào) 速 系 統(tǒng) 媲 美 。 因 此 現(xiàn) 在 應(yīng) 用 面 很 廣 。蘭 州 大 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書9根 據(jù) 本 次 設(shè) 計 要 求 及 設(shè) 備 的 需 要 使 用 一 個 110KW 的 異 步 電 動 機 。 變 頻 器近 20 年 來 , 隨 著 電 力 電 子 技 術(shù) 、 微 電 子 技 術(shù) 、 微 機 控 制 技 術(shù) 及 現(xiàn) 代 控 制 理 論