煤矿主井装卸载自动控制系统设计

山东科技大学成教学院枣矿集团分院 毕业设计（论文）题目:煤矿主井装卸载自动控制系统设计专 业 矿 山 机 电 姓 名 唐 维 忠 2013年9月19日第 39 页 共 39 页摘 要 本设计说明书介绍了基于虚拟仪器开发平台LabVIEW开发的主井提升监护系统。本系统设计采用分散式控制系统，系统由两个可编程控制器和一个上位机构成。使用两个三菱FX2N系列可编程控制器分别实现提升的定重装载与卸载功能。上位机使用LabVIEW开发提升机监护软件。上位机与可编程控制器之间通过RS-485串行通讯实现数据传输。 在定重装卸载控制部分，重点介绍了本质安全型控制电路的设计；可编程控制器的编程，如何根据工艺流程编制程序实现控制要求；串行通讯程序的设计。 在上位机监护部分介绍了系统的软硬件构成。该监护系统硬件上使用研化工业控制计算机与研化PCL-818L用于温度采集，与研化PCL-836用于定量仓定重及温度报警，与PCL-846用于扩展串行口，实现上位机与可编程控制器的数据传输。传感器的选择与电路设计。软件上详细介绍了温度与定量仓定重方面的数据采集程序、数字量输出程序、串行通讯程序的编写。关健词：虚拟仪器；LabVIEW；数据采集；可编程控制器；串行通讯；定重装卸载；监护系统目 录第一章 概论4第二章 系统总体设计方案及其功能6第一节 现场状况与设计要求6第二节 系统组成与功能8第三章 装载控制系统的设计13第一节 电路设计13第二节 可编程控制器的选用及程序设计21第四章 卸载控制系统的设计26第一节 电路设计26第二节 可编程控制器的程序设计26第五章 上位机管理系统的设计30第一节 LabVIEW编程平台简介30第二节 系统硬件组成34第三节 数字量输出电路的设计41第四节 系统软件构成41结束语55参考文献。56第一章 概论 矿井运输与提升在矿山生产中有十分重要的作用，因为采掘下来的矿物只有运出矿井才有价值。由于矿井运输线路长，且由多个环节和各种运输设备配套而成，如果线路某个环节中断，就会使工作面和其他工作地点的作业陷于停顿在矿井生产事故中，运输与提升事故占很大比例从经济角度看，运输费用在生产成本中占很大的比重，因为地面及井下运输设备很多，运输工人和装载工人数几乎占全矿工人之半。煤矿自动化是煤矿企业现代化的重要标志之一，也是实现高产高效矿井生产的技术保障。机电一体化技术的发展促进了煤矿自动化的发展。煤矿自动化的本质在于扩大和延伸人类的感观和操作能力，提高机械装置的精确性、快速性、可靠性和安全性，以及节省能源节省劳力等，从而解放、发展和提高劳动生产力。而不是简单的理解为节省劳动力，更不能仅仅是为了实现无人操作。在现阶段的矿井生产中，采煤工作面已经实现了完全的自动化，运输及提升的自动化提到了议事日程。主井定重装卸载控制系统就是适应煤矿自动化技术而设计，其实现了主井装卸载的自动化，定重装载保证了提升运行的安全。节省了运输和装载工人，降低了矿井生产的成本。在集散控制系统中，上位机是不可缺少的部分上位机软件必须能够有效的实现对系统数据的管理在该设计中选用LabVIEW作为上位机软件设计的环境。LabVIEW是一种主要用于开发测控系统的语言，与传统编程语言，如C或Basic不同之处在于：一般编程语言是使用文本描述方式来写程序，而LabVIEW是以图形方式建立方块图程序。和C或者Basic一样，LabVIEW也有许多的函数库和子程序，可以用来编写一般用途的程序。其它还有一些特殊用途的函数库，可用来实现数据采集、数据传输（GPIB）、仪器硬件控制（VXI、PXI）、数据分析及显示、数据存储功能此外，为了方便开发人员在开发过程中进行调试和排错，LabVIEW可以在方块图中设置断点、动态显示程序流程，以单步执行来检查程序的运行状态和排除错误。，本设计介绍了由上位机与两个可编程控制器（分别控制装载与卸载）组成的主井定重装卸载控制系统。第二章 系统总体设计方案及其功能第一节 现场状况与设计要求一 现场状况蒋庄煤矿装载硐室内前后有1#. 2#两个井下煤仓，煤仓分别配备两个给煤机：1#煤仓配有左1给煤机和右1#给煤机；2#煤仓配有左2#给煤机和右2#给煤机。运输皮带机有左右两个：左皮带机和右皮带机两煤仓下给煤机把煤运送到皮带机上，左右皮带机分别把煤运送到左右定量仓中这样可以实现左右同时运煤，提高了运输速度。定量仓采用压磁传感器测量装载吨数。当定量仓装载达到设定重量，并且提升箕斗到位时，定量仓仓门打开，煤装载到提升箕斗中。装载控制拒控制各设备，从而实现装载自动化。二 设计要求 （1 )、本系统井下部分及相关电路采用本质安全型电路。 （2）、上位机显示内容包括：皮带机开、停，给煤机开、停，定量斗开、关和满、空，箕斗运行方向，箕斗装卸载开、关门，箕斗到位情况。装载定量斗重量吨数显示和体积模拟显示（柱状图），卸载仓满显示。信号及状态显示：点数、正常状态、检修状态等。（3）装载及卸载同样能显示各设备状态采用动态发光二极管显示。第二节 系统组成与功能一 系统的总体设计方案本系统采用分散型控制系统，结构简图如下（详见系统流程图）：分散型控制系统适用于多台设备的控制，在各设备设备生产线间有数据连接。在本系统中，井下PLC为装载控制，所控制的设备有：四台给煤机、两部皮带机、两个定量斗电磁阀。井上PLC为卸载控制，所控制设备有：提升箕斗的电磁阀。上位机的作用是：监测提升机轴瓦温度，模拟演示装卸载及箕斗提升的工艺流程。二 系统硬件组成：研华工业控制计算机、三菱Fx2N系列可编程控制器、研华PCI-818L数据采集卡、研华PCL-836多功能记数记时、数字输入输出卡、研华PCL-846串行口扩展卡。三 系统模块图及功能系统模块图 1装载控制系统的功能：可实现点动控制、手动控制与自动闭锁控制的三种工作方式。在正常工作情况下，使用自动控制；在可编程控制器发生故障时，使用点动控制；在检修等其它工作情况下，可使用手动控制 2上位机管理系统的功能：（1）定量仓定重。工业控制计算机通过研华PCL-836多功能计数计时、数字输入输出卡采集定量仓压磁传感器的频率信号，并通过该卡输出数字量到可编程控制器，实现装载系统中的定重。（2)温度监测。工业控制计算机通过研华PCL-818L数据采集卡采集提升机轴瓦温度信号，对提升机进行温度的监测，并具备一定的数据库功能，可以对温度数据进行查询、显示、打印。（3)数据通讯。通过RS-485标准串行接口从装载控制系统接收装卸载设备状态数据，对其进行模拟演示。并把接受到的数据传送到卸载控制系统四 串行通讯的设计：主井定重装载、卸载控制台采用LED界面显示，车房采用工业控制计算机界面显示，三地同步显示设备运行状况，均能监视到整个系统的运行状态串行通讯接口的选择原则是：1可靠性。如果传送错误，将会使工业控制计算机和卸载控制拒不能正确显示各设备状态 2通讯速度与通讯距离大约1000m，并且要保证一定的通讯速度。3通讯信道的抗干扰能力第三章 装载控制系统的设计第一节 电路设计一 本质安全型电路根据设计要求，装载部分电路设计为本质安全电路。由于本质安全型电气设备不需要隔爆外壳，电路中的通断火花不会点燃可燃气体混合物。因此它具有结构简单、体积小、制造维修方便、造价低、安全性可靠等特点。本质安全电路原理：本质安全电路是通过适当选择电气元件和系统参数，降低电源电压，减小线路电流，对储能元件采取消能措施，使电路系统或设备无论在正常工作或故障状态下所产生的电火花或元件的温度都不能点燃爆炸性混合物。装载控制系统属于隔爆兼本质安全型的复合式电气设备由于可编程控制器属于非本质安全型设备，必须安装在隔爆箱内。其余电路皆设计为本质安全电路，直接安装在设计的控制拒内。二 装载控制系统原理电路及印制板的设计1控制面板的设计控制面板采用发光二极管的亮与灭表示设备的启动与停止状态皮带机与提升运行的显示通过多个二极管的亮与灭模拟显示。控制面板的继电器的作用是：当可编程控制器通过控制继电器的通与断，从而控制左皮带机与右皮带机、左提升与右提升的动作显示灯，这样可以大大减少了可编程控制器的输出口。控制面板印刷电路板的设计：总体上采用元件卧式安装一规则排列一圆形焊盘的工艺结构在印制电路板板材、形状、尺寸和厚度的确定方面主要考虑以下因素：在井下安装，工作环境恶劣；其安装在控制柜窗口，形状和尺寸均由控制拒窗口决定；印制电路板上的元件主要有发光二极管、欧姆龙G6A-274P继电器、电阻，电路板对元气件的承重和振动冲击较小，本安电路电流只有7.27mA，印制导线的载流量可按20A/mm，则印制导线的截面积S=7.27/20=0.36* 10-3mm22 可编程控制器输入输出信号接线板的设计可编程控制器的输入信号中，有些不但要进入可编程控制器，而且要控制面板上的发光二极管；输出信号也有一些信号不但要控制设备，而且也要控制面板上的发光二极管。设计中采用双触点继电器解决这一问题一个触点控制发光二极管，另一个触点进入可编程控制器或控制设备为了接线方便设计一个印制板电路，该电路要符合本安要求 三 设备的控制系统中控制设备采用QC810-60型矿用隔爆兼安全火花型磁力起动器该起动器的额定电流为60安培，可以控制660伏40千瓦以下的鼠笼电动机。结构特点：采用抽屉式芯架和隔爆外壳和械闭锁机构外壳右侧装有“起动”和“停止”和“按钮”。 QC810-60型磁力起动器控制电路采用直流操作，可以防止控制线发生短路故障时接触器误动作。因为控制线短路时，远方二极管环被短接，交流电流过继电器2J，直流继电器对交流电杭很大，电路中电流很小，ZJ不动作，接触器也不会动作，从而电路不会因控制线发生短路故障而闭和。当远方控制按钮无二极管或二极管Dz失效时，可将16-13之间的连线拆除，使二极管D，投入工作。但是这种接线方式在控制回路发生短路时，不能防止自起动，接触器不能自动分裂由于控制回路电压较低、电流较小，属于安全火花型电路，外接按妞允许使用非隔爆普通按钮。四 隔爆箱的选型与控制拒的设计隔爆箱的参数为额定电压：127V，额定频率：50Hz，最大I/O点数：64，本安电压：12/24v,本安电流/每点：10mA,防爆标志：dib(150)，防爆合格证号：1002256;安全标志号：2000102.五 通讯线的连接RS-485通讯板带有标准的RS485串行口，它与Fx2N系列可编程控制器的连接方式有以下几种：1)无协议数据传送在无协议传输中，通过RS485 (422）转换器，可以和RS232标准串行口模块通讯。包括计算机、条形码识别器和打印机。在这种应用中，数据的发送与接收是通过程序指定的数据寄存器。2）使用协议通讯 使用协议，RS485（422）模块可以1：N进行通讯。3）并行连接 使用100个辅助继电器和10个数据寄存器，Fx2N可编程控制器即可实现1:1的通讯。4）N:N的网络通讯 FX2N通过RS-485通讯板可以实现N:N的网络通讯。本设计采用第一种连接方式：无协议数据传输连接方法连接线路图如下RS485模块内，RDA与RDB之间连有一中间电阻（110），这种连线方式同样适合于并行连接数据传输。第二节 可编程控制器的选用及程序设计 一 PLC容量的选择：它包括用户存储容量和I/0点数两方面的选择，PLC容量不但满足控制要求，还应留有适当的裕量以作备用选择存储容量时，按实际需要的25%考虑裕量，I/O点数按实际需要的1015%考虑裕量。装载控制PLC的输入信号有：单步、连续选择按钮，1#井下煤仓、2#井下煤仓选择按妞，左皮带机按钮，左1#给煤机按钮，左2#给煤机按钮，左定量仓电磁阀按钮，右皮带机按钮，右1给煤机按钮，右2#给煤机按妞，右定量仓电磁阀按钮，定铃按妞，左提升打铃按钮，右提升打铃按钮，检修，左提升斗到位，右提升斗到位，井上仓满，左定量仓满空，右定量仓满空，左定量仓仓门开关，右定量仓仓门开关共计23点装载控制PLC的输出信号有：左1#给煤机、左2#给煤机、左定量仓电磁阀右1#给煤机、右2#给煤机、右定量仓电磁阀、电铃、定铃输出、左提升打铃输出、右提升铃输出、运行指示灯、故障指示灯、提升运行方向显示（8点）、皮带机控制及运行显示（8点）。共计26点综合以上各方面考虑，可编程控制器选为：32点输入、32点输出、8K步Fx2N可编程控制器。二 工艺流程：当左定量仓空或不满，且左定量仓已关，左皮带机开启；左皮带机开启后，开启左1#给煤机或左2#给煤机；当左定量仓满后，先停止左1#给煤机和左2给煤机，再停止左皮带机；左皮带机停止，且提升箕斗到位时，开启左定量仓仓门；左定量仓空后，关闭仓门，打左提升铃定铃按钮按下时，井下各设备停止动作右侧的工艺流程与左边相同。同时系统具有防二次重装功能，即：提升箕斗装载后，在没有卸载之前，不允许再次装载。检修条件下，定量仓门不能打开。定时与上位机通讯，每隔0.5s把可编程控制器的I/O口的状态传送到上位机。三 根据工艺流程分析控制要求控制方式分为手动操作方式和自动操作方式自动操作方式又分为单步操作方式和连续操作方式。手动操作：就是按钮操作对装载各设备的单独控制，控制信号不进入可编程控制器。各手动钮钮有：左皮带机、左1#给煤机、左2#给煤机、左定量仓电磁阀、左提升打铃、右皮带机、右1#给煤机、右2给煤机、右定量仓电磁阀、右提升打铃。各按钮均有启动和停止两按钮同时，以上按钮均配有手动与自动选择开关（左、右提升打铃按钮除外）。自动操作方式时，各按钮的选择开关选到自动档各控制信号进入可编程拉制器。单步操作：当工艺流程到达该设备动作时，按下该设备的启动控制按钮，该设备动作；按下停止按钮，该设备停止动作。连续操作：各设备根据工艺流程，自动地、连续地动作。工作中，按下停止按钮，各设备均停止动作。在连续运行程序中，必须防止二次重装载。否则提升箕斗没有卸载就再次装载，会造成重大生产事故。该功能的设计是通过使用两个掉电保持的辅助继电器实现。左右各有一个允许装载状态信号（左边M502、右边M501）左边装载后，复位M502，置位M501，使左边不可装载，而允许右边装载。在右边装载后，置位M502，复位M501，使右边不可装载，而允许左边装载。四 可编程控制器I/O点对照：XO 自动运行 YO 左1#给煤机X1 手动运行 Y1 左2#给煤机X2 左煤仓按妞 Y2 右1#给煤机X3 右煤仓按妞 Y3 右2#给煤机X4 左皮带机按钮 Y4 左定量仓电磁阀X5 左1#给煤机按钮 Y5 右定量仓电磁阀X6 左2#给煤机按钮 Y6 运行指示灯X7 左定量仓电磁阀按妞 Y7 故障指示灯X10 右皮带机按钮 Y10 电铃X11 右1#给煤机按钮 Y11 定铃指示灯X12 右2#给煤机按钮 Y12 右打铃指示灯X13 右定量仓电磁阀按钮 Y13 左打铃指示灯X14 左提升其斗到位 Y20-Y25提升运行指示灯X15 右提升箕斗到位 Y26 左上提升控制X16 井上仓满 Y27 右上提升控制X17 左定量仓重量满空 Y30-Y31 皮带机运行指示灯X20 右定量仓重量满空 Y36 左皮带机控制X21 左定量仓门开关 Y37 右皮带机控制X22 右定量仓门开关 X23 检修X24 右提升打铃 X25 左提升打铃X26 定铃 X27 运行按钮五 程序总体设计：串行通讯程序的设计：可编程控制器负责把其I/O口的状态每隔一定的时间传送到上位机中。可编程控制器采用Fx2N-485-BD模块实现与上位机的串行通讯控制字的设置为H0051，传送数据长度为8位，没有奇偶校验，1位停止位，波特率为1200bps，无协议传输方式即b14为0，根据说明书得在无协议格式中b14, b15也要设置为0。通信程序负责把装载可编程控制器的各输入输出口的状态传输到上位机中。第四章 卸载控制系统的设计第一节 电路设计卸载控制电路为一般电路，没有本安要求。由于井上亮度较大，面板的限流电阻选为2.4k，控制台面板采用与装载相同的面板。第二节 可编程控制器的程序设计 一 可编程控制器的选择可编程控制器选用与装载系统中一样的控制器：32位输入、32位输出、8K步Fx2N系列可编程控制器。卸载控制PLC的输入信号有：左提升箕斗到位、右提升其斗到位、井上仓满、检修按妞、连续运行按钮、单步运行按钮,左箕斗电磁阀按妞、右其斗电磁阀按钮、左箕斗门开关、右其斗门开关。卸载控制PLC的输出信号有：左箕斗电磁阀、右箕斗电磁阀、电铃、左定量仓满空、右定量仓满空、左定量仓门开关、右定量仓门开关、左1#给煤机、左2#给煤机、右1#给煤机、右2#给煤机、运行、故障、定铃、左提升打铃、右提升打铃、提升机运行指示（8点）、皮带机运行指示（8点）。二 工艺流程左箕斗到位后，启动其电磁阀，打开箕斗门卸载。井上仓满时，停止卸载。定时与上位机通讯，把从上位机接收的数据在输出口输出，在控制面板显示装载设备的状态。三 控制要求控制方式分为手动操作方式和自动操作方式。自动操作方式又分为单步操作方式和连续操作方式。手动操作：就是按钮操作对卸载各设备的单独控制，控制信号不进入可编程控制器即按下左箕斗电磁阀开启按钮，左箕斗门开。按下停止按钮箕斗门关。单步操作：当工艺流程到达该设备动作时，按下该设备的启动控制按妞，该设备动作；按下停止按钮，该设备停止动作。连续操作：各设备根据工艺流程，自动地、连续地动作。工作中，按下停止按钮，各设备均停止动作。连续运行程序中，同样仿造装载控制系统中的防二次重装载的程序，设计了防二次重卸载功能，节省了卸载系统的时间，提高了生产效率四 卸载输入输出点；XO启动 YO左其斗电磁阀X1自动运行按钮 Y1右箕斗电磁阀X2手动运行按钮 Y2电铃X3左提升打铃按钮 Y3左定量仓重量满空X4右提升打铃按钮 Y4右定量仓重量满空X5定铃按钮 Y5左定量仓门开关X6左电磁阀按钮 Y6右定量仓门开关X7右电磁阀按钮 Y7右1#给煤机X10检修 Y10左2#给煤机X14左提升箕斗到位 Yll左1#给煤机X15右提升箕斗到位 Y12右2#给煤机X16井上仓满 Y13运行指示灯X17左箕斗门开关 Y14故障指示灯X20右箕斗门开关 Y15定铃指示灯Y16左打铃 Y17右打铃Y30Y20 Y31Y21 Y32Y22 Y33 皮带机运行显示Y23 提升运行显示 Y34Y24 Y35Y25 Y36左皮带机运行控制Y26左上提升显示控制 Y37右皮带机运行控制Y27右上提升显示控制五 程序的总体设计：通信程序的设计：卸载控制可编程控制器是负责接收数据，根据通信格式的规定，通信格式字设置为HOC53，即8位传输数据长度，采用奇校验方式，波特率为1200bps.为了是卸载控制台与装载控制台同步显示设备状态，必须对通信数据进行处理，取出所用到的状态位。卸载控制台所需要的信号有：左右定量仓满空、左右定量仓门开关、4个给煤机、左右皮带机的动作信号。第五章 上位机管理系统的设计第一节 LabVIEW编程平台简介一 起源LabVIEW是实验室虚拟仪器集成环境的简称，是美国国家仪器公司的创新软件产品，也是应用最广、发展最快、功能最强的图形化软件开发坏境。数据采集、仪器控制、过程监控和自动测试是实验室和工业自动化领域广泛存在的实际任务在20世纪80年代初个人计算机出现之前，几乎所有拥有程控仪器的实验室都采用贵重的仪器控制器来控制测试系统，这些功能单一、价格昂贵的仪器控制器通过一个集成通讯口来控制IEEE-488总线仪器。随着PC机的出现，各种基于PC机的接口板卡产品迅速地打开了市场。GPIB总线事实上已经成为连接仪器和计算机的通用标准接口但是，仪器控制软件的发展，仍然存在许多问题。为了解决这些问题，NI公司研制了LabVIEW图形化编程软件。二 特点LabVIEW本身是一个功能比较完整的软件开发环境，但它是为替代常规的BASIC或C语言而设计的，LabVIEW是编程语言而不仅仅是一个软件开发环境作为编写应用程序的语言，除了编程方式不同外，LabVIEW具备语言的所有特性，因此又称之为G语言。G语言是一种适合应用于任何可编程任务，具有扩展函数数据库的通用编程语言。和BASIC或C语言一样，G语言定义了数据类型、结构类型和模块调用语法规则等编程语言的基本要素，在功能完整性和应用灵活性上不逊于任何高级语言，同时G语言丰富的扩展函数库，为用户编程提供了极大的方便。这些扩展函数库主要面向数据采集、GPIB和串行仪器控制，以及数据分析、数据显示和数据存储。G语言还包括常用的程序调试工具，比如允许设置断点、单步调试、数据探针和动态显示执行程序流程等。G语言与传统高级编程语言最大的差别在于编程方式，一般高级语言采用文本编程，而G语言采用图形化编程方式。G语言编写的程序称为虚拟仪器VI（Virtual Instruments），因为它的界面和功能与真实仪器十分相象，在LabVIEW环境下开发的应用程序都被冠以.VI后缀，以表示虚拟仪器的含义一个VI由交互式用户接口、数据流框图和图标连接端口组成，各部分功能如下：VI的交互式用户接口因为与真实仪器面板相似，又称作前面板前面板可以包含旋钮、刻度盘、开关、图表和其他界面工具，允许用户通过键盘或鼠标获取数据并显示结果。VI从数据流框图接收指令。框图是一种解决编程问题的图形化方法，实际上是vi的程序代码。vi模块化特性一个vi既可以作为上层独立程序，也可以作为其他程序的子程序。当一个vi作为子程序时，称作SubVI. VI图标和连接端口的功能就像一个图形化参数列表，可以在VI与SubVI之间传递数据三 应用及解决方案LabVIEW应用与测试与测量LabVIEW已成为测试与测量领域的工业标准，通过GPIB、VXI, PLC.串行设备和插卡式数据采集板可以构成实际的数据采集系统它提供了工业界最大的仪器驱动程序库，它提供的众多开发工具使复杂的测试与测量任务变得简单易行。LabVIEW应用于过程控制和自动化LabVIEW强大的硬件驱动、图形显示能力和便捷的快速程序设计为过程控制和工业自动化应用提供了优秀的解决方案对于更复杂、更专业的工业自动化领域，在LabVIEW基础上发展起来的。LabVIEW应用于实验室研究与自动化LabVIEW为科学家和工程师提供了功能强大的高级数学分析库，包括统计、估计、回归分析、线形代数、信号生成算法、时域和频域算法等众多科学领域，可满足各种计算和分析需要 第二节 系统硬件组成系统的主要硬件有工业控制计算机、研化各种工业控制用卡、传感器及其电路。下面就简单介绍各硬件的功能及其在本系统中的应用。一 研华工业控制计算机 基本配置为PIII800GHZ. 126MB内存，20GB硬盘，5个PCI插槽，CD-ROM驱动器，标准键盘、鼠标等。二 研华PCL-818L数据采集卡研华PCL-818L数据采集卡是一种多功能的数据采集卡，它提供了5种最常用的测量和控制功能：12位A/D转换、D/A转换、数字输入、数字输出和时钟定时器控制。它不但具备数据采集的功能，而且还具备信号控制、输出的功能通过数据采集卡，把从外界采集的电信号转换为数字信号输入计算机，并且把计算机输出的数字信号转换为模拟信号传递给外围设备，可以控制外围设备的行为。PCL-818L的硬件电路主要是由模拟I/O电路、数字I/O电路、时序控制电路、接口电路等构成全卡的功能由数字逻辑电路统一控制。1 模拟量输入输出电路模拟量输入通道的16个端口，可以构成16个单端输入或8对差分输入。可以根据不同的需要，利用跳线来设置输入通道的工作方式。在软件的控制下，可以对1个或多个通道进才示操作。输入信号经放大电路放大后，由一个渐次逼近式转换为12位数字信号。PCL-818L提供了三种触发方式：软件出触发、时钟步进触发和外部信号触发。软件触发的触发器是由软件控制的。当在软件寄存器中写入数值后，A/D转换器就开始工作。这种方式适用于低速A/D转换。始终步进触发适用于对转换速度要求很高的系统PCL-818L提供的8254定时记数器用来为A/D转换提供一个固定触发源，8254上的记数器1和计数器2级联在一起提供了一个周期精确的触发脉冲。当需要一个固定且精确的采样频率时，可以采用时钟步进触发，它比另外两种方式更灵活。把外部触发信号连接在CN3的35脚，可以产生外部触发。当不需要周期的采样时，可以使用这种方式。一般说来，模拟量输入通道两种连接方式如图所示。PCL-818L提供了模拟量输出通道。可以利用内部一5V或一l0V的参考电压来产生5V到l0V的输出。2 数字量输入/输出电路PCL-818L提供了16位的数字输入通道和16位的数字输出通道。数字I/O信号与TTL全兼容。3 时序控制时序控制电路的核心是一片8254可编程记数定时器集成电路。一个8254包含3个独立的16位计数器通道，每个计数器均有一个输入脉冲引脚CLK，门控信号GATE和输出脉冲引脚OUT。通过程序控制，可以灵活方便地对各个计数器实现定时、记数功能计数器通道2的输入被连接到精度2MHz的震荡器上，可获得内部步进时钟。计数器通道3与计数器通道2的输出级联于模拟信号的输入采样和A/D, D/A转换的时序控制计数器通道0为用户使用，可以接收门控信号和时钟信号。在本系统中，PCL-818L用来采集提升机闸瓦温度信号，温度信号的变化是比较慢的，因此，我们采用软件触发A/D转换的模式。温度信号是单极性电信号（Single-ended Analog Input),所以其连线方式选择单端输入连线方式（Single-ended Channel Connections）报警功能有PCL-818L的数字量输出口控制。三 研华PCL-8 36多功能记数定时、数字量输入输出卡PCL-836是一种多功能记数/定时、数字量输入/输出的功能卡。它提供了6个16位减记数器、1个10MHz的震荡器、通用16位TTL电平的数字输入输出口、4片用作记数记时功能的8254。它可应用于：对外围脉冲设备的事件记数、可编程频率合成、频率测量、脉冲宽度和周期测量、周期性中断的生成。PCL-836有1个37针（CN3）和2个20针（CNl、 CN2）的接口。CN3是计数器信号和中断信号输入口。CNI, CN2分别是数字输出、数字输入口。测量频率时输入信号线分别接CLK, GND。PCL-836主要是用来测量定量仓煤重，并把信号传送到装载可编程控制器上。煤仓定重是采用压磁传感器，一定的重量使压磁传感器发出对应的频率。PCL-836通过测量频率信号，确定定量仓的满空。同时通过其数字输出口把定量仓满空信号输出到可编程控制器的输入口。四 研华PCL-846串行接口卡PCL-846提供了4个独立的RS-422/485串行端口。传输速度可达921.6Kbps。安装完成后，串行口扩展为6个扩展后的串行口(COM3 - COM6 )与工业控制计算机自带的串行口一样，在程序中可以直接使用。在本系统中，使用到该卡的COM1, COM2口，实现工业控制计算机与装载PLC,卸载PLC的串行通讯。系统硬件示意图：第二节 传感器及电路一 温度传感器的选择及电路设计常用温度传感器的工作原理为：热电偶利用热电动势、电阻温度计和热敏电阻是利用电阻的温度特性。在选用温度传感器时，首先关心的是传感器的检测范围、输入一输出特性及检测精度。通常，检测温度在1500以上时选用热辐射非接触式传感器，而检测极低温则用半导体和金属电阻随温度变化的传感器和热电偶。从各方面考虑，选用电阻温度计。铜、镍和铂等金属的电阻值随温度变化，电阻温度计即是利用金属的这一性质构成的通常，金属的电阻值随温度的升高而增大，这是因为温度越高，晶格振动越剧烈，从而使电子和晶格的相互作用越强金属电阻温度计中常用的是铂电阻式热敏传感器，其特点电阻值与温度成对应关系；输出电压较高，线性度好。二 压力传感器选用及电路设计压力传感器在工业应用已经十分广泛，其用途主要有三种：一是用于了解设备的运行状态；二是代替流量计粗略地佑算流量值，三是监视高压部位的压力值，确保安全。压力传感器通常可分为机械式和电气式两类机械式压力传感器的特点是成本低、不需要电源。但是机械式压力传感器精度低，且使用环境受到限制。电气式压力传感器是近代发展起来的新型压力传感器，它有效的解决了机械式传感器的弊端。本系统使用磁致伸缩式压力传感器。其工作原理是：当铁、镍等强磁体磁化时，其长度改变；反之，强磁体发生应变时，强磁体发生磁性变化。这种现象称磁致伸缩效应。这种传感器有负荷大而形变小的特点。定量仓的称重原理是把磁致传感器的线圈连接到振荡电路中，组成LC振荡电路。在线圈电感发生变化的同时，振荡电路的振荡频率发生变化，从而输出频率变化的信号。三 煤位传感器的设计：该传感器主要是用来对定量仓装煤的体积监测。体积监测是防止在重量未达到设定值时，而体积已经超出了定量仓的体积的情况的发生。传感器原理是：在定量仓上放置一导体在煤接触该导体时，电路导通，发出体积超出信号。第三节 数字量输出电路的设计数字量输出在本系统中是应用于装载可编程控制器定量仓满空信号输入、温度报警输出。数字量输出外接光电藕合器，光电藕合器控制继电器的导通与否（电路详见附录图纸）。当DO1或D02输出为低电平时，光电隔离管导通，继电器工作，可编程控制器的输入状态改变，表示定量仓满空状态改变。温度监测系统的外部报警也采用这种输出方式，当数字输出口低电平时，光电藕合器导通并控制继电器工作，电铃电路闭和，实现报警。第四节 系统软件构成一 总体介绍上位机管理系统软件部分由两部分组成：在线监测提升机闸瓦温度和动画模拟演示装却载与提升部分。温度监测部分的主要功能模块有密码模块、设定温度界限模块,数据维护模块、温度查询模块和打印模块。密码模块保证了系统的安全性；设定温度界限模块可以分别设定各温度通道的温度界限，适合测量不同温度范围的温度点；温度超出设定范围后，采取两种报警方式（软件报警和硬件报警），增加了系统的可靠性；在数据维护模块中可以设定温度传感器工作与否，当某一通道不需要采集时，设置该传感器不工作，节省系统资源动画模拟演示部分的主要功能模块有：定量仓定重模块、界面显示模块、通讯模块。定量仓定重模块通过采集称重传感器发出的频率信号，对其进行定重。界面显示模块模拟演示装却载及提升过程通讯模块负责接收装载可编程控制器发送的设备状态信息、对却载可编程控制器发送设备状态信息二 关于数据采集的软件设计1 温度监测采用研华PCL-818L对温度信号进行采集，该数据采集卡的硬件及功能已在前面介绍。这里主要介绍该数据采集卡的软件应用。数据采集的基本流程是：首先打开设备；对在数据采集过程中用到的通道进行初始化，主要是选择通道号及其增益可供选择的增益有；对输入信号采集，确定触发方式 温度监测前面板可以显示每一通道的温度值、瞬时值、最大温度值、温度报警值、温度危险值在温度超过报警值后，会出现画面报警即该通道的温度值闪烁，外部报警：通过数字输出口控制一个发光二极管或小电铃发光或发声。2 定量仓定重其原理是采用研华PCL-836采集频率信号，并从数字量输出口输出满空信号到可编程控制器数据采集的基本畜裔呈是：打开设备PCL-836,启动测量频率计数器，主要是指定使用的计数器，计数器的工作模式；然后通过指定的计数器采集输入的频率信号；退出程序时关闭该设备三 传感器特性的软件处理传感器在自动检测与自动控制中所起的作用是非常重要的，它的特性好坏直接关系着各种工艺参数检测与控制精度的高低。所谓传感器特性一般包括两方面的内容：一是传感器的静态特性，即传感器在被测量的各个值处于稳定状态时，输出量与输入量之间的关系；二是传感器的动态特性，即传感器对于随时间变化的输入量的响应特性，传感器所检测的非电量信号大多数是时间的函数，是对传感器的输出值能够真实的再现变化着的输入能力的反应。在实际工程中，大多数传感器的输出信号，与被测参数之间呈非线性关系。产生非线性的原因，一方面是由于传感器本身的非线性，另一方面非电量的转换也会出现非线性线性度足传感器的一个重要指标，在软件上可以有几种处理方法，改善线性度。1计算法。当输出信号与传感器参数之间有确定的数学表达式是，就可以采用计算法进行非线性补偿。所谓计算法就是在软件中编制一段完成数学表达式的计算程序，当被测参数经过采样、滤波和标度转换后，直接进入计算程序进行计算计算后的数值即为经过线性处理的输出参数 2查表法。当数学表达式比较简单时，采用计算法进行序喉是一个切实可行的方法但如果某些参数计算非常复杂，可采用查表法。另外，当被测参数与输出电压没有确定的关系或不能用某种函数表达式进行拟合时，也可采用查表法。查表法是将传感器的输出电压由小到大按顺序计算出该电压所对应的被测参数，将输出电压与被测参数的对应关系等分成若干点（点越多精度越高），将这些对应点的对应关系编成一张表格，存入存储器，这样传感器每输出一个电压值，就从存储器中取一个对应的被测参数值。四 数字量输出数字量输出的一般流程图如下：设定数字量输出口的工作模式是指设定数字量口的编号及方式；输出数字量有两种输出方法字输出与位输出，字输出适合于多位数字量同时输出，位输出适合于单个数字量的输出本系统中需要两位不同时的数字量输出。五 关于串行通讯程序的设计串口通讯是一种常用的在计算机和外部设备（例如可编程仪器甚至另外一台计算机）间传输数据的方法。串口通讯利用发报机通过通讯线将数据一次一个字节地发送给接受方当数据传输速率很低或者传输距离很远时，使用这种方式进行通讯。因为多数计算机都具有一个或者多个串口，所以串口通讯使用非常方便。为了防止数据的丢失LabVIEW提供了两种握手方式：软件握手和硬件握手。可以使用Seiral Port Init VI切换握手方式。串行通讯是动画模拟演示部分的一个关健模块，主要作用是接收装载可编程控制器发送的110口信息，然后发送给却载可编程控制器。这些信息反映的是各设备的状态，上位机通过分析这些信息，模拟演示设备状态。所以通讯信息的正确与否关系到上位机与却载控制台能否准确地显示设备状态。上位机的串行通讯程序由两个部分组成：接收数据和发送数据六 温度设定界限与数据维护的设计设定温度界FMA块是一个子程序，温度界限由设计者指定一个默认值，每次运行程序时界限都是此值，使用者可以重新设定界限，但退出程序后此值不保存，仍为默认值。程序运行时，临界值通过该子程序的输出通道送到温度显示界面的临界值显示，并与采集到的温度值进行比较，确定是否超限。 七 界面显示模块程序的设计串口通讯传输数据的格式是字符串类型，所以首先对串口输入的通信数据进行处理，使用字符串转换字节数组节点收的字符串类型的数据转换为数字类型数据的数组。接着通过数字转换布尔量数组节点数字类型的数据转换为布尔类型的数据。经过这一系列的数据处理，工控机接收的数据由字符串转化为了二维布尔量数组。根据显示要求从该数组中取出所需要的位，控制界面控件的运动，从而模拟显示设备的动作。上位机所要取得状态位有：左右提升其斗到位、井上仓满、左右定量仓电磁阀、检修、4个给煤机、运行、故障、3个电粼日言号、2个皮带机运行、提升箕斗电磁阀。 结束语本设计是集测试与控制于一体的分散式系统。控制方面使用可编程控制器直接控制设备，具有较高的可靠性，并使煤矿生产提高了自动化程度，解决了煤矿生产环节中运输提升效率低下的问题。测试方面上位机使用虚拟仪器LabVIEW作开发平台，开发主井提升机监护软件该软件负责监测提升机轴瓦温度，并显示装卸载、提升运行情况。这样有效的维护提升机的运行，监视装卸载。从实际运行角度来看，该系统不但提高生产效率，还能统计生产产量。该系统的发展前景是有机地和提升机控制结合，实现装卸载和提升的完全自动化。通过本次设计，我了解了控制系统的组成、设计方法。本设计综合了矿山机电专业三年所学的大部分知识，锻炼了我使用各种工具的能力：制图软件AutoCAD,电路设计与制板软件Protel以及虚拟仪器LabVIEW；加深了关于计算机和可编程控制器用于控制的知识；实践了数据采集、PLC控制、串行通讯等方面的知识；了解了程序调试的一般步骤。由于本设计要应用于现场，在产品制造和程序调试的过程中，我深切体会到理论与实践的距离、理论联系实践的重要性。在以后的学习中，我一定会在提高理论知识的同时，加强理论联系实践的能力参考文献1、 杨乐民、LABVIEW、北京、电子工业出版社、20012、 高鹏、电路设计及制版 PROTEL99、北京、人民邮电出版社、20023、 胡天禄、郁继裳、钱粤民、煤矿电工手册：矿井供电（下）、北京、煤炭工业出版社、19984、 胡寿松、自动控制原理、科学出版社、20125、 何波、电气控制及PLC应用、中国电力出版社、20086、 应根裕、胡文波、邱勇、平板显示技术、北京：人民邮电出版社、20027、 廖常初、PLC编程及应用、机械工业出版社、2002