基于PLC的礦井提升機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)（論文）說明書1 前言1.1 提升機(jī)的發(fā)展過程及現(xiàn)狀向 礦井提升機(jī)是鐵礦安全生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備之一，其作用是提升礦粉、升降人員和下放物料等，在整個(gè)鐵礦生產(chǎn)中占有十分重要的地位。礦井提升機(jī)安全、可靠、高效、準(zhǔn)確地運(yùn)行集中體現(xiàn)在其電氣控制系統(tǒng)中，電控系統(tǒng)性能的優(yōu)劣直接影響全礦的安全生產(chǎn)及礦工生命的安全?，F(xiàn)代礦井提升機(jī)的發(fā)展與現(xiàn)代電力傳動(dòng)及其控制技術(shù)的發(fā)展密切相關(guān)。根據(jù)受控電動(dòng)機(jī)類型的不同，礦井提升機(jī)可分為直流驅(qū)動(dòng)提升機(jī)和交流驅(qū)動(dòng)提升機(jī)兩大類。由于交流電動(dòng)機(jī)有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、堅(jiān)固、容量大、價(jià)格低廉、應(yīng)用場(chǎng)合廣泛和直接使用交流三相電源等優(yōu)點(diǎn)，因而交流驅(qū)動(dòng)提升機(jī)得到了廣泛的應(yīng)用。在20世紀(jì)70年代前，礦井提升機(jī)大多采用交流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，但是由于其調(diào)速能力較差，很難適用于調(diào)速性能要求較高的場(chǎng)合。直流電動(dòng)機(jī)具有良好的啟、制動(dòng)性能，可在大范圍內(nèi)平滑調(diào)速，調(diào)速性能指標(biāo)遠(yuǎn)優(yōu)于交流電動(dòng)機(jī)，因此在20世紀(jì)70年代后，隨著大功率可控硅的使用、電子控制技術(shù)和裝置的發(fā)展，直流驅(qū)動(dòng)提升機(jī)逐漸在大中型鐵礦中占據(jù)了主導(dǎo)地位。 隨著電力電子器件、微電子控制技術(shù)和交流調(diào)速控制理論的發(fā)展，交流驅(qū)動(dòng)逐漸獲得了與直流驅(qū)動(dòng)相同的控制特性，并在高性能交流驅(qū)動(dòng)應(yīng)用中獲得了根本性的突破，成為大容量提升機(jī)的首選方案。目前國(guó)內(nèi)鐵礦企業(yè)，井下提升機(jī)大多采用交流繞線式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻的調(diào)速方案。提升機(jī)電控系統(tǒng)經(jīng)歷了由繼電器控制、分離元件控制、模擬電路控制到微電子(計(jì)算機(jī))控制的發(fā)展歷程，目前數(shù)字控制系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于提升機(jī)控制系統(tǒng)中。采用數(shù)字控制技術(shù)后，提升機(jī)電控系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制精度高、系統(tǒng)功能開發(fā)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)；特別是其具有智能化的信息采集、故障診斷和在線檢測(cè)等功能，極大地提高了系統(tǒng)的可靠性，縮短了查找和排除故障的時(shí)間，降低了維護(hù)成本。1.2 主要存在的問題雖然交流提升機(jī)在調(diào)速性能上獲得了根本性的突破，成為大容量提升機(jī)的首選方案，但是由交流電動(dòng)機(jī)的基本原理可知，由定子傳入轉(zhuǎn)子的電磁功率Pm可分為兩部分：一部分是驅(qū)動(dòng)負(fù)載的有效功率P(1-s)Pm；另一部分是轉(zhuǎn)差功率PsPm，與轉(zhuǎn)差率s成正比。根據(jù)轉(zhuǎn)差功率的大小及消耗情況，交流調(diào)速系統(tǒng)可分為如下三類：(1)轉(zhuǎn)差功率消耗型調(diào)速系統(tǒng)：全部轉(zhuǎn)差功率都被轉(zhuǎn)換成熱能而消耗掉。這類調(diào)速方式有定子調(diào)壓調(diào)速、電磁離合器調(diào)速、繞線式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速等。這類調(diào)速系統(tǒng)是以增加轉(zhuǎn)差功率的消耗來換取轉(zhuǎn)速降低的，轉(zhuǎn)速越低，效率越低。(2)轉(zhuǎn)差功率回饋型調(diào)速系統(tǒng)：少部分轉(zhuǎn)差功率被消耗掉，大部分通過變流裝置回饋電網(wǎng)或轉(zhuǎn)化為機(jī)械能予以利用。繞線式異步電動(dòng)機(jī)串級(jí)調(diào)速就屬這類。轉(zhuǎn)速越低，回饋功率就越多。但這類調(diào)速方式用于礦井提升機(jī)的較少。(3)轉(zhuǎn)差功率不變型調(diào)速系統(tǒng)：這類系統(tǒng)中，無論轉(zhuǎn)速高低，所消耗的轉(zhuǎn)差功率都基本不變。變級(jí)調(diào)速和變頻調(diào)速即屬于這類調(diào)速系統(tǒng)。無論采用哪種調(diào)速方案，轉(zhuǎn)差功率調(diào)速系統(tǒng)中轉(zhuǎn)子消耗是不可避免的，于是造成了能源的浪費(fèi)。特別是目前中小型礦井提升機(jī)廣泛采用的繞線式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速方式，屬于轉(zhuǎn)差功率消耗型調(diào)速系統(tǒng)，雖在負(fù)力提升情況下，可通過一定裝置來實(shí)現(xiàn)能量的回饋，但效率依然很低。1.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案選擇可編程控制系統(tǒng)（Programmable Logic Controller）是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作電子系統(tǒng)。它采用一種可編程的存儲(chǔ)器，在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，通過數(shù)字式或模擬式的輸入輸出來控制各種類型的機(jī)械設(shè)備或生產(chǎn)過程，使高可靠性的數(shù)字控制系統(tǒng)在較低成本價(jià)格上得以實(shí)現(xiàn)，越來越受到廣大用戶的青睞，成為當(dāng)今自動(dòng)化電氣控制的主流。液粘調(diào)速離合器是根據(jù)流體力學(xué)中關(guān)于液體粘性定義及牛頓內(nèi)摩擦定律理論而研制成功的新型傳動(dòng)裝置。它可以實(shí)現(xiàn)平滑的無級(jí)調(diào)速，摩擦副在分離狀態(tài)下使工作機(jī)起動(dòng)，起動(dòng)電流也大大降低，因而避免了電阻投切造成的能源浪費(fèi)，同時(shí)大慣量工作機(jī)緩慢加速，可以防止過載，并且調(diào)速反應(yīng)靈敏，轉(zhuǎn)速控制精度高，能夠?qū)崿F(xiàn)手動(dòng)控制和遠(yuǎn)程控制。在目前國(guó)內(nèi)鐵礦企業(yè)生產(chǎn)條件急需改善、設(shè)備急需更新的情況下，將可編程控制器用作提升機(jī)控制系統(tǒng)，調(diào)速裝置采用液粘調(diào)速離合器，將使提升機(jī)在運(yùn)行特性、調(diào)速范圍、節(jié)電效果等各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)均明顯提高。本系統(tǒng)具體設(shè)計(jì)方案是采用光電編碼器采樣提升機(jī)滾筒的轉(zhuǎn)速信號(hào)，電流互感器在電動(dòng)機(jī)定子側(cè)采樣電流信號(hào)，經(jīng)過可編程控制器的A/D, D/A模塊轉(zhuǎn)換，構(gòu)成轉(zhuǎn)速、電流負(fù)反饋控制。利用可編程控制器的內(nèi)置PID模塊構(gòu)成轉(zhuǎn)速、電流PI調(diào)節(jié)器，然后通過模擬量輸出模塊來控制液粘調(diào)速離合器電液比例溢流閥，從而達(dá)到控制提升機(jī)調(diào)速的目的。該系統(tǒng)研制成功后，可解決舊系統(tǒng)體積大、維護(hù)困難、效率低等一系列問題。同時(shí)采用籠型電機(jī)拖動(dòng)，將使系統(tǒng)靜特性明顯變硬，調(diào)速范圍也將顯著加寬，并且節(jié)電效果可達(dá)30%左右,可成為井下提升機(jī)更新?lián)Q代的理想設(shè)備。2 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求2.1.1 系統(tǒng)控制要求 (1)礦井提升機(jī)是整個(gè)鐵礦安全生產(chǎn)的關(guān)鍵，其安全可靠性直接關(guān)系到全礦的生產(chǎn)和礦工的生命安全。由于鐵礦井下生產(chǎn)環(huán)境惡劣，運(yùn)行情況復(fù)雜，各種操作頻繁，因此對(duì)提升機(jī)電控系統(tǒng)來說，除了能夠滿足各種復(fù)雜的控制要求外，更重要的是其可靠性和安全保障。 (2)要求具有很好的調(diào)速性能，能夠精確地完成井下提升的整個(gè)運(yùn)行過程。 (3)可以重載起動(dòng)，有一定的過載能力。 (4)工作方式轉(zhuǎn)換容易，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。 (5)技術(shù)先進(jìn)，維護(hù)簡(jiǎn)單、方便，在保證安全可靠運(yùn)行前提下，控制線路簡(jiǎn)潔明了，便于維修和排除故障。 (6)盡量降低投資成本，減少運(yùn)行費(fèi)用，提高節(jié)電效果和經(jīng)濟(jì)效益。 2.1.2 系統(tǒng)控制速度圖礦井提升機(jī)的工作過程一般經(jīng)歷加速、等速、減速三個(gè)運(yùn)行階段。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用井底初加速、等速，井筒主加速、等速和井口減速運(yùn)行等階段。系統(tǒng)速度控制如圖2-1所示。 圖2-1 提升速度圖及循環(huán)時(shí)間計(jì)算表 開始時(shí)，在井口平車場(chǎng)空車線上的空車串，由井口推車器以a1加速至V0=1.Om/s低速，向下推進(jìn)。同時(shí)，井底的重車串上提，當(dāng)全部重車串進(jìn)入井筒后，提升機(jī)以a2加速到最大提升速度Vm，并等速運(yùn)行至井口，在空車串運(yùn)行到井底時(shí)，提升機(jī)以a3減速，使之由Vm減至V0,進(jìn)入井底車場(chǎng)時(shí)，減速停車。這時(shí)，在井口平車場(chǎng)內(nèi)的重車串借慣性繼續(xù)前進(jìn)，當(dāng)行至摘掛鉤位置時(shí)，摘鉤并掛空車。同時(shí)井下也摘掉空車并掛上重車，然后打開井口空車線上的阻車器，進(jìn)入下一個(gè)提升循環(huán)。如圖2-1所示，提升機(jī)在各運(yùn)行階段的參數(shù)預(yù)置如下，關(guān)于時(shí)間及距離的設(shè)置及計(jì)算在脈沖單元的計(jì)算中再詳加說明。a.系統(tǒng)最大提升速度Vm=5.Om/s；b.井下平車場(chǎng)平均速度V0=1.0m/s；c.井下平車場(chǎng)加、減速度a1=a4=0.3m/s2；d.井筒中主加、減速度a2=a3=0.5m/s2;2.2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 礦井提升機(jī)硬件結(jié)構(gòu)主要包括控制系統(tǒng)、調(diào)速裝置、放大驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、換向回路、安全回路等部分，本系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)構(gòu)成如圖2-2所示?？刂撇僮髋_(tái)井底裝載井口卸載檢測(cè)傳感器報(bào)警顯示 PLC 控 制 系 統(tǒng)光電編碼器放大驅(qū)動(dòng)閘控回路換向回路安全回路提升機(jī)滾筒液粘裝置圖2-2 系統(tǒng)硬件組成采用PLC作主控制系統(tǒng)，分別接收來自司機(jī)操作臺(tái)、檢測(cè)系統(tǒng)、放大驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)、閘控回路、安全回路、井筒信號(hào)系統(tǒng)、報(bào)警顯示和外部各個(gè)監(jiān)測(cè)元件的信息，這些信息多數(shù)首先要經(jīng)過主控程序的相應(yīng)處理，并將相應(yīng)的信息和指令發(fā)送到上述各個(gè)系統(tǒng)中，來控制提升機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行。主控系統(tǒng)的軟件主要用來執(zhí)行提升機(jī)運(yùn)行的邏輯、比較、順序控制、算術(shù)計(jì)算和位置控制等功能。其控制過程主要是通過光電編碼器采樣提升機(jī)滾筒轉(zhuǎn)速信號(hào)，電流互感器在電動(dòng)機(jī)定子側(cè)采樣電流信號(hào)，經(jīng)過可編程控制器的A/D, D/A模塊轉(zhuǎn)換，構(gòu)成轉(zhuǎn)速、電流負(fù)反饋控制；利用可編程控制器的內(nèi)置PID（比例、微分、積分的縮寫）模塊構(gòu)成轉(zhuǎn)速、電流PI調(diào)節(jié)器。通過模擬量輸出模塊控制電液比例溢流閥，從而控制液粘調(diào)速離合器達(dá)到調(diào)速的目的。根據(jù)PLC的控制性能和液粘調(diào)速離合器的調(diào)速特性，可實(shí)現(xiàn)提升機(jī)全自動(dòng)、手動(dòng)和檢修操作方式，各種操作方式均由司機(jī)通過控制操作臺(tái)進(jìn)行控制。在全自動(dòng)運(yùn)行方式下，不需要司機(jī)操作，只要井底裝載和井口卸載完成，發(fā)出完成信號(hào)，提升機(jī)就自動(dòng)起車，通過井底初加速和井筒主加速，進(jìn)入等速運(yùn)行，過減速點(diǎn)后，按給定速度圖減速、停車，并完成裝載和卸載全過程；在手動(dòng)控制和檢修運(yùn)行方式下，井口給出開車控制信號(hào)后，由司機(jī)通過行程開關(guān)控制車組在各階段的運(yùn)行過程，停車及裝、卸載過程仍由系統(tǒng)自動(dòng)控制完成。 為操作及檢修的方便，首先PLC內(nèi)部自檢功能的故障輸出接點(diǎn)直接進(jìn)入安全回路，一旦PLC出現(xiàn)故障，安全回路便立即動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)安全制動(dòng)；同時(shí)系統(tǒng)中各種相應(yīng)的運(yùn)行狀態(tài)和各個(gè)外部線路，在PLC的輸入和輸出模塊上，都要有相應(yīng)的指示，通過指示燈可以直接判斷信號(hào)傳輸是否正常。2.3 可編程控制器(PLC)的特點(diǎn)及選型2.3.1 PLC特點(diǎn)及應(yīng)用可編程控制器（Programmable Logic Controller）是計(jì)算機(jī)技術(shù)與自動(dòng)化控制技術(shù)相結(jié)合而開發(fā)的一種適用工業(yè)環(huán)境的新型通用自動(dòng)控制裝置，是作為傳統(tǒng)繼電器的替換產(chǎn)品而出現(xiàn)的。它采用一種可編程的存儲(chǔ)器，在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，通過數(shù)字式或模擬式的輸入輸出來控制各種類型的機(jī)械設(shè)備或生產(chǎn)過程。隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，可編程控制器更多地具有了計(jì)算機(jī)的功能，不僅能實(shí)現(xiàn)邏輯控制、定時(shí)控制、計(jì)數(shù)控制、順序(步進(jìn))控制，還具有了模擬量控制、閉環(huán)過程控制、數(shù)據(jù)處理和通信聯(lián)網(wǎng)等功能。由于可編程控制器可通過軟件來改變控制過程，并且編程簡(jiǎn)單，同時(shí)采用了模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，易于擴(kuò)展和拆裝，因而具有體積小，功耗低，可靠性高，組裝維護(hù)方便，控制功能完善和抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域，成為當(dāng)今自動(dòng)化電氣控制的主流。2.3.2 可編程控制器的選型本設(shè)計(jì)的主要控制過程是利用可編程控制器的A/D, D/A模塊和可編程控制器內(nèi)置的PID模塊構(gòu)成提升機(jī)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速、電流PI調(diào)節(jié)器，通過PLC的模擬量輸出模塊來控制液粘調(diào)速離合器的電液比例溢流閥，從而調(diào)節(jié)控制油壓，該油壓經(jīng)控制油入口進(jìn)入油缸，推動(dòng)活塞，通過對(duì)摩擦副施加不同壓力來改變主、被動(dòng)片間的油膜厚度，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出軸轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，以實(shí)現(xiàn)提升機(jī)調(diào)速運(yùn)行的要求。整個(gè)控制系統(tǒng)除了用到PLC邏輯控制、定時(shí)控制和計(jì)數(shù)控制等基本控制功能外，關(guān)鍵是要用到PLC的高級(jí)控制單元，主要包括A/D、D/A單元，脈沖輸出單元、位置控制單元和PID模塊等?，F(xiàn)代大中型的PLC一般都配備了專門的A/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊，可以將現(xiàn)場(chǎng)需要控制的模擬量通過A/D模塊轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，經(jīng)微處理器運(yùn)算處理后，再通過D/A模塊轉(zhuǎn)換，變成模擬量去控制被控對(duì)象。同時(shí)大中型PLC也配備了PID控制模塊，當(dāng)控制過程中某一變量出現(xiàn)偏差時(shí)，PLC就按照PID算法去調(diào)節(jié)該控制過程，把變量保持在某一整定值范圍內(nèi)。在本系統(tǒng)中，可選用日本松下電工公司生產(chǎn)的中型PLC-FP3機(jī)。其性能特點(diǎn)簡(jiǎn)介如下：(1) FP3機(jī)具有快速的CPU處理速度,最多可控制2048個(gè)I/O點(diǎn), 具有16K步的大程序容量和EPROM寫入功能， 并提供了288條方便指令，編程工具功能強(qiáng)大。CPU中具有中斷功能、調(diào)試和測(cè)試運(yùn)行功能，在程序運(yùn)行過程中可利用中繼功能執(zhí)行高優(yōu)先級(jí)的中斷程序。編程器具有注釋功能等，可在程序中插入注釋, 便于以后的檢查與調(diào)試。(2)FP3機(jī)CPU單元除具有一般功能的控制單元外，還具有功能完善的A/D、D/A單元，脈沖輸出單元、位置控制單元和進(jìn)行PID處理等特殊功能模塊。并且在FP3的高級(jí)單元內(nèi)部一般自帶有CPU和存儲(chǔ)器，只要在初始化時(shí)，由FP3的CPU單元將控制字寫入其內(nèi)部存儲(chǔ)器中，則這些存儲(chǔ)器即可獨(dú)立運(yùn)行。高級(jí)單元內(nèi)部的存儲(chǔ)器可由該單元與CPU 共享，CPU單元只要用專用的讀/寫指令即可對(duì)之進(jìn)行讀或?qū)憽?3)FP3機(jī)I/0分配采用自由編址方式，為用戶提供靈活便利的使用條件，其編址方式可通過兩種方式來實(shí)現(xiàn)，一種是根據(jù)各單元在底板上插放的位置確定該單元所用點(diǎn)的地址，另一種是使用編程工具設(shè)定各單元的地址。(4)FP3機(jī)采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使其具有如下突出優(yōu)點(diǎn): a.組裝靈活?？梢愿鶕?jù)生產(chǎn)需要隨時(shí)更換或擴(kuò)充，使整個(gè)系統(tǒng)更快地適應(yīng)產(chǎn)品更新?lián)Q代的要求。 b.維修方便。出現(xiàn)故障時(shí)，只需更換部分芯片或功能模塊即可，使停機(jī)修理的時(shí)間和費(fèi)用降至最低限度。 c.對(duì)各種功能的模塊可以根據(jù)需要進(jìn)行生產(chǎn)，隨時(shí)改進(jìn)其設(shè)計(jì)、不斷完善，有利于提高質(zhì)量、降低成本。2.4 液粘調(diào)速離合器 本系統(tǒng)中提升機(jī)的調(diào)速裝置采用液體粘性調(diào)速離合器（也稱液粘調(diào)速離合器、液粘離合器）。液體粘性調(diào)速離合器是依據(jù)牛頓液體內(nèi)摩擦定律，即液體的粘性和油膜的剪切作用而研制成功的一種新型流體傳動(dòng)裝置。本系統(tǒng)中使用YL-8型液體粘性調(diào)速離合器，是遼寧華孚石油高科技股份有限公司最新開發(fā)、研制成功的高效節(jié)能產(chǎn)品。2.4.1 結(jié)構(gòu)及工作原理 YL-8型液體粘性調(diào)速離合器由主機(jī)和液壓系統(tǒng)兩大部分組成。 主機(jī)由主動(dòng)部分、被動(dòng)部分和加壓分離部分等構(gòu)成。主動(dòng)部分包括主動(dòng)軸和主動(dòng)摩擦片，它們以花鍵相聯(lián)，并可作軸向自由滑動(dòng);被動(dòng)部分包括被動(dòng)軸、被動(dòng)盤、被動(dòng)鼓、被動(dòng)摩擦片和支承盤，除被動(dòng)片外，其余零件分別用平鍵和螺栓連接成剛體。被動(dòng)片和被動(dòng)鼓以花鍵相連并可在被動(dòng)鼓上作軸向自動(dòng)移動(dòng)；主動(dòng)片與主動(dòng)軸同步旋轉(zhuǎn)，被動(dòng)片與被動(dòng)軸同步旋轉(zhuǎn)；加壓分離部分包括油缸、活塞、回位彈簧、壓盤等。在主動(dòng)軸和被動(dòng)軸的軸向徑向均鉆有油孔，分別通往潤(rùn)滑油腔和工作油腔。 液壓系統(tǒng)由潤(rùn)滑油系統(tǒng)和控制供油系統(tǒng)兩部分組成，其工作原理圖如圖2-3. 圖2-3液壓系統(tǒng)原理圖1、 潤(rùn)滑油箱 2、粗濾油器 3、潤(rùn)滑油泵 4、電機(jī) 5、換熱器6、壓力繼電器 7、電接點(diǎn)溫度計(jì) 8、潤(rùn)滑油壓力表 9、電機(jī)10、精濾油器 11、控制油泵 12、控制油壓力表13、二位二通電磁閥14、電液比例溢流閥 15、電子控制器 16、控制油箱在離合器主機(jī)中，主被動(dòng)摩擦片之間始終保持一層完整的油膜，原動(dòng)機(jī)動(dòng)力經(jīng)主動(dòng)軸上花鍵傳到主動(dòng)片，通過摩擦副的液體粘性和油膜剪切力作用將動(dòng)力傳給被動(dòng)片，再傳給被動(dòng)鼓，最后經(jīng)被動(dòng)軸帶動(dòng)負(fù)載工作。潤(rùn)滑供油系統(tǒng)是向摩擦副連續(xù)供油的裝置，使摩擦片之間不斷產(chǎn)生新的油膜，同時(shí)將滑差損失產(chǎn)生的熱量經(jīng)換熱器以循環(huán)方式很快被帶走，使調(diào)速離合器能在滑差情況下保持持久工作?？刂乒┯拖到y(tǒng)由電液比例溢流閥來調(diào)節(jié)控制油壓，該油壓經(jīng)控制油入口進(jìn)入油缸，推動(dòng)活塞，對(duì)摩擦副施加不同壓力來改變主、被動(dòng)片間的油膜厚度，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出軸轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，以滿足工作機(jī)的變速要求。2.4.2 性能特點(diǎn)和主要技術(shù)參數(shù)(1)性能特點(diǎn) 1. 當(dāng)它與交流電動(dòng)機(jī)配合使用時(shí)可方便的實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)載的無級(jí)調(diào)速； 2. 除在較大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速外，還可以實(shí)現(xiàn)高效率和無滑差損失的同步傳動(dòng)；3. 在它處于分離時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的空載或輕載下啟動(dòng),可縮短啟動(dòng)電流對(duì)電網(wǎng)沖擊的持續(xù)時(shí)間。(2)主要技術(shù)參數(shù): a.控制系統(tǒng)油壓:0.152.OMpa 。 b.潤(rùn)滑系統(tǒng)油壓:0.10.3Mpa 。 c.工作潤(rùn)滑油:YLA-Nab普通液力油或8#液力傳動(dòng)油。 d.冷卻水量:Q=4070L/min。 e.滑油工作油溫:5000C。3 FP3各單元工作方式的設(shè)置與參數(shù)整定3.1 CPU單元 在FP3機(jī)的CPU單元中，采用的是16位微處理器芯片，最多可控制2048個(gè)I/O點(diǎn), 具有16K步的大程序容量和EPROM寫入功能，采用循環(huán)掃描控制工作方式，除基本的控制功能外，還增加了許多特殊功能，如初始化功能，測(cè)試運(yùn)行功能和中斷功能等。3.2 脈沖輸出單元 FP3配備了多種實(shí)現(xiàn)位置控制的單元，首先是脈沖輸出單元，還有高速計(jì)數(shù)單元和位置控制單元，脈沖輸出單元可以輸出頻率可調(diào)的脈沖，其輸出頻率范圍為45Hz5kHz。頻率調(diào)節(jié)需使用特殊指令（SPD0）并建立參數(shù)表來實(shí)現(xiàn)。該功能與高速計(jì)數(shù)器功能結(jié)合使用，可以對(duì)步進(jìn)電機(jī)的速度和運(yùn)動(dòng)物體的位置進(jìn)行控制。3.2.1 參數(shù)的脈沖化(1)距離的脈沖化 如系統(tǒng)速度控制圖所示原始資料設(shè)置如下：井筒斜長(zhǎng):LT=498m; 井口車場(chǎng)的長(zhǎng)度:LK=30m; 井底車場(chǎng)的長(zhǎng)度:LD=30m; 提升機(jī)滾筒直徑:D=2.5m;與提升運(yùn)動(dòng)相關(guān)的計(jì)算a.礦車組在井底車場(chǎng)運(yùn)行階段初加速段:t01=vO/aO1=1/0.3=3.3(s)L01=1/2V0t01=1/213.3=1.65(m)等速運(yùn)行階段: L02=LD-L01=30-1.65=28.35(m)T02=L02/V0=28.35/1=28.35(s)井底車場(chǎng)運(yùn)行總時(shí)間:TD=t01+t02=3.3+28.35=31.65(s)b.礦車組在井筒運(yùn)行階段: 加減速運(yùn)行階段:t1=t2=(vm-vD)/a1=(5-1)/0.5=8(s)L1=L2=1/2(vm+v0)/t=(5+1)/28 =24(m)等速運(yùn)行階段:L3=L-(LD+LK+L2+L2)=528-2(30+24)=420(m)t3=L3/vm=420/5=84(s)車組在井口車場(chǎng)運(yùn)行階段:LK=LD=30(m)tK=tD=31.65(s)一次提升循環(huán)時(shí)間:T=(tD+tK+t1+t2+t3)+=2(tD+t1)+t3+ =2(31.65+8)+84+25 =188.3(s)脈沖數(shù)的計(jì)算: 滾筒的周長(zhǎng)為L(zhǎng)G=D=3.142.5=7.85 (m). 按滾筒每轉(zhuǎn)一圈發(fā)出n0=2000個(gè)脈沖計(jì)算，一次提升的長(zhǎng)度為528m,應(yīng)轉(zhuǎn)的圈數(shù)為N=528/7.85=67.26圈，一次提升應(yīng)發(fā)出的總脈沖數(shù)為nS=Nn0=67.262000=134522。a.車組在井底車場(chǎng)運(yùn)行階段所對(duì)應(yīng)的各個(gè)階段的脈沖數(shù)初加速段: n01=L01/LDn0=1.65/7.852000=420個(gè) 等速運(yùn)行段: n0=L02/LGn0=28.35/7.852000=7223個(gè)b.礦車組在井筒運(yùn)行階段所對(duì)應(yīng)的各個(gè)階段的脈沖數(shù)加減速運(yùn)行段:n1=n2=L1/LGn0=24/7.85 2000=6115個(gè)等速運(yùn)行段:n3=L3/LG n0=420/7.85 2000=107006個(gè)c.礦車在井口運(yùn)行段與井底運(yùn)行的脈沖數(shù)相同nK1=420個(gè)，nK2=7223個(gè)(2)速度的脈沖化將速度值轉(zhuǎn)化成脈沖數(shù)為:f0=0f1=v0/LGn0=1/7.852000=255個(gè)f2=vm/LG n1=5/7.852000=1275個(gè)f3=f1=255個(gè)f4=f0=0(3)加速度的脈沖化 與井底車場(chǎng)初加速及與井口車場(chǎng)減速對(duì)應(yīng)的脈沖數(shù): na01= na02=V0/t01=255/3.3=77個(gè) 與井筒運(yùn)行段的加、減速度對(duì)應(yīng)的脈沖數(shù): na1=na2=vm/t1=1275/8=159個(gè) 與加速度對(duì)應(yīng)的脈沖單元2的脈沖輸出頻率: f01=77 f02=159可以通過脈沖輸出單元的Y23進(jìn)行脈沖輸出頻率的切換控制，Y23 OFF時(shí)輸出為低檔，當(dāng)Y23 ON時(shí)為高檔。3.2.2 脈沖單元面板上主要端子的功能 (1) DELAY:延時(shí)時(shí)間設(shè)定調(diào)節(jié)螺釘。當(dāng)進(jìn)行高、低檔頻率切換時(shí)，可設(shè)定切換延時(shí)時(shí)間。該時(shí)間在100500ms之間任意可調(diào)。 (2) F.MIN和F.MAX:高、低檔頻率細(xì)調(diào)調(diào)節(jié)螺釘。 (3) C=P, C>P:經(jīng)過值、預(yù)置值比較輸出端。C為經(jīng)過值，P為預(yù)置值。當(dāng)C=P時(shí)和C>P時(shí)相應(yīng)的端子輸出為高電平。 (4) RST:脈沖單元復(fù)位輸入端。該輸入端開關(guān)接通時(shí)，脈沖單元復(fù)位，即停止輸出脈沖，并將經(jīng)過值和預(yù)置值寄存器清零。 (5) P.CNT:脈沖頻率控制輸入端。當(dāng)該端輸入高電平時(shí)，脈沖頻率切換為高檔，反之切換為低檔 (6) OUT0和OUT1:脈沖輸出端。 (7) ZERO和SUB:原點(diǎn)到位信號(hào)輸入端和近原點(diǎn)到位信號(hào)輸入端。 (8)輸入、輸出工作指示燈。 （9）I/O單元插座（50）芯。 （10）工作方式選擇DIP開關(guān)。3.2.3 脈沖單元工作方式選擇開關(guān)的設(shè)置 表3-1列出了FP3脈沖單元工作方式選擇開關(guān)的具體設(shè)置方法。表3-1脈沖單元方式選擇開關(guān)ONOFFSW1輸出保持方式One-shot 輸出方式SW2中斷使能中斷不使能SW3C=P 方式C=0方式SW4單脈沖輸出方式雙脈沖輸出方式SW5SW8未用在本系統(tǒng)中應(yīng)具體設(shè)置為：SW1:取OFF狀態(tài)使之處于One-shot輸出方式，即當(dāng)C=P端輸出高電平時(shí)只接通一個(gè)掃描周期。SW2:取ON狀態(tài)使之處于中斷使能。SW3:取0N狀態(tài)使之處于C=P方式，經(jīng)過值計(jì)數(shù)器進(jìn)行加計(jì)數(shù)。SW4:取0N狀態(tài)使之處于單脈沖輸出方式。SW5SW8:未用。3.2.4 脈沖單元共享存儲(chǔ)器的內(nèi)容設(shè)置FP3脈沖單元共享存儲(chǔ)器分配如表表3-2所示。 表3-2脈沖單元共享存儲(chǔ)器表讀 數(shù) 據(jù)寫 數(shù) 據(jù)K0經(jīng)過值（低16位）初始值（低16位）K1經(jīng)過值（高8位帶符號(hào)數(shù)）初始值（高8位帶符號(hào)數(shù)）K2 不能讀預(yù)置值（低16位）K3不能讀預(yù)置值（高8位帶符號(hào)數(shù)）在本系統(tǒng)中1號(hào)脈沖單元:KO可以讀經(jīng)過值、寫初始值此處為O，K2只能寫預(yù)置值本系統(tǒng)取為134522。2號(hào)脈沖單元:KO可以讀經(jīng)過值、寫初始值此處為O，K2只能寫預(yù)置值先本系統(tǒng)設(shè)為255，后可經(jīng)過程序修改。3.2.5 占用I/O點(diǎn)及I/O分配本系統(tǒng)可將1號(hào)脈沖單元安裝在0號(hào)槽，2號(hào)脈沖單元安裝在1號(hào)槽。其脈沖單元分配如表3-3所示。表3-3脈沖單元分配表1號(hào)脈沖單元輸入說明輸出說明X0C=P標(biāo)志位Y5緊急停車輸出控制X1C>P標(biāo)志位Y6脈沖輸出開始X2上、下溢出標(biāo)志位Y7正、反轉(zhuǎn)輸出控制X3未用Y8脈沖輸出頻率控制X4原點(diǎn)返回操作標(biāo)志位Y9原點(diǎn)返回操作控制2號(hào)脈沖單元輸入說明輸出說明X10C=P標(biāo)志位Y15緊急停車輸出控制X11C>P標(biāo)志位Y16脈沖輸出開始X12上、下溢出標(biāo)志位Y17正、反轉(zhuǎn)輸出控制X13未用Y18脈沖輸出頻率控制X14原點(diǎn)返回操作標(biāo)志位Y19原點(diǎn)返回操作控制表中說明:(1)表中C和P的意義是:C表示經(jīng)過值，P表示預(yù)置值。C=P時(shí)，X0: ON, C>P時(shí)X1: ON。 (2)X2是溢出標(biāo)志位，當(dāng)發(fā)生溢出時(shí)X2: ON。脈沖單元中有經(jīng)過值計(jì)數(shù)器和預(yù)置值計(jì)數(shù)器，二者最大計(jì)數(shù)范圍為-16777216+16777215，當(dāng)超過此范圍時(shí)發(fā)生溢出。3.2.6 脈沖單元在本系統(tǒng)中的工作過程 1號(hào)脈沖單元:首先向CPU單元的數(shù)據(jù)區(qū)送入脈沖單元的初始值和預(yù)置值，均為十進(jìn)制表示的脈沖數(shù)，即為脈沖單元的初始化作準(zhǔn)備，接下來是脈沖單元的初始化，即將初始值和預(yù)置值寫入脈沖單元的共享存儲(chǔ)器中，當(dāng)有提升信號(hào)時(shí)，起動(dòng)按鈕按下同時(shí)，其上升沿接通Y6后，1號(hào)脈沖單元開始有脈沖輸出。該脈沖送入高速計(jì)數(shù)器HSC的XO端，使高速計(jì)數(shù)器HSC按所設(shè)定的參數(shù)表進(jìn)行工作。 2號(hào)脈沖單元:首先向CPU單元的數(shù)據(jù)區(qū)送入脈沖單元的初始值和預(yù)置值，均為十進(jìn)制表示的脈沖數(shù)，即為脈沖單元的初始化作準(zhǔn)備，接下來是脈沖單元的初始化，即將初始值和預(yù)置值寫入脈沖單元的共享存儲(chǔ)器中，當(dāng)有提升信號(hào)時(shí)，起動(dòng)按鈕按下同時(shí)，其上升沿接通Y16后，2號(hào)脈沖單元開始按所選的頻率進(jìn)行脈沖輸出并及時(shí)進(jìn)行頻率的切換。該脈沖送入高速計(jì)數(shù)板的輸入端，使高速計(jì)數(shù)板按所設(shè)定的參數(shù)進(jìn)行工作。3.3 高速計(jì)數(shù)單元的設(shè)置與整定3.3.1 方案的選擇及比較 在FP3型PLC中，有兩種高速計(jì)數(shù)單元，一種是在主板上的高速計(jì)數(shù)器，另一種是高速計(jì)數(shù)板，二者在使用上有較大的差別。其性能對(duì)照表如3-4所示。表3-4高速計(jì)數(shù)器和高速計(jì)數(shù)板性能對(duì)照表項(xiàng) 目高速計(jì)數(shù)器高速計(jì)數(shù)板通道數(shù)12計(jì)數(shù)速度一相：10KHZ一相：20KHZ兩相：5KHZ兩相-四時(shí)：5KHZ 目標(biāo)值設(shè)定數(shù)不限每通道2個(gè)輸入方式4種3種輸入點(diǎn)數(shù)3點(diǎn)（X0、X1、X2）10點(diǎn)輸出點(diǎn)數(shù)不限每通道2點(diǎn)編 程使用特殊指令F162F165編程，實(shí)現(xiàn)各種功能，如速度控制、輸出波形控制、輸出通斷控制等不使用特殊指令編程，而是利用經(jīng)過值與目標(biāo)值相等作為輸出控制條件，使輸出通或斷，來實(shí)現(xiàn)外部控制在本系統(tǒng)中采用一個(gè)高速計(jì)數(shù)器和一個(gè)高速計(jì)數(shù)板來計(jì)數(shù)，其中HSC在波形輸出控制方式中用F164(SPDO)指令根據(jù)高速計(jì)數(shù)器的經(jīng)過值控制輸出波形ON/OFF，以實(shí)現(xiàn)速度的及時(shí)切換。高速計(jì)數(shù)板采用兩相獨(dú)立輸入方式，INA0為加計(jì)數(shù)，INB1為減計(jì)數(shù)。且用F1(DMV)指令將DT9108和DT9109中的經(jīng)過值時(shí)時(shí)拷貝到PID單元中的給定值寄存器DT100中，作為速度的給定。3.3.2 高速計(jì)數(shù)器的設(shè)置 (1) 高速計(jì)數(shù)器有四種工作方式，分別為單路加計(jì)數(shù)、單路減計(jì)數(shù)、兩路單相輸入方式和兩路雙相輸入方式，在本系統(tǒng)中采用兩路單相輸入方式，計(jì)數(shù)范圍為-83886088388607，工作方式選擇為X0加計(jì)數(shù)、X1減計(jì)數(shù)，其最高計(jì)數(shù)頻率為5KHZ，。 (2)占用的I/0端子:X0、X1是脈沖輸入端，X2是復(fù)位端，HSC的軟件復(fù)位用指令FO（MV） H8 DT9052實(shí)現(xiàn)，也可由外部復(fù)位開關(guān)進(jìn)行復(fù)位。 (3)占用內(nèi)部寄存器:HSC的經(jīng)過值存放于DT9044和DT9045中；目標(biāo)值存放于DT9046和DT9047中。DT9044和DT9046存放低16位，DT9045和DT9047存放高16位。特殊繼電器R903A規(guī)定為HSC的標(biāo)志寄存器，當(dāng)HSC計(jì)數(shù)時(shí)該繼電器“ON”，停止計(jì)數(shù)時(shí)為“OFF”。(4)高速計(jì)數(shù)器所用到的指令 FO(MV) S D:16位數(shù)據(jù)傳輸指令，其中S：被傳送原數(shù)據(jù)（地址），D：傳送數(shù)據(jù)的目的地址，即SD，該指令用來向高速計(jì)數(shù)器傳輸數(shù)據(jù)。 F1(DMV) S D:32位數(shù)據(jù)傳輸指令，其中S：被傳送原數(shù)據(jù)（地址），D：傳送數(shù)據(jù)的目的地址，即（S，S+1）（D，D+1），該指令用來讀出或修改高速計(jì)數(shù)器的經(jīng)過值。 F162(HCOS) S Yn:其中S：存高速計(jì)數(shù)器經(jīng)過值的首地址，設(shè)置范圍：K-8388608K8388607，D：指定的外部輸出繼電器（Y0Y7），當(dāng)（DT9044，DT9045）=（S，S+1）Yn=ON,執(zhí)行條件是R903A=OFF(n=07)。其作用是將一個(gè)外部繼電器規(guī)定為高速計(jì)數(shù)器的輸出。當(dāng)高速計(jì)數(shù)器的經(jīng)過值與規(guī)定目標(biāo)值一致時(shí)，則規(guī)定的外部輸出繼電器接通并保持。 F163(HCOR) S Yn: 其中S：存高速計(jì)數(shù)器經(jīng)過值的首地址，設(shè)置范圍：K-8388608K8388607，D：指定的外部輸出繼電器（Y0Y7），當(dāng)（DT9044，DT9045）=（S，S+1）Yn=ON,執(zhí)行條件是R903A=OFF(n=07)。其作用是規(guī)定一個(gè)外部繼電器為高速計(jì)數(shù)器的輸出，當(dāng)高速計(jì)數(shù)器的經(jīng)過值與規(guī)定目標(biāo)值一致時(shí)，則規(guī)定的外部輸出繼電器斷開。F164(SPDO) S: 其中S：存控制數(shù)據(jù)的首地址，其作用是根據(jù)高速計(jì)數(shù)器的經(jīng)過值確定輸出的控制條件?？捎糜趦煞N類型的輸出控制，即脈沖輸出控制方式和波形輸出控制方式，本系統(tǒng)采用是后一種。3.3.3 用F164(SPDO)指令實(shí)現(xiàn)位置控制的方式 本系統(tǒng)用HSC的XO端接收1號(hào)脈沖單元發(fā)出的脈沖，其工作方式按表3-5參數(shù)表所示，來實(shí)現(xiàn)速度及位置的及時(shí)控制。 表 3-5 Pattern參數(shù)表DT300H47設(shè)定四擋七點(diǎn)控制方式DT301H1初始波形Y4Y3Y2Y1Y0= 00001DT302 DT303K420（M1）井底車場(chǎng)初加速段對(duì)應(yīng)的脈沖數(shù)DT304H2二檔波形Y4Y3Y2YlY0= 00010DT305 DT306K7643（M2）井底車場(chǎng)等速段對(duì)應(yīng)的脈沖數(shù)DT307H3三檔波形Y4Y3Y2Y1Y0= 00100DT308 DT309K13758（M3）井筒加速段對(duì)應(yīng)的脈沖數(shù)DT310H4四檔波形Y4Y3Y2YlY0=01000DT311 DT312K120764（M4）井筒等速段對(duì)應(yīng)的脈沖數(shù)DT313H3三檔波形Y4Y3Y2Y1Y0= 00100DT314 DT315K126879（M5）井筒減速段對(duì)應(yīng)的脈沖數(shù)DT316H2二檔波形Y4Y3Y2YlY0= 00010DT317 DT318K134102（M6）井口等速段對(duì)應(yīng)的脈沖數(shù)DT319H1初始波形Y4Y3Y2YlY0= 00001DT320 DT321K134522（M7）井口減速段對(duì)應(yīng)的脈沖數(shù)DT322H5結(jié)吏波形Y4Y3Y2Y1Y0=10000表中M1、M2、M3、M4、M5、M6、M7分別為七檔變速對(duì)應(yīng)的脈沖數(shù)，H1、H2、H3、H4、H5分別為速度的控制代碼。當(dāng)有提升信號(hào)時(shí)，PLC按照pattern參數(shù)表所設(shè)定的工作方式運(yùn)行。由參數(shù)表可知，整個(gè)控制過程可分為七段，其輸出點(diǎn)Y0, Y1, Y2, Y3是速度切換控制信號(hào)，而Y4是停車信號(hào)。按參數(shù)表初始波形輸出0OOO1H，即YO為高電平而Y4, Y3, Y2, Y1為低電平，此時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)速較低，進(jìn)行的是井底平車場(chǎng)的初加速運(yùn)行。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到目標(biāo)值M1時(shí)，輸出切換為OOO1OH，此時(shí)Y4, Y3, Y2, YO為低電平，Y1為高電平，進(jìn)行的是井底平車場(chǎng)的等速運(yùn)行，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到目標(biāo)值M2時(shí)，輸出切換為OOl00H，此時(shí)Y4, Y3, Y1, YO為低電平，Y2為高電平，進(jìn)行的是井筒加速運(yùn)行，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到目標(biāo)值M3時(shí)，輸出切換為O1OOOH，此時(shí)Y4, Y2, Y1, YO為低電平，Y3為高電平，進(jìn)行的是井筒等速運(yùn)行，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到目標(biāo)值M4時(shí)，輸出再一次切換為OOl00H,此時(shí)Y4, Y3, Y1, YO為低電平，Y2為高電平，進(jìn)行的是井筒減速運(yùn)行，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到目標(biāo)值M5時(shí)，輸出再一次切換為OOO1OH，此時(shí)Y4, Y3, Y2, YO為低電平，Y1為高電平，進(jìn)行的是井口平車場(chǎng)等速運(yùn)行，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到目標(biāo)值M6時(shí)，輸出再一次切換為0OOO1H，此時(shí)Y4, Y3, Y2, Y1為低電平，Y0為高電平，進(jìn)行的是井口平車場(chǎng)減速運(yùn)行，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到目標(biāo)值M7時(shí)，輸出切換為10000H，此時(shí)、Y3, Y2, Y1, YO為低電平，Y4為高電平，控制停車。3.3.4 高速計(jì)數(shù)板的設(shè)置與整定 與高速計(jì)數(shù)器的設(shè)置方式相似，高速計(jì)數(shù)板的設(shè)置包括輸入方式、計(jì)數(shù)范圍、計(jì)數(shù)速度、通道選擇和內(nèi)部寄存器的分配等，具體設(shè)置如下：(1)輸入方式:兩相獨(dú)立輸入方式，INA為加計(jì)數(shù)，INB為減計(jì)數(shù)。(2)計(jì)數(shù)范圍:-8388608+8388608。(3)計(jì)數(shù)速度:兩相輸入，計(jì)數(shù)頻率為5KHZ。(4)通道選擇:選擇CHO通道和CH1通道。(5)高速計(jì)數(shù)板占用的內(nèi)部寄存器如表3-6。 表3-6 特殊寄存器表寄存器名用途CH0DT9104、 DT9105目標(biāo)值0寄存器DT9106、 DT9107目標(biāo)值1寄存器DT9108、 DT9109經(jīng)過值寄存器DT9110、 DT9111捕捉值寄存器CH1DT9112、 DT9113目標(biāo)值0寄存器DT9114、 DT9115目標(biāo)值1寄存器DT9116、 DT9117經(jīng)過值寄存器DT9118、 DT9119捕捉值寄存器DT9120控制字寄存器DT9121狀態(tài)監(jiān)視寄存器3.3.5 手動(dòng)方式時(shí)速度的給定 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)除了可以完成自動(dòng)運(yùn)行外，還要求提升機(jī)可以在司機(jī)控制下進(jìn)行手動(dòng)運(yùn)行和檢修方式運(yùn)行。當(dāng)選擇手動(dòng)方式時(shí)，可用自整角機(jī)作為主令控制設(shè)備，司機(jī)通過前推或后拉主令控制手柄帶動(dòng)自整角機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而發(fā)出主令控制信號(hào)，作為速度的給定。這時(shí)工作于變壓器狀態(tài)，當(dāng)自整角機(jī)激磁繞組送入恒定的交流電壓U1時(shí)，從自整角機(jī)的兩個(gè)相繞組取出電壓U2，這兩個(gè)相繞組可用等值繞組代替，它與激磁繞組軸線的位置角為。當(dāng)激磁繞組軸線與同步繞組的等值繞組相重合時(shí)，輸出的電壓U2m為最大，當(dāng)=900時(shí)，此時(shí)輸出電壓為零。當(dāng)轉(zhuǎn)過1800時(shí)，軸線再次閉合，但輸出電壓為最大負(fù)值。自整角機(jī)的單向聯(lián)接，根據(jù)轉(zhuǎn)子的不同位置角，得到不同的信號(hào)電壓，從而自動(dòng)實(shí)現(xiàn)速度給定。取(0-10)的自整角機(jī)輸出電壓,經(jīng)PLC中A/ D轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，就是對(duì)應(yīng)(0-Vm)手動(dòng)給定的速度值。PID調(diào)節(jié)是過程控制系統(tǒng)中最常用的控制算法之一。PID控制分模擬和數(shù)字兩種類型，數(shù)字PID調(diào)節(jié)器是由模擬PID調(diào)節(jié)器發(fā)展而來的，其控制算法是按給定值與實(shí)際值之間偏差的比例、積分、微分控制的，其參數(shù)可以在現(xiàn)場(chǎng)在線整定。由于軟件設(shè)計(jì)的靈活性，一般可以得到滿意的效果。3.4 PID單元的設(shè)置與整定3.4.1 數(shù)字PID的控制算法 在模擬控制系統(tǒng)中，PID的控制算法的表達(dá)式為: pe(t)+dt+TD(4-1)由于數(shù)字PID的控制是采樣控制，它是根據(jù)采樣時(shí)刻的偏差值來計(jì)算控制量的，因此，在PLC控制系統(tǒng)中，需要對(duì)上式進(jìn)行離散化，即用數(shù)字形式的差分方程來代替連續(xù)系統(tǒng)的微分方程，此時(shí)積分項(xiàng)和微分項(xiàng)可用求和及求增量式表示為:u(k)=kpe(k)e(i)+TD(4-2).式中 T:采樣周期必須足夠小，才能保證系統(tǒng)有一定的精度。e(k)：第k次采樣時(shí)的偏差值:e(k-1)：第(k-1)次采樣時(shí)的偏差值。K: 采樣序號(hào)k=0、1、2。u(k): 第k次采樣的調(diào)節(jié)輸出。3.4.2 PID參數(shù)的設(shè)置 FP3型PLC配備了用于數(shù)字PID控制的功能單元，只需用F355 PID DTXX指令調(diào)用，并填入?yún)?shù)表即可實(shí)現(xiàn)數(shù)字PID控制:其中DTXX規(guī)定PID算法的首存儲(chǔ)區(qū)地址，XX可在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)隨機(jī)設(shè)定。參數(shù)表具體設(shè)置說明如下: (1)控制模式選擇-S 數(shù)字PID數(shù)據(jù)處理控制模式及功能簡(jiǎn)要介紹如下： 微分型PID與積分型PID 設(shè)定值改變時(shí)，輸出值也改變。 微分型:一般情況下，當(dāng)設(shè)定值改變時(shí)，執(zhí)行過程會(huì)有很大的改變，但周期阻尼振蕩快。 比例一微分型:一般情況下，當(dāng)設(shè)定值改變時(shí)，執(zhí)行過程會(huì)有不大的改變，但周期阻尼振蕩慢。 反向運(yùn)行和正向運(yùn)行。 這些參數(shù)決定當(dāng)程序有變化時(shí)輸出量增大還是減小。 反向運(yùn)行:如查測(cè)量過程值減小，則輸出將增大。 正向運(yùn)行:如查測(cè)量過程值增大，則輸出也增大。 自動(dòng)轉(zhuǎn)換:PID參數(shù)Kp, Ti, Td的最佳值可由測(cè)量程序測(cè)量反饋。當(dāng)執(zhí)行自動(dòng)轉(zhuǎn)換時(shí)，估計(jì)值在自動(dòng)轉(zhuǎn)換完成后返回。 本系統(tǒng)S取為H8000，即:微分型、正向運(yùn)行、執(zhí)行時(shí)自動(dòng)轉(zhuǎn)換的模式類型。(2)給定值(SP)-S+1 該設(shè)定取決于過程量的目標(biāo)值，其設(shè)置范圍為:KOK10000，本系統(tǒng)中速度調(diào)節(jié)器的目標(biāo)值分別由高速計(jì)數(shù)板的經(jīng)過值寄存器DT9108, DT9109和DT9116, DT9117通過F1(DMV)指令進(jìn)行實(shí)時(shí)傳送。而電流調(diào)節(jié)器的目標(biāo)值是由速度調(diào)節(jié)器的輸出值作為給定值。 (3)反饋值(PR)-S+2 數(shù)字PID的反饋值可用A/D轉(zhuǎn)換器或光電碼盤測(cè)量值作為當(dāng)前過程控制值，調(diào)節(jié)使其在以下范圍內(nèi):KOK10000。本系統(tǒng)速度調(diào)節(jié)器的反饋值是由光電碼盤的測(cè)量值送到高速計(jì)數(shù)板的經(jīng)過值寄存器DT9110,DT9111通過F1(DMV)指令進(jìn)行實(shí)時(shí)傳送作為當(dāng)前過程控制值，而電流調(diào)節(jié)器的反饋值是由A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后的值作為當(dāng)前過程控制值。 (4)輸出值(MV) -S+3 輸出值用來儲(chǔ)存PID處理的結(jié)果，并使用D/A轉(zhuǎn)換器或其它設(shè)備將該結(jié)果輸出到程序中去，其范圍是:K0K10000。本系統(tǒng)速度調(diào)節(jié)器的輸出值用傳送指令傳到電流調(diào)節(jié)器的給定值寄存器DT200中，而將電流調(diào)節(jié)器的輸出值使用D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后去調(diào)節(jié)電液比例溢流閥的電流進(jìn)而起到調(diào)速的目的。 (5)輸出較低極限值-S+4范圍是:KOK10000。本系統(tǒng)取為零。 (6)輸出較高極限值-S+5 范圍是:KOK10000。本系統(tǒng)取為15300。 (7)比例增益(KP)-S+6 比例增益規(guī)定PID處理使用的系數(shù)；將設(shè)定值0.1即為實(shí)際比例增益；設(shè)定范圍是:K1K9999。本系統(tǒng)取210，由于系統(tǒng)選擇自動(dòng)轉(zhuǎn)換模式則設(shè)定值可自動(dòng)調(diào)整并重寫。(8)積分時(shí)間-S+7 積分時(shí)間規(guī)定PID處理使用的系數(shù)；將設(shè)定值0.1即為實(shí)際積分時(shí)間，其設(shè)定范圍是:K1K300000(規(guī)定增量為0.1秒)，當(dāng)設(shè)定值為零時(shí)積分不執(zhí)行。(9)微分時(shí)間-S+8 規(guī)定PID處理使用的系數(shù)；將設(shè)定值0.1即為實(shí)際微分時(shí)間，其設(shè)定范圍是:K1-K1000(規(guī)定增量為0.1秒)，由于系統(tǒng)選擇自動(dòng)轉(zhuǎn)換模式其設(shè)定值可自動(dòng)調(diào)整并重寫。(10)采樣時(shí)間(TS)-S+9 用來設(shè)定PID處理使用的系數(shù)；將設(shè)定值0.01即為實(shí)際控制時(shí)間，設(shè)定范圍是:K1K6000。(規(guī)定增量為0.O1秒)。通過調(diào)整PID各參數(shù)，可以使系統(tǒng)處于最佳狀態(tài)，只根據(jù)增大比例常數(shù)可以加快系統(tǒng)的響應(yīng)，有利于減小靜差。但過大的比例常數(shù)具有較大的超調(diào)，并產(chǎn)生振蕩，使穩(wěn)定性變壞。增大積分常數(shù)雖有利于減小超調(diào)使系統(tǒng)穩(wěn)定，但系統(tǒng)靜差的消除將減慢。另外增大微分常數(shù)可以加快系統(tǒng)響應(yīng)，增加穩(wěn)定性，但對(duì)于干擾信號(hào)的抑制能力卻有所減弱。所以對(duì)PID各參數(shù)的調(diào)整，需要通過反復(fù)試驗(yàn)、反復(fù)試湊可得到的。本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)區(qū)為DT100DT110, DT200DT210，運(yùn)算工作區(qū)是DT111DT119, DT211DT219。3.5 A/D單元的設(shè)置3.5.1 通道的選擇 FP3的A/D單元有4個(gè)輸入通道，其模擬量輸入范圍和類型是由該單元背面的開關(guān)進(jìn)行設(shè)定的。本系統(tǒng)具體設(shè)定為CH1通道：即SW1-2:OFF。輸入信號(hào)為 (420mA), SW1-4: ON狀態(tài)。3.5.2 I/0分配根據(jù)FP3的自由編址方式，本系統(tǒng)A/D單元可安裝在9號(hào)槽，其對(duì)應(yīng)的I/0分配情況如表3-7所示。表3-7 A/D單元I/O分配表輸入點(diǎn)編號(hào)說 明X90A/D轉(zhuǎn)換準(zhǔn)備好標(biāo)志(可作為CHO-CH3四個(gè)通道輸出數(shù)據(jù)條件)X91A/D轉(zhuǎn)換準(zhǔn)備好標(biāo)志(可作為CHO通道輸出數(shù)據(jù)的條件)X92A/D轉(zhuǎn)換準(zhǔn)備好標(biāo)志(可作為CH1通道輸出數(shù)據(jù)的條件)X93A/D轉(zhuǎn)換準(zhǔn)備好標(biāo)志(可作為CH2通道輸出數(shù)據(jù)的條件)X94A/D轉(zhuǎn)換準(zhǔn)備好標(biāo)志(可作為CH3通道輸出數(shù)據(jù)的條件)X95X97未用X98CHO標(biāo)志位(當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換值大于上限值時(shí)，該接點(diǎn)“ON”)X99CHO標(biāo)志位(當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換值小于下限值時(shí)，該接點(diǎn)“ON”)X9ACH1標(biāo)志位(當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換值大于上限值時(shí)，該接點(diǎn)“ON”)X9BCH1標(biāo)志位(當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換值小于下限值時(shí)，該接點(diǎn)“ON”)X9CCH2標(biāo)志位(當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換值大于上限值時(shí)，該接點(diǎn)“ON”)X9DCH2標(biāo)志位(當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換值小于下限值時(shí)，該接點(diǎn)“ON”)X9ECH3標(biāo)志位(當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換值大于上限值時(shí)，該接點(diǎn)“ON”)X9FCH3標(biāo)志位(當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換值小于下限值時(shí)，該接點(diǎn)“ON”)表中說明:(1)、當(dāng)某通道不工作時(shí)，則表中其相應(yīng)的接點(diǎn)OFF.(2)、當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換單元工作異常時(shí)，則所有的接點(diǎn)均為OFF.(3)、A/D轉(zhuǎn)換單元只占用輸入接點(diǎn)不占用輸出接點(diǎn)。3.5.3 共享存儲(chǔ)器的分配A/D單元共享存儲(chǔ)器分配如表3-8所示。表3-8 A/D單元共享存儲(chǔ)器表地址號(hào)說 明K0“采樣/平均”切換控制K1CH0平均次數(shù)設(shè)定K2CH1平均次數(shù)設(shè)定K3CH2平均次數(shù)設(shè)定K4CH3平均次數(shù)設(shè)定K5報(bào)警控制，可分別設(shè)定各通道超限時(shí)是否報(bào)警K6CH0上限設(shè)定（A/D轉(zhuǎn)換輸出值）K7CH0下限設(shè)定（A/D轉(zhuǎn)換輸出值）K8CH1上限設(shè)定（A/D轉(zhuǎn)換輸出值）K9CH1下限設(shè)定（A/D轉(zhuǎn)換輸出值）K10CH2上限設(shè)定（A/D轉(zhuǎn)換輸出值）K11CH2下限設(shè)定（A/D轉(zhuǎn)換輸出值）K12CH3上限設(shè)定（A/D轉(zhuǎn)換輸出值）K13CH3下限設(shè)定（A/D轉(zhuǎn)換輸出值）K14比例變換控制，可設(shè)定是否進(jìn)行比例變換K15CHO偏移量設(shè)定K16CH0滿量程設(shè)定K17CH1偏移量設(shè)定K18CH1滿量程設(shè)定K19CH2偏移量設(shè)定K20CH2滿量程設(shè)定K21CH3偏移量設(shè)定K22CH3滿量程設(shè)定K23存放CH0已轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)K24存放CH1已轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)K25存放CH2已轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)K26存放CH3已轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)K27存放錯(cuò)誤代碼表中說明:(1)、共享存儲(chǔ)器K0-K22為只寫存儲(chǔ)器，即CPU單元只能對(duì)其寫入不能讀出，K23-K27只讀存儲(chǔ)器。 (2)、對(duì)共享存儲(chǔ)器的讀、寫，使用高級(jí)單元讀寫指令(F150, F151)來實(shí)現(xiàn)。 (3)、K0, K5, K14只用低四位。bit0-bit3分別對(duì)應(yīng)CHO-CH3。當(dāng)該位為1時(shí)，則設(shè)定其相應(yīng)功能有效，為0時(shí)則無效。3.5.4 A/D單元的技術(shù)參數(shù)表3-9 列出了A/D單元的技術(shù)參數(shù)。表3-9 A/D單元的技術(shù)參數(shù)表項(xiàng) 目說 明模擬輸入電壓；010V 電流；420mA數(shù)字輸入04000分辨率電壓；1/4000（5Mv） 電流：1/4000（4uA）精度室溫下為0.5%F.S.轉(zhuǎn)換速度每個(gè)通道為2.5mS外部輸入阻抗1M(電壓輸入) 250（電流輸入）最大允許輸入范圍電壓：15V 電流30mA模擬通道4平均次數(shù)34000內(nèi)部電流消耗0.5A表中說明: (1)、電壓和電流輸入方式使用不同的輸入端子來選擇。 (2)、輸入信號(hào)的范圍可通過A/D單元后面的DIP開關(guān)進(jìn)行設(shè)定，但開關(guān)設(shè)定不能按通道分別設(shè)定，只能根據(jù)四個(gè)通道一起設(shè)置，在本系統(tǒng)中設(shè)置輸入信號(hào)為電流（420）mA。3.5.5 A/D單元輸入輸出特性 在本系統(tǒng)中輸入信號(hào)為模擬量（420）mA電流值，其輸出為04000的數(shù)字量。A/D單元的輸入/輸出特性如圖3-1所示。40003000200010000 4 8 12 16 20數(shù)字輸出模擬輸入（mA）圖3-1 A/D輸入/輸出特性3.5.6 A/D單元的編程方法(1) 向A/D單元寫入控制字可通過指令F151 WRT, S1，S2，n, D來實(shí)現(xiàn)其中S1: A/D單元所在的槽號(hào)。S2: 存放控制字的寄存器區(qū)的首地址。n: 控制字個(gè)數(shù)。D: A/D單元共享存儲(chǔ)器首地址。(2)從A/D單元中讀取轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)用指令F150 READ, S1， S2，n，D其中S1: A/D單元所在的槽號(hào)。S2: 共享存儲(chǔ)器首地址。n: 讀取數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)。D: CPU單元數(shù)據(jù)區(qū)首地址。3.6 D/A單元的設(shè)置3.6.1 D/A單元I/0分配 本系統(tǒng)將D/A單元安裝在10號(hào)槽，其I/0分配如表3-10:表3-10 D/A單元I/0分配表輸入點(diǎn)編號(hào)說明X100D/A轉(zhuǎn)換好標(biāo)志(在“ON”時(shí)有效)X101CHO輸入數(shù)據(jù)有效標(biāo)志(當(dāng)CHO輸入數(shù)據(jù)在設(shè)定范圍內(nèi)時(shí)，該點(diǎn)“OFF”，反之“ON”)X102CH1輸入數(shù)據(jù)有效標(biāo)志(當(dāng)CH1輸入數(shù)據(jù)在設(shè)定范圍內(nèi)時(shí).該點(diǎn)“OFF”.反之“ON”)X103報(bào)警信號(hào)(當(dāng)CHO輸入數(shù)據(jù)大于上限時(shí)，該接點(diǎn)“ON”)X104報(bào)警信號(hào)(當(dāng)CHO輸入數(shù)據(jù)小于下限時(shí)，該接點(diǎn)“ON”)X105報(bào)警信號(hào)(當(dāng)CH1輸入數(shù)據(jù)大于上限時(shí)，該接點(diǎn)“ON”)X106報(bào)警信號(hào)(當(dāng)CH1輸入數(shù)據(jù)小于下限時(shí)，該接點(diǎn)“ON”)表中說明:(1)X100和X103-X106這幾個(gè)接點(diǎn)，當(dāng)模擬輸出限定條件被重新寫入時(shí)“OFF”。(2)D/A轉(zhuǎn)換單元只占用輸入點(diǎn)，不占用輸出點(diǎn)。3.6.2 通道的選擇 D/A單元有2個(gè)輸出通道，其模擬量輸出類型是由單元背面的開關(guān)進(jìn)行設(shè)定的。本系統(tǒng)使用CHO通道, 即SW1-1為ON狀態(tài)，輸出信號(hào)為電流。3.6.3D/A單元共享存儲(chǔ)器的分配D/A單元共享存儲(chǔ)器的分配如表3-11所示。表3-11 D/A單元共享存儲(chǔ)器的分配表地址號(hào)說 明K0可設(shè)定模擬輸出量是受限（只寫）K1CH0輸出上限值設(shè)定（只寫）K2CH0輸出下限值設(shè)定（只寫）K3CH1輸出上限值設(shè)定（只寫）K4CH1輸出下限值設(shè)定（只寫）K5存放CH0 D/A 轉(zhuǎn)換后數(shù)據(jù)（只寫）K6存放CH1 D/A 轉(zhuǎn)換后數(shù)據(jù)（只寫）K7存放錯(cuò)誤代碼（只讀）3.6.