基于PLC的礦井提升機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書 1 前言 1.1 提升機(jī)的發(fā)展過(guò)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。 現(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(kāi)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(wèn)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P＝sPm，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(lái)?yè)Q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(guò)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(wú)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(wú)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(guò)一定裝置來(lái)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(guò)數(shù)字式或模擬式的輸入輸出來(lái)控制各種類型的機(jī)械設(shè)備或生產(chǎn)過(guò)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(lái)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(wú)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(guò)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(guò)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(guò)模擬量輸出模塊來(lái)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(wèn)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(lái)說(shuō)，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(guò)程。 (3)可以重載起動(dòng)，有一定的過(guò)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(guò)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(kāi)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(kāi)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(shuō)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。 控制操作臺(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(lái)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(guò)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(lái)控制提升機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行。主控系統(tǒng)的軟件主要用來(lái)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(guò)程主要是通過(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)井底初加速和井筒主加速，進(jìn)入等速運(yùn)行，過(guò)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(guò)程；在手動(dòng)控制和檢修運(yùn)行方式下，井口給出開(kāi)車控制信號(hào)后，由司機(jī)通過(guò)行程開(kāi)關(guān)控制車組在各階段的運(yùn)行過(guò)程，停車及裝、卸載過(guò)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(guò)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(kāi)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(guò)數(shù)字式或模擬式的輸入輸出來(lái)控制各種類型的機(jī)械設(shè)備或生產(chǎn)過(guò)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(guò)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(guò)軟件來(lái)改變控制過(guò)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(guò)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(guò)PLC的模擬量輸出模塊來(lái)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(guò)對(duì)摩擦副施加不同壓力來(lái)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。 現(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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)兩種方式來(lái)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(kāi)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(guò)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。 控制供油系統(tǒng)由電液比例溢流閥來(lái)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(lái)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(wú)級(jí)調(diào)速； 2. 除在較大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速外，還可以實(shí)現(xiàn)高效率和無(wú)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:0.15～2.OMpa 。 b.潤(rùn)滑系統(tǒng)油壓:0.1～0.3Mpa 。 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=40～70L/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45Hz～5kHz。頻率調(diào)節(jié)需使用特殊指令（SPD0）并建立參數(shù)表來(lái)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 ①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; ②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)+θ=2(tD+t1)+t3+θ =2(31.65+8)+84+25 =188.3(s) ③脈沖數(shù)的計(jì)算: 滾筒的周長(zhǎng)為L(zhǎng)G=лD=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=0 f1=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(guò)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100～500ms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(guò)值、預(yù)置值比較輸出端。C為經(jīng)過(guò)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(kāi)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(guò)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(kāi)關(guān)。 3.2.3 脈沖單元工作方式選擇開(kāi)關(guān)的設(shè)置 表3-1列出了FP3脈沖單元工作方式選擇開(kāi)關(guān)的具體設(shè)置方法。 表3-1脈沖單元方式選擇開(kāi)關(guān) ON OFF SW1 輸出保持方式 One-shot 輸出方式 SW2 中斷使能 中斷不使能 SW3 C=P 方式 C=0方式 SW4 單脈沖輸出方式 雙脈沖輸出方式 SW5～SW8 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(guò)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。 SW5～SW8: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(guò)值（低16位） 初始值（低16位） K1 經(jīng)過(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(shuō)明 輸出 說(shuō)明 X0 C=P標(biāo)志位 Y5 緊急停車輸出控制 X1 C>P標(biāo)志位 Y6 脈沖輸出開(kāi)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(shuō)明 輸出 說(shuō)明 X10 C=P標(biāo)志位 Y15 緊急停車輸出控制 X11 C>P標(biāo)志位 Y16 脈沖輸出開(kāi)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(shuō)明: (1)表中C和P的意義是:C表示經(jīng)過(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(lái)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(kāi)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(lái)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(kāi)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) 1 2 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F162～F165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(guò)值與目標(biāo)值相等作為輸出控制條件，使輸出通或斷，來(lái)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(lái)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(guò)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(guò)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-8388608～8388607，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(kāi)關(guān)進(jìn)行復(fù)位。 (3)占用內(nèi)部寄存器:HSC的經(jīng)過(guò)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 ①[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S→D，該指令用來(lái)向高速計(jì)數(shù)器傳輸數(shù)據(jù)。 ②[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(lái)讀出或修改高速計(jì)數(shù)器的經(jīng)過(guò)值。 ③[F162(HCOS) S Yn]:其中S：存高速計(jì)數(shù)器經(jīng)過(guò)值的首地址，設(shè)置范圍：K-8388608～K8388607，D：指定的外部輸出繼電器（Y0～Y7），當(dāng)（DT9044，DT9045）=（S，S+1）→Yn=ON,執(zhí)行條件是R903A=OFF(n=0～7)。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(guò)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。 ④[F163(HCOR) S Yn]: 其中S：存高速計(jì)數(shù)器經(jīng)過(guò)值的首地址，設(shè)置范圍：K-8388608～K8388607，D：指定的外部輸出繼電器（Y0～Y7），當(dāng)（DT9044，DT9045）=（S，S+1）→Yn=ON,執(zhí)行條件是R903A=OFF(n=0～7)。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(guò)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(kāi)。 ⑤[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(guò)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(lái)實(shí)現(xiàn)速度及位置的及時(shí)控制。 表 3-5 Pattern參數(shù)表 DT300 H47 設(shè)定四擋七點(diǎn)控制方式 DT301 H1 初始波形Y4Y3Y2Y1Y0= 00001 DT302 DT303 K420（M1） 井底車場(chǎng)初加速段對(duì)應(yīng)的脈沖數(shù) DT304 H2 二檔波形Y4Y3Y2YlY0= 00010 DT305 DT306 K7643（M2） 井底車場(chǎng)等速段對(duì)應(yīng)的脈沖數(shù) DT307 H3 三檔波形Y4Y3Y2Y1Y0= 00100 DT308 DT309 K13758（M3） 井筒加速段對(duì)應(yīng)的脈沖數(shù) DT310 H4 四檔波形Y4Y3Y2YlY0=01000 DT311 DT312 K120764（M4） 井筒等速段對(duì)應(yīng)的脈沖數(shù) DT313 H3 三檔波形Y4Y3Y2Y1Y0= 00100 DT314 DT315 K126879（M5） 井筒減速段對(duì)應(yīng)的脈沖數(shù) DT316 H2 二檔波形Y4Y3Y2YlY0= 00010 DT317 DT318 K134102（M6） 井口等速段對(duì)應(yīng)的脈沖數(shù) DT319 H1 初始波形Y4Y3Y2YlY0= 00001 DT320 DT321 K134522（M7） 井口減速段對(duì)應(yīng)的脈沖數(shù) DT322 H5 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(guò)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 CH0 DT9104、 DT9105 目標(biāo)值0寄存器 DT9106、 DT9107 目標(biāo)值1寄存器 DT9108、 DT9109 經(jīng)過(guò)值寄存器 DT9110、 DT9111 捕捉值寄存器 CH1 DT9112、 DT9113 目標(biāo)值0寄存器 DT9114、 DT9115 目標(biāo)值1寄存器 DT9116、 DT9117 經(jīng)過(guò)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(guò)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ф。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)ф=900時(shí)，此時(shí)輸出電壓為零。當(dāng)轉(zhuǎn)過(guò)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(guò)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(lái)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: p[e(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(lái)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(lái)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)=kp[e(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(shuō)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： ①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(guò)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(guò)程會(huì)有不大的改變，但周期阻尼振蕩慢。 ②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(guò)程值減小，則輸出將增大。 正向運(yùn)行:如查測(cè)量過(guò)程值增大，則輸出也增大。 ③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(guò)程量的目標(biāo)值，其設(shè)置范圍為:KO～K10000，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(guò)值寄存器DT9108, DT9109和DT9116, DT9117通過(guò)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(guò)程控制值，調(diào)節(jié)使其在以下范圍內(nèi):KO～K10000。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(guò)值寄存器DT9110,DT9111通過(guò)F1(DMV)指令進(jìn)行實(shí)時(shí)傳送作為當(dāng)前過(guò)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(guò)程控制值。 (4)輸出值(MV) -----[S+3] 輸出值用來(lái)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:K0～K10000。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:KO～K10000。本系統(tǒng)取為零。 (6)輸出較高極限值-----[S+5] 范圍是:KO～K10000。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:K1～K9999。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:K1～K300000(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(lái)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:K1～K6000。(規(guī)定增量為0.O1秒)。 通過(guò)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(guò)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(guò)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DT100～DT110, DT200～DT210，運(yùn)算工作區(qū)是DT111～DT119, DT211～DT219。 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(kāi)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 (4～20mA), 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(shuō) 明 X90 A/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) X91 A/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) X92 A/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) X93 A/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) X94 A/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) X95～X97 未用 X98 CHO標(biāo)志位(當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換值大于上限值時(shí)，該接點(diǎn)“ON”) X99 CHO標(biāo)志位(當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換值小于下限值時(shí)，該接點(diǎn)“ON”) X9A CH1標(biāo)志位(當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換值大于上限值時(shí)，該接點(diǎn)“ON”) X9B CH1標(biāo)志位(當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換值小于下限值時(shí)，該接點(diǎn)“ON”) X9C CH2標(biāo)志位(當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換值大于上限值時(shí)，該接點(diǎn)“ON”) X9D CH2標(biāo)志位(當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換值小于下限值時(shí)，該接點(diǎn)“ON”) X9E CH3標(biāo)志位(當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換值大于上限值時(shí)，該接點(diǎn)“ON”) X9F CH3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(shuō)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(shuō) 明 K0 “采樣/平均”切換控制 K1 CH0平均次數(shù)設(shè)定 K2 CH1平均次數(shù)設(shè)定 K3 CH2平均次數(shù)設(shè)定 K4 CH3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 K6 CH0上限設(shè)定（A/D轉(zhuǎn)換輸出值） K7 CH0下限設(shè)定（A/D轉(zhuǎn)換輸出值） K8 CH1上限設(shè)定（A/D轉(zhuǎn)換輸出值） K9 CH1下限設(shè)定（A/D轉(zhuǎn)換輸出值） K10 CH2上限設(shè)定（A/D轉(zhuǎn)換輸出值） K11 CH2下限設(shè)定（A/D轉(zhuǎn)換輸出值） K12 CH3上限設(shè)定（A/D轉(zhuǎn)換輸出值） K13 CH3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 K15 CHO偏移量設(shè)定 K16 CH0滿量程設(shè)定 K17 CH1偏移量設(shè)定 K18 CH1滿量程設(shè)定 K19 CH2偏移量設(shè)定 K20 CH2滿量程設(shè)定 K21 CH3偏移量設(shè)定 K22 CH3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(shuō)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(lái)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(wú)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(shuō) 明 模擬輸入 電壓；0～10V 電流；4～20mA 數(shù)字輸入 0～4000 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) 3～4000 內(nèi)部電流消耗 ≤0.5A 表中說(shuō)明: (1)、電壓和電流輸入方式使用不同的輸入端子來(lái)選擇。 (2)、輸入信號(hào)的范圍可通過(guò)A/D單元后面的DIP開(kāi)關(guān)進(jìn)行設(shè)定，但開(kāi)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（4～20）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（4～20）mA電流值，其輸出為0～4000的數(shù)字量。A/D單元的輸入/輸出特性如圖3-1所示。 4000 3000 2000 1000 0 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(guò)指令[F151 WRT, S1，S2，n, D]來(lái)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(shuō)明 X100 D/A轉(zhuǎn)換好標(biāo)志(在“ON”時(shí)有效) X101 CHO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”) X102 CH1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(shuō)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(kāi)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。 3.6.3　D/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(shuō) 明 K0 可設(shè)定模擬輸出量是受限（只寫） K1 CH0輸出上限值設(shè)定（只寫） K2 CH0輸出下限值設(shè)定（只寫） K3 CH1輸出上限值設(shè)定（只寫） K4 CH1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.