礦井提升機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計

礦井提升機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計,礦井,提升,晉升,控制系統(tǒng),設(shè)計 蘭 州 大 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 0 摘 要 礦 井 提 升 機(jī) 是 礦 井 運 輸 的 重 要 設(shè) 備 ， 是 溝 通 礦 井 上 下 的 紐 帶 的 。 礦 井 提 升 機(jī) 的 可 靠 運 行 直 接 關(guān) 系 到 煤 礦 生 產(chǎn) 的 安 全 ， 礦 井 提 升 機(jī) 信 號 系 統(tǒng) 的 可 靠 性 和 準(zhǔn) 確 性 是 礦 井 提 升 和 安 全 運 輸 的 重 要 保 證 。 本 設(shè) 計 主 要 完 成 的 礦 井 提 升 機(jī) 信 號 系 統(tǒng) 設(shè) 計 和 組 態(tài) 設(shè) 計 。 設(shè) 計 中 運 用 PLC控 制 技 術(shù) ， PLC系 統(tǒng) 采 用 三 菱 公 司 的 FX2N系 列 作 為 主 控 制 器 ， 對 井 口 、 井 底 、 機(jī) 房 信 號 臺 進(jìn) 行 信 號 聯(lián) 絡(luò) 。 組 態(tài) 設(shè) 計 使 用 WINCC完 成 ， 能 夠 實 現(xiàn) 上 位 監(jiān) 控 功 能 。 使 用 編 程 軟 件 實 現(xiàn) 信 號 的 聯(lián) 絡(luò) 。 采 用 PLC控 制 不 但 提 高 了 信 號 傳 輸 的 可 靠 性 和 準(zhǔn) 確 性 ,而 且 具 有 極 大 的 靈 活 性 和 擴(kuò) 展 性 。 在 不 改 變 系 統(tǒng) 硬 件 的 前 提 下 ,僅 靠 改 變 PLC內(nèi) 部 的 程 序 就 可 滿 足 用 戶 要 求 。 有 效 地 解 決 了 信 號 系 統(tǒng) 中 的 遠(yuǎn) 距 離 傳 輸 和 可 靠 性 問 題 。 關(guān) 鍵 詞 ： 礦 井 提 升 機(jī) 信 號 系 統(tǒng) ； PLC； 上 位 監(jiān) 控 ; WINCC 蘭 州 大 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 1 Abstract Mine hoist is the important equipment of transportation, its 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 systems hardware, only change the program of PLC will meet users 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 . 蘭 州 大 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 2 目 錄 第 一 章 礦 井 提 升 機(jī) 信 號 系 統(tǒng) 概 述 .1 1.1 礦 井 提 升 機(jī) 信 號 系 統(tǒng) 的 背 景 . 1.2 本 次 畢 業(yè) 設(shè) 計 的 工 藝 及 要 求 . 1.2.1 工 藝 及 設(shè) 計 介 紹 . 1.2.2 功 能 . 1.2.3 設(shè) 計 簡 介 第 二 章 控 制 系 統(tǒng) 方 案 論 證 與 選 擇 . 2.1 系 統(tǒng) 總 體 設(shè) 計 思 想 .3 第 三 章 硬 件 設(shè) 計 .8 3.1 軌 道 開 關(guān) 設(shè) 計 .8 3.2 三 相 異 步 電 動 機(jī) .8 3.3 變 頻 器 .8 3.4 編 碼 器 .13 3.5PLC 設(shè) 計 .15 3.5.1Quamtum PLC 選 型 .15 3.5.2 PLC 模 塊 接 線 .20 3.5.3 主 從 站 連 接 .22 3 6 電 氣 元 件 選 型 .23 3 7 硬 件 原 理 圖 （ 如 大 圖 1 或 附 錄 一 示 ） .24 第 四 章 PLC 程 序 設(shè) 計 .26 4.1Concept2.5 簡 介 .26 蘭 州 大 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 3 4.2 編 程 步 驟 .27 4.2.1 模 塊 選 型 .27 4.2.2 地 址 分 配 .29 4.2.3 部 分 程 序 設(shè) 計 說 明 .31 4 3 程 序 流 程 圖 （ 附 錄 二 ） .33 4 4 程 序 梯 形 圖 （ 附 錄 三 ） .33 第 五 章 上 位 組 態(tài) 設(shè) 計 .34 5.1 組 態(tài) 軟 件 介 紹 .34 5.1.1 組 態(tài) 軟 件 的 發(fā) 展 歷 史 和 定 義 .35 5.1.2 組 態(tài) 軟 件 定 義 .35 5.2“組 態(tài) 王 ”組 態(tài) 軟 件 概 述 .36 5.2.1 組 態(tài) 王 軟 件 版 本 介 紹 .36 5.2.2“組 態(tài) 王 ”軟 件 的 功 能 分 析 .36 5.2.3 組 態(tài) 王 軟 件 的 組 成 .37 5.3“組 態(tài) 王 ”設(shè) 計 .38 5.3.1 組 態(tài) 王 中 工 程 的 建 立 .39 5.3.2 變 量 統(tǒng) 計 及 數(shù) 據(jù) 詞 典 的 建 立 .39 5.3.3 變 量 連 接 的 建 立 .40 5.4 組 態(tài) 王 的 使 用 .41 設(shè) 計 總 結(jié) .47 參 考 文 獻(xiàn) .48 英 文 翻 譯 .49 致 謝 .68 附 錄 一 見 系 統(tǒng) 硬 件 分 塊 圖 .69 附 錄 二 .69 附 錄 三 .75 蘭 州 大 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 4 蘭 州 大 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 5 第 一 章 礦 井 提 升 機(jī) 信 號 系 統(tǒng) 概 述 1.1 礦 井 提 升 機(jī) 信 號 系 統(tǒng) 的 背 景 礦 山 多 中 段 提 升 豎 井 ， 一 般 都 是 副 井 或 混 合 井 ， 其 提 升 任 務(wù) 繁 重 ,作 業(yè) 種 類 復(fù) 雜 ， 中 途 停 靠 頻 繁 。 因 此 ， 需 要 一 個 高 度 安 全 可 靠 、 功 能 完 善 ,由 可 編 程 序 控 制 器 programmable Logica controller， 簡 稱 PLC)為 控 制 核 心 的 提 升 信 號 系 統(tǒng) 。 國 內(nèi) 多 數(shù) 礦 山 的 豎 井 提 升 信 號 系 統(tǒng) ， 一 般 由 各 種 控 制 繼 電 器 和 主 令 開 關(guān) 構(gòu) 成 ， 且 多 為 20世 紀(jì) 50年 代 的 仿 蘇 產(chǎn) 品 。 它 的 突 出 特 點 是 用 “點 信 號 ”(即 電 鈴 振 響 或 指 示 燈 明 滅 的 次 數(shù) )來 代 表 各 種 提 升 信 號 。 例 如 有 的 公 司 以 一 長 點 表 示 要 罐 ,一 長 兩 短 表 示 上 行 ， 一 長 三 短 表 示 下 行 ， 兩 短 表 示 提 物 ， 三 短 表 示 提 人 等 等 。 各 提 升 中 段 發(fā) 出 的 點 信 號 直 接 傳 遞 到 井 口 總 信 號 房 ， 再 由 井 口 總 信 號 工 轉(zhuǎn) 發(fā) 到 提 升 機(jī) 房 。 這 種 系 統(tǒng) 信 號 簡 潔 ,操 作 方 便 ,快 慢 自 如 ， 多 年 來 已 沿 用 成 習(xí) ， 盡 管 各 單 位 點 信 號 的 組 合 方 式 有 所 不 同 ， 但 原 理 是 相 同 的 。 雖 然 這 種 信 號 系 統(tǒng) 結(jié) 構(gòu) 簡 單 、 操 作 方 便 ,但 存 在 如 下 缺 點 ： (1由 于 無 法 保 留 和 復(fù) 現(xiàn) 點 數(shù) ,所 以 信 號 識 別 全 憑 操 作 者 的 聽 覺 和 視 覺 ， 容 易 造 成 信 號 的 誤 認(rèn) 和 誤 傳 ,因 信 號 的 誤 認(rèn) 和 誤 傳 而 導(dǎo) 致 的 提 升 事 故 屢 見 不 鮮 。 (2信 號 之 間 、 信 號 系 統(tǒng) 與 提 升 機(jī) 電 控 系 統(tǒng) 之 間 沒 有 聯(lián) 鎖 ， 井 口 總 信 號 工 和 司 機(jī) 的 操 作 不 受 制 約 ， 很 容 易 因 誤 操 作 而 引 發(fā) 事 故 。 (3)聲 光 信 號 一 瞬 即 逝 ， 無 據(jù) 可 查 ， 一 旦 發(fā) 生 事 故 ， 給 事 故 分 析 帶 來 困 難 ,很 難 找 出 真 正 的 事 故 原 因 ， 致 使 同 類 事 故 重 復(fù) 發(fā) 生 。 (4) 由 于 信 號 稍 縱 即 逝 ， 操 作 人 員 的 精 力 必 須 高 度 集 中 ， 加 重 了 工 人 的 負(fù) 擔(dān) 。 近 年 來 ,研 制 成 功 的 、 且 已 為 許 多 礦 山 實 際 應(yīng) 用 的 PLC信 號 系 統(tǒng) ， 能 夠 克 服 上 述 缺 點 。 它 不 但 完 全 符 合 冶 金 礦 山 安 全 規(guī) 程 中 有 關(guān) 提 升 信 號 的 各 項 規(guī) 定 ， 而 且 保 留 了 原 信 號 系 統(tǒng) 的 特 點 和 操 作 習(xí) 慣 ， 技 術(shù) 改 造 方 便 ， 功 能 齊 全 。 新 型 礦 井 提 升 機(jī) 信 號 裝 置 的 使 用 有 效 地 解 決 了 在 微 機(jī) 系 統(tǒng) 中 信 號 的 遠(yuǎn) 距 離 傳 輸 和 可 靠 性 問 題 。 蘭 州 大 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 6 1.2 本 次 畢 業(yè) 設(shè) 計 的 工 藝 及 要 求 本 設(shè) 計 做 的 是 礦 井 提 升 機(jī) 信 號 系 統(tǒng) 設(shè) 計 ， 取 材 于 某 礦 山 提 升 機(jī) 信 號 系 統(tǒng) 工 程 實 例 ， 設(shè) 計 系 統(tǒng) 包 括 ： 車 房 信 號 臺 、 井 口 信 號 臺 、 井 下 各 中 段 信 號 臺 三 部 分 構(gòu) 成 。 各 部 分 由 井 口 信 號 臺 PLC集 中 控 制 ， 實 現(xiàn) 各 部 分 的 信 號 聯(lián) 絡(luò) 。 1.2.1 工 藝 及 設(shè) 計 介 紹 了 解 項 目 要 求 包 括 熟 悉 工 藝 條 件 及 要 求 ， 了 解 控 制 要 求 ， 確 定 控 制 方 案 包 括 根 據(jù) 工 藝 條 件 及 控 制 要 求 指 標(biāo) ， 被 控 對 象 的 特 點 確 定 難 點 。 確 定 整 體 控 制 方 案 包 括 系 統(tǒng) 的 設(shè) 計 設(shè) 計 依 據(jù) ， 控 制 設(shè) 計 包 括 電 器 的 選 擇 、 工 藝 設(shè) 計 、 控 制 器 設(shè) 備 及 元 器 件 的 選 擇 、 圖 紙 的 設(shè) 計 ， 軟 件 設(shè) 計 流 程 圖 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計 ， 軟 件 設(shè) 計 說 明 ， 具 體 的 編 程 設(shè) 計 ， 修 改 完 善 ， 系 統(tǒng) 的 安 裝 調(diào) 試 及 參 數(shù) 整 定 ， 操 作 說 明 書 。 為 了 具 體 去 做 本 次 設(shè) 計 ， 我 們 先 了 解 一 下 礦 井 提 升 機(jī) 信 號 系 統(tǒng) （ 其 設(shè) 備 配 置 示 意 圖 如 下 頁 圖 所 示 ） ： 目 前 ,國 內(nèi) 多 數(shù) 礦 山 傳 統(tǒng) 的 豎 井 提 升 信 號 系 統(tǒng) ， 一 般 由 各 種 控 制 繼 電 器 和 主 令 開 關(guān) 構(gòu) 成 ， 它 的 突 出 特 點 是 用 “點 信 號 ”。 礦 井 提 升 機(jī) 的 信 號 系 統(tǒng) 包 括 聲 、 光 信 號 、 輔 助 信 號 、 電 話 等 ,信 號 種 類 一 般 有 :工 作 執(zhí) 行 信 號 、 提 升 去 向 信 號 、 罐 位 信 號 、 提 升 種 類 信 號 、 檢 修 信 號 、 事 故 信 號 、 聯(lián) 絡(luò) 信 號 等 。 為 便 于 操 作 ,各 個 礦 山 企 業(yè) 均 制 定 了 相 應(yīng) 的 信 號 規(guī) 定 ， 如 規(guī) 定 聲 音 一 長 為 要 罐 、 二 短 為 上 行 、 三 短 為 下 行 等 ,并 輔 之 以 電 話 聯(lián) 系 。 但 是 ， 信 號 規(guī) 定 僅 僅 從 制 度 上 保 證 操 作 安 全 ， 實 際 上 并 不 能 保 證 生 產(chǎn) 中 不 發(fā) 生 事 故 。 這 是 因 為 :(1)信 號 是 由 人 來 執(zhí) 行 操 作 的 ， 人 所 處 的 環(huán) 境 因 素 不 同 ,精 神 狀 態(tài) 也 處 于 變 化 之 中 ， 難 免 發(fā) 生 誤 操 作 。 (2) 傳 統(tǒng) 的 信 號 系 統(tǒng) 沒 有 “記 憶 ”功 能 ， 即 無 法 “記 憶 ”起 井 下 各 中 段 所 發(fā) 出 的 信 號 ， 當(dāng) 提 升 機(jī) 司 機(jī) 注 意 力 不 集 中 或 離 崗 后 重 新 返 回 時 ， 由 于 無 法 確 認(rèn) 井 下 所 發(fā) 出 的 信 號 ， 極 易 誤 操 作 而 引 發(fā) 事 故 。 (3) 傳 統(tǒng) 的 繼 電 器 電 控 或 信 號 系 統(tǒng) ， 為 有 觸 點 系 統(tǒng) ， 元 件 易 發(fā) 生 故 障 ， 工 作 可 靠 性 差 ， 一 旦 控 制 閉 鎖 失 靈 ， 則 事 故 將 不 可 避 免 。 蘭 州 大 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 7 圖 1-1 設(shè) 備 配 置 示 意 圖 （ 實 際 做 時 只 有 兩 個 灌 位 ） 近 年 來 ， 研 制 成 功 的 、 且 已 為 許 多 礦 山 實 際 應(yīng) 用 的 PLC信 號 系 統(tǒng) ， 能 夠 克 服 上 述 缺 點 。 它 不 但 完 全 符 合 冶 金 礦 山 安 全 規(guī) 程 中 有 關(guān) 提 升 信 號 的 各 項 規(guī) 定 ， 而 且 保 留 了 原 信 號 系 統(tǒng) 的 特 點 和 操 作 習(xí) 慣 ， 技 術(shù) 改 造 方 便 ， 功 能 齊 全 。 采 用 PLC控 制 的 電 控 系 統(tǒng) ,能 按 照 國 家 安 全 規(guī) 程 的 有 關(guān) 規(guī) 定 ， 來 設(shè) 計 電 控 或 信 號 系 統(tǒng) 的 硬 件 和 軟 件 ， 并 可 對 系 統(tǒng) 進(jìn) 行 顯 示 和 控 制 ,只 有 當(dāng) 提 升 機(jī) 司 機(jī) 和 信 號 人 員 都 嚴(yán) 格 按 規(guī) 定 程 序 進(jìn) 行 操 作 無 誤 ,才 能 解 除 對 提 升 機(jī) 的 閉 鎖 。 一 套 完 備 的 PLC系 統(tǒng) ， 通 常 由 豎 井 信 號 、 工 業(yè) 電 視 監(jiān) 控 、 數(shù) 字 深 度 指 示 器 、 有 關(guān) 計 算 及 程 控 電 話 交 換 機(jī) 等 部 分 組 成 。 這 種 系 統(tǒng) 有 如 下 特 點 ： 蘭 州 大 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 8 (1) 提 升 系 統(tǒng) 增 加 了 自 動 控 制 的 功 能 。 例 如 ， 當(dāng) 井 下 發(fā) 出 緊 急 停 車 信 號 時 ， 能 自 動 使 提 升 機(jī) 停 車 并 進(jìn) 行 停 車 閉 鎖 。 除 此 之 外 ， 還 能 實 現(xiàn) 對 提 升 機(jī) 過 負(fù) 荷 和 各 種 故 障 的 檢 測 、 保 護(hù) 、 聯(lián) 鎖 及 罐 籠 對 位 等 功 能 。 (2) 顯 示 方 面 具 有 特 色 。 能 根 據(jù) 需 要 顯 示 井 下 各 個 中 段 的 情 況 和 顯 示 信 號 種 類 。 (3) 具 有 “記 憶 ”功 能 。 能 “記 憶 ”地 面 及 井 下 各 中 段 發(fā) 出 的 信 號 ， 包 括 各 種 檢 修 信 號 。 (4) 工 作 可 靠 性 高 。 由 于 PLC為 無 觸 點 系 統(tǒng) ,可 靠 性 更 高 ,尤 其 是 近 年 來 PLC 方 面 的 技 術(shù) 發(fā) 展 迅 速 ,使 由 PLC 組 成 的 系 統(tǒng) 的 抗 干 擾 能 力 越 來 越 強(qiáng) ,它 能 在 惡 劣 的 環(huán) 境 中 可 靠 地 工 作 ,較 為 適 合 礦 山 環(huán) 境 不 佳 的 特 點 。 (5) 控 制 程 序 可 變 ,具 有 很 好 的 柔 性 。 對 于 分 期 投 產(chǎn) 的 礦 山 企 業(yè) ,這 一 點 是 十 分 重 要 的 ， 因 為 ， 井 下 中 段 等 工 藝 條 件 變 化 之 后 ， 不 需 改 變 信 號 系 統(tǒng) 的 硬 件 ， 只 需 修 改 原 有 程 序 就 可 滿 足 新 的 要 求 。 新 型 礦 井 提 升 機(jī) 的 信 號 系 統(tǒng) ， 大 體 上 可 分 為 信 號 輸 入 、 信 號 輸 出 及 保 護(hù) 環(huán) 節(jié) 三 大 部 分 。 PLC 信 號 系 統(tǒng) 是 在 原 有 信 號 系 統(tǒng) 的 基 礎(chǔ) 上 ， 加 入 控 制 核 心 PLC 及 相 應(yīng) 裝 置 ， 將 老 系 統(tǒng) 的 點 信 號 送 入 PLC 輸 入 端 ， 經(jīng) 處 理 輸 出 各 種 指 令 或 保 護(hù) 信 號 。 它 具 有 以 下 功 能 ： 信 號 顯 示 和 保 留 ： 提 升 點 信 號 的 點 數(shù) 和 提 升 中 段 名 稱 分 別 用 數(shù) 碼 管 顯 示 ， 提 升 種 類 用 漢 字 顯 示 。 提 升 機(jī) 房 的 信 號 顯 示 器 ,只 顯 示 由 井 口 總 信 號 工 轉(zhuǎn) 發(fā) 的 信 號 點 數(shù) ， 井 口 和 各 中 段 的 信 號 顯 示 器 ， 既 顯 示 由 本 中 段 自 發(fā) 的 信 號 ， 又 顯 示 井 口 轉(zhuǎn) 發(fā) 的 信 號 。 這 些 顯 示 均 一 直 保 留 到 相 應(yīng) 的 提 升 過 程 結(jié) 束 ， 避 免 了 信 號 的 誤 認(rèn) 和 誤 傳 。 信 號 顯 示 和 保 留 ： 提 升 點 信 號 的 點 數(shù) 和 提 升 中 段 名 稱 分 別 用 數(shù) 碼 管 顯 示 , 提 升 種 類 用 漢 字 顯 示 。 提 升 機(jī) 房 的 信 號 顯 示 器 ， 只 顯 示 由 井 口 總 信 號 工 轉(zhuǎn) 發(fā) 的 信 號 點 數(shù) ， 井 口 和 各 中 段 的 信 號 顯 示 器 ， 既 顯 示 由 本 中 段 自 發(fā) 的 信 號 ,又 顯 示 井 口 轉(zhuǎn) 發(fā) 的 信 號 。 這 些 顯 示 均 一 直 保 留 到 相 應(yīng) 的 提 升 過 程 結(jié) 束 ， 避 免 了 信 號 的 誤 認(rèn) 和 誤 傳 。 信 號 閉 鎖 ： 當(dāng) 井 口 總 信 號 工 根 據(jù) 提 升 作 業(yè) 的 需 要 ,同 意 罐 籠 在 某 中 段 工 作 時 ,只 有 在 該 中 段 發(fā) 出 開 車 信 號 后 ,井 口 總 信 號 工 才 能 向 提 升 機(jī) 房 轉(zhuǎn) 發(fā) 出 工 蘭 州 大 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 9 作 信 號 。 否 則 ,即 使 中 段 轉(zhuǎn) 換 開 關(guān) 轉(zhuǎn) 到 去 向 井 口 的 位 置 ,井 口 總 信 號 工 也 無 法 向 提 升 機(jī) 房 發(fā) 出 開 車 信 號 ,實 現(xiàn) 了 罐 位 自 鎖 。 同 時 ,自 發(fā) 信 號 一 經(jīng) 發(fā) 出 ,系 統(tǒng) 自 動 閉 鎖 ,后 面 續(xù) 發(fā) 的 信 號 無 效 ,實 現(xiàn) 了 信 號 自 鎖 。 此 外 ,系 統(tǒng) 還 具 備 程 序 閉 鎖 ,上 下 行 信 號 閉 鎖 、 信 號 系 統(tǒng) 與 提 升 機(jī) 電 控 系 統(tǒng) 間 的 閉 鎖 等 功 能 。 總 之 ,PLC 電 控 系 統(tǒng) 不 僅 大 大 增 加 了 安 全 保 護(hù) 功 能 ,而 且 安 全 可 靠 ,操 作 方 便 ,維 修 容 易 ,值 得 大 力 推 廣 。 1.2.2 功 能 本 次 設(shè) 計 的 功 能 包 括 車 房 信 號 臺 、 井 口 信 號 臺 、 井 下 信 號 臺 三 部 分 的 各 自 功 能 以 及 它 們 之 間 的 相 互 聯(lián) 絡(luò) ： 車 房 信 號 臺 功 能 ： 井 口 、 井 下 提 升 信 號 的 數(shù) 字 顯 示 及 文 字 顯 示 。 包 括 運 人 、 運 物 、 檢 修 等 工 作 方 式 的 燈 光 顯 示 信 號 ， 上 行 、 下 行 ， 滿 上 ， 滿 下 ， 停 車 ， 急 停 等 工 作 執(zhí) 行 信 號 的 燈 光 和 數(shù) 顯 信 號 。 存 儲 井 口 信 號 臺 本 次 、 前 次 的 打 點 信 號 。 在 極 短 的 時 間 內(nèi) 響 應(yīng) 井 口 信 號 臺 發(fā) 出 的 指 令 ,控 制 絞 車 的 運 行 或 停 止 。 完 成 急 停 信 號 對 安 全 回 路 的 閉 鎖 、 停 車 信 號 ,閉 鎖 等 內(nèi) 容 。 井 口 信 號 臺 功 能 ： 完 成 各 種 提 升 信 號 的 按 鈕 檢 測 、 顯 示 及 聲 音 提 示 ， 包 括 運 人 、 運 物 、 檢 修 ， 水 平 聯(lián) 系 等 選 擇 按 鈕 ； 上 行 、 下 行 ， 滿 上 ， 滿 下 ， 停 車 、 急 停 等 信 號 按 鈕 ， 完 成 水 平 及 井 下 各 種 信 號 的 閉 鎖 和 監(jiān) 控 。 完 成 向 車 房 發(fā) 送 信 號 的 功 能 ， 完 成 本 次 、 前 次 的 打 點 信 號 的 存 儲 。 語 言 報 警 功 能 。 井 下 信 號 臺 功 能 ： 完 成 各 種 信 號 的 按 鈕 檢 測 、 顯 示 及 聲 音 提 示 ， 包 括 工 作 方 式 信 號 ， 工 作 執(zhí) 行 信 號 及 其 他 信 號 ； 完 成 本 水 平 各 種 信 號 的 閉 鎖 功 能 ， 完 成 向 井 口 發(fā) 送 信 號 的 功 能 。 完 成 對 信 號 的 存 儲 記 憶 功 能 。 1.2.3 設(shè) 計 簡 介 現(xiàn) 實 生 活 中 的 礦 井 有 多 個 灌 位 ， 就 像 電 梯 的 運 行 環(huán) 境 一 樣 ， 各 個 灌 位 就 像 每 個 樓 層 ， 車 房 信 號 臺 可 以 顯 示 提 升 機(jī) 所 在 的 具 體 灌 位 。 但 在 本 次 設(shè) 計 中 ， 喬 老 師 在 給 我 布 置 設(shè) 計 任 務(wù) 時 將 問 題 簡 單 化 了 ， 他 只 讓 我 做 兩 個 灌 位 ： 井 口 、 井 底 。 而 且 故 障 報 警 也 只 規(guī) 定 了 三 個 ： 過 電 流 報 警 ， 過 電 壓 報 警 提 升 機(jī) 故 障 報 警 。 該 信 號 系 統(tǒng) 的 關(guān) 鍵 是 信 號 聯(lián) 絡(luò) ， 在 井 底 信 號 臺 只 能 進(jìn) 行 按 鈕 輸 入 操 作 ， 蘭 州 大 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 10 車 房 信 號 臺 只 能 顯 示 輸 出 結(jié) 果 ， 井 口 信 號 臺 既 能 輸 入 又 能 進(jìn) 行 信 號 轉(zhuǎn) 發(fā) ， 在 各 自 灌 位 只 能 進(jìn) 行 一 些 特 定 的 操 作 ， 例 如 在 井 口 只 能 進(jìn) 行 井 口 發(fā) 灌 ， 要 灌 ， 下 行 等 操 作 。 若 操 作 不 正 常 或 誤 操 作 ， 信 號 將 解 除 ， 不 能 發(fā) 送 出 去 ， 只 能 是 井 底 、 井 口 信 號 一 致 且 無 誤 時 ， 才 能 在 井 口 進(jìn) 行 信 號 確 認(rèn) ， 而 后 信 號 轉(zhuǎn) 發(fā) 出 去 。 （ 注 ： 運 行 時 安 全 門 打 開 時 信 號 發(fā) 不 出 去 ， 一 切 信 號 將 解 除 。 ） 設(shè) 計 中 我 用 了 指 示 燈 、 響 鈴 、 蜂 鳴 器 作 為 輸 出 顯 示 。 用 不 同 聲 次 的 響 鈴 分 別 代 表 上 行 、 下 行 、 慢 上 、 慢 下 。 同 時 代 表 各 自 運 行 的 指 示 燈 亮 ， 并 且 有 文 字 顯 示 （ 文 字 注 釋 在 指 示 燈 的 下 面 ， 燈 亮 時 文 字 即 顯 示 出 來 ） 。 報 警 時 蜂 鳴 器 響 ， 且 代 表 不 同 故 障 的 各 自 故 障 指 示 燈 亮 ， 同 樣 有 輸 出 文 字 顯 示 。 由 于 在 設(shè) 計 中 除 了 電 流 檢 測 、 電 壓 檢 測 兩 個 模 擬 量 輸 入 外 其 余 的 全 是 數(shù) 字 量 （ 開 關(guān) 量 ） ， 因 此 信 號 采 集 非 常 簡 單 ， 可 直 接 由 開 關(guān) 量 送 給 PLC， 電 流 和 電 壓 的 信 號 由 電 量 變 送 器 （ 再 加 個 模 擬 塊 ） 傳 送 給 PLC。 圖 1-2提 升 系 統(tǒng) 平 臺 原 理 圖 第 二 章 控 制 系 統(tǒng) 方 案 論 證 與 選 擇 2.1 系 統(tǒng) 總 體 設(shè) 計 思 想 2.1.1 礦 井 提 升 機(jī) 信 號 系 統(tǒng) 的 控 制 系 統(tǒng) 我 們 在 對 礦 井 提 升 機(jī) 信 號 系 統(tǒng) 的 控 制 系 統(tǒng) 進(jìn) 行 選 擇 之 前 先 了 解 一 下 其 組 蘭 州 大 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 11 成 及 工 作 原 理 ： 礦 井 提 升 機(jī) 在 礦 山 、 建 筑 等 行 業(yè) 應(yīng) 用 非 常 廣 泛 , 是 集 機(jī) 、 電 于 一 體 的 大 型 復(fù) 雜 系 統(tǒng) 礦 井 提 升 機(jī) 是 礦 井 生 產(chǎn) 中 極 其 重 要 的 環(huán) 節(jié) , 是 礦 井 生 產(chǎn) 的 關(guān) 鍵 的 設(shè) 備 之 一 。 礦 井 提 升 機(jī) 是 聯(lián) 系 礦 山 井 上 和 井 下 的 “ 咽 喉 ” 設(shè) 備 , 主 要 用 于 提 運 煤 炭 和 煤 研 石 、 運 送 物 料 、 提 升 人 員 和 設(shè) 備 。 提 升 系 統(tǒng) 的 工 作 任 務(wù) 是 安 全 、 快 速 、 可 靠 、 高 效 地 完 成 提 升 運 輸 任 務(wù) , 而 安 全 運 行 是 最 重 要 的 。 礦 井 提 升 機(jī) 信 號 系 統(tǒng) 是 礦 井 提 升 機(jī) 的 重 要 組 成 部 分 ， 提 升 機(jī) 的 運 行 全 靠 信 號 系 統(tǒng) 的 信 號 發(fā) 出 。 該 系 統(tǒng) 工 作 的 關(guān) 鍵 是 信 號 如 何 聯(lián) 絡(luò) 。 礦 井 提 升 機(jī) 的 信 號 系 統(tǒng) 包 括 聲 、 光 信 號 。 輔 助 信 號 、 電 話 等 。 信 號 種 類 一 般 有 ： 工 作 執(zhí) 行 信 號 提 升 去 向 信 號 罐 位 信 號 、 提 升 機(jī) 種 類 信 號 、 檢 修 信 號 、 故 障 信 號 、 聯(lián) 絡(luò) 信 號 等 。 首 先 我 們 應(yīng) 清 楚 提 升 機(jī) 給 信 號 系 統(tǒng) 的 信 號 以 及 提 升 機(jī) 從 信 號 系 統(tǒng) 所 得 到 的 信 號 ,由 此 而 進(jìn) 行 各 種 操 作 。 圖 2-1 控 制 系 統(tǒng) 內(nèi) 容 2.1.2 系 統(tǒng) 總 體 設(shè) 計 本 設(shè) 計 以 某 礦 山 提 升 機(jī) 信 號 系 統(tǒng) 工 程 實 例 基 礎(chǔ) 。 信 號 系 統(tǒng) 有 保 護(hù) 系 統(tǒng) 、 信 號 系 統(tǒng) 、 和 信 號 輸 入 。 信 號 系 統(tǒng) 有 功 能 信 號 （ 運 人 、 運 物 、 運 礦 、 檢 修 、 上 行 、 下 行 ） ， 罐 籠 去 向 （ 井 口 、 井 底 ） ， 罐 位 （ 井 口 、 井 底 ） 。 注 ： 本 設(shè) 計 罐 位 不 包 括 井 下 各 中 段 ， 只 有 井 口 、 井 底 兩 罐 位 。 如 2-1 圖 所 示 。 蘭 州 大 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 12 設(shè) 計 內(nèi) 容 包 括 三 大 部 分 ： 井 口 信 號 臺 、 井 底 信 號 臺 、 以 及 車 房 信 號 臺 。 系 統(tǒng) 設(shè) 計 要 求 能 實 時 反 映 提 升 機(jī) 的 各 種 狀 態(tài) 及 罐 位 。 且 井 口 井 底 的 輸 出 一 致 經(jīng) 信 號 確 認(rèn) 后 ， 方 可 發(fā) 送 信 號 到 車 房 信 號 臺 。 兩 罐 位 信 號 部 一 致 或 誤 操 作 ， 信 號 會 解 除 。 不 能 發(fā) 送 。 需 重 新 進(jìn) 行 信 號 聯(lián) 絡(luò) 。 2.2 控 制 系 統(tǒng) 方 案 論 證 與 選 擇 根 據(jù) 上 述 工 藝 介 紹 及 設(shè) 計 要 求 ， 要 完 成 任 務(wù) 有 多 種 選 擇 方 案 ， 可 以 由 各 種 控 制 繼 電 器 和 主 令 開 關(guān) 構(gòu) 成 ， 它 的 突 出 特 點 是 “點 信 號 ”（ 電 鈴 震 響 或 指 示 燈 明 滅 的 次 數(shù) ） 來 代 表 各 種 提 升 信 號 。 各 提 升 中 段 的 點 信 號 直 接 傳 送 到 井 口 總 信 號 房 ， 再 由 井 口 總 信 號 工 轉(zhuǎn) 發(fā) 到 提 升 機(jī) 房 。 也 可 以 采 用 單 片 機(jī) 作 為 主 控 制 系 統(tǒng) 。 控 制 臺 通 過 單 片 機(jī) 的 串 行 口 來 實 現(xiàn) 主 從 式 多 級 通 訊 ,系 統(tǒng) 以 上 井 口 控 制 臺 作 為 主 控 制 臺 ,下 井 口 、 絞 車 房 控 制 臺 為 從 控 制 臺 。 也 可 以 采 用 PLC作 為 信 號 系 統(tǒng) 的 控 制 系 統(tǒng) ， 可 在 井 口 、 井 底 、 車 房 信 號 臺 給 用 一 個 PLC 亦 可 以 只 在 井 口 使 用 PLC， 原 理 和 使 用 繼 電 器 的 一 樣 ， 都 通 過 井 口 信 號 工 的 信 號 確 認(rèn) 以 及 轉(zhuǎn) 發(fā) ， 完 成 信 號 系 統(tǒng) 的 功 能 。 2.1.1 方 案 一 采 用 繼 電 器 和 主 令 開 關(guān) 構(gòu) 成 主 回 路 。 采 用 點 信 號 來 代 表 各 種 提 升 信 號 。 例 如 以 一 長 點 表 示 要 罐 ,一 長 兩 短 表 示 上 行 ,一 長 三 短 表 示 下 行 ,兩 短 表 示 提 物 ,三 短 表 示 提 人 等 等 。 這 種 信 號 系 統(tǒng) 結(jié) 構(gòu) 簡 單 、 操 作 方 便 ,但 存 在 如 下 缺 點 : (1) 由 于 無 法 保 留 和 復(fù) 現(xiàn) 點 數(shù) ,所 以 信 號 識 別 全 憑 操 作 者 的 聽 覺 和 視 覺 ,容 易 造 成 信 號 的 誤 認(rèn) 和 誤 傳 ,因 信 號 的 誤 認(rèn) 和 誤 傳 而 導(dǎo) 致 的 提 升 事 故 屢 見 不 鮮 。 (2) 信 號 之 間 、 信 號 系 統(tǒng) 與 提 升 機(jī) 電 控 系 統(tǒng) 之 間 沒 有 聯(lián) 鎖 ,井 口 總 信 號 工 和 司 機(jī) 的 操 作 不 受 制 約 ,很 容 易 因 誤 操 作 而 引 發(fā) 事 故 。 (3) 聲 光 信 號 一 瞬 即 逝 ,無 據(jù) 可 查 ,一 旦 發(fā) 生 事 故 ,給 事 故 分 析 帶 來 困 難 ,很 難 找 出 真 正 的 事 故 原 因 ,致 使 同 類 事 故 重 復(fù) 發(fā) 生 。 (4) 由 于 信 號 稍 縱 即 逝 ,操 作 人 員 的 精 力 必 須 高 度 集 中 ,加 重 了 工 人 的 負(fù) 擔(dān) 。 以 上 缺 點 嚴(yán) 重 影 響 了 提 升 機(jī) 運 行 的 安 全 ， 傳 統(tǒng) 的 繼 電 器 信 號 系 統(tǒng) 為 有 觸 點 系 統(tǒng) ， 元 件 易 發(fā) 生 故 障 。 工 作 可 靠 性 差 ， 一 旦 控 制 或 閉 鎖 失 靈 ， 則 事 故 將 不 可 避 免 。 此 信 號 系 統(tǒng) 正 在 被 淘 汰 。 蘭 州 大 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 13 2.1.2 方 案 二 該 控 制 系 統(tǒng) 采 用 了 先 進(jìn) 的 數(shù) 字 通 信 技 術(shù) ,該 系 統(tǒng) 分 上 井 口 、 下 井 口 和 絞 車 房 三 個 控 制 臺 ,各 控 制 臺 采 用 MCS89C51 單 片 機(jī) 作 CPU ,控 制 臺 通 過 單 片 機(jī) 的 串 行 口 來 實 現(xiàn) 主 從 式 多 級 通 訊 ,系 統(tǒng) 以 上 井 口 控 制 臺 作 為 主 控 制 臺 ,下 井 口 、 絞 車 房 控 制 臺 為 從 控 制 臺 。 下 井 口 到 上 井 口 需 兩 對 電 纜 。 各 控 制 臺 還 配 有 數(shù) 字 、 漢 字 提 示 ,語 音 提 示 ,這 樣 既 照 顧 了 操 作 人 員 的 習(xí) 慣 操 作 ,又 減 輕 了 工 作 人 員 的 負(fù) 擔(dān) 。 同 時 ,增 加 了 信 號 的 存 儲 功 能 ,便 于 以 后 的 查 證 。 系 統(tǒng) 采 用 分 時 的 半 雙 工 通 訊 電 路 ,通 過 改 變 電 平 來 分 時 完 成 對 下 井 口 和 絞 車 房 的 通 訊 。 其 原 理 框 圖 見 下 圖 所 示 。 2-2 系 統(tǒng) 原 理 框 圖 新 型 礦 井 提 升 機(jī) 信 號 裝 置 在 系 統(tǒng) 設(shè) 計 中 應(yīng) 用 了 先 進(jìn) 的 單 片 機(jī) 技 術(shù) 、 數(shù) 字 通 信 技 術(shù) 和 漢 字 顯 示 技 術(shù) , 具 有 聲 光 兼 備 、 漢 字 顯 示 、 數(shù) 字 存 儲 、 故 障 診 斷 、 安 全 閉 鎖 保 護(hù) 等 特 點 。 尤 其 在 通 信 方 面 , 采 用 了 數(shù) 字 通 信 技 術(shù) , 只 需 兩 對 普 通 電 纜 , 且 信 號 種 類 和 數(shù) 量 不 受 限 制 , 提 高 了 信 號 傳 輸 的 可 靠 性 和 靈 活 蘭 州 大 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 14 性 , 功 能 靈 活 多 樣 , 擴(kuò) 展 方 便 。 新 型 礦 井 提 升 機(jī) 信 號 裝 置 的 使 用 有 效 地 解 決 了 在 微 機(jī) 系 統(tǒng) 中 信 號 的 遠(yuǎn) 距 離 傳 輸 和 可 靠 性 問 題 。 該 控 制 系 統(tǒng) 功 能 齊 全 ， 下 井 口 到 上 井 口 只 需 兩 對 電 纜 ,既 方 便 又 經(jīng) 濟(jì) 。 各 控 制 臺 還 配 有 數(shù) 字 、 漢 字 提 示 ,語 音 提 示 ,這 樣 既 照 顧 了 操 作 人 員 的 習(xí) 慣 操 作 ,又 減 輕 了 工 作 人 員 的 負(fù) 擔(dān) 。 同 時 ,增 加 了 信 號 的 存 儲 功 能 ,便 于 以 后 的 查 證 。 但 煤 礦 工 作 環(huán) 境 惡 劣 ,各 種 電 機(jī) 的 頻 繁 啟 動 與 運 行 引 起 的 電 磁 干 擾 以 及 電 網(wǎng) 的 不 穩(wěn) 定 ,對 通 訊 信 號 和 通 訊 裝 置 都 將 產(chǎn) 生 巨 大 的 影 響 。 2.1.3 方 案 三 在 井 口 信 號 臺 使 用 PLC， 井 底 只 進(jìn) 行 按 鈕 操 作 ， 車 房 只 能 顯 示 輸 出 結(jié) 果 ： 如 文 字 顯 示 各 種 工 作 執(zhí) 行 信 號 和 罐 位 信 號 ， 聲 音 提 示 運 行 狀 態(tài) 及 故 障 。 各 部 分 的 邏 輯 控 制 中 心 均 由 日 本 三 菱 公 司 生 產(chǎn) 的 PLC 所 構(gòu) 成 。 信 號 有 模 擬 信 號 和 數(shù) 字 信 號 ， 大 部 分 是 開 關(guān) 量 ， 可 直 接 傳 送 給 PLC， 模 擬 信 號 由 電 量 變 送 器 再 用 模 擬 輸 入 模 塊 FX2N-2AD傳 送 給 PLC。 各 部 分 之 間 的 信 號 經(jīng) 信 號 確 認(rèn) ， 直 接 轉(zhuǎn) 發(fā) 到 PLC。 車 房 信 號 臺 安 裝 在 絞 車 司 機(jī) 房 內(nèi) ,井 口 、 井 下 信 號 臺 分 別 安 裝 在 井 口 、 井 下 的 信 號 房 內(nèi) 。 井 口 、 井 下 罐 位 信 號 由 光 電 開 關(guān) 采 集 。