基于PLC的礦井提升機(jī)控制系統(tǒng)(完整資料)

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摘要基于PLC的礦井提升機(jī)控制系統(tǒng)(完整資料）(可以直接使用，可編輯優(yōu)秀版資料，歡迎下載）礦井被稱作地下礦井系統(tǒng)的咽喉,是井下與地面最重要的通道.礦井提升機(jī)承擔(dān)著礦井與井下人員、礦料、設(shè)備等物資運(yùn)輸?shù)闹厝?，是整個(gè)礦井系統(tǒng)中的核心部分，礦井提升機(jī)的安全可靠運(yùn)行至關(guān)重要.所以設(shè)計(jì)一套安全可靠的礦井提升機(jī)控制系統(tǒng)具有極大的意義。PLC出現(xiàn)后以其顯著優(yōu)點(diǎn)迅速成為工業(yè)生產(chǎn)控制系統(tǒng)的主流發(fā)展方向,其可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)；編程簡單，使用方便；控制程序可變,具有很好的柔性功能完善；擴(kuò)充方便,組合靈活，極大減少控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及施工工作量；體積小,重量輕；非常適用“機(jī)電一體化”設(shè)備.基于PLC設(shè)計(jì)礦井提升機(jī)控制系統(tǒng)，極大滿足對大型機(jī)械控制安全與可靠性的要求，且節(jié)能環(huán)保,便于操作與維護(hù)。關(guān)鍵詞：礦井提升機(jī);PLC；控制系統(tǒng).AbｓｔｒaｃtThemineiｓcａlleｄthetｈroatｏftheunｄｅrｇｒounｄmine,whichisｔｈemostiｍｐｏrtanｔcｈannelｏfｔｈeunｄergroundmiｎe.Ｔheminehoｉsｔbearsthｅｈｅavyreｓpｏnsiｂｉｌiｔｙｏfthemineaｎdtｈeｕnｄerｇrｏundperｓoｎnel，theｏｒemａt(yī)eriａl,ｅqｕipmeｎtaｎdsｏon.Itisthecoreｐartofthｅｅntｉremiｎesｙｓtem,anｄtｈesafeandｒeliabｌeoperatｉonofｔhｅmineｈｏiｓtisｖeryiｍporｔant.Thereｆｏre，iｔiｓofgｒｅatsｉgｎificancetodeｓignａｓafeandｒelｉablecontrolsystemofmineｈｏiｓt．PLCａppearswitｈitsremａrkａbleａｄvanｔaｇesｑuicklｙｂｅcoｍｅinduｓtrialproduｃｔiｏnｃonｔｒoｌsｙsteｍofthｅmａｉｎstｒeamofthｅdevelopmeｎtｄireｃｔiｏnof，ｔhehiｇｈｒeliabｉlity，strｏｎｇantｉ-interferenceaｂｉlitｙ;ｐｒｏgrammｉngisｓｉmpｌｅ，easyｔousｅ；variabｌecontrolｐrocedurｅs,withｐｅｒfectgoｏdfｌexiｂlefｕnｃｔｉon;tofａｃiliｔａt(yī)ｅtheeｘｐansｉon，fｌexｉｂlecoｍbinaｔion,greａt(yī)lｙredｕｃｉngｔｈecontｒolｓｙstｅｍdesｉｇnandｃｏnstrucｔionwｏrk；hasｔhｅaｄvaｎtａgesofsmａllvolｕmｅ,lightweight；veryapｐｌicableeleｃtroｍechanicaｌintegratｉoｎeｑuipｍent．DeｓｉgnofminehｏistcontrolsystembaｓedoｎPＬＣ，whicｈｇｒeａt(yī)lymｅｅtstｈereｑｕiremｅnｔsｏfsaｆetｙaｎdrｅliabilｉtyoflargeｍｅｃhanｉcａlｃｏntrol，andeｎergyｓaｖinganｄｅnvｉronmentalpｒotection,ｅaｓytoｏpeｒatｅａｎdmaｉｎtａiｎ。Kｅywords:minehｏisｔ;PLＣ；cｏntｒｏlsysｔem。目錄中文摘要.。．。。。．．。.。。。．．。。。.．．。.。..．．。．。.．。．。。.。。。..。.。．.。.．．。.Ⅲ英文摘要．..．。。。．.。.．.。...．..．。.。.．.．。..。。．.。.．...．..。．。．.。．．。．．．.。Ⅲ目錄..。。.。．。．．。.。.。。。．．.。.。．。.。.。．。．．．.．.。...．。.。.。。。.。。。．．。.。.。．。.Ⅴ1緒論.．.．．．．...．.。。.。．.。．．.．.．．。.．。.．。。.．。。。。．。.。..。。.．。。.．。.11.１課題研究的背景。．.。.．.。..。。。.．．。。.．。。...．．。．。.．．..。。..．。.。．.21.２提升機(jī)國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀。。.．。.．.。.．。.。。..。..。.．。．.．。。。。.。．.。。.。.．.．2１。3課題主要研究內(nèi)容。。．．.．。.。。．。。。...．.。。．．。．...。..。.。．。。。.．。。。32礦井提升機(jī)概述2.1礦井提升機(jī)的簡介。.。.。。。.。．。.。.。..．.。。．..．。。。．...．．．...３2.1.１礦井提升機(jī)的分類。。.．。.．。..。．．.。．。。。。．．．..．。。。。.。.。.．。．。。４2。1.2礦井提升機(jī)的主要組成部分及工作原理。..。．．。。..。.．．.．.。。.。．。。.。６2.2礦井提升機(jī)的運(yùn)行。。...。.．。．。。.。。..。．.。.。.。．.。．。。.。。.．．。。..。。72。３提升機(jī)故障及保護(hù).．．。..。...．.。..．。.．。。。。。．．．...．．。。．．。。.。。．。。．。．8３礦井提升機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)3。1礦井提升機(jī)控制要求.．.。．．．．。．.。...。。．．．。．.．。．．.．..。...．.。．．..．.．9３。２硬件的選擇及其電氣連接。。。.。。。。。。．。.。..．。．．.。.。。。。..．。。.。..103。３控制系統(tǒng)的參數(shù)推導(dǎo)及設(shè)置..．..。。...。。．．.。。。。。。。.。。．..．．.．.。。.。.1４３.3。1提升過程參數(shù)推導(dǎo)．..。。...。。.。..．。...。．..。。。.．．．。。.。。.。..．.。。。１４3．３.2變頻器參數(shù)設(shè)置.．。．。.．。..．。。。。.．。.。...．．..。。。.．．.。．.。．。.。。...173.4控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì).．．。.．．．．。．..。。..．。。。.。．。。。。。。。。．。..。．。。.．..1８４礦井提升機(jī)的保護(hù)設(shè)計(jì)4．１安全報(bào)警與監(jiān)控板的設(shè)計(jì)。．。.。.．．..。.。.．。。。。.。。．.。．．194。2抗干擾措施.．..。。.。。。.．..。。．.．.。．。。。.。。。．...。...。。..。。.。．．．20５總結(jié)。．.。.。.．．。...．.。．。..．。。.．．.。.．。。...。.．。。．。.。。．．。。.．。。.．．。。。.216參考文獻(xiàn)...．．．．.。.。．.．．。。。。。。.．...．..．．．。。..。．.．。。．。．.。。．。。。．．..。2２7致謝.。.。.。...。。。。..。。..．..。。。。。..。。。．。。.。。。。．。。。。。．．．．。。２48附錄..。。.．..。。.．．。。．.。..．..。.。.。..。.．。.。．。..。。.。．.．．．.。.。..．..。..２5控制流程圖.。．。..。．..．.．。．.。。..。。．．．。．.。．..．．．。.。。．。25MＭ440說明書（部分).．。。.．。。。.．.。．...．．。..．.。．。..。..。.．。．。。。。．．．.2６軟件設(shè)計(jì)指令表。。。．。．．...。.。。.．.。.。。．.．。..．．。.。。．.．。。。．．．。．.。26程序梯形圖.。。．.。.。．．.．．。。。。.。。.。。。.。．。。.。.。。.。...。..。.。。。．。。.．..30仿真結(jié)果圖。。..。．。.。。。..。．.．。。。。。...．。..。..。.．.。。.。．。。．。．。．...．．.３31緒論采礦業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的重要組成部分，采礦業(yè)的健康發(fā)展對社會(huì)主義建設(shè)具有重大的意義。我國幅員遼闊，礦產(chǎn)資源豐富,但是開采難度大，露天礦山屈指可數(shù),眾多的礦產(chǎn)資源都埋在深土里.我國的采礦大都是地下做業(yè),對礦井提升機(jī)這種礦山的核心設(shè)備需求極大。美國通用汽車制造公司(ＧM）最先于1９68年提出研制一種新的控制器,并且在用戶角度給出了設(shè)計(jì)要求。第二年美國數(shù)字設(shè)備公司（DEC）研制出了第一臺(tái)可編程控制器(ProgramｍaｂleＬogｉcContｒoller)PDP-14，用于通用汽車生產(chǎn)線。隨后日本西歐等國也引進(jìn)ＰLＣ制造技術(shù)，反展自己的PLC技術(shù)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)與PLC技術(shù)的融合,PLC的功能得到了巨大的飛躍,其超高的運(yùn)算速度，可靠的抗干擾設(shè)計(jì)能力，數(shù)字模擬量處理功能,強(qiáng)大的PIＤ功能，極小的體積，極高的性價(jià)比,讓它在眾多工業(yè)化國家中得到大量使用。通過對PLC的大量實(shí)踐應(yīng)用國外的ＰLC廠家積累了大量的開發(fā)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn),憑借技術(shù)優(yōu)勢,發(fā)達(dá)國家生產(chǎn)PLC的公司在ＰLＣ的全球份額占到了８0％，幾家大型PＬC制造公司主導(dǎo)了全球的PLＣ行業(yè),這幾家公司是德國的西門子(ＳＩＥMＥNS）公司、AＥG公司、法國的TE公司。日本的三菱、歐姆龍、松下、富士，韓國的三星（SAMＳUＮＧ）、LＧ.PＬC技術(shù)是現(xiàn)代控制技術(shù)的主流技術(shù)，代表了高度發(fā)達(dá)的自動(dòng)化，智能化水平,PLC技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中的蓬勃發(fā)展，得益于其優(yōu)良的可靠性，抗干擾能力;簡單的編程要求，方便的使用方法；可變的控制程序，良好的柔性且功能完善；擴(kuò)充方便，組合靈活，極大減少控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及施工工作量；體積小,重量輕。發(fā)展PLC理論,應(yīng)用PＬＣ控制,能極大的解放生產(chǎn)力，極大的緩解中國“老齡化”所帶來的生產(chǎn)力不足和國家產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型的政策要求。采礦業(yè)中的地下做業(yè)是及其危險(xiǎn)的，礦井下環(huán)境復(fù)雜，塌方沁水等問題層出不窮,礦石采掘及其繁重。作為礦山生產(chǎn)中的核心設(shè)備—礦井提升機(jī)，它的安全可靠運(yùn)行就幾乎決定了整個(gè)礦井的安全。我國對于礦井提升機(jī)的研發(fā)較晚,一直以來,國有大型廠礦都使用國外設(shè)備，這即推高了企業(yè)的運(yùn)行成本，也不方便維護(hù)，若發(fā)生意外事故,還拖延救援的黃金時(shí)間。所以，將PＬC技術(shù)應(yīng)用于礦井提升機(jī)的研發(fā)中來，具有極大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值,科研價(jià)值和社會(huì)價(jià)值.1.1課題研究的背景礦井是礦山的咽喉，是井下與地面溝通最重要的通道;礦井提升機(jī)是礦井工作系統(tǒng)中的核心部分,承擔(dān)著礦料、設(shè)備、人員的進(jìn)出,礦井提升機(jī)的安全可靠至關(guān)重要.傳統(tǒng)礦井提升機(jī)控制系統(tǒng)，需要數(shù)量眾多的繼電器設(shè)備,布線復(fù)雜，體積龐大，耗能多,啟動(dòng)，停車，制動(dòng)，邏輯控制等方面難盡人意。工作過程中整車下行，體積大,重量高，維護(hù)困難，產(chǎn)生大量的熱,有電火花，給安全生產(chǎn)帶來巨大隱患。采礦業(yè)作為現(xiàn)代工業(yè)的重要組成部分，伴隨著控制技術(shù)的進(jìn)步，由人工控制,半自動(dòng)控制，逐步向自動(dòng)化,智能化發(fā)展。PLC代表了現(xiàn)代工業(yè)控制的先進(jìn)水平,相對于傳統(tǒng)控制,其可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)；編程簡單，使用方便；控制程序可變,具有很好的柔性功能完善；擴(kuò)充方便,組合靈活,極大減少控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及施工工作量;體積小，重量輕，是“機(jī)電一體化”的理想設(shè)備?；赑LC設(shè)計(jì)的礦井提升機(jī)控制系統(tǒng),能極大改善提升機(jī)的控制，提升整個(gè)礦井生產(chǎn)的安全性,可靠性與自動(dòng)化水平，符合社會(huì)生產(chǎn)力反展與國家的產(chǎn)業(yè)技術(shù)升級(jí)政策。1．2提升機(jī)國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀工業(yè)革命刺激了對礦料的需求,第一次工業(yè)革命時(shí)國外就開始研制礦井提升機(jī)控制系統(tǒng),20世紀(jì)60年代國外開始研制礦井提升機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，長時(shí)間的技術(shù)積累使國外在提升機(jī)狀態(tài)監(jiān)控方面水平較高。特別是對閘控和速度監(jiān)控等一些重要保護(hù)環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)更加合理，有些環(huán)節(jié)設(shè)置雙重保護(hù)，如過速保護(hù),過卷保護(hù)等。這些監(jiān)控保護(hù)措施，對提升機(jī)的運(yùn)行安全都是可靠的保證，如瑞典ＡBB公司的礦井提升機(jī)速度保護(hù)功能齊全，系統(tǒng)可靠,能實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)開車；德國西門子公司全數(shù)字式提升機(jī)實(shí)現(xiàn)了數(shù)字驅(qū)動(dòng),具有緊急制動(dòng)時(shí)恒減速，提升鋼絲繩張力動(dòng)態(tài)監(jiān)視，提升系統(tǒng)及設(shè)備動(dòng)態(tài)顯示和故障自診斷功能。國內(nèi)有關(guān)提升機(jī)控制系統(tǒng)的研究起步較晚，相對于國外設(shè)備性價(jià)比不高。國內(nèi)大型礦井一般引進(jìn)國外提升機(jī)設(shè)備，但是國外企業(yè)實(shí)行嚴(yán)格的技術(shù)保密措施,其核心技術(shù)（如程序等)無法掌握，在使用、維修和零部件的供應(yīng)上都受到限制，且價(jià)格昂貴,推高了礦井的生產(chǎn)成本,中小礦井更是難以承擔(dān),只好使用質(zhì)量較差的設(shè)備，給安全生產(chǎn)帶來隱患。改革開放后國內(nèi)積極開展了提升機(jī)的研制工作，取得了長足進(jìn)步，但是與國外同類產(chǎn)品比較，還是存在著巨大差距。以交流電控系統(tǒng)主要以TＫＤ交流拖動(dòng)為代表,主令操作及故障監(jiān)控仍采用傳統(tǒng)的繼電器控制線路,每臺(tái)提升機(jī)需要數(shù)百個(gè)甚至上千個(gè)觸點(diǎn)的繼電器，系統(tǒng)可靠性差,故障率高，且不易維修，數(shù)目眾多的控制線要和各種動(dòng)力電纜通過狹小的井筒空間并行下井,安全性差，電磁干擾大。隨著技術(shù)進(jìn)步，當(dāng)代的礦井提升機(jī)控制走向自動(dòng)化,小型化,節(jié)能化。以ＰLC為代表的控制理論技術(shù)是礦井提升機(jī)控制未來的發(fā)展方向。1。3課題主要研究內(nèi)容本文闡述部分闡述現(xiàn)代主流礦井提升機(jī)的主要機(jī)型,運(yùn)行、保護(hù)方式，控制系統(tǒng)主要性能指標(biāo).設(shè)計(jì)部分基于PLC設(shè)計(jì)出一套滿足實(shí)際生產(chǎn)的礦井提升機(jī)控制系統(tǒng)。包括硬件選擇,參數(shù)推導(dǎo),PLＣ外部接線示意圖,控制流程圖，主電路圖，I/O分配表,控制版面,安全保護(hù)。２礦井提升機(jī)概述2．１礦井提升機(jī)的簡介礦井提升機(jī)又稱“提升絞車”，是一種大型提升機(jī)械電氣設(shè)備.主要用于地下采礦作業(yè)，通過電機(jī)帶動(dòng)鋼絲繩連接的容器在井筒中升降，完成輸送任務(wù).現(xiàn)代礦井提升機(jī)的控制由繼電器控制，分離元件控制，模擬電路控制到微電子(PC，PLC）的全自動(dòng)化控制，不過，出于安全考慮，提升機(jī)的自動(dòng)化控制還是相對的，需要人工監(jiān)測，設(shè)計(jì)中都會(huì)給人工控制留出較高的控制等級(jí).目前使用較廣泛的型號(hào)有：JTP型、JK型、ＪTK型。２。1.1礦井提升機(jī)的分類礦井提升機(jī)以電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式分類有交流式與直流式。交流電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單,組合緊湊,質(zhì)量堅(jiān)固，價(jià)格便宜,容量大,維護(hù)簡單，可直接三相電源使用，使用場合廣,長時(shí)間應(yīng)用于井下采礦作業(yè)等復(fù)雜環(huán)境場合;但是,交流電機(jī)調(diào)速性能差,在礦井內(nèi)調(diào)速停車一般是機(jī)械硬停，對機(jī)械零部件照成沖擊，降低了其使用壽命，且沖擊過程容易出現(xiàn)火花，增加了安全隱患。2０世紀(jì)70年代，得益于大功率可控硅與電子控制技術(shù)發(fā)展,直流電機(jī)憑借其良好的調(diào)速性能,優(yōu)良的啟動(dòng)停車，大范圍的平滑調(diào)速能力，主導(dǎo)了一段時(shí)間大中型礦的提升機(jī)種類。隨著電力電子器件,交流控制理論,PC、ＰLC控制技術(shù)的發(fā)展，對于交流電機(jī)獲得了同直流電機(jī)一樣的調(diào)速性能，尤其是大功率的電機(jī),交流電機(jī)有明顯優(yōu)勢。當(dāng)前國內(nèi)井下采礦系統(tǒng)中，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。礦井提升機(jī)按鋼纜繞行分為兩類:纏繞式與摩擦式.兩種方式均可用于主副井,提拉阡石、設(shè)備、礦料、人員等，布線簡單，操作效果好,機(jī)械沖擊小,最大的節(jié)省材料。下井方式可垂直也可斜入，均能有效利用地形,較好的滿足采礦作業(yè)需求，國內(nèi)年產(chǎn)120萬噸以下，井深小于400米的礦井大多用纏繞式。摩擦式提升機(jī)分作單繩摩擦式和多繩摩擦式,后者摩擦輪和鋼絲都較小，故機(jī)組尺寸小，制造簡單，速度高。多用于年產(chǎn)120萬噸以上，井深2１00米以下的豎井。經(jīng)過多年的實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)積累，目前國際上的大中型礦井都使用這兩中提升模式,還有其它特殊環(huán)境的提升方式，本文就不多做介紹。單繩摩擦塔式摩擦式多繩摩擦落地式礦井提升機(jī)可分離式單卷筒單繩纏繞式纏繞式單卷筒多繩纏繞式（布雷爾／Blaiｒ式)114325圖２.1.1單繩纏繞式提升機(jī)原理示意圖卷筒；2;鋼絲繩；3、天輪;4、容器；５、平衡輪單繩纏繞式提升機(jī)布線簡單，所用鋼繩少，大量減輕其質(zhì)量與體積，節(jié)約鋼材,由于質(zhì)量小,工作過程中對電機(jī)的額外負(fù)載較少,反應(yīng)迅速,不易出現(xiàn)卷筒打滑現(xiàn)象。不過同樣的,由于鋼繩少，在電機(jī)急停過程中，鋼繩出現(xiàn)斷裂可能性增大。現(xiàn)代材料幾歲的發(fā)展有效的解決了這個(gè)問題,應(yīng)用新的復(fù)合材料，鋼繩的強(qiáng)度得到極大的提升。4321513454321513452圖2.1.2多繩摩擦式提升機(jī)機(jī)原理示意１、卷筒；２；鋼絲繩；3、天輪；４、容器；5、平衡繩2.1．2礦井提升機(jī)的主要組成部分及工作礦井提升機(jī)主要由六部分組成，分別為工作機(jī)構(gòu)：包括主軸裝置和離合器;制動(dòng)系統(tǒng):包括制動(dòng)閘和傳動(dòng)裝置；機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)：包括減速器和連軸器；潤滑系統(tǒng)：包括油泵和油管;觀測和操作系統(tǒng)：包括操作臺(tái)、深度指示器與測速裝置；拖動(dòng)、控制和安全保護(hù)系統(tǒng)：包括主動(dòng)機(jī)、拖動(dòng)裝置、電氣控制系統(tǒng)和安全保護(hù)系統(tǒng)。圖２。１.3礦井提升機(jī)組成示意圖2。2礦井提升機(jī)的運(yùn)行礦井提升機(jī)的運(yùn)行分為啟動(dòng)、勻加速、勻速、勻減速、停車幾個(gè)階段,每個(gè)階段對速度要求不相同,且為提升提升機(jī)的工作效率，加速度要盡可能大，為減小機(jī)械沖擊，增加提升機(jī)使用壽命，啟動(dòng)、停車、變速過程要平順。礦井提升機(jī)在理論速度要求與實(shí)際工作中不完全相同,理論中速度要求是到點(diǎn)變化,在實(shí)際生產(chǎn)中呈“S”曲線變化，平順的速度改變能減少機(jī)械沖擊，同時(shí)減少對回路的電變化干擾，原來使用繼電器做控制時(shí),一般串多級(jí)電阻，以實(shí)現(xiàn)對電機(jī)的平滑調(diào)速，現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中對三相交流電機(jī)實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)一般是用變頻器。通過變頻器進(jìn)行平滑調(diào)速,以達(dá)到生產(chǎn)工藝的要求。通常情況下,生產(chǎn)過程中電機(jī)輸出功率一定時(shí)，當(dāng)速度達(dá)到最大值，運(yùn)轉(zhuǎn)速度一定，扭力最小。利用電機(jī)的這個(gè)功能,有時(shí)可以不用特意調(diào)節(jié)速度，讓其直接運(yùn)行即可.2。1提升機(jī)運(yùn)行情況示意圖圖2。2.2五階段速度示意圖根據(jù)國內(nèi)眾多礦井實(shí)地生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn),得到礦井提升機(jī)在一個(gè)提升循環(huán)里的運(yùn)動(dòng)規(guī)律:1）加速階段容器離開井底后經(jīng)過ｔ1時(shí)間段，以加速度a1運(yùn)行至最大速度。對于提升機(jī)，加速度一般不大于。2)勻速階段容器以最大速度運(yùn)行t2完時(shí)間段，直至接近井口。3)減速階段容器接近井口后以加速度a3運(yùn)行完t３時(shí)間段,實(shí)現(xiàn)減速至爬行速度,對于提升機(jī)加速度a3一般不大于.４）爬行階段容器以爬行速度勻速行駛完t４時(shí)間段,以便準(zhǔn)確停車。５)預(yù)備停車階段容器在t5時(shí)間段內(nèi)速度由至0,施閘停車。２．3提升機(jī)故障及保護(hù)礦井提升機(jī)工作環(huán)境復(fù)雜，高溫、潮濕、重粉塵等多重因素影響著提升機(jī)的正常運(yùn)行提升機(jī)工作過程中不可避免各種故障，大致分為三類。第一類是造成礦井提升機(jī)緊急停車的故障，此事故是最嚴(yán)重的故障，故障原因有主回路過壓；主回路過流；卷筒兩端過卷;提升機(jī)錯(cuò)向運(yùn)行；主電動(dòng)機(jī)失去勵(lì)磁；終端超速運(yùn)行；制動(dòng)系統(tǒng)液壓站電動(dòng)機(jī)故障；運(yùn)行過程中各水平穩(wěn)定器動(dòng)作等。第二類是造成提升機(jī)事故停車的故障，故障原因有提升機(jī)制動(dòng)輪變形;尾繩故障；緊急停車后未調(diào)零;操作限位開關(guān)失靈；開車時(shí)安全門打開；提升機(jī)調(diào)零電機(jī)故障;終端之間超速等。第三類是造成提升機(jī)信號(hào)預(yù)報(bào)的故障，故障原因有直流操作電流接地;主電機(jī)軸承過熱；制動(dòng)閘瓦磨損;潤滑油壓異常;提升機(jī)通風(fēng)故障等。為保障礦井從業(yè)人員的生命安全，保護(hù)整個(gè)礦井系統(tǒng)的設(shè)備使用，保證完成安全生產(chǎn)的要求，礦井提升機(jī)的故障提示，系統(tǒng)保護(hù)設(shè)計(jì)必不可少。開機(jī)后,系統(tǒng)預(yù)先進(jìn)行自檢后運(yùn)行，當(dāng)?shù)V井提升機(jī)發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)能夠迅速識(shí)別故障類型，做出反應(yīng)，反饋故障部位，以便及時(shí)維修。同時(shí)應(yīng)該加載外部保護(hù)電路。3礦井提升機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)3．1礦井提升機(jī)控制要求礦井提升機(jī)是礦井生產(chǎn)設(shè)備的核心，關(guān)乎人員安全和高效生產(chǎn)。礦井內(nèi)部情況復(fù)雜，礦井提升機(jī)在工作時(shí)要克服礦井內(nèi)部高溫、潮濕、高粉塵等復(fù)雜的外界環(huán)境,還需要處理高低壓、電流過載、電熱效應(yīng)、閘瓦磨損、液壓不足等自身設(shè)備問題。所以,礦井提升機(jī)的控制要求極高,其控制需要有極高的可靠性，礦井提升機(jī)的監(jiān)測要有及時(shí)準(zhǔn)確，故障處理要迅速精確。用PＬC設(shè)計(jì)礦井提升機(jī)控制系統(tǒng)，需要處理眾多的模擬信號(hào)，傳感器選擇很重要，所以需要質(zhì)量好的傳感器.同時(shí),礦井是非常特殊的生產(chǎn)場合，除了系統(tǒng)設(shè)計(jì)上通過計(jì)算設(shè)定參數(shù)值意外，還需要通過安裝的電氣設(shè)備來監(jiān)測礦井提升機(jī)的實(shí)時(shí)運(yùn)行情況.當(dāng)兩者完全都失靈時(shí)，還需要有應(yīng)急保護(hù)措施,以保護(hù)整個(gè)礦井的人員財(cái)產(chǎn)安全。當(dāng)發(fā)生不可控的災(zāi)害，如地震、塌方、戰(zhàn)爭等破壞時(shí)，整個(gè)礦井系統(tǒng)要完全關(guān)斷電源,避免礦井提升機(jī)系統(tǒng)對人員進(jìn)行二次傷害.通過對礦井提升機(jī)盡可能完善的設(shè)計(jì)，保護(hù)整個(gè)礦區(qū)生產(chǎn)的安全，同時(shí)帶來良好的社會(huì)效應(yīng)，減少采礦人員的恐慌心理，避免因恐慌而造成的人為操作失誤，降低采礦生產(chǎn)行業(yè)的事故發(fā)生率。圖3。１控制系統(tǒng)示意圖控制過程如下：開機(jī)啟動(dòng)，系統(tǒng)自檢，自檢無故障選擇是否開車，開車后進(jìn)行自動(dòng)控制,ＰLC控制變頻器調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)速度，通過其帶動(dòng)滾筒按照五階段速度示意圖旋轉(zhuǎn)，完成循環(huán)。２)開車后自動(dòng)控制過程中,實(shí)時(shí)顯示運(yùn)行參數(shù),監(jiān)測是否出現(xiàn)故障,出現(xiàn)故障迅速判斷故障等級(jí),做出緊急停車或者聲音燈光警報(bào)，顯示故障區(qū)域。3）出現(xiàn)緊急停車故障后,系統(tǒng)自動(dòng)跳轉(zhuǎn)到手動(dòng)操作，進(jìn)行點(diǎn)動(dòng)控制。４)運(yùn)行過程中,出現(xiàn)超速、過卷、松繩等輕故障，系統(tǒng)進(jìn)行安全回路動(dòng)作，自動(dòng)調(diào)整運(yùn)行狀態(tài)。5)井口下行與井底上行前檢測是否過載,若過載預(yù)先進(jìn)行警報(bào)。3。２硬件的選擇及其電氣連接PLC控制是當(dāng)代主流的工業(yè)控制技術(shù)，邏輯控制、順序控制、計(jì)數(shù)、定時(shí)、數(shù)據(jù)運(yùn)算、多點(diǎn)通信功能強(qiáng)，能自診斷、中斷控制、加載模塊，適合復(fù)雜的控制設(shè)計(jì),模塊結(jié)構(gòu)簡化了控制系統(tǒng)設(shè)計(jì),方便維護(hù),可靠性高。本次設(shè)計(jì)使用Siｅmｅns（西門子）公司ＰLC的S7-20０-ＣPU226,其共有２4點(diǎn)輸入，１6點(diǎn)輸出，內(nèi)置時(shí)鐘，有７個(gè)擴(kuò)展模塊，高速計(jì)數(shù)器功能強(qiáng)大,工作環(huán)境要求較低，系統(tǒng)配置方便，內(nèi)置存儲(chǔ)器，體積小,價(jià)格低廉,適用于眾多特殊工作場合，能滿足本次設(shè)計(jì)的要求。下面是Ｓ7-2０0的內(nèi)部基本結(jié)構(gòu).圖３.２.１S7－2００基本結(jié)構(gòu)圖三相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速相對于旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速低，轉(zhuǎn)子繞組與磁場間存在著相對運(yùn)動(dòng)，從而產(chǎn)生感生電動(dòng)勢和電流，并與磁場相互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩,通過電磁感應(yīng)現(xiàn)象實(shí)現(xiàn)能量變換。與單相異步電動(dòng)機(jī)相比,三相異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行性能好,并可節(jié)省各種材料。按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的不同，三相異步電動(dòng)機(jī)可分為籠式和繞線式兩種?，F(xiàn)代以變頻技術(shù)為主的新技術(shù)的發(fā)展使交流電機(jī)擁有了良好的調(diào)速性能，克服了傳統(tǒng)三相交流啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩不大,啟動(dòng)電流大，能量轉(zhuǎn)換率低等問題，為得到良好的調(diào)速性能和控制效果，本次設(shè)計(jì)電機(jī)采用三相異步電機(jī)。使用YR—800－１２／12３0繞線型異步電機(jī)。傳感器使用溫度、壓力、電壓和電流傳感器。為了有效的監(jiān)控提升容器的位置，二次監(jiān)測采用磁接近開關(guān),形成對提升容器的雙效監(jiān)控。為能完成控制要求，發(fā)揮外接電氣設(shè)備的最大功能,需要充分考慮PＬＣ的輸入輸出點(diǎn)分配，外接模塊信號(hào)的處理,充分發(fā)掘PＬC的運(yùn)算能力。根據(jù)S7-200的輸入輸出點(diǎn)分配位置,得到其的Ｉ／O分配表。并由此的到PＬC電氣連接示意圖.表一控制系統(tǒng)I/O分配表S7-2００PＬＣI/O分配表輸入輸出I0。0啟動(dòng)Ｑ０．0變頻器通電I0。1停止Ｑ0。１變頻上升I0。2變頻Q０。2變頻下降I0．3工頻Q0。3工頻上升I0。４上升Q０.4工頻下降Ｉ0．5下降Ｑ０。5系統(tǒng)復(fù)位IO．6緊急停車Ｑ0.6變頻器故障報(bào)警Ｉ0。7系統(tǒng)復(fù)位Ｑ0。7變頻器停止I1。０自動(dòng)Ｑ1。0緊急停車Ｉ１．1點(diǎn)動(dòng)Q1。1速度1I1.２旋轉(zhuǎn)編碼器Q１。２速度２I1.３過載Ｑ1.3速度3I1。４松繩Q1。4輕事故Ｉ１。5過卷Q1.5重事故I1．6過流Q１.6降溫設(shè)備Ｉ1。7過壓Q１.7液壓泵I2.0超速I2。１液溫過高I２。2電機(jī)溫度過高I2。3液壓過低I2。４液壓過高I2．５閘瓦過熱I2。６運(yùn)行方向錯(cuò)誤I2。7液壓泵故障圖3．2。2ＰＬC外部連接示意圖ＰLC的電氣連接應(yīng)能完成指定任務(wù),同時(shí)要節(jié)約電氣設(shè)備，即自動(dòng)化程度要高,節(jié)約輸入觸點(diǎn)與輸出觸點(diǎn).在設(shè)計(jì)途中,考慮觸點(diǎn)的使用頻率，盡量提高其使用壽命，通常是能自動(dòng)控制最好自動(dòng)控制，將控制過程交由內(nèi)部處理。通過內(nèi)部處理，充分發(fā)揮PＬC的快速運(yùn)算的功能，同時(shí)考慮長時(shí)間運(yùn)行產(chǎn)生的高溫對CＰU性能影響，需要有降溫措施。PLC外部接線圖如。旋轉(zhuǎn)編碼器采用Omron（歐姆龍)公司生產(chǎn)的E6C2—CWZ６CＺ，將其置于滾筒主軸上，信號(hào)進(jìn)入PLＣ對比計(jì)算后得到相應(yīng)控制.計(jì)數(shù)器通過累計(jì)正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)的脈沖個(gè)數(shù),通過計(jì)算可得到提升容器的確切位置。圖3。2。3旋轉(zhuǎn)編碼器與ＰLＣ連接圖變頻器采用西門子公司生產(chǎn)的MＭ440，其能將輸入工頻電能轉(zhuǎn)換成變頻可控電能，以實(shí)現(xiàn)對交流電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制。變頻器容量一般取電動(dòng)機(jī)容量的1.4倍。其外部加設(shè)聲光報(bào)警回路和制動(dòng)回路,以保護(hù)變頻器和維護(hù)生產(chǎn)安全。接線圖如下。圖3.2．4變頻器接線示意圖電氣接線應(yīng)在達(dá)到控制要求前提下，盡量減少繼電器數(shù)量,避免過多繼電器工作而產(chǎn)生大量的熱量影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行，同時(shí)節(jié)約能源，節(jié)省材料，減小系統(tǒng)體積，方便系統(tǒng)設(shè)備的維護(hù)。主電路圖如下.圖３.2．5主電路示意圖３。３控制系統(tǒng)的參數(shù)推導(dǎo)及設(shè)置為符合實(shí)際的生產(chǎn)要求,此次設(shè)計(jì)參數(shù)以《煤礦安全規(guī)程》垂直井標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)。則升降人員主加減加速度不得超過，最大速度低于，升降物料時(shí),主加減加速度不得超過.最大速度不得超過，則過卷行程不得大于。且根據(jù)國內(nèi)一般常設(shè)速度,檢修運(yùn)行速度,應(yīng)急運(yùn)行速度。3.3。1提升過程參數(shù)推導(dǎo)本次設(shè)計(jì)行程給定時(shí)間和速度.設(shè)定礦井提升機(jī)的有效行程為，主加速度a１=a３=,最大速度，爬升速度,井口加速度。則根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式(公式3—1)（公式3—2）可得主加速時(shí)間ｔ1＝t1通過距離s１＝第一次減速時(shí)間ｔ３=t3通過距離s３=爬升結(jié)束至停止時(shí)間ｔ5=同理,ｔ5通過距離s5=擇根據(jù)通過以上計(jì)上計(jì)算數(shù)據(jù)，經(jīng)理論推出礦井提升機(jī)在井下勻速通過的距離為s2+S４=為了提高工作效率,兼顧生產(chǎn)安全，以運(yùn)行s2＝,以運(yùn)行s4=則可得t２=，t4=。一個(gè)提升周期時(shí)間t=圖３。３。1行程參數(shù)示意圖取卷筒直徑為，卷筒由周長公式(公式３-3)得L=則一個(gè)提升周期卷筒旋轉(zhuǎn)次數(shù)N=我們通過卷筒轉(zhuǎn)一周旋轉(zhuǎn)編碼器發(fā)出脈沖２000個(gè)，則可以算出一個(gè)提升周期脈為個(gè)，該系統(tǒng)平均每米脈沖。YR-800－6/１２３0繞線型異步電機(jī)參數(shù)如下:額定功率額定電壓額定轉(zhuǎn)速機(jī)械效率過載系數(shù)由三相異步電機(jī)轉(zhuǎn)速公式(公式３－３）推出頻率公式（公式3-4)n為電機(jī)轉(zhuǎn)速,單位f為電機(jī)頻率，單位p為電機(jī)磁極對數(shù),以上述電機(jī)為參考，s為電機(jī)轉(zhuǎn)差率，以上述電機(jī)為參考,由頻率公式（３—４）推得由線速度與轉(zhuǎn)速換算公式（公式3—5）得卷筒以速度運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)速卷筒以速度運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)速設(shè)電機(jī)與卷筒的減速比為16:１.則電機(jī)相對應(yīng)轉(zhuǎn)速由公式(3-4)得最高運(yùn)行速度電機(jī)頻率爬升運(yùn)行速度電機(jī)頻率3．3.2變頻器參數(shù)設(shè)置根據(jù)MM440說明書（詳見附錄）與上述參數(shù)可得變頻器參數(shù)設(shè)置表,參數(shù)設(shè)置前先復(fù)位為工廠缺省設(shè)定值；電機(jī)參數(shù)設(shè)定快速調(diào)試P０010=1,設(shè)置完成后準(zhǔn)備P0０10;P0003＝2允許訪問擴(kuò)展參數(shù)。表二變頻器參數(shù)設(shè)置數(shù)字量輸入?yún)?shù)功能P0003=１允許訪問使用最多參數(shù)P001０=1快速調(diào)速P０100=0頻率缺省值50ＨZP0300=１選擇電動(dòng)機(jī)為異步電機(jī)P0304=38０Ｖ電動(dòng)機(jī)額定電壓P03０5＝292A電動(dòng)機(jī)額定電流P0307=22ＫW電動(dòng)機(jī)額定功率P03０8＝0。95電動(dòng)機(jī)額定功率因數(shù)P03１０=50電動(dòng)機(jī)額定頻率P06０１=1電動(dòng)機(jī)溫度傳感器P07０1=１O(jiān)N/OFF正向運(yùn)行P0702＝1OＮ/OＦF反向運(yùn)行P0970=1復(fù)位Ｐ10０2=5速度2頻率P１005＝20速度3頻率Ｐ1０1１=5０速度１頻率P１120=7２．7正轉(zhuǎn)時(shí)間P1121=７2。7反轉(zhuǎn)時(shí)間P１０58=３0正向點(diǎn)動(dòng)頻率P1０59=20反向點(diǎn)動(dòng)頻率3.4控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)梯形圖詳見附錄。4礦井提升機(jī)的保護(hù)設(shè)計(jì)4。１安全報(bào)警與監(jiān)控板的設(shè)計(jì)礦井提升機(jī)在工作過程中難免出現(xiàn)故障，安全回路一般在停車故障發(fā)生時(shí)工作,用以保護(hù)礦井提升記得安全，避免造成更大的事故。一般采用電氣設(shè)計(jì)。此時(shí)礦井提升機(jī)需要報(bào)警回路的及時(shí)響應(yīng)，使之防患于未然,并指示出故障等級(jí)與故障位置，為工作人員做決策做依據(jù)。。圖4。1安全報(bào)警回路示意圖同時(shí)，為了較準(zhǔn)確的定位容器位置,需要設(shè)計(jì)一個(gè)電氣的電路,用于監(jiān)測容器位置.使用磁性接近開關(guān)TCＫ-1T。在容器上安裝一個(gè)永磁體,當(dāng)其接近磁性開關(guān)時(shí)，磁性開關(guān)閉合,連接該開關(guān)的指示燈亮，兩秒后其自動(dòng)復(fù)位。用這種方法輔助觀察，幫助操作員做出合理判斷,以便操作.由于礦井提升機(jī)的安全要求較高，磁接近開關(guān)在接近井口與井底的兩個(gè)開關(guān)還需要連接聲光提升。通過聲光提醒,警示提升容器旁的工作人員回避，以免發(fā)生事故。同時(shí),由于井下布線復(fù)雜，有時(shí)電回路產(chǎn)生強(qiáng)磁現(xiàn)象，提升容器自身磁化都會(huì)干擾磁接近接近開關(guān)的正常工作。為了避免出現(xiàn)這種狀況。對磁接近開關(guān)的的抗干擾保護(hù)要做好，避免發(fā)生磁擾動(dòng)等電磁干擾現(xiàn)象。圖4.2磁性接近開關(guān)示意圖為方便監(jiān)控提升機(jī)的運(yùn)行狀態(tài),需要一個(gè)便于操控的面板.監(jiān)控面板示意圖如下.圖4．3控制面板示意圖4.2抗干擾措施礦井生產(chǎn)場合干擾量大，對系統(tǒng)正常運(yùn)行影響極大,所以抗干擾措施是必不可少的.一般抗干擾的主要措施有：1）保持良好的通風(fēng)環(huán)境，盡量不要將PLC柜安裝在潮濕、多塵、有腐蝕性氣體、熱源、油煙重或強(qiáng)電磁的環(huán)境中.2)對數(shù)字與模擬信號(hào)，必須分開電纜傳輸.模擬量信號(hào)采用雙芯屏蔽線作為信號(hào)線,并盡量縮短其長度。３）合理布線.電力電纜、輸入輸出電纜、信號(hào)回路匯接線均要分開鋪設(shè)，不能合成一捆包扎，且信號(hào)電纜線接線端子都需要安裝在柜體下側(cè).4)采集數(shù)據(jù)最好用屏蔽電纜，為擴(kuò)大屏蔽作用且抑制芯線間干擾,所有屏蔽電纜層匯線接地,多芯電纜中的備用芯線也需一端接地.５總結(jié)本次基于PＬC對礦井提升機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，我通過指導(dǎo)老師的細(xì)心指導(dǎo)，自己學(xué)習(xí)PＬC的硬件工作原理與語言編程教程，上網(wǎng)查閱資料，加上同學(xué)之間的探討，基本完成了此次設(shè)計(jì)任務(wù)的要求。了解了礦井提升機(jī)在礦井生產(chǎn)中的重要作用，深刻感受到未來PＬC在自動(dòng)化領(lǐng)域中的重要作用.此次設(shè)計(jì)我獨(dú)立完成了控制流程,ＰLC輸入輸出點(diǎn)的分配,PLC外部電器接線，ＰLＣ控制程序的編程,操作界面的設(shè)計(jì),保護(hù)電路設(shè)計(jì),變頻器理論調(diào)試.不過由于自己的知識(shí)儲(chǔ)備不夠充分，設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)過少,動(dòng)手能力差，該次設(shè)計(jì)在實(shí)際生產(chǎn)還有一些欠缺.但基本功能夠完成基本的生產(chǎn)任務(wù)的要求。此次設(shè)計(jì)作為我大學(xué)最重要的一次設(shè)計(jì)，即興奮，有傷感。興奮的是大學(xué)四年所學(xué)的專業(yè)知識(shí)第一次能用在重要的場合;傷感的是之前浪費(fèi)了許多時(shí)間，沒有好好鉆研ＰLC知識(shí),以至于很多要點(diǎn)不能好好把握。通過這次設(shè)計(jì),我感觸良多,重壓之下犯了許多低等錯(cuò)誤,本來以為自己承壓能力很強(qiáng)，看來還很欠佳，今后要更加努力,完善自己的性格,增強(qiáng)自己的能力，才能回饋社會(huì)，做一個(gè)有用新時(shí)代的大學(xué)畢業(yè)生。本次設(shè)計(jì)經(jīng)歷了很多困難，難點(diǎn)在于提升機(jī)速度的控制與故障保護(hù)的及時(shí)處理。通過與傳統(tǒng)繼電器控制比較,在理解PLC的編程語言與模塊功能后,采用變頻器與外接模塊，比較理想的解決了這一問題。同時(shí),切身感受PLC在自動(dòng)控制領(lǐng)域中的廣闊未來，其智能化,自動(dòng)化水平相對于傳統(tǒng)繼電器控制,高了好多個(gè)層級(jí),給予我在科技快速反展的今天，不與時(shí)俱進(jìn)就要被社會(huì)所淘汰的警示.畢業(yè)設(shè)計(jì)讓我檢驗(yàn)自己是否有所進(jìn)步，審視自己還有那些不足,給我未來的方向有所指引。設(shè)計(jì)中解決問題的過程中讓我受益良多，硬件的搭載讓我復(fù)習(xí)了一遍控制理論與繼電保護(hù)知識(shí)，軟件的設(shè)計(jì)要求我靜下心來，不可浮躁.這為畢業(yè)后到工作崗位創(chuàng)造價(jià)值，為脫離了學(xué)校生活后融入社會(huì)，為完成社會(huì)與自我的價(jià)值積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。感謝母校的細(xì)心栽培,指導(dǎo)老師的關(guān)心指導(dǎo),同學(xué)的熱心幫助，今后的時(shí)間我會(huì)到以后的時(shí)間里加倍努力做有意義的事，做有意義的人.６參考文獻(xiàn)［1]程麗，郭?。甈LC控制系統(tǒng)編程與實(shí)現(xiàn)（第三版)［M］.北京：中國鐵道出版社，2010[2]廖常初.可編程序控制器應(yīng)用技術(shù)（第四版)［M]。重慶：重慶大學(xué)出版社,200２［3］俞國亮。PLC原理及應(yīng)用[Ｍ]。北京：清華大學(xué)出版社,2005［4］閆綱．可編程控制器原理及應(yīng)用［M].北京：北京理工大學(xué)出版社，2012［5］張運(yùn)剛,宋小春,郭武強(qiáng).從入門到精通—西門子S７300/400PLＣ技術(shù)與應(yīng)用[M]。北京：人民郵電出版社，2０07。[６]廖常初。S7-３０0/４０0應(yīng)用技術(shù)[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，200５.[7］索楠,馬春燕，李永剛?；冢校藽的礦井提升控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)［Ｊ]．機(jī)械工程與自動(dòng)化，２０12（６)：140。［８]裴志強(qiáng).基于ＰＬC的礦井提升機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)［Ｊ］.自動(dòng)化應(yīng)用，2014(5):4９-6０。［9]朱志勇．基于PLC的礦井提升機(jī)控制系統(tǒng)[Ｊ]。自動(dòng)化應(yīng)用，２014（6):32—41．[10］羅宇航。流行PLＣ實(shí)用程序及設(shè)計(jì)［M］.西安:西安電子科技大學(xué)出版社，20０6［1１]許振.交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展［J].微特電機(jī)，2005,(４)：３９－43.[12]何曉群．礦井提升機(jī)調(diào)速和控制系統(tǒng)的發(fā)展［Ｊ].工礦自動(dòng)化,200９，35(７)：22－25。［13]鄧小盾．基于西門子變頻PＬＣ的礦井提升機(jī)控制系統(tǒng)［J]．煤炭技術(shù),20１２,(１0)：34—3５．［14]原艷紅．基于PLＣ的礦井提升控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J］。煤礦機(jī)械,20１４，35（11）:258-25９．［15］鄧?yán)t.基于變頻器與PLC的載貨節(jié)能環(huán)保電梯設(shè)計(jì)[Ｊ］．煤炭技術(shù)，2012，(1）:5７-59．[1６］譚國俊，羅金盛，陶永正，等?；赟７—３00PLＣ的提升機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)[Ｊ］．電氣傳動(dòng)，2007,37（3）:53—57．[1７]何鳳有，馬志勛,現(xiàn)代交流提升機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)比較［J]．工礦自動(dòng)化，2009，３5（10):８0-８3.［18］宋爽,陳軍霞.基于西門子變頻ＰLC的礦井提升機(jī)控制系統(tǒng)［J］.煤礦機(jī)械,２0０８,29（6）：13１－13４．［19］聶國倫,白生威．基于PLC技術(shù)的礦井提升機(jī)位置與速度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)［Ｊ]．煤礦機(jī)械,2011,32（4）：１５7-160。［２０]田玉麗，郭宗躍．ＰＬＣ在礦井提升信號(hào)系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]．內(nèi)江科技，２008，(８）：108—10９［２１］王玉中,郝文玲．ＰLＣ技術(shù)在提升機(jī)交流電控改造中的應(yīng)用［J］,礦山機(jī)械，20０6，３4（６）：80-84.［22］牟曙光，楊文志.淺談PLC控制器在礦井提升機(jī)上的應(yīng)用［J］.有色金屬，20０8，２４(2)：４９－51.［23］劉雨剛,劉蘭蘭，付貴祥，等。PＬC在礦用提升機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］。煤炭工程，2007（7）：5７－５9．［24］和穎歌.基于PＬC的滿盤提升機(jī)控制系統(tǒng)[J］。制造自動(dòng)化，２０06，28（9)：5３-54．[2５]譚波.變頻調(diào)速礦井提升機(jī)閉環(huán)控制系統(tǒng)的研究與應(yīng)用[D］.長沙：中南大學(xué)，2０0６。［２6]喬磊明。礦井交流提升機(jī)電控系統(tǒng)研究［D]。阜新:遼寧工程技術(shù)大學(xué),200７［2７］李偉．礦井提升機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)［D].太原理工大學(xué),２010,21(9）:2３－25．7致謝感謝華東交通大學(xué)理工學(xué)院電信分院在這四年間的細(xì)心栽培,給了我能做好這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的機(jī)會(huì)。感謝我的指導(dǎo)老師趙老師這段時(shí)間不辭勞苦的指導(dǎo),老師認(rèn)真細(xì)致的講解總能讓我醍醐灌頂,老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)慕虒W(xué)態(tài)度,端正嚴(yán)苛的學(xué)術(shù)要求讓我們得到了極大的鍛煉,更讓我們欽佩。感謝我的同學(xué)們積極的探討交流，讓我認(rèn)識(shí)自己的不足,激發(fā)我向前的動(dòng)力.最后，感謝我所引用材料的先驅(qū)們,正是你們的肩膀，幫助我看到了一個(gè)更廣闊的世界。大學(xué)的四年時(shí)光里，我經(jīng)歷了許多困難事，這使我成長，也收獲了許多感動(dòng),讓我明白在這世界里,不是只能我獨(dú)自艱難前行.漫漫長路在遠(yuǎn)方，我有好友伴同行.四年的時(shí)間里我接到了許多人的幫助,每每想到在困苦之時(shí)他們的友愛之手,內(nèi)心倍感溫暖.大學(xué)生涯即將結(jié)束，滿含不舍與內(nèi)疚,不舍青春時(shí)光指間溜走,不舍老師的敦敦教導(dǎo)，不舍學(xué)校的錯(cuò)落美景，更不舍一群志同道合的同學(xué)。內(nèi)疚青春以遠(yuǎn)，自己無所建樹；內(nèi)疚心在美景，錯(cuò)過老師的良苦用心;內(nèi)疚受人恩惠，卻難以為報(bào)。在多的感激都難以表達(dá)對在我大學(xué)四年里經(jīng)歷的人的感激。在此，我僅能祝福大學(xué)里的老師、同學(xué)們,闔家安康，前程似錦。（2０1１屆)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)基于ＭCＧＳ和PLC的機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué)院（部)：電氣與信息工程學(xué)院專業(yè)：機(jī)電一體化技術(shù)學(xué)生姓名：劉祖光班級(jí)：機(jī)電0821學(xué)號(hào)：指導(dǎo)老師:郭艷杰職稱：講師最終評(píng)定成績：2０11年6月摘要當(dāng)今社會(huì)，科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展，人類活動(dòng)給世界帶來了巨大的改變。在科技進(jìn)步的同時(shí)，以各種控制器控制的不同類型的機(jī)械手以其突出的性能越來越多的被人們所應(yīng)用。機(jī)械手在不同的作業(yè)場合,尤其是在特殊的環(huán)境背景下，為人類活動(dòng)的順利快速進(jìn)行帶來了極大的方便和益處，尤為明顯的是在工業(yè)及軍事領(lǐng)域內(nèi).工業(yè)中大量的生產(chǎn)活動(dòng),存在著很多不便于人類操縱的環(huán)節(jié),特別是在工作環(huán)境較危險(xiǎn)的情況下，如果使用具有遠(yuǎn)程控制功能的機(jī)械手，則可以增加系統(tǒng)的安全性,大大的節(jié)約損耗,提高效率?？梢?在自動(dòng)化、工業(yè)化進(jìn)程中，在特殊背景環(huán)境中使用機(jī)械手已成為一種必然的趨勢。在本設(shè)計(jì)中介紹了國內(nèi)外機(jī)械手研究現(xiàn)狀及PLC的研究發(fā)展趨勢,描述了機(jī)械手控制系統(tǒng)的工作原理和動(dòng)作實(shí)現(xiàn)過程。研究了基于PＬC的機(jī)械手模型控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，還研究了MＣGＳ在機(jī)械手控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。利用組態(tài)軟件MCGＳ設(shè)計(jì)了機(jī)械手模型控制系統(tǒng)監(jiān)控界面,提供了較為直觀、清晰、準(zhǔn)確的機(jī)械手運(yùn)行狀態(tài),進(jìn)而為維修和故障診斷提供了多方面的可能性，充分提高了系統(tǒng)的工作效率。關(guān)鍵詞：機(jī)械手，ＰLC,MCGSAＢＳTＲACTIntoday'ssocieｔy，sｃiｅnｃeandｔｅｃhnoｌogyrapiddｅｖeloｐmeｎt，hｕmａnactivitiescrｅａｔｅworldahugｅchａnge。Iｎthemeａnwhiｌｅ，ｔｅcｈnｏlogiｃａgreｓsｉnｖariousｃontrolｌeｒsdｉffｅrenｔｔyｐｅｓｏfｍanipulatorwithitsouｔstaｎdingｐerｆｏｒmancemorｅａndｍｏreuｓedｂyｐeｏplｅ．Thehomｅwoｒkｉndiffeｒentoｃcasiｏｎｓmanipulatｏr,especｉallyinｔｈeｓpｅcｉalenviｒonｍentconｔeｘtforthehumanａctivitｙｑｕｉcklｙsmoｏthlycausedgreａｔconｖenienceandｂenｅfit，pａｒｔiｃularlyｏｂviouｓinｔｈｅｉnｄｕstrｉalandmiｌitarｙfielｄ.IndｕstriaｌlargeNuｍberｓofｐｒoductionactivｉty,ｔhereareｍａnｙｎotｉtiｓeａsyｆｏrｈumaｎstomanipulatethelｉnk，especiallyinaｂuｓiｎessenvｉｒonｍenｔisdanｇeroussitｕation，ｉfusehaｓremｏteｃｏntｒｏｌfｕｎcｔioｎsmaybｅｉncreaｓedmanipulａt(yī)ｏr,ｔhｅsecurityoｆtheｓyｓtｅm，bｉgsavｅlｏss，ｉｍprｏvｅe(cuò)fficｉenｃy。Visible，ｉｎautｏmａt(yī)ion，thｅｐrｏceｓｓofiｎdｕｓｔriaｌiｚatioｎ，inｓpeｃiaｌbaｃkｇroｕndenｖirｏnmeｎtusｉnｇｍanipulaｔorｈaｓｂecoｍeaninevitablｅtrend.。InｔhisdesigｎthｅpreｓentcｏnｄitｉonofｒｅsearcｈabｏutｄomesticａｎdinｔeｒnatioｎａｌmanipｕlatｏrａndｄeｖeｌoｐmentｔrｅndofresｅarcｈcoｎｃｅrｎｉngPLＣwereintroduced.Thｅprｉnｃｉpleofｗｏrkaｎｄtheｐrocessofａｃtion’ｓrｅaliｚatｉonｏfｍanipulａｔｏrｃontrｏlsyｓtｅmwerｅdｅscribｅｄ。ThedesｉgnofｍanｉpｕlatorｍodｅlｃonｔrolsyｓtｅmｂａsedoｎPLCwasreｓｅａrchedaｎdMＣGS’sapplicａt(yī)ioｎintｈemanｉｐｕｌatｏｒmodelcoｎtｒolsｙstｅmwaｓｒeseａｒchｅd.ＴerｆacｅｏfsupeｒvｉsｉｏnforｔhemanipuｌatorｍodｅlcontrolsystemwasdesｉgnedbｙＭCＧS。Aｎｉntｕitive，ｃlｅarandacｃｕratｅmaｎｉｐｕlatｏroｐｅratingstatｅwaspｒovｉｄed。Andtｈｅnvariｏuspossibiｌiｔiesｆｏｒmａiｎtainａndｂreaｋdoｗn’ｓdｉａgｎｏｓiｓwerepｒoviｄed，tｈｅwｏrk’ｓefficiencyofsystｅｍwasfｕｌｌyeleｖatｅd．Ｋeywｏrdｓ:maｎｉpuｌatoｒ,PLＣ，MCＧS目錄TOC＼o"１-3＂\ｈ\z\u第一章緒論９4870０9０＼h1ＨYPERLINK\l”_Ｔoc2９４870０91＂1。1課題背景ＰAGEＲEF_Toc2９４87０091＼h1ＨＹPＥRLＩNＫ\l＂_Ｔoｃ294870０9２＂１。2設(shè)計(jì)目的和意義PAＧＥＲEF_Tｏc２9４8７009２\h1HYPERLＩNK\l＂_Toc29４8７009３”1。3本文主要工作PAGEREＦ_Toｃ294870０93＼h2HＹPERＬIＮK\l”_Ｔoｃ２9４870094”第2章可編程序邏輯控制器(PLＣ)和機(jī)械手概述PAGＥRＥＦ_Toc2948７0094\h32.1可編程序邏輯控制器（PLC)ＰＡGEREF＿Toc294８７00９5\h32．１．1ＰＬC的結(jié)構(gòu)PＡGEREF＿Ｔｏc2９48700９6\h32．１．2PLC的發(fā)展歷程ＰAGＥREF_Ｔoc294870097\h4HYＰＥRLIＮＫ\l＂＿Ｔoc２9４870098＂２．１。3PLC的硬件ＰAＧEREF_Toc2９4８７0098\h52。1。4ＰＬＣ的主要特點(diǎn)PAGEＲEF＿Toc294870０９9\h62.1．5FX２N系列PＬC介紹PＡＧERＥF_Ｔoc29487０100\h7HYＰＥRLINＫ\l”_Toc2948701０1"２。２機(jī)械手PAGEＲEＦ_Toc29487０101\h９2。2。1機(jī)械手概述PAGERＥF＿Toｃ2９4870102＼ｈ92.２。２機(jī)械手的工作原理PAGEREF_Ｔｏc2９4８7０1０3\h９2．２。3機(jī)械手的發(fā)展趨勢PAGEREF＿Ｔoｃ294870104\h10HYPERLINK\l＂＿Tｏｃ２94870105”第三章系統(tǒng)設(shè)計(jì)ＰAGEREF_Toc２９4870１0５\h113.1系統(tǒng)方案分析設(shè)計(jì)PAＧERＥF_Toc29４870１06\ｈ113。1。1控制要求PAGEREＦ＿Tｏc29487０10７\h１13。１.2方案設(shè)計(jì)ＰAGERＥＦ＿Toc2948701０8\h113.2硬件設(shè)計(jì)ＰAGEREＦ＿Toｃ２９4８70109\h13３。２。１輸入/輸出端子地址分配PAＧＥＲＥF＿Toc２9４870１10\h1３3.2。２PLC接線圖PAGEREＦ_Toc2９4870111\ｈ1３3.3系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)PAGEREF＿Ｔoc29４８70１12\h1４HＹＰERLIＮK3.3．1常用編程方法介紹PＡGEREF_Ｔｏc294８70１13\ｈ１４HYPEＲLＩNK\l＂_Ｔoc294８70114"3。3.2流程圖PAGERＥF_Tｏc2948７0１14\h16３。3．3梯形圖PAGEＲEF＿Toｃ２9４８7011５\h１73。3．4語句表PＡＧEREF_Toc2948７011６\h2０３。4MCGS組態(tài)軟件ＰAＧＥＲEF＿Ｔoc２94870１17\ｈ2１ＨYPＥRLＩＮK４．1系統(tǒng)調(diào)試ＰAＧEREＦ＿Toc２94８7０123\h３５結(jié)論P(yáng)AGERＥF_Toｃ２948701２4\h36參考文獻(xiàn)PAGＥREF＿Toｃ294870125\h37HＹPERＬINK\l”＿Toｃ2９４8７01２6”致謝PAＧEＲEF＿Toc29487０126\h3８HYPＥRＬINK\l＂＿Ｔoc２9４870127＂附錄1FＸ2N基本指令ＰAGＥREF_Tｏc2９４８70127＼h3９第一章緒論1。1課題背景隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，PLC(即可編程邏輯編程器的簡稱)已經(jīng)進(jìn)入日常生產(chǎn)、生活的各個(gè)方面，PＬＣ的應(yīng)用在各行各業(yè)已成為必不可少的內(nèi)容。ＰLＣ作為通用的工業(yè)計(jì)算機(jī),其功能日益強(qiáng)大，已經(jīng)成為工業(yè)控制領(lǐng)域的主流控制設(shè)備。PLC從誕生至今，僅有30年的歷史，但是得到了異常迅猛的發(fā)展，并與ＣＡD／ＣAM、機(jī)器人技術(shù)一起被譽(yù)為當(dāng)代工業(yè)自動(dòng)化的三大支柱。在現(xiàn)代工業(yè)中生產(chǎn)過程的機(jī)械化、自動(dòng)化已成為突出的主題。隨著工業(yè)化的進(jìn)一步發(fā)展，自動(dòng)化已經(jīng)成為現(xiàn)代企業(yè)中的重要支柱，無人車間、無人生產(chǎn)流水線等等,已經(jīng)隨處可見。同時(shí),現(xiàn)在生產(chǎn)中，存在著各種各樣的生產(chǎn)環(huán)境，如高溫、放射性、有毒氣體、有害氣體場合以及水下作業(yè)等,這些惡劣的生產(chǎn)環(huán)境不利于人工進(jìn)行操作。工業(yè)機(jī)械手是近代自動(dòng)控制領(lǐng)域中出現(xiàn)的一項(xiàng)新的技術(shù)，是現(xiàn)代控制理論與工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化實(shí)踐相結(jié)合的產(chǎn)物,并以現(xiàn)代機(jī)械制造生產(chǎn)系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分.工業(yè)機(jī)械手是提高生產(chǎn)過程自動(dòng)化、改善勞動(dòng)條件、提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率的有效率的有效手段之一。尤其在高溫、高壓、粉塵、噪聲以及帶有放射和污染的場合，應(yīng)用更為廣泛。在我國，近幾年來也有較快發(fā)展，并取得一定效果,受到機(jī)械工業(yè)和鐵路部門的重視。本次課題主要是應(yīng)用三菱公司FX２N系列PＬC，對機(jī)械手的上下、左右以及抓取運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制。該裝置機(jī)械部分有滾珠絲杠、滑軌、機(jī)械抓手等；電氣方面由交流電機(jī)、變頻器、操作臺(tái)等部件組成。我們利用可編程技術(shù)，結(jié)合相應(yīng)的硬件裝置，控制機(jī)械手完成各種動(dòng)作.1.2設(shè)計(jì)目的和意義科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展,產(chǎn)品功能要求的日益增多,復(fù)雜性增加，壽命期的縮短，更新?lián)Q代速度加快。然而，產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，尤其是機(jī)械產(chǎn)品方案的設(shè)計(jì)手段,則顯得力不從心，跟不上時(shí)代發(fā)展的需要。目前，計(jì)算機(jī)輔助產(chǎn)品的設(shè)計(jì)繪圖、設(shè)計(jì)計(jì)算、加工制造、生產(chǎn)規(guī)劃已得到了比較廣泛和深入的研究，并初見成效,而產(chǎn)品開發(fā)初期方案的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足設(shè)計(jì)的需要。為此，作者在閱讀了大量文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，概括總結(jié)了國內(nèi)外設(shè)計(jì)學(xué)者進(jìn)行方案設(shè)計(jì)時(shí)采用的方法,并討論了各種方法之間的有機(jī)聯(lián)系和機(jī)械產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的的發(fā)展趨勢。自主創(chuàng)新，重點(diǎn)跨越，支撐發(fā)展，引領(lǐng)未來。自主創(chuàng)新,就是從增強(qiáng)國家創(chuàng)新能力出發(fā)，加強(qiáng)原始創(chuàng)新、集成創(chuàng)新和引進(jìn)消化吸收再創(chuàng)新。重點(diǎn)跨越，就是堅(jiān)持有所為、有所不為，選擇具有一定基礎(chǔ)和優(yōu)勢、關(guān)系國際民生和國家安全的關(guān)鍵領(lǐng)域，集中力量、重點(diǎn)突破,實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展。支撐發(fā)展就是從現(xiàn)實(shí)的緊迫需求出發(fā)，著力突破重大關(guān)鍵、共性技術(shù),支持經(jīng)濟(jì)社會(huì)的持續(xù)協(xié)調(diào)發(fā)展.引領(lǐng)未來，就是著眼長遠(yuǎn)，超前部署前沿技術(shù)和基礎(chǔ)研究，創(chuàng)造新的市場需求,培育新興產(chǎn)業(yè),引領(lǐng)未來經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展。這一方針是我國半個(gè)世紀(jì)科技發(fā)展實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的概括總結(jié)，是面想未來，實(shí)現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興的重要抉擇?？萍既瞬攀翘岣咦灾鲃?chuàng)新能力的關(guān)鍵所在。要把創(chuàng)造良好環(huán)境和條件,培養(yǎng)和凝聚各類科技人才特別是優(yōu)秀拔尖人才，充分調(diào)動(dòng)廣大科技人員的積極性和創(chuàng)造性，作為科技工作的首要任務(wù)，努力開創(chuàng)人才輩出、人盡其才、才盡其用的良好局面，努力建設(shè)一支與經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和國防建設(shè)相適用的規(guī)模宏大、結(jié)構(gòu)合理的高素質(zhì)科技人才隊(duì)伍，為我國科學(xué)技術(shù)發(fā)展提供充分的人才支撐和智力保證。１.3本文主要工作第一章：緒論介紹該課題背景，對該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目的和意義做簡單介紹第二章：系統(tǒng)介紹可編程邏輯控制器ＭCＧS組態(tài)軟件和機(jī)械手第三章：系統(tǒng)方案的分析設(shè)計(jì)及程序的設(shè)計(jì)第四章：系統(tǒng)的調(diào)試及設(shè)計(jì)總結(jié)第２章可編程序邏輯控制器(ＰLC）和機(jī)械手概述２。1可編程序邏輯控制器（ＰＬC)2。１。1PLC的結(jié)構(gòu)PLC和一般的微型計(jì)算機(jī)基本相同，也是由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成的。PLC的硬件系統(tǒng)由微處理器(ＣPU)、存儲(chǔ)器(ＥＰROM，RＯM）、輸入輸出(I/O）部件、電源部件、編程器、Ｉ/O擴(kuò)展單元和其他外圍設(shè)備組成。各部分通過總線（電源總線、控制總線、地址總線、數(shù)據(jù)總線）連接而成[9］。其結(jié)構(gòu)簡圖如下：外設(shè)I/O接口外設(shè)I/O接口輸出部件存儲(chǔ)器EPROM微處理器運(yùn)算器控制器電源輸入部件I/O擴(kuò)展接口I/O擴(kuò)展單元受控元件輸入信號(hào)外部設(shè)備圖2-1PLＣ硬件結(jié)構(gòu)圖PＬC的軟件系統(tǒng)是指ＰLC所使用的各種程序的集合,通?？煞譃橄到y(tǒng)程序和用戶程序兩大部分。系統(tǒng)程序是每一個(gè)PＬC成品必須包括的部分，由PＬＣ廠家提供，用于控制ＰLC本身的運(yùn)行，系統(tǒng)程序固化在EPＲOM中。用戶程序是由用戶根據(jù)控制需要而編寫的程序.硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成了一個(gè)完整的PLC系統(tǒng)，他們是相輔相成，缺一不可的可編程序邏輯控制器（ＰrogramｍａｂｌｅLogiｃCｏntｒoｌｌeｒ）,簡稱PLC。它是一種以微機(jī)處理器為基礎(chǔ)，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通信控制技術(shù)等現(xiàn)代科技而發(fā)展起來的一種新型工業(yè)自動(dòng)控制裝置。（本次課題主要應(yīng)用三菱FＸ2N系列ＰLC進(jìn)行設(shè)計(jì)）２。1。２PLC的發(fā)展歷程在可編程控制器出現(xiàn)前,在工業(yè)電氣控制領(lǐng)域中，繼電器控制占主導(dǎo)地位,應(yīng)用廣泛。但是電器控制系統(tǒng)存在體積大、可靠性低、查找和排除故障困難等缺點(diǎn)，特別是其接線復(fù)雜、不易更改，對生產(chǎn)工藝變化的適應(yīng)性差。１968年美國通用汽車公司(G.Ｍ）為了適應(yīng)汽車型號(hào)的不斷更新,生產(chǎn)工藝不斷變化的需要，實(shí)現(xiàn)小批量、多品種生產(chǎn),希望能有一種新型工業(yè)控制器，它能做到盡可能減少重新設(shè)計(jì)和更換電器控制系統(tǒng)及接線，以降低成本，縮短周期。于是就設(shè)想將計(jì)算機(jī)功能強(qiáng)大、靈活、通用性好等優(yōu)點(diǎn)與電器控制系統(tǒng)簡單易懂、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來，制成一種通用控制裝置,而且這種裝置采用面向控制過程、面向問題的“自然語言"進(jìn)行編程,使不熟悉計(jì)算機(jī)的人也能很快掌握使用。19６9年美國數(shù)字設(shè)備公司（DEＣ）根據(jù)美國通用汽車公司的這種要求，研制成功了世界上第一臺(tái)可編程控制器，并在通用汽車公司的自動(dòng)裝配線上試用,取得很好的效果.從此這項(xiàng)技術(shù)迅速發(fā)展起來。早期的可編程控制器僅有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)等順序控制功能，只是用來取代傳統(tǒng)的繼電器控制，通常稱為可編程邏輯控制器（ＰrogrａmmaｂleLoｇicContｒoｌｌｅr）。隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，20世紀(jì)７0年代中期微處理器技術(shù)應(yīng)用到PLＣ中，使PLC不僅具有邏輯控制功能，還增加了算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送和數(shù)據(jù)處理等功能。2０世紀(jì)80年代以后，隨著大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路等微電子技術(shù)的迅速發(fā)展，16位和32位微處理器應(yīng)用于ＰLＣ中，使PＬC得到迅速發(fā)展。PＬC不僅控制功能增強(qiáng)，同時(shí)可靠性提高，功耗、體積減小，成本降低,編程和故障檢測更加靈活方便,而且具有通信和聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)處理和圖象顯示等功能,使PＬC真正成為具有邏輯控制、過程控制、運(yùn)動(dòng)控制、數(shù)據(jù)處理、聯(lián)網(wǎng)通信等功能的名符其實(shí)的多功能控制器.PＬC的發(fā)展過程大致可以分為如下幾個(gè)階段：１9７0—19８０年：PＬC的結(jié)構(gòu)定型階段。在這一階段，由于PLC剛誕生，各種類型的順序控制器不斷出現(xiàn)（如邏輯電路型、１位機(jī)型、通用計(jì)算機(jī)型、單板機(jī)型等）,但迅速被淘汰。最終以微處理器為核心的現(xiàn)有ＰLＣ結(jié)構(gòu)形成，取得了市場的認(rèn)可，得以迅速發(fā)展。推廣。ＰLＣ的原理、結(jié)構(gòu)、軟件、硬件趨向統(tǒng)一與成熟，PLC的應(yīng)用領(lǐng)域由最初的小范圍、有選擇使用、逐步向機(jī)床、生產(chǎn)線擴(kuò)展.１980-1990年：ＰLC的普及階段.在這一階段,PLＣ的生產(chǎn)規(guī)模日益擴(kuò)大,價(jià)格不斷下降,PLC被迅速普及。各ＰＬC生產(chǎn)廠家產(chǎn)品的價(jià)格。品種開始系列化,并且形成了固定Ｉ／O點(diǎn)型、基本單元加擴(kuò)展塊型、模塊化結(jié)構(gòu)型這三種延續(xù)至今的基本結(jié)構(gòu)模型。PLC的應(yīng)用范圍開始向順序控制的全部領(lǐng)域擴(kuò)展.比如三菱公司本階段的主要產(chǎn)品有F。Ｆ1.Ｆ2小型PＬC系列產(chǎn)品,K/A系列中、大型ＰLC產(chǎn)品等。1990—２00０年，PLC的高性能與小型化階段。在這一階段,隨著微電子技術(shù)的進(jìn)步，PLＣ的功能日益增強(qiáng)，PＬC的ＣＰU運(yùn)算速度大幅度上升、位數(shù)不斷增加,使得適用于各種特殊控制的功能模塊不斷被開發(fā)，PLC的應(yīng)用范圍由單一的順序控制向現(xiàn)場控制拓展。此外,ＰＬＣ的體積大幅度縮小,出現(xiàn)了各類微型化PLC。三菱公司本階段的主要產(chǎn)品有ＦX小型PＬC系列產(chǎn)品，AIＳ/A２US/Q2A系列中,大型PＬC系列產(chǎn)品等。2０00年至今：PLC的高性能與網(wǎng)絡(luò)化階段。在本階段，為了適應(yīng)信息技術(shù)的發(fā)展與工廠自動(dòng)化的需要，ＰLC的各種功能不斷進(jìn)步。一方面,PＬC在繼續(xù)提高ＣＰU運(yùn)算速度，位數(shù)的同時(shí),開發(fā)了適用于過程控制,運(yùn)動(dòng)控制的特殊功能與模塊,使PＬC的應(yīng)用范圍開始涉及工業(yè)自動(dòng)化的全部領(lǐng)域。與此同時(shí)，PLC的網(wǎng)絡(luò)與通信功能得到迅速發(fā)展，ＰＬC不僅可以連接傳統(tǒng)的編程與通入/輸出設(shè)備，還可以通過各種總線構(gòu)成網(wǎng)絡(luò),為工廠自動(dòng)化奠定了基礎(chǔ)。三菱公司本階段的主要產(chǎn)品有FX小型PＬC系列產(chǎn)品（包括最新的FＸ3ｕ系列產(chǎn)品)，Qn,ＱnPH系列中，大型PLC系列產(chǎn)品等。2．１．３PＬC的硬件一、PLC的物理結(jié)構(gòu)根據(jù)硬件結(jié)構(gòu)的不同，可以將PLC分為整體式、模塊式和混合式。１。整體式PLC整體式又叫做單元式或機(jī)箱式,它的體積小、價(jià)格低,對箱體式PLC,有一塊CＰU板、I/O板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，當(dāng)然按CPU性能分成若干型號(hào)，并按I/O點(diǎn)數(shù)又有若干規(guī)格.對模塊式ＰLC,有CＰU模塊、Ｉ/Ｏ模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機(jī)架.無任哪種結(jié)構(gòu)類型的PLC，都屬于總線式開放型結(jié)構(gòu)，其I/Ｏ能力可按用戶需要進(jìn)行擴(kuò)展與組合.2。模塊式ＰLC大、中型PLC一般采用模塊式結(jié)構(gòu)，它由機(jī)架和模塊組成，模塊插在模塊插座上，后者焊接在機(jī)架中的總線連接板上，有不同槽數(shù)的機(jī)架供用戶選用,如果一個(gè)機(jī)架容納不下選用的模塊,可以增設(shè)一個(gè)或數(shù)個(gè)擴(kuò)展機(jī)架，各機(jī)架之間用接口模塊和電纜相連。用戶可以選用不同檔次的CPU模塊、品種繁多的I／O模塊和特殊功能塊，對硬件配置的選擇余地較大,維修時(shí)更換模塊也很方便.3．CPU模塊中的存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器分為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器和用戶程序存儲(chǔ)器，系統(tǒng)程序相當(dāng)于個(gè)人計(jì)算機(jī)中的操作系統(tǒng)，它使PLＣ具有基本的智能，能完成PLC設(shè)計(jì)者的規(guī)定的各種工作。系統(tǒng)程序由PLC的生廠家設(shè)計(jì)并固定化在ROM(只讀存儲(chǔ)器)中，用戶不能讀取。用戶程序由用戶設(shè)計(jì)，它使PLC能完成用戶要球的特定功能，用戶程序存儲(chǔ)器的容量以字節(jié)（B)為單位。(1)．隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（ＲAM）用戶可以用編程裝置讀出RAM中的內(nèi)容，也可以將用戶程序?qū)懭隦AM，因此RＡＭ又叫讀/寫存儲(chǔ)器.RAＭ的工作速度高、價(jià)格便宜、改寫方便。（2)。只讀存儲(chǔ)器（ＲOM)ROM的內(nèi)容只能讀出,不能寫入。(3）.可以電檫出可編程的只讀存儲(chǔ)器（EEＰROM)S７－200用EEPRＯM來存儲(chǔ)用戶程序和長期保存的重要數(shù)據(jù)。4。I/Ｏ模塊各I/O點(diǎn)的通／斷狀態(tài)用發(fā)光二極管(LED）顯示,PLC與外部接線的連接一般用接線端子，某些模塊使用可以拆卸的插座型端子板，不需斷開端子板上的連接線，就可以迅速的更換模塊。輸入模塊：PLＣ通過輸入模塊來接收和采集輸入信號(hào)，通過輸出模塊控制接觸器、電磁閥、電磁鐵、調(diào)速裝置等執(zhí)行器，PＬC控制的另一類外部負(fù)載是指示燈、數(shù)字顯示裝置和報(bào)警裝置等。輸入電路中設(shè)有RC濾波電路，以防止由于輸入觸點(diǎn)抖動(dòng)或外部干擾脈沖引起的錯(cuò)誤輸入信號(hào)。輸出模塊:輸出模塊的率放大元件有大功率晶體管和場效應(yīng)管（驅(qū)動(dòng)直流負(fù)載）、雙向可控硅（驅(qū)動(dòng)交流負(fù)載)和小型繼電器,繼電器可以驅(qū)動(dòng)交流負(fù)載或直流負(fù)載。輸出電流的典型值為０。5—2Ａ，負(fù)載電源由外部現(xiàn)場提供。２．1.4PＬＣ的主要特點(diǎn)一、抗干擾能力強(qiáng),可靠性高PLＣ專門為工業(yè)環(huán)境而設(shè)計(jì)，具有很高的可靠性。它的主要模塊均采用大規(guī)模與超大規(guī)模集成電路,Ｉ/O系統(tǒng)設(shè)計(jì)有完善的通道保護(hù)與信息調(diào)理電路；在機(jī)構(gòu)上對耐熱、防潮、防塵、抗震都有精確考慮;在硬件上采用隔離、屏蔽、濾波、接地等抗干擾措施；在軟件上采用數(shù)字濾波等干擾和故障診斷措施。所有這些使PＬＣ具有較高的抗干擾能力,因此穩(wěn)定、可靠,抗干擾能力強(qiáng)。與繼電器接觸裝置和通用計(jì)算機(jī)相比，PLＣ更能試用工業(yè)現(xiàn)場較為惡劣的生產(chǎn)環(huán)境。二、控制系統(tǒng)機(jī)構(gòu)簡單，通用性強(qiáng)PＬC及外圍模塊品種多，可由各種組件靈活組合成各種大小和不同要求的控制系統(tǒng).在PLC夠成的控制系統(tǒng)中，只需要在PLＣ的端子上接入相應(yīng)的輸入/輸出信號(hào)線即可，不需要諸如繼電器之類的物理電子器件和大量且繁雜的硬接線線路。當(dāng)控制要求改變,需要變更控制系統(tǒng)的功能時(shí),可以用編程器在線或離線修改程序,同一個(gè)PＬC裝置用于不同的控制對象，只是輸入/輸出組件和應(yīng)用軟件的不同.PLC的輸入／輸出可以直接與交流220V、直流24V等強(qiáng)電相連,并有較強(qiáng)的帶負(fù)載能力。三、編程簡單，易于使用PLＣ是面向用戶的設(shè)備,ＰLC的設(shè)計(jì)者充分考慮到現(xiàn)場工程技術(shù)人員的技能和習(xí)慣，因此PLC程序的編制采用梯形圖或面向工業(yè)控制的簡單指令形式。梯形圖與繼電器原理圖相類似，這種編程語言形象直觀，容易掌握，不需要專門的計(jì)算機(jī)知識(shí)和語言，只要具有一定的電工和工藝知識(shí)就可在短時(shí)間內(nèi)學(xué)會(huì)。四、功能完善現(xiàn)代PLC不僅有邏輯運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)、步進(jìn)控制功能，還能完成A/D轉(zhuǎn)換、D/Ａ轉(zhuǎn)換、模擬量處理、高速計(jì)算、聯(lián)網(wǎng)通信等功能，可以通過上位計(jì)算進(jìn)行顯示、報(bào)警、記錄,進(jìn)行人機(jī)對話，使控制水平大為提高。因此，PLC具有極強(qiáng)的適用性,能夠很好地滿足各類型控制的需要，是目前工廠中應(yīng)用最廣的自動(dòng)化設(shè)備。五、體積小、維護(hù)操作方便ＰＬC體積小，質(zhì)量輕，便于安裝。PLC的輸入／輸出系統(tǒng)能夠直觀地反映現(xiàn)場信號(hào)的變化狀態(tài)，還能通過各種方式直觀地控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài),如內(nèi)部工作狀態(tài)、通信狀態(tài)、I/O點(diǎn)狀態(tài)、異常和電源狀態(tài)等，對此均有醒目的指示,非常有利于運(yùn)行和維護(hù)人員對系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控。2。１．5FX２N系列ＰLC介紹FX2N型PLC的主要種類ＦX2N型PLC按品種可以分為基本單元、擴(kuò)展單元、擴(kuò)展模塊和特殊擴(kuò)展設(shè)備?；締卧蓛?nèi)部電源、內(nèi)部輸入輸出、內(nèi)部CPＵ和內(nèi)部存儲(chǔ)器組成，只有基本單元可以單獨(dú)使用,當(dāng)輸入輸出點(diǎn)數(shù)不足時(shí)可以進(jìn)行擴(kuò)展.擴(kuò)展單元由內(nèi)部電源、內(nèi)部輸入輸出組成、需要和基本單元一起使用.擴(kuò)展模塊由內(nèi)部輸入輸出組成，,自身不帶電源，由基本單元、擴(kuò)展單元供電,需要和基本單元一起使用.特殊擴(kuò)展設(shè)備可以分為3類：特殊功能板、特殊模塊和特殊單元，是一些特殊用途的裝置。特殊功能板用于通信、連接和模擬量設(shè)定等，特殊模塊主要有模擬量輸入輸出、高速計(jì)數(shù)、脈沖輸出、接口等模塊，特殊單元用于定位脈沖輸出。FＸ2N型PＬC的初步認(rèn)識(shí)如圖所示為FX2N型PＬC基本單元外形,其主要是通過輸入端子和輸出端子與外部控制電器聯(lián)系的。輸入端子連接外部的輸入元件，如按鈕、控制開關(guān)、行程開關(guān)、接近開關(guān)、熱繼電器接點(diǎn)、壓力繼電器接點(diǎn)、數(shù)字開關(guān)等.輸出端子連接外部的輸出元件，如接觸器、繼電器線圈、信號(hào)燈、報(bào)警器、電磁鐵、電磁閥、電動(dòng)機(jī)等.圖2-2（三菱FX２N系列PLC實(shí)物圖）工作過程（1)輸入采樣階段PLC在輸入采樣階段，首先掃描所有輸入端子,并將各輸入狀態(tài)存入相對應(yīng)的輸入映像寄存器中.此時(shí)，輸入映像寄存器被刷新。接著，進(jìn)入程序執(zhí)行階段,在此階段和輸入刷新階段,輸入映像寄存器與外界隔離,無論輸入端信號(hào)如何變化，其內(nèi)容保持不變，直到下一個(gè)掃描周期的輸入采樣階段,才重新寫入輸入端的新內(nèi)容。(2)程序處理階段根據(jù)PLＣ梯形圖程序掃描原則，ＰLC按從左至右、從上到下的步驟順序執(zhí)行程序。當(dāng)指令中涉及輸入、輸出狀態(tài)時(shí)，PＬC就從輸入映像寄存器中“讀入”對應(yīng)輸入端子狀態(tài)，從元件映像寄存器“讀入”對應(yīng)元件(軟繼電器）的當(dāng)前狀態(tài)。然后進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果再存入元件映像寄存器中。對元件映像寄存器來說,每個(gè)元件（軟繼電器）的狀態(tài)會(huì)隨著程序執(zhí)行過程而變化。（3)輸出刷新結(jié)果階段在所有指令執(zhí)行完畢后，元件映像寄存器中所有輸出繼電器的狀態(tài)（接通/斷開）在輸出刷新階段轉(zhuǎn)存到輸出鎖存器中,通過一定方式輸出,最后經(jīng)過輸出端子驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。２。２機(jī)械手2。２．1機(jī)械手概述工業(yè)機(jī)械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備。工業(yè)機(jī)械手是工業(yè)機(jī)器人的一個(gè)重要分支。他的特點(diǎn)是可通過編程來完成各種預(yù)期的作業(yè)任務(wù),在構(gòu)造和性能上兼有人和機(jī)器各自的優(yōu)點(diǎn)，尤其體現(xiàn)了人的智能和適應(yīng)性.機(jī)器手作業(yè)的準(zhǔn)確性和各種環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在我國民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域有著廣闊的發(fā)展前景。機(jī)器手技術(shù)涉及到力學(xué)、機(jī)械學(xué)、電氣液壓技術(shù)、自動(dòng)化控制技術(shù)、傳感技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的科學(xué)領(lǐng)域，是一門跨學(xué)科綜合性技術(shù)。２.2。２機(jī)械手的工作原理機(jī)械手是一種能自動(dòng)化定位控制并可重新匯編程序以變動(dòng)的多功能機(jī)器。它有多個(gè)自由度，可用來搬運(yùn)物體以完成在各個(gè)不同環(huán)境中的工作。工業(yè)機(jī)械手是近似自動(dòng)控制領(lǐng)域中出現(xiàn)的一項(xiàng)新技術(shù)，并已成為現(xiàn)代制造生產(chǎn)系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分.機(jī)械手主要由手部、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)三大部分組成。手部是用來抓持工件（或工具）的部件,根據(jù)被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結(jié)構(gòu)形式,如夾持型、托持型和吸附型等。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn)動(dòng)（擺動(dòng))、移動(dòng)或復(fù)合運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動(dòng)作，改變被抓持物件的位置和姿勢。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨(dú)立運(yùn)動(dòng)方式,稱為機(jī)械手的自由度。為了抓取空間中任意位置和方位的物體,需有6個(gè)自由度。自由度是機(jī)械手設(shè)計(jì)的關(guān)鍵參數(shù)。自由度越多,機(jī)械手的靈活性越大,通用性越廣,其結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜。一般專用機(jī)械手有2~3個(gè)自由度?？刂葡到y(tǒng)是通過對機(jī)械手每個(gè)自由度的電機(jī)的控制，來完成特定動(dòng)作。同時(shí)接收傳感器反饋的信息,形成穩(wěn)定的閉環(huán)控制?？刂葡到y(tǒng)的核心通常是由單片機(jī)或dsp等微控制芯片構(gòu)成,通過對其編程實(shí)現(xiàn)所要功能。機(jī)械手的迅速發(fā)展是由于它的積極作用正日益為人們所認(rèn)識(shí)。其一，它能部分代替人工操作；其二，它能按照生產(chǎn)工藝要求，遵循一定的程序、時(shí)間和位置來完成工件的傳送和裝卸;其三，它能操作必要的機(jī)具進(jìn)行焊接和裝配。因此，它能大大地改善工人的勞動(dòng)條件，顯著地提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，加快實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化和自動(dòng)化的步伐。因而,受到各先進(jìn)工業(yè)國家的重視，并投入了大量的物力和財(cái)力加以研究和應(yīng)用。尤其在高溫、高壓、、粉塵、噪音以及帶有放射性和污染場合，應(yīng)用得更為廣泛.在我國，近幾年來也有較快的發(fā)展,并取得一定的成果，受到各工業(yè)部門的重視。本項(xiàng)目要求設(shè)計(jì)的機(jī)械手模型可以歸為一類，即通用機(jī)械手.在現(xiàn)代生產(chǎn)企業(yè)中,自動(dòng)化程度較高,大量應(yīng)用機(jī)械手。通過本次設(shè)計(jì),可以增強(qiáng)對工業(yè)機(jī)械手的認(rèn)識(shí),同時(shí)并熟悉掌握ＰＬC技術(shù)、位置控制技術(shù)、氣動(dòng)技術(shù)等工業(yè)常用的技術(shù)2．2．3機(jī)械手的發(fā)展趨勢隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)越來越高，人工工作環(huán)境和工作