矿井提升机控制系统毕业设计

兰 州 大 学 毕 业 设 计 说 明 书 0 摘 要 矿 井 提 升 机 是 矿 井 运 输 的 重 要 设 备 是 沟 通 矿 井 上 下 的 纽 带 的 矿 井 提 升 机 的 可 靠 运 行 直 接 关 系 到 煤 矿 生 产 的 安 全 矿 井 提 升 机 信 号 系 统 的 可 靠 性 和 准 确 性 是 矿 井 提 升 和 安 全 运 输 的 重 要 保 证 本 设 计 主 要 完 成 的 矿 井 提 升 机 信 号 系 统 设 计 和 组 态 设 计 设 计 中 运 用 PLC控 制 技 术 PLC系 统 采 用 三 菱 公 司 的 FX2N系 列 作 为 主 控 制 器 对 井 口 井 底 机 房 信 号 台 进 行 信 号 联 络 组 态 设 计 使 用 WINCC完 成 能 够 实 现 上 位 监 控 功 能 使 用 编 程 软 件 实 现 信 号 的 联 络 采 用 PLC控 制 不 但 提 高 了 信 号 传 输 的 可 靠 性 和 准 确 性 而 且 具 有 极 大 的 灵 活 性 和 扩 展 性 在 不 改 变 系 统 硬 件 的 前 提 下 仅 靠 改 变 PLC内 部 的 程 序 就 可 满 足 用 户 要 求 有 效 地 解 决 了 信 号 系 统 中 的 远 距 离 传 输 和 可 靠 性 问 题 关 键 词 矿 井 提 升 机 信 号 系 统 PLC 上 位 监 控 WINCC 兰 州 大 学 毕 业 设 计 说 明 书 1 Abstract Mine hoist is the important equipment of transportation it s the links that throughout the mine The reliability and accuracy of signal system of mine hoist is an important guarantee for the upgrading and safe transport The completion of the design is the signal system of mine hoist and configuration design PLC control use of the design of technology PLC system uses Mitsubishi FX2N series as the main controller to contact the wellhead bottom and the engine room system WINCC completed configuration design to achieve the top monitoring The use of software programming signal contact PLC control not only improve the use of the signal transmission reliability and accuracy but also has great flexibility and scalability Without changing the system s hardware only change the program of PLC will meet user s requirements Effective solution to the signal system of long distance transmission and reliability issues Keywords signal system of mine hoist PLC the top monitoring WINCC 兰 州 大 学 毕 业 设 计 说 明 书 2 目 录 第 一 章 矿 井 提 升 机 信 号 系 统 概 述 1 1 1 矿 井 提 升 机 信 号 系 统 的 背 景 1 2 本 次 毕 业 设 计 的 工 艺 及 要 求 1 2 1 工 艺 及 设 计 介 绍 1 2 2 功 能 1 2 3 设 计 简 介 第 二 章 控 制 系 统 方 案 论 证 与 选 择 2 1 系 统 总 体 设 计 思 想 3 第 三 章 硬 件 设 计 8 3 1 轨 道 开 关 设 计 8 3 2 三 相 异 步 电 动 机 8 3 3 变 频 器 8 3 4 编 码 器 13 3 5PLC 设 计 15 3 5 1Quamtum PLC 选 型 15 3 5 2 PLC 模 块 接 线 20 3 5 3 主 从 站 连 接 22 3 6 电 气 元 件 选 型 23 3 7 硬 件 原 理 图 如 大 图 1 或 附 录 一 示 24 第 四 章 PLC 程 序 设 计 26 4 1Concept2 5 简 介 26 兰 州 大 学 毕 业 设 计 说 明 书 3 4 2 编 程 步 骤 27 4 2 1 模 块 选 型 27 4 2 2 地 址 分 配 29 4 2 3 部 分 程 序 设 计 说 明 31 4 3 程 序 流 程 图 附 录 二 33 4 4 程 序 梯 形 图 附 录 三 33 第 五 章 上 位 组 态 设 计 34 5 1 组 态 软 件 介 绍 34 5 1 1 组 态 软 件 的 发 展 历 史 和 定 义 35 5 1 2 组 态 软 件 定 义 35 5 2 组 态 王 组 态 软 件 概 述 36 5 2 1 组 态 王 软 件 版 本 介 绍 36 5 2 2 组 态 王 软 件 的 功 能 分 析 36 5 2 3 组 态 王 软 件 的 组 成 37 5 3 组 态 王 设 计 38 5 3 1 组 态 王 中 工 程 的 建 立 39 5 3 2 变 量 统 计 及 数 据 词 典 的 建 立 39 5 3 3 变 量 连 接 的 建 立 40 5 4 组 态 王 的 使 用 41 设 计 总 结 47 参 考 文 献 48 英 文 翻 译 49 致 谢 68 附 录 一 见 系 统 硬 件 分 块 图 69 附 录 二 69 附 录 三 75 兰 州 大 学 毕 业 设 计 说 明 书 4 兰 州 大 学 毕 业 设 计 说 明 书 5 第 一 章 矿 井 提 升 机 信 号 系 统 概 述 1 1 矿 井 提 升 机 信 号 系 统 的 背 景 矿 山 多 中 段 提 升 竖 井 一 般 都 是 副 井 或 混 合 井 其 提 升 任 务 繁 重 作 业 种 类 复 杂 中 途 停 靠 频 繁 因 此 需 要 一 个 高 度 安 全 可 靠 功 能 完 善 由 可 编 程 序 控 制 器 programmable Logica controller 简 称 PLC 为 控 制 核 心 的 提 升 信 号 系 统 国 内 多 数 矿 山 的 竖 井 提 升 信 号 系 统 一 般 由 各 种 控 制 继 电 器 和 主 令 开 关 构 成 且 多 为 20世 纪 50年 代 的 仿 苏 产 品 它 的 突 出 特 点 是 用 点 信 号 即 电 铃 振 响 或 指 示 灯 明 灭 的 次 数 来 代 表 各 种 提 升 信 号 例 如 有 的 公 司 以 一 长 点 表 示 要 罐 一 长 两 短 表 示 上 行 一 长 三 短 表 示 下 行 两 短 表 示 提 物 三 短 表 示 提 人 等 等 各 提 升 中 段 发 出 的 点 信 号 直 接 传 递 到 井 口 总 信 号 房 再 由 井 口 总 信 号 工 转 发 到 提 升 机 房 这 种 系 统 信 号 简 洁 操 作 方 便 快 慢 自 如 多 年 来 已 沿 用 成 习 尽 管 各 单 位 点 信 号 的 组 合 方 式 有 所 不 同 但 原 理 是 相 同 的 虽 然 这 种 信 号 系 统 结 构 简 单 操 作 方 便 但 存 在 如 下 缺 点 1由 于 无 法 保 留 和 复 现 点 数 所 以 信 号 识 别 全 凭 操 作 者 的 听 觉 和 视 觉 容 易 造 成 信 号 的 误 认 和 误 传 因 信 号 的 误 认 和 误 传 而 导 致 的 提 升 事 故 屡 见 不 鲜 2信 号 之 间 信 号 系 统 与 提 升 机 电 控 系 统 之 间 没 有 联 锁 井 口 总 信 号 工 和 司 机 的 操 作 不 受 制 约 很 容 易 因 误 操 作 而 引 发 事 故 3 声 光 信 号 一 瞬 即 逝 无 据 可 查 一 旦 发 生 事 故 给 事 故 分 析 带 来 困 难 很 难 找 出 真 正 的 事 故 原 因 致 使 同 类 事 故 重 复 发 生 4 由 于 信 号 稍 纵 即 逝 操 作 人 员 的 精 力 必 须 高 度 集 中 加 重 了 工 人 的 负 担 近 年 来 研 制 成 功 的 且 已 为 许 多 矿 山 实 际 应 用 的 PLC信 号 系 统 能 够 克 服 上 述 缺 点 它 不 但 完 全 符 合 冶 金 矿 山 安 全 规 程 中 有 关 提 升 信 号 的 各 项 规 定 而 且 保 留 了 原 信 号 系 统 的 特 点 和 操 作 习 惯 技 术 改 造 方 便 功 能 齐 全 新 型 矿 井 提 升 机 信 号 装 置 的 使 用 有 效 地 解 决 了 在 微 机 系 统 中 信 号 的 远 距 离 传 输 和 可 靠 性 问 题 兰 州 大 学 毕 业 设 计 说 明 书 6 1 2 本 次 毕 业 设 计 的 工 艺 及 要 求 本 设 计 做 的 是 矿 井 提 升 机 信 号 系 统 设 计 取 材 于 某 矿 山 提 升 机 信 号 系 统 工 程 实 例 设 计 系 统 包 括 车 房 信 号 台 井 口 信 号 台 井 下 各 中 段 信 号 台 三 部 分 构 成 各 部 分 由 井 口 信 号 台 PLC集 中 控 制 实 现 各 部 分 的 信 号 联 络 1 2 1 工 艺 及 设 计 介 绍 了 解 项 目 要 求 包 括 熟 悉 工 艺 条 件 及 要 求 了 解 控 制 要 求 确 定 控 制 方 案 包 括 根 据 工 艺 条 件 及 控 制 要 求 指 标 被 控 对 象 的 特 点 确 定 难 点 确 定 整 体 控 制 方 案 包 括 系 统 的 设 计 设 计 依 据 控 制 设 计 包 括 电 器 的 选 择 工 艺 设 计 控 制 器 设 备 及 元 器 件 的 选 择 图 纸 的 设 计 软 件 设 计 流 程 图 结 构 设 计 软 件 设 计 说 明 具 体 的 编 程 设 计 修 改 完 善 系 统 的 安 装 调 试 及 参 数 整 定 操 作 说 明 书 为 了 具 体 去 做 本 次 设 计 我 们 先 了 解 一 下 矿 井 提 升 机 信 号 系 统 其 设 备 配 置 示 意 图 如 下 页 图 所 示 目 前 国 内 多 数 矿 山 传 统 的 竖 井 提 升 信 号 系 统 一 般 由 各 种 控 制 继 电 器 和 主 令 开 关 构 成 它 的 突 出 特 点 是 用 点 信 号 矿 井 提 升 机 的 信 号 系 统 包 括 声 光 信 号 辅 助 信 号 电 话 等 信 号 种 类 一 般 有 工 作 执 行 信 号 提 升 去 向 信 号 罐 位 信 号 提 升 种 类 信 号 检 修 信 号 事 故 信 号 联 络 信 号 等 为 便 于 操 作 各 个 矿 山 企 业 均 制 定 了 相 应 的 信 号 规 定 如 规 定 声 音 一 长 为 要 罐 二 短 为 上 行 三 短 为 下 行 等 并 辅 之 以 电 话 联 系 但 是 信 号 规 定 仅 仅 从 制 度 上 保 证 操 作 安 全 实 际 上 并 不 能 保 证 生 产 中 不 发 生 事 故 这 是 因 为 1 信 号 是 由 人 来 执 行 操 作 的 人 所 处 的 环 境 因 素 不 同 精 神 状 态 也 处 于 变 化 之 中 难 免 发 生 误 操 作 2 传 统 的 信 号 系 统 没 有 记 忆 功 能 即 无 法 记 忆 起 井 下 各 中 段 所 发 出 的 信 号 当 提 升 机 司 机 注 意 力 不 集 中 或 离 岗 后 重 新 返 回 时 由 于 无 法 确 认 井 下 所 发 出 的 信 号 极 易 误 操 作 而 引 发 事 故 3 传 统 的 继 电 器 电 控 或 信 号 系 统 为 有 触 点 系 统 元 件 易 发 生 故 障 工 作 可 靠 性 差 一 旦 控 制 闭 锁 失 灵 则 事 故 将 不 可 避 免 兰 州 大 学 毕 业 设 计 说 明 书 7 图 1 1 设 备 配 置 示 意 图 实 际 做 时 只 有 两 个 灌 位 近 年 来 研 制 成 功 的 且 已 为 许 多 矿 山 实 际 应 用 的 PLC信 号 系 统 能 够 克 服 上 述 缺 点 它 不 但 完 全 符 合 冶 金 矿 山 安 全 规 程 中 有 关 提 升 信 号 的 各 项 规 定 而 且 保 留 了 原 信 号 系 统 的 特 点 和 操 作 习 惯 技 术 改 造 方 便 功 能 齐 全 采 用 PLC控 制 的 电 控 系 统 能 按 照 国 家 安 全 规 程 的 有 关 规 定 来 设 计 电 控 或 信 号 系 统 的 硬 件 和 软 件 并 可 对 系 统 进 行 显 示 和 控 制 只 有 当 提 升 机 司 机 和 信 号 人 员 都 严 格 按 规 定 程 序 进 行 操 作 无 误 才 能 解 除 对 提 升 机 的 闭 锁 一 套 完 备 的 PLC系 统 通 常 由 竖 井 信 号 工 业 电 视 监 控 数 字 深 度 指 示 器 有 关 计 算 及 程 控 电 话 交 换 机 等 部 分 组 成 这 种 系 统 有 如 下 特 点 兰 州 大 学 毕 业 设 计 说 明 书 8 1 提 升 系 统 增 加 了 自 动 控 制 的 功 能 例 如 当 井 下 发 出 紧 急 停 车 信 号 时 能 自 动 使 提 升 机 停 车 并 进 行 停 车 闭 锁 除 此 之 外 还 能 实 现 对 提 升 机 过 负 荷 和 各 种 故 障 的 检 测 保 护 联 锁 及 罐 笼 对 位 等 功 能 2 显 示 方 面 具 有 特 色 能 根 据 需 要 显 示 井 下 各 个 中 段 的 情 况 和 显 示 信 号 种 类 3 具 有 记 忆 功 能 能 记 忆 地 面 及 井 下 各 中 段 发 出 的 信 号 包 括 各 种 检 修 信 号 4 工 作 可 靠 性 高 由 于 PLC为 无 触 点 系 统 可 靠 性 更 高 尤 其 是 近 年 来 PLC 方 面 的 技 术 发 展 迅 速 使 由 PLC 组 成 的 系 统 的 抗 干 扰 能 力 越 来 越 强 它 能 在 恶 劣 的 环 境 中 可 靠 地 工 作 较 为 适 合 矿 山 环 境 不 佳 的 特 点 5 控 制 程 序 可 变 具 有 很 好 的 柔 性 对 于 分 期 投 产 的 矿 山 企 业 这 一 点 是 十 分 重 要 的 因 为 井 下 中 段 等 工 艺 条 件 变 化 之 后 不 需 改 变 信 号 系 统 的 硬 件 只 需 修 改 原 有 程 序 就 可 满 足 新 的 要 求 新 型 矿 井 提 升 机 的 信 号 系 统 大 体 上 可 分 为 信 号 输 入 信 号 输 出 及 保 护 环 节 三 大 部 分 PLC 信 号 系 统 是 在 原 有 信 号 系 统 的 基 础 上 加 入 控 制 核 心 PLC 及 相 应 装 置 将 老 系 统 的 点 信 号 送 入 PLC 输 入 端 经 处 理 输 出 各 种 指 令 或 保 护 信 号 它 具 有 以 下 功 能 信 号 显 示 和 保 留 提 升 点 信 号 的 点 数 和 提 升 中 段 名 称 分 别 用 数 码 管 显 示 提 升 种 类 用 汉 字 显 示 提 升 机 房 的 信 号 显 示 器 只 显 示 由 井 口 总 信 号 工 转 发 的 信 号 点 数 井 口 和 各 中 段 的 信 号 显 示 器 既 显 示 由 本 中 段 自 发 的 信 号 又 显 示 井 口 转 发 的 信 号 这 些 显 示 均 一 直 保 留 到 相 应 的 提 升 过 程 结 束 避 免 了 信 号 的 误 认 和 误 传 信 号 显 示 和 保 留 提 升 点 信 号 的 点 数 和 提 升 中 段 名 称 分 别 用 数 码 管 显 示 提 升 种 类 用 汉 字 显 示 提 升 机 房 的 信 号 显 示 器 只 显 示 由 井 口 总 信 号 工 转 发 的 信 号 点 数 井 口 和 各 中 段 的 信 号 显 示 器 既 显 示 由 本 中 段 自 发 的 信 号 又 显 示 井 口 转 发 的 信 号 这 些 显 示 均 一 直 保 留 到 相 应 的 提 升 过 程 结 束 避 免 了 信 号 的 误 认 和 误 传 信 号 闭 锁 当 井 口 总 信 号 工 根 据 提 升 作 业 的 需 要 同 意 罐 笼 在 某 中 段 工 作 时 只 有 在 该 中 段 发 出 开 车 信 号 后 井 口 总 信 号 工 才 能 向 提 升 机 房 转 发 出 工 兰 州 大 学 毕 业 设 计 说 明 书 9 作 信 号 否 则 即 使 中 段 转 换 开 关 转 到 去 向 井 口 的 位 置 井 口 总 信 号 工 也 无 法 向 提 升 机 房 发 出 开 车 信 号 实 现 了 罐 位 自 锁 同 时 自 发 信 号 一 经 发 出 系 统 自 动 闭 锁 后 面 续 发 的 信 号 无 效 实 现 了 信 号 自 锁 此 外 系 统 还 具 备 程 序 闭 锁 上 下 行 信 号 闭 锁 信 号 系 统 与 提 升 机 电 控 系 统 间 的 闭 锁 等 功 能 总 之 PLC 电 控 系 统 不 仅 大 大 增 加 了 安 全 保 护 功 能 而 且 安 全 可 靠 操 作 方 便 维 修 容 易 值 得 大 力 推 广 1 2 2 功 能 本 次 设 计 的 功 能 包 括 车 房 信 号 台 井 口 信 号 台 井 下 信 号 台 三 部 分 的 各 自 功 能 以 及 它 们 之 间 的 相 互 联 络 车 房 信 号 台 功 能 井 口 井 下 提 升 信 号 的 数 字 显 示 及 文 字 显 示 包 括 运 人 运 物 检 修 等 工 作 方 式 的 灯 光 显 示 信 号 上 行 下 行 满 上 满 下 停 车 急 停 等 工 作 执 行 信 号 的 灯 光 和 数 显 信 号 存 储 井 口 信 号 台 本 次 前 次 的 打 点 信 号 在 极 短 的 时 间 内 响 应 井 口 信 号 台 发 出 的 指 令 控 制 绞 车 的 运 行 或 停 止 完 成 急 停 信 号 对 安 全 回 路 的 闭 锁 停 车 信 号 闭 锁 等 内 容 井 口 信 号 台 功 能 完 成 各 种 提 升 信 号 的 按 钮 检 测 显 示 及 声 音 提 示 包 括 运 人 运 物 检 修 水 平 联 系 等 选 择 按 钮 上 行 下 行 满 上 满 下 停 车 急 停 等 信 号 按 钮 完 成 水 平 及 井 下 各 种 信 号 的 闭 锁 和 监 控 完 成 向 车 房 发 送 信 号 的 功 能 完 成 本 次 前 次 的 打 点 信 号 的 存 储 语 言 报 警 功 能 井 下 信 号 台 功 能 完 成 各 种 信 号 的 按 钮 检 测 显 示 及 声 音 提 示 包 括 工 作 方 式 信 号 工 作 执 行 信 号 及 其 他 信 号 完 成 本 水 平 各 种 信 号 的 闭 锁 功 能 完 成 向 井 口 发 送 信 号 的 功 能 完 成 对 信 号 的 存 储 记 忆 功 能 1 2 3 设 计 简 介 现 实 生 活 中 的 矿 井 有 多 个 灌 位 就 像 电 梯 的 运 行 环 境 一 样 各 个 灌 位 就 像 每 个 楼 层 车 房 信 号 台 可 以 显 示 提 升 机 所 在 的 具 体 灌 位 但 在 本 次 设 计 中 乔 老 师 在 给 我 布 置 设 计 任 务 时 将 问 题 简 单 化 了 他 只 让 我 做 两 个 灌 位 井 口 井 底 而 且 故 障 报 警 也 只 规 定 了 三 个 过 电 流 报 警 过 电 压 报 警 提 升 机 故 障 报 警 该 信 号 系 统 的 关 键 是 信 号 联 络 在 井 底 信 号 台 只 能 进 行 按 钮 输 入 操 作 兰 州 大 学 毕 业 设 计 说 明 书 10 车 房 信 号 台 只 能 显 示 输 出 结 果 井 口 信 号 台 既 能 输 入 又 能 进 行 信 号 转 发 在 各 自 灌 位 只 能 进 行 一 些 特 定 的 操 作 例 如 在 井 口 只 能 进 行 井 口 发 灌 要 灌 下 行 等 操 作 若 操 作 不 正 常 或 误 操 作 信 号 将 解 除 不 能 发 送 出 去 只 能 是 井 底 井 口 信 号 一 致 且 无 误 时 才 能 在 井 口 进 行 信 号 确 认 而 后 信 号 转 发 出 去 注 运 行 时 安 全 门 打 开 时 信 号 发 不 出 去 一 切 信 号 将 解 除 设 计 中 我 用 了 指 示 灯 响 铃 蜂 鸣 器 作 为 输 出 显 示 用 不 同 声 次 的 响 铃 分 别 代 表 上 行 下 行 慢 上 慢 下 同 时 代 表 各 自 运 行 的 指 示 灯 亮 并 且 有 文 字 显 示 文 字 注 释 在 指 示 灯 的 下 面 灯 亮 时 文 字 即 显 示 出 来 报 警 时 蜂 鸣 器 响 且 代 表 不 同 故 障 的 各 自 故 障 指 示 灯 亮 同 样 有 输 出 文 字 显 示 由 于 在 设 计 中 除 了 电 流 检 测 电 压 检 测 两 个 模 拟 量 输 入 外 其 余 的 全 是 数 字 量 开 关 量 因 此 信 号 采 集 非 常 简 单 可 直 接 由 开 关 量 送 给 PLC 电 流 和 电 压 的 信 号 由 电 量 变 送 器 再 加 个 模 拟 块 传 送 给 PLC 图 1 2提 升 系 统 平 台 原 理 图 第 二 章 控 制 系 统 方 案 论 证 与 选 择 2 1 系 统 总 体 设 计 思 想 2 1 1 矿 井 提 升 机 信 号 系 统 的 控 制 系 统 我 们 在 对 矿 井 提 升 机 信 号 系 统 的 控 制 系 统 进 行 选 择 之 前 先 了 解 一 下 其 组 兰 州 大 学 毕 业 设 计 说 明 书 11 成 及 工 作 原 理 矿 井 提 升 机 在 矿 山 建 筑 等 行 业 应 用 非 常 广 泛 是 集 机 电 于 一 体 的 大 型 复 杂 系 统 矿 井 提 升 机 是 矿 井 生 产 中 极 其 重 要 的 环 节 是 矿 井 生 产 的 关 键 的 设 备 之 一 矿 井 提 升 机 是 联 系 矿 山 井 上 和 井 下 的 咽 喉 设 备 主 要 用 于 提 运 煤 炭 和 煤 研 石 运 送 物 料 提 升 人 员 和 设 备 提 升 系 统 的 工 作 任 务 是 安 全 快 速 可 靠 高 效 地 完 成 提 升 运 输 任 务 而 安 全 运 行 是 最 重 要 的 矿 井 提 升 机 信 号 系 统 是 矿 井 提 升 机 的 重 要 组 成 部 分 提 升 机 的 运 行 全 靠 信 号 系 统 的 信 号 发 出 该 系 统 工 作 的 关 键 是 信 号 如 何 联 络 矿 井 提 升 机 的 信 号 系 统 包 括 声 光 信 号 辅 助 信 号 电 话 等 信 号 种 类 一 般 有 工 作 执 行 信 号 提 升 去 向 信 号 罐 位 信 号 提 升 机 种 类 信 号 检 修 信 号 故 障 信 号 联 络 信 号 等 首 先 我 们 应 清 楚 提 升 机 给 信 号 系 统 的 信 号 以 及 提 升 机 从 信 号 系 统 所 得 到 的 信 号 由 此 而 进 行 各 种 操 作 图 2 1 控 制 系 统 内 容 2 1 2 系 统 总 体 设 计 本 设 计 以 某 矿 山 提 升 机 信 号 系 统 工 程 实 例 基 础 信 号 系 统 有 保 护 系 统 信 号 系 统 和 信 号 输 入 信 号 系 统 有 功 能 信 号 运 人 运 物 运 矿 检 修 上 行 下 行 罐 笼 去 向 井 口 井 底 罐 位 井 口 井 底 注 本 设 计 罐 位 不 包 括 井 下 各 中 段 只 有 井 口 井 底 两 罐 位 如 2 1 图 所 示 兰 州 大 学 毕 业 设 计 说 明 书 12 设 计 内 容 包 括 三 大 部 分 井 口 信 号 台 井 底 信 号 台 以 及 车 房 信 号 台 系 统 设 计 要 求 能 实 时 反 映 提 升 机 的 各 种 状 态 及 罐 位 且 井 口 井 底 的 输 出 一 致 经 信 号 确 认 后 方 可 发 送 信 号 到 车 房 信 号 台 两 罐 位 信 号 部 一 致 或 误 操 作 信 号 会 解 除 不 能 发 送 需 重 新 进 行 信 号 联 络 2 2 控 制 系 统 方 案 论 证 与 选 择 根 据 上 述 工 艺 介 绍 及 设 计 要 求 要 完 成 任 务 有 多 种 选 择 方 案 可 以 由 各 种 控 制 继 电 器 和 主 令 开 关 构 成 它 的 突 出 特 点 是 点 信 号 电 铃 震 响 或 指 示 灯 明 灭 的 次 数 来 代 表 各 种 提 升 信 号 各 提 升 中 段 的 点 信 号 直 接 传 送 到 井 口 总 信 号 房 再 由 井 口 总 信 号 工 转 发 到 提 升 机 房 也 可 以 采 用 单 片 机 作 为 主 控 制 系 统 控 制 台 通 过 单 片 机 的 串 行 口 来 实 现 主 从 式 多 级 通 讯 系 统 以 上 井 口 控 制 台 作 为 主 控 制 台 下 井 口 绞 车 房 控 制 台 为 从 控 制 台 也 可 以 采 用 PLC作 为 信 号 系 统 的 控 制 系 统 可 在 井 口 井 底 车 房 信 号 台 给 用 一 个 PLC 亦 可 以 只 在 井 口 使 用 PLC 原 理 和 使 用 继 电 器 的 一 样 都 通 过 井 口 信 号 工 的 信 号 确 认 以 及 转 发 完 成 信 号 系 统 的 功 能 2 1 1 方 案 一 采 用 继 电 器 和 主 令 开 关 构 成 主 回 路 采 用 点 信 号 来 代 表 各 种 提 升 信 号 例 如 以 一 长 点 表 示 要 罐 一 长 两 短 表 示 上 行 一 长 三 短 表 示 下 行 两 短 表 示 提 物 三 短 表 示 提 人 等 等 这 种 信 号 系 统 结 构 简 单 操 作 方 便 但 存 在 如 下 缺 点 1 由 于 无 法 保 留 和 复 现 点 数 所 以 信 号 识 别 全 凭 操 作 者 的 听 觉 和 视 觉 容 易 造 成 信 号 的 误 认 和 误 传 因 信 号 的 误 认 和 误 传 而 导 致 的 提 升 事 故 屡 见 不 鲜 2 信 号 之 间 信 号 系 统 与 提 升 机 电 控 系 统 之 间 没 有 联 锁 井 口 总 信 号 工 和 司 机 的 操 作 不 受 制 约 很 容 易 因 误 操 作 而 引 发 事 故 3 声 光 信 号 一 瞬 即 逝 无 据 可 查 一 旦 发 生 事 故 给 事 故 分 析 带 来 困 难 很 难 找 出 真 正 的 事 故 原 因 致 使 同 类 事 故 重 复 发 生 4 由 于 信 号 稍 纵 即 逝 操 作 人 员 的 精 力 必 须 高 度 集 中 加 重 了 工 人 的 负 担 以 上 缺 点 严 重 影 响 了 提 升 机 运 行 的 安 全 传 统 的 继 电 器 信 号 系 统 为 有 触 点 系 统 元 件 易 发 生 故 障 工 作 可 靠 性 差 一 旦 控 制 或 闭 锁 失 灵 则 事 故 将 不 可 避 免 此 信 号 系 统 正 在 被 淘 汰 兰 州 大 学 毕 业 设 计 说 明 书 13 2 1 2 方 案 二 该 控 制 系 统 采 用 了 先 进 的 数 字 通 信 技 术 该 系 统 分 上 井 口 下 井 口 和 绞 车 房 三 个 控 制 台 各 控 制 台 采 用 MCS89C51 单 片 机 作 CPU 控 制 台 通 过 单 片 机 的 串 行 口 来 实 现 主 从 式 多 级 通 讯 系 统 以 上 井 口 控 制 台 作 为 主 控 制 台 下 井 口 绞 车 房 控 制 台 为 从 控 制 台 下 井 口 到 上 井 口 需 两 对 电 缆 各 控 制 台 还 配 有 数 字 汉 字 提 示 语 音 提 示 这 样 既 照 顾 了 操 作 人 员 的 习 惯 操 作 又 减 轻 了 工 作 人 员 的 负 担 同 时 增 加 了 信 号 的 存 储 功 能 便 于 以 后 的 查 证 系 统 采 用 分 时 的 半 双 工 通 讯 电 路 通 过 改 变 电 平 来 分 时 完 成 对 下 井 口 和 绞 车 房 的 通 讯 其 原 理 框 图 见 下 图 所 示 2 2 系 统 原 理 框 图 新 型 矿 井 提 升 机 信 号 装 置 在 系 统 设 计 中 应 用 了 先 进 的 单 片 机 技 术 数 字 通 信 技 术 和 汉 字 显 示 技 术 具 有 声 光 兼 备 汉 字 显 示 数 字 存 储 故 障 诊 断 安 全 闭 锁 保 护 等 特 点 尤 其 在 通 信 方 面 采 用 了 数 字 通 信 技 术 只 需 两 对 普 通 电 缆 且 信 号 种 类 和 数 量 不 受 限 制 提 高 了 信 号 传 输 的 可 靠 性 和 灵 活 兰 州 大 学 毕 业 设 计 说 明 书 14 性 功 能 灵 活 多 样 扩 展 方 便 新 型 矿 井 提 升 机 信 号 装 置 的 使 用 有 效 地 解 决 了 在 微 机 系 统 中 信 号 的 远 距 离 传 输 和 可 靠 性 问 题 该 控 制 系 统 功 能 齐 全 下 井 口 到 上 井 口 只 需 两 对 电 缆 既 方 便 又 经 济 各 控 制 台 还 配 有 数 字 汉 字 提 示 语 音 提 示 这 样 既 照 顾 了 操 作 人 员 的 习 惯 操 作 又 减 轻 了 工 作 人 员 的 负 担 同 时 增 加 了 信 号 的 存 储 功 能 便 于 以 后 的 查 证 但 煤 矿 工 作 环 境 恶 劣 各 种 电 机 的 频 繁 启 动 与 运 行 引 起 的 电 磁 干 扰 以 及 电 网 的 不 稳 定 对 通 讯 信 号 和 通 讯 装 置 都 将 产 生 巨 大 的 影 响 2 1 3 方 案 三 在 井 口 信 号 台 使 用 PLC 井 底 只 进 行 按 钮 操 作 车 房 只 能 显 示 输 出 结 果 如 文 字 显 示 各 种 工 作 执 行 信 号 和 罐 位 信 号 声 音 提 示 运 行 状 态 及 故 障 各 部 分 的 逻 辑 控 制 中 心 均 由 日 本 三 菱 公 司 生 产 的 PLC 所 构 成 信 号 有 模 拟 信 号 和 数 字 信 号 大 部 分 是 开 关 量 可 直 接 传 送 给 PLC 模 拟 信 号 由 电 量 变 送 器 再 用 模 拟 输 入 模 块 FX2N 2AD传 送 给 PLC 各 部 分 之 间 的 信 号 经 信 号 确 认 直 接 转 发 到 PLC 车 房 信 号 台 安 装 在 绞 车 司 机 房 内 井 口 井 下 信 号 台 分 别 安 装 在 井 口 井 下 的 信 号 房 内 井 口 井 下 罐 位 信 号 由 光 电 开 关 采 集 该 控 制 系 统 原 理 框 图 见 下 图 2 3所 示 该 系 统 的 信 号 的 发 送 方 式 1 转 发 方 式 井 下 的 信 号 必 须 经 由 井 口 转 发 不 得 越 过 井 口 信 号 工 直 接 向 车 房 发 送 井 口 信 号 工 必 须 在 井 下 信 号 发 出 后 才 能 发 出 信 号 当 井 口 信 号 和 井 下 信 号 一 致 时 该 信 号 才 能 传 到 车 房 否 则 无 效 需 井 口 信 号 工 重 发 在 信 号 发 出 的 同 时 井 口 井 下 均 有 灯 光 显 示 声 音 提 示 数 字 记 忆 记 忆 的 数 字 直 到 下 一 个 信 号 发 出 才 会 消 失 2 直 发 方 式 停 车 急 停 信 号 采 用 直 接 向 车 房 发 送 的 方 式 不 经 上 井 口 转 发 以 保 证 快 速 停 车 当 急 停 信 号 发 出 后 其 他 指 令 信 号 均 不 能 发 出 并 能 闭 锁 提 升 机 安 全 控 制 回 路 当 信 号 为 慢 上 慢 下 时 能 闭 锁 提 升 机 的 高 速 运 转 控 制 回 路 该 控 制 系 统 对 对 信 号 系 统 进 行 检 测 和 控 制 增 加 并 完 善 信 号 装 置 的 功 能 使 提 升 设 备 的 工 作 更 加 安 全 可 靠 方 案 二 和 三 的 控 制 系 统 都 比 较 安 全 可 靠 且 能 够 实 现 设 计 要 求 两 者 的 控 制 系 统 一 个 为 单 片 机 另 一 各 为 PLC 为 了 进 行 方 案 确 定 我 们 首 先 看 一 下 两 者 的 区 别 兰 州 大 学 毕 业 设 计 说 明 书 15 PLC是 一 种 专 门 为 在 工 业 环 境 下 应 用 而 设 计 的 数 字 运 算 操 作 的 电 子 装 置 它 采 用 可 以 编 制 程 序 的 存 储 器 用 来 在 其 内 部 存 储 执 行 逻 辑 运 算 顺 序 运 算 计 时 计 数 和 算 术 运 算 等 操 作 的 指 令 并 能 通 过 数 字 式 或 模 拟 式 的 输 入 和 输 出 控 制 各 种 类 型 的 机 械 或 生 产 过 程 PLC及 其 有 关 的 外 围 设 备 都 应 该 按 易 于 与 工 业 控 制 系 统 形 成 一 个 整 体 易 于 扩 展 其 功 能 的 原 则 而 设 2 3 PLC控 制 系 统 原 理 框 图 兰 州 大 学 毕 业 设 计 说 明 书 16 图 2 4 PLC控 制 系 统 示 意 图 计 通 过 以 上 几 种 方 案 综 合 考 虑 但 由 于 煤 矿 工 作 环 境 恶 劣 各 种 电 机 的 频 繁 启 动 与 运 行 引 起 的 电 磁 干 扰 以 及 电 网 的 不 稳 定 对 通 讯 信 号 和 通 讯 装 置 都 将 产 生 巨 大 的 影 响 它 具 以 下 特 点 1 可 靠 性 高 抗 干 扰 能 力 强 高 可 靠 性 是 电 气 控 制 设 备 的 关 键 性 能 PLC由 于 采 用 现 代 大 规 模 集 成 电 路 技 术 采 用 严 格 的 生 产 工 艺 制 造 内 部 电 路 采 取 了 先 进 的 抗 干 扰 技 术 具 有 很 高 的 可 靠 性 例 如 三 菱 公 司 生 产 的 FX系 列 PLC平 均 无 故 障 时 间 高 达 30 万 小 时 一 些 使 用 冗 余 CPU的 PLC的 平 均 无 故 障 工 作 时 间 则 更 长 从 PLC的 机 外 电 路 来 说 使 用 PLC构 成 控 制 系 统 和 同 等 规 模 的 继 电 接 触 器 系 统 相 比 电 气 接 线 及 开 关 接 点 已 减 少 到 数 百 甚 至 数 千 分 之 一 故 障 也 就 大 大 降 低 此 外 PLC带 有 硬 件 故 障 自 我 检 测 功 能 出 现 故 障 时 可 及 时 发 出 警 报 信 息 在 应 用 软 件 中 应 用 者 还 可 以 编 入 外 围 器 件 的 故 障 自 诊 断 程 序 使 系 统 中 除 PLC以 外 的 电 路 及 设 备 也 获 得 故 障 自 诊 断 保 护 这 样 整 个 系 统 具 有 极 高 的 可 靠 性 2 配 套 齐 全 功 能 完 善 适 用 性 强 PLC发 展 到 今 天 已 经 形 成 了 大 中 小 各 种 规 模 的 系 列 化 产 品 可 以 用 于 各 种 规 模 的 工 业 控 制 场 合 除 了 逻 辑 处 理 功 能 以 外 现 代 PLC大 多 具 有 完 善 的 数 据 运 算 能 力 可 用 于 各 种 数 字 控 制 领 域 近 年 来 PLC的 功 能 单 元 大 量 涌 现 使 PLC渗 透 到 了 位 置 控 制 温 度 控 制 CNC等 各 种 工 业 控 制 中 加 上 PLC通 信 能 力 的 增 强 及 人 机 界 面 技 术 的 发 展 使 用 PLC组 成 各 种 控 制 系 统 变 得 非 常 容 易 兰 州 大 学 毕 业 设 计 说 明 书 17 3 易 学 易 用 深 受 工 程 技 术 人 员 欢 迎 PLC作 为 通 用 工 业 控 制 计 算 机 是 面 向 工 矿 企 业 的 工 控 设 备 它 接 口 容 易 编 程 语 言 易 于 为 工 程 技 术 人 员 接 受 梯 形 图 语 言 的 图 形 符 号 与 表 达 方 式 和 继 电 器 电 路 图 相 当 接 近 只 用 PLC的 少 量 开 关 量 逻 辑 控 制 指 令 就 可 以 方 便 地 实 现 继 电 器 电 路 的 功 能 为 不 熟 悉 电 子 电 路 不 懂 计 算 机 原 理 和 汇 编 语 言 的 人 使 用 计 算 机 从 事 工 业 控 制 打 开 了 方 便 之 门 4 系 统 的 设 计 建 造 工 作 量 小 维 护 方 便 容 易 改 造 PLC用 存 储 逻 辑 代 替 接 线 逻 辑 大 大 减 少 了 控 制 设 备 外 部 的 接 线 使 控 制 系 统 设 计 及 建 造 的 周 期 大 为 缩 短 同 时 维 护 也 变 得 容 易 起 来 更 重 要 的 是 使 同 一 设 备 经 过 改 变 程 序 改 变 生 产 过 程 成 为 可 能 这 很 适 合 多 品 种 小 批 量 的 生 产 场 合 5 体 积 小 重 量 轻 能 耗 低 以 超 小 型 PLC为 例 新 近 出 产 的 品 种 底 部 尺 寸 小 于 100mm 重 量 小 于 150g 功 耗 仅 数 瓦 由 于 体 积 小 很 容 易 装 入 机 械 内 部 是 实 现 机 电 一 体 化 的 理 想 控 制 设 备 总 之 PLC在 国 内 外 已 广 泛 应 用 于 钢 铁 石 油 化 工 电 力 建 材 机 械 制 造 汽 车 轻 纺 交 通 运 输 环 保 及 文 化 娱 乐 等 各 个 行 业 使 用 情 况 大 致 可 归 纳 为 如 下 几 类 1 开 关 量 的 逻 辑 控 制 这 是 PLC最 基 本 最 广 泛 的 应 用 领 域 它 取 代 传 统 的 继 电 器 电 路 实 现 逻 辑 控 制 顺 序 控 制 既 可 用 于 单 台 设 备 的 控 制 也 可 用 于 多 机 群 控 及 自 动 化 流 水 线 如 注 塑 机 印 刷 机 订 书 机 械 组 合 机 床 磨 床 包 装 生 产 线 电 镀 流 水 线 等 2 模 拟 量 控 制 兰 州 大 学 毕 业 设 计 说 明 书 18 在 工 业 生 产 过 程 当 中 有 许 多 连 续 变 化 的 量 如 温 度 压 力 流 量 液 位 和 速 度 等 都 是 模 拟 量 为 了 使 可 编 程 控 制 器 处 理 模 拟 量 必 须 实 现 模 拟 量 Analog 和 数 字 量 Digital 之 间 的 A D转 换 及 D A转 换 PLC厂 家 都 生 产 配 套 的 A D和 D A转 换 模 块 使 可 编 程 控 制 器 用 于 模 拟 量 控 制 3 运 动 控 制 PLC可 以 用 于 圆 周 运 动 或 直 线 运 动 的 控 制 从 控 制 机 构 配 置 来 说 早 期 直 接 用 于 开 关 量 I O模 块 连 接 位 置 传 感 器 和 执 行 机 构 现 在 一 般 使 用 专 用 的 运 动 控 制 模 块 如 可 驱 动 步 进 电 机 或 伺 服 电 机 的 单 轴 或 多 轴 位 置 控 制 模 块 世 界 上 各 主 要 PLC厂 家 的 产 品 几 乎 都 有 运 动 控 制 功 能 广 泛 用 于 各 种 机 械 机 床 机 器 人 电 梯 等 场 合 4 过 程 控 制 过 程 控 制 是 指 对 温 度 压 力 流 量 等 模 拟 量 的 闭 环 控 制 作 为 工 业 控 制 计 算 机 PLC能 编 制 各 种 各 样 的 控 制 算 法 程 序 完 成 闭 环 控 制 PID调 节 是 一 般 闭 环 控 制 系 统 中 用 得 较 多 的 调 节 方 法 大 中 型 PLC都 有 PID模 块 目 前 许 多 小 型 PLC也 具 有 此 功 能 模 块 PID处 理 一 般 是 运 行 专 用 的 PID子 程 序 过 程 控 制 在 冶 金 化 工 热 处 理 锅 炉 控 制 等 场 合 有 非 常 广 泛 的 应 用 5 数 据 处 理 现 代 PLC具 有 数 学 运 算 含 矩 阵 运 算 函 数 运 算 逻 辑 运 算 数 据 传 送 数 据 转 换 排 序 查 表 位 操 作 等 功 能 可 以 完 成 数 据 的 采 集 分 析 及 处 理 这 些 数 据 可 以 与 存 储 在 存 储 器 中 的 参 考 值 比 较 完 成 一 定 的 控 制 操 作 也 可 以 利 用 通 信 功 能 传 送 到 别 的 智 能 装 置 或 将 它 们 打 印 制 表 数 据 处 理 一 般 用 于 大 型 控 制 系 统 如 无 人 控 制 的 柔 性 制 造 系 统 也 可 用 于 过 程 控 制 系 统 如 造 纸 冶 金 食 品 工 业 中 的 一 些 大 型 控 制 系 统 6 通 信 及 联 网 PLC通 信 含 PLC间 的 通 信 及 PLC与 其 它 智 能 设 备 间 的 通 信 随 着 计 算 机 控 制 的 发 展 工 厂 自 动 化 网 络 发 展 得 很 快 各 PLC厂 商 都 十 分 重 视 PLC的 通 信 兰 州 大 学 毕 业 设 计 说 明 书 19 功 能 纷 纷 推 出 各 自 的 网 络 系 统 新 近 生 产 的 PLC都 具 有 通 信 接 口 通 信 非 常 方 便 不 同 厂 家 的 PLC有 相 同 的 工 作 原 理 类 似 的 功 能 和 指 标 有 一 定 的 互 换 性 质 量 有 保 证 编 程 软 件 正 朝 标 准 化 方 向 迈 进 这 正 是 PLC获 得 广 泛 应 用 的 基 础 而 单 片 机 应 用 系 统 则 是 八 仙 过 海 各 显 神 通 功 能 千 差 万 别 质 量 参 差 不 齐 学 习 使 用 和 维 护 都 很 困 难 单 片 机 的 编 程 麻 烦 可 读 性 差 实 时 控 制 不 太 占 优 势 但 是 他 的 成 本 低 控 制 方 式 比 较 灵 活 而 PLC对 于 实 时 控 制 来 说 就 比 较 优 越 他 的 编 程 方 式 简 单 可 以 用 指 令 或 是 梯 形 图 来 进 行 编 程 易 学 易 懂 但 是 成 本 较 高 适 合 用 于 工 业 控 制 最 后 我 们 从 工 程 的 角 度 看 对 单 项 工 程 或 重 复 数 极 少 的 项 目 采 用 PLC方 案 是 明 智 快 捷 的 途 径 成 功 率 高 可 靠 性 好 手 尾 少 但 成 本 较 高 对 于 量 大 的 配 套 项 目 采 用 单 片 机 系 统 具 有 成 本 低 效 益 高 的 优 点 但 这 要 有 相 当 的 研 发 力 量 和 行 业 经 验 才 能 使 系 统 稳 定 可 靠 地 运 行 最 好 的 方 法 是 单 片 机 系 统 嵌 入 PLC的 功 能 这 样 可 大 大 简 化 单 片 机 系 统 的 研 制 时 间 性 能 得 到 保 障 效 益 也 就 有 保 证 对 于 本 设 计 由 于 矿 井 工 作 环 境 比 较 恶 劣 且 常 用 事 故 发 生 各 种 电 机 的 频 繁 启 动 与 运 行 引 起 的 电 磁 干 扰 以 及 电 网 的 不 稳 定 对 通 讯 信 号 和 通 讯 装 置 都 将 产 生 巨 大 的 影 响 故 可 采 用 方 案 三 作 为 此 次 毕 业 设 计 信 号 系 统 的 控 制 系 统 兰 州 大 学 毕 业 设 计 说 明 书 20 第 三 章 硬 件 设 计 部 分 我 在 本 此 设 计 中 选 择 的 控 制 器 是 三 菱 公 司 FX2N系 列 的 可 编 程 控 制 器 Programmable logical controller 缩 写 为 PLC 是 小 型 PLC 单 元 式 单 机 最 大 容 量 为 256点 PLC就 是 一 种 工 业 计 算 机 其 核 心 就 是 一 台 计 算 机 但 由 于 有 接 口 器 件 及 监 控 软 件 的 包 围 因 此 其 外 形 不 像 计 算 机 操 作 使 用 方 法 编 程 语 言 甚 至 工 作 原 理 都 与 计 算 机 部 同 另 一 方 面 作 为 继 电 控 制 盘 的 替 代 物 由 于 其 核 心 是 计 算 机 芯 片 因 此 与 继 电 器 逻 辑 控 制 亦 不 同 PLC 的 工 作 方 式 是 扫 描 工 作 方 式 该 设 计 中 用 到 的 硬 件 有 PLC 用 作 各 种 数 字 量 输 入 的 按 钮 开 关 限 位 开 关 光 电 开 关 选 择 开 关 等 以 及 模 拟 量 输 入 的 电 量 变 送 器 电 压 电 流 变 送 器 模 拟 量 输 入 模 块 FX2N 2AD 输 出 有 启 动 电 动 机 的 继 电 器 显 示 各 种 执 行 信 号 的 指 示 灯 以 及 用 到 一 些 声 音 信 号 反 映 的 响 铃 故 障 报 警 用 的 蜂 鸣 器 首 先 我 们 先 对 主 控 制 系 统 PLC进 行 选 型 3 1PLC的 选 型 PLC是 PLC控 制 系 统 的 核 心 部 件 正 确 选 择 PLC对 于 保 证 整 个 控 制 系 统 的 技 术 经 济 性 能 指 标 起 着 重 要 作 用 选 择 PLC包 括 机 型 容 量 的 选 择 以 及 I O模 块 电 源 模 块 等 的 选 择 3