基于PLC技术的煤矿机电控制系统应用研究

基于PLC技术的煤矿机电控制系统应用研究【摘要】本设计文章在设计过程中，所设计的课题是矿井提升机PLC控制系统的设计，主要是对矿井提升机的速度控制，并通过对速度的控制进行了分析,以变频器调速为目标，完成了整个系统的设计。在对这一体系展开分析过程中，主要是针对于各种变频调速系统的方式以及方法进行验证，同时在进行该套系统设计时，以交流变频调速系统为主。在进行选择的过程当中，针对于变频器的类型，以及变频器的系统要求进行了整体的分析，并且还针对于各种故障问题，其加工的需求被设计出来并使用PLC系统来编程和控制它。通过对电动机转速的调节，实现不同频率下电机运行速度的变化。完成变频调速基础设计,要求同时该系统还设计了抗干扰的方案，以确保该系统能够在运行的过程当中实现长时间稳定性的工作。【关键词】矿井提升机，调速控制，变频器，PLC，山东劳动职业技术学院电气及自动化系毕业设计（制作）论文目录目录277461绪论 I1绪论1.1课题来源在计算机、电力电子、微电子等领域不断发展的今天，新的技术已经在各个行业得到了广泛的运用，而国外的机电控制系统，也都是使用了新的技术，而且性能上有很大的差异。自70年代至80年代以来，在矿井提升的机电控制系统中，逐渐采用了可编程控制器及计算机。如今以PLC为下位机对煤矿提升机电气控制系统进行操作控制，以计算机为上位机实现对操作过程的监测和控制，使其功能更加完备。随着可编程控制器和微机的广泛使用，提升了提升机操作的自动化程度，同时也提高了控制系统的整体操作性能和生产效率。本文介绍了一台采用同步电机传动的新型大型矿井用提升机。世界上第一台同步电机驱动的提升机于1988年9月诞生。这种新型提升机采用先进的电子控制和计算机技术，以实现高速平稳运行为目标。高达同步电机驱动提升机结构设计有较大突破，全新设计，使提升机结构简单化，缩小体积，升降主电机转子固定，定子在滚筒中起作用，减少制造成本。这种新型的提升机已经得到广泛应用。同时，随着西门子等提升机械公司对提升机电子控制系统的控制技术越来越成熟，也开始对提升机监测设备进行研究和生产，利用新的技术，让提升机的电控系统的安全保护能力得到了进一步的提高，从而让电控系统能够更加可靠地工作，较强的监控功能达到防患于未然的目的，在较大程度上减少事故的发生。如今因为交流控制理论以及微电子技术的进步，变频调速技术在化工、冶金、机械以及食品等各行业中得到了越来越多的运用。交流变频同步机拖动调速系统由于具有提升容量大、调速范围广、调速平滑性好和功率因数高的特点，正在成为大型煤矿提升机升级系统中的新宠儿。煤矿提升机在煤矿生产系统中担负着运输人员和机电设备的任务，物料及矸石等工作，是整个煤矿生产的咽喉要道。本文介绍了一台采用同步电机传动的新型大型矿井用提升机。煤矿提升机作为煤矿的主要设备之一，煤矿提升机电控系统安全性问题、可靠地工作，才能确保井上和井下各种联系。综上所述，提升机的安全，高效以及合理的运行对于煤矿的生产以及人身安全都有着至关重要的作用。煤矿提升机电控系统具有完善、安全、可靠的控制功能，能够保证提升机安全工作。国内已有的提升机电控系统中，还有一部分是利用绕线式异步电机转子回路串接电阻来进行控制的，升降过程中，按照电流原则和时间原则，随着转速的变化，电阻被切除。随着科学技术水平的提高，我国矿井开采深度不断增加，对矿井提升机提出了更高要求。这种控制方式可靠性差，精度不高。因此对其进行技术改造势在必行。由于计算机、PLC、数字控制技术和其他新技术在我国的运用还处于初始阶段，极易发生超速、过卷等事故；同时控制系统结构复杂，体积庞大，维护成本高，故障率较高等问题。加之系统出现故障后，查找故障点不易，修理，维护任务十分艰巨。所以，根据运行系统中存在的上述问题进行安全、可靠、高效地运行，是我们新系统的必然要求，也是系统改造的需要。1.2国内外煤矿提升机电控系统发展状况1.2.1国外发展现状在矿井系统的运行过程当中，最主要的部件就是矿井提升机，而矿井提升机则是由英国最先产生的。由于英国较早的进入到了工业化社会，因此在进行挖矿的过程当中，需要使用到大量的矿井运输机，对于矿井验收机的研究也较为深入，并且在上世纪中期就广泛应用于煤炭开采行业。现今，随着国外的技术不断发展，其调速系统也在不断的创新改善。综上所述，矿井提升机调速系统大体可分为以下几种类型。（1）绕组异步电动机转子回路的控制调速系统进行使用该电机调速系统的过程当中，其调速主要是通过改变转子电路当中所串联的附加电阻来进行实现的，其操作简单，在很多的场合当中均得到了大量的应用，在进行调速时该种调速将会消耗大量的能量并且在进行调速时，其调速性能也是比较差的，运行效率非常低，也非常的不稳定，因此在后来的调速系统当中也开始逐渐舍弃该种调速方式。（2）晶闸管电机（SCR-D）直流低速直接驱动系统大多数发达国家，晶闸管电机（以下简称SCR-D）已经把大部分交流提升机取代。例如，在德国、瑞典和其他国家，百分之九十以上使用直流提升机，大多数传输系统使用低速直接连接类型（省略减速器），这样使系统得到了简化。如AEG公司采用低速直联的SCR-D系统，具有完善的保护系统，大大提高了功率因数。西门子（SIEMENS）公司、ABB公司、CEOELEC公司以及ASEA公司的产品类型相同，工作类型类似。这种系统的优点是：工作方便、体积较小、价格经济；工作效率较高、工作时耗能低；零件简单，如出现故障维修时效率提高；由此可见容易实现自动化，并且安全稳定、运行可靠、节约资源，是煤矿节约电能消耗的最佳方式。但是功率因数较低；无功功率影响较大，高次谐波对电网影响较大。（3）交流变频调速同步电机驱动提升系统煤矿提升机承担着煤矿生产系统输送人员，机电设备，物料和矸石的任务，是煤矿整体生产咽喉。并且能够满足大多数矿井的需求，在使用该种调速方式的时候，可以通过设计相应的调速策略，使得电动机系统能够按照平滑的曲线方式进行调速，并且其具备较高的功率因素，能够有效的节省电能。（4）微机的应用随着科学技术发展，微机技术已经广泛使用于提升机系统。在部分发达国家已经达到成熟水平主要有下面几个方面。a微机控制中的改进过程b对于行程控制进行提升c对于过程监控进行提升d保护电路安全e制动系统的控制和监控f全数字速度控制系统1.2.2国内发展现状目前我国在进行设计矿井提升机的时候，所使用到的电机控制系统，其容量一般情况下会少于1000kw再进行利用转子，串联电阻调速的时候，该种调速方式会使用大量的继电器以及大量的接触器来进行构成。传统的调速方式，在进行开发的时候较为简单，也具备明显的优点以及缺点，例如其缺点是能够在调速的过程当中具备较大差的调速性能，并且在调速时也会耗费大量的电能，这种调速方式比较落后，因此在很多的场合当中，对于高精度调速系统来说，已经不再采用该种调速方式。我国内在进行设计提升机系统的过程当中，由于它技术发展缓慢，所以和国外先进提升机调速系统有很大差距。其主要的是进行电机速度给定方面进行设计的时候无法满足高精度调速的需求，以计算机系统为核心的矿井提升机，还需要实时进行监测，并且还需要对系统进行保护，我国在进行该类提升机的时候，无法实现高精度形成控制的要求，因此对于矿井提升机速度方面的研究一直以来都是热议的问题，近几年来我国针对于矿井提升机系统来说，已经取得了较大的进步，在使用控制方式以及控制策略的时候，开始利用新型的控制算法来进行相应的设计。1.3课题研究的意义煤矿提升系统在煤矿生产过程中起着咽喉作用，其正常工作是煤矿安全生产的保证，关系到煤矿安全生产。对机电控系统进行改造升级，第一，传动方式的选择，合理的传动方案一定要符合煤矿生产工艺。这种方法虽然可以实现调速，但存在着起动过程中冲击大，能耗高，功率因数低，系统振荡严重等问题，且不适合于大功率电动机。以此为前提，横向比较了几种可能的传动方案，筛选性价比更高、结构较为合理的方案。随着工业技术的发展和进步，传统机械传动装置已不能适应现代化生产的需要，而交流传动系统则以其结构简单、性能可靠等特点成为当今最理想的一种机械传动形式。上世纪50—60年代，国内普遍采用交流传动方式。使用该传动方式工艺简单、设备成本低、操作维护方便。但系统运行后调速性能较差，减速爬行阶段需加装传动装置以提高调速性能。调速系统中加装传动装置加大了设备的投资，使调速系统变得复杂，性价比下降。上世纪70年代以来，随着煤矿规模的扩大，年产量从原来的50万吨和70万吨逐年递增，设计生产能力分别达到200万吨和500万吨或更高。年产量的提高势必对提升机装载容量提出新的需求，而交流传动方式在性能上已远不能适应现场生产对于提升机的需要，直流传动方式已被替代。直流传动有2种模式，一种是发电机—电动机驱动，另一种是晶闸管整流驱动模式。两种方法，各有利弊。相对来说晶闸管整流传动模式在工作时对交流电网无功影响较大，起动时有明显压降。为改善该运行模式下功率因数低的问题，需要在电机电枢绕组中串联2组晶闸管。但对以上缺点进行了改进，该传动方式具有调速范围宽，调速平滑性好，系统响应迅速，可靠性强，故障率低，维修方便和体积小的优点。在上述优势的基础上，升级后的电控系统选用直流传动方案更加容易实现升级过程的自动化。电动机转速受提升负载的影响较小，甚至在较低转速范围内，提升机仍可平稳工作，负力减速时，机械能仍可转化为电能回到电网中。但选用该传动方式电控系统前期投入较大且基础成本较高。随着微电子技术的发展，电力电子技术等，计算机控制技术的繁荣等等，大规模集成电路和智能型芯片越来越多地应用于各行各业。根据矿井生产实际情况和工艺要求，综合考虑技术经济指标，确定最佳传动方案，以达到节能目的。电力电子变换器运用在的交流提升机的传动系统，并且伴随着计算机控制技术日趋成熟，高性能交流提升机调速系统应运而生，打破了首选直流传动的历史局面。目前我国许多大型矿井都采用了以变频调速器为核心的新型交流提升机调速系统。所以交流提升机代替直流提升机已成为必然趋势，未来，交流提升机控制系统将引导矿井提升机控制的发展方向。近年来变频调速技术在矿井提升机调速系统改造中逐渐得到应用，这一技术从根源上消除了转子串电阻带来的能量消耗。交流变频拖动系统因其具有提升容量大、调速范围宽、速度平滑、能耗低、功率因数高等优点而为多数专家所公认，是大型矿井提升机电力拖动发展的一个必然方向。当然对提升机电气控制系统进行技术改造的时候，即应该具有超前意识又应该考虑到我国的国情并根据煤矿的具体情况进行技术改造。

2提升机电控系统结构分析与改造方案设计2.1煤矿提升机电控系统总体结构以下图2-1为提升机系统的重要组成部分，控制系统由电气控制系统、减速器、液压制动系统、电机、主轴装置和深度指示器构成。图2-1矿井提升机系统组成提升机控制系统如图2-2所示。图2-2提升机控制系统实图2.1.1主轴装置提升机上用于固定滚筒的轴叫做主轴。它的主要组成有：轴承、主轴、滚筒和调绳离合器,其中后者只限在双滚提升机上使用，而裴沟煤矿提升机是单滚筒单绳缠绕式，没有调绳离合器。主轴装置的功能如下:（1）绕钢丝绳，以完成下放和升降；（2）在机械旋转部分承受径向、轴向负荷；（3）也可应用于双滚筒提升机钢丝绳长度调整；（4）在发生危险情况时能够承受特殊负荷值的能力；为使换绳或调整绳长时能够调节不同容器之间的相互位置，本文采用了调绳离合器的辅助功能，使主轴从卷筒上脱出或接合。2.1.2减速器K型提升机为圆弧齿轮减速器。型号为ZH-115、ZHL-115，ZHLR-130，ZHLR-150等。其中,Z—圆柱，H—圆弧齿，L一级和二级减速，R—人字齿；115、130、150—中心距。由于减速箱的传动和支承部件都安装在传动轴上，所以它们之间存在着一定程度的摩擦，因此对其润滑条件提出了很高要求。现将减速器的功能作用分述如下:（1）能使电机输出转速下降，达到滚筒所需要的一个工作转速。（2）经减速器后，使得电机输出力矩变大，达到滚筒所需工作力矩。2.1.3电机电机提供提升机需要的功率。转动的电机将驱动滚筒并使之转动以完成升降容器。矿井提升电动机有直流与交流两种型式。但目前国内多采用交流绕线式异步电机。这类电动机装置简单，维修方便，但是耗能大。而且直流电机现在国内外的大型矿井中也已经逐渐开始普及，它具有良好的调速性能和较小的能耗。该系统釆用YR355M2-10三相异步电动机。2.1.4深度指不器深度指示器在矿井提升机中起着举足轻重的作用，我国现在应用的深度指示器主要有以下两种:（1）牌坊式深度指示装置：表盘上的指针能明显看出井内提升容器的位置。其通过传动轴连接主轴，当主轴旋转时，深度指示器内的丝杠反向旋转，由于丝杠的转数与提升机主轴的转数成正比，故指针可正确地指示出相应位置。（2）圆盘式深度指示装置：其结构并非很复杂，利用同步联系的原理进行生产，包括传动装置等、深度指示盘等等。当转速达到要求时，则通过改变速度的大小来实现不同深度显示。传动轴通过法兰盘与减速器的输出轴相连接，经过更换齿轮到一锅杆一增速齿轮的配对后，传动送至自整角机，传递给接收自整角机指示深度。深度指示器的作用如下:a在提升容器操作位置上起显著指示；b当提升容器接近上下井口可给减速信号；c升降容器上下卷时可切断安全回路，起防护作用。2.1.5制动系统其制动系统的组成部分主要有闸和液压站。在提升机系统中，制动系统是其最为关键的部分之一，对煤矿安全生产至关重要。以至于《煤炭安全规程》对其提出了严格要求。（1）若提升机下放或举升过程中最大静负荷力矩M,那么，它在安全制动和工作制动过程中所产生力矩应大于3倍。（2）如果采用双滚筒提升机，当其制动不同的滚筒，它所受力矩应超过1.2倍钢丝绳及提升容器重力所引起力矩。以下即为制动系统最为关键的功能与作用：（1）停车后刹车。在井内任意地点停车都可可靠地抱死闸。（2）参加速度控制。在升降过程中，某一阶段要求减速时，控制之间打开。（3）安全制动。如果提升机遇到特殊情况，无法正常工作，马上将闸抱死，停住提升机。（4）调绳。双卷筒提升机在调节绳长或更换钢丝绳时，闹住提升机卷筒以便于调整或更换。2.1.6液压站液压站包括油箱、电加热器、电机、吸油滤芯等，电接点温度计等，变量叶片菜、出油滤油器，由比例溢流阀、电接点压力表、电磁换向阀组成。液压站对矿井提升机的影响如下:（1）在工作制动过程中，产生油压不等，以控制盘形闹张开；（2）在安全制动过程中，以最短时间回油达到二级制动；（3）在双滚筒提升机调绳时，产生油压控制调绳装置，并对其调试。液压站压力调节采用电液调压装置及溢流阀，溢流阀兼具定压与调压功能。液压系统一旦出现故障，需要停机时，必须将整个系统全部断电才能进行维修。液压站的组成如图2-3所示,其制备有两套油路系统，一组用于正常工作，另一组备用。液压控制系统采用交流电动机拖动液压缸作升降运动。起升时电机带动油粟运转，电磁阀G3上电使油粟产生的压力流经过滤油器，液动换向阀与电磁阀之后，经过A,B管道进入滚筒上的盘形闹。由于上盘形齿轮与下盘形齿轮啮合传动，使液压缸在上升或下降时都能保持恒定的油压低于规定范围内。油压的调节是在油路的两侧平行设置电液调压装置和溢流阀。如果制动手柄处于全制动状态下，自整角机的输出电压等于零，动线圈没有输入电流，挡板位于最上方，喷嘴有油污喷出，这种状态下液压站内压力最小。当液压系统工作正常后，由于闸板动作速度较慢，所以此时的高压油管内没有多余的空气，也就是只有少量的燃油从柱塞上喷出。盘形闸中的所有油都将返回油箱,这时盘形闹就会抱死并把滚筒给闹死了。反之，全松闹过程中，从整角机出来的电压是30V左右，动线圈电流是250mA左右，挡板位于最下端的位置，完全阻挡喷嘴，这时液压站的压力达到最大值，压力油带动下一个盘形闹被放松。图2-3液压站原理图1-邮箱；2-电加热器；3-电机；4-吸油滤芯；5-电接点温度计；6-变量叶片系□；7-出油滤油器；8-比例溢流阀；9-电接点压力表；10，11，12-电磁换向阀；13-溢流阀；14-减压阀；15-单向阀；16-压力表；17-氮气储能器；18-液动换向阀；19-出口滤-油器；20-压力传感器；21-电磁换向阀2.1.7盘形制动器盘形制动器有盘式和块式两种，它是在制动轮或者制动盘内产生制动力矩的制动器。制动力矩靠闹瓦从轴向两侧压向制动盘而产生。盘式闹都是成对使用，因为提供不同的制动力矩，所以提升机能够提供两副、四副、八副甚至多副。所述盘形闹设置于滚筒两侧并通过螺丝与滚筒边缘固定连接。2.2提升机电控系统改造方案及预期达到的效果提升机控制系统的设计必须要满足生产中的速度要求，所以要对其进行电气控制分析，在进行电气控制分析的时候，主要将系统进行静态分析以及动态分析。提升机电气传动系统的给定速度u=f(t)如图2-1所示，根据动力学方程式：(2-1)起动机在进行静态分析的时候，需要对其负载静态力进行相应的探究，该种静态力主要是由其中机卷筒所承受的静态张力差来进行决定的，在系统进行稳定的情况下，静态力是进行提升物体的相应静载荷，由于起动机系统在进行提升的时候，主要分为静态载荷以及动态载荷，因此需要对其系统进行分开表示在指定的速度区间里。通过分析动态，在复核以及静态在负荷来确定系统的参数信息，并且根据该参数信息来决定系统的输出控制量。动力装置：系统在进行设计动力装置的时候，主要包含主电动机以及系统当中的动力模块同时，为了能够保证系统能够安全制动，还使用到了制动模块。变频调速：在系统进行调速的过程当中，由于电动机系统需要采用变频器，因此变频器性能的好坏将会对调速产生较大的影响，采用矢量控制技术能够有效的提升，电机控制速度的稳定性，但是该种控制技术需要使用控制单元，向变频器发送相应的控制指令，才能够使其系统能够进行症状或者反转以及速度的改变，提升机系统在进行速度调节的时候，尽可能的需要满足曲线速度的运行条件，并且在调速的阶段还需要稳定的进行运行，变频器调速系统其本身具有多种状态，例如变频器本身具有过压欠压以及过流和缺项的设计方式。在变频器系统中，在变频器系统进行工作的过程当中，闸门控制信号需要将其输出到PLC系统当中，使用PLC系统来进行相应的采集，利用PLC系统的控制使该系统能够进行制动，这也能够避免提升机系统在启动的时候会出现流车的现象。能够有效的解决电机调速控制的缺点。操作台：在进行提升机系统控制的过程当中，提升台是整个系统控制的重要组成部分，可以使用提升台来对矿井提升机，发出操作指令，例如能够使矿井提升机进行启动或者停止以及速度的改变。监控系统：操作人员需要对该系统进行实时操作，并且还需要监控矿井提升机的各项运行参数，有些矿井提升机在进行运行的时候，需要对矿井提升机的电压电流以及功率等实施进行监测，同时当系统出现故障状态的时候，该装置系统还能够对其进行相应的分析，以进行报警。信号控制：如果要对提升机进行信号控制，那么该信号控制将要来自于不同工作的操作部位，例如润滑站、井桶和液压站等等，这结信号主要包含系统的运行状态以及矿井提升机的相关运行及保护信号，在系统运行的过程当中，将系统通过注入的方式引入到主控制装置当中，针对这些参数信号统一进行相对应的逻辑运算，并且能够与控制的装置进行信号的比较，最后将会生成PLC的控制指令，在进行各种信号处理分析的过程当中，需要对故障信号进行相应的检测，通过对故障的分析以及判断来进行逻辑处理，最终能够根据不同的故障信号以及故障模式来进行相应的动作处理，例如可以实现立即制动或者是进行提升的自动并且在显示故障信息的时候还能够利用生光报警的形式来进行提醒工作人员。图2-4变频调速控制系统图

3提升机调速系统的设计3.1变频调速技术的发展3.1.1变频调速基本原理变频调速技术基本原理就是根据电动机转速随工作电源输入频率变化而变化的三相异步电动机转速计算公式:（3-1）式中nn电机的转速，r/minn1同步转速，r/minp电机磁极对数s电机转差率，%f频率，Hz由式（3-1）可知，变频调速技术是利用更改电机定子电源的频率来进行电机转速的改变。3.1.2变频调速在提升机电控系统上的应用在进行交流电动机速度控制时，较为传统的控制方式。是采用串联电阻的方式来进行电机系统的速度控制直流电机进行调速的时候，其速度控制较为简单，因此长时间以来，在进行速度控制方面，大多数都是采用的直流电动机。为了能够进一步扩大其控制的范围，提高控制的能力，使用交流异步电动机系统具有较多的优点，例如其对环境的适应能力比较强，并且该种电动机的过流容量比较大，在长时间的使用过程当中，其坚固耐用，能够满足不同的使用场合，外部设计条件较为简单，在后期进行维护的时候，能够极大的降低系统的维护费用，并且价格相对来说较为低点，异步电动机在进行使用的过程当中，其调速性能能够有效的满足一般场合的设计需求，但是在一些高精度的场合当中，异步电动机的调速是十分困难的。在进行变频调速的时候，可以有效的提高异步电动机的调速性能，并且能够使得异步电动机在进行速度调节时变得更加的平稳，调速范围也更广，能够使得该种电动机系统得以广泛应用。3.2高压变频器及高压变频调速矿用驱动电机变频器大大提高了设备工作效率和使用寿命和电力系统的电能质量。在实际生产中，我国煤炭开采行业存在着较大的电量消耗，同时电能在其生产成本中占据着较大比重，所以亟需提升相关装置的功效。为提高装置运行效率和可靠性而逐步研制的驱动电机用高压变频器不仅能降低启动电流。还能提高启动转矩。随着科技的发展，高压变频器控制系统已经开发出以矢量控制和直接扭矩控制为主要控制特点的变频器。变频器稳态特性良好，很好地解决带式输送机和提升机的运行问题。等等大型煤矿使用的电机驱动设备起动和停止冲击较大的问题。应用高压变频器有如下优点，系统可靠性增加，噪声降低，操作人员的工作环境得到了改善；减少了冲击，机器运转顺畅；减少了电流载荷的需求，起动电流的冲击很小，不会给电网带来大的冲击；无极调速控制在提高了设备运行效率的前提下便于操作。3.3高压变频调速系统设计3.3.1PLC简介PLC系统具备可编程能力，在使用PLC系统的过程当中，能够极大提高系统的稳定性，在进行操作的过程当中，PLC系统可以执行逻辑操作能力并且还可以进行顺序控制在PLC的内部具备定时以及技术功能，可以通过数字输入以及模拟量输入的方式来对信号系统进行采集，当该系统进行控制输出的过程当中，则是可以通过直接输出的方式来进行应用，该种控制系统相比于其他系统来说，具有着较多的优点，PLC所具备的特点如下所示：（1）系统具备较高的可靠性，在进行线路连接的过程当中，PLC系统在进行输入以及输出的时候，均会采用大量的隔离电路将外部信号与PLC系统进行有效的隔离，并且能够降低系统所产生的各种干扰因素。（2）PLC系统在进行使用CPU的过程当中，通常情况下会采用较为强大的内部内核，为了能够增强系统的复杂程度，还会增加外部的网络通信模块以及数据传输模块等等，使得该系统处理能力大大增强。（3）PLC处理器进行编程的过程当中，一般采用梯形图进行编程，十分简单，并且在进行设计的时候与工业领域当中的电气控制图非常相似，非常适合现场人员进行编程学习。（4）使用模块化的设计方式，在进行与外部通信以及外部数据参数的时候，可以采用不同的功能模块来完成所需要使用的功能，并且各个模块之间不会产生干扰。（5）装置系统便于与外部的设备进行连接，可以使用不同的电气规格进行信号的传输，可以在较为恶劣的工业环境下进行应用。（6）系统还具备体积小以及重量轻的特点，具有较高的性价比，相比于其他控制方式来说，使用PLC系统能够更好的进行现场使用。3.3.2PLC的选型三菱PLC系统在进行使用的时候具有多种系列，例如Q系列，ns系列，Qna系列以及a系列、电源和固定输入输出。本文选用三菱FX2N型PLC。该系统在运行的过程当中，速度较快能够满足基本的设计需求具备较为丰富的配置方式，在模块内部，既有大量的特殊功能，除了能够满足基本的设计需求之外，还能够进行端口的拓展，并且具备较为丰富的设备，具备256个定时器以及235个接触器。3.3.3PLC的I/O分配为了在使用的过程当中有效的提高系统的工作能力以及提高系统的可靠性，PLC在进行信号输出以及输入的时候，大部分情况下会采用隔离的方式进行信号的隔离，将输入信号以及输出信号之间进行物理隔离。FX2N-A-1系列PLC控制系统的输入信号和地址号如表3-1所示。表3-1输入点地址编码名称地址编码名称地址编码电机A轴编码器（速度）X0半自动X24电机B轴编码器（速度）X1主系统X25电机B轴编码器（深度）X2备用系统X26辊筒编码器（速度）X3人员X27深指编码器（速度）X4材料X30心跳脉冲输入X10调绳X31验绳X11正常X32KP开关X12调节阀X33维修X13G1X34应急X14G2X35上过卷X15G3X36无过卷X16G4X37下过卷X17调绳控制开关通X401#KT转换开关X20调绳控制开关断X412#KT转换开关X21故障复位X42手动X22半自动运行X43自动X23深度清零X44语音复位X45深指上井口开关X63急停X46深指下井口开关X64备用X47井筒上过卷X65三倍静力矩试验按钮X50井筒下过卷X66主令零位停车X51井筒上终端X67主令上升X52井筒下终端X70主令下降X53井筒上减速点X71紧闸开关X54井筒下减速点X72松闸开关X55井筒上井口开关X73深指上过卷X56井筒下井口开关X74深指下过卷X57井筒上校正开关X75深指上终端X60井筒下校正开关X76深指下终端X61闸瓦开关X77深指减速点X62FX2N-A-1控制系统的输出信号及地址编号如表3-2所示。表3-2输出点地址编码名称地址编码名称地址编码电磁阀中继G3Y0检绳故障Y21电磁阀中继G4Y1深指失效指示Y22电磁阀中继G5Y2制动油过压指示Y23电磁阀中继G6Y3等速段超速指示Y24语音报警1Y4减速段超速指示Y25语音报警2Y5爬行段超速指示Y26语音报警3Y6闸瓦磨损指示Y27软安全回路中继Y7离合器打开Y30减速点打铃Y10离合器合上Y31电机风机运行输出Y11变频正转输出中继Y40PLC监视输出Y12变频反转输出中继Y41主允许一次提升输出Y13变频预留Y42制动泵运行输出Y14变频多段速1Y43润滑泵运行输出Y15变频多段速2Y44闸控输出Y16变频多段速3Y45一次提升故障指示Y203.3.4PLC的硬件接线图PLC硬件接线图见附录。

4提升机上位机系统设计4.1上位机系统组成对于该系统进行软件方面的分析可以得知，在进行软件设计的时候，系统主要由上位机系统和PLC组成。软件包括控制软件和上位机组态软件。PLC控制系统的主要功能部分是能够进行过程的控制，并且还能够对外部的信号进行实时采集，并且还可以针对矿井提升机的启动速度加速度以及停车状态进行逻辑方面的处理，PLC软件设计采用模块化结构，利用各种结构使用梯形图来进行设计分析，并且上微机系统所实现的功能是能够对系统进行状态的监测，主要包括故障状态的监测，并且还能够有效的对故障照片信息进行存储，PLC系统在完成软件结构设计时，主要是能够根据提升工艺以及相应的控制要求将系统进行充分的分析设计，进行模块化的结构设计。见图4-1。图4-1PLC程序结构图4.2上位机监控系统设计在对软件进行分析的时候，由于该种控制过程十分复杂，本系统在进行编写程序的时候，主要以顺序方式完成了各部分的编制工作，整个程序设计中，这套程序实现了参数设置、上位机故障存储显示和提醒等功能。在子程序设计的时候主要是通过主程序回路当中进行调用的关系，根据输入的方式来进行