基于PLC控制的變頻調(diào)速在礦井提升裝置中的應(yīng)用設(shè)計(jì)

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摘 要礦井提升機(jī)是礦山最重要的設(shè)備，肩負(fù)著礦石、物料、人員等的運(yùn)輸責(zé)任。傳統(tǒng)的礦井提升機(jī)控制系統(tǒng)主要采用繼電器-接觸器進(jìn)行控制，這類提升機(jī)通常在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路中串接附加電阻進(jìn)行啟動(dòng)和調(diào)速。這種控制系統(tǒng)存在可靠性差、操作復(fù)雜、故障率高、電能浪費(fèi)大、效率低等缺點(diǎn)。因此對(duì)礦井提升機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行研究具有現(xiàn)實(shí)意義，也是國內(nèi)外相關(guān)行業(yè)專家學(xué)者的一個(gè)研究課題。本文針對(duì)提升機(jī)控制系統(tǒng)中存在的上述問題，把可編程序控制器和變頻器應(yīng)用于提升機(jī)控制系統(tǒng)上，并對(duì)其作一些淺在的改進(jìn)：根據(jù)提升機(jī)的運(yùn)行特點(diǎn)，控制系統(tǒng)采用工控機(jī)監(jiān)控提升機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng),該系統(tǒng)主要由上位機(jī)(工控機(jī)或觸摸屏)，下位機(jī)(PLC控制系統(tǒng))、變頻調(diào)速系統(tǒng)等組成。主控系統(tǒng)采用PLC系統(tǒng)，硬件簡潔、軟件靈活性強(qiáng)、調(diào)試方便、維護(hù)量小，配合一些專用電子模塊組成的提升機(jī)控制設(shè)備，可供控制高壓帶動(dòng)動(dòng)力制動(dòng)或低頻制動(dòng)等。同時(shí)能檢測各電機(jī)故障現(xiàn)象并送往上位機(jī)顯示。減少了傳統(tǒng)繼電器接觸式控制系統(tǒng)的中間環(huán)節(jié)，減少了硬件和控制線，極大提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，可靠性。電氣拖動(dòng)單元采用目前先進(jìn)的變頻調(diào)速方案。采用矢量控制技術(shù)適合提升機(jī)工作環(huán)境，只需在控制單元給出對(duì)變頻器的控制命令(正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、多段速等)即可使提升機(jī)按照設(shè)定的速度曲線運(yùn)行，滿足提升階段穩(wěn)定運(yùn)行的要求。安全性能方面，一旦出現(xiàn)故障，安全電路立即斷開，系統(tǒng)進(jìn)行緊急制動(dòng)，采用備用啟動(dòng)編碼器控制操作方案。同時(shí)保證工人緊急逃生，保障人身安全！另外其他方面減少人員工作量改進(jìn)過程中采用了自動(dòng)裝卸料，既減少成本，也提高了工作效率。關(guān)鍵字：PLC 礦用提升機(jī) 變頻調(diào)速 AbstractMine hoist is the most important mining equipment, ore shoulder, materials, personnel, transportation responsibility. Traditional mine hoist control system is mainly used to control relays - contactor, such hoist motor is usually additional resistance in series with the rotor circuit to start and speed control. This control system has poor reliability, operational complexity, high failure rate, energy wastage, efficiency and low defects. So for mine hoist control system research has practical significance, but also domestic and foreign industry experts, a research topic.This elevator control system for the existence of the above problem, the programmable logic controller and inverter used in elevator control system, and make some light in their improvements:According to the operational characteristics of the elevator control system IPC VVVF elevator control system, mainly by the host computer (IPC or touch screen), the next bit machine (PLC control system), frequency control system, etc Main control system uses PLC system, the hardware simple, software flexibility, easy debugging, maintaining a small amount, with a number of specialized electronic modules of the elevator control equipment for control of low frequency high voltage to drive dynamic braking or braking. At the same time be able to detect the motor symptoms and sent to the host computer display. Reduce the traditional relay contact in the middle part of the control system, reducing hardware and control lines, which greatly improves system stability and reliability. Drag the unit uses electrical current advanced frequency control scheme. The use of vector control technology for elevator work environment, just given of the inverter control unit control commands (forward, reverse, multi-speed, etc.) can make elevator operation in accordance with set speed curve to meet the improved phase stable operation requirements.Safety performance, the event of a failure, the safety circuit immediately disconnect the emergency brake system, the encoder to start using alternate control operation of the program. While ensuring that emergency workers to escape, to protect the personal safety! In addition to improve other aspects of the process of reducing staff workload using the automatic loading and unloading, both to reduce costs, improve work efficiency.Keyword : PLC 、 Mine Hoist 、Frequency第1章 緒 論礦井提升機(jī)是機(jī)、電、液一體化的大型機(jī)械，廣泛用于煤炭、有色金屬、黑色金屬、非金屬、化工等礦山的豎井、斜井，是生產(chǎn)運(yùn)輸?shù)闹饕ぞ摺Ｔ诿禾可a(chǎn)中提升機(jī)擔(dān)負(fù)著提升煤炭、矸石、下放材料、升降人員和設(shè)備的任務(wù)，是聯(lián)系井上與井下的唯一途徑，素有礦井“咽喉”之稱。提升機(jī)的電力傳動(dòng)特性復(fù)雜，電動(dòng)機(jī)頻繁正反向，經(jīng)常處于過負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)和電動(dòng)、制動(dòng)不斷地轉(zhuǎn)換的狀態(tài)中。對(duì)提升機(jī)來說，運(yùn)行的安全、可靠性是至關(guān)重要的，主并直接關(guān)系到礦山的生產(chǎn)效率，作為運(yùn)送人員的副井，一旦發(fā)生故障,往往造成機(jī)毀人亡。提升機(jī)運(yùn)行的安全可靠性不僅直接影響整個(gè)礦井的生產(chǎn)能力，影響整個(gè)礦山的經(jīng)濟(jì)效益，而且還涉及到井下工作人員的生命安全。因此，研制并制造即安全可靠又節(jié)省能源的提升機(jī)是煤礦安全生產(chǎn)的一項(xiàng)重要課題。20世紀(jì)70年代后期，隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，可編程控制器更多地具有了計(jì)算機(jī)的功能，不僅用邏輯編程取代硬連線邏輯，還增加了運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送和處理等功能，真正成為一種電子計(jì)算機(jī)工業(yè)控制裝置，而且做到了小型化和超小型化。這種采用微電腦技術(shù)的工業(yè)控制裝置的功能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了邏輯控制、順序控制的范圍，故稱可編程控制器，簡稱：PLC.可編程控制器的迅速發(fā)展應(yīng)用到了各大領(lǐng)域，本課題就是通過運(yùn)用PLC的特性、控制系統(tǒng)的能力，完成對(duì)提升機(jī)的控制。 礦井提升機(jī)對(duì)安全性、可靠性和調(diào)速性能的特殊要求，使得提升機(jī)電控系統(tǒng)的技術(shù)水平在一定程度上代表一個(gè)廠或國家的傳動(dòng)控制技術(shù)水平。比較國內(nèi)外礦用提升機(jī)系統(tǒng)，具體來說國外礦井提升機(jī)在電控方面的應(yīng)用特點(diǎn)有以下幾個(gè)方面：提升工藝過程微機(jī)控制提升行程控制提升過程監(jiān)視安全回路當(dāng)前國內(nèi)提升機(jī)電控絕大多數(shù)還是轉(zhuǎn)子回路串電阻分段控制的交流繞線式電機(jī)繼電器接觸器系統(tǒng)，設(shè)備陳舊、技術(shù)落后。而且這種控制方式存在著很多的問題. 因此，需要研制更加安全可靠的控制系統(tǒng)，使提升機(jī)運(yùn)行的可靠性和安全性得到提高。在提升機(jī)控制系統(tǒng)中應(yīng)用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)和變頻調(diào)速技術(shù)，對(duì)原有提升機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)換代。就計(jì)算機(jī)技術(shù)在工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用情況而言，可編程控制器(PLC)是目前作為工業(yè)控制最理想的機(jī)型，它是采用計(jì)算機(jī)技術(shù)、按照事先編好并儲(chǔ)存在計(jì)算機(jī)內(nèi)部一段程序來完成設(shè)備的操作控制。采用PLC控制，硬件簡潔、軟件靈活性強(qiáng)、調(diào)試方便、維護(hù)量小，PLC技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種提升機(jī)控制。第2章 礦井提升機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)2.1 控制單元基本原理我國提升機(jī)設(shè)備中，普遍使用TKD系統(tǒng)(全數(shù)字交流電控系統(tǒng))，這種控制系統(tǒng)是采用繼電器有觸點(diǎn)的邏輯控制，以磁放大器為核心組成模擬量閉環(huán)調(diào)節(jié)。在繼電器控制系統(tǒng)中，要完成一個(gè)控制任務(wù)，支配控制系統(tǒng)工作的“程序”是由各分立元件(繼電器、接觸器、電子元件等)用導(dǎo)線連接起來加以實(shí)現(xiàn)的，這樣的控制系統(tǒng)稱為接線程序控制系統(tǒng)。在接線程序控制系統(tǒng)中，控制程序的修改必須通過改變接線來實(shí)現(xiàn)。一個(gè)是繼電器控制系統(tǒng)，它是由繼電器、接觸器用導(dǎo)線連接起來以實(shí)現(xiàn)控制程序的，其輸入對(duì)輸出的控制通過接線程序來實(shí)現(xiàn)，輸入設(shè)備(按鈕、行程開關(guān)、限位開關(guān)、傳感器等)用以向系統(tǒng)送入控制信號(hào)。輸出設(shè)備(接觸器、電磁閥等執(zhí)行元件)用以控制生產(chǎn)機(jī)械和生產(chǎn)過程中的各種被控對(duì)象(電動(dòng)機(jī)、電爐、電磁閥門等)。幾十年來，這種控制系統(tǒng)由于受元件水平的限制而存在著缺陷，突出表現(xiàn)在：(1)使用大量繼電器、接觸器及其它分立電子元件，系統(tǒng)體積大，運(yùn)行噪聲大，功耗高，接線復(fù)雜，故障率高，工作穩(wěn)定性和可靠性差，控制速度慢，控制精度差，功能改變難度大，使用壽命短。(2)在啟動(dòng)過程中，由于罐籠的實(shí)際載重量不同，實(shí)際的加速過程并非按照預(yù)定的設(shè)計(jì)參數(shù)運(yùn)行，常常出現(xiàn)停車不準(zhǔn)確甚至提前停車現(xiàn)象。(3)采用磁放大器做調(diào)節(jié)控制，穩(wěn)定性差，線性度差，調(diào)速精度很難保證。(4)系統(tǒng)安全保護(hù)環(huán)節(jié)不全面，工作不可靠，故障顯示不直觀，分析查找故障難度大，缺乏運(yùn)行參數(shù)顯示功能。(5)調(diào)速性能差，機(jī)械沖擊大，人員乘車舒適性差。這些不足主要是因?yàn)椴捎美^電器控制方式造成的，在這種控制方式下繼續(xù)改善的余地不大。如果對(duì)該豎井提升機(jī)電控系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造，那么需要改變控制策略，采用當(dāng)代高新實(shí)用技術(shù)來控制，使之成為安全、可靠、高效率、自動(dòng)化程度高的電控系統(tǒng)。是可編程序邏輯控制器(Programmable Logic Controller)，簡稱PLC，PLC技術(shù)是現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化的重要手段，由它構(gòu)成的控制系統(tǒng)邏輯控制由PLC通過軟件編程實(shí)現(xiàn)，柔性強(qiáng)，控制功能多，控制線路大大簡化；PLC的輸入腧出回路均帶有光電隔離等抗干擾和過載保護(hù)措施，程序運(yùn)行為循環(huán)掃描工作方式，且有故障檢測及診斷程序，可靠性極高；PLC控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為模塊化結(jié)構(gòu)，維護(hù)更換方便，并可顯示故障類型。另一個(gè)是編程控制器控制系統(tǒng)，其輸入設(shè)備和輸出設(shè)備與繼電器控制系統(tǒng)相同，但它們是直接接到可編程序控制器的輸入端和輸出端的?？刂瞥绦蚴峭ㄟ^一個(gè)編程器寫到可編程控制器的程序存儲(chǔ)器中。每個(gè)程序語句確定了一個(gè)順序，運(yùn)行時(shí)依次讀取存儲(chǔ)器中的程序語句，對(duì)它們的內(nèi)容進(jìn)行解釋并加以執(zhí)行，執(zhí)行結(jié)果用以接通輸出設(shè)備，控制被控對(duì)象工作。在存儲(chǔ)程序控制系統(tǒng)中，控制程序的修改不需要通過改變控制器內(nèi)部的接線(即硬件)，而只需通過編程器改變程序存儲(chǔ)器中某些語句的內(nèi)容。對(duì)于一般提升機(jī)電控系統(tǒng)來說，采用一套中小容量的PLC即可滿足要求，其價(jià)格也不高。如果采用PLC技術(shù)對(duì)TKDA電控系統(tǒng)進(jìn)行改造，把原來由各種電器通過連線而實(shí)現(xiàn)的邏輯控制改由PLC通過軟件編程實(shí)現(xiàn)，則控制線路將大大簡化，設(shè)備體積、設(shè)備維修量將大大減小，抗干擾能力將大大增強(qiáng)，工作可靠性將大大提高，工藝改變時(shí)只需要改變控制程序即可。改造時(shí)保持原有的操作方式、按鈕、開關(guān)、主令控制器作用不變，則用戶使用起來將非常方便，不需要適應(yīng)期。同時(shí)可以利用PLC的高速計(jì)數(shù)功能、網(wǎng)絡(luò)通信功能、故障檢測及診斷功能、信號(hào)顯示功能等來增加一些新的控制功能，安全性將大大提高，運(yùn)行將更加平穩(wěn)、準(zhǔn)確，完全能夠滿足礦山生產(chǎn)的苛刻要求，而且投資相對(duì)較少，性價(jià)比較高，具有很強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值?？删幊炭刂破鞯母呖煽啃浴⒖垢蓴_能力強(qiáng)，編程簡單，操作方便，設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試、維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)適合工業(yè)控制的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，能較好的解決工業(yè)控制領(lǐng)域中普遍關(guān)心的可靠、安全、靈活、方便、經(jīng)濟(jì)等問題.2.2提升機(jī)交流調(diào)速方式礦井提升機(jī)，從電力拖動(dòng)而言，可分為交流拖動(dòng)和直流拖動(dòng)兩大類目前交流調(diào)速最有前途的是變頻調(diào)速技術(shù)，在變頻調(diào)速技術(shù)中矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制都能滿足提升機(jī)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載這一特征，所以在提升機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中這兩種調(diào)速方案將是重要發(fā)展方向。在傳統(tǒng)的礦井提升機(jī)的交流拖動(dòng)系統(tǒng)中選用繞線式異步電動(dòng)機(jī)作為主拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)，在繞線式異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子回路串接電阻或頻敏變阻器，可以改善動(dòng)態(tài)性能，不但可以減小啟動(dòng)電流，還可以增加啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，并能在一定范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)速還可以實(shí)現(xiàn)全頻率(0-50HZ)范圍內(nèi)的恒轉(zhuǎn)矩控制。提升機(jī)的基本參數(shù)：電機(jī)功率55KW，卷筒直徑1200 mm，減速器減速比24:1，最高運(yùn)行速度2.5 m/s，鋼絲繩長度為120m。如圖2-1為提升機(jī)轉(zhuǎn)子串入八段電阻調(diào)速原理圖。 圖2-2 提升機(jī)八段轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速原理圖2.3系統(tǒng)設(shè)計(jì)(1)主控系統(tǒng)系統(tǒng)的主控系統(tǒng)采用三菱FX2N系列的可編程控制器，一備一用互為熱備，當(dāng)主PLC發(fā)生故障的時(shí)候可以迅速切換備用PLC不影響生產(chǎn)。在井筒及深指器各階段安裝行程開關(guān)，用以確定罐籠位置，并相互校驗(yàn)，達(dá)到停車位的精確控制。程序編制滿足提升機(jī)自動(dòng)和手動(dòng)兩種工作方式，并可方便的轉(zhuǎn)換。(2)變頻調(diào)速系統(tǒng)調(diào)速系統(tǒng)采用森蘭變頻器，提升機(jī)的負(fù)載特性為恒轉(zhuǎn)矩位能負(fù)載，起動(dòng)力矩較大，選用變頻器時(shí)適當(dāng)?shù)亓粲杏嗔?，因此，森蘭SB61G75KW變頻器。由于提升機(jī)電機(jī)絕大部分時(shí)間都處于電動(dòng)狀態(tài)，僅在少數(shù)時(shí)間有再生能量產(chǎn)生，變頻器接入一制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻，就可以滿足重車下行時(shí)的再生制動(dòng)，實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)的下行（3）礦井提升機(jī)變頻調(diào)速方案 圖3-1第3章 變頻器概述3.1變頻器的發(fā)展1、變頻器的發(fā)展變頻調(diào)速技術(shù)涉及到電力、電子、電工、信息與控制等多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域。隨著電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展，以變頻調(diào)速為代表的近代交流調(diào)速技術(shù)有了飛速的發(fā)展。變頻調(diào)速傳動(dòng)克服了直流電動(dòng)機(jī)的缺點(diǎn)，發(fā)揮了交流電動(dòng)機(jī)本身固有的優(yōu)點(diǎn)(結(jié)構(gòu)簡單、堅(jiān)固耐用、經(jīng)濟(jì)可靠、動(dòng)態(tài)響應(yīng)好等)，并且很好地解決了交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速性能不足的問題。20世紀(jì)是電力電子變頻技術(shù)由誕生到發(fā)展的一個(gè)全盛時(shí)代。最初的交流變頻調(diào)速理論誕于20 年代，直到60年代，隨著電力電子器件的發(fā)展，變頻調(diào)速技術(shù)才開始向?qū)嵱梅较虬l(fā)展。70年代變頻調(diào)速技術(shù)有了很大發(fā)展并得到推廣應(yīng)用。80年代，變頻調(diào)速產(chǎn)品化，性能也不斷提高，并部分取代了直流調(diào)速。進(jìn)入90年代，由于新型電力電子器件發(fā)展及性能的提高、計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，極大地提高了變頻調(diào)速的技術(shù)性能，促進(jìn)了變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展，使變頻器在調(diào)速范圍、驅(qū)動(dòng)能力、調(diào)速精度、動(dòng)態(tài)響應(yīng)、輸出性能、功率因數(shù)、運(yùn)行效率及使用的方便性等方面大大超過了其他常規(guī)交流調(diào)速方式，其性能指標(biāo)亦已超過了直流調(diào)速系統(tǒng)，達(dá)到取代直流調(diào)速系統(tǒng)的地步。目前，交流變頻調(diào)速以其優(yōu)異的性能而深受各行業(yè)的普遍歡迎，變頻調(diào)速技術(shù)取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。在功率器件方面，近年來高電壓、大電流的晶閘管、GTO、IGBT 以及IGCT 等器件的生產(chǎn)以及并聯(lián)、串聯(lián)技術(shù)的應(yīng)用，使高電壓、大功率變頻器產(chǎn)品的生產(chǎn)及應(yīng)用成為現(xiàn)實(shí)。在微電子技術(shù)方面，16 bit、32 bit高速微處理器以及DSP和ASIC(專用集成電路ApplicationSpecific IC)技術(shù)的快速發(fā)展，為實(shí)現(xiàn)變頻器高精度、多功能化提供了硬件手段。在控制理論方面，矢量控制、磁通控制、轉(zhuǎn)矩控制和智能控制等新的控制理論為研制高性變頻器的發(fā)展提供了相關(guān)理論基礎(chǔ)。在產(chǎn)品化生產(chǎn)方面，基礎(chǔ)工業(yè)和各種制造業(yè)的高速發(fā)展，促進(jìn)了變頻器相關(guān)配套件的社會(huì)化、專業(yè)化生產(chǎn)。3.2、變頻器選用以及在提升機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用提升機(jī)的負(fù)載特性為恒轉(zhuǎn)矩位能負(fù)載，起動(dòng)力矩較大，選用變頻器時(shí)適當(dāng)?shù)亓粲杏嗔?，因此，森蘭變頻器。由于提升機(jī)電機(jī)絕大部分時(shí)間都處于電動(dòng)狀態(tài)，僅在少數(shù)時(shí)間有再生能量產(chǎn)生，變頻器接入一制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻，就可以滿足重車下行時(shí)的再生制動(dòng)，實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)的下行。井口還有一個(gè)液壓機(jī)械制動(dòng)器，類似電磁抱閘，此制動(dòng)器用于重車靜止時(shí)的制動(dòng)，特別是重車停在斜井的斜坡上，必須有液壓機(jī)械制動(dòng)器制動(dòng)。液壓機(jī)械制動(dòng)器受PLC和變頻器共同控制，機(jī)械制動(dòng)是否制動(dòng)受變頻器頻率到達(dá)端口的控制，起動(dòng)時(shí)當(dāng)變頻器的輸出頻率達(dá)到設(shè)定值，例如0.2Hz，變頻器30B、30C端口輸出信號(hào)，表示電機(jī)轉(zhuǎn)矩已足夠大，打開液壓機(jī)械制動(dòng)器，重車可上行；減速過程中，當(dāng)變頻器的頻率下降到0.2Hz時(shí)，表示電機(jī)轉(zhuǎn)矩已較小，液壓機(jī)械制動(dòng)器制動(dòng)停車。緊急情況時(shí)，按下緊急停車按鈕，變頻器能耗制動(dòng)和液壓機(jī)械制動(dòng)器同時(shí)起作用，使提升機(jī)在盡量短的時(shí)間內(nèi)停車。 如圖3第四章 傳感器簡介與選擇 4.1傳感器簡介1、定義：國家標(biāo)準(zhǔn)GB7665-87對(duì)傳感器下的定義是：“能感受規(guī)定的被測量件并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號(hào)的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成”。傳感器是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將檢測感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號(hào)或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求。它是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測和自動(dòng)控制的首要環(huán)節(jié)。 2、功能：將傳感器的功能與人類5大感覺器官相比擬： 光敏傳感器視覺 聲敏傳感器聽覺 氣敏傳感器嗅覺 化學(xué)傳感器味覺 壓敏、溫敏、流體傳感器觸覺 敏感元件的分類： 物理類，基于力、熱、光、電、磁和聲等物理效應(yīng)。 化學(xué)類，基于化學(xué)反應(yīng)的原理。 生物類，基于酶、抗體、和激素等分子識(shí)別功能。 通常據(jù)其基本感知功能可分為熱敏元件、光敏元件、氣敏元件、力敏元件、磁敏元件、濕敏元件、聲敏元件、放射線敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大類（還有人曾將敏感元件分46類）。3、分類：以用不同的觀點(diǎn)對(duì)傳感器進(jìn)行分類： 它們的轉(zhuǎn)換原理(傳感器工作的基本物理或化學(xué)效應(yīng))；它們的用途；它們的輸出信號(hào)類型以及制作它們的材料和工藝等。 根據(jù)傳感器工作原理，可分為物理傳感器和化學(xué)傳感器二大類： 傳感器工作原理的分類物理傳感器應(yīng)用的是物理效應(yīng)，諸如壓電效應(yīng)，磁致伸縮現(xiàn)象，離化、極化、熱電、光電、磁電等效應(yīng)。被測信號(hào)量的微小變化都將轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。 化學(xué)傳感器包括那些以化學(xué)吸附、電化學(xué)反應(yīng)等現(xiàn)象為因果關(guān)系的傳感器，被測信號(hào)量的微小變化也將轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。 有些傳感器既不能劃分到物理類，也不能劃分為化學(xué)類。大多數(shù)傳感器是以物理原理為基礎(chǔ)運(yùn)作的?；瘜W(xué)傳感器技術(shù)問題較多，例如可靠性問題，規(guī)模生產(chǎn)的可能性，價(jià)格問題等，解決了這類難題，化學(xué)傳感器的應(yīng)用將會(huì)有巨大增長。4、特性：傳感器靜態(tài)特性傳感器的靜態(tài)特性是指對(duì)靜態(tài)的輸入信號(hào)，傳感器的輸出量與輸入量之間所具有相互關(guān)系。因?yàn)檫@時(shí)輸入量和輸出量都和時(shí)間無關(guān)，所以它們之間的關(guān)系，即傳感器的靜態(tài)特性可用一個(gè)不含時(shí)間變量的代數(shù)方程，或以輸入量作橫坐標(biāo)，把與其對(duì)應(yīng)的輸出量作縱坐標(biāo)而畫出的特性曲線來描述。表征傳感器靜態(tài)特性的主要參數(shù)有：線性度、靈敏度、遲滯、重復(fù)性、漂移等。 （1）線性度：指傳感器輸出量與輸入量之間的實(shí)際關(guān)系曲線偏離擬合直線的程度。定義為在全量程范圍內(nèi)實(shí)際特性曲線與擬合直線之間的最大偏差值與滿量程輸出值之比。 （2）靈敏度：靈敏度是傳感器靜態(tài)特性的一個(gè)重要指標(biāo)。其定義為輸出量的增量與引起該增量的相應(yīng)輸入量增量之比。用S表示靈敏度。 （3）遲滯：傳感器在輸入量由小到大（正行程）及輸入量由大到小（反行程）變化期間其輸入輸出特性曲線不重合的現(xiàn)象成為遲滯。對(duì)于同一大小的輸入信號(hào)，傳感器的正反行程輸出信號(hào)大小不相等，這個(gè)差值稱為遲滯差值。 （4）重復(fù)性：重復(fù)性是指傳感器在輸入量按同一方向作全量程連續(xù)多次變化時(shí)，所得特性曲線不一致的程度。 （5）漂移：傳感器的漂移是指在輸入量不變的情況下，傳感器輸出量隨著時(shí)間變化，此現(xiàn)象稱為漂移。產(chǎn)生漂移的原因有兩個(gè)方面：一是傳感器自身結(jié)構(gòu)參數(shù)；二是周圍環(huán)境（如溫度、濕度等）。 傳感器動(dòng)態(tài)特性所謂動(dòng)態(tài)特性，是指傳感器在輸入變化時(shí)，它的輸出的特性。在實(shí)際工作中，傳感器的動(dòng)態(tài)特性常用它對(duì)某些標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)的響應(yīng)來表示。這是因?yàn)閭鞲衅鲗?duì)標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)的響應(yīng)容易用實(shí)驗(yàn)方法求得，并且它對(duì)標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)的響應(yīng)與它對(duì)任意輸入信號(hào)的響應(yīng)之間存在一定的關(guān)系，往往知道了前者就能推定后者。最常用的標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)有階躍信號(hào)和正弦信號(hào)兩種，所以傳感器的動(dòng)態(tài)特性也常用階躍響應(yīng)和頻率響應(yīng)來表示。5、選用原則：現(xiàn)代傳感器在原理與結(jié)構(gòu)上千差萬別，如何根據(jù)具體的測量目的、測量對(duì)象以及測量環(huán)境合理地選用傳感器，是在進(jìn)行某個(gè)量的測量時(shí)首先要解決的問題。當(dāng)傳感器確定之后，與之相配套的測量方法和測量設(shè)備也就可以確定了。測量結(jié)果的成敗，在很大程度上取決于傳感器的選用是否合理。 1）、根據(jù)測量對(duì)象與測量環(huán)境確定傳感器的類型 要進(jìn)行個(gè)具體的測量工作，首先要考慮采用何種原理的傳感器，這需要分析多方面的因素之后才能確定。因?yàn)?，即使是測量同一物理量，也有多種原理的傳感器可供選用，哪一種原理的傳感器更為合適，則需要根據(jù)被測量的特點(diǎn)和傳感器的使用條件考慮以下一些具體問題：量程的大??；被測位置對(duì)傳感器體積的要求；測量方式為接觸式還是非接觸式；信號(hào)的引出方法，有線或是非接觸測量；傳感器的來源，國產(chǎn)還是進(jìn)口，價(jià)格能否承受，還是自行研制。 2）、靈敏度的選擇 通常，在傳感器的線性范圍內(nèi)，希望傳感器的靈敏度越高越好。因?yàn)橹挥徐`敏度高時(shí)，與被測量變化對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)的值才比較大，有利于信號(hào)處理。但要注意的是，傳感器的靈敏度高，與被測量無關(guān)的外界噪聲也容易混入，也會(huì)被放大系統(tǒng)放大，影響測量精度。因此，要求傳感器本身應(yīng)具有較高的信噪比，盡量減少從外界引入的干擾信號(hào)。 傳感器的靈敏度是有方向性的。當(dāng)被測量是單向量，而且對(duì)其方向性要求較高，則應(yīng)選擇其它方向靈敏度小的傳感器；如果被測量是多維向量，則要求傳感器的交叉靈敏度越小越好。 3）、頻率響應(yīng)特性 傳感器的頻率響應(yīng)特性決定了被測量的頻率范圍，必須在允許頻率范圍內(nèi)保持不失真的測量條件，實(shí)際上傳感器的響應(yīng)總有定延遲，希望延遲時(shí)間越短越好。 傳感器的頻率響應(yīng)高，可測的信號(hào)頻率范圍就寬，而由于受到結(jié)構(gòu)特性的影響，機(jī)械系統(tǒng)的慣性較大，因有頻率低的傳感器可測信號(hào)的頻率較低。 在動(dòng)態(tài)測量中，應(yīng)根據(jù)信號(hào)的特點(diǎn)(穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)、隨機(jī)等)響應(yīng)特性，以免產(chǎn)生過火的誤差。 4）、線性范圍 傳感器的線形范圍是指輸出與輸入成正比的范圍。以理論上講，在此范圍內(nèi)，靈敏度保持定值。傳感器的線性范圍越寬，則其量程越大，并且能保證一定的測量精度。在選擇傳感器時(shí)，當(dāng)傳感器的種類確定以后首先要看其量程是否滿足要求。 但實(shí)際上，任何傳感器都不能保證絕對(duì)的線性，其線性度也是相對(duì)的。當(dāng)所要求測量精度比較低時(shí)，在一定的范圍內(nèi)，可將非線性誤差較小的傳感器近似看作線性的，這會(huì)給測量帶來極大的方便。 5）、穩(wěn)定性 傳感器使用一段時(shí)間后，其性能保持不變化的能力稱為穩(wěn)定性。影響傳感器長期穩(wěn)定性的因素除傳感器本身結(jié)構(gòu)外，主要是傳感器的使用環(huán)境。因此，要使傳感器具有良好的穩(wěn)定性，傳感器必須要有較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力。 在選擇傳感器之前，應(yīng)對(duì)其使用環(huán)境進(jìn)行調(diào)查，并根據(jù)具體的使用環(huán)境選擇合適的傳感器，或采取適當(dāng)?shù)拇胧?，減小環(huán)境的影響。 傳感器的穩(wěn)定性有定量指標(biāo)，在超過使用期后，在使用前應(yīng)重新進(jìn)行標(biāo)定，以確定傳感器的性能是否發(fā)生變化。 在某些要求傳感器能長期使用而又不能輕易更換或標(biāo)定的場合，所選用的傳感器穩(wěn)定性要求更嚴(yán)格，要能夠經(jīng)受住長時(shí)間的考驗(yàn)。 6）、精度 精度是傳感器的一個(gè)重要的性能指標(biāo)，它是關(guān)系到整個(gè)測量系統(tǒng)測量精度的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。傳感器的精度越高，其價(jià)格越昂貴，因此，傳感器的精度只要滿足整個(gè)測量系統(tǒng)的精度要求就可以，不必選得過高。這樣就可以在滿足同一測量目的的諸多傳感器中選擇比較便宜和簡單的傳感器。 如果測量目的是定性分析的，選用重復(fù)精度高的傳感器即可，不宜選用絕對(duì)量值精度高的；如果是為了定量分析，必須獲得精確的測量值，就需選用精度等級(jí)能滿足要求的傳感器。 對(duì)某些特殊使用場合，無法選到合適的傳感器，則需自行設(shè)計(jì)制造傳感器。自制傳感器的性能應(yīng)滿足使用要求。4.2 壓力檢測傳感器介紹與選用1、壓力傳感器介紹壓力傳感器是工業(yè)實(shí)踐中最為常用的一種傳感器，而我們通常使用的壓力傳感器主要是利用壓電效應(yīng)制造而成的，這樣的傳感器也稱為壓電傳感器。 2、壓力傳感器工作原理被測介質(zhì)的壓力直接作用于傳感器的膜片上（不銹鋼或陶瓷），使膜片產(chǎn)生與介質(zhì)壓力成正比的微位移，使傳感器的電阻值發(fā)生變化，和用電子線路檢測這一變化，并轉(zhuǎn)換輸出一個(gè)對(duì)應(yīng)于這一壓力的標(biāo)準(zhǔn)測量信號(hào)。 3、型號(hào)HG03-GPY6礦用壓力傳感器主要技術(shù)參數(shù)工作電壓：1218VDC或24V均可工作電流：50mA測量范圍：06MPa(用戶可另行指定)過載能力：200%最大測量值4、選用理由：HG03-GPY6礦用壓力傳感器可對(duì)壓力進(jìn)行連續(xù)性監(jiān)測。它可以實(shí)時(shí)地顯示被測點(diǎn)的壓力值.保證工作的安全可靠以及高效率。更好的進(jìn)行準(zhǔn)確測量。誤差范圍小。4.3 位置檢測傳感器介紹與選用1、位置傳感器簡介：位移傳感器又稱為線性傳感器，把位移轉(zhuǎn)換為電量的傳感器。位移傳感器是一種屬于金屬感應(yīng)的線性器件，傳感器的作用是把各種被測物理量轉(zhuǎn)換為電量它分為電感式位移傳感器，電容式位移傳感器，光電式位移傳感器，超聲波式位移傳感器，霍爾式位移傳感器。 2、位置傳感工作原理： 位置檢測傳感器是由一種由高頻振蕩器、檢波放大器和輸出驅(qū)動(dòng)電路三部分組成的電子感應(yīng)傳感器，接通電源后，在傳感器的感應(yīng)面上將產(chǎn)生一個(gè)交變磁場，當(dāng)金屬物體接近此表面時(shí)，金屬中則產(chǎn)生渦流而吸取了振蕩器的能量，使振蕩器減弱以至停振。振蕩器的振蕩和停振這兩個(gè)信號(hào)由電路處理后轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制的開關(guān)方式輸出，從而起到無接觸檢測物體的控制作用。 本公司的位置檢測傳感器在設(shè)計(jì)和制造上均按標(biāo)準(zhǔn)工藝嚴(yán)格生產(chǎn)，產(chǎn)品一律使用樹脂封灌完整，在出廠前均已通過測試和檢驗(yàn)，使可靠性和工作壽命得到充分保障。3、DC-EC系列位移傳感器：主要參數(shù)如下：輸出：10VDC量程：0.05, 0.125, 0.25, 0.5, 1.0, 2.0, 3.0, 5.0, 10(英寸)封裝：AISI400系列導(dǎo)磁不銹鋼工作溫度范圍：-5595精確度：0.25%供電電源：15VDC，25mA特點(diǎn)：調(diào)制電壓輸入，優(yōu)異的溫度特性，CE認(rèn)證 在本課題設(shè)計(jì)中，我們?cè)O(shè)置量程為1.04、選用理由：DCEC AccuSens 系列結(jié)合了單決芯片以及計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)的AC LVDT，性能卓越。比率輸出式單片電路，可以補(bǔ)償電源偏差，保證持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。該傳感器不受輸入變化的影響，可以提供精確性高且可重復(fù)性高的測量。具創(chuàng)新性的制造技術(shù)進(jìn)一步提升了AccuSens的工作性能和成本效益。每個(gè)產(chǎn)品中使用的微型元件經(jīng)過篩選確保具有最大的穩(wěn)定性。所有組件均采用真空封裝，司以使組件承受沖擊、振動(dòng)以及其它形式的機(jī)械損傷。雙重電磁屏蔽可以抗雜散電場干擾。4.4 濃度傳感器介紹與選用1、一氧化碳傳感器簡介：一氧化碳傳感器屬于化學(xué)傳感器?；瘜W(xué)傳感器主要由兩部分組成：識(shí)別系統(tǒng)；傳導(dǎo)或轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。 識(shí)別系統(tǒng)把待測物的某一化學(xué)參數(shù)（常常是濃度）與傳導(dǎo)系統(tǒng)連結(jié)起來。它主要具有兩種功能：選擇性地與待測物發(fā)生作用，把所測得的化學(xué)參數(shù)轉(zhuǎn)化成傳導(dǎo)系統(tǒng)可以產(chǎn)生響應(yīng)的信號(hào)。 一氧化碳?xì)怏w傳感器與報(bào)警器配套使用，是報(bào)警器中的核心檢測元件，它是以定電位電解為基本原理。當(dāng)一氧化碳擴(kuò)散到氣體傳感器時(shí)，其輸出端產(chǎn)生電流輸出，提供給報(bào)警器中的采樣電路，起著將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的作用。當(dāng)氣體濃度發(fā)生變化時(shí)，氣體傳感器的輸出電流也隨之成正比變化，經(jīng)報(bào)警器的中間電路轉(zhuǎn)換放大輸出，以驅(qū)動(dòng)不同的執(zhí)行裝置，完成聲、光和電等檢測與報(bào)警功能，與相應(yīng)的控制裝置一同構(gòu)成了環(huán)境檢測或監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)。 2、一氧化碳傳感器基本工作原理 ：當(dāng)一氧化碳?xì)怏w通過外殼上的氣孔經(jīng)透氣膜擴(kuò)散到工作電極表面上時(shí)，在工作電極的催化作用下，一氧化碳?xì)怏w在工作電極上發(fā)生氧化。其化學(xué)反應(yīng)式為： CO+H2OCO2+2H+2e- 在工作電極上發(fā)生氧化反應(yīng)產(chǎn)生的H+離子和電子，通過電解液轉(zhuǎn)移到與工作電極保持一定間隔的對(duì)電極上，與水中的氧發(fā)生還原反應(yīng)。其化學(xué)反應(yīng)式為：1/2O2+2H+2e-H2O 因此，傳感器內(nèi)部就發(fā)生了氧化-還原的可逆反應(yīng)。其化學(xué)反應(yīng)式為：2CO+2O2 2CO2 這個(gè)氧化-還原的可逆反應(yīng)在工作電極與對(duì)電極之間始終發(fā)生著，并在電極間產(chǎn)生電位差。 但是由于在兩個(gè)電極上發(fā)生的反應(yīng)都會(huì)使電極極化，這使得極間電位難以維持恒定，因而也限制了對(duì)一氧化碳濃度可檢測的范圍。一氧化碳傳感器廣泛使用在礦山，汽車，家庭等空氣質(zhì)量安全檢測的地方3、一氧化碳濃度報(bào)警器技術(shù)參數(shù)：1)工作電壓：AC220V10% 2) 使用溫度：-20603)使用濕度：95%RH 4)LCD液晶屏幕顯示：ppm/%LEL5)報(bào)警系統(tǒng)：聲光報(bào)警 6)報(bào)警音量：75dB7)傳輸距離：2000m外形尺寸：370mm(L)305mm(W)90mm(H) 重量：4.5kg4、選用理由：保證系統(tǒng)的可靠性。LCD液晶屏幕，可實(shí)：程監(jiān)控，探測器運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)可儲(chǔ)。第5章 PLC在提升機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用5.1 PLC概述及其系統(tǒng)組成可編程控制器(Programmable Controller)縮寫為PC，為了于個(gè)人計(jì)算機(jī)的PC(Personal Computer)相區(qū)別，有時(shí)在PC中人為地增加了L(Logical)而寫成PLC。自1969年第一臺(tái)可編程控制器問世以來，經(jīng)歷近40年的發(fā)展，可編程控制器已經(jīng)成為一種最重要、最普及、應(yīng)用場合最多的工業(yè)控制器，可以說只有可編程控制器才是真正的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。初期可編程控制器只是用于邏輯控制的場合，用于代替繼電器控制盤，但是現(xiàn)在可編程控制器已經(jīng)進(jìn)入包括過程控制、位置控制等場合的所有控制領(lǐng)域?，F(xiàn)在可編程控制器繼續(xù)保留了原來邏輯控制器的所有優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)它吸收了其它控制設(shè)備(如過程儀表、計(jì)算機(jī)、集散系統(tǒng)、分散系統(tǒng)等)的優(yōu)點(diǎn)，在許多場合只需可編程控制器即可構(gòu)成包括邏輯控制、工程控制、數(shù)據(jù)采集及控制、匿形工作站的經(jīng)濟(jì)合算、體積小巧、設(shè)計(jì)調(diào)試方便的綜合控制系統(tǒng)?？删幊炭刂破魇且环N數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，它采用一類可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算數(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字式或輸入輸出控制各類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷坝嘘P(guān)外部設(shè)備都按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體、易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)。圖5-1 可編程控制器結(jié)構(gòu)框圖可編程控制器作為“藍(lán)領(lǐng)計(jì)算機(jī)”有著其它工業(yè)控制設(shè)備很難具備的特性：(1)高可靠性到目前為止沒有任何一種工業(yè)控制設(shè)備可以達(dá)到可編程控制器的可靠性。隨著器件水平的提高，可編程控制器的可靠性還在繼續(xù)提高。例如三菱FX1、FX2系列平均無故障時(shí)間可達(dá)30萬小時(shí)。事實(shí)上，如果某種控制裝置可以連續(xù)運(yùn)行20年以上不出問題，在當(dāng)前技術(shù)更新瞬息萬變的世界上，則可以認(rèn)為是永遠(yuǎn)不會(huì)壞的裝置了。在可編程控制器使用中發(fā)生的故障，大部分是由可編程控制器外部的開關(guān)、傳感器、執(zhí)行器引起的，而不是可編程控制器本身發(fā)生的故障。(2)編程方便，易于使用可編程控制器采用與實(shí)際電路接線圖非常接近的梯形圖。這種圖形編程方式易懂易編。(3)環(huán)境要求低可編程控制器適用于惡劣的工業(yè)環(huán)境。(4)與其他裝置配置聯(lián)接方便可編程控制器的接口原則是使外部接線、電平轉(zhuǎn)換盡量少。對(duì)于開關(guān)量，輸入可以是無源出點(diǎn)開關(guān)量或集電極開路晶體管輸出；輸出有繼電器、晶閘管、晶體管等各種不同的形式，可直接接各種不同類型的接觸器、電磁閥等。對(duì)于模擬量，只要模擬信號(hào)電平在一定的范圍內(nèi)(通常為10V或20mA)，就可以按要求自由設(shè)置轉(zhuǎn)換特性，而不需另加電平轉(zhuǎn)換。另外還有運(yùn)用熱電偶直接輸入的AD轉(zhuǎn)換器等，此時(shí)就連放大器、冷端補(bǔ)償也不需要。對(duì)于各種顯示、音響輸出更是以最方便的形式提供接口，大量的問題都在可編程控制器內(nèi)部解決了。對(duì)于數(shù)據(jù)通訊，只需同軸電纜和普通RS232或RS422接口即可，不必由用戶來考慮波特率及通訊規(guī)程等具體問題。5.2 本系統(tǒng)中PLC的選型及特點(diǎn)1、三菱FX系列PLC簡介三菱FX系列是由電源、CPU、存儲(chǔ)器和輸入輸出器件組成的單元型可編程控制器。而且，AC電源、DC輸入型的內(nèi)裝DC24V電源可作為傳感器的輔助電源?；締卧捎靡子诰S修的裝卸端予臺(tái)。標(biāo)準(zhǔn)型內(nèi)裝8K步有備用電池的RAM存儲(chǔ)器。另外，若采用可選的存儲(chǔ)卡盒，最大可擴(kuò)展到16K步。FX2N內(nèi)含計(jì)時(shí)功能，可以進(jìn)行時(shí)間控制。FX2N系列是PLC FX家族中最先進(jìn)的系列。FX2N系列具有如下優(yōu)點(diǎn)：最大范圍的包容了標(biāo)準(zhǔn)特點(diǎn)、程式執(zhí)行更快、全面補(bǔ)充了通信功能、適合世界各國不同的電源以及滿足單個(gè)需要的大量特殊功能模塊，它可以為提升機(jī)的自動(dòng) 化控制提供最大的靈活性和控制能力。圖5-2 FX2N系列PLC的硬件FX2N系列具有較高的擴(kuò)展能力以及高水平的性能表現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：(1)靈活的配置 (2)高速運(yùn)算 (3)突出的寄存器容量(4)豐富的元件資源FX2N系列PLC內(nèi)設(shè)實(shí)時(shí)時(shí)鐘，使用標(biāo)準(zhǔn)型號(hào)實(shí)時(shí)時(shí)鐘可滿足對(duì)時(shí)間靈敏的應(yīng)用要求；增加了過程控制，可使用FX2N PID指令或易于使用的FX2N-2LC溫控模塊；網(wǎng)絡(luò)能力強(qiáng)，完全充足的網(wǎng)絡(luò)模塊式數(shù)據(jù)通信容易實(shí)現(xiàn)；具有很強(qiáng)的數(shù)學(xué)指令集，使用32位處理、浮點(diǎn)數(shù)、方根和三角幾何指令滿足數(shù)學(xué)功能要求很高的情況；使用DIN導(dǎo)軌或便利的安轉(zhuǎn)孔直接安裝表盤，易于安裝；基于Windows的GXDeveloper或FXPCS-Win軟件能快速、容易的開發(fā)程序；方便直觀的操作員界面，從一條完整的線路或操作員界面來選擇數(shù)據(jù)編輯和顯示；為大量實(shí)際應(yīng)用而開發(fā)的特殊功能，以滿足不同的需求模擬IO，高數(shù)計(jì)數(shù)器等。PLC在提升機(jī)電控系統(tǒng)中的運(yùn)行是穩(wěn)定可靠的，這一技術(shù)值得大力推廣?？紤]到礦井提升機(jī)工作性質(zhì)和環(huán)境的特殊性，在具體應(yīng)用時(shí)應(yīng)注意以下問題：(1)抗干擾性由于礦井提升機(jī)系統(tǒng)工作在電磁干擾較嚴(yán)重的環(huán)境中，為保證設(shè)備工作正常，選型時(shí)應(yīng)特別注意PLC的電磁兼容性指標(biāo)。同時(shí)最主要部件采用導(dǎo)電、導(dǎo)磁性性能良好的材料進(jìn)行屏蔽， 以防有外界干擾。(2)采用冗余結(jié)構(gòu)根據(jù)對(duì)元件和系統(tǒng)的事故率分析以及對(duì)PLC主機(jī)工作可靠性的分析，在影響由PLC構(gòu)成的制系統(tǒng)正常工作的原因中，PLC本身輸入輸出接口處的故障等，都是重要因素。為保證提升機(jī)運(yùn)行安全可靠，應(yīng)發(fā)展容錯(cuò)技術(shù)，在安全、監(jiān)視、制動(dòng)等系統(tǒng)中，采用有高度安全可靠性能的冗余結(jié)構(gòu)形式，一旦發(fā)生故障，備用裝置可以立即投入運(yùn)行。(3)采用模塊式結(jié)構(gòu)這種結(jié)構(gòu)有助于在故障情況下修復(fù)。因?yàn)橐坏┎槌瞿骋欢文K出現(xiàn)故障，就能迅速更換，使系統(tǒng)恢復(fù)正常.2、FX2N48MR-D可編程控制器的型號(hào)格式含義 1） 48表示輸入輸出總點(diǎn)數(shù)，范圍從4道256.2） M表示單元類型：M為基本單元.3） R表示輸出形式：R為繼電器輸出.4） D表示特殊品種的區(qū)別：D為直流電源24V.FX2N系列擴(kuò)展單元FX2N系列擴(kuò)展單元型號(hào)輸入點(diǎn)數(shù)輸出點(diǎn)數(shù)擴(kuò)展模塊可用點(diǎn)數(shù)繼電器輸出FX2N-32ER161624-32FX2N-48ER242448-64表5-2 FX2N系列擴(kuò)展單元5.3 控制系統(tǒng)的I0統(tǒng)計(jì)為提高系統(tǒng)可靠性，PLC的輸入輸出信號(hào)均采用一定的信號(hào)隔離方式：輸入信號(hào)，開關(guān)量信號(hào)通過繼電器隔離分配，電平信號(hào)通過信號(hào)分配板隔離分配；輸出信號(hào)，通過中間繼電器轉(zhuǎn)接來控制執(zhí)行對(duì)象。在設(shè)計(jì)時(shí)需統(tǒng)計(jì)IO的總量，包括開關(guān)量和模擬量，以確定選用PLC的模塊數(shù)量以及型號(hào)。通過系統(tǒng)綜合考慮，本系統(tǒng)選擇三菱FX2N系列可編程控制器，PLC為兩套相同的設(shè)備，分別作為主備控制單元。在組織Fx，系列時(shí)，須考慮到以下幾點(diǎn) (1)輸入輸出總電數(shù)控制在256點(diǎn)以內(nèi)。 (2)電源容量，基本單元內(nèi)部裝有電源，對(duì)擴(kuò)展模塊供給DC24V電源，對(duì)特殊模塊供給DC5V電源。因此擴(kuò)展單元和特殊模塊的耗電量應(yīng)控制在基本單元及擴(kuò)展單元的電源容量范圍之內(nèi)。在提升機(jī)的控制過程中對(duì)速度和行程要求嚴(yán)格，所以在PLC的配置上除了要用到FX2N中自帶的計(jì)數(shù)單元，還需要選用高速計(jì)數(shù)模塊FX2NIHC。FX2NIHC模塊是2相50Hz的高速計(jì)數(shù)器。它是FX2N，F(xiàn)X2NC系列PLC的一個(gè)特殊功能模塊。確定PLC選型方案后，主控系統(tǒng)的組織圖。兩套相同設(shè)備的PLC與上位機(jī)組成提升機(jī)的控制系統(tǒng)，采用RS485通訊模塊實(shí)現(xiàn)下位機(jī)與上位機(jī)的通訊。第 16 頁 共 30 頁第6章 提升機(jī)控制程序設(shè)計(jì)及應(yīng)用6.1 程序設(shè)計(jì)與思路本課題設(shè)計(jì)思路是從減少人工操作，保障人身安全提高工作效率，為企業(yè)取得最大利益的基礎(chǔ)上展開的。本課題實(shí)際是將煤礦中的煤料通過礦車從礦井拉到地面的一個(gè)過程，此過程通過電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)拉動(dòng)礦車，并設(shè)置礦車有三節(jié)車廂。完成空礦車回井下裝料，重車回井上卸料以及緊急逃生。保證正常的工作以及井底工人的安全。課題設(shè)計(jì)的基本參數(shù)設(shè)置如下：電機(jī)功率55kW，卷筒直徑1200mm，減速器減速比241，最高運(yùn)行速度2.5m/s，鋼絲繩長度為120m。由于控制工藝比較復(fù)雜，本程序采用主子程序模塊化順序結(jié)構(gòu)進(jìn)行編程，按事先輸入的控制程序?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)控制，系統(tǒng)編程靈活，修改程序方便，僅需修改子程序梯形圖程序就可改變控制功能，便于現(xiàn)場維護(hù)管理，使提升機(jī)運(yùn)行安全性和可靠性得到了大幅度提高。6.2 PLC外圍硬件接線圖圖5-1 PLC外圍硬件接線圖6.3 I/O地址分配表輸入元件符號(hào)輸入地址輸出元件輸出地址礦車向上運(yùn)動(dòng)啟動(dòng)按鈕SB0X0貨車向上運(yùn)動(dòng)（正轉(zhuǎn)）Y0井口信號(hào)按鈕SB1X1貨車向下運(yùn)動(dòng)（反轉(zhuǎn)）Y1井底信號(hào)按鈕SB2 X2中速Y2礦車向下運(yùn)動(dòng)啟動(dòng)按鈕SB3X3中速指示燈Y3井底裝料位置檢測傳感器1X4井口處減速Y4井口卸料位置檢測傳感器2X5減速指示燈Y5一號(hào)車廂壓力檢測傳感器1X6低速運(yùn)行Y6二號(hào)車廂壓力檢測傳感器2X7低速爬行指示燈Y7三號(hào)車廂壓力檢測傳感器3X10井底綠色指示燈Y10一號(hào)車廂安全脫離按鈕SB4X11井底紅色指示燈Y11二號(hào)車廂安全脫離按鈕SB5X12井口綠色指示燈Y12三號(hào)車廂安全脫離按鈕SB6X13井口紅色指示燈Y13中速處位置檢測傳感器3X14一號(hào)車廂Y14減速處位置檢測傳感器4X15二號(hào)車廂Y15低速處位置檢測傳感器5X16三號(hào)車廂Y16CO濃度檢測傳感器X17一、二車廂脫扣Y17井上車道上限位開關(guān)SQ1X20二、三車廂脫扣Y20井下車道下限位開關(guān)SQ2X21井底黃色報(bào)警指示燈Y21總停止SB7X22CO濃度蜂鳴器報(bào)警Y22井上黃色報(bào)警指示燈Y23裝料電機(jī)Y25卸料電機(jī)Y26繼電器輸出Y30圖5-3 提升機(jī)地址分配表6.4 PLC控制提升機(jī)流程圖圖6-4 PLC控制提升機(jī)流程圖使用模塊狀可以更好的體現(xiàn)提升機(jī)工作的流程，使工作更加清晰與效率。PLC軟件結(jié)構(gòu)的是根據(jù)提升機(jī)工藝和控制要求，將控制任務(wù)和過程分解為許多子過程和子任務(wù)。再對(duì)各個(gè)子過程和子任務(wù)進(jìn)行模塊設(shè)計(jì)、功能說明，形成一個(gè)模塊化的程序結(jié)構(gòu)。6.5 提升機(jī)基本工作過程概述系統(tǒng)上電，M8002得電一瞬間使S0得電，井口工作人員給井底人員信號(hào)即按下SB1，井底紅色指示燈Y11亮。井底工作人員收到信號(hào)給井口人員信號(hào)SB2即井口紅色指示燈Y13亮,此操作確保工作之前無行車。此后井口工人按下貨車向下運(yùn)動(dòng)啟動(dòng)按鈕SB3. 電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。對(duì)應(yīng)礦車以運(yùn)行到井底。（公式：V=WR,W=2*3.14/R即v=2m/s）到達(dá)井底準(zhǔn)確位置通過位置檢測傳感器1檢測.到達(dá)準(zhǔn)確位置，位置檢測傳感器檢測到對(duì)應(yīng)井底綠色指示燈Y10亮，對(duì)應(yīng)井口得到信號(hào)井口綠色指示燈Y12亮。延時(shí)2S后，開始自動(dòng)裝料，礦車三節(jié)車廂裝有壓力檢測傳感器，先裝一號(hào)車廂，當(dāng)達(dá)到設(shè)定的壓力范圍（注：壓力范圍設(shè)置），裝料機(jī)車停止裝車，移動(dòng)3S向二號(hào)車廂裝料，當(dāng)二號(hào)車廂壓力檢測傳感器,同樣達(dá)到壓力范圍，裝料機(jī)車停止裝車，移動(dòng)3S向三號(hào)車廂裝料，當(dāng)三號(hào)車廂壓力檢測傳感器。同樣達(dá)到壓力范圍。井底工人再按下貨車（滿）向上運(yùn)動(dòng)按鈕SB0，貨車向上運(yùn)動(dòng)，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，礦車以(V=WR,W=2*3.14/R)即v=1m/s速度向井口運(yùn)行，對(duì)應(yīng)輸出中速運(yùn)行指示燈。距離井口20米時(shí)，礦車減速，（v=0.785m/s）對(duì)應(yīng)輸出減速運(yùn)行指示燈，減速到距卸料位置10米低速爬行停止(低速爬行v=0.5m/s)，到達(dá)井口準(zhǔn)確位置通過井口位置檢測傳感器2檢測，到達(dá)準(zhǔn)確位置，礦車三節(jié)車廂同時(shí)卸料，卸料采用中間繼電器，繼電器得電，設(shè)置卸料用時(shí)2分鐘，開始卸料。卸料完畢2S后，礦車空車下行，重復(fù)上述動(dòng)作，循環(huán)結(jié)束. 在整個(gè)過程中貨車運(yùn)行在任何時(shí)候，都可以按下總停，貨車停止。（見附錄）系統(tǒng)設(shè)置緊急逃生功能，簡述如下：確保行車安全，當(dāng)出現(xiàn)報(bào)警不管是重車還是空車，礦車一律回到井底，碰到井底車道限位開關(guān)停止，工人上車逃生。三節(jié)車廂設(shè)置安全脫離按鈕SB4.SB5.SB6，當(dāng)一氧化碳濃度超標(biāo),井下工人可以跳上礦車，按下第一節(jié)車廂按鈕SB4，對(duì)應(yīng)一、二車廂之間脫離，第一節(jié)車廂向井上運(yùn)行，按下第二節(jié)車廂按鈕SB5，對(duì)應(yīng)二、三車廂之間脫離，第二節(jié)車廂向井上運(yùn)行各節(jié)車廂開始向井上動(dòng)作，按下第三節(jié)車廂按鈕SB6，第三節(jié)車廂向井上運(yùn)行。當(dāng)?shù)V車到達(dá)井上碰到井上車道限位開關(guān)礦車停止，工人安全脫離危險(xiǎn)。井底安裝了蜂鳴器，對(duì)應(yīng)是蜂鳴器報(bào)警的檢測傳感器裝置。同時(shí)井上與井底安裝報(bào)警指示燈，用來提示工人危險(xiǎn)出現(xiàn)，馬上逃生。做到安全可靠。6.6 系統(tǒng)抗干擾措施可編程控制器的主要應(yīng)用場合是工業(yè)現(xiàn)場，工作環(huán)境中各種干擾對(duì)系統(tǒng)設(shè)備的正常運(yùn)行存在著嚴(yán)重的影響。所以在本系統(tǒng)中也不例外，有必要考慮系統(tǒng)的抗干擾措施?？垢蓴_的主要措施有：（1）數(shù)據(jù)采集采用屏蔽電纜，所有屏蔽電纜層匯線接地，多芯電纜中的備用芯線也要一端接地，這樣可擴(kuò)大屏蔽作用，并抑制芯線間干擾。必要時(shí)可采用帶有屏蔽層的輸入和輸出信號(hào)電纜。（2）信號(hào)回路匯線接，輸入信號(hào)電纜、輸出信號(hào)電纜和電力電纜都要分開敷設(shè)，不能扎在一起，信號(hào)電纜接線端子均安裝在柜體下側(cè)。（3）所有機(jī)柜、操作臺(tái)等均需保護(hù)接地，臺(tái)柜內(nèi)需有獨(dú)立的PLC直流地、機(jī)殼安全地、電纜屏蔽地接地端子，與結(jié)構(gòu)內(nèi)部未接地電路板在電氣上隔離。電源柜、動(dòng)力柜、交頻柜進(jìn)線方式均為：下進(jìn)下出。（4）引至PLC柜的電纜要盡量遠(yuǎn)離那些會(huì)產(chǎn)生電磁干擾的裝置。（5）同一電平等級(jí)的信號(hào)才能用一條多芯電纜傳輸。因此對(duì)數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)，在任何情況下，都必須分開電纜迸行傳輸。低電平信號(hào)線應(yīng)與其它信號(hào)線分開。盡量縮短模擬量加信號(hào)線的長度，并采用雙芯屏蔽線作為信號(hào)線.（6）當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)斷電抱閘，在行車軌道上設(shè)置鎖道裝置，以保證礦車停在剛剛運(yùn)行到的地方，防止礦車下滑。確保井下工人的安全。致 謝在本文即將完成之際，謹(jǐn)向所有給予我關(guān)心、支持和幫助的老師和同學(xué)們致以深深的謝意。首先，感謝我的導(dǎo)師楊漾老師，他嚴(yán)謹(jǐn)務(wù)實(shí)的學(xué)術(shù)作風(fēng)和孜孜不倦的求學(xué)精神激勵(lì)并培養(yǎng)了我實(shí)事求是、認(rèn)真踏實(shí)的學(xué)習(xí)態(tài)度，并使我懂得作為一個(gè)學(xué)者應(yīng)具備的品德和修養(yǎng)。這些，將使我受益終身。感謝我的同學(xué)們，對(duì)我的幫助和鼓勵(lì)，他們勤奮好學(xué)、樂于助人的精神，使我難以忘懷。第 23 頁 共 30 頁參考文獻(xiàn)1 滿永奎，韓安榮，吳成東通用變頻器及應(yīng)用北京：機(jī)械工業(yè)出版社，20022 吳忠智，黃立培調(diào)速用變頻器及配套設(shè)備選用指南北京：機(jī)械工業(yè)出版社，19993 王紅可編程控制器使用教程北京：電子工業(yè)出版社，20034 胡學(xué)林可編程序控制器教程基礎(chǔ)篇北京：電子工業(yè)出版社，20035 張桂香電氣控制與PLC應(yīng)用北京：化學(xué)工業(yè)出版社，20036 殷洪義可編程控制器選擇設(shè)計(jì)與維護(hù)北京：機(jī)械工業(yè)出版社，20037 余雷聲電氣控制與PLC應(yīng)用北京：機(jī)