【文章內(nèi)容簡介】 均由日本三菱公司生產(chǎn)的 PLC 所構(gòu)成。信號有模擬信號和數(shù)字信號，大部分是開關(guān)量，可直接傳送給 PLC，模擬信號由電量變送器再用模擬輸入 模塊 FX2N2AD傳送給 PLC。各部分之間的信號經(jīng)信號確認(rèn)，直接轉(zhuǎn)發(fā)到 PLC。車房信號臺安裝在絞車司機(jī)房內(nèi) ,井口、井下信號臺分別安裝在井口、井下的信號房內(nèi)。井口、井下罐位信號由光電開關(guān)采集。該控制系統(tǒng)原理框圖見下圖 23所示。 該系統(tǒng)的信號的發(fā)送方式： (1) 轉(zhuǎn)發(fā)方式。井下的信號必須經(jīng)由井口轉(zhuǎn)發(fā) ,不得越過井口信號工直接向車房發(fā)送 ,井口信號工必須在井下信號發(fā)出后 ,才能發(fā)出信號。當(dāng)井口信號和井下信號一致時 ,該信號才能傳到車房 ,否則無效 ,需井口信號工重發(fā)。在信號發(fā)出的同時 ,井口、井下均有燈光顯示 、聲音提示、數(shù)字記憶。記憶的數(shù)字直到下一個信號發(fā)出才會消失。 (2) 直發(fā)方式。停車 (急停 ) 信號采用直接向車房發(fā)送的方式 ,不經(jīng)上井口轉(zhuǎn)發(fā)以保證快速停車。當(dāng)急停信號發(fā)出后 ,其他指令信號均不能發(fā)出 ,并能閉鎖提升機(jī)安全控制回路。當(dāng)信號為慢上、慢下時能閉鎖提升機(jī)的高速運轉(zhuǎn)控制回路。 該控制系統(tǒng)對對信號系統(tǒng)進(jìn)行檢測和控制，增加并完善信號裝置的功能，使提升設(shè)備的工作更加安全可靠。 14 方案二和三的控制系統(tǒng)都比較安全、可靠，且能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)計要求。兩者的控制系統(tǒng)一個為單片機(jī)，另一各為 PLC。為了進(jìn)行方案確 定，我們首先看一下兩者的區(qū)別： PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。 PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè) 23 PLC控制 系統(tǒng)原理框圖 15 圖 24 PLC控 制系統(tǒng)示意圖 計。 通過以上幾種方案綜合考慮，但由于煤礦工作環(huán)境惡劣 ,各種電機(jī)的頻繁啟動與運行引起的電磁干擾以及電網(wǎng)的不穩(wěn)定 ,對通訊信號和通訊裝置都將產(chǎn)生巨大的影響。 它具以下特點： （ 1）可靠性高，抗干擾能力強。 高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。 PLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。例如三菱公司生產(chǎn)的 FX系列 PLC平均無故障時間高達(dá) 30萬小時。一些使用冗余 CPU的PLC的平均無故障工作時間則更長。從 PLC的機(jī)外電路來說 ，使用 PLC構(gòu)成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開關(guān)接點已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一，故障也就大大降低。此外， PLC帶有硬件故障自我檢測功能，出現(xiàn)故障時可及時發(fā)出警報信息。在應(yīng)用軟件中，應(yīng)用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除 PLC以外的電路及設(shè)備也獲得故障自診斷保護(hù)。這樣，整個系統(tǒng)具有極高的可靠性。 (2）配套齊全，功能完善，適用性強 。 PLC發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品?？梢杂糜诟鞣N規(guī)模的工業(yè)控制場合。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代 PLC大多 具有完善的數(shù)據(jù)運算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。近年來 PLC的功能單元大量涌現(xiàn)，使 PLC滲透到了位置控制、溫度控制、 CNC等各種工業(yè)控制中。加上 PLC通信能力的增強及人機(jī)界面技術(shù)的發(fā)展，使用 PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。 （ 3） 易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎 PLC作為通用工業(yè)控制計算機(jī)，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。它接口容易，編程語言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語言的圖形符號與表達(dá)方式和繼電器電路圖相當(dāng)接近，只用 PLC的少量開關(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實現(xiàn)繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂 計算機(jī)原理和匯編語言的人使用計算機(jī)從事工業(yè)控制打開了方16 便之門。 （ 4）系統(tǒng)的設(shè)計、建造工作量小，維護(hù)方便，容易改造 PLC用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計及建造的周期大為縮短，同時維護(hù)也變得容易起來。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過改變程序改變生產(chǎn)過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場合。 （ 5）體積小，重量輕，能耗低 以超小型 PLC為例，新近出產(chǎn)的品種底部尺寸小于 100mm，重量小于 150g，功耗僅數(shù)瓦。由于體積小很容易裝入機(jī)械內(nèi)部，是實現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控 制設(shè)備。 總之， PLC在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)，使用情況大致可歸納為如下幾類。 （ 1）開關(guān)量的邏輯控制 這是 PLC最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺設(shè)備的控制，也可用于多機(jī)群控及自動化流水線。如注塑機(jī)、印刷機(jī)、訂書機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。 （ 2）模擬量控制 在工業(yè)生產(chǎn)過程當(dāng)中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實現(xiàn)模擬量（ Analog）和數(shù)字量（ Digital）之間的 A/D轉(zhuǎn)換及 D/A轉(zhuǎn)換。 PLC廠家都生產(chǎn)配套的 A/D和 D/A轉(zhuǎn)換模塊，使可編程控制器用于模擬量控制。 （ 3）運動控制 PLC可以用于圓周運動或直線運動的控制。從控制機(jī)構(gòu)配置來說，早期直接用于開關(guān)量 I/O模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，現(xiàn)在一般使用專用的運動控制模塊。如可驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊 。世界上各主要 PLC廠家的產(chǎn)品幾乎都有運動控制功能，廣泛用于各種機(jī)械、機(jī)床、機(jī)器人、電梯等場合。 （ 4）過程控制 過程控制是指對溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計算機(jī)，PLC能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。 PID調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調(diào)節(jié)方法。大中型 PLC都有 PID模塊，目前許多小型 PLC也具有此功能模塊。PID處理一般是運行專用的 PID子程序。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應(yīng)用。 （ 5）數(shù)據(jù)處理 現(xiàn)代 PLC具有數(shù)學(xué)運 算（含矩陣運算、函數(shù)運算、邏輯運算）、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。這些數(shù)據(jù)可17 以與存儲在存儲器中的參考值比較，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置，或?qū)⑺鼈兇蛴≈票?。?shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無人控制的柔性制造系統(tǒng)；也可用于過程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。 （ 6）通信及聯(lián)網(wǎng) PLC通信含 PLC間的通信及 PLC與其它智能設(shè)備間的通信。隨著計算機(jī)控制的發(fā)展，工廠自動化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展得很快，各 PLC廠商都十分 重視 PLC的通信功能，紛紛推出各自的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。新近生產(chǎn)的 PLC都具有通信接口，通信非常方便。 不同廠家的 PLC有相同的工作原理，類似的功能和指標(biāo)，有一定的互換性，質(zhì)量有保證，編程軟件正朝標(biāo)準(zhǔn)化方向邁進(jìn)。這正是 PLC獲得廣泛應(yīng)用的基礎(chǔ)。而單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)則是八仙過海，各顯神通，功能千差萬別，質(zhì)量參差不齊，學(xué)習(xí)、使用和維護(hù)都很困難。 單片機(jī)的編程麻煩，可讀性差，實時控制不太占優(yōu)勢，但是他的成本低，控制方式比較靈活， 而 PLC對于實時控制來說就比較優(yōu)越，他的編程方式簡單，可以用指令或是 梯形圖來進(jìn)行編程，易學(xué)易懂，但是成本較高，適合用于工業(yè)控制。 最后，我們從工程的角度看， 對單項工程或重復(fù)數(shù)極少的項目，采用 PLC方案是明智、快捷的途徑，成功率高，可靠性好，手尾少，但成本較高。 對于量大的配套項目，采用單片機(jī)系統(tǒng)具有成本低、效益高的優(yōu)點，但這要有相當(dāng)?shù)难邪l(fā)力量和行業(yè)經(jīng)驗才能使系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠地運行。最好的方法是單片機(jī)系統(tǒng)嵌入 PLC的功能，這樣可大大簡化單片機(jī)系統(tǒng)的研制時間，性能得到保障，效益也就有保證。 對于本設(shè)計，由于礦井工作環(huán)境比較惡劣，且常用事故發(fā)生， 各種電機(jī)的頻繁啟動與運行引起的電磁干擾以及電網(wǎng)的不穩(wěn)定 ,對通訊信號和通訊裝置都將產(chǎn)生巨大的影響。 故可 采用方案三作為此次畢業(yè)設(shè)計信號系統(tǒng)的控制系統(tǒng)。 第三章硬件設(shè)計部分 我 在 本 此 設(shè) 計 中 選 擇 的 控 制 器 是 三 菱 公 司 FX2N系 列 的 可 編 程 控 制 器（ Programmable logical controller)縮寫為 PLC，是小型 PLC，單元式，單機(jī)最大容量為 256點。 PLC就是一種工業(yè)計算機(jī)，其核心就是一臺計算機(jī)。但由于有接口器件及監(jiān)控軟件的包圍，因此，其外形不像計算機(jī)，操作使用方法、編程語言甚至工作原理都與計算機(jī)部同，另一方 面，作為繼電控制盤的替代物，由于其核心是計算機(jī)芯片，因此與繼電器邏輯控制亦不同。 PLC的工作方式是掃描工作方式。 該設(shè)計中用到的硬件有 PLC，用作各種數(shù)字量輸入的按鈕、開關(guān)、限位開關(guān)、光電開關(guān)、選擇開關(guān)等，以及模擬量輸入的電量變送器（電壓、電流變送器），模擬量輸入模塊 FX2N2AD。輸出有啟動電動機(jī)的繼電器，顯示各種執(zhí)行信號的指示燈，以及18 用到一些聲音信號反映的響鈴，故障報警用的蜂鳴器。首先我們先對主控制系統(tǒng) PLC進(jìn)行選型。 第三章硬件設(shè)計 PLC是 PLC控制系統(tǒng)的核心部件。正確 選擇 PLC對于保證整個控制系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)起著重要作用。選擇 PLC包括機(jī)型、容量的選擇以及 I/O模塊、電源模塊等的選擇。 這是 PLC應(yīng)用設(shè)計中很重要的一步，目前國內(nèi)生產(chǎn)的 PLC種類很多，在選用 PLC時應(yīng)考慮以下幾方面： 輸入、輸出點數(shù)以及軟件對 PLC功能及指令的要求是選擇 PLC規(guī)模大小的重要依據(jù)。 PLC 機(jī)型選擇的基本原則是在滿足功