畢業(yè)設(shè)計(jì)—任鵬.doc

畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 說(shuō)明書 題目 平煤二礦主井絞車提升機(jī)電控系統(tǒng)改 造 姓名 任鵬 班級(jí) 09 級(jí)應(yīng)用電子技術(shù)一班 平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2011 年 10 月 11 日 目錄目錄 第一章 前言 第二章 設(shè)計(jì)思路 2 1 設(shè)計(jì)的意義 2 2 提升系統(tǒng)原始資料 2 3 工作流程圖 2 4 工作過(guò)程 第三章 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3 1 松下 PLC 編程軟件的基本使用流程圖 3 2 FP1 的產(chǎn)品及性能簡(jiǎn)介 第四章 操作說(shuō)明 第五章 結(jié)束語(yǔ) 0 第 1 章 前言 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在煤炭行業(yè)也得到了 迅猛的發(fā)展 如選煤廠微機(jī)自動(dòng)化系統(tǒng) 礦山電網(wǎng)綜合 自動(dòng)化系統(tǒng) 主井絞車自動(dòng)控制系統(tǒng) 井下主煤流膠帶 控制系統(tǒng)以及工作面綜合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等 這些控制系統(tǒng)都 在不同的應(yīng)用領(lǐng)域改變著傳統(tǒng)煤炭行業(yè)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu) 它們極大地提高了煤炭的產(chǎn)量 提高了煤炭生產(chǎn)的安全 性 提高了企業(yè)的自動(dòng)化和管理水平 隨著計(jì)算機(jī)可靠性的提高 價(jià)格的大幅度下降 出現(xiàn)了數(shù)字調(diào)節(jié)器 可編程控制器 PLC 以 及由多個(gè)計(jì) 算機(jī)遞階構(gòu)成的集中 分散相結(jié)合的集散控制系統(tǒng) 測(cè)量變送儀表一般為模擬儀表 因而它是一種模擬 數(shù) 字混合系統(tǒng) 這種系統(tǒng)在功能 性能上較模擬儀表 集 中式數(shù)字控制系統(tǒng)有了很大進(jìn)步 可在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)裝 置級(jí) 車間級(jí)的優(yōu)化控制 由于 PLC 可編程控制器可靠 性高 應(yīng)用極為方便 已成為當(dāng)今應(yīng)用場(chǎng)合最為廣泛的工 業(yè)控制裝置 成為機(jī)電控制不可缺少的核心控制部件 隨著工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化程度要求的不斷提高 更加可靠的 可編程控制器 PLC 已應(yīng)用到煤炭行業(yè)的各個(gè)系統(tǒng)中 根據(jù) PLC 的外圍設(shè)備少 站地面積小 維護(hù)量小 安全 程度高 易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的特點(diǎn) 結(jié)合該礦實(shí)際 決定 1 選用 PLC 為核心的控制體統(tǒng)對(duì)該井提升信號(hào)系統(tǒng)進(jìn)行改 造 2 Abstract 第第1 1章章 緒論緒論 時(shí)光如梭 歲月如歌 轉(zhuǎn)眼間 平煤二礦走過(guò)了50年的 光輝歷程 50年來(lái) 經(jīng)過(guò)幾代礦工的艱苦奮斗 二礦由建礦之 初設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力21萬(wàn)噸 服務(wù)年限20年的小礦 老礦 一躍變成產(chǎn)量超過(guò)120萬(wàn)噸的大礦 如果站在發(fā)展速度的視點(diǎn)上 我們會(huì)發(fā)現(xiàn) 自2001 年以來(lái) 二礦人以超越自我 追求卓越的勇氣 時(shí)時(shí)創(chuàng) 優(yōu) 處處爭(zhēng)優(yōu) 使一個(gè)瀕臨倒閉的企業(yè)起死回生 原煤 產(chǎn)量一年一個(gè)新臺(tái)階 是4年前的2 4倍 是建礦初期的6 倍 銷售收入是4年前的5倍 職工收入每年以30 的速 度增長(zhǎng) 各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)均創(chuàng)出了歷史最高水平 二 礦 其超常規(guī) 跨越式的發(fā)展速度讓人驚嘆 在廣袤的中原大地上 伏牛山像一條騰飛的巨龍 在巨龍的口中 含著一顆耀眼的 龍珠 這顆 龍珠 就 是因煤而興 因煤而立的平頂山 第二章第二章 設(shè)計(jì)思路設(shè)計(jì)思路 2 12 1 設(shè)計(jì)的意義設(shè)計(jì)的意義 隨著科技的發(fā)展 人們的日用需求量越來(lái)越大 21 3 世紀(jì)能源結(jié)構(gòu)將發(fā)生巨大變化 煤炭在能源結(jié)構(gòu)中的比 例將會(huì)下降 我國(guó)也不例外 但是 由于我國(guó)石油 天 然氣的儲(chǔ)量有限 煤炭的主導(dǎo)地位在短時(shí)間內(nèi)不會(huì)有根 本的改變 據(jù)有關(guān)部門預(yù)測(cè) 到 2010 年我國(guó)需要煤 13 4 億 t 20 世紀(jì) 90 年代 我國(guó)已成為世界第一大產(chǎn)煤國(guó) 我國(guó)煤炭資源豐富 勞動(dòng)力廉價(jià) 本應(yīng)在國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng) 中占有優(yōu)勢(shì) 但由于技術(shù) 管理 體制等原因 大多數(shù) 煤礦的勞動(dòng)力效率低下 1998 年我國(guó)原有統(tǒng)配煤礦的平 均全員效率僅為美國(guó)的 1 6 澳大利亞的 1 78 工人年工資僅為美國(guó)的 2 澳大利亞的 1 15 工 資差別如此之大 但噸煤勞動(dòng)成本還是超過(guò)了美國(guó) 目 前 煤炭企業(yè)已難以盈利 甚至虧損 如不盡快改變這 種狀態(tài) 入世后國(guó)外優(yōu)質(zhì)廉價(jià)煤炭可能涌入我國(guó) 我國(guó) 煤炭企業(yè)的前景將不容樂(lè)觀 我國(guó)未來(lái)煤炭企業(yè)的出路在哪里 從先進(jìn)采煤國(guó)和 我國(guó)神華 兗州等礦區(qū) 九五 的發(fā)展經(jīng)驗(yàn) 以及其它傳 統(tǒng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的經(jīng)驗(yàn)得到的結(jié)論是 用高新技術(shù)改造傳統(tǒng) 的煤炭工業(yè) 例如 美國(guó)和澳大利亞 80 年代以來(lái)引進(jìn)長(zhǎng)壁開采 技術(shù) 在工作面采用大功率電牽引采煤機(jī) 電液控制的 4 液壓支架和具有軟啟動(dòng)功能的刮板輸送機(jī) 主煤皮帶式 運(yùn)輸采用變頻調(diào)速 CS T 機(jī)械及電氣調(diào)速裝置 計(jì)算機(jī) 和各種保護(hù)傳感器組成的集中控制系統(tǒng) 提升機(jī)采用全 數(shù)字化直流或交 交變頻提升機(jī)等等 上述這些采用電力 電子 自動(dòng)化 計(jì)算機(jī) 信息技術(shù) 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的機(jī)電 一體化設(shè)備 使綜采效益達(dá)到前所未有的水平 成為世 界上煤炭工業(yè)效益最好的國(guó)家 煤礦安全也名列世界的 前茅 上述例子都說(shuō)明采用高新技術(shù)改造傳統(tǒng)煤炭工業(yè) 不僅在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中將處于優(yōu)勢(shì)地位 煤礦安全也得到很 大提高 達(dá)到世界先進(jìn)采煤國(guó)的水平 應(yīng)用高新技術(shù)改 造傳統(tǒng)煤炭企業(yè)還可以提高企業(yè)現(xiàn)代管理水平 改變煤 炭工業(yè)的形象 2 22 2 提升系統(tǒng)原始資料提升系統(tǒng)原始資料 平煤集團(tuán)二礦主井絞車系 JKMD 4 4 E 落 地式多繩摩擦輪提升機(jī) 直接傳動(dòng) 最大提升速度 9 6m s 提升高度 721 6m 由直流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng) 直流電 動(dòng)機(jī)采用 ZKTD285 75 型 2500KW 900V 3122A 45 84r min 他勵(lì) 勵(lì)磁電壓 110 55V 勵(lì)磁電流 248 8 497 6A 勵(lì)磁功率 27 4KW 電氣控制采用全數(shù)字控制磁場(chǎng)換向 SCR D 系統(tǒng) 可實(shí) 現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速 具有較好的運(yùn)行特性 能實(shí)現(xiàn)高效運(yùn)行 5 控制系統(tǒng)分全自動(dòng) 半自動(dòng) 手動(dòng) 驗(yàn)繩操作 調(diào)節(jié)系 統(tǒng)采用德國(guó)進(jìn)口原裝 6RA23 全數(shù)字調(diào)節(jié)器 操作系統(tǒng)采 用美國(guó)進(jìn)口原裝 GE90 30 可編程序控制器 因種種原 因需要 GE90 30 退出運(yùn)行時(shí) 經(jīng)操作轉(zhuǎn)換開關(guān)可使提 升機(jī)在 GE90 30 退出的事故狀態(tài)下轉(zhuǎn)入繼電器方式簡(jiǎn) 易開車 此外 當(dāng)整流柜或變壓器一組發(fā)生事故時(shí) 通 過(guò)方式轉(zhuǎn)換柜 可將其脫離系統(tǒng) 提升機(jī)可在降低功率 下滿載半速運(yùn)行 礦副井信號(hào)系統(tǒng)從建井處接管過(guò)來(lái)時(shí) 井上下聯(lián)系 信號(hào)都是靠燈泡和電鈴來(lái)實(shí)現(xiàn)的 在信號(hào)系統(tǒng)與主控系 統(tǒng)沒(méi)有相應(yīng)的閉鎖及聯(lián)鎖的情況下 經(jīng)常出現(xiàn)打錯(cuò)點(diǎn)和 拉錯(cuò)方向的事故 由 PLC 控制的信號(hào)系統(tǒng) 成功地完成 了信號(hào)系統(tǒng)與主電控系統(tǒng)的閉鎖及聯(lián)鎖 實(shí)現(xiàn)了以下功 能 1 井上下信號(hào)必須一致方可開車 2 井下信號(hào)只能通過(guò)井上信號(hào)才能傳至絞車房 不能直接傳至絞車房 3 事故停車點(diǎn) 由井上 下直接傳至絞車房 停 止絞車運(yùn)行 4 打正向點(diǎn)只能開正向車 而不能開反向車 反 之亦然 即實(shí)現(xiàn)了方向閉鎖功能 6 5 打慢點(diǎn)只能開慢車 而不能開快車 速度可控 制在 1m s 以下 即實(shí)現(xiàn)了快慢連鎖功能 2 32 3 工作流程圖工作流程圖 下井口下井口上井口上井口絞車房絞車房 打點(diǎn)信號(hào)打點(diǎn)信號(hào)打點(diǎn)信號(hào)打點(diǎn)信號(hào) 打點(diǎn)信號(hào)打點(diǎn)信號(hào) 控制絞車動(dòng)作控制絞車動(dòng)作 具體打點(diǎn)次數(shù)示表4 1 1 12 23 34 45 5 停車停車快上快上快下快下慢上慢上慢下慢下 表 4 1 SR 左移移位指令 Shift register SR 是左移移位指令 其書寫格式見(jiàn) PLC 圖 4 1 IN CP R SR WR n PLCPLC圖圖 4 14 1 具體說(shuō)明如下 7 1 該指令的移位對(duì)象只限于內(nèi)部寄存器 WR 它可 以指定 WR 中任意一個(gè)作為移位寄存器使用 2 IN 端為數(shù)據(jù)輸入端 該端接通 移位輸入的是 1 該端斷開 移位輸入的是 0 3 CP 端是移位脈沖輸入端 該端每接通一次 上 升沿有效 指定寄存器的內(nèi)容左移 1bit 4 R 端是復(fù)位端 該端一旦接通 指定寄存器的 內(nèi)容全部清零 且移位動(dòng)作停止 R 端比 CP 端優(yōu)先權(quán) 高 這套信號(hào)系統(tǒng)與主控系統(tǒng)的閉鎖及聯(lián)鎖功能由 PLC 控制 通過(guò)繼電器執(zhí)行這種閉鎖及連鎖功能 其原理圖 如下圖 4 2 Z1 Z2 接點(diǎn)串入主電路反向給定回路 Z3 Z4 接點(diǎn)串入主電路正向給定回路 Z5 Z6 接點(diǎn)串入主電路快點(diǎn)開車給定回路 Z7 Z8 接點(diǎn)串入主電路反向給定回路 8 Z2 Y0 Y2 Y1 Y3 Z4 Z3 Y0 Y1 Z6Z5 Y0 Y1 Y2 Y3 Z7Z8 給定給定 GS 去 GJ Z5 Z6 65K Z1 工作原理圖工作原理圖 4 24 2 9 井下打點(diǎn)井下打點(diǎn) 井下打點(diǎn)井下打點(diǎn) 井下停點(diǎn)井下停點(diǎn) 井上打點(diǎn)井上打點(diǎn) 井上停點(diǎn)井上停點(diǎn) B1 B2 B3 B4 X1 X2 X3 X4 紅燈信號(hào)紅燈信號(hào) Z7 Z8 可 編 程 控 制 器 PLC X1 X2 X3 X4 井下井下 Y4 井上井上 Y5 車房車房 Y6 Y0 Y1 Y2 Y3 Y7 Y8 Y9 YA YB 10 梯形圖如下 R21 R22 R12 R13 Y4 Y1 Y2 R23R14Y3 R25 R15 Y1 Y0 Y2 Y3 Y7 X2 X3 X4 X1 X4 11 Y6 X2 X3 X4 Y5 X4 X1 X3 R24 X1 X3 R25 Y8 Y9 YA YB END I O分配表 X1 井下打點(diǎn) X2 井下停點(diǎn) X3 井上打點(diǎn) X4 井上停點(diǎn) Y0 為正快 快上 12 Y1 為正慢 慢上 Y2 為反快 快下 Y3 為反慢 慢下 Y4 下井電鈴 Y5 上井電鈴 Y6 車房電鈴 Y7 紅燈指示 Y8 下井顯示置位 Y9 上井顯示置位 YA 下井顯示復(fù)位 YB 上井顯示復(fù)位 中間繼電器 R24 下井移位復(fù)位 R25 上井移位復(fù)位 2 42 4 工作過(guò)程工作過(guò)程 1 當(dāng)需要 快上 時(shí) 下井口先打點(diǎn) 即顯示 2 此時(shí) X1 動(dòng)作 2 次 移位寄存器左移 2 位 R1 閉合 接通 內(nèi)部繼電器 R20 X1 由于接通觸發(fā) Y8 2 次 接通外部 電路在數(shù)碼管上顯示 同時(shí)上井口 下井口電鈴打 鈴 次 上井口接到打點(diǎn)信號(hào)后 開始打點(diǎn) X3 為上 井口打點(diǎn)器 同時(shí)打點(diǎn) 左移指令 SR WR1 也向左 13 移 位 觸點(diǎn) R11 接通 此時(shí) Y0 接通 電機(jī)做 正上 快速運(yùn)動(dòng) 同時(shí)由于 Y0 互鎖 指示電路 Y7 接通 紅 色指示燈亮 上井口打點(diǎn)時(shí) Y4 Y5 Y6 繼電器接通 下井口 上井口 絞車房電鈴響 打幾次點(diǎn) 響幾次鈴 此時(shí) Y9 也接通 觸發(fā)上井口顯示電路顯示 當(dāng)達(dá) 到井面時(shí) 停車開關(guān) X2 X4 打點(diǎn)寄存器復(fù)位 線圈失 電 絞車停車 顯示器復(fù)位 2 當(dāng)需要絞車 快下 時(shí) 下井口先打點(diǎn) 3 下 即顯 示 3 移位寄存器由于復(fù)位從新開始 至 R2 此時(shí) R0 R2 接通 R1 R20 失電不起作用 R21 帶電 其相應(yīng)的 觸點(diǎn)動(dòng)作閉合 上井下井電鈴響 下井顯示 3 上井聽(tīng)到指 示后開始打點(diǎn) 過(guò)程與上相同 絞車開動(dòng) 3 當(dāng)需要絞車 慢上 時(shí) 絞車開慢車 正方向 下井打點(diǎn) 4 為慢車 顯示器顯示為 4 此時(shí) 其甩掉 原有電路 使其電壓通過(guò)限流電阻降低電壓值 使絞車 速度慢下來(lái) 通過(guò) R4 的互鎖作用 使其余繼電器不工 作 通過(guò) ZJ3 所接外部觸點(diǎn)來(lái)轉(zhuǎn)換電路工作的 4 慢下工作方式與此相同 只不過(guò)方向相反 第三章第三章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)分可編程控制器 PLC 控制信號(hào)系統(tǒng)和電子 數(shù)碼顯示部分 可編程控制器 PLC 主要控制礦井提 14 升的信號(hào)系統(tǒng) 電子數(shù)碼顯示部分主要顯示信號(hào)點(diǎn)數(shù) 提醒打點(diǎn)人員打點(diǎn) 車房開車人員開 停車 如下圖示 井上打點(diǎn)井上打點(diǎn) 井下打點(diǎn)井下打點(diǎn) 絞車 房 M 顯示顯示 顯示顯示 信號(hào)信號(hào) 信號(hào)信號(hào) 信號(hào)相同信號(hào)相同 3 13 1 松下松下 PLCPLC 編程軟件的基本使用流程圖編程軟件的基本使用流程圖 本系統(tǒng)采用日本松下 FP1 編程器編寫 PLC 程序采 用了 SR 左移移位指令 微分指令 內(nèi)部繼電器組成 松下 PLC 編程軟件的基本使用流程圖 15 在可編程控制器中有多種程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言 它們是梯形 圖語(yǔ)言 布爾助記符語(yǔ)言 功能表圖語(yǔ)言 功能模塊圖 語(yǔ)言及結(jié)構(gòu)化語(yǔ)句描述語(yǔ)言等 3 23 2 FP1FP1 的產(chǎn)品及性能簡(jiǎn)介的產(chǎn)品及性能簡(jiǎn)介 FP1屬于小型機(jī) 產(chǎn)品型號(hào)以C字母開頭代表主控單 元 或稱主機(jī) 以字母E開頭代表擴(kuò)展單元 或稱擴(kuò)展 機(jī) 后面跟的數(shù)子代表I O點(diǎn)數(shù) 該產(chǎn)品包括C14 C72 六款主控單元和E8 E40四款擴(kuò)展單元 形成系列化產(chǎn) 品 其中FP1 C24型可編程控制器的主控單元外形圖和 相關(guān)部件說(shuō)明如圖3 1所示 表3 1列出了FP1的主要 16 產(chǎn)品規(guī)格類型 主控單元和擴(kuò)展單元的I O點(diǎn)說(shuō)2加起來(lái) 最多可達(dá)152個(gè)點(diǎn) 在主控單元內(nèi)含有高速計(jì)數(shù)器 可 輸入的脈沖頻率高達(dá)5KHz 并能同時(shí)輸入兩路脈沖 晶 體管輸出型PLC可輸出頻率可調(diào)的脈沖信號(hào) 主控單元 還有8個(gè)中斷源的中斷優(yōu)先權(quán)管理等功能 同時(shí)通過(guò)PC 機(jī)可以對(duì)PLC進(jìn)行梯形圖程序的編輯 狀態(tài)監(jiān)控等 除 主控單元和擴(kuò)展單元以外 還有A D D A單元和C NET鏈接單元等高級(jí)模塊 可進(jìn)行模擬量處理 并可方 便地構(gòu)成工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)PLC控制網(wǎng)絡(luò) FP1擴(kuò)展單元和高級(jí) 單元的配置如圖3 2所示 對(duì)應(yīng)的I O地址分配請(qǐng)參見(jiàn)附 錄一 第四章第四章 操作說(shuō)明操作說(shuō)明 程序中由于互鎖及連鎖大功能使其運(yùn)行安全大大提 高 由于停車點(diǎn)與復(fù)位點(diǎn)用同一繼電器 避免打錯(cuò)點(diǎn)亂 停車 而且此還避免打錯(cuò)亂點(diǎn)使其在次數(shù)一定時(shí) 重新 復(fù)位開始打點(diǎn) 顯示器也復(fù)位 以打點(diǎn)次數(shù)顯示 打點(diǎn) 過(guò)程完畢后 井上才能打點(diǎn) 切須上 下井口打點(diǎn)一致 方可開車 此程序還相推原先傳統(tǒng)控制中容易控制錯(cuò)亂造成安 17 全隱患的問(wèn)題 對(duì)所有過(guò)程進(jìn)行和鎖定 使其在需一種 狀態(tài)時(shí)其余電路斷開 以保證機(jī)車運(yùn)行速度達(dá)到需求狀 態(tài)下運(yùn)行 第五章第五章 結(jié)束語(yǔ)結(jié)束語(yǔ) 當(dāng)前國(guó)內(nèi)的提升信號(hào)系統(tǒng)多采用傳統(tǒng)的繼電器控制 方式 這種控制裝置元件多 體積大 耗電多 故障率 高 可靠性低 改造和安裝周期長(zhǎng) 應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣 PLC 用于信號(hào)系統(tǒng)之中就是成功的一例 它用計(jì)算機(jī)代 替繼電器控制盤 用程序代替硬件連接 輸入輸出可與 外部裝置直接相連 結(jié)構(gòu)易于擴(kuò)展 其突出特點(diǎn)為 可靠 性 低塤耗 環(huán)境要求低 接線配置方便 現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試 周期短 以其為核心的信號(hào)系統(tǒng)的功能完善 控制過(guò)程 簡(jiǎn)潔 維護(hù)方便 特別是選用日本的 FP1 型可編程控制 器 功能有很大提高 且其良好的工作性和穩(wěn)定性 在極 其惡劣的環(huán)境下仍能可靠的運(yùn)行 代表了當(dāng)今提升系統(tǒng) 智能化改造的主流 18 附錄附錄 1 1 表表 3 3 1 1 FP1FP1 主要產(chǎn)品規(guī)格類型主要產(chǎn)品規(guī)格類型 品名類型I O點(diǎn) 數(shù) 內(nèi)部 寄存 器 工作 電壓 輸出 形式 C14 標(biāo)準(zhǔn)型 8 6EEPRO