基于PLC的副井操车电控系统设计毕业论文.doc

毕业设计（论文）说明书毕业设计（论文）题目 基于PLC的副井操车电控系统设计年级专业 08级矿山机电 学生姓名 何克刚 指导教师 平顶山工业职业技术学院2010 年 4 月 30 日平顶山工业职业技术学院成人教育学院毕业设计（论文）任务书姓名 何克刚 专业 矿山机电 任 务 下 达 日 期 年 月 日设计（论文）开始日期 年 月 日设计（论文）完成日期 年 月 日设计（论文）题目： 基于PLC的副井操车电控系统设计 A编制设计 B设计专题（毕业论文） 指 导 教 师 系（部）主 任 年 月 日 平顶山工业职业技术学院毕业设计(论文)评语第 页共 页学生姓名： 何克刚 专业: 矿山机电 年级: 08级 毕业设计(论文)题目: 基于PLC的副井操车电控系统设计 评阅人: 指导教师: (签字) 年 月 日成 绩: 系(院)主任: (签字) 年 月 日毕业设计(论文)及答辩评语: 平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）答辩委员会记录 机电 系 矿山机电 专业,学生 何克刚 于 年 月 日 进行了毕业设计(论文)答辩。设计（论文）题目： 基于PLC的副井操车电控系统设计 专题(论文)题目: 指导老师: 答辩委员会根据学生提交的毕业设计(论文)材料,根据学生答辩情况,经答辩委员会讨论评定,给予学生 毕业设计(论文)成绩为 。答辩委员会 人，出席 人答辩委员会主任（签字）： 答辩委员会副主任（签字）： 答辩委员会委员： ， ， ， ， 平顶山工业职业技术学院成人教育毕业设计说明书（论文）说明书摘 要副井是井下生产系统和地面工业广场相连接的枢纽：其作用是沿井筒提升提升煤炭、矸石、升降人员和设备和下放材料。它是矿山运输的咽喉。提升设备在运行的过程中要求具有安全性、可靠性和经济性。因此提升设备在矿山生产的全过程中占有极其重要的地位。但原有的副井机电设计中，由于技术条件限制，副井运输系统设计采用老式继电器、接触器、打点按钮，接线复杂，元器件老化，性能降低，故障率高，安全隐患大，影响时间长，不利于维护；井口、井底操车设备推车机、阻车器、摇台及安全门是人工操作，在安全闭锁上不可靠，延长填罐时间；提升信号及操车控制系统，由于使用全年、铠装带锈蚀严重，造成电缆绝缘降低、故障率高，维护困难。因此，此次设计使用采用三菱可编程序控制器为主机，增强了操车系统可靠性，监测的准确性，减少每钩循环时间；使副井提升信号、操车系统实现了综合控制，减少了接点及接线，具有声光兼备、数字显示，确保安全、可靠提升；在上、下井口设有报警信号、红灯信号，保证了上、下人员的提升安全。上、下井口实现了信号与操车之间的闭锁，信号发出后摇台、安全门、前阻等相关设备不动作（特殊情况除外）。同时，上、下井口操车设备由人工操作改为气动、联动闭锁自动化，减少了人为因素，安全可靠关键词：操车系统 机电 PLC目 录前言3一、副井操车系统简介:31.1 副井简介31.1.1 矿井提升设备的主要组成部分41.1.2 需要控制的环节71.2 可编程控制器概况121.2.1 PLC主要应用于以下几个方面141.2.2 PLC的结构及基本配置15二、副井操车系统的机电设计182.1 控制方案选择：182.1.1 I/O点数估算：182.1.2 存储器选择：182.1.3 功能选择：182.1.4 机型的选择192.2 控制过程分析212.2.1 副井操车系统提物流程：21四 结论461. 系统优点462. 有待改进的方面46致谢47前言本设计为副井操车系统的机电设计设计目标：（1）对副井提升信号、操车系统实现综合控制，减少了接点及接线，实现了工作状态的界面显示，具有声光兼备、数字显示，使车房司机、信号工一目了然，确保安全、可靠提升。（2）采用三菱可偏程序控制器（PLC）为主机，增强了操车系统在各种作业条件下动作的可靠性，监测的准备性，减少每钩循环时间。（3）使系统在上、下井口设有报警信号、红灯信号，保证上、下人员的提升安全。（4）上、下井口实现了信号与操车之间的闭锁，信号发出后摇台、安全门、前阻等相关设备不动作（特殊情况除外）。同时，上、下井口操车设备由人工操作改为气动、联动闭锁自动化，减少了人为因素，安全可靠。（5）手动功能：能在系统故障时进行手动步进操作，使生产不至于中断。手动操作中所有未故障限位均能正常使用。（6）检修功能所有自锁、互锁均不起作用可任意开启、关闭任何执行元件，有利于检修进行。一、副井操车系统简介:1.1 副井简介矿井提升设备的任务是1、沿井筒提升煤炭、矸石；2、升降人员和设备；3、下放材料。它是井下生产系统和地面工业广场相连接的枢纽是矿山运输的咽喉。提升设备在运行的过程中要求具有安全性、可靠性和经济性、因此提升设备在矿山生产的全过程中占有极其重要的地位。我国提升备的设计制造是在解放以后才开始的1953年抚顺重型机器厂制造了我国第一台缠绕式双滚筒提升机。1958年洛阳矿山机器厂设计制造了我国家一台2x4多绳摩擦式提升机1971年该厂又新设计制造了JK型新系列单绳缠绕式提升机，采用了一些新结构，与老型提升机相比较，提升能力平均提高了25%。这种系列的提升机技术先进,运行安全可靠在大中型矿山的应用非常广泛。近年来我国新建和在建特大型矿井年产量愈来愈大提升设备的人物更加繁重，多绳摩擦式提升机与单绳缠绕式提升机相比，具有质量轻、体积小、安全可靠、适应较深矿井等优点，这将是提升设备今后的发展方向之。近几十年来，为提高劳动生产率和各项经济技术格标，在世界范围内一直进行着矿井提升设备的性能技术改造提升设备在高效、大型化自动化方面都有飞速的进步。目前，世界上经济比较发达的一些国家提升机的运行速度已达20m/s25m/s，一次提升量达到50t，电动机容量己超过1000kw，设备的运行更加安全可靠，我国大型矿山提升设备通过引进、消化和吸收国外先进的技术也有了可喜的进步。1.1.1 矿井提升设备的主要组成部分矿井提升设备的主要组成部分是：提升容器、提升钢丝绳、提升机及拖动控制系统、井架（或井塔）、天轮以及装卸载设备等。矿井提升系统由于并传条件（竖井或斜井）及选用的提升容器和提升机的类型不同，可组成各种不同矿井提升系统。比较常见的有：（1）竖井单绳缠绕式箕斗提升系统；（2）竖井单绳参饶是式罐笼提升系统；（3）竖井多绳摩擦式箕斗提升系统；（4）坚并多绳摩擦式罐笼提升系统；（5）斜井箕斗提升系统；（6）斜并串车提升系统。图1-1 塔式多绳摩擦式罐笼提升系统示意图1-提升容器是直接装运煤炭、矸石、人员、材料以及设备的工具。其结构分为箕斗、罐笼、矿车、人车和吊桶几种。普通罐笼罐笼主要用于副井提升，小型矿井采用罐笼混合提升。罐笼按结构可分为普通罐笼和翻转式罐笼两种基本形式。竖并凿井时期，主要采用吊桶提升。罐笼是一种多用途提升容器，设计时要考虑满足各种不同要求。如满足在规定时间内升降人员的要求；矿车在罐笼内要稳定；能装载井下使用的大型设备；升降人员的罐笼要设防坠器，罐笼的结构要坚固，自重要轻，国内外已有铝合金、高强度钢构和复合材料制造的罐笼。主要类型有立井单绳罐笼和立井多绳罐笼两大类。标准普通罐笼按固定车箱式矿车的名义载重确定为1t、1.5t和3t三种。每种均设有单层和双层普通罐笼。其中1t和1.5t双层普通罐笼用于主井提升，每层和装一辆矿车，当用于到副井提升时，上层罐笼可不装阻车器。3t普通罐笼只考虑作为副井提升容器。1.1.2 需要控制的环节副井的操车系统是副井提升中的重要环节，根据煤矿安全规程第361条规定其主要技术要求如下：用罐笼提升的立井必须在绞车信号系统内设置闭锁装置，安全门未关闭，只能发出调平和换层信号但发不出开车信号。井口、井底阻车器必须与罐笼停车位置相连锁；罐笼未到达停车位置，放不下摇台，打不开阻车器。需要控制的装置：（1）承接装置为了便于矿车出人罐笼，必须使用罐笼承接装置，罐笼的承接装置有承接梁、罐座及摇台三种形式。承接梁是最简单的承接装置只用于井底车场，且易发生蹾罐事故。罐座是利用托爪将罐笼托住，故可以使罐笼停车位置准确，推入矿车的冲击由托爪承担，但要下放位于井口罐座上的罐笼时，必须先将罐笼提起托爪靠配重自动收回，操作较复杂。罐笼落在井底罐座上，钢丝绳容易松弛，因而提升时钢丝绳受到冲击负荷，操作不当时，容易发生蹾罐事故。摇台的应用范围广，井底、井口及中间水平都可以使用、特别是多绳摩擦提升必须使用摇台。由于摇台的调节受摇臂长度的限制，因此对停罐准确件要求较高这是摇台的不足之处。使用钢丝绳罐道的罐笼，用摇台作承接装置时，为防止罐笼由于进出时的冲击摆动过大，在井口和井底专设一段刚性罐道，利用罐笼上的稳罐耳进行稳罐。在中间水平因不能安设刚性罐道。必须设置中间水平的稳罐装置。稳罐装置可采用气动或液动专门设备，当罐笼停了中间水平时，稳罐装置可自动伸出凸块将罐笼抱稳。老矿井一般井口用罐座，井底用承接梁，中间水平用摇台。但在新矿井中多采用摇台。如图1-3所示：摇台是由能绕转轴转动的两个钢臂组成，如图1-3所示。它安装在通向罐笼进出口处。当罐笼停于写在位置时，动力缸3中的压缩空气排出，装有轨道的钢臂L靠自重绕轴5转落并搭在罐笼底座上，将罐笼内轨道与车场的轨道连接起来。固定在轴5上的摆杆6用销子与活套与轴5上的摆杆套9相连，摆杆套9前部装有滚子10。矿车进入罐笼后，压缩空气进人动力缸3，推动滑车8推动摆杆套9前的滚子10，致使轴5转动而使钢臂抬起。当动力缸发生故障或因其他原因不能动作时，也可以临时用手把2进行人工操作。此时要将钳子7拔出，并使配重部分4的重力大于钢管部分的重力。这的钢臂1的下落靠手把2转动轴撩起靠配重实现。(2)板链推车机板链推车机操车设备在罐笼井车场装卸矿车使用,能够实现矿车装罐、卸罐、定位、调运等功能,可以取消列车推车机、进罐阻拉器两台设备,实现一机多用.板链推车机成套操车设备包括:板链推车机、摇台、阻车器、安全门、板链推车机成套操车设备集中液压系统、板链推车机成套操车设备电控信号装置等部分组成。板链推车机是由一列轨道上运行的板链小车组成,板链小车底部在全长内设置等距的销轴,板链上安装有操车使用的推爪和拉爪,推爪推矿车碰头,拉爪作用于矿车车轴或挡板.推车器推爪的尾端与板链小车铰接,推爪抬起推矿车碰头使矿车前进;拉车器拉爪的尾端与板链小车铰接,拉爪的中部安装一个滚轮,当该滚轮经过轨道上固定的启爪曲轨时,拉爪自动抬起,其头断拉矿车车轴前进.操车装置的推爪或拉爪在矿车沿进车方向经过时碰倒,板链小车往返运行能在矿车下面通过.图1-4板链推车机(3)阻车器阻车器是矿井车场中将运行的矿车停止在某一固定地点的限位装置,和板链推车机、摇台、安全门等互相配合,使操车作业达到机械化和自动化的目的.板链推车机配套使用的是阻轮式阻车器,该阻车器有一对阻爪和弹簧缓冲装置.当车轮撞击阻爪时,阻爪使套在固定轴后部的弹簧压缩,撞击的能量便为弹簧吸收.阻爪在轴上可自由转运,阻爪的尾部通过连杆机构和操纵机构相连,液压缸活塞杆的往复运动使两个阻爪相对打开或关闭.关闭时阻车,打开后矿车即可通过。阻车器按路线设置可分前、后阻车器两种.前阻车器待装矿车限位之用;后阻车器用于阻止列车。图1-5 阻车器(4)安全门当罐笼提升时,安全门防止人员和车辆进入而发生坠井事故,只准在罐笼到位通过人员或车辆时打开.煤矿安全规程规定,安全门必须与罐位和提升信号联锁.罐笼未到位,安全门打不开;安全门未关闭,只能发出调平和换层信号,但发不出开发信号.安全门具有可靠的安全闭锁防护作用,开启灵活.门扇用型钢焊制,上部装有行走滚轮,可沿着导轨上左右滑动.链式传动机构由液压马达驱动,正式运转实现安全门的打开与关闭.导轨的布置形式一般设置双股导轨,门扇开启时重叠在一起.为了便于长材料的装卸工作,出车侧安全门导轨的机构设置在一副可转动铰链上,在需要装卸长材料时,导轨的机构可将一半绕绞轴侧向打开.井底安全承接装置井底罐笼安全承接装置主要用来解决立井提升的井底罐笼的安全承接问题，它代替了现有的长臂摇台，解决了长臂摇台带来的装卸料困难的问题。图 1-6 安全门（5)集中液压系统集中液压系统是一种对罐笼提升矿井，井上井下操车设备进行集中控制的液压动力系统，与机械设备和操车电控装置配套，机电液一体化。为组合型系列化产品，其形式、尺寸和主要技术性能参数具有较高的标准化/通用化水平。液压站与设备工作机构（油缸/马达）采用高压胶管连接，每个电磁换向阀与其所控制的设备对应，进出油口设在集成块的同一侧，当集成块下面一排油管出油，上面一排油管回油时，操车设备进人装车作业状态，亦即摇台落下，安全门打开，阻车器打开，板链推车机前进；反之，操车设备进人复位状态，即安全门关闭，摇台抬起，阻车器关闭，板链推车机后退。（6）电控装置为确保操车的正常进行和矿井的安全生产，结合矿山的现场情况和多年来现场安装调试的经验，该矿副井操车电控设计采用技术成熟功能先进的设备。操车电控箱体材料选用不锈钢可以确保箱体使用过程中的漆皮脱落现象。采用模拟显示屏显示，所有设备均可在显示屏上显示其工作状态。操车电控系统设计了“半自动、手动、点动”3种工作方式。电控系统选用的传感器均采用进口芯片封装，使用寿命、防护等级、动作灵敏度都能满足现场的需要，另外各种到位传感器都增加了故障识别功能。1.2 可编程控制器概况本设计使用作为控制中心器件：可编程控制器（原概念PROGRAMMABLECONTROLLER，简称PLC，与个人计算机的PC相区别，用PLC表示；现概念PROGRAMMABLELOGICCONTRLLOR，简称PLC）可编程序控制器的产生和发展与继电器控制系统有很大的关系、继电器已有上百年的历史，它是一种用弱电信号控制强电信号的电磁开关，在复杂的继电器控制系统中，故障的查找和排除是非常困难的，可能会花费大量时间，严重地影响生产。如果工艺要求发生变化，控制柜内的元件和接线需要作相应的变动，这种改造的工期长、费用高，以至于有的用户宁愿扔掉旧的控制柜另外制作一台新的控制柜。显然需要寻求一种新的控制装置来取代老式的继电器控制系统使电气控制系统的工作更加可靠、更容易维修、更能适应经常变动的工艺条件。1968年美国最大的汽车制造厂家通用汽车公司（GM）提出了研制可编程序控制器的基本设想。即（1）编程简单，可在现场修改程序（2）维护方便采用插件式结构；（3）可靠性高于继电器控制柜（4）体积小于继电器控制柜：（5）成本可与继电器控制柜竟争；（6）可将数据直接送人计算机（7）可直接使用115v交流输人电压；（8）输出采用115v交流电压能直接驱动电磁阀、交流接触器等负载；（9）通用性强，扩展方便；（10）能存储程序，存储器容量和扩展到4KB。1969年，美国数字设备公司(DEC)研制出了世界上第一台可编程序控制器。70年代初期出现了微处理器，它的体积小、功能强、价格便宜，很快被用于可编程序控制器，使它的功能增强、工作速度加快、体积减小、可靠性提高、成本下降。可编程序控制器借鉴微型计算机的高级语言，采用极易为工厂电气人员掌握的梯形图编程语言。现代可编程序控制器不仅能实现对开关量的逻辑控制，还具有数学运算、数据处理、运动控制、模模拟量PID控制、通信联网等功能，在发达的工业国家，可编程控制器已经广泛应用在所有的工业部门，其应用已扩展到楼宇自动化、家庭自动化、商业、公用事业、测试设备和农业等领域。1985年1月，国际电工委员会（IEC）的可编程序控制器标准草案第稿对可编程序控制器作了如下定义：“可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计、它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程、可编程序控制器及其有关设备都应按易于使工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。在全球PLC制造商中,根据美国AutomationResearchCorp(ARC)调查,世界PLC领导厂家的五霸分别为Siemens(西门子)公司、Allen-Bradley(A-B)公司、Schneider(施耐德)公司、Mitsubishi(三菱)公司、Omrom(欧姆龙)公司,他们的销售额约占全球总销售额的三分之二。从西门子公司的SIMATICS7-400的性能可对PLC窥见一斑:SIMATICS7-400是匣式封装模块,可卡在导轨上安装,由I/O总线和通信总线建立电气连接,模块可在工作或加电时替换或插、拔,可快速安装维护,修改方便,其主要性能为:CPU存储器容量64K字节,可扩展到1.6M字节;位和字处理速度80ns至200ns;最高系统计算能力可以有4个CPU同时计算;一个中央框(CR)可扩展直到21个扩展框;每个CPU上多点接口(MPI)能力,如可同时连接文字显示或操作员以及编程器件;CPU上的SINEC-L2-DP附加有分散I/O的集成性能;提供与计算机和其它Siemens产品或系统的连接接口;高可靠性,完善的自诊断和清除故障功能。我国的PLC生产目前也有一定的发展,小型PLC已批量生产;中型PLC已有产品;大型PLC已开始研制。国内PLC形成产品化的生产企业约30多家,国内产品市场占有率不超过10%,主要生产单位有:苏州电子计算机厂、苏州机床电器厂、上海兰星电气有限公司、天津市自动化仪表厂、杭州通灵控制电脑公司、北京机械工业自动化所和江苏嘉华实业有限公司等。国内产品在价格上占有明显的优势。江苏嘉华实业有限公司生产的JH120系列产品主要性能有:输入输出从20点到120点任意配置;内置32个定时器、31个计数器、几百个中间继电器和数据寄存器,可方便地完成逻辑控制、定时、计数控制、高速计数、数据处理、模拟量控制等功能;编程简便,108条指令功能齐全;DIN标准卡槽安装,可拆端子排接线;高可靠性,强抗干扰,用于各种工业环境。随着微处理器、网络通信、人机界面技术的迅速发展,工业自动化技术日新月异,各种产品竞争激烈,新产品不断涌现。PLC也由最初的只能处理开关量而发展到可以处理模拟量和数据,加之与DCS、PID调节器、工业PC等技术相结合,使之不再是一种简单的控制设备,而且必将随着自动控制技术的不断发展而发展生存下去。可编程序控制器的推广应用在我国得到了迅猛的发展，可编程序控制器已经大量应用在引进设备和国产设备中，我国不少广家引进或研制了一批可编程序控制器，各行各业也涌现出大批应用可编程序控制器改造设备的成果，机械行业生产的设备越来越多地采用可编程序控制器作控制装置，了解可编程序控制器的工作原理，具备设计、调试和维护可编程序控制器控制系统的能力，已经成为现代工业对电气技术人员和工科学生的基本要求。1.2.1 PLC主要应用于以下几个方面1、开关量逻辑控制可编程序控制器具有“与”、“或”、“非等逻辑指令，可以实现触点和电路的串、并联代替继电器进行组合逻辑、定时控制与顺序逻辑控制、开关量逻辑控制可以用于单台设备也可以用于自动生产线，如机床电气控制、冲压机械、铸造机械、运输带、包装机械的控制电梯的控制化工系统中各种泵和电磁阀的控制，冶金系统的高炉上料系统、轧机、连铸机、飞剪的控制、各种生产线的控制等。2、运动控制可编程序控制器使用专用的运动控制模块，对直线运动或圆周运动的位置、速度和加速度进行控制可实现单轴/双轴/3轴位置控制，使运动控制与顺序控制功能有机地结合在一起。可编程序控制器的运动控制功能广泛地用于各种机械，如金属切削机床、金属成形机械。装配机械、机器人、电梯等。3、闭环过程控制过程控制是指对温度、压力、流量等连续变化的模拟量的闭环控制。可编程序控制器通过模拟量I/O模块，实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的A./D转换和D/A转换并对模拟量实行闭环PID（比例积分微分）控制。现代的大中型可编程序控制器一般都有PID闭环控制功能，这一功能可以用PID子程序来实现更多的是使用专用的智能PID模块、可编程序控制器的模拟量PID控制功能已经广泛地应用于塑料挤压成形机、加热炉、热处理炉锅炉等设备，以及轻工、化工、机械、冶金、电力、建材等行业。4、数据处理现代的可编程序控制器具有数学运算（包括四则运算、矩阵运算、函数运算、字逻辑运算以及求反、循环、移位、浮点数运算）、数据传送、转换、排序和查表、位操作等功能可以完成数据的采集、分析和处理这些数据可以与储存在存储器中的参考值比较，也可以用通信功能传送到别的智能装置，或者将它们打印制表、数据处理一般用于大型控制系统如无人柔性制造系统也可以用于过程控制系统如造纸、冶金、食品工业中的一些大到控制系统。5、通信联网可编程序控制器的通信包括主机与远程I/O之间的通信、多台可编程序控制器之间的通信、可编程序控制器和其他智能控制设备（如计算机、变频器、数控装置）之间的通信、可编程序控制器与其他智能控制设备一起，可以组成“集中管理、分散控制的分布式控制系统。1.2.2 PLC的结构及基本配置一般讲，PLC分为箱体式和模块式两种。但它们的组成是相同的，对箱体式PLC，有一块CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，当然按CPU性能分成若干型号，并按I/O点数又有若干规格。对模块式PLC，有CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架。无任哪种结构类型的PLC，都属于总线式开放型结构，其I/O能力可按用户需要进行扩展与组合。PLC的基本结构框图如下：图 1-8 PLC系统框图一、CPU的构成PLC中的CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，每台PLC至少有一个CPU，它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路。与通用计算机一样，主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，还有外围芯片、总线接口及有关电路。它确定了进行控制的规模、工作速度、内存容量等。内存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。CPU的控制器控制CPU工作，由它读取指令、解释指令及执行指令。但工作节奏由震荡信号控制。CPU的运算器用于进行数字或逻辑运算，在控制器指挥下工作。CPU的寄存器参与运算，并存储运算的中间结果，它也是在控制器指挥下工作。CPU虽然划分为以上几个部分，但PLC中的CPU芯片实际上就是微处理器，由于电路的高度集成，对CPU内部的详细分析已无必要，我们只要弄清它在PLC中的功能与性能，能正确地使用它就够了。CPU模块的外部表现就是它的工作状态的种种显示、种种接口及设定或控制开关。一般讲，CPU模块总要有相应的状态指示灯，如电源显示、运行显示、故障显示等。箱体式PLC的主箱体也有这些显示。它的总线接口，用于接I/O模板或底板，有内存接口，用于安装内存，有外设口，用于接外部设备，有的还有通讯口，用于进行通讯。CPU模块上还有许多设定开关，用以对PLC作设定，如设定起始工作方式、内存区等。二、I/O模块：PLC的对外功能，主要是通过各种I/O接口模块与外界联系的，按I/O点数确定模块规格及数量，I/O模块可多可少，但其最大数受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制。I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。三、电源模块：有些PLC中的电源，是与CPU模块合二为一的，有些是分开的，其主要用途是为PLC各模块的集成电路提供工作电源。同时，有的还为输入电路提供24V的工作电源。电源以其输入类型有：交流电源，加的为交流220VAC或110VAC，直流电源，加的为直流电压，常用的为24V。四、底板或机架：大多数模块式PLC使用底板或机架，其作用是：电气上，实现各模块间的联系，使CPU能访问底板上的所有模块，机械上，实现各模块间的连接，使各模块构成一个整体。五、PLC的外部设备外部设备是PLC系统不可分割的一部分，它有四大类编程设备：有简易编程器和智能图形编程器，用于编程、对系统作一些设定、监控PLC及PLC所控制的系统的工作状况。编程器是PLC开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的器件，但它不直接参与现场控制运行。监控设备：有数据监视器和图形监视器。直接监视数据或通过画面监视数据。存储设备：有存储卡、存储磁带、软磁盘或只读存储器，用于永久性地存储用户数据，使用户程序不丢失，如EPROM、EEPROM写入器等。输入输出设备：用于接收信号或输出信号，一般有条码读人器，输入模拟量的电位器，打印机等。六、PLC的通信联网PLC具有通信联网的功能，它使PLC与PLC之间、PLC与上位计算机以及其他智能设备之间能够交换信息，形成一个统一的整体，实现分散集中控制。现在几乎所有的PLC新产品都有通信联网功能，它和计算机一样具有RS-232接口，通过双绞线、同轴电缆或光缆，可以在几公里甚至几十公里的范围内交换信息。当然，PLC之间的通讯网络是各厂家专用的，PLC与计算机之间的通讯，一些生产厂家采用工业标准总线，并向标准通讯协议靠拢，这将使不同机型的PLC之间、PLC与计算机之间可以方便地进行通讯与联网。了解了PLC的基本结构，我们在购买控制器时就有了一个基本配置的概念，做到既经济又合理，尽可能发挥PLC所提供的最佳功能。二、副井操车系统的机电设计2.1 控制方案选择：双PLC控制：一个位于井口，接收井口传感器信号、操车房的控制信号和报警信号、控制井口机电设备运行，一个位于井下，控制接收井下的传感器信号、报警信号和控制输井下机电部分的运行。2.1.1 I/O点数估算：初步估计输入点数为45，输出点数为33，I/O点数应预留10%-20%取12%，所以输入点数应选择54点，输出点数小于输入点数，以输入点数决定PLC的选型。2.1.2 存储器选择：根据工程需要，和综合考虑，预计程序在500步左右，所以应选择的程序存储器应大于1k。2.1.3 功能选择：功能选择上主要从运算、控制、通信、编程、诊断、和处理速度上选择。此设计在运算上主要用于步进控制程序的运行，需要简单的逻辑运算、计时和计数，选择普通PLC即可适用；控制上，用于顺序逻辑控制，因此，采用单回路或多回路控制器解决模拟量的控制即可，不需要采用专用的智能输入输出单元完成所需的控制功能，提高PLC的处理速度和节省存储器容量。（例如采用PID控制单元、高速计数器、带速度补偿的模拟单元、ASC码转换单元等）。输出控制用于继电器，所以在选择输出模块时，应选择继电器输出。通信距离大于420米，所以要选择可以扩展通信模块或者本身自带通信模块的机型，并且能并行或者串行传输的PLC；在编程上选择易于编写程序的机种，没有实时要求，所以，可以离线编程就满足要求，在同等价位条件下最好选择五种标准化编程语言（顺序功能图（SFC）、梯形图（LD）、功能模块图（FBD）三种图形化语言和语句表（IL）、结构文本（ST）两种文本语言）都具备的产品；在诊断上，能够进行硬件和软件的诊断，硬件诊断通过硬件的逻辑判断确定硬件的故障位置，软件诊断分内诊断和外诊断。通过软件对PLC内部的性能和功能进行诊断是内诊断，通过软件对PLC的CPU与外部输入输出等部件信息交换功能进行诊断是外诊断。PLC的诊断功能的强弱，直接影响对操作和维护人员技术能力的要求，并影响平均维修时间。处理速度选择：操车系统运行速度较慢，一般PLC的处理速度已经能满足设计要求，在处理速度上，没有特殊要求。2.1.4 机型的选择(一)PLC的类型从实际应用和性价比考虑，此系统为小型系统，安装为现场安装，I/O点比较固定，预留一定I/O点完全可以满足要求，并且，整体型PLC价格较低，所以，可以选择整体型PLC。（二）输入输出模块的选择输入为控制信号，选择PLC自带控制输入的，或者是低电压输入，有利于控制安全，直流和交流都可以；输出模块为继电器输出，交流110。(三)电源的选择煤矿可选电压较多，此项不考虑。图 2-1 FX2N-CNV-BD综上所述：最终选择三菱系列的FX2N系列PLC，具体型号为：三菱FX2N-CNV-BD+FX0N 485ADP 各两套。表 2-1 FX0N 485ADP 参数项目规格传输标准与RS-485和RS-422相一致最大传输距离500米LED显示器SD，RD，POWER通讯方式半双工波特率（bps）300/600/1200/2400/4800/9600/19200bps并联：19200bps N:N网络 通讯规范无协议，专用协议，并联，N:N网络 绝缘光电隔离 电源-外部24V DC10%，50mA 电源-内部从PLC作为电源提供5V DC，60mA 可用的PLCFX1S/FX1N/FX2N系列PLC 尺寸(长)(宽)(高)438790mm 质量(重量)0.2kg 2.2 控制过程分析副井操车系统的传感器：安全门（开、关）到位、罐笼内阻车器（开、关）到位、前阻车器（开、关）到位、后阻车器（开、关）到位、前推车机（正推、反退）到位、后推车机（正推、反退）到位，过卷保护、液压站警告；控制按钮有：自动操车，手动按钮：安全门（开、关）、罐笼内阻车器（开、关）、前阻车器（开、关）、后阻车器（开、关）、前推车机（正推、反退）、后推车机（正推、反退）；检修按钮：安全门（开、关）、罐笼内阻车器（开、关）、前阻车器（开、关）、后阻车器（开、关）、前推车机（正推、反退）、后推车机（正推、反退）。共计45个。副井操车系统被控元件：安全门（开、关）、罐笼内阻车器（开、关）、前阻车器（开、关）、后阻车器（开、关）、前推车机（正推、反退）、后推车机（正推、反退）；安全门（开、关）到位指示、罐笼内阻车器（开、关）到位指示、前阻车器（开、关）到位指示、后阻车器（开、关）到位指示、前推车机（正推、反退）到位指示、后推车机（正推、反退）到位指示。可以提升指示灯。停车指示，共计35个。2.2.1 副井操车系统提物流程：具体顺序如下：1、 罐笼平层到位；2、 安全门开；3、 前阻车器打开；4、 罐笼内阻车器打开；5、 前推车机正推；6、 前阻车器关闭（升）；7、 后阻车器打开；8、 后推车机正推；9、 后阻车器关；10、 前、后推车机反退；11、 罐笼内阻车器关；12、 摇台关（升）；13、 安全门关闭（手动或程控）；14、 发开车信号然后才能进行操车。其流程图如下：图 2-2 副井操车系统提物流程图在前一步未完成前，后一步不能动作，并且符合煤矿安全规程第361条规定：用罐笼提升的立井必须在绞车信号系统内设置闭锁装置，安全门未关闭，只能发出调平和换层信号但发不出开车信号。井口、井底阻车器必须与罐笼停车位置相连锁；罐笼未到达停车位置，放不下摇台，打不开阻车器。系统能做到：信号提升指令与绞车控制回路的闭锁,即车房接不到上井口发来的信号，绞车开不了车，有接口与绞车控制回路相连。信号与操作之间的闭锁。操车系统各执行机构程序之间的闭锁。在提升过程中，可以选择紧急停车，提升机过卷也可以切断绞车的电源，并向车房发出警示信号。所有提示信号均能显示：安全门（开、关）到位指示、罐笼内阻车器（开、关）到位指示、前阻车器（开、关）到位指示、后阻车器（开、关）到位指示、前推车机（正推、反退）到位指示、后推车机（正推、反退）到位指示。3.2.2 副井操车系统提人流程：其流程图如下：图 3-2副井操车系统提人流程具体顺序如下：1、 罐笼平层到位；2、 安全门开；3、 前阻车器打开；4、 罐笼内阻车器打开；5、 前阻车器关闭（升）；6、 后阻车器打开；7、 后阻车器关；8、 罐笼内阻车器关；9、 摇台关（升）；10、 安全门关闭（手动或程控）；11、 发开车信号然后才能进行操车。与提物流程一样，在前一步未完成前，后一步不能动作，并且符合煤矿安全规程第361条规定：用罐笼提升的立井必须在绞车信号系统内设置闭锁装置，安全门未关闭，只能发出调平和换层信号但发不出开车信号。井口、井底阻车器必须与罐笼停车位置相连锁；罐笼未到达停车位置，放不下摇台，打不开阻车器。在提升过程中，可以选择紧急停车，提升机过卷也可以切断绞车的电源，并向车房发出警示信号。所有提示信号均能显示：安全门（开、关）到位指示、罐笼内阻车器（开、关）到位指示、前阻车器（开、关）到位指示、后阻车器（开、关）到位指示、前推车机（正推、反退）到位指示、后推车机（正推、反退）到位指示但这个过程中推车机不动作。3.2.3 副井操车系统手动和检修功能：12、 手动功能是为了在信号检测失败、信号故障、传感器失灵的情况下使用，在这个状态下，所有的互锁和自锁都能实现，程序还是以步为单位步进，所有在操车过罐笼内阻车器打开；13、 前阻车器关闭（升）；14、 后阻车器打开；15、 后阻车器关；16、 罐笼内阻车器关；17、 摇台关（升）；18、 安全门关闭（手动或程控）；19、 发开车信号然后才能进行操车。与提物流程一样，在前一步未完成前，后一步不能动作，并且符合煤矿安全规程第361条规定：用罐笼提升的立井必须在绞车信号系统内设置闭锁装置，安全门未关闭，只能发出调平和换层信号但发不出开车信号。井口、井底阻车器必须与罐笼停车位置相连锁；罐笼未到达停车位置，放不下摇台，打不开阻车器。在提升过程中，可以选择紧急停车，提升机过卷也可以切断绞车的电源，并向车房发出警示信号。所有提示信号均能显示：安全门（开、关）到位指示、罐笼内阻车器（开、关）到位指示、前阻车器（开、关）到位指示、后阻车器（开、关）到位指示、前推车机（正推、反退）到位指示、后推车机（正推、反退）到位指示但这个过程中推车机不动作。3.2.3 副井操车系统手动和检修功能：手动功能是为了在信号检测失败、信号故障、传感器失灵的情况下使用，在这个状态下，所有的互锁和自锁都能实现，程序还是以步为单位步进，所有在操车过程中的工作均要按顺序控制，并且，在前一步未完成前，后一步不能动作。手动流程图如下：图 3-3 手动控制流程图在此状态下：与前两个流程一样，在前一步未完成前，后一步不能动作，并且符合煤矿安全规程第361条规定：用罐笼提升的立井必须在绞车信号系统内设置闭锁装置，安全门未关闭，只能发出调平和换层信号但发不出开车信号。井口、井底阻车器必须与罐笼停车位置相连锁；罐笼未到达停车位置，放不下摇台，打不开阻车器。在提升过程中，可以选择紧急停车，同样提升机过卷也可以切断绞车的电源，并向车房发出警示信号。并且所有