毕业设计----基于plc控制的矿井副井提升系统的设计[管理资料]

毕业设计（论文）

题目基于PLC控制的矿井副井提升系统的设计

系别机电工程系

专业

班级

学生姓名

学号

指导教师

毕业设计（论文）任务书

目录

摘要 (1)

第一章绪论 (3)

第二章设计思路 (3)

设计的意义 (3)

提升系统原始资料 (4)

(5)

工作过程 (11)

第三章系统设计 (12)

松下PLC编程软件的基本使用流程图 (12)

FP1的产品及性能简介 (13)

第四章电子数码显示部分简介 (13)

4511芯片介绍 (14)

4518芯片介绍 (15)

4N26芯片介绍 (17)

1413芯片介绍 (17)

第五章操作说明 (19)

第六章结束语 (20)

致谢 (21)

附录1 (22)

附录2 (23)

摘要

计算机控制技术和网络技术在煤炭行业也得到了迅猛的发展。如选煤厂微机自动化系统、矿山电网综合自动化系统、主井绞车自动控制系统、井下主煤流胶带控制系统以及工作面综合监测系统等，这些控制系统都在不同的应用领域改变着传统煤炭行业技术和产业结构，它们极大地提高了煤炭的产量，提高了煤炭生产的安全性，提高了企业的自动化和管理水平。

随着计算机可靠性的提高，价格的大幅度下降，出现了数字调节器、可编程控制器(PLC)以及由多个计算机递阶构成的集中、分散相结合的集散控制系统。测量变送仪表一般为模拟仪表，因而它是一种模拟、数字混合系统。这种系统在功能、性能上较模拟仪表、集中式数字控制系统有了很大进步，可在此基础上实现装置级、车间级的优化控制。由于PLC可编程控制器可靠性高，应用极为方便,已成为当今应用场合最为广泛的工业控制装置，成为机电控制不可缺少的核心控制部件，随着工业生产自动化程度要求的不断提高，更加可靠的可编程控制器(PLC)已应用到煤炭行业的各个系统中，根据PLC的外围设备少，站地面积小、维护量小、安全程度高、易于实现自动化的特点，结合该矿实际，决定选用PLC为核心的控制体统对该井提升信号系统进行改造。

本设计分六章：第一章绪论；第二章设计思路；第三章系统设计；第四章电子数码显示部分简介；第五章操作说明；第六章结束语。

关键词：可编程控制器、PLC、矿井提升系统

Abstract

Computer control technology and network technology in the coal industry has also been rapid development. Computer automation systems, such as coal preparation plant, mining integrated automation system network, the main winch control system, the main underground coal flow control system and the tape face comprehensive monitoring system, these control systems are changing in different areas of application of traditional coal industry technology and industry structure, which greatly improved coal production, improve the safety of coal production, improve the enterprise's automation and management.

With the improved reliability of the computer, the price dropped significantly, there has been digital regulator, programmable logic controller (PLC) and the hierarchical form by a number of computers the concentration of the dispersed phase with the distributed control system. Analog transmission instruments measuring instruments generally, so it is an analog, digital mixing system. This system function, performance than analog gauges, centralized digital control systems have made great progress can be achieved on the basis of this device class, shop-level optimal control. The PLC programmable controller, high reliability, application is very convenient, has become the most widely used applications of industrial control devices and become an indispensable core electrical and mechanical control of control unit, with the required degree of automation of industrial production continues to increase, more reliable Programmable Logic Controller (PLC) has been applied to various systems in the coal industry, according to PLC peripherals little station area of the small, little maintenance, safety, easy to automate the characteristics, combined with the actual mine, decided to use PLC as the core of the control system to upgrade the signal system to transform well.

The design of six chapters: The first chapter; Chapter II design ideas; Chapter III system design; Part IV Introduction to electronic digital display; Chapter instructions; VI concluding remarks.

Keywords: programmable logic controller, PLC, mine hoist system

第一章绪论

平煤集团十三矿位于平顶山市东北17公里襄、郏两县交界处，始建于1993年,是平煤集团大型骨干矿井之一。十三矿是国家"九五"重点建设项目，也是平煤集团近20年来唯一开工建设的大型矿井。矿区地跨襄、郏两县,公路、铁路四通八达，交通便利。1993年12月开工建设，2002年5月验收投产，现有在册职工2080人，专业技术人员227人，高、中级职称人员91人，十三矿集原煤生产、洗选加工、矸石发电为一体，年设计生产、入洗原煤180万吨,年发电能力2×5万KW。,井田面积45平方公里, 工业储量32566万吨,可采储量17459 万吨，服务年限74．6年,主要可采煤层为己组煤,，煤种为贫瘦煤。该煤种是平煤集团的一个新煤种，适合电力、冶金、炼焦、精煤洗选等行业的工业用煤，深受广大用户的欢迎和好评。企业北靠玉带汝河，南眺紫云书院，东邻许南公路，专用铁路直通矿区，地理位置优越，交通快捷方便，矿区环境优美，管理严格规范。

第二章设计思路

设计的意义

随着科技的发展，人们的日用需求量越来越大。21世纪能源结构将发生巨大变化，煤炭在能源结构中的比例将会下降，我国也不例外。但是，由于我国石油、天然气的储量有限，煤炭的主导地位在短时间内不会有根本的改变。据有关部门预测，到2010年我国需要煤13．4亿t。

20世纪90年代，我国已成为世界第一大产煤国，我国煤炭资源丰富，劳动力廉价，本应在国际市场竞争中占有优势，但由于技术、管理、体制等原因，大多数煤矿的劳动力效率低下。1998年我国原有统配煤矿的平均全员效率仅为美国的1．6％，澳大利亚的1．78％；工人年工资仅为美国的2％，澳大利亚的1．15％，工资差别如此之大，但吨煤劳动成本还是超过了美国。目前，煤炭企业已难以盈利，甚至亏损，如不尽快改变这种状态，入世后国外优质廉价煤炭可能涌入我国，我国煤炭企业的前景将不容乐观。

我国未来煤炭企业的出路在哪里?从先进采煤国和我国神华、兖州等矿区“九五”的发展经验，以及其它传统产业发展的经验得到的结论是：用高新技术改造传统的煤炭工业。

例如，美国和澳大利亚80年代以来引进长壁开采技术，在工作面采用大功率电牵引采煤机、电液控制的液压支架和具有软启动功能的刮板输送机；主煤皮带式运输采用变频调速、CS T机械及电气调速装置，计算机和各种保护传感器组成的集中控制系统；提升机采用全数字化直流或交-交变频提升机等等。上述这些采用电力电子、自动化、计算机、信息技术、网络技术的机电一体化设备，使综采效益达到前所未有的水平，成为世界上煤炭工业效益最好的国家，煤矿安全也名列世界的前茅。上述例子都说明采用高新技术改造传统煤炭工业，不仅在市场竞争中将处于优势地位，煤矿安全也得到很大提高，达到世界先进采煤国的水平。应用高新技术改造传统煤炭企业还可以提高企业现代管理水平，改变煤炭工业的形象。

提升系统原始资料

平煤集团十三矿主井绞车系JKMD—4×4（Ⅲ）E落地式多绳摩擦轮提升机，直接传动，，，由直流电动机拖动。直流电动机采用ZKTD285/75型、2500KW、900V、3122A、、他励、励磁电压110/55V、、。电气控制采用全数字控制磁场换向SCR—D系统，可实现无级调速，具有较好的运行特性，能实现高效运行。控制系统分全自动、半自动、手动、验绳操作。调节系统采用德国进口原装6RA23全数字调节器。操作系统采用美国进口原装GE90—30可编程序控制器。因种种原因需要GE90—30退出运行时，经操作转换开关可使提升机在GE90—30退出的事故状态下转入继电器方式简易开车。此外，当整流柜或变压器一组发生事故时，通过方式转换柜，可将其脱离系统，提升机可在降低功率下满载半速运行。

矿副井信号系统从建井处接管过来时，井上下联系信号都是靠灯泡和电铃来实现的，在信号系统与主控系统没有相应的闭锁及联锁的情况下，经常出现打错点和拉错方向的事故。由PLC控制的信号系统，成功地完成了信号系统与主电控系统的闭锁及联锁，实现了以下功能：

1、井上下信号必须一致方可开车。

2、井下信号只能通过井上信号才能传至绞车房，不能直接传至绞车房。

3、事故停车点，由井上、下直接传至绞车房，停止绞车运行。

4、打正向点只能开正向车，而不能开反向车，反之亦然，即实现了方向闭锁功能。

5、打慢点只能开慢车，而不能开快车，速度可控制在1m/s 以下，即实现了快慢连锁功能。

具体打点次数示表4--1：

表 4--1

SR 左移移位指令（Shift register ）

SR 是左移移位指令，其书写格式见PLC 图4-1

。

PLC 图 4-1

具体说明如下：

1、该指令的移位对象只限于内部寄存器WR ，它可以指定WR 中任意一个作为移位寄存器使用。

2、IN 端为数据输入端。该端接通，移位输入的是“1”；该端断开。移位输入的是“0”。

3、CP 端是移位脉冲输入端。该端每接通一次（上升沿有效），指定寄存器的内容左移1bit 。

4、R 端是复位端。该端一旦接通，指定寄存器的内容全部清零，且移位动作停止。R 端比CP 端优先权高。

这套信号系统与主控系统的闭锁及联锁功能由PLC 控制，通过继电器执行这种闭锁及连锁功能，其原理图如下图4--2：

Z1、Z2接点串入主电路反向给定回路

Z3、Z4接点串入主电路正向给定回路

Z5、Z6接点串入主电路快点开车给定回路

Z7、Z8接点串入主电路反向给定回路

工作原理图

4--2

梯形图如下：

I/O分配表：

X1：井下打点

X2：井下停点

X3：井上打点

X4：井上停点

Y0：为正快（快上）

Y1：为正慢（慢上）

Y2：为反快（快下）

Y3：为反慢（慢下）

Y4：下井电铃

Y5：上井电铃

Y6：车房电铃

Y7：红灯指示

Y8：下井显示置位

Y9：上井显示置位

YA：下井显示复位

YB：上井显示复位

中间继电器：

R24：下井移位复位

R25：上井移位复位

工作过程

1、当需要“快上”时，下井口先打点（即显示“2”），此时X1动作2次，移位寄存器左移2位R1闭合，接通内部继电器R20，X1由于接通触发Y8“2”次，接通外部电路在数码管上显示“２”；同时上井口、下井口电铃打铃２次；上井口接到打点信号后，开始打点。X3为上井口打点器，同时打点“２”，左移指令SR WR1也向左移２位，触点R11接通，此时Y0接通，电机做“正上”快速运动；同时由于Y0互锁，指示电路Y7接通，红色指示灯亮。上井口打点时，Y4、Y5、Y6继电器接通，下井口、上井口、绞车房电铃响，打几次点，响几次铃，此时Y9也接通，触发上井口显示电路显示“２”；当达到井面时，停车开关X

2、X4打点寄存器复位，线圈失电，绞车停车、显示器复位。

2、当需要绞车“快下”时，下井口先打点3下（即显示“3”），移位寄存器由于复位从新开始，至R2，此时，R0～R2接通,R1、R20失电不起作用,R21带电,其相应的触点动作闭合,上井下井电铃响,下井显示"3",上井听到指示后开始打点,过程与上相同,绞车开动。

3、当需要绞车“慢上”时，绞车开慢车，正方向，下井打点“4”为慢车，显示器显示为“4”，此时，其甩掉原有电路，使其电压通过限流电阻降低电压值，使绞车速

度慢下来，通过R4的互锁作用，使其余继电器不工作，通过ZJ3所接外部触点来转换电路工作的。

4、慢下工作方式与此相同，只不过方向相反。

第三章系统设计

设计分可编程控制器（PLC）控制信号系统和电子数码显示部分，可编程控制器（PLC）主要控制矿井提升的信号系统，电子数码显示部分主要显示信号点数，提醒打点人员打点、车房开车人员开、停车。如下图示：

松下PLC编程软件的基本使用流程图

本系统采用日本松下FP1编程器编写（PLC程序采用了SR左移移位指令、微分指令、内部继电器组成）。

松下PLC编程软件的基本使用流程图：

在可编程控制器中有多种程序设计语言,它们是梯形图语言、布尔助记符语言、功能表图语言、功能模块图语言及结构化语句描述语言等。

FP1的产品及性能简介

FP1属于小型机。产品型号以C字母开头代表主控单元（或称主机），以字母E开头代表扩展单元（或称扩展机），后面跟的数子代表I/O点数。该产品包括C14—C72六款主控单元和E8—E40四款扩展单元，形成系列化产品。其中FP1—C24型可编程控制器的主控单元外形图和相关部件说明如图3—1所示。表3—1列出了FP1的主要产品规格类型。主控单元和扩展单元的I/O点说2加起来最多可达152个点。在主控单元内含有高速计数器，可输入的脉冲频率高达5KHz，并能同时输入两路脉冲，晶体管输出型PLC可输出频率可调的脉冲信号。主控单元还有8个中断源的中断优先权管理等功能。同时通过PC机可以对PLC进行梯形图程序的编辑、状态监控等。除主控单元和扩展单元以外，还有A/D、D/A单元和C—NET链接单元等高级模块，可进行模拟量处理，并可方便地构成工业现场PLC控制网络。FP1扩展单元和高级单元的配置如图3—2所示，对应的I/O地址分配请参见附录一。

第四章电子数码显示部分简介

数字显示由光电隔离、单稳态触发器、双BCD同步记数器、达林顿晶体管阵列、及外部电路组成。

光电隔离（集成电路4N26）可通过光电实现防止其它信号误触发。

单稳态触发器（集成电路4528）

双BCD同步记数器（集成电路4518）

4511芯片介绍

在同一单片结构上由Cos/Mos逻辑器件和n-p-n双极型晶体管器件构成。这些器件的组合，使14511具有低静态耗散和高抗干扰及电流高达25mA的性能。由此可直接驱动LED及其它显示器件，LT/、BI/、LE输入端可分别检测显示，亮度调制，存贮或选通-BCD码等功能，当使用外部多路转换电路时，可多路转换和显示几种不同的信号。

功能表：

LE BT/ LT/ D C B A a b c d e f g X X L X X X X H H H H H H H X L H X X X X L L L L L L L L H H L L L L H H H H H H H L H H L L L L L H H L L L L L H H L L H L H H L H H H H L H H L H L H H H H H L L H L H H L H L L L H H L L H H L H H L H L H H L H H L H H

输出状态锁定在上一个LE=L时、A～D的输入状态工作条件：

电源电压范围：3V～15V，

输入电压范围：0V～VDD，

工作温度范围：

M 类：-55℃～125℃，

E 类：-40℃～85℃，

极限值：

电源电压：～18V，

输入电压：～VDD+，

输入电流：±10mA,

贮存温度：-65℃～150℃

引出端功能符号：

A～D：二进制数据输入端，

BI/：输出消隐控制端，

LE：数据锁定控制，

LT/：灯测试，

VDD：正电源，

VSS：地，

a～g：数据输出端。

4518芯片介绍

4518双重BCD 加计数器，由两个相同的同步4级计数器构成。计数器为D 型触发器，具有内部可交换CP 和EN 线，用于在时钟上升沿或下降沿加计数，在单个单元运算EN 输入保持高电平，且在CP 上升沿进位、CP 线为高电平时，计数器清零。

计数器在脉动模式可级联，通过将Q3连接至下一个计数器的输入可实现级联，同时后者的CP 输入保持低电平。 功能表：

输 入

输出功能 CP CR EN ↑ L H 加计数 L L ↓ 加计数 ↓ L X 保持 X L ↑ ↑ L L H L ↓ X

H

X

全部为L

工作条件：

电源电压范围：3V ～15V ， 输入电压范围：0V ～VDD ， 工作温度范围：

M 类：-55℃～125℃， E 类：-40℃～85℃， 极限值：

电源电压：～18V ，

输入电压：～VDD+，

输入电流：±10mA,

引出端功能符号：

1CP、2CP：时钟输入端，

CR（REST）：清除端，

EN：计数允许控制端，

1Q1～1Q4：计数输出端，

2Q1～2Q4：计数输出端。

4N26芯片介绍

4N26为光电隔离集成模块，具有抗外界电磁干扰和防止误触发特点。触发性能好，工作稳定。

①信号输入端，

②VSS地，

⑥控制信号输出端，

⑦VDD电源端。

1413芯片介绍