數(shù)控技術(shù)在礦井提升機系統(tǒng)中的應用論文_

1、-. z畢畢 業(yè)業(yè) 設(shè)設(shè) 計計 論文論文說說 明明 書書設(shè)計題目：設(shè)計題目：數(shù)控技術(shù)在礦井提升機系統(tǒng)中的應用數(shù)控技術(shù)在礦井提升機系統(tǒng)中的應用繼續(xù)教育畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書繼續(xù)教育畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書發(fā)給 自動化控制 專業(yè) 級 班學生 一、畢業(yè)設(shè)計題目： 數(shù)控技術(shù)在礦井提升機系統(tǒng)中的應用 二、設(shè) 計 專 題： 數(shù)控提升機的電控系統(tǒng)三、設(shè)計原始資料：SIMATIC STEP7 系統(tǒng)編程軟件和 6RA70 調(diào)試軟件提升機的控制模型四、設(shè)計應解決以下各主要問題:1、建立了提升機的控制模型 2、對提升機驅(qū)動系統(tǒng)控制及應用 五、設(shè)計說明書應附有以下列圖紙： 1、 副井高壓配電圖 2、副井液壓站原理圖 六、命題發(fā)出日期：

2、設(shè)計應完成日期：設(shè)計指導人簽章：系 主 任簽章：院 長簽章：指導教師對畢業(yè)設(shè)計的評語指導教師對畢業(yè)設(shè)計的評語摘要本文在分析礦井提升直流傳動全數(shù)字控制技術(shù)的根底上，建立了提升機的控制模型，確定了直流提升系統(tǒng)的整體控制方案，進一步研究了局部子系統(tǒng)的功能開發(fā)，設(shè)計了整套硬件電路，開發(fā)了整套控制系統(tǒng)軟件，根據(jù)現(xiàn)場使用狀況條件進展了運行調(diào)試。重點對提升控制工藝的研究開發(fā)，使用 SIMATIC STEP7 系統(tǒng)編程軟件和 6RA70 調(diào)試軟件，運用提升系統(tǒng)控制根本原理，建立了實驗開發(fā)模型，到達了對提升機驅(qū)動系統(tǒng)控制及應用。研究、開發(fā)一套由高壓開關(guān)柜、整流變壓器、電樞整流柜、司機控制臺、PLC 柜、輔助柜、

3、低壓配電柜、上位監(jiān)視機、高速直流電動機組成的 TSA 型全數(shù)字自動化副井提升電控系統(tǒng)。數(shù)控提升機的電控系統(tǒng)主要包括主控、驅(qū)動控制、監(jiān)控、井筒信號、制動控制、人機對話、顯示、硬件平安回路及其它子系統(tǒng)等硬件和軟件。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：數(shù)字化 ；現(xiàn)場總線 ；提升機 ；電控系統(tǒng) ；直流傳動目錄目錄1 緒論8 -. z1.1 礦井提升直流傳動全數(shù)字控制技術(shù)研究的必要性和研究意義 81.2 礦井提升直流傳動全數(shù)字控制技術(shù)研究現(xiàn)狀及開展前景81.3 本文主要研究容92 礦井提升直流傳動理論分析102.1 直流傳動系統(tǒng)概述102.2 直流傳動系統(tǒng)的調(diào)速方案112.3 礦井提升機電氣傳動裝置112.4 電氣傳動的計

4、算機控制133 數(shù)控化提升機系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計143.1 系統(tǒng)功能設(shè)計143.2 硬件總體設(shè)計213.3 系統(tǒng)軟件設(shè)計234 數(shù)控化提升機電控系統(tǒng)在煤礦的運用274.1 副井概述274.2 改造研發(fā)容274.3 主要經(jīng)濟技術(shù)指標、工程最終目標304.4 研究、開發(fā)或?qū)嵤┘夹g(shù)路線305 數(shù)控化提升機系統(tǒng)運行效果32致致 3333參參 考考 文文 獻獻34341 緒論1.1 礦井提升直流傳動全數(shù)字控制技術(shù)研究的必要性和研究意義目前我國提升機設(shè)備的制造和技術(shù)水平遠遠落后于世界提升機的開展水平，無論在硬件還是軟件上都有較大差距。國提升機電控系統(tǒng)設(shè)備技術(shù)水平較國外還有較大差距。數(shù)字化電控設(shè)備雖然已有局部產(chǎn)品，

5、但尚未實現(xiàn)系列化、系統(tǒng)化、規(guī)模化。在提升機數(shù)控技術(shù)上仍處于學習開展階段，多為消化吸收國外的成熟技術(shù)，技術(shù)相對較簡單的軟硬件已能夠設(shè)計編制，但一些關(guān)鍵軟件技術(shù)如驅(qū)動控制等尚未有較大突破假設(shè)使用還需購置，生產(chǎn)的較高檔電控設(shè)備的硬件多為國外公司的成熟產(chǎn)品。國產(chǎn)品尚未到達國外八十年代末的技術(shù)水平。-. z德國 SIEMENS西門子公司和瑞典 ABB 公司是世界提升機電控設(shè)備生產(chǎn)領(lǐng)域的兩大主要公司，代表了提升機電控技術(shù)和裝備的世界先進水平。他們均生產(chǎn)系列化的提升機直流和交流驅(qū)動數(shù)據(jù)化電控設(shè)備，德國 SIEMENS西門子公司的代表產(chǎn)品為 SIMATIC S5 系列用于主控、制動控制、井筒信號等和 SIMA

6、DYN D 系列用于驅(qū)動控制和監(jiān)控 ；瑞典 ABB 公司代表產(chǎn)品為 MASTER PIECE 系列用于主控和監(jiān)控 、PRIDE 系列用于直流驅(qū)動控制和 TCDC 系列用于交交變頻交流驅(qū)動控制 。對應于硬件設(shè)備，兩公司開發(fā)了適應不同系統(tǒng)要求的模塊化、系列化、易讀、易編的專用程序軟件。該系統(tǒng)不僅可用于煤炭、冶金行業(yè)的提升機系統(tǒng)，還可廣泛應用于有驅(qū)動控制的領(lǐng)域及許多過程控制需要的場合，不僅可以成套使用，還可以根據(jù)實際情況使用*些系統(tǒng)，前景十分廣闊，國外進口設(shè)備不僅價格高，而且技術(shù)效勞和配件購置不方便；國數(shù)控設(shè)備有取代國外數(shù)控設(shè)備的趨勢。對提高我國提升機等領(lǐng)域的技術(shù)水平和經(jīng)濟效益具有重要意義。1.2

7、礦井提升直流傳動全數(shù)字控制技術(shù)研究現(xiàn)狀及開展前景提升機是承擔礦山人員和物料提升任務(wù)的關(guān)鍵生產(chǎn)設(shè)備，是礦山井上下聯(lián)系的咽喉，是礦井術(shù)含量最高的設(shè)備之一，也是實現(xiàn)礦井生產(chǎn)和效益目標的保證。80 年代 PLC 在工業(yè)領(lǐng)域已成熟使用，數(shù)字化驅(qū)動技術(shù)在 80 年代末 90 年代初形成，隨著數(shù)控技術(shù)的產(chǎn)生與開展，以及 PLC 產(chǎn)品在提升機領(lǐng)域的應用。世界先進的提升機已實現(xiàn)電控系統(tǒng)的全數(shù)字化控制，硬件和軟件都有成熟的、系列化的產(chǎn)品。如美國 GE 公司。提升機的主控系統(tǒng)、驅(qū)動控制系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、制動控制系統(tǒng)、井筒信號系統(tǒng)、定量控制、井筒通訊等已完全實現(xiàn)數(shù)控化。德國 SIEMENS西門子公司和瑞典 ABB 公司

8、是世界提升機電控設(shè)備生產(chǎn)領(lǐng)域的兩大主要公司，代表了提升機電控技術(shù)和裝備的世界先進水平。我國提升機大局部使用模擬控制，模擬提升機的主控系統(tǒng)采用繼電器控制，觸點多，接線復雜，故障率高，維護困難；驅(qū)動控制系統(tǒng)采用直流發(fā)電機組拖動，無功電耗較大；保護系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)等的信號采集采用機械傳動、別離元件處理。隨著數(shù)控技術(shù)進入中國，中國也進展了數(shù)控化的產(chǎn)品開發(fā)研制，并且逐漸的應用到了提升機領(lǐng)域，國如大中院校、企業(yè)院所正在做數(shù)字化提升機電控系統(tǒng)的集成開發(fā)嘗試。但由于資金投入少，人力、技術(shù)力量不強，并且由于國際礦山領(lǐng)域經(jīng)濟的不景氣，整個系統(tǒng)的成熟性沒有再上一個臺階，目前應用在提升機領(lǐng)域的國的數(shù)控產(chǎn)品存在以下問題：

9、1 、驅(qū)動控制產(chǎn)品不成熟，功能不夠強大，可靠性還需要提高；2 、對提升控制工藝沒有深入的研究，缺乏提升控制與維護的經(jīng)歷，產(chǎn)品適應性不強；3)、在硬件配置上，存在平安性差，系統(tǒng)可靠性需要探討，不能完全滿足提升控制-. z的需要?？紤]當今數(shù)控技術(shù)的開展，嚴密結(jié)合提升機控制工藝的需要，我們認為當今先進的數(shù)字化提升機應具有以下特點：1)、在驅(qū)動控制上，礦井提升機直流拖動與交流拖動相比，調(diào)速性能好，不需附加其它拖動裝置，隨著驅(qū)動控制產(chǎn)品的成熟，完全能夠?qū)崿F(xiàn)全數(shù)字化控制，大大增加了系統(tǒng)的可靠性與控制精度。與此相比，交流控制產(chǎn)品不夠成熟，存在造價高、不易維護的特點；2 、在整個系統(tǒng)的配置上，應采用現(xiàn)在比較成

10、熟的網(wǎng)絡(luò)化設(shè)計，既減少了現(xiàn)場維護的工作量，增加了系統(tǒng)的可靠性，又減少了現(xiàn)場施工的工作量，減低了系統(tǒng)的整體本錢；3 、數(shù)控化的系統(tǒng)要有友好的人機界面，實時顯示系統(tǒng)的各種信息，具有故障智能診斷功能，增加維護的方便性，減少系統(tǒng)的故障處理時間；4 、隨著根底技術(shù)的不斷進步，各元器件的可靠性大大提高，在提升機控制系統(tǒng)中，應選用高可靠性的器件。1.3 本文主要研究容1 、數(shù)字化提升機電控系統(tǒng)總體方案設(shè)計；2 、提升機主控系統(tǒng)的選型和開發(fā)；3 、提升機監(jiān)控系統(tǒng)的選型和開發(fā)；4 、提升機驅(qū)動控制系統(tǒng)的選型和開發(fā)；5 、工業(yè)總線網(wǎng)絡(luò)的選擇與開發(fā)；6 、提升機上位監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)和調(diào)試；7 、提升機制動控制系統(tǒng)的開

11、發(fā)和實驗；8 、數(shù)字化提升機電控系統(tǒng)的調(diào)試；-. z2 礦井提升直流傳動理論分析2.1 直流傳動系統(tǒng)概述礦井直流提升機全數(shù)字調(diào)速電控系統(tǒng)有如下特點：硬件構(gòu)造簡單，故障點少，可靠性高全數(shù)字調(diào)速電控系統(tǒng)的硬件電路均采用大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路，元器件少，構(gòu)造簡單，故障點少，可靠性高；模擬調(diào)速電控系統(tǒng)的硬件電路則以分立元件為主，元器件多，線路復雜，故障點多，可靠性差。1可控精度高，工作穩(wěn)定性好全數(shù)字調(diào)速電控系統(tǒng)設(shè)有微處理器，整個控制功能與調(diào)速算法均由軟件完成，控制參數(shù)一經(jīng)確定，就不會發(fā)生改變，所以控制精度高，工作穩(wěn)定性好；而模擬調(diào)速電控系統(tǒng)的控制功能與調(diào)速算法均由硬件實現(xiàn)，控制參數(shù)離散性大，控制精度

12、低，工作穩(wěn)定性差。2容易實現(xiàn)先進的控制算法隨著控制對象的多樣化和復雜化，傳統(tǒng)的 PID 控制算法愈來愈沒滿足不了控制對象的要求，*些控制對象必須要求采用先進的控制算法如自適應控制、模糊控制、智能控制等才能到達控制精度，而這些先進的控制算法只有全數(shù)字調(diào)速電控系統(tǒng)才能實現(xiàn)，這是模擬調(diào)速電控系統(tǒng)望塵莫及的，模擬系統(tǒng)只能完成一些諸如 PID 的簡單控制算法。3故障自診斷能力強，大大降低使用維護本錢全數(shù)字調(diào)速電控系統(tǒng)中，硬件工作狀態(tài)可以通過軟件來反映，軟件運行情況也可以通過硬件來監(jiān)視，這樣硬、軟件故障可以通過指示直接反映出來，維護方便，模擬調(diào)速系統(tǒng)線路復雜，一旦發(fā)生故障，很難查找，維護極為不便。4具有較

13、高的可構(gòu)置性，擴展方便，運行靈活性高全數(shù)字電控系統(tǒng)硬件采用以總線聯(lián)系的模塊化構(gòu)造，控制算法和系統(tǒng)控制采用軟件完成，具有較高的可構(gòu)置性，在系統(tǒng)設(shè)計投入運行以后，隨著科學技術(shù)的開展和系統(tǒng)要求的提高，可以進展功能擴展，具有較高的運行靈活性；而模擬電控系統(tǒng)一經(jīng)設(shè)計完成，就無法進展功能擴展，具有功能單一，運行靈活性差的特點。5可與其它系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)現(xiàn)代化管理全數(shù)字調(diào)速電控系統(tǒng)容易實現(xiàn)數(shù)字通訊，并與其它系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，它可將系統(tǒng)中的運行參數(shù)、運行狀態(tài)傳遞到網(wǎng)絡(luò)上，便于實現(xiàn)現(xiàn)代化管理，而模擬調(diào)速電控系統(tǒng)就很難實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)功能。6性能價格比高一方面，隨著電子技術(shù)的開展，集成器件的本錢越來越低，這樣全數(shù)字調(diào)速電控系-.

14、z統(tǒng)的本錢將越來越低；另一方面，全數(shù)字調(diào)速電控系統(tǒng)技術(shù)先進、可靠性高、功能強大，因此具有很高的性能價格比。進一步來說，全數(shù)字調(diào)速電控系統(tǒng)在技術(shù)上已經(jīng)開展成熟，因此在傳動領(lǐng)域采用全數(shù)字調(diào)速電控系統(tǒng)并大力開展是一種必然趨勢，它終將取代模擬調(diào)速電控系統(tǒng)。2.2 直流傳動系統(tǒng)的調(diào)速方案2.2.1 直流電動機調(diào)速的分類與技術(shù)指標2.2.2 直流調(diào)速系統(tǒng)的方案選擇當改變電樞電壓時，理想空載轉(zhuǎn)速也將改變，而機械特性的斜率不變。其特性曲線是一族以 U 為參數(shù)的平行直線。由此可知，在整個調(diào)速圍均有較大的硬度，在允許的轉(zhuǎn)速變化率圍可以獲得較低的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速，故此種方法的調(diào)速圍較寬，一般可達 1012。如采用各種反響或

15、穩(wěn)速控制系統(tǒng)，調(diào)速圍可達幾百至幾千。改變電樞電壓調(diào)速方式屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，并在空載或負載轉(zhuǎn)矩時也能得到穩(wěn)定轉(zhuǎn)速，通過電壓正反相變化，使電機能平滑的啟動和工作在四個象限，能實現(xiàn)回饋制動，而且控制功率較小，效率較高，配上各種調(diào)節(jié)器可組成性能指標較高的調(diào)速系統(tǒng)，因此在工業(yè)中得到廣泛采用。改變電動機的電樞電壓，需要有獨立的可變電壓的電源，一般采用的有直流發(fā)電機、電機擴大機、磁放大器、汞弧整流器等。2.2.312 相晶閘管供電可逆?zhèn)鲃酉到y(tǒng)采用雙變流器組成 12 相整流線路的傳動系統(tǒng)。對于供電給大容量直流電動機的可控整流裝置,為了減輕對電網(wǎng)的干擾,特別是減少高次諧波分量,可以將兩組三相整流橋進展并聯(lián),組成

16、12 相整流線路對電動機供電.一般采用并聯(lián)方案。用一臺三繞組變壓器，一次繞阻接成三角形或星形；二次繞組中的一個接成星形，另一個接成三角形，則此兩繞組相位差 30 度。兩個二次繞組分別供電給兩個三相整流橋，此兩個整流電路的輸出，通過平衡電抗器進展并聯(lián)后向直流發(fā)電機供電。為了使兩組整流橋的輸出電壓相等，三角形連接的變壓器繞組相電壓應比星形連接的饒組相電壓大 1.73倍。對于多臺直流電動機傳動的場合，為減少高次諧波對電網(wǎng)的影響，每臺電動機可采用三相整流電路，但每臺變壓器的一次繞組可采用三角形或星形聯(lián)結(jié)并采用移相變壓器，已形成對電網(wǎng)大于 6 相脈動的負載電流。對于電動機容量較大，電網(wǎng)容量相對較小，而又

17、要經(jīng)常工作在低速的系統(tǒng)，變流裝置經(jīng)常要運行在深控場合，即控制角 a 大，直流電壓低，相依的功率因數(shù)將變得很低。此時，可采用兩組可控整流裝置串聯(lián)不對稱控制的方法。為了降低低速運行時的無功功率，對兩套整流裝置采用不對稱控制，其原理是將一組整流器的控制角固定在最大或最小，先控制另一組的相位，帶接近極限控制角后再控制原來被固定控制角的那一組的相位。因為兩組變流器是并聯(lián)的，所以在啟動與電流斷續(xù)時，所有應導通的晶閘管應在同一個時間觸發(fā)，故最好采用寬脈沖觸發(fā)形式。2.3 礦井提升機電氣傳動裝置2.3.1 概述礦井提升機也叫礦井卷揚機，是礦井的關(guān)鍵設(shè)備之一。作為井上與井下的唯一輸送通道，是礦井的咽喉部位。不難

18、想象，礦井提升機運行性能的優(yōu)劣，不僅直接影響到礦山的正常生產(chǎn)與產(chǎn)品產(chǎn)量，而且還與設(shè)備及人身平安密切相關(guān)。礦井提升機種類繁多，按照井道構(gòu)造，有立井與斜井之分；按照拖動電動機，有交流-. z拖動與直流拖動提升機；按容器功能，則有箕斗與罐籠，箕斗又分為單箕斗和雙箕斗，罐籠也有單罐籠和雙罐籠，還有單層罐籠和雙層罐籠之區(qū)別。按鋼絲繩構(gòu)造方式，則有單繩圓柱滾筒提升機和多繩摩擦輪提升機，按照速度圖形式，則有三階段，五階段和六階段速度的提升機。在 1894 年 AEG 公司曾為西格蘭德礦井提供了第一套配有直流發(fā)電機-電動機系統(tǒng)的礦井提升機，直到 1965 年，世界各地要求較高或容量較大的礦井提升機都一直沿用這

19、類系統(tǒng)。此后，由于電力半導體技術(shù)的開展。特別是晶閘管的出現(xiàn)，對要求較高或多水平開采的礦井，其提升機幾乎都采用了晶閘管變流裝置供電的直流傳動系統(tǒng)。以交流電動機組成的交流傳動系統(tǒng)，亦大量地應用于提升機。但就我國目前情況看，國產(chǎn)的交流傳動礦機提升極大局部仍采用較老的控制方式，它是在線繞轉(zhuǎn)子異步電動機的轉(zhuǎn)子回路，串入多級電阻(也有用水電組的),逐漸切除電阻,實現(xiàn)分級調(diào)速;減速制動多采用能耗制動的方式；至于停車前的爬行段,常需另外增加一套附加裝置,它可以是小容量異步電動機或低頻(5Hz)電源。不過，這類系統(tǒng)的控制性能均不夠理想，而且消耗大量的電能，從節(jié)能的觀點出發(fā)，是不利的。這類系統(tǒng)一般僅用于容量不大，

20、控制要求不高的單水平礦井提升機。從技術(shù)開展的角度看，由于電力半導體器件機微電子技術(shù)的開展，近年來變頻調(diào)速技術(shù)迅速開展，使它有可能應用到提升機。國外已將交-交變頻調(diào)速系統(tǒng)用于礦井提升機，我國也以引進這方面的技術(shù)，可望在短期有較快的開展，但前主要還是本錢偏高，故在復雜的要求較高的多水平大容量的提升機中，占主導地位的仍屬于直流傳動系統(tǒng)。2.3.2 提升機傳動系統(tǒng)2.3.3 提升機的平安保護對礦井提升機來說，由于其所處的關(guān)鍵地位，其可靠運行的重要性是可想而知的。除了轉(zhuǎn)動系統(tǒng)的運行可靠外，整個系統(tǒng)中的有關(guān)參量檢測，監(jiān)視機保護措施的完整也是至關(guān)重要的。提升機的有關(guān)需要保護的參量不下數(shù)十種，下面按期事故的嚴

21、重程度加以分類。1 、重事故所謂重事故就是要求緊急停車的故障。提升機在運行中，凡遇到作用于緊急停車回路的事故信號，不管處于何種運行狀態(tài)，如高速、低速、電動或發(fā)電制動，都要立即報閘制動，主要有：(1)制動油壓故障,開車時油壓過低,停車時油壓過高;(2)錯向開車;(3)高壓進線油斷路器跳閘;(4)控制電源段電機三相交流電源斷相;(5)深度發(fā)送裝置與主機的連接斷開或松動;(6)測速發(fā)電機與主機連接斷開;(7)提升機過卷或超速;-. z(8)提升機到上下兩端的減速點之后不減速或速度超過給定值;(9)電樞回路過流或電樞堵轉(zhuǎn)過流超度一定時間;(10)電樞供電和勵磁供電變流回路的快熔熔斷(直流傳動,對于多并

22、聯(lián)場和,每個橋臂中有兩個以上的快熔熔斷,才作為緊急停車信號)；(11)開車時井口的搖臺動作;(12)制動油泵失電;(13)勵磁回路因重大故障引起勵磁電源與開關(guān)動作;2 、輕故障凡屬以下故障則稱為輕故障，即事故發(fā)生后，允許提升機繼續(xù)完成事故前所要求的運行繼續(xù)按原有速度圖運行到正常停車，停車后就不得再開車，必須等待故障妥善處理之后，才允許重新投入運行。屬于輕故障的有：(1)主回路電樞接地及勵磁回路接地；(2)各變流柜的冷卻風機停轉(zhuǎn)；(3)電動機軸承過熱；(4)潤滑油油量缺乏；(5)油壓制動閘回路的油溫過高。3 、閃光報警凡屬以下故障，允許提升機繼續(xù)正常運行，而只給操做司機或現(xiàn)場維修人員發(fā)出燈光信號

23、或音響報警信號。(1)閘瓦磨損(損壞程度較嚴重的應按重事故處理);(2)電動機油泵溫度過高;(3)直流傳動中變流橋交流側(cè)或直流側(cè)阻容保護故障;(4)變流橋的多并聯(lián)橋臂中有一只快熔斷。2.4 電氣傳動的計算機控制2.4.12.4.1 可編程序控制器PLC 的硬件構(gòu)造主要由五個局部組成：中央處理器(CPU)、輸入模塊、輸出模塊、電源、編程器及外部設(shè)備。來自現(xiàn)場設(shè)備的輸入信號如開關(guān)、按鈕、儀表信號等經(jīng)輸入模塊(對輸入信號進展電平轉(zhuǎn)換及隔離)讀入 CPU，由用戶程序(在系統(tǒng)程序管理下)解讀，這些程序由一系列的指令組成。包括邏輯運算、算術(shù)運算、定時、計數(shù)、比較、數(shù)據(jù)傳送、存取、及轉(zhuǎn)換等。完成用戶程序中所

24、規(guī)定的控制任務(wù)，并按照輸入和輸出信號進展邏輯判斷，用其結(jié)果來驅(qū)動輸出模塊(對輸出信號進展電壓和電流轉(zhuǎn)換及隔離)控制繼電器、電磁閥或電動機等，完成生產(chǎn)過程及工藝流程的控制。控制系統(tǒng)的工業(yè)總線整套通訊系統(tǒng)分成兩個層次，三個局部。即：由 S7-400、S7-300 和上位工控機組成最高層次的通訊網(wǎng)絡(luò)，S7-400、S7-300 分別與各自的遠程 I/O 組成最根底的通訊網(wǎng)絡(luò)。根底通訊網(wǎng)絡(luò)完成系統(tǒng)數(shù)據(jù)的采集、處理及功能的輸出，最高層次的通訊網(wǎng)絡(luò)完成系統(tǒng)-. z的人機界面。-. z3 數(shù)控化提升機系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計本章包括系統(tǒng)功能設(shè)計、硬件總體設(shè)計、計算和軟件總體設(shè)計三局部。3.1 系統(tǒng)功能設(shè)計根據(jù)數(shù)控化提升

25、機理論分析可知，對整個控制系統(tǒng)根據(jù)中央處理器CPU及其處理的功能圍來講，把整個提升機電氣控制系統(tǒng)分為主控系統(tǒng)、監(jiān)視控制系統(tǒng)、驅(qū)動控制系統(tǒng)、上位監(jiān)視系統(tǒng)、制動控制系統(tǒng)等。西門子S7系列的PLC是西門子S5系列的PLC的升級產(chǎn)品，不管在性能、運算速度、使用圍等上具有較優(yōu)的性能。其中S7系列的PLC可分為S7-200PLC、S7-300PLC、S7-400PLC。其價格、性能、運算速度、I/O點數(shù)逐步提高。S7-200PLC具有緊湊的構(gòu)造設(shè)計、良好的擴展性能、低廉的價格以及較全的指令，使得S7-200PLC滿足小規(guī)模的控制要求，再解決用戶的自動化問題時，具有較強的適應性。SIMATIC S7-300

26、 可編程序控制器是模塊化構(gòu)造設(shè)計。各種單獨的模塊之間可進展廣泛組合以用于擴展。系統(tǒng)組成：中央處理單元(CPU)；各種CPU 有各種不同的性能，例如，有的CPU 上集成有輸入/輸出點，有的CPU 上集成有PROFIBUS-DP 通訊接口等。信號模塊(SM)用于數(shù)字量和模擬量輸入/輸出，通訊處理器CP用于連接網(wǎng)絡(luò)和點對點連接，功能模塊(FM)用于高速計數(shù)，定位操作(開環(huán)或閉環(huán)控制) 和閉環(huán)控制。根據(jù)客戶要求，還可以提供以下設(shè)備：負載電源模塊(PS)用于將SIMATIC S7-300 連接到120/230 伏交流電源。接口模塊(IM)用于多機架配置時連接主機架(CR) 和擴展機架(ER)。S7-30

27、0通過分布式的主機架(CR) 和3個擴展機架(ER)，可以操作多達32 個模塊。運行時無需風扇。SIMATIC S7-300 適用于通用領(lǐng)域：高電磁兼容性和強抗振動、沖擊性，使其具有很高的工業(yè)環(huán)境適應性。主控系統(tǒng)設(shè)計主控局部 S7-400 主要功能是執(zhí)行操作程序，從提升機控制功能上可以實現(xiàn)自動、手動、檢查、閉鎖等運行方式。主控局部采用 S7-400 系列的 PLC 完成速度S曲線的給定、位置閉環(huán)控制和整個系統(tǒng)的報警保護控制；并實現(xiàn)各種故障保護及閉鎖。來自系統(tǒng)各局部的信號經(jīng)過隔離或直接引入到 PLC 中，PLC 將其處理后進展操作、控制、顯示、制動、故障和報警等，同時形成主要的軟件平安回路。1

28、、 行程控制：PLC 通過編碼器檢測的脈沖，計算速度、行程，根據(jù)行程來進展速度給定。提升機控制的核心問題是行程控制，也就是運動設(shè)備在規(guī)定的圍往復循環(huán)移動，并在行程兩端到達自動減速、停頓的速度給定。根據(jù)行程控制的原則，對 PLC 編程進展突破性研究，完成行程控制。由公式：Vt- VO=at 和 S = VOt +(1/2)at2 可知 Vt2- VO2=2As 根據(jù) v 和 S 的關(guān)系如圖 31 ，保證減速點后 PLC 計算的速度給定會自動減小。圖圖 3 31 1 V-SV-S 曲線圖曲線圖-. z2 、速度控制：根據(jù)提升機行程控制的要求，由 PLC 完成系統(tǒng)的速度曲線與保護曲線運算，綜合成為速

29、度的給定輸出。速度閉環(huán)控制由 6RA70 裝置完成，速度拐點處設(shè)置圓形過渡，減少機械沖擊。以獨立的每轉(zhuǎn) 5000 脈沖的編碼器完成速度反響。3 、平安保護控制PLC 通過采集的現(xiàn)場系統(tǒng)、設(shè)備信息，結(jié)合定時器、計數(shù)器、功能塊實現(xiàn)邏輯保護，PLC 也通過編碼器檢測的脈沖，計算速度、行程來實現(xiàn)過速、過卷、速度逐點保護功能。各種保護可歸類為提升系統(tǒng)保護和設(shè)備保護。根據(jù)其危害程度，可分為報警和故障緊停，報警只是閉鎖提升機，而故障要實施緊停。在數(shù)控提升機控制系統(tǒng)中，提升機故障的檢測與判斷絕大局部是由 PLC 軟件控制完成。4 、傳動系統(tǒng)控制：PLC 實現(xiàn)行程控制，使提升機在規(guī)定的行程圍循環(huán)移動，同時要實現(xiàn)

30、速度的給定。由6RA70 主站完成對速度、電流控制的響應，PLC 通過通訊方式把 6RA70 速度、電流閉環(huán)的信息參數(shù)傳到 CPU 中，PLC 完成速度、電流閉環(huán)的控制監(jiān)視。行程、速度、電流控制的關(guān)系如圖 32 圖圖 3 32 2 行程速度電流控制關(guān)系行程速度電流控制關(guān)系監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計監(jiān)控系統(tǒng)由一套西門子的 S7-300 可編程控制器和相應的控制程序組成。S7-300 監(jiān)控系統(tǒng)主要包含 CPU、計數(shù)模塊、通訊模塊、重要信息輸入模塊、保護輸出模塊。該局部的主要功能是根據(jù)系統(tǒng)要求，實現(xiàn)提升機運行狀態(tài)的監(jiān)視，完成速度、行程包絡(luò)線的生成。同時完成行程、速度監(jiān)控。3.1.3 驅(qū)動控制系統(tǒng)設(shè)計全數(shù)字直流調(diào)速

31、電控系統(tǒng)的主驅(qū)動局部變流裝置采用西門子 6RA70，兩套并聯(lián)，完成12 脈動變流，減少對電網(wǎng)的危害。采用電樞可逆、恒定勵磁方式。勵磁局部采用西門子的 6RA70 系列的整流裝置，實現(xiàn)恒定勵磁。SIMOREG 6RA70 系列整流裝置為三相交流電源直接供電的全數(shù)字控制裝置，其構(gòu)造緊湊，用于可調(diào)速直流電機電樞和勵磁供電，該裝置所有的控制、調(diào)節(jié)、監(jiān)視及附加功能都由雙微處理器來實現(xiàn);裝置有調(diào)節(jié)板和用于擴展、通訊接口的附加板。兩臺高效能的微處理器(C163 和 C167)承擔電樞和勵磁回路所有的調(diào)節(jié)和傳動控制功能。調(diào)節(jié)功能在軟件過參數(shù)構(gòu)成的程序模塊來實現(xiàn)。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器將轉(zhuǎn)速給定值與實際值進展比較。根據(jù)它們

32、之間的差值輸出相應的電流給定值送電流調(diào)節(jié)器(原理：帶有電流環(huán)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié))。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器是帶有可選擇的 D-局部的 PI 調(diào)節(jié)器。此外尚有可參數(shù)設(shè)置的可接通速度軟化。調(diào)節(jié)器的所有識別量都可分別設(shè)定。Kp 值(放大系數(shù))同一個連接器信號(外部或部)相適配。同時，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的 P-放大系數(shù)要與轉(zhuǎn)速實際值，電流實際值，給定值-實際值的差值或卷徑相匹配。為了獲得更好的動態(tài)響應在速度調(diào)節(jié)回路有預控器，這可以通過例如在速度調(diào)節(jié)器輸出附加一個轉(zhuǎn)矩給定值來實現(xiàn)，該附加給定值與傳動系統(tǒng)的摩擦及轉(zhuǎn)動慣量有關(guān)，解決了起動大載荷的問題，使得提升-. z機在起動過程中平穩(wěn)起動?？赏ㄟ^一個自動優(yōu)化過程確定摩擦和轉(zhuǎn)動慣量的補償

33、。在調(diào)節(jié)器鎖零放開后，速度調(diào)節(jié)器輸出量的大小可以通過參數(shù)直接調(diào)整。通過參數(shù)設(shè)定可以旁路轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器，整流裝置作為轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)或電流調(diào)節(jié)的系統(tǒng)運行。此外，在運行過程中可通過選擇功能“主動/隨動轉(zhuǎn)換來切換轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)/轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)。這個功能是作為通過開關(guān)量可設(shè)置端子或一個串行接口的開關(guān)量連接器來選擇。轉(zhuǎn)矩給定值的輸入可以通過可選擇連接器實現(xiàn)也可由模擬量可設(shè)置端子輸入口或串行接口輸入。在“從動狀態(tài)下(轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)或電流調(diào)節(jié))一個極限調(diào)節(jié)器投入運行。為了防止系統(tǒng)加速過快，通過一個參數(shù)可調(diào)的轉(zhuǎn)速限幅對限幅調(diào)節(jié)器進展干預。但傳動裝置被限制于一個可調(diào)節(jié)的轉(zhuǎn)速誤差。電流調(diào)節(jié)器是具有相互獨立設(shè)定的 P-放大值和調(diào)節(jié)時間的 PI-

34、調(diào)節(jié)器。P 或 I 局部可被切斷(純粹的 P-調(diào)節(jié)器或 I-調(diào)節(jié)器)。電流實際值通過三相交流側(cè)的電流互感器檢測，經(jīng)負載電阻，整流，再經(jīng)模擬、數(shù)字變換后送電流調(diào)節(jié)器。分辨率是裝置額定電流的 10 位。電流限幅器的輸出作為電流給定值。電流調(diào)節(jié)器的輸出形成觸發(fā)裝置的控制角，同時作用于觸發(fā)裝置的還有預控制器。電流調(diào)節(jié)回路的預控制器用于改善調(diào)節(jié)系統(tǒng)的動態(tài)響應，電流調(diào)節(jié)電路中的允許上升時間圍為 6-9 ms 。預控制與電流給定值和電機的 EMF 有關(guān)，并確保在電流連續(xù)和斷續(xù)狀態(tài)或轉(zhuǎn)矩改變符號時所要求的觸發(fā)角的快速變化。3.1.4 工業(yè)總線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計整個系統(tǒng)采用網(wǎng)絡(luò)化的設(shè)計，主控 PLC 選用西門子功能最強大

35、的 S7-400 產(chǎn)品，行程監(jiān)控采用西門子 S7-300PLC，兩者與上位機一起通過 PROFIBUS-FMS 總線構(gòu)成系統(tǒng)的上級網(wǎng)絡(luò)。此外，S7-400 通過 PROFIBUS DP 網(wǎng)絡(luò)下掛操作臺 ET200M、低壓柜 2 ET200M 和由三個 6RA70 驅(qū)動裝置組成的 DP 分站。驅(qū)動系統(tǒng)電樞回路采用兩臺西門子 6RA70 裝置，兩臺西門子 6RA70 裝置采用主從方式通過點對點通訊協(xié)議實現(xiàn)電流的控制和平衡，完成系統(tǒng)的十二脈動供電以及故障互鎖。具體構(gòu)造見系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖，如圖 32圖圖 3 33 3 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖3.1.5 上位監(jiān)視系統(tǒng)設(shè)計操作臺配備工控機與 PLC 建立網(wǎng)絡(luò)通訊，

36、實現(xiàn)對整個系統(tǒng)的監(jiān)控。實時顯示系統(tǒng)狀態(tài)信息及系統(tǒng)故障如圖 34 。上位工控機監(jiān)視器可實現(xiàn)人-機對話。上位監(jiān)視程序，采用支持 Visual Basic 的 iFI*監(jiān)控軟件包。iFI*是強大的 HMI/SCADA 系統(tǒng)，可以進展過程的圖形化監(jiān)視，數(shù)據(jù)采集和管理，監(jiān)視控制。能顯示高壓配電回路、低壓配電回路、提升系統(tǒng)圖、液壓制動系統(tǒng)圖、裝卸載系統(tǒng)圖、驅(qū)動系統(tǒng)圖、運行曲線、生產(chǎn)報表和故障信息等畫面，反映提升機所有的運行參數(shù)和運行狀態(tài)以及故障類型和故障發(fā)生時間，監(jiān)視器能使司機對提升機的運行狀況一目了然，假設(shè)發(fā)生故障，司機能及時從監(jiān)視器上了解到故障類型及位置，能及時通知維修人員排除故障，從而縮短排除故障時

37、間，提高勞動生產(chǎn)率。圖圖 3 34 4 上位機監(jiān)控系統(tǒng)上位機監(jiān)控系統(tǒng)3.1.6 制動控制系統(tǒng)設(shè)計利用主控 PLC 的控制功能實現(xiàn)對制動系統(tǒng)的控制，對于主井制動控制采用恒力矩控-. z制制動，并實現(xiàn)二級制動，制動性能有計算校核，PLC 完成工作制動的給定和發(fā)出緊停制動信號，時間繼電器完成二級制動的延時控制。3.1.7 主回路設(shè)計提升機 6kV 系統(tǒng)兩路電源引自 35kV 變電所，一路運行一路備用，兩臺進線開關(guān)為就地操作。一臺 6kV 饋出線柜，連接一臺 1000kVA 的整流變壓器。操作方式：就地操作和遠控操作，設(shè)有短路和過流保護，整流變壓器設(shè)有溫度保護。主回路采用電樞電流換向電樞可逆 ，磁場電

38、流單向磁場恒定的方式；可控硅整流系統(tǒng)，主要有一臺 1000kVA 的整流變壓器和一臺整流柜組成。四象限工作的整流器通過兩個三相全控橋(B6)A(B6)C 無環(huán)流直接反并聯(lián)。在閉環(huán)控制系統(tǒng)的控制下，根據(jù)系統(tǒng)的需要通過整流方向及電壓的變化，實現(xiàn)提升機的正、反轉(zhuǎn)和速度的調(diào)節(jié)。電機直流主回路中，有一臺平波電抗器，用于均流；一臺直流快速斷路器，用于電機保護。3.1.8 平安保護功能設(shè)計在平安回路設(shè)計方面，充分考慮提升機的關(guān)鍵性保護，將其納入硬件平安回路，如：過卷保護、極限過卷保護、延時過流保護、瞬動過流保護、超速保護以及驅(qū)動裝置故障等。同時也將高壓柜、快開的輔助觸點納入其中，確保供電設(shè)備均處于正常合閘狀

39、態(tài)時才能送上硬件平安回路；系統(tǒng)中設(shè)置兩套獨立的 PLC 控制系統(tǒng)，分別形成各自的軟件平安回路，這兩套軟件平安回路均和硬件平安回路串聯(lián)形成提升機總的平安回路，三者任何一方檢測到提升機有故障存在都無法啟動提升機。系統(tǒng)設(shè)有 S7-400 軟平安回路，S7-300 軟平安回路，以及一套繼電器直動的硬件平安回路。S7-400 平安回路完成系統(tǒng)所有的保護，主要有設(shè)備狀態(tài)保護和系統(tǒng)保護。S7-300平安回路完成系統(tǒng)的行程、速度保護。繼電器平安回路完成系統(tǒng)重要的一些保護并實現(xiàn)平安制動。軟平安回路與硬平安回路互相冗余，完全滿足?煤礦平安規(guī)程?中不少于兩條平安回路的要求，并且超出了?煤礦平安規(guī)程?要求。其保護方式

40、構(gòu)造如圖 35 。圖圖 3 35 5 提升機保護方式構(gòu)造提升機保護方式構(gòu)造 系統(tǒng)功能框圖結(jié)合?煤礦平安規(guī)程?平安保護的要求，對系統(tǒng)保護容以及完成方式進展的設(shè)置與研究，以及對提升機與提升系統(tǒng)進展創(chuàng)新性研究。豐富了規(guī)程的要求。系統(tǒng)主要設(shè)有如下保護如表 31：表表 3 31 1 TS3ATS3A 系統(tǒng)提升保護設(shè)置一覽表系統(tǒng)提升保護設(shè)置一覽表序 號名 稱描 述提升系統(tǒng)保護1井筒過卷提升機緊急制動進繼電器平安回路-. z2井筒極限過卷提升機緊急制動進繼電器平安回路3計算機過卷系統(tǒng)計算機計算 PG 的行程，提升機緊急制動4箕斗在裝載位置箕斗進入裝載區(qū)域顯示，該區(qū)域決定于裝載口高度，聯(lián)鎖裝載控制5鋼絲繩長系

41、統(tǒng)計算機根據(jù)行程判斷，定值根據(jù)現(xiàn)場制定，提示維護人員確認狀態(tài)，同時提升機自動提升方式被閉鎖6卸載倉滿卸載倉滿，提升機被閉鎖，裝載被閉鎖進繼電器平安回路7驅(qū)動失敗提升機運行方向、速度與給定不一致，提升機緊急制動8速度超限提升機運行速度超過設(shè)定速度包羅線，提升機緊急制動9提升機過速提升機運行速度超過最大速度的 15%，提升機緊急制動進繼電器平安回路10井口速度超限箕斗經(jīng)過井口開關(guān)時運行速度超過限值，提升機緊急制動進繼電器平安回路11滑繩滾筒速度與導向輪速度誤差超限1m/s ，緊急制動后提升機在下次同步之前速度限制在 2ms 之12同步超限箕斗通過同步開關(guān)時，系統(tǒng)計算機行程測量值與實際行程誤差超過限

42、定值定值由鋼絲繩的彈性模量、長度和力確定 ，緊急制動后，提升機在下次同步之前速度限制在 2ms 之13繩襯磨損超限計算機計算到繩襯磨損超限，閉鎖下次開車，提示維護人員修正行程參數(shù)和確認繩襯磨狀態(tài)后解鎖14行程測量故障系統(tǒng)計算機計算的 PG 形成誤差超限，提升機緊急制動，速度限制在 2m/s 同步兩次后再次進展故障確認-. z15裝載系統(tǒng)故障閉鎖自動提升16司機臺緊急停車提升機緊急制動進繼電器平安回路17卸載站緊急停車提升機緊急制動進繼電器平安回路18裝載站緊急停車提升機緊急制動進繼電器平安回路19箕斗門未關(guān)提升機閉鎖提升機狀態(tài)保護20HV2 跳閘提升機緊急制動進繼電器平安回路21HV3 跳閘提

43、升機緊急制動進繼電器平安回路22HV4 跳閘提升機緊急制動進繼電器平安回路23HV2 過流提升機緊急制動24HV3 過流提升機緊急制動25HV4 過流提升機緊急制動26HV2 短路提升機緊急制動27HV3 短路提升機緊急制動28HV4 短路提升機緊急制動29T1 變壓器超溫閉鎖提升機30T2 變壓器超溫閉鎖提升機31T3 變壓器超溫閉鎖提升機32DL1 故障提升機緊急制動33DL2 故障提升機緊急制動34LC 故障提升機緊急制動35直流斷路器跳閘提升機緊急制動進繼電器平安回路36主電機溫度報警閉鎖提升機37主軸承溫度報警閉鎖提升機38制動油溫閉鎖提升機39主冷風機閉鎖提升機3.2 硬件總體設(shè)計

44、主回路硬件配置驅(qū)動系統(tǒng)電樞回路采用西門子 6RA70 裝置，全數(shù)字調(diào)節(jié)局部主要功能有：-. z1 、成電樞回路的調(diào)節(jié)功能：1設(shè)定轉(zhuǎn)速給定源2自由選擇轉(zhuǎn)速實際值信號3速度自動調(diào)節(jié)4電樞電流自動調(diào)節(jié)5斜坡函數(shù)發(fā)生器6轉(zhuǎn)矩限幅7電流限幅8預控制器9觸發(fā)裝置2 、成勵磁回路的調(diào)節(jié)功能：1反電勢調(diào)節(jié)器2勵磁電流調(diào)節(jié)器3觸發(fā)裝置3 、現(xiàn)電樞回路和磁場回路的各種監(jiān)控與診斷：1運行數(shù)據(jù)的顯示2掃描功能3故障信號4警告5緊急平安斷電E-STOP 硬件抗干擾措施輸入信號通過繼電器隔離，利用專用的計算機通訊屏蔽電纜，動力、控制、計算機等系統(tǒng)分設(shè)接地系統(tǒng)，有效控制相互間的干擾。 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計整個系統(tǒng)采用網(wǎng)絡(luò)化的設(shè)

45、計，主控 PLC 選用西門子功能最強大的 S7-400 產(chǎn)品，行程監(jiān)控采用西門子 S7-300PLC，兩者與上位機一起構(gòu)成系統(tǒng)的上級網(wǎng)絡(luò)。此外，S7-400 通過 PROFIBUS DP 網(wǎng)絡(luò)下掛操作臺 ET200M、低壓柜 2 ET200M 和由三個 6RA70 驅(qū)動裝置組成的 DP 分站。監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)計監(jiān)控PLC S7-300采用CPU 315-2 DP 。具有以下設(shè)計特點：CPU 315-2 DP 具有中到大型的程序存儲容量，以及PROFIBUS-DP 主/從接口?？梢耘渲贸煞植嫉淖詣踊瘶?gòu)造。微處理器：處理器執(zhí)行二進制指令時間為300ns；擴展存儲器能力：CPU 315-2 DP: 6

46、4K 字節(jié) RAM；PROFIBUS 接口：具有PROFIBUS-DP 接口的 CPU 可以建立分布式自動化系統(tǒng)，具有高速及易于處理等特點。從用戶角度看，可將分布式 I/O當作集中式 I/O 一樣 (一樣的配置、編址及編程)。SIMATICS7-300數(shù)字輸入和輸出模塊。通過這些模塊，可將數(shù)字傳感器和執(zhí)行元件與-. zSIMATIC S7-300 相連。數(shù)字I/O 模塊具有以下優(yōu)點：優(yōu)化配合，可利用可以任何方式組合的模塊使輸入/輸出點數(shù)與任務(wù)相配合；靈活的過程連接，可通過各種不同的數(shù)字執(zhí)行元件和傳感器使S7-300 與過程相連接。數(shù)字輸入模塊將控制過程的外部數(shù)字量電平轉(zhuǎn)化為S7-300 的部信

47、號電平；數(shù)字輸出模塊將S7-300 的部信號電平轉(zhuǎn)化為控制過程所需的外部信號電平。S7-300的模擬輸入和輸出模塊。通過這些模塊可將模擬傳感器和執(zhí)行元件與 S7-300 相連。模擬輸入模塊將擴展過程中的模擬信號轉(zhuǎn)化為S7-300 部處理用的數(shù)字信號。電壓和電流傳感器、熱電耦、電阻和電阻式溫度計均可作為傳感器與該模塊相連。模擬輸出模塊將S7-300 的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成控制需要的模擬量信號。FM 350-1是智能化的單通道計數(shù)模塊用于廣泛的單純計數(shù)任務(wù)。此模塊通過直接連接增量編碼器，方式分擔CPU的任務(wù)：模塊給編碼器供電。FM 350-1計數(shù)器模塊依據(jù)可直接連接的門信號檢測最高達500千赫茲的增量編

48、碼器脈沖信號。CP 343-5 通訊處理器是用于PROFIBUS總線系統(tǒng)的SIMATICS7-300 和SIMATICC7的通訊處理器。它分擔CPU的通訊任務(wù)，并支持其它的通訊連接?？刂葡到y(tǒng)模擬量信號采集由 S7400 的模擬量輸入模塊實現(xiàn)對以下模擬量的信號采集：主變、輔變溫度；制動油壓；測速機信號；主令手柄信號；裝載稱重信號；整流裝置的反響信號；工作閘工作電流及主變一次電流的模擬量的采集?？刂葡到y(tǒng)數(shù)字量信號采集由 S7400 的開關(guān)量輸入模塊實現(xiàn)對所有繼電器接點等的數(shù)字量等的信號采集?？刂葡到y(tǒng)脈沖量信號采集由 S7400 的開關(guān)量輸入模塊實現(xiàn)對主軸上兩個編碼器的脈沖信號的采集，實現(xiàn)脈沖計數(shù)和

49、行程校正功能。3.3 系統(tǒng)軟件設(shè)計3.3.1 主控軟件的開發(fā)設(shè)計S7-400 軟件作為本系統(tǒng)的主控軟件，實現(xiàn)全系統(tǒng)的邏輯控制，故障和報警的診斷、記憶及查詢，以及信號的輸入、輸出功能，它能獨立地完成系統(tǒng)的電流環(huán)和速度環(huán)的控制。該系統(tǒng)的主要的技術(shù)要點有：1 、提升機的行程校正功能提升機行程校正功能是為防止提升機在運行過程中的可變性因素導致行程計算與箕斗或罐籠實際位置不符而設(shè)置的。它充分考慮了提升繩運行中的蠕動、較小量的伸長、滑繩和主滾筒摩擦襯墊的變化等因素對提升機平安運行的影響。該功能主要包括：到達對提升行程的準確校正、校正位置開關(guān)狀態(tài)的檢查和計算系數(shù)的校正。行程校正主要完成提升箕斗在向上運行過程

50、中遇井筒位置磁開關(guān)時，將該磁開關(guān)所-. z在位置的提升高度寫入 PLC 的高速計數(shù)功能塊，實現(xiàn)行程校正。為彌補磁開關(guān)動作的不可靠性，系統(tǒng)在不同的位置高度設(shè)置了多個行程位置校正開關(guān)，即使有一開關(guān)動作失常，其余位置開關(guān)的動作仍能到達準確校正的目的；另外，在校正磁開關(guān)所在位置不變的情況下，通過改變到位開關(guān)之前的校正值，實現(xiàn)到位位置小圍的調(diào)整，解決提升繩因*種原因造成的長度的變化對提升狀態(tài)的影響。校正位置開關(guān)狀態(tài)的檢查是提升機行程校正功能的預防性措施，主要實現(xiàn)箕斗或罐籠向下運行的過程中檢查井筒位置開關(guān)動作是否正常，否則，就發(fā)出警告，同時自動取消該開關(guān)的行程校正功能，并限速運行。假設(shè)連續(xù)兩次檢測到同一位

51、置開關(guān)動作失常，提升機自動閉鎖自動和手動提升方式，警示提升機司機應轉(zhuǎn)換到檢查工作方式進展檢修。計算系數(shù)的自動校正功能主要實現(xiàn)對主滾筒摩擦襯墊厚度變化的跟蹤檢測，完成單脈沖的行程計算。在提升機工作在自動方式，并穩(wěn)定運行 10 分鐘以上的條件下，檢測到*一固定位置的行程值超過或低于該位置實際行程值的一定計算誤差圍，就自動啟動計算系數(shù)校正功能，最大限度的減小因計算系數(shù)的不準確造成的行程計算誤差。2 零速度閉環(huán)控制的平安性設(shè)計提升機在運行過程中最容易出現(xiàn)問題的階段是：敞閘、起速和停車。為提升機的平安運行問題，研制了零速度閉環(huán)控制技術(shù)。零速度閉環(huán)控制的平安性設(shè)計主要實現(xiàn)提升機制動器完全開啟狀態(tài)下的零速度

52、控制，解決帶閘啟動的問題；同時解決提升機在敞閘的同時出現(xiàn)向反方向下墜重載負荷的作用 ，容易造成沉車的現(xiàn)象，以及解決停車精度不高平安性差的問題。實現(xiàn)零速度閉環(huán)控制必須解決好兩個問題：絕對零速度給定0.00m/s和電流預給功能。絕對零速度給定是實現(xiàn)零速度閉環(huán)控制的根底和前提。提升機在敞閘的同時，控制系統(tǒng)的速度環(huán)和電流環(huán)均已閉環(huán)，但由于速度環(huán)和電流環(huán)的滯后性，提升機就會在敞閘的同時出現(xiàn)向反方向下墜的現(xiàn)象重載負荷的作用 ，容易造成沉車現(xiàn)象，假設(shè)是在敞閘開場前就在電流環(huán)輸入端預給一個電流給定值根據(jù)額定負載大小和方向確定 ，驅(qū)動裝置在提升機敞閘的起始點就會輸出一個階躍的抑制重載箕斗或罐籠下沉的電流，隨后在

53、整個敞閘過程中驅(qū)動裝置輸出的電流就緊緊跟隨作用于主滾筒的下沉重力，到達力的平衡，實現(xiàn)防止箕斗或罐籠下沉和零速的目的。一旦工作閘壓力到達制動器的開閘壓力，就投入速度給定，實現(xiàn)敞閘啟動控制。同樣，解決停車過程中的停車不準確或倒車現(xiàn)象，采取完成提升行程后運用零速度閉環(huán)控制功能，使提升機在整個閉閘停車過程中均處于零速度閉環(huán)控制狀態(tài)，只有檢測到所有制動閘都處于閉閘位置后，才取消速度閉環(huán)控制。這一控制功能的實施，為通過改變裝載起始點的方式提高提升機的生產(chǎn)效率提供了技術(shù)根底。3.3.2 上位監(jiān)測軟件開發(fā)平臺的選擇上位監(jiān)視程序采用支持 Visual Basic 的 Ifi*監(jiān)控軟件包，iFI*是強大的 HMI

54、/SCADA系統(tǒng)，可以進展過程的圖形化監(jiān)視、數(shù)據(jù)采集和管理。-. ziFI*的根本功能允許特定的應用程序執(zhí)行所賦予的任務(wù)，他兩個根本的功能是數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)管理。南屯礦主井提升機上位監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)置了提升系統(tǒng)全圖、裝卸載系統(tǒng)圖、高壓配電圖、低壓配電圖、運行曲線圖和故障報警畫面，個各畫面的切換只需直接點擊相應的按鈕即可。在各個畫面中：紅色代表故障，綠色代表運行，黃色代表報警。3.3.3 監(jiān)控軟件的開發(fā)設(shè)計S7-300 軟件作為本系統(tǒng)的后備平安軟件，實現(xiàn)后備平安回路故障的診斷功能。它獨立于 S7-400 之外，與 S7-400 的功能相關(guān)聯(lián)，實現(xiàn)速度與行程保護。包括主控程序組織塊OB1 ；計算功能塊B

55、；故障診斷功能塊FB14 ；通訊功能組織塊OB35 ；其它輔助組織塊。3.3.3.1 速度保護開發(fā)設(shè)計計算功能塊 FB主要完成電子凸輪板的形成、提升高度、提升速度的計算功能，為實現(xiàn)提升速度與提升高度之間的后備對應關(guān)系起到關(guān)鍵性作用；另外，為盡量減少該功能塊占用 CPU 的掃描時間，多處利用了條件跳轉(zhuǎn)指令。具體功能如下：電子凸輪板的形成；提升高度和提升速度計算；停電記憶提升參數(shù)。與 S7-400 形成的電子凸輪板、提升速度相比較，實現(xiàn)該系統(tǒng)的速度保護。3.3.3.2 行程保護開發(fā)設(shè)計故障診斷功能塊FB14：根據(jù)故障性質(zhì)不同，分為動力電源類、行程類、整流柜類、故障中斷類及其它共四個類別，共計 32

56、 條故障，任一條故障發(fā)生都作用平安回路。具體描述如下：動力電源類包括高壓柜過流、速斷動作；行程類包括過卷故障、極限過卷故障、等速過速故障、全程過速故障保護、井口超速故障；整流裝置 1、2、3總故障；PLC 故障包括時間錯誤、電源錯誤、診斷中斷、插入/移開模塊中斷、CPU 硬件故障、機架故障、通訊故障。其中，行程類故障診斷功能與 FB2 計算的提升高度、提升速度、井筒開關(guān)的實際位置共同形成該系統(tǒng)的行程保護。3.3.4 通信軟件設(shè)計整套通訊系統(tǒng)分成兩個層次，三個局部。即：由 S7-400、S7-300 和上位工控機組成最高層次的通訊網(wǎng)絡(luò)，S7-400、S7-300 分別與各自的遠程 I/O 組成最

57、根底的通訊網(wǎng)絡(luò)。根底通訊網(wǎng)絡(luò)完成系統(tǒng)數(shù)據(jù)的采集、處理及功能的輸出，最高層次的通訊網(wǎng)絡(luò)完成系統(tǒng)的人機界面。3.3.4.1 主控和監(jiān)控系統(tǒng)的 PROFIBUS 數(shù)據(jù)傳輸S7-400、S7-300 和上位工控機三者之間的通訊由上位工控機的 iFI*軟件及 S7-400、S7-300 的通訊功能組織塊 OB35 實現(xiàn)。S7-400 向 S7-300 發(fā)送數(shù)據(jù)：在平安回路方面雖然 S7-300 是一個相對獨立的控制單元，但為了保持與 S7-400 之間的協(xié)調(diào)，其判斷故障的基準必須一致。即：設(shè)定的最大提升的高度，計算系數(shù)和提升方向，上述一個數(shù)據(jù)就是 S7-400 向 S7-300 發(fā)送的數(shù)據(jù)源。S7-40

58、0 承受 S7-300 傳送來的數(shù)據(jù)：傳送來的數(shù)據(jù)有：基于 PG2 的提升高度，提升速-. z度以及平安回路繼電器。S7-400 依據(jù) S7-300 傳送來的提升高度和提升速度來判斷PG1、PG2、PG3及測速機狀態(tài)，S7-300 傳送來的平安回路僅作為平安回路指示燈的一局部使用，即在特殊情況下，S7-300 停頓運行，只需短接 S7-300 平安回路輸出點，不必改變軟件，S7-400 仍能獨立完成應急提升任務(wù)。S7-300 向 S7-400 同樣方式發(fā)送數(shù)據(jù)。3.3.4.2 主控和從站的 PROFIBUS-DP 數(shù)據(jù)傳輸S7-400 與其遠程 I/O 的通訊和整流裝置之間的通訊由五局部組成：

59、S7-400 基板局部、操作臺遠程 I/O、低壓柜 2 遠程 I/O、主整流裝置 1、主整流裝置 2 和勵磁裝置組成PROFIBUS1通訊網(wǎng)絡(luò)，其通訊速率為 500kbit/s，通訊網(wǎng)絡(luò)電纜長度 150m。S7-300 與其遠程 I/O 之間的通訊由兩局部組成，即：S7-300 基板局部和低壓柜 LV2 遠程 I/O 組成PROFIBUS3通訊網(wǎng)絡(luò)，其通訊速率為 500kbit/s，通訊網(wǎng)絡(luò)電纜長度 125m。.3 點對點通訊兩個裝置之間利用其本身的通訊功能，實現(xiàn)點對點的通訊，實現(xiàn)功能關(guān)聯(lián)，實現(xiàn)輸出12 脈動，并實現(xiàn)轉(zhuǎn)矩方向閉鎖-. z4 數(shù)控化提升機電控系統(tǒng)在煤礦的運用4.1 副井概述：副井

60、現(xiàn)電控系統(tǒng)，是以繼電器控制為主體，主控局部采用磁放大器完成，經(jīng)過十年的使用，逐漸暴露出產(chǎn)品技術(shù)落后、關(guān)鍵器件保護不完備、故障率高的問題。而且故障率呈逐年增加的趨勢。為了保證礦井的正常生產(chǎn)，應該對現(xiàn)有電控系統(tǒng)進展改造。4.2 改造研發(fā)容：研究、開發(fā)一套由高壓開關(guān)柜、整流變壓器、電樞整流柜、司機控制臺、PLC 柜、輔助柜、低壓配電柜、上位監(jiān)視機、高速直流電動機組成的 TSA 型全數(shù)字自動化副井提升電控系統(tǒng)。開發(fā)容主要是開發(fā)系統(tǒng)的工藝控制，實現(xiàn)系統(tǒng)控制的平滑性和平安性，實現(xiàn)傳動系統(tǒng)與主控系統(tǒng)的工業(yè)總線式數(shù)據(jù)通訊，以及網(wǎng)絡(luò)控制；其次是對直流變頻傳動技術(shù)的研究，特別是對位能力矩性負載，零速度大力矩的進展