【正文】 制技術(shù)，優(yōu)化了調(diào)速系統(tǒng)的性能，這一控制方法目前仍為現(xiàn)代交流調(diào)速的重要研究方向之一。使用上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，采用組態(tài)模式，實(shí)現(xiàn)良好的人一機(jī)對(duì)話 。可進(jìn)行故障報(bào)警、數(shù)據(jù)查詢、報(bào)表打印 。故障聲光指示、記憶及部分傳感器上位機(jī)的緊急處理。 本文從解決實(shí)際礦井提升系統(tǒng)存在的問題出發(fā)，對(duì)傳統(tǒng)的調(diào)速方案進(jìn)行了控制方式的革新和數(shù)字化改造，降低了成本，提高了控制精度，加強(qiáng)了系統(tǒng)穩(wěn)定性。 適用、經(jīng)濟(jì)、高效、可靠是本文提升機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的追求目標(biāo)。目前 ,我國單繩纏繞式提升機(jī) ,廣泛采用交流繞線式電動(dòng)機(jī)拖動(dòng) ,提升過程一般包括 :起動(dòng)加速、勻速、減速、爬行和停車幾個(gè)主要環(huán)節(jié)。觀覽車在一長(zhǎng)度為 400 m、坡度為 35176。由于是載人提升機(jī) ,因此 ,對(duì)電力拖動(dòng)控制提出了較高的要求 ,必須做到平滑起動(dòng)加速 ,平滑制動(dòng)停車 ,不論是提升還是下降 ,提升機(jī)在斜坡上的運(yùn)行不得超出規(guī)定的時(shí)間。 （ 1） 加速階段。下放時(shí)為負(fù)力 ,若負(fù)力值較小 ,可考慮自由加速 ,并配合使用盤式制動(dòng)器 ,若負(fù)力值較大 ,則采用動(dòng)力制動(dòng)加速。 （ 2） 勻速階段。下 放時(shí)為負(fù)力 ,采用能耗制動(dòng)、閉環(huán)控制 ,單閉環(huán)速度控制系統(tǒng)由與距離有關(guān)的理想速度給定電路、速度負(fù)反饋電路、 PID 調(diào)節(jié)器、移相觸發(fā)電路及雙向可控硅能耗制動(dòng)電路組成 ,下放速度由 PID 調(diào)節(jié)。提升時(shí)為正力 ,采取逐級(jí)接入轉(zhuǎn)子附加電阻和機(jī)械制動(dòng)的方式。 （ 4） 爬行階段。當(dāng)為 7 負(fù)力時(shí) ,在能耗制動(dòng)方式下接入轉(zhuǎn)子附加電阻。 提升機(jī)的速度圖 （ 1） 主加速階段 25 1 2 3 4 5 4 fct R R R R R s V I Ft1 。隨著轉(zhuǎn)子電阻的逐漸切除 ,既保證了起動(dòng)階段的加速度 ,又使起動(dòng)平穩(wěn) ,當(dāng) 0V 上升到 mV 時(shí) ,電動(dòng)機(jī)運(yùn)行在自然特性曲線上。投入動(dòng)力制動(dòng)時(shí) ,盤式制動(dòng)器松閘 ,將電動(dòng)機(jī)的定子從交流電網(wǎng)上切除 ,并通過整流變壓器 T 和調(diào)壓模塊 sV ,向定子繞阻通以直流電 ,從而產(chǎn)生固定的直流磁場(chǎng) ,由于慣性作用 ,旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子在固定磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng) ,轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生感應(yīng)電流 ,轉(zhuǎn)子電流與 固定磁場(chǎng)相互作用便產(chǎn)生了制動(dòng)力矩 ,此后電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速由于制動(dòng)作用而降低。 （ 2） 勻速階段 2t 。下放時(shí) ,由測(cè)速發(fā)電機(jī)反映轉(zhuǎn)子下放速度 ,當(dāng)速度高于 mV 時(shí) ,增大勵(lì)磁電流 fI ,提高制 動(dòng)力矩 ,使觀覽車在斜坡上勻速運(yùn)行。為使提升機(jī)準(zhǔn)確停車 ,在停車前應(yīng)進(jìn)行減速。提升機(jī)到達(dá)底端與到達(dá)頂端稍有不同 ,一方面接入 2R 、 3R 、 4R 、 5R ,一方面增大勵(lì)磁電流 fI ，使下放速度在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)降低。 4V 在 m/ s左右 ,此數(shù)值實(shí)際上是一個(gè)平均值 ,因?yàn)樘嵘龣C(jī)由較高的 mV 不可能很準(zhǔn)確的變?yōu)樗俣?4V 。 8 （ 5） 停車階段 5t 。 圖 提升機(jī)速度圖 力圖 圖 提升機(jī)力圖 由直線運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)方程可得 : F = cF + ma 式中 : F — 提升機(jī)在某運(yùn)動(dòng)階段的力 ,kg。 m — 把旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的 部件折算到直線運(yùn)動(dòng)的變位質(zhì)量 ,kg a — 各階段的加速度、減速度值 ,m/2s 。 9 a 0 時(shí) , F cF ,加速運(yùn)行 。 根據(jù)以上分析 , F = f（ t） 的力圖見圖 。所以需要先來分析提升機(jī)電控系統(tǒng)的靜、動(dòng)態(tài)特性。 lT — 傳動(dòng)系統(tǒng)的靜阻轉(zhuǎn)矩 。 提升機(jī)的負(fù)載靜力凡，決定于提升機(jī)輥筒承受的靜張力差，在雙罐籠的平衡提升系統(tǒng)中，力凡也就是提升物體的凈載重。因此在電動(dòng)機(jī)不帶電時(shí)，為了使重的罐籠處于靜止?fàn)顟B(tài) (便于罐籠的裝卸載 )，對(duì)輥筒必須施加機(jī)械閘。這意味著電動(dòng)機(jī)不僅要工作在電動(dòng)狀態(tài)，還應(yīng)能工作在制動(dòng)狀態(tài)。圖 。其給定速度圖與力圖如圖 (a)所示 在加速段 )0(0dtdn*375T n1d ??? LFF 其中 1dF 為加速力矩與 勻 速力矩之差 10 圖 提升機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)給定速度圖、力圖 加速力矩為： 01d1 ??? FFF L 在勻速段，勻 速力矩為： 02 ?? LFF 在減速段， 03d ?F ，但 | 3dF | LF ,所以減速段力矩為： 03d3 ??? FFF L 其中 3dF 為減速力矩與勻 速力矩之差 在爬行段，爬行力矩為： 04 ?? LFF 根據(jù)此力圖可知，電動(dòng)機(jī)在各段均工作在正向電動(dòng)狀態(tài)。其給定速度圖和力圖如圖 （ b）所示 在 加速段，加速力矩： 011 ??? dL FFF 在勻速段，勻速力矩： 012 ??FF 在減速段，減速力矩： ,03?dF 但 Ld FF ?|| 3 ，所以 | 3dF |=| 3dL FF? |0 在爬行段，爬行力矩： 04 ?? LFF 根據(jù)力圖可知，電動(dòng)機(jī)在加速段和等速段，工作在正向電動(dòng)狀態(tài) 。在爬行段，又工作在正向電動(dòng)狀態(tài)。 11 圖 在不同負(fù)載下的給定速度圖和力圖 （ 3）重物下放，靜載量較?。?Ld FF ?1 ）。 (4)重物下放，且靜載量較大（ Ld FF ?1 ） 。根據(jù)力圖可知，電動(dòng)機(jī)在整個(gè)提升過程中始終工作在正向制動(dòng)狀態(tài)。 綜合以上提升機(jī)的運(yùn)行特點(diǎn)以及礦山生產(chǎn)固有的特點(diǎn)，提升機(jī)工藝對(duì)提升機(jī)電控系統(tǒng)的要求如下： 1)加 (減 )速度符合國家有關(guān)安全生產(chǎn)規(guī)程的規(guī)定。另外不得超過提升機(jī)的減速器所允許的動(dòng)力矩。要求速度平穩(wěn)，調(diào)速方便，調(diào)速范圍大，能滿足各種運(yùn)行方式及提升階段 (如加速、減速、等速、爬行等 )穩(wěn)定運(yùn)行的要求。提升機(jī)不同于其他機(jī)械，不可能待系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)后再裝加物料，因此，必須能重載啟動(dòng)，有較高的過載能力。要保證負(fù)載變化時(shí)，提升速度基本上不受影響，防止負(fù)載不同時(shí)速降過大，影響系統(tǒng)正常工作 (當(dāng)然， 當(dāng)負(fù)載超過一定的限度時(shí)，還要求系統(tǒng)能有效的自我保護(hù)。 5)工作方式轉(zhuǎn)換容易。 6)采用新技術(shù)和節(jié)能設(shè)備，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制和提高整個(gè)系統(tǒng)的工作效率。盡量節(jié)約能源和降低運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用。它面向控制過程、面向用戶、適應(yīng)工業(yè)環(huán)境、操作方便、可靠性高，成為現(xiàn)代工業(yè)控制的三大支柱（ PLC、機(jī)器人和 CAD/CAM）之一。 PLC 的基本特點(diǎn) 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) . 第一 ,靈活性、通用性強(qiáng)。因此當(dāng)工藝過程改變時(shí) ,只需修改程序即可 ,外部接線改動(dòng)極小 ,甚至可以不必改動(dòng) ,其靈活性和通用性是繼電器控制電路無法比擬的。而在控制系統(tǒng)中 ,大量的開關(guān)動(dòng)作是由無觸點(diǎn)的半導(dǎo)體電路來完成的 ,加之在硬件和軟件方面都采取了強(qiáng)有力的措施 ,使產(chǎn)品具有極高的可靠性和抗干擾能力可以直接安裝在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)穩(wěn)定地工 作。 第三 ,編程簡(jiǎn)單 ,使用方便。同時(shí)設(shè)計(jì)人員也可根據(jù)自己的喜好和實(shí)際應(yīng)用的要求選擇其他編程語言。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)。的主要功能包括開關(guān)量的邏輯控制、模擬量控 制部分還具備控制或模糊控制功能、數(shù)字量智能控制、數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控、通信、聯(lián)網(wǎng)及集散控制等功能。 PLC以原有的繼電器、邏輯運(yùn)算、順序控制為基礎(chǔ)逐步發(fā)展起來的。它是由計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)化而來的，又有著諸多自身獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。這兩類網(wǎng)絡(luò)可級(jí)連 ,網(wǎng)上可兼容不同類型的和計(jì)算機(jī) ,從而組成控制范圍很大的局域網(wǎng)絡(luò)。 PLC 的基本結(jié)構(gòu) PLC實(shí)質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計(jì)算機(jī)相同，如圖 ： a. 中央 處理單元 (CPU) 中央處理單元 (CPU)是 PLC的控制中樞。當(dāng) PLC投入運(yùn)行時(shí)，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場(chǎng)各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入 I/O映象區(qū)，然后從用戶程序存儲(chǔ)器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運(yùn)算的結(jié)果送入 I/O 映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。 為了進(jìn)一步提高 PLC的可靠性，近年來對(duì)大型 PLC還采用雙 CPU 構(gòu)成冗余系統(tǒng)，或采用三 CPU的表決式系統(tǒng)。 b、存儲(chǔ)器 存放系統(tǒng)軟件的存儲(chǔ)器稱為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器。 C、電源 PLC的電源在整個(gè)系統(tǒng)中起著十分重要的作用。一般交流電壓波動(dòng)在 +10%(+15%)范圍內(nèi)，可以不采取其它措施而將 PLC直接連接到交流電網(wǎng)上去 15 圖 PLC的基本結(jié)構(gòu)圖 PLC 的工作原理 PLC一般采用循環(huán)掃描的工作方式。完 成一次掃描所用的時(shí)間稱為掃描周期。 在公共處理階段 ,要進(jìn)行復(fù)位監(jiān)視定時(shí)器、硬件檢 查、用戶內(nèi)存檢查等操 作。若屬于一般性故障 , 則只報(bào)警 ,但不需要停機(jī) ,可等待處理。輸入映像寄存器存儲(chǔ)著輸入繼電器的通斷狀態(tài) ,輸入繼電器接通為 1,斷開為 0。 PLC在執(zhí)行用戶程序時(shí)所需的外部輸入信息 ,不是直接從輸入端讀取的 ,而 是 從輸入映像寄存器中讀取的。在此后的一個(gè)掃描周期中 ,盡管 PLC輸入端的狀態(tài)可能發(fā)生過變化 ,但輸入映像寄存器中的數(shù)據(jù)也保持不變。在執(zhí)行用戶程序過程中 ,根據(jù)用戶程序給出的邏輯關(guān)系進(jìn)行邏輯運(yùn)算 ,運(yùn)算結(jié)果再寫 16 入元件映像寄存器中。 在掃描周期的計(jì)算階段 ,若預(yù)先設(shè)定了掃描周期的值 ,則 進(jìn)入等待 ,直至達(dá)到 該設(shè)定值時(shí)掃描再往下進(jìn)行若掃描周期設(shè)為不定時(shí) ,則要進(jìn)行掃描周期的計(jì)算。 在外設(shè)口服務(wù)階段 ,完成與外設(shè)口連接的外圍設(shè)備如編程器或通信適配器的通信處理。 PLC 的分類 PLC一般可按控制規(guī)模和結(jié)構(gòu)形式分類 一、按 PLC得控制規(guī)模分類 按 PLC的控制規(guī)模分類， PLC可分為小型機(jī)、中型機(jī)、大型機(jī)。小型機(jī)常用于單機(jī)控制和小型控制場(chǎng)合，在通信網(wǎng)絡(luò)中常作從站。小型機(jī)中，控制點(diǎn)數(shù)小于 64 點(diǎn)的為超小型機(jī)或微型 PLC。中型機(jī)控制點(diǎn)數(shù)較多、控制功能強(qiáng)，常用于中型控制場(chǎng)合，在通信網(wǎng)絡(luò)中可做主站也可做從站。大型機(jī)的控制點(diǎn)數(shù)在 2048點(diǎn)以上，用戶程序存儲(chǔ)器的容量達(dá) 50K字以上。例如，西門子公司的 S7400PLC 就屬 于大型機(jī)。 二、按 PLC得結(jié)構(gòu)形式分類 PLC按結(jié)構(gòu)形式可分為整體式、模塊式和疊裝式三類。其結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、價(jià)格低。整體式 PLC由不同I/O 點(diǎn)數(shù)的基本單元和擴(kuò)展單元組成。擴(kuò)展單元內(nèi)只有 I/O和電源。 例如，美國 GE 公司的 GEI/J 系列 PLC 17 為整體式結(jié)構(gòu)。模塊式 PLC由機(jī)架和各種模塊組成。模塊式 PLC 配置靈活，裝配方便，便于擴(kuò)展和維修。有的小型 PLC也采用這種結(jié)構(gòu)。它除了基本單元外還 有擴(kuò)展模塊和特殊功能模塊，配置比較方便。西門子公司的 S7200PLC 就是疊裝式結(jié)構(gòu)形式。該技術(shù)是把載有信息的高頻加載于電流，然后用電線傳輸，接受信息的調(diào)制解調(diào)器再把高頻從電流中分離出來，并傳送到計(jì)算機(jī)或電話上，以實(shí)現(xiàn)信息傳遞。終端用戶只要插上電源插頭，就可以實(shí)現(xiàn)因特網(wǎng)接入。在發(fā)送時(shí)，利用 GMSK 或 OFDM調(diào)制技術(shù)將用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制，然后在電力線上進(jìn)行傳輸；在接收端，先經(jīng)過濾波器將調(diào)制信號(hào)濾出，再經(jīng)過解調(diào)，就可得到原通信信號(hào)。 PLC設(shè)備分為局端和調(diào)制解調(diào)器，局端負(fù)責(zé)與內(nèi)部 PLC調(diào)制解調(diào)器的通信和與外部網(wǎng)絡(luò)的連接。 PLC 編程 PLC 執(zhí)行用戶程序的過程 根據(jù) PLC 的工作流程 ,設(shè) PLC 的輸入數(shù)據(jù)為 X,輸出數(shù)據(jù)為 Y。第 n 次掃描 I/O 數(shù)據(jù)是 Yn。 執(zhí)行第一個(gè)梯級(jí)時(shí) , PLC從輸入映像寄存器中讀 取輸入端 00000的狀態(tài) ,設(shè)其為 1 則輸入繼電器 00000 的狀態(tài)。再由常開觸點(diǎn)和常閉觸點(diǎn) 00000 和常閉觸點(diǎn) 00001的狀態(tài)運(yùn)算出繼電器 01000 當(dāng)當(dāng)前的狀態(tài)是 1。若此前 01001 的狀態(tài)是 0，則要改寫與其對(duì)應(yīng)的元件映像寄存器的狀態(tài)。 PLC執(zhí)行用戶程序的過程示意圖 由上述分析可得出 ,執(zhí)行用戶程序過程的特點(diǎn)是： 1）在執(zhí)行用戶程序的過程中 ,輸入映像寄存器的狀態(tài)保持不變 ,一直保存到下 一次 I/O 刷新之前。 3）不同于繼電器控制 ,PLC 執(zhí)行程序是按由上而下、自左向右的順序進(jìn)行的。 梯形圖的表示 繪制梯形圖時(shí) ,我們首先要用符號(hào)表示出各種元素如常開觸點(diǎn)、常閉觸點(diǎn)、輸出、并聯(lián)常開、并聯(lián)常閉等。 我們?cè)诰?MFC 程序中 ,經(jīng)常要用到一些資源 ,如位圖、對(duì)話框、光標(biāo)、字符串表、菜單、工具欄等 ,每種資源都有其特定的 ID 樣我們?cè)谟梦粓D這種資源時(shí)就可以利用其具有特定 ID 這個(gè)特性區(qū)分識(shí)別各個(gè)位圖。這樣我們將每一個(gè)圖形元素事先繪制在每一個(gè)單位區(qū)域中 ,然后在繪 制梯級(jí)的時(shí)候 ,將每一個(gè)單位區(qū)域連接起來就可以了。 梯形圖簡(jiǎn)圖 其實(shí) ,拋開梯形圖的圖像表象 ,我們可以發(fā)現(xiàn)梯形圖中每個(gè)元件其實(shí)都有一個(gè)共同的屬性 ,該屬性可以用一個(gè)四元組表示元件類型 ,所在位置 ,名稱。 梯形圖的編程規(guī)則 梯形圖語言作為一種標(biāo)準(zhǔn) PLC 編程語言，在編制時(shí)必須遵循一定的規(guī)則，具體如下 : (1)梯形圖的每一行指令都在母線右邊開始畫起。 (3)觸點(diǎn)應(yīng)在水平線上，不能在垂直分支上，且應(yīng)遵循自左至右、自上而下的原則。 (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