【正文】 人員。 4．采用先進(jìn)的模塊化結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)組合靈活方便 PLC 的各個部件，包括 CPU、電源、 I/O 通道 等均采用模塊化設(shè)計，由機(jī)架和電纜將各模塊連接起來。 5．系統(tǒng)設(shè)計周期短 由于系統(tǒng)硬件的設(shè)計任務(wù)僅是依據(jù)對象的要求配置適當(dāng)?shù)哪K，如同吃飯從菜單中點菜一樣方便，這就大大縮短了整個設(shè)計所花費的時間，加快了整個工程設(shè)計的進(jìn)度。使用時只需將現(xiàn)場的各種設(shè)備與 PLC 相應(yīng)的 I/O 端子相連，系統(tǒng)便可以投入運行，安裝接線工作量比繼電器控制系統(tǒng)小得多。模擬調(diào)試完成后，再將本身故障率很低，又有完善的自診斷能力和顯示功能，一旦發(fā)生故障可以根據(jù) PLC 上發(fā)光二極管或編程器提供的信息，迅速查明原因或直接找到發(fā)生故障的外圍設(shè)備。這樣既提高了維護(hù)的工作效率，使故障造成的對工業(yè)生產(chǎn)的影響降低到最低程度，也保證了生產(chǎn)的正常進(jìn)行。 近年來，隨著微處理器芯片及其有關(guān)元器件的價格大幅度下降，使得PLC 成本也隨之下降。根據(jù) PLC 的特點，可以將應(yīng)用形式歸納為如下幾種類型： 這是 PLC 的最基本最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。 在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程中，除必不可少的開關(guān)量和數(shù)字量外，還有許多連續(xù)變化的模擬量，如溫度、壓力、流量、液位等都是模擬量。 在工業(yè)控制中，用 PLC 實現(xiàn)順序控制，可以用移位 寄存器和步進(jìn)指令編寫程序。 PLC 具有定時控制的功能，它可以為用戶提供幾十甚至上百個計時器，其計時的時間可由用戶根據(jù)控制時間要在編寫用戶程序時設(shè)定，定時時間可以從 秒至若干小時，時間長短可任意設(shè)定，也可以由操作人員SS 科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 23 在工業(yè)現(xiàn)場通過編程器進(jìn)行修改或重新設(shè)定，實現(xiàn)定時或延時的控制，通過編程既可以實現(xiàn)通電延時功能，也可以實現(xiàn)斷電延時的功能。其設(shè)定方式如同定時器一樣，可實現(xiàn)增計數(shù)控制，也可實現(xiàn)減計數(shù)控制，若用戶需要對頻率較高的信號進(jìn)行跟蹤計數(shù)，可選用高速計數(shù)模塊?，F(xiàn)代大中型的 PLC 及部分小型的 PLC 配備有專門的 PID 控制模塊，當(dāng)控制過程中某一個變量出現(xiàn)偏差時， PLC 就按照 PID 算法計算出正確的輸出去控制被控制量，把被控制量保持在整定值上。 7．?dāng)?shù)據(jù)處理 現(xiàn)代 PLC 都具有數(shù)據(jù)處理的能力。 8．通信和聯(lián)網(wǎng) PLC 的控制已從早期的單機(jī)控制發(fā)展到了多機(jī)控制，實現(xiàn)了工業(yè)自動化。也可以構(gòu)成“集中管理，分散控制”的分布式控制系統(tǒng)。 本調(diào)速系統(tǒng)選用日本 三菱公司生產(chǎn)的 FX2N32M PLC， 屬于 整體式 PLC。一般配有許多專用的特殊功能單元，如模擬量 I/O 單元、位置控制單元、和通信單元等使 PLC 的功能得到擴(kuò)展。 SS 科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 24 FX2n 系列是 FX 系列 PLC 家族中最先進(jìn)的系列，其功能最強、速度最快。為大量實際應(yīng)用而 開發(fā)的特殊功能開發(fā)了各個范圍的特殊功能模塊以滿足不同的需要－ －模擬 I/O。對每一個 FX2n 主單元可配置總計達(dá) 8 個特殊功能模塊。 其它功能內(nèi)置式 24V、 400mA 直流電源可用于外圍設(shè)備，如傳感器或其它元件。時鐘功能和小時表功能在所有的 FX2NPLC中都有實時時鐘標(biāo)準(zhǔn)。小時表功能對過程跟蹤和機(jī)器維護(hù)提供了有價值的信息。輸入濾波器調(diào)節(jié)功能可以用輸入濾波器平整輸入信號（在基本單元中 x000 到 x017）。在線 程序編輯在線改變程序不會損失工作時間或停止生產(chǎn)運轉(zhuǎn)。遠(yuǎn)程維護(hù)遠(yuǎn)處的編程軟件可以通過調(diào)制解調(diào)器通信來監(jiān)測、上載或卸載程序和數(shù)據(jù)密碼保護(hù)使用一個八位數(shù)字密碼保護(hù)您的程序。 PLC 控制程序設(shè)計 控制程序流程圖如圖 331 所示。 SS 科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 26 系統(tǒng)開機(jī)運行， PLC 首先進(jìn)行初始化，主要對 高速計數(shù)單元 HSCO 和HSC1 進(jìn)行以下操作：寫控制字，定義工作模式，清零，寫設(shè)定值，設(shè)置定時中斷，連接中斷，啟動計數(shù)。當(dāng)有故障出現(xiàn)時可轉(zhuǎn)到相應(yīng)的故障處理模塊進(jìn)行故障處理，并通過報警回路報警或安全回路實現(xiàn)抱閘停車 保護(hù)。 提升機(jī)在快速、減速或急停時的再生發(fā)電能量處理問題 提升機(jī)屬于位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。 位能負(fù)載的一個重要特征，就是在沒有轉(zhuǎn)速時也有負(fù)載轉(zhuǎn)矩存在，并且全部的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，因此，在低速和零速情況下，也要求電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩輸出能力能夠承擔(dān)全部負(fù)載轉(zhuǎn)矩。兩者的差別是，當(dāng)極低頻率下電動機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩不足時，反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載不能起動，電動機(jī)不轉(zhuǎn)動，直到頻率升高到電磁轉(zhuǎn)矩大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩時，電動機(jī)才能夠起動。電動機(jī)被負(fù)載拖著轉(zhuǎn)動的情況，稱為下溜，在許多位能負(fù)載應(yīng)用中，下溜是不允許的，下溜嚴(yán)重時可能出現(xiàn)重大事故。在磁場沒有完全 建立起來以前，輸出轉(zhuǎn)矩是無法達(dá)到正常狀態(tài)的。在電動機(jī)磁場沒有建立起來、電磁轉(zhuǎn)矩不足以抗衡負(fù)載轉(zhuǎn)矩以前，機(jī)械制動閘瓦不能松開，否則可能下溜；在機(jī)械制動瓦沒有松開以前，輸出頻率又不能提升，否則，轉(zhuǎn)速差會在電動機(jī)無法轉(zhuǎn)動的情況下持續(xù)增加，導(dǎo)致過電流保護(hù)動作。 理想的配合關(guān)系是：起動時，變頻器輸出一個很低的頻率，此時機(jī)械制SS 科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 29 動閘瓦不能松開，直到磁場建立起來，輸出頻率所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩正好等于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，再松開機(jī)械制動閘瓦，此時，電動機(jī)將處于零速度狀態(tài)，通過頻率逐步升高，電動機(jī)開始起動。 這種情況下，實際的做法是：制動閘瓦松開前變頻器獲得的是零速指令，輸出一個零頻率電流建立電動機(jī)磁場，但不產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，制動閘瓦松開瞬間，會產(chǎn)生輕微下溜。停止時，先輸出零速度指令而不撤消運行指令，待電動機(jī)轉(zhuǎn)速為零后，機(jī)械制動閘瓦抱住，變頻器運行指令才撤消。 為了與機(jī)械制動良好配合 ，位能負(fù)載調(diào)速系統(tǒng)采用 PLC 作為控制設(shè)備，但其邏輯控制原理并不很復(fù)雜。當(dāng)速度操作命令不為零時，PLC 立即給出變頻器運行指令，但速度指令為零，要經(jīng)過延時以后，才輸出對應(yīng)的實際轉(zhuǎn)速指令給變頻器，同時輸出機(jī)械制動解除指令給制動控制電路。實際轉(zhuǎn)速指令給出后，變頻器輸出頻率迅速提升，實際轉(zhuǎn)速在輕微下溜后開始跟蹤由斜坡發(fā)生器提供的理想轉(zhuǎn)速曲線。 當(dāng)外部速度操作命令給出零轉(zhuǎn)速時， PLC 轉(zhuǎn)發(fā)零轉(zhuǎn)速指令，但不撤消運行命令，變頻器輸出頻率下降，實際轉(zhuǎn)速跟蹤理想轉(zhuǎn)速曲線。在延時期間，電磁制動轉(zhuǎn)矩和機(jī)械制動轉(zhuǎn)矩同時起作用，這個延時的目的是確保機(jī)械制動可靠作用后才撤消電磁轉(zhuǎn)矩。一般情況下，起動延時時間為 ，取決于電磁慣性時間常數(shù)和機(jī)械制動閘瓦的松開速度之差，松開速度越快，電磁慣性時間常數(shù)越大，延時需要越長；停止延時時間大約為 ，取決于機(jī)械制動閘瓦合上速度，合上速度越慢，延時需要越長。因此，必須按照全制動轉(zhuǎn)矩能力來配置制動電路。除少量能量會損耗在電動機(jī)和變頻器內(nèi)部外，大部分位能 都會回饋到變頻器的直流母線上。 實際上，位能性負(fù)載可以看作一個能量存儲器，加速時存儲動能，減速時釋放出來；提升時存儲位能，下放時釋放出來。 使用能耗制動時，加速和提升時所存儲的動能和位能，在減速和下放時全部消耗在制動電阻上了，如果改為采用回饋制動方式，系統(tǒng)的電力損耗將降低到僅承擔(dān)電氣損耗和機(jī)械損耗的能量，相對的節(jié)能效果是很可觀的。操作不頻繁的設(shè)備，本來單位時間耗電量就不高，即使采用回饋制動后節(jié)電率比較高，但節(jié)約的電能絕對數(shù)值卻不高，不值得為采用回饋制動額外增加投資。惟一的麻煩是要解決直流母線的布線問題，最好是各調(diào)速控制柜能夠并列布置 。 SS 科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 32 第 4章 其它電路設(shè)計 167。那 么這臺直流電動機(jī)就能夠轉(zhuǎn)起來。 交流異步電動機(jī)與直流電動機(jī)有一個內(nèi)在的共同性，即直流電動機(jī)的主磁場與電樞繞組磁場運行中在空間角上是正交的，交流異步電動機(jī)也一樣。 高性能的變頻調(diào)速系統(tǒng)，即矢量控制及直接轉(zhuǎn)矩控制的調(diào)速系統(tǒng)，需要 有準(zhǔn)確可靠的速度檢測手段，即轉(zhuǎn)速傳感器。 轉(zhuǎn)速檢測不僅是轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制的反饋信號，也是重要的算法輸入信號，其精度直接影響控制效果，因此，轉(zhuǎn)速檢測元件要安裝在電動機(jī)軸上，不應(yīng)安裝在減速器從動軸上或者通過機(jī)械嚙合裝置安裝，以免齒隙造成的檢測滯后，影響控制效果。 由于采用數(shù)字式檢測手段，旋轉(zhuǎn)脈沖增量編碼器以精度高、線性好的優(yōu)勢逐步取代了測速發(fā)動機(jī)，成為轉(zhuǎn)速檢測的主要元件，而絕對編碼器也成了位置檢測的重要檢測元件。由于編碼器結(jié)構(gòu)精巧，因此，不能承受太大的機(jī)械力，否則光柵盤容易擦傷。 167。為了提高計數(shù)器的脈沖精度，選用日本omron 公司的 e6ccwsc 型可逆旋轉(zhuǎn)編碼器，其脈沖準(zhǔn)確精度高，在低速時不會丟失脈沖。本文設(shè)計根據(jù)編碼器所測的運行距離（ 0～ 250m），采用 3 個 led 七段顯示器作為提升機(jī)位置的顯示。 le 是鎖存使能輸入端，在 le 信號的上升沿將數(shù)據(jù)輸入端輸入的 bcd 數(shù)鎖存在片內(nèi)的寄存器中，并將該數(shù)譯碼后顯示出來。 le 為高電平時，顯示的數(shù)不受數(shù)據(jù)輸入信號的影響。 SS 科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 34 圖 421 plc 數(shù)字顯示電路 167。制動裝置的作用可歸納為： （ 1）在提升終了或提升機(jī)不工作時，可靠地閘住提升機(jī)。 （ 3）作為安全機(jī)構(gòu)，在發(fā)生緊急事故時，對提升系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)。 現(xiàn)在礦井提升機(jī)的制動裝置多為盤式閘制動系統(tǒng)，它主要由制動器和液壓站組成。 根據(jù)對現(xiàn)有制動系統(tǒng)的可靠性原理分析，盤式閘制動系統(tǒng)引發(fā)事故的原SS 科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 35 因主要有： 液壓站在緊急制動時，管路回油不暢。 殘壓過高。 制動器故障，包括碟形彈簧疲勞或斷裂、閘瓦污染等造成制動力矩不足等。 （ 1）電液比例溢流閥的調(diào)壓功能：液壓站中把原來的十字彈簧式調(diào)壓裝置改成電液比例溢流閥調(diào)壓裝置，這種裝置具有調(diào)壓線性度好、調(diào)壓穩(wěn)定、尺寸小等特點。 （ 3）殘壓保護(hù)功能：在液壓站中增加了壓力繼電器（或電接點壓力表），在系統(tǒng)殘壓過高時，能夠?qū)崿F(xiàn)安全制動，提高了系統(tǒng)的制動可靠性。 （ 5） PLC 控制功能：整個液壓站的電控部分采用 PLC 控制器，提高了電控系統(tǒng)的可靠性。 液壓站系統(tǒng)配置圖 431 所示。 正常工作制動：啟動液壓站電動機(jī)后即為正常工作狀態(tài)，其制動力的大小通過調(diào)節(jié)電液比例溢流閥的電流的大小來調(diào)整系統(tǒng)壓力。 井口安全制動：它是在提升容器到位信號已經(jīng)閉合， AC 接點信號又閉合，這時采用緊急制動情況，以防止惡性事故的發(fā)生。然后轉(zhuǎn)到調(diào)繩狀態(tài)，壓力油進(jìn)入 B 管，打開提升機(jī)固定卷筒制動器，提升機(jī)即可開車運行進(jìn)行調(diào)繩。 電磁閥故障檢測：液壓站中每一個電磁閥設(shè)置閥芯檢測傳感器，當(dāng)電磁閥故障時發(fā)出故障信號，實施安全制動，并通過 PLC 報警或顯示。 溫度報警、壓差報警：當(dāng)油溫過高或濾油器壓差過高時，溫度報警信號或壓差報警信號閉合，并通過 PLC 報警或顯示。 在目前的情況下，發(fā)生制動系統(tǒng)失效事故時，提升機(jī)司機(jī)無任何補救保護(hù)措施，只得任憑提升機(jī)“放大滑”。提升機(jī)盤式制動器補償增壓裝置是確保礦井提升系統(tǒng)安全運行的重 要設(shè)備，也是提升機(jī)發(fā)生意外事故時，安全保障的最后一個保護(hù)環(huán)節(jié)。盤式制動器工作液壓站與補償增壓液壓站的系統(tǒng)關(guān)系如圖 432 所示。 保壓冷儲備功能：為了隨時能夠產(chǎn)生補償制動力，設(shè)計有蓄能回路，保證蓄能器中始終具有一定壓力的油液，使蓄能回路處于待命狀態(tài)，在補償時與油泵同時向制動器供油，縮短補償制動的空動時間，以保證補償增壓的響應(yīng)速度。 回油不暢監(jiān)控功能：在現(xiàn)役制動器液壓站電磁閥故障或管路堵塞造成制動器不能回油的故障情況下，通過設(shè)置的油路壓力監(jiān)測傳感器檢測其故障，并能實施安全制動使管路回油順暢。 可編程控制功能：補償增壓裝置的電控系統(tǒng)采用 PLC 控制，制動器的補償增壓動作可以自動或手動兩種方式啟動。若 a a0 則說明制動力矩不足，需補償制動力；若 a a0 則說明制動力矩滿足安全要求，不投入補償制動力。它除了作為一種后備安全保護(hù)裝置外，也可針對某些制動器制動力矩達(dá)不到規(guī)程要求時，使更換或增設(shè)制動器影響生產(chǎn)，費SS 科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 39 用過高等情況，使補償增壓裝置參與制動，以提高安全制動力矩。 主電路抗干擾措施 變頻器系統(tǒng)本身既是一個很強的干擾源，同時變頻器也是對干擾敏感的電子設(shè)備，因此，抗干擾措施的設(shè)計對于變頻調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計是一個重要的課題。 輸入電路產(chǎn)生的干擾主要有兩個方面：沖擊電流干擾和諧波干擾；回饋制動可能產(chǎn)生諧波干擾；輸出電路則主要產(chǎn)生載波干擾。 輸出電路是“盲端”電路，不與外部電路直接相連，干擾主要以無線發(fā)射方式傳播。 輸入電路是與電網(wǎng)相連的，沖擊電流進(jìn)入電網(wǎng)后，一方面會引起局部電網(wǎng)電壓的瞬時波動，另一方面會在感性負(fù)載上產(chǎn)生浪涌電壓，形成干擾。 2 輸入電路諧波干擾 用二極管三相橋式整流器為直流電路充電時，由于二極管的反向截止作用，只有當(dāng)三相交流電的瞬時值高于直流回路電壓時，橋臂中才會有電流流過，因此，充電電流會成為斷續(xù)的，如圖 511 所示。 電流斷續(xù)現(xiàn)象使整流器件中電流瞬時值明顯比有效值大，增加了整流器件的負(fù) 擔(dān)。同時，電流有諧波而電壓卻基本沒有諧波，諧波頻率與基波頻率不同，因此諧波電流相位不 是 總 與基波電壓的相位一致的，有無功諧波電存在，使得輸入側(cè)等效功率因數(shù)大大降低。