PLC控制技術(shù)在牙輪鉆機上的應(yīng)用電氣工程專業(yè)

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1、　　　　　　　　 PLC控制技術(shù)在牙輪鉆機上的應(yīng)用 摘 要 牙輪鉆機是露天礦山鉆孔的主要設(shè)備之一，近十年來礦山牙輪鉆機得到了迅速的發(fā)展。在我國礦山資源的開發(fā)中，開山鉆孔工作對礦山工作效率，生產(chǎn)安全都有著特別重要的影響。在牙輪鉆機鉆孔作業(yè)中，為了使牙輪鉆機在不同的巖層中都能保持較好的鉆進狀態(tài)，要求鉆機的回轉(zhuǎn)機構(gòu)與提行機構(gòu)具有良好的速度調(diào)節(jié)性能和啟停功能。尤其是牙輪鉆機的回轉(zhuǎn)機構(gòu)，由于巖層地質(zhì)條件的不同，電機負載變化較大，鉆機在鉆進過程中可能被卡鉆，使回轉(zhuǎn)機構(gòu)發(fā)生堵轉(zhuǎn)現(xiàn)象。本設(shè)計運用了西門子S7-200系列PLC和ACS800變頻器進行控制牙輪鉆機。文章中簡單介紹了國產(chǎn)KY-250D型

2、牙輪鉆機的機械構(gòu)成、相關(guān)系統(tǒng)和鉆機控制系統(tǒng)的系統(tǒng)組成、工作原理等。 關(guān)鍵詞：牙輪鉆機；PLC；礦山；變頻器；回轉(zhuǎn)機構(gòu)  The application of PLC control technology in the wheel drill Abstract The rotary drilling rig is one of the main equipments for drilling in open pit mines. In recent ten years, the mining rotary drill has developed rapidly. In the dev

3、elopment of mine resources in our country, drilling and drilling work has a particularly important impact on mine efficiency and production safety. In the drilling operation of the roller drill, in order to keep the drill rig in different rock layers, it can keep a good drilling state, and the rotar

4、y mechanism and the lifting mechanism of the drilling rig are required to have good speed regulation performance and start stop function. In particular, the rotary mechanism of the roller drilling machine, because of the different geological conditions of the rock strata, the motor load changes grea

5、tly, the drill may be drilled during the drilling process, so that the rotary mechanism can be blocked. This design uses SIEMENS S7-200 series PLC and ACS800 inverter to control the rotary drill. This paper briefly introduces the mechanical structure, the related system and the system composition an

6、d working principle of the domestic KY-250D type drill rig. Key Words: Roller rig;plc; mine; Frequency converter; Rotary mechanism  目　　錄 1 緒論 1 1.1 牙輪鉆機背景 1 1.2 牙輪鉆機的現(xiàn)狀 1 1.3 牙輪鉆機的發(fā)展趨勢 2 2 KY-250D牙輪鉆機的機械結(jié)構(gòu)和相關(guān)系統(tǒng) 3 2.1 參數(shù)和特點 3 2.1.1 參數(shù) 3 2.1.2 特點 3 2.2 行走結(jié)構(gòu) 4 2.3 回轉(zhuǎn)機構(gòu) 5 2.4 主傳動結(jié)構(gòu) 5 2.5

7、 A型架軸 6 2.6 鉆桿架 6 2.7 液壓卡頭 6 2.8 張鏈裝置 7 2.9 鉆桿 7 2.10 機棚 7 2.11 司機室 8 2.12 鉆架起落油缸 8 2.13 千斤頂 9 2.14 濕式除塵系統(tǒng) 9 2.15 壓力控制系統(tǒng) 10 2.16 壓力排查系統(tǒng) 10 2.17 干油集中潤滑系統(tǒng) 10 2.18 液壓系統(tǒng) 11 2.19 液力大鉗 11 2.20 電纜卷筒 11 3 西門子PLC及變頻器 12 3.1 PLC的背景 12 3.2 PLC的硬件組成 12 3.3 PLC的工作原理 13 3.4 PLC的編程語言 14 3.5 變頻

8、器 15 3.6 變頻器的分類 16 3.7 變頻器的工作原理 16 3.8 變頻器的作用和發(fā)展 16 3.9 ABB ACS800變頻器 17 4 PLC在牙輪鉆機中的應(yīng)用 18 4.1 牙輪鉆機交流變頻系統(tǒng) 18 4.2 牙輪鉆機PLC CPU模塊配置 19 4.3 牙輪鉆機變頻器接線圖分析 23 4.3.1 回轉(zhuǎn)變頻器接線圖 23 4.3.2 提行變頻器接線圖 24 4.4 牙輪鉆機梯形圖分析 25 結(jié)論 28 致謝 29 參考文獻 30 1　 緒論 1.1　 牙輪鉆機背景 圖1.1 牙輪鉆機和大孤山鐵礦 世界上有用礦物產(chǎn)量約有三分之二

9、是露天開采的。牙輪鉆機是露天礦山開采的主要鉆孔設(shè)備，它是以牙輪鉆頭破碎巖石并用壓氣排碴的自行式鉆孔設(shè)備。與其他種類的鉆孔設(shè)備相比較，它具有鉆孔速度快、成本低、安全性能高和使用范圍大等優(yōu)點，廣泛地應(yīng)用于冶金、煤炭、化工、建材等工業(yè)部門的大中型露天礦山鉆鑿炮孔作業(yè)。遼寧省鞍山市擁有著亞洲最深的露天鐵礦——大孤山鐵礦。大孤山鐵礦占地面積約10.6平方公里，被人們稱為“十里鐵山”。 1.2　 牙輪鉆機的現(xiàn)狀 我國牙輪鉆機的發(fā)展始于20世紀60年代，先后開發(fā)和生產(chǎn)了近200種不同類型的旋轉(zhuǎn)鉆機。經(jīng)過多次改進和淘汰，逐漸形成了KY和YZ兩系列12種型號。KY系列旋挖鉆機是洛陽礦機械工程設(shè)計研究院研制制

10、造的，也是國內(nèi)最早開發(fā)旋轉(zhuǎn)鉆機的單位。其中，KY-250還獲得了國家科技進步特別獎。 KY系列旋轉(zhuǎn)鉆機在吸收國外鉆機先進技術(shù)的同時，勇于創(chuàng)新，產(chǎn)品不斷改進，每種型號都有自己的特點。例如，1983年設(shè)計的KY-250A型輪式鉆機的起重行走機構(gòu)都是由交流電機驅(qū)動的，但交流電機不易調(diào)整。為了彌補這個不足，以及避免交流電器的頻繁啟動，人們在驅(qū)動機構(gòu)中增加了氣動離合器,采用點離合器可以方便地調(diào)節(jié)速度。,直流電機驅(qū)動相比，這種驅(qū)動方式節(jié)省了調(diào)速裝置，簡化了電氣控制系統(tǒng)，同時大大節(jié)省了成本。 而衡陽有色冶金機械廠的特色產(chǎn)品就是YZ系列的牙床機器。從上個世紀八十代初開始生產(chǎn)，經(jīng)過了和長沙礦山研究院等其他單

11、位合作，開發(fā)了更加優(yōu)良的產(chǎn)品。比如無鏈加壓鉆機， YZ-35牙輪鉆機器是目前國際領(lǐng)域內(nèi)唯一的中國品牌，曾經(jīng)獲得了國家金獎。 雖然我國牙輪鉆機的起步工作比較晚，但有了國家的大力支持，已然得到了極速發(fā)展，經(jīng)過50年的刻苦努力，我國牙輪鉆機水平在80年代已經(jīng)接近了美國，而且在某些方面我們還有所突破和創(chuàng)新。 1.3　 牙輪鉆機的發(fā)展趨勢 伴隨著采礦業(yè)越來越大，大型牙輪鉆機的需求也越來越大，尤其是在露天煤礦等場合。目前來說，國內(nèi)外的牙輪鉆機發(fā)展趨勢有幾點： 1、加大軸壓力、回轉(zhuǎn)功率和鉆機重量，實行一些強化鉆進； 2、讓鉆機一機多用，能轉(zhuǎn)傾斜炮孔，為了滿足采礦工藝等方面的要求； 3、采取某些措

12、施，提高牙輪鉆頭的使用壽命； 4、采用高鉆架長鉆桿，減少一些鉆機輔助作業(yè)時間； 5、發(fā)展電力傳動，采用靜態(tài)控制驅(qū)動交直流電機； 6、采用PLC視屏系統(tǒng)，可隨時向司機提供運轉(zhuǎn)的各種參數(shù)。 2　 KY-250D牙輪鉆機的機械結(jié)構(gòu)和相關(guān)系統(tǒng) 2.1　 參數(shù)和特點 2.1.1　 參數(shù) 詳細的參數(shù)如下表2.1所示 表2.1 KY-250D牙輪鉆機的參數(shù) 孔徑/mm 標準孔φ250 孔深/m 17.5 孔向 垂直 軸壓/KN 0-210 鉆進速度 /(mmin-1) 0-2.1 回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速/(r-min-1) 0-88 回轉(zhuǎn)扭矩/(Nm) 9405 提升速度/

13、(mmin-1) 15 行走速度/(kmh -1) 0-1 排渣空壓機（ZP5250A） 風量/(mmin-1) 36 風壓 /Mpa 0.5 輔助空壓機（W-0.6/10-5） 風量/(mmin-1) 0.6 風壓 /Mpa 1 安裝總功率/(KV-A) 406.3 變壓器容量/(KV-A) 400 機重/t 105 2.1.2　 特點 提升行走機構(gòu)采用75KW交流變頻電機、回轉(zhuǎn)機構(gòu)采用60KW交流變頻電機，由變頻調(diào)速裝置控制； 裝有斷鏈保護裝置，以防封閉鏈斷后造成小車墜落事故； 提升——行走系統(tǒng)由

14、主傳動機構(gòu)中氣胎離合器分別帶動速比不同的鏈輪來實現(xiàn)兩種提升速度； 鉆機的加壓由變頻調(diào)速電機驅(qū)動，可在各種不同巖層上實現(xiàn)最佳鉆進； 鉆機調(diào)平、鉆桿接卸、鉆架起落等，均由液壓驅(qū)動； 配有濕式除塵系統(tǒng)； 采用干油集中潤滑系統(tǒng)； 采用了雙層、隔熱、隔音、并裝有空氣增壓凈化裝置的司機室； 機棚上蓋采用隔熱性能良好的雙層結(jié)構(gòu)，機棚裝有增壓凈化裝置； 2.2　 行走結(jié)構(gòu) 1、結(jié)構(gòu) 行走結(jié)構(gòu)由YTSP280-4交流變頻電機，經(jīng)主傳動機構(gòu)的減速器，三級鏈傳動，驅(qū)動履帶運行。 行走結(jié)構(gòu)主要有履帶裝置、平衡梁、橫軸、傳動鏈條及鏈輪、軸、軸承等組成； 驅(qū)動輪、導(dǎo)向輪、支重輪、拖輪及履帶板等；

15、履帶架、平衡梁等采用低合金鋼板焊接而成。 2、未級鏈條的調(diào)整和履帶的張緊 未級鏈條的調(diào)整和履帶的張緊，采用本機自帶的專用工具，履帶張緊器可方便地進行，具體調(diào)整步驟如下： 用四個液壓千斤頂將鉆機頂起，并使履帶離開地面； 松開螺栓，去掉調(diào)整墊，把履帶張緊器的兩個液壓千斤頂放到對應(yīng)位置，利用手搖液壓泵，向兩個液壓千斤頂油缸充油，使驅(qū)動輪軸承座壓千斤頂?shù)耐苿酉乱苿?，從而使末級鏈條張緊，鏈條上邊允許有70毫米下垂量在加調(diào)整墊，并擰緊螺栓； 末級鏈調(diào)整完后，再用同樣方法推動導(dǎo)向輪移動，待履帶張緊后，加調(diào)整墊，并把螺栓擰緊。如圖2.1和圖2.2 圖2.1 行走結(jié)構(gòu) 圖2.2 末

16、級鏈調(diào)整裝置 2.3　 回轉(zhuǎn)機構(gòu) 回轉(zhuǎn)機構(gòu)是鉆機作業(yè)的主要工作機構(gòu)，由一臺75KW的交流變頻電動機通過二級回轉(zhuǎn)減速器驅(qū)動鉆具回轉(zhuǎn)，并在封閉鏈條一齒輪齒條的加壓下，破碎巖石。它由1臺交流變頻電動機、回轉(zhuǎn)減速箱、大小鏈輪軸、導(dǎo)輪以及斷鏈抱閘等組成。斷鏈抱閘的作用是當封閉鏈條斷鏈時，安裝在鏈條均衡裝置上的行程開關(guān)，發(fā)出斷鏈信號使抱閘的控制氣缸迅速放氣，從而達到制動，防止小車墜落。主傳動機構(gòu)是鉆機的心臟部分，鉆機的提升、行走和進給系統(tǒng)的動力分配，均由該機構(gòu)執(zhí)行。 2.4　 主傳動結(jié)構(gòu) 主要由提升(行走)電機、變頻電機、減速器、兩個行走氣胎離合器帶動行走傳動鏈條。通過加壓、提升氣胎離合器分別帶動

17、兩種速比不同的加壓，提升傳動鏈條。如圖2.3 行走制動器為常閉式制動器，靠制動彈簧制動。鉆機行走時氣缸后腔進氣，活塞推動推桿壓縮制動彈簣實現(xiàn)松閘，松閘時剎車帶與制動輪間要有15-2mm的間隙，此間隙靠推桿和拉桿上的M24螺母來調(diào)整，制動器動作要靈活，各鉸接點要經(jīng)常加潤滑油。 圖2.3 主傳動 2.5　 A型架軸 A型架洲是主傳動機構(gòu)的動力向回轉(zhuǎn)小車傳遞提升與加壓力的中間機構(gòu)，軸上裝有封閉鏈條、鏈輪、主動鏈輪以及抱閘裝置等。如圖2.4 圖2.4 A型架軸 2.6　 鉆桿架 鉆桿架的作用是用來存放和接卸鉆桿。它由大搖臂、小搖臂和鉆桿架體、支座等組成四邊形。這種機構(gòu)可使鉆桿架

18、在運動過程中始終保持垂直位置，把鉆桿準確地送至鉆孔中心。 2.7　 液壓卡頭 液壓卡頭，在鉆架小平臺的鉆孔中心兩側(cè)各裝一個。該液壓卡頭采用反置油缸，前部帶有彈簧和卡頭，后部采用鉸接結(jié)構(gòu)，可使液壓卡頭沿垂直方向回轉(zhuǎn)一定角度，以適應(yīng)卸鉆桿、鉆頭的需要。要經(jīng)常加潤滑脂，當鉆具提升時，一定將卡頭收回。如圖2.5 圖2.5 液壓卡頭 2.8　 張鏈裝置 張鏈裝置位于鉆架下部，成左右對稱，是軸壓和提升力的重要傳遞環(huán)節(jié)。主要由油缸、框架、張緊鏈輪、彈簧等組成。由于左右兩個油缸采用并聯(lián)油路，使左右兩條鏈條的松緊能自動調(diào)節(jié)，從而保持平衡，并能起到緩沖作用。 2.9　 鉆桿 KY-250D牙輪鉆

19、機備有φ80、φ194和φ219三種鉆桿，前兩種鉆桿用于穿鑿φ220孔，后一種用于穿鑿φ250孔，用戶可根據(jù)本礦所選的鉆頭和礦石的結(jié)構(gòu)情況來選用鉆桿。 在使用中，聯(lián)接螺紋要定時涂壓延機潤滑脂或石墨鈣基潤滑脂，當絲扣損壞時必須及時修理。如圖2.6 圖2.6 鉆桿 2.10　 機棚 KY-250D牙輪鉆機的機棚，為便于檢修將頂和側(cè)壁分成三段組裝而成。上蓋裝有隔熱的夾層。 棚壁裝有增壓凈化裝置。該裝置是由風機和單格除塵器組成。它是由風機將含塵空氣吹進單格除塵器，經(jīng)凈化后的空氣進入機棚，灰塵進入灰斗。 該裝置的另一個作用是在機棚內(nèi)造成一定的正壓，以防外界含塵氣體從棚壁的縫隙中進入棚內(nèi)。

20、如圖2.7 圖2.7 機棚 2.11　 司機室 KY-250D牙輪鉆機的司機室，本司機室的頂蓋與側(cè)壁采用雙層隔熱，隔音的夾層、壓凈化裝置以及暖風機架，給司機創(chuàng)造了舒適的工作環(huán)境。 司機室內(nèi)的操縱臺，裝有所需的儀表、按鈕、手柄和指示燈等，除鉆機外，其余操作都在司機室內(nèi)進行。如圖2.8 圖2.8 司機室 2.12　 鉆架起落油缸 鈷架起落油缸，油缸采用卡鍵結(jié)構(gòu)，兩端裝有球面軸承，以補償由于安裝引起的誤差。油缸的密封圈采用YX型密封圈。如表2.2 表2.2 HSGK01-200/110AE-EG-Z1油缸技術(shù)參數(shù) 工作壓力 16MPa 工作行程 1450mm

21、油缸推力 50266KN 油缸拉力 35060KN 油缸直徑 φ200mm 活塞桿直徑 φ110mm 2.13　 千斤頂 KY-250D有四個調(diào)平千斤頂，分別用螺栓與平臺相連。千斤頂外觀和油缸主要參數(shù)如表2.3和圖2.9 表2.3 千斤頂油缸主要參數(shù)如表 工作壓力 16MPA 工作行程 1230mm 缸徑 Φ200mm 承受壓力 500KN 圖2.9 千斤頂 2.14　 濕式除塵系統(tǒng) 該系統(tǒng)采用壓氣式供水，經(jīng)由帶保溫層的水箱，裝在水箱內(nèi)的兩個水包，兩個單向閥及安裝在操縱臺上的水量調(diào)節(jié)閥等，把水送入鉆具。為適合北方地區(qū)使用，水箱中設(shè)置有256Kw的

22、電加熱器，為防止冬天水管凍結(jié)，鉆機停機后，一定要用壓氣將管路中的水吹干。如圖2.10 圖2.10濕式除塵系統(tǒng) 2.15　 壓力控制系統(tǒng) 本鉆機的于式除塵系統(tǒng)采用孔口沉降、旋風除塵和布袋過濾三級除塵系統(tǒng)?？卓诔两迪浼礊殂@架小平臺下部的由圍簾組成的孔口罩，旋風除塵器和布袋除塵位于司機室對面平臺左側(cè)。如圖2.11 圖2.11 壓力控制系統(tǒng) 2.16　 壓力排查系統(tǒng) 壓氣排渣系統(tǒng)由ZP525OA型螺桿空壓機提供風源，經(jīng)管道進入迴轉(zhuǎn)減速器的中心主軸經(jīng)鉆具吹洗炮孔底部的巖渣，巖渣經(jīng)鉆桿與炮孔的環(huán)形孔間排出孔外。 2.17　 干油集中潤滑系統(tǒng) KY-250D牙輪鉆機對行走機構(gòu)的托

23、乇輪、支重輪、驅(qū)動輪、從動輪行走末級和第二級鏈輪軸承、4個千斤頂?shù)膶?dǎo)向套及均衡梁共42個潤滑點實行干油集中潤滑，以保障上述各潤滑點在工作過程中得到充分的潤滑。 2.18　 液壓系統(tǒng) 采用Y160L-4異步電機拖動CBGF1032/1032雙聯(lián)齒輪泵的雙泵復(fù)合回路。系統(tǒng)的控制部份采用美國 Paker公司的P70CF-07-HK27-017多路手動換向閥可順序單動，進油路串聯(lián)，回油路并聯(lián)。所以，當其中任何一個閥正在工作時，后面各聯(lián)的換向閥就不可以動作了，這樣就可以防止誤操作，起到一個聯(lián)鎖作用。如圖2.12 圖2.12 液壓電機 2.19　 液力大鉗 為了便于拆卸鉆具，鉆機上配備了1臺

24、液力大鉗，安裝在鉆架小平臺上，其動作由液壓遠程控制。大鉗上配置有一個擺動油缸，一個抱桿油缸和一個卸扣油缸共三個油缸。 2.20　 電纜卷筒 KY-250D牙輪鉆機配備電纜卷筒1臺，安裝于前千斤頂上。由液壓系統(tǒng)鏈傳動系統(tǒng)、卷筒、高壓集電環(huán)等組成，獨立的液壓系統(tǒng)為其提供壓力油。 3　 西門子PLC及變頻器 3.1　 PLC的背景 以前傳統(tǒng)的生產(chǎn)機械自動控制采用的是繼電器控制，繼電器控制系統(tǒng)有很多優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、容易操作等等。它適用于工作模式固定，要求比較簡單的場合，目前來說應(yīng)用還比較寬廣。 后來隨著工業(yè)生產(chǎn)的迅猛發(fā)展，日益競爭激烈的市場，產(chǎn)品更新?lián)Q代的周期也日趨縮短。由于傳

25、統(tǒng)的繼電器控制系存在一些缺點如：設(shè)計周期長，維修和改變控制邏輯困難等，因此工業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展的需要也越來越不能適應(yīng)，人們非常急切地需要新一種從未出現(xiàn)過的先進的自動控制裝置。于是1969年，美國數(shù)字化設(shè)備公司研制出第一臺可編程控制器，并成功地應(yīng)用到美國通用汽車公司的生產(chǎn)線上，效果顯著 ，美國是可編程控制器生產(chǎn)大國，有100多家可編程控制器廠商，已然開創(chuàng)了PLC新世界【1】。 1974年我國開始研制PLC,1977年我國在工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域著手推廣PLC。人們最初的目的是替代繼電模塊，然而從1968年以后，PLC的功能逐漸代替了繼電器控制板，現(xiàn)代PLC有著各種強大便利的功能，PLC未來的發(fā)展在工業(yè)自動化中

26、有著無比重要的位置。 3.2　 PLC的硬件組成 本文中采用的PLC是西門子公司生產(chǎn)的S7-200系列的小型PLC ，靈活小巧的結(jié)構(gòu)，運行速度快，也可以單機運行。 PLC硬件主要由（CPU）、存儲器、輸入單元、輸出單元、通信接口、擴展接口電源等部分組成。其中PLC的核心是CPU，輸入單元與輸出單元連接現(xiàn)場輸入/輸出設(shè)備與CPU之間的接口電路的是輸入單元與輸出單元，通信接口都是用在與編程器、上位計算機等外設(shè)連接上。如圖3.1為PLC硬件組成 圖3.1 PLC硬件組成 3.3　 PLC的工作原理 PLC基本工作模式有兩種程序，運行工作模式和停止模式PLC可編程邏輯控制器根據(jù)用

27、戶對設(shè)計需要所編寫的程序，進行相應(yīng)的智能控制，用以實現(xiàn)用戶的要求，大多數(shù)生產(chǎn)工藝都需要輸出實時跟隨輸入變化，實現(xiàn)數(shù)據(jù)更新，PLC對用戶程序不僅僅執(zhí)行一次，而是反復(fù)循環(huán)掃描順序邏輯執(zhí)行，直至接受到停止信號為止。由于工藝要求，本次設(shè)計采用小型PLC控制，小型PLC工作過程有兩個顯著特點，周期性循環(huán)掃描和集中批處理，PLC在運行狀態(tài)下，總是需要周期性循環(huán)掃描用戶程序，根據(jù)用戶程序的邏輯順序或跳轉(zhuǎn)執(zhí)行，時刻保持系統(tǒng)的穩(wěn)定性可靠性。集中批處理，就是對輸入采樣，執(zhí)行用戶程序、輸出刷新采取在一個掃描周期階段對輸入信號等有效信息進行集中采集處理。PLC啟動后，對內(nèi)部進行初始化，檢查無誤后，開始進入周期循環(huán)掃描

28、過程。如圖3.2 PLC工作原理 圖3.2 PLC工作原理 3.4　 PLC的編程語言 1、順序功能圖 順序功能圖是一種圖形語言，它位于其他編程語言中，用于編譯序列控制程序。 順序函數(shù)圖提供了一種用于組織程序的圖形方法，它可以在順序函數(shù)圖中以其他語言嵌套。順序、轉(zhuǎn)換和動作是順序功能圖的三個主要部分，系統(tǒng)的功能可以用順序功能圖來描述，梯形圖程序可以很容易地繪制出來[2]。 2、功能模塊圖語言 這是一種類似于數(shù)字邏輯門電路的編程語言，編程語言使用類似與門、或門的方框來表示邏輯操作運算關(guān)系。 3、梯形圖語言 梯形圖是在繼電器控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的圖形編程語言，梯形圖與繼電

29、器控制系統(tǒng)的電路圖非常相似，它具有直觀易懂的優(yōu)點。 梯形圖包括觸點、線圈和用方框表示的功能塊組成。觸點代表邏輯輸入條件，如外部的開關(guān)、按鈕和內(nèi)部條件等。線圈通常代表邏輯輸出結(jié)果。用來控制外部的指示燈、交流接觸器和內(nèi)部的輸出條件等。功能塊用來表示定時器、計數(shù)器或者數(shù)學運算等附加值令。 4、結(jié)構(gòu)化文本語言 結(jié)構(gòu)文本是為IEC1131-3標準創(chuàng)建的一種專用的高級編程語言。與梯形圖相比，它能實現(xiàn)復(fù)雜的數(shù)學運算，編寫的程序非常簡捷和緊湊。 5、指令表語言 在S7系列PLC將指令表稱成為語句表。PLC的指令是一種與微機的匯編語言中的只能夠相似的助記符表達式，由指令組成的程序叫做指令表程序或語句表

30、程序。 語句表比較適合熟悉PLC和邏輯程序設(shè)計的經(jīng)驗豐富的程序員，語句表可以實現(xiàn)某些不能用梯形圖或功能塊圖實現(xiàn)的功能。 S7-200CPU在執(zhí)行程序時要用到邏輯堆棧，梯形圖和功能模塊圖編輯器自動地插入處理棧操作所需要的指令。在語句表中，必須由編程人員加入這些堆棧處理指令 3.5　 變頻器 變頻器（Variable-frequency Drive，VFD）是應(yīng)用變頻技術(shù)與微電子技術(shù)，通過改變電機工作電源頻率方式來控制交流電動機的電力控制設(shè)備。變頻器主要由整流（交流變直流）、濾波、逆變（直流變交流）、制動單元、驅(qū)動單元、檢測單元微處理單元等組成。變頻器靠內(nèi)部IGBT的開斷來調(diào)整輸出電源的電

31、壓和頻率，根據(jù)電機的實際需要來提供其所需要的電源電壓，進而達到節(jié)能、調(diào)速的目的【3】。如圖3.3 圖3.3 變頻器 3.6　 變頻器的分類 1、按照變換環(huán)節(jié)分為：交-交變頻器、交-直-交變頻器 2、按照開關(guān)方式分類：PAM（脈幅調(diào)制）變頻器、PWM（脈寬調(diào)制）變頻器、高載頻PWM控制變頻器 3、按照主電路工作方式分類：直流型變頻器、電壓型變頻器 3.7　 變頻器的工作原理 變頻器把三相或單相交流電變換為直流電，然后在把直流電變換為三相或單相交流電，通過同時改變輸出頻率與電壓，使電機運行曲線平行下移，從而使得電機能夠以較小的起動電流，獲得較大的啟動轉(zhuǎn)矩，即變頻器可以啟動負載負荷

32、。 在拖動系統(tǒng)中，用變頻器驅(qū)動電動機的目的就是實現(xiàn)調(diào)速，讓電動機按照希望的方式運轉(zhuǎn)。但不論系統(tǒng)是否采用調(diào)速，穩(wěn)定運行是必須的，即要求系統(tǒng)在受到擾動時有自動恢復(fù)的能力。系統(tǒng)的負載特性不能依靠改變外加電氣參數(shù)來改變，只能改變電動機自身的電氣參數(shù)來實現(xiàn)。由于電動機機械特性曲線是由電動機本身多個電氣參數(shù)決定的，通過改變這些電氣參數(shù),得到不同的人為機械特性，從而使新的人為機械特性曲線與負載特性曲線形成新的穩(wěn)定交點,實現(xiàn)穩(wěn)定速度調(diào)節(jié)，這就是引入變頻器驅(qū)動電動機實現(xiàn)調(diào)速的工作原理。 3.8　 變頻器的作用和發(fā)展 1、作用 變頻器的作用主要是調(diào)整電機的功率、實現(xiàn)電機的變速運行，以達到省電的目的。同

33、時變頻器的作用可以降低電力線路電壓波動，因為電壓下降將會導(dǎo)致同一供電網(wǎng)絡(luò)中的電壓敏感設(shè)備故障跳閘或工作異常。采用了變頻器后，變頻器的作用能在零頻零壓時逐步啟動，這樣能最大程度的消除電壓下降，發(fā)揮更大的優(yōu)勢。 以下是一些突出的功能 ①可以降低對電網(wǎng)的沖擊 ②控制電機的啟動電流，使維護電機的成本降低 ③減少機械部件的摩擦 ④降低了電動機的啟動電流 ⑤控制功能齊全，更好的配合其他控制設(shè)備和儀器 2、發(fā)展 隨著科學技術(shù)和生產(chǎn)過程的進一步發(fā)展，電氣控制技術(shù)已經(jīng)廣泛傳播開來，變頻器作為控制電機速度的控制設(shè)備，就顯得尤為重要了，變頻器可以調(diào)節(jié)電機的電壓、頻率和速度，是現(xiàn)代工業(yè)控制電機的首選設(shè)

34、備，性價比非常高，使用操作規(guī)范簡單，具有各種功率體積，外形和適用領(lǐng)域，相信隨著技術(shù)的進步，越來越多的人們會選擇變頻器進行控制。 3.9　 ABB ACS800變頻器 1、ACS800變頻器簡介 ACS800系列變頻器是ABB最新一代的全數(shù)字交流變頻器，能達到控制交流電動機的完美極限。它采用直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)，能夠在沒有光碼盤或測速電動機反饋的條件下，精確控制任何標準籠型異步電動機的速度和轉(zhuǎn)矩，并具有明確定義功能和接口。作為ACS6的更新?lián)Q代產(chǎn)品，其最大的優(yōu)點就是采用了通用技術(shù)，具有廣泛的適應(yīng)性[4]。 2、ACS800變頻器的優(yōu)點 ACS800控制盤有實際信號和故障記錄顯示模式。在實際

35、信號顯示模式中可以同時監(jiān)視三個實際信號，如頻率、轉(zhuǎn)速、電流和流量等，可以很方便地監(jiān)視電動機運行狀態(tài)，。變頻器故障記錄功能顯示傳動裝置在運行期間所記錄的最近的故障和警告，每個故障和報警都按發(fā)生的時間進行記錄。變頻器出現(xiàn)故障時，工作人員通過查找故障信息便能夠快速準確地判斷故障原因，并及時處理。 作為標準配置，ACS800全系列具有交流電抗器，這明顯降低了線路電源的諧波含量和變頻器的電磁輻射，同時保護整流二極管和濾波電容器免受電壓和電流沖擊的影響。整體緊湊設(shè)計減少了占地面積，可選部分位于變速箱內(nèi)部，操作方便，適合工程改造，結(jié)構(gòu)簡單，安裝維修方便。 正是因為這些優(yōu)點，我們這次設(shè)計的控制系統(tǒng)選用了A

36、CS800變頻器來驅(qū)動回轉(zhuǎn)和提行電機。 4　 PLC在牙輪鉆機中的應(yīng)用 4.1　 牙輪鉆機交流變頻系統(tǒng) KY-250D牙輪鉆機基本所有的動作都需要靠電氣傳動來實現(xiàn)，鉆機由礦山供電點通過三相跌落式熔斷器供給三相6000伏、50HZ交流高壓電源，再通過UG6000高壓橡套軟電纜引入鉆機高壓接線盒內(nèi)，再送到高壓開關(guān)柜，高壓開關(guān)柜合閘后，又把電源送到主變壓器，經(jīng)過6000/380伏變壓后，再把380伏電源分配給低壓交流柜、交流變頻柜，空壓機柜。如圖4.1 鉆機的回轉(zhuǎn)、提升行走，均采用交流變頻電動機來拖動，可以根據(jù)工作需要進行，無級變速，使鉆機的性能得到充分發(fā)揮，鉆機的其他傳動全部采用交流鼠籠式

37、異步電動機，而且用斷路器和過載保護，同時還采用了熱繼電器作過載負荷保護。 圖4.1 牙輪鉆機交流變頻系統(tǒng) 1、該系統(tǒng)由PLC、變頻器、交流變頻電動機、圖形終端等電路組成。 2、其中提行和回轉(zhuǎn)電機各由一臺變頻器驅(qū)動，PLC和變頻器進行I/O端子連接。 3、工作人員在司機室操作臺控制牙輪鉆機的所有操作動作，發(fā)出的運行和停止指令發(fā)送給變頻器，PLC將采集故障反饋信息并做出相應(yīng)的保護動作指令，同時操作臺上會有聲光信號提醒【5】。 4.2　 牙輪鉆機PLC CPU模塊配置 由礦山供電6000V高壓電轉(zhuǎn)換成AC380V的電源，再經(jīng)過變壓器轉(zhuǎn)換成AC

38、220V，然后并聯(lián)輸出AC220V控制電源和AC220VPLC信號電源接入對應(yīng)的PLC端口， CPU內(nèi)置的ACDC的電源模塊將會把它們將轉(zhuǎn)換成運行PLC的DC24V電源【6】。圖4.2 PLC電源接線圖 如圖4.2和圖3.3 圖 4.3模塊原理圖 PLC CPU-226在這里一共40個引腳,左右側(cè)輸入端引腳主要功能如表4.1和表4.2 表4.1 右側(cè)輸入端引腳主要功能 1L、

39、Q0.1、Q0.2 提升抱閘保護 Q1.1 回轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn) Q1.2 回轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn) Q1.3 回轉(zhuǎn)故障復(fù)位 Q1.5 提行正傳 Q1.6 提行反轉(zhuǎn) Q1.7 提行故障復(fù)位 2L AC220VPLC控制電源 Q0.4 回轉(zhuǎn)故障指示 Q0.5 提行故障指示 Q0.6 故障報警指示 Q0.7 系統(tǒng)作業(yè)計時器 L1、N AC220VPLC控制電源 表4.2 左側(cè)輸出端引腳主要功能 I0.0 提升行走備妥 I0.1 提升行走故障 I0.2 回轉(zhuǎn)備妥 I0.3 回轉(zhuǎn)故障 I0.4 提升運行 I0.5 回轉(zhuǎn)

40、正轉(zhuǎn) I0.6 回轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn) I1.0 回轉(zhuǎn)故障復(fù)位 I1.1 加壓連鎖 I1.2 提行柜風機開關(guān) I1.3 提行故障復(fù)位 I1.5 提升行走正轉(zhuǎn) I1.6 提升行走反轉(zhuǎn) 4.3　 牙輪鉆機變頻器接線圖分析 4.3.1　 回轉(zhuǎn)變頻器接線圖 如圖4.4可以就看出變頻器周圍設(shè)有回轉(zhuǎn)電機風機、回轉(zhuǎn)柜風機和回轉(zhuǎn)柜照明燈用來輔助工作。 控制牙輪鉆機回轉(zhuǎn)需要把PLC引腳輸出端和變頻器對應(yīng)引腳連接，以下是主要的引腳連接以及重要參數(shù)。 1、主回路回轉(zhuǎn)變頻器輸入端U1V1W1接至頻率固定的三相交流380V電源 ，輸出端U2V2W2輸出的是頻率在一定范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)

41、的三相交流電，接至60KW回轉(zhuǎn)電機M2。變頻器內(nèi)部DC24V供電。 2、Q3、Q4、Q5、Q6為低壓斷路器，起保護作用。 3、回轉(zhuǎn)變頻器DI1,DI2端與PLC輸出端 Q1.1、Q1.2相連，通過變頻器參數(shù)設(shè)置賦予DI1 ，DI2端正反轉(zhuǎn)控制功能，通過PLC控制Q1.1、Q1.2端的輸出來實現(xiàn)對DI1DI2端動作的間接控制。 4、變頻器DI3端與PLCQ 1.1相連，負責回轉(zhuǎn)故障復(fù)位 5、變頻器RO13端與PLC I0.2相連，負責回轉(zhuǎn)備妥 6、變頻器RO31端與PLCI0.3相連 ，負責回轉(zhuǎn)故障 圖4.4 回轉(zhuǎn)變頻器接線圖 7、變頻器VREF、AI1、GND端為回轉(zhuǎn)電機速度

42、調(diào)節(jié)，當工作需要回轉(zhuǎn)電機以不同速率運轉(zhuǎn)時，這個時候就需要用回轉(zhuǎn)變頻器來調(diào)節(jié)。 4.3.2　 提行變頻器接線圖 牙輪鉆機控制提行電機的變頻器接線圖如圖4.5，提行變頻器接線圖與回轉(zhuǎn)變頻器接線圖基本類似，在這里簡單介紹。 圖4.5 提行變頻器接線圖 主回路回轉(zhuǎn)變頻器輸入端U1V1W1接至頻率固定的三相交流380V電源 ，輸出端U2V1W2輸出的是頻率在一定范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)的三相交流電，接至75KW提行電機M1。變頻器內(nèi)部DC24V供電。 變頻器周圍同樣設(shè)有提行電機風機、提行柜風機和提行柜照明燈用來輔助工作。

43、 4.4　 牙輪鉆機梯形圖分析 通過PLC梯形圖可以一目了然地看出在牙輪鉆機的運行狀態(tài)，如下圖4.6和表4.3 圖4.6 PLC程序梯形圖 表4.3 牙輪鉆機運行狀態(tài) 系統(tǒng)名稱 燈亮的信號輸入點 （常開開關(guān)閉合） 燈滅的信號輸入點 （常閉開關(guān)打開） 燈亮的輸出點（電機工作） 提升行走正轉(zhuǎn)正常工作 I0.0 I1.1 I1.2 I1.5 I0.1 I1.6 Q1.5 提升行走反轉(zhuǎn)正常工作 I0.0 I1.1 I1.2 I1.6 I1.1 I1.5 Q1.6 回轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)正常工作 I

44、0.2 I1.7 I0.5 I0.3 Q0.2 Q1.1 回轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)正常工作 I0.2 I1.7 I0.6 I0.3 Q1.1 Q1.2 1、若常閉開關(guān)I0.1提行故障開關(guān)被打開，信號燈Q0.5發(fā)光提醒。這時候按下I1.3提行故障復(fù)位按鈕即可復(fù)位系統(tǒng)，同時信號燈Q1.7亮。如圖4.7 圖4.7 提行故障處理 2、若常閉開關(guān)I0.3回轉(zhuǎn)變頻故障開關(guān)被打開，信號燈Q0.4亮發(fā)光提醒。這時候按下I1.0回轉(zhuǎn)故障復(fù)位按鈕即可復(fù)位系統(tǒng)，同時信號燈Q1.3亮。如圖4.8 圖4.8 回轉(zhuǎn)故障處理 3、回轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)開關(guān)Q1.1閉合，回轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)工作的同時，Q0

45、.7系統(tǒng)作業(yè)計時器開始計時工作。如圖4.9 圖4.9 系統(tǒng)作業(yè)計時器 4、主控開關(guān)Q1.7閉合，Q0.1和Q0.2提升抱閘開關(guān)工作，這個時候提行功能被禁用，可以進行回轉(zhuǎn)工作模式。如圖4.10 圖4.10 提升抱閘  結(jié)　　論 KY-250D型鉆機在PLC和變頻器的控制下不僅工作效率會提升明顯而且安全性也得到了保障。鉆機的機械化程度很高，工作時會產(chǎn)生較大的沖擊振動和粉塵。因此，機械的維護和保養(yǎng)將極大地影響鉆機的使用壽命和生產(chǎn)效率。在使用、維護和管理設(shè)備的過程中，進行日常維護和定期維護。操作維護人員應(yīng)定期檢查液壓油的清潔度，及時清洗或更換機油濾清器，定期檢查液壓系統(tǒng)、壓力系統(tǒng)

46、和除塵系統(tǒng)的漏油、泄漏和泄漏，及時修復(fù)和更換密封件。定期潤滑電機部件，定期清理和清理所有地方的灰塵。油污；鏈條張力必須適中；如果發(fā)現(xiàn)松馳，立即調(diào)整；定期更換潤滑油；定期檢查電氣部件。這樣可以保證設(shè)備的安全高效運行。  致　　謝 論文即將完成之際，在此我要特別謝謝我的指導(dǎo)老師杜洋老師的熱情關(guān)懷和悉心指導(dǎo)。在我準備論文的過程中，杜洋老師傾注了非常多的汗水和心血，在論文后期的程序設(shè)計方面我和小組同學們有很多不理解的地方，杜洋老師一遍又一遍不耐其煩的為我們查證和講解，論文中有牙輪鉆機的物理結(jié)構(gòu)，老師特意跑了好幾次去現(xiàn)場拍照收集資料。老師悉心細致的教誨都給了我一種極大的動力，尤其是她的無私奉獻、

47、不慕榮利、嚴謹?shù)闹螌W精神和一絲不茍的工作作風都使我受益良多，在她的身上可以感受到作為一個教師的嚴謹和務(wù)實。在論文的寫作過程中，我遇到了許多困難，同時也得到了身邊同學們的寶貴建議，在此一并致以誠摯的謝意。最后，向在百忙中抽出時間對本文進行評審并提出寶貴意見的各位老師們表示衷心地感謝！  參考文獻 [1] 張運剛，宋小春，郭武強.從入門到精通—西門子S7-200 PLC技術(shù)與應(yīng)用[M].北京：人民郵電出版社，2007.6.2 [2] 李道霖，程傳紅 .電氣控制與PLC原理及應(yīng)用【M】.北京：電子工業(yè)出版社，2009.2 [3] ABB主編，ABBACS800固件手冊，2008 [4] 李玉國.ACS800變頻器在鉆機中的應(yīng)用[J].電氣應(yīng)用,2008(02):10-12. [5] 滿海波，趙春秋.PLC和變頻器在牙輪鉆機調(diào)速控制改造中的應(yīng)用【M】.攀枝花： 攀鋼集團，2015.05.11 [6] Michel Gilles.Programmabe Logic Controllers:Architecture and Application Wiley.1990.