礦山機(jī)電畢業(yè)論文（含外文翻譯）連續(xù)采煤機(jī)電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　本科畢業(yè)論文</b></p><p><b>　?。?0 屆）</b></p><p>　　連續(xù)采煤機(jī)電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　DESIGN OF ELECTRIC CONTROL SYSTEM OF CONTINUOUS MINER</p><p>　　

2、所在學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級 礦山機(jī)電 </p><p>　　學(xué)生姓名 學(xué)號 </p><p>　　指導(dǎo)教師 職稱 </p><p>　　完成日期

3、 年 月 </p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）共 64 頁（其中：外文文獻(xiàn)及譯文23頁） 圖紙共1張 </p><p><b>　　遼寧工程技術(shù)大學(xué)</b></p><p>　　本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）學(xué)生誠信承諾保證書</p><p>　　本人鄭重承諾：《連續(xù)采煤機(jī)電氣控制系統(tǒng)

4、設(shè)計(jì)》畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的內(nèi)容真實(shí)、可靠，系本人在 指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下，獨(dú)立完成。如果存在弄虛作假、抄襲的情況，本人承擔(dān)全部責(zé)任。</p><p><b>　　學(xué)生簽名：</b></p><p>　　年 月 日</p><p><b>　　遼寧工程技術(shù)大學(xué)</b></p><p>

5、;　　本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）指導(dǎo)教師誠信承諾保證書</p><p>　　本人鄭重承諾：我已按學(xué)校相關(guān)規(guī)定對 同學(xué)的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的選題與內(nèi)容進(jìn)行了指導(dǎo)和審核，確認(rèn)由該生獨(dú)立完成。如果存在弄虛作假、抄襲的情況，本人承擔(dān)指導(dǎo)教師相關(guān)責(zé)任。</p><p><b>　　指導(dǎo)教師簽名：</b></p><p>　　年 月 日&l

6、t;/p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)以“連續(xù)采煤機(jī)電氣控制系統(tǒng)”為選題背景，以美國久益（JOY）公司的12CM15型連續(xù)采煤機(jī)為例，對原有的連采機(jī)截割部電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，詳細(xì)分析和設(shè)計(jì)了采用傳感器對連采機(jī)各種參數(shù)進(jìn)行采集，并通過PLC、觸摸屏和組態(tài)軟件對連采機(jī)進(jìn)行檢測和控制的基本原理和方法。通過傳感器和保護(hù)元件對連采機(jī)的溫度參數(shù)等各種

7、參數(shù)的采集以及對連采機(jī)截割部電動機(jī)進(jìn)行過載保護(hù)，結(jié)合通信技術(shù)，將信號以模擬量或開關(guān)量的形式傳送至PLC，PLC通過對信號的處理，邏輯分析來對連采機(jī)進(jìn)行啟動、停止和故障處理，并通過現(xiàn)場的觸摸屏和遠(yuǎn)程的上位機(jī)組態(tài)軟件對連采機(jī)進(jìn)行監(jiān)控，以保證連采機(jī)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。本設(shè)計(jì)主要設(shè)計(jì)連續(xù)采煤機(jī)截割部電氣控制系統(tǒng)。</p><p>　　關(guān)鍵詞： 連續(xù)采煤機(jī)；截割部；電氣控制</p><p>

8、<b>　　Abstract</b></p><p>　　The design of "continuous miner electrical control system" for the background, to the United States Joy (JOY) Company 12CM15 type continuous miner, for exampl

9、e, even the original mining machine cutting unit electrical control system improvements , detailed analysis and design of the basic principles and methods of using sensors Continuous Mining machine parameters for the col

10、lection, and by PLC, touch screen and even the mining machine configuration software to detect and control. Through sensor</p><p>　　Key words：Continuous miner; cutting unit; electrical control</p><

11、;p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p>　　2 連續(xù)采煤機(jī)設(shè)備介紹4</p><p>　　2.1連續(xù)采煤機(jī)的基本組成4</p><p>　　2.2連續(xù)采煤機(jī)工作原理6</p><p>　　2.3連續(xù)采煤機(jī)截

12、割部阻力計(jì)算7</p><p>　　3 連續(xù)采煤機(jī)電氣設(shè)備概述9</p><p>　　3.1連續(xù)采煤機(jī)電氣控制系統(tǒng)簡介9</p><p>　　3.2 電動機(jī)選型及其特性12</p><p>　　3.2.1電動機(jī)選型12</p><p>　　3.2.2異步電動機(jī)固有機(jī)械特性12</p><

13、p>　　3.3.3電動機(jī)的固有啟動特性14</p><p>　　3.2.4電動機(jī)變頻調(diào)速機(jī)械特性15</p><p>　　3.2.5三相異步電動機(jī)的制動特性16</p><p>　　3.3 變頻器選型設(shè)計(jì)18</p><p>　　4 PLC硬件選型22</p><p>　　4.1 S7-200系列PL

14、C性能簡介22</p><p>　　4.2 PLC各組成部分及作用23</p><p>　　4.3可編程序控制器的工作原理24</p><p>　　4.4 PLC中央處理模塊的選型設(shè)計(jì)27</p><p>　　4.4.1 PLC的CPU模塊選擇27</p><p>　　4.4.2 擴(kuò)展模塊的選擇29<

15、/p><p>　　5 PLC軟件程序設(shè)計(jì)31</p><p>　　6 保護(hù)電路設(shè)計(jì)37</p><p>　　6.1截割電機(jī)熱保護(hù)設(shè)計(jì)37</p><p>　　6.2截割電機(jī)過載保護(hù)設(shè)計(jì)38</p><p>　　6.3 恒功率自動控制保護(hù)設(shè)計(jì)39</p><p><b>　　7

16、結(jié)論41</b></p><p><b>　　致謝42</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)43</b></p><p><b>　　附錄A44</b></p><p><b>　　附錄B54</b></p>&

17、lt;p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　連續(xù)采煤機(jī)起源于美國，從1949年美國利諾斯公司研制成功第一臺連續(xù)采煤機(jī)以來，已經(jīng)歷了半個世紀(jì)的發(fā)展歷程。到現(xiàn)在，連續(xù)采煤機(jī)已日臻完善，其采掘工藝走向成熟，不僅美國，而且世界許多國家，在房柱式采煤、回收邊角煤以及長臂開采的煤巷快速掘進(jìn)中得到了廣泛的應(yīng)用，在單產(chǎn)、單進(jìn)作業(yè)過程中創(chuàng)出了前所未有的水平，效益十分可觀，為采煤界所公認(rèn)。

18、</p><p>　　這套技術(shù)裝備，在60年代之前，主要用于房式或房柱式采煤，到60年代之后，美國推廣應(yīng)用于長臂采煤的準(zhǔn)備巷道快速掘進(jìn)中，現(xiàn)在在許多國家中使用，發(fā)展很快，取得了顯著地經(jīng)濟(jì)效益。它的發(fā)展演變過程，按落煤機(jī)構(gòu)劃分，大體經(jīng)歷了以下三個階段：</p><p>　　第一階段，40年代，以利諾斯公司CM28H型和久益公司的3JCM及6CM型為代表的截鏈?zhǔn)竭B續(xù)采煤機(jī)，主要用于開采煤炭、鉀

19、堿、鋁土、硼砂、頁巖及永凍土等；缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、裝煤效果差、生產(chǎn)能力不高。</p><p>　　第二階段，50年代，以久益公司的8CM型為代表的擺動式截割頭連續(xù)采煤機(jī)，其優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)能力高，裝煤效果好；缺點(diǎn)是震動大，維護(hù)費(fèi)用高。</p><p>　　第三階段，60年代至今，是滾筒式連續(xù)采煤機(jī)高速發(fā)展，且日趨成熟的階段。60年代末，久益公司生產(chǎn)出10CM、11CM系列的連續(xù)采煤機(jī)，它是現(xiàn)代這

20、種機(jī)型的雛形，到70年代末，在11CM型基礎(chǔ)上又生產(chǎn)出12CM系列連續(xù)采煤機(jī)。</p><p>　　經(jīng)過對12CM系列連續(xù)采煤機(jī)的不斷改進(jìn)、完善和提高，生產(chǎn)出適用于開采中硬煤的12CM12-10B、12CM18-10D和B型機(jī)，以及適用于特別堅(jiān)硬煤層的12HM31C型和B型機(jī)。</p><p>　　美國是使用臺數(shù)最多、使用成效最好的國家。井工采煤產(chǎn)量的50%是靠連續(xù)采煤機(jī)生產(chǎn)的.長臂工作面

21、的采區(qū)巷道、工作面平巷全由連續(xù)采煤機(jī)掘進(jìn)。美國連續(xù)采煤機(jī)掘進(jìn)平均班進(jìn)尺60m，日產(chǎn)煤2000t，并有許多高產(chǎn)工作面，日進(jìn)達(dá)百米，月產(chǎn)煤超10萬t。</p><p>　　英國長期以來，井工開采一直以長臂為主，掘進(jìn)巷道主要靠懸臂式掘進(jìn)機(jī)，但自80年代后期到現(xiàn)在，使用連續(xù)采煤機(jī)取得了良好的效果。目前，英國最大的RJBudg公司擁有連續(xù)采煤機(jī)80多臺，使用連續(xù)采煤機(jī)掘進(jìn)進(jìn)尺占總進(jìn)尺的65%。使用連續(xù)采煤機(jī)掘進(jìn)已成為英國煤

22、巷掘進(jìn)的主要方法之一，是英國煤炭工業(yè)近幾十年來技術(shù)變革的一個重要方面。德國使用連續(xù)采煤機(jī)在海底煤層開采已有40年的歷史，而且效益最好，曾有5個回采工作面，保持年產(chǎn)量200萬t。</p><p>　　在南非井工煤產(chǎn)量的90%是用連續(xù)采煤機(jī)房柱式生產(chǎn)的，但南非的煤質(zhì)特別堅(jiān)硬，截齒消耗量一般為萬噸125個，相當(dāng)于每個截齒只能生產(chǎn)80t煤。據(jù)95年不完全統(tǒng)計(jì)，目前，世界上使用的連續(xù)采煤機(jī)約有2100余臺套，其中美國有16

23、00臺套，南非有220臺套，澳大利亞有190臺套，英國有90臺套。</p><p>　　1976年我國開始引進(jìn)連續(xù)采煤機(jī)，到現(xiàn)在為止，大體上可分為兩個階段。</p><p>　　第一階段：80年代，引進(jìn)單機(jī)為主，共引進(jìn)32臺，使用較好的是大同礦務(wù)局大斗溝礦。1983年，在巷道斷面15m²平巷掘進(jìn)中使用12CM11和12CM14型連續(xù)采煤機(jī)，最高月產(chǎn)原煤3.5萬t，年產(chǎn)30萬t，年

24、進(jìn)尺近萬米，平均日進(jìn)尺30m。目前，這批設(shè)備由于多數(shù)不配套，掘進(jìn)巷道斷面偏小，備件供應(yīng)困難，維護(hù)管理技術(shù)跟不上等原因，基本上在生產(chǎn)中已不使用了。</p><p>　　第二階段：90年代，以 配套引進(jìn)為主。黃陵礦區(qū)和神東公司先后配套引進(jìn)27臺套，由于房柱式開采和長臂工作面煤巷掘進(jìn)，取得了優(yōu)異的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。據(jù)神東公司的統(tǒng)計(jì)，使用它比使用懸臂式掘進(jìn)機(jī)每米成巷成本低160元。大柳塔煤礦采用1臺連續(xù)采煤機(jī)、1臺錨桿鉆機(jī)、

25、2臺運(yùn)煤車：雙巷掘進(jìn)，于2000年6月掘進(jìn)斷面為18.9m²（5.4m×3.5m）的煤巷，月進(jìn)尺達(dá)2843.5m，共產(chǎn)原煤，工作效率達(dá)2.93m³/工；65.1/工。</p><p>　　范各莊煤礦使用AM50型懸臂式掘進(jìn)機(jī)，曾創(chuàng)造月進(jìn)1153.5m的好成績，折算標(biāo)準(zhǔn)巷道斷面進(jìn)尺1762m,產(chǎn)煤量23948t，但全員工效僅為0.255m/工，合2.6t/工。不難看出，懸臂式掘進(jìn)機(jī)的工

26、效是無法與連續(xù)采煤機(jī)相比的。</p><p>　　但是，連續(xù)采煤機(jī)一般只適用于煤巷的矩形斷面掘進(jìn)，而懸臂式掘進(jìn)機(jī)不僅可在煤巷中掘進(jìn)，而且還在普氏系數(shù)f=6~8級半煤巖巷中掘進(jìn)矩形、梯形、拱形等斷面。</p><p>　　據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，美國、英國、南非等國，不論在房柱式采煤還是長臂采煤巷掘進(jìn)中，連續(xù)采煤機(jī)都具有很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，而它的缺點(diǎn)是初期投資費(fèi)用比懸臂式掘進(jìn)機(jī)大，僅限于煤巷中使

27、用。</p><p>　　隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)和人民生活對煤炭的需求依然有增無減。煤炭在我國一次能源生產(chǎn)和消費(fèi)構(gòu)成中的比例一直在70%左右，這種以煤為主的能源生產(chǎn)和消費(fèi)格局在未來相當(dāng)長的時期內(nèi)不會改變。</p><p>　　作為一個煤炭生產(chǎn)和消耗的大國，煤炭企業(yè)應(yīng)注重生產(chǎn)過程的效率和安全，為此，煤炭工業(yè)自動化是當(dāng)前迫切需要解決的問題。</p><p>　

28、　2 連續(xù)采煤機(jī)設(shè)備介紹</p><p>　　2.1連續(xù)采煤機(jī)的基本組成</p><p>　　連續(xù)采煤機(jī)通由截割機(jī)構(gòu)、裝運(yùn)機(jī)構(gòu)、行走機(jī)構(gòu)、液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、冷卻噴霧除塵裝置以及安全保護(hù)裝置等組成。</p><p>　　美國生產(chǎn)的連續(xù)采煤機(jī)適用于薄、中厚及厚煤層，其截割高度一般在0.8~3.9m，最大截高可達(dá)6m。不同截高的連續(xù)采煤機(jī)的結(jié)構(gòu)雖有區(qū)別，但其結(jié)構(gòu)的基本特

29、點(diǎn)是一致的。</p><p>　　多電機(jī)驅(qū)動，模塊化布置。連續(xù)采煤機(jī)都采用多電機(jī)分別驅(qū)動截割、裝運(yùn)、行走、冷卻噴霧除塵及液壓系統(tǒng)等，簡化了傳動系統(tǒng)，電動機(jī)多達(dá)6~8臺。在總體布置上將各機(jī)構(gòu)的電動機(jī)、減速器及其控制裝置全部安設(shè)在機(jī)架外側(cè)，便于維修檢修。設(shè)計(jì)上將工作機(jī)構(gòu)及其驅(qū)動系統(tǒng)分開，構(gòu)成簡單獨(dú)立的模塊式組合件，便于拆運(yùn)、安裝、維護(hù)和故障處理，從而達(dá)到縮短停機(jī)時間，減少維護(hù)的目的，這也有利于采煤機(jī)實(shí)現(xiàn)自動監(jiān)控和故障

30、診斷，提高運(yùn)行的可靠性。</p><p>　　橫軸式滾筒，強(qiáng)力截割機(jī)構(gòu)。連續(xù)采煤機(jī)一般采用橫軸式滾筒截割機(jī)構(gòu)，滾筒寬度大、截割煤體面積寬，落煤能力強(qiáng)，生產(chǎn)能力大，這是區(qū)別于一般縱軸式部分?jǐn)嗝婢蜻M(jìn)機(jī)的主要特點(diǎn)。</p><p>　　連續(xù)采煤機(jī)的截割滾筒上，裝有按螺旋線布置的齒座和錐形截齒，左右截割滾筒分別由2臺交流電機(jī)經(jīng)各自的減速器減速后同步驅(qū)動。電動機(jī)、減速器和截割滾筒安裝在截割臂上，截割

31、臂則鉸接在采煤機(jī)機(jī)架上并由2個升降液壓缸驅(qū)動實(shí)現(xiàn)上、下擺動，滾筒截割落煤。</p><p>　　截割機(jī)構(gòu)性能的好壞直接影響連續(xù)采煤機(jī)的生產(chǎn)能力以及采掘速度和效率。近年來，由于煤礦集中化生產(chǎn)的發(fā)展以及高效高產(chǎn)礦井的出現(xiàn)，對連續(xù)采煤機(jī)的性能不斷提出新的要求，連續(xù)采煤機(jī)的裝機(jī)總功率已增長到690kW，一般也在300~500kW。裝機(jī)總功率的增長中，以截割電動機(jī)容量的增長最快，已從過去占總裝機(jī)總?cè)萘康?0%增至60%，普

32、遍已達(dá)300kW左右。當(dāng)前，新型的連續(xù)采煤機(jī)已具備截割堅(jiān)硬煤層，包括天然堿和鉀堿的能力。連續(xù)采煤機(jī)向提高截割效率、增大截割能力的強(qiáng)力截割方向發(fā)展。</p><p>　　右截割滾筒 2.截割鏈 3.懸臂筒形輪轂 4.截割臂 5.截割鏈張緊裝置</p><p>　　6.左截割滾筒 7.截割電動機(jī) 8.扭矩軸 9.摩擦離合器</p><p><b>　　圖2-1

33、截割機(jī)構(gòu)</b></p><p>　　Fig .2-1 cutting mechanism</p><p>　　側(cè)式裝載，刮板運(yùn)輸機(jī)構(gòu)。連續(xù)采煤機(jī)的裝運(yùn)機(jī)構(gòu)由側(cè)式裝載機(jī)構(gòu)、裝煤鏟板、刮板輸送機(jī)及其驅(qū)動裝置組成。工作時，側(cè)式裝載機(jī)構(gòu)在裝煤鏟板上收集從滾筒截落的煤炭，再經(jīng)刮板輸送機(jī)機(jī)內(nèi)轉(zhuǎn)載至連續(xù)采煤機(jī)機(jī)后卸載。</p><p>　　履帶行走機(jī)構(gòu)。連續(xù)采煤機(jī)主

34、要用于房柱式采煤作業(yè)，機(jī)器調(diào)動比較頻繁，截割滾筒的截割阻力較大，要求行走機(jī)構(gòu)既有較好的靈活性，又有較大的穩(wěn)定性。因此，近代連續(xù)采煤機(jī)普遍采用電牽引履帶行走機(jī)構(gòu)，它比軌輪式靈活，較膠輪式具有更高的穩(wěn)定性。</p><p>　　液壓供水系統(tǒng)。連續(xù)采煤機(jī)的液壓系統(tǒng)普遍為泵-缸開式系統(tǒng)。液壓泵多為雙聯(lián)齒輪泵，由1臺交流電動機(jī)驅(qū)動。液壓缸有單作用、雙作用和雙伸縮幾種型式，是實(shí)現(xiàn)截割臂、裝煤鏟板、刮板輸送機(jī)穩(wěn)定靴的升降或水平

35、擺動以及行走履帶制動閘動作的執(zhí)行機(jī)構(gòu)?？刂品绞接惺謩雍碗姶砰y兩種。管路系統(tǒng)中裝有完善的壓力檢測裝置，</p><p>　　電氣系統(tǒng)?，F(xiàn)代連續(xù)采煤機(jī)的電氣系統(tǒng)都比較復(fù)雜啊，系統(tǒng)的功能較多，系統(tǒng)的監(jiān)控和保護(hù)比較完善。在動力部分中，除行走部用低壓水冷直流串激電動機(jī)外，截割、裝運(yùn)、液壓泵以及除塵器風(fēng)機(jī)的驅(qū)動均為高壓水冷三相交流電動機(jī)，主電路有可靠地過載、漏電和短路保護(hù)等。</p><p>　　2.

36、2 連續(xù)采煤機(jī)工作原理</p><p>　　連續(xù)采煤機(jī)的工作機(jī)構(gòu)的橫置在機(jī)體前方的旋轉(zhuǎn)截割滾筒，截割滾筒（有的還裝有同步運(yùn)動的截割鏈）上裝有按一定規(guī)律排列的鎬形截齒，在每個作業(yè)循環(huán)的開始截割機(jī)構(gòu)的升降液壓缸將截割滾筒舉至要截割高度的位置上，在行走履帶向前推進(jìn)的過程中，旋轉(zhuǎn)的截割滾筒切入煤層一定的深度B，稱為截槽深度。然后行走履帶停止推進(jìn)，再用升降液壓缸使截割滾筒向下運(yùn)動至底板，按截槽的深度B呈弧形向下切割出寬度等

37、于截割滾筒長度L和厚度等于B的弧形條帶煤體，這就是一個循環(huán)作業(yè)切割下來的煤炭。</p><p>　　12CM15型連續(xù)采煤機(jī)截割機(jī)構(gòu)減速器分為三級減速傳動，一級直齒傳動，二級 錐齒傳動，三級行星輪傳動，總傳動比29.6，減速后截割滾筒的轉(zhuǎn)速為49.8r/min，截齒齒尖速度為2.92m/s。</p><p>　　截割電機(jī)采用縱向布置方式，由電機(jī)驅(qū)動摩擦離合器，摩擦離合器將動力傳給扭矩軸，扭

38、矩軸將動力傳給一級減速箱。扭矩軸里側(cè)的外花鍵插入軸齒輪單位內(nèi)花鍵中，該齒輪的兩端各裝有一盤調(diào)心滾子軸承支撐在箱體上。通過一根細(xì)長的傳動軸將動力傳給二級減速箱的小直齒圓錐齒輪。從動齒輪與傳動軸為花鍵連接，與二級減速箱的小直齒輪圓錐齒輪連接，小直齒圓錐齒輪由兩盤調(diào)心滾子軸承支撐在二級減速箱箱體上。大直齒圓錐齒輪以花鍵聯(lián)接方式驅(qū)動一個套裝在橫軸上的空心軸齒圈，空心軸齒圈作為下一級行星減速機(jī)構(gòu)的太陽輪驅(qū)動行星減速機(jī)構(gòu)。行星減速機(jī)構(gòu)有四個行星輪，

39、每個行星輪由兩盤圓柱滾子軸承支撐在行星輪架上。行星輪架與橫軸為花鍵聯(lián)結(jié)，橫軸與行星輪架同步轉(zhuǎn)動。在橫軸兩端的中間裝著筒形鑄鋼輪轂，為花鍵聯(lián)結(jié)方式。由輪轂驅(qū)動左右滾筒轉(zhuǎn)動。</p><p>　　截割機(jī)構(gòu)鏈輪 2.電動機(jī) 3.扭矩軸 4.摩擦離合器</p><p>　　圖2-2 12CM15型連續(xù)采煤機(jī)截割機(jī)構(gòu)傳動系統(tǒng)Fig .2-2 12CM15 continu

40、ous miner's cutting mechanism driving system</p><p>　　2.3 連續(xù)采煤機(jī)截割部阻力計(jì)算</p><p><b>　　截齒截割阻力平均值</b></p><p><b>　?。?-1）</b></p>

41、<p><b>　　式中：</b></p><p>　　A——截割阻抗，N/mm；</p><p>　　h——截割深度，mm。</p><p><b>　　其中截割深度 </b></p><p>　　mm （2-2）</p><p>&

42、lt;b>　　式中：</b></p><p>　　——最大牽引速度，m/min； </p><p>　　n ——滾筒轉(zhuǎn)速，r/min；</p><p>　　m ——同一截線上的截齒數(shù)。</p><p>　　截割阻抗與煤炭堅(jiān)固性有關(guān)，對于中硬煤截割阻抗一般在150~300之間，因此,代入式（2-1）截齒截割阻力

43、最大最小值分別為</p><p>　　N （2-3）</p><p>　　N （2-4）</p><p><b>　　滾筒最小轉(zhuǎn)矩</b></p><p>　　Nm （2-5）</p><p><b>　　

44、滾筒最大轉(zhuǎn)矩</b></p><p>　　Nm （2-6）</p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　r ——滾筒半徑，m。</p><p>　　3 連續(xù)采煤機(jī)電氣設(shè)備概述</p><p>　　3.1連續(xù)采煤機(jī)電氣控制系統(tǒng)簡介</p&

45、gt;<p>　　美國久益（JOY）公司12CM15型連續(xù)采煤機(jī)供電電壓為1050V，整機(jī)功率為554kW，機(jī)器共有8臺電機(jī)，它們分別為截割部、裝運(yùn)機(jī)構(gòu)、液壓機(jī)構(gòu)（油泵）、牽引部及除塵機(jī)構(gòu)提供動力，以實(shí)現(xiàn)落煤、裝運(yùn)、除塵以及機(jī)器行走等功能。除2臺牽引電動機(jī)為晶閘管整流供電的直流串激式電機(jī)外，其余電機(jī)均為三相交流異步電機(jī)。所有這些電機(jī)均采用外水冷方式，并且內(nèi)部繞組中都設(shè)有熱敏檢測器件（可等效為溫控常閉開關(guān)），用于電機(jī)過熱檢測

46、，因而可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)過熱保護(hù)。這些電機(jī)的類型及主要技術(shù)參數(shù)見表1-1所示。</p><p>　　表3-1 電機(jī)類型及主要技術(shù)參數(shù)</p><p>　　Tab3-1 Motor type and main technical parameters</p><p>　　12CM15型采煤機(jī)采用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，主控器件為1臺可編程控制器（PLC），PLC為機(jī)器的所有電源電路

47、提供軟件控制并對由微處理器構(gòu)成晶閘管脈沖觸發(fā)單元進(jìn)行驅(qū)動控制，監(jiān)測開關(guān)位置并提供所有機(jī)器診斷的軟件控制。機(jī)器整個系統(tǒng)不僅能可靠完成采煤機(jī)正常工作所要求的各種控制任務(wù)，而且具有完善保護(hù)、狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷及機(jī)器運(yùn)行狀況顯示等功能。正常工作時，司機(jī)可根據(jù)顯示屏提供的信息進(jìn)行正確有序的操作，發(fā)生故障后，借助顯示屏所提供的故障診斷信息，實(shí)現(xiàn)快速、準(zhǔn)確地查出和排除故障。</p><p>　　截割部 2.搖臂 3.裝載機(jī)

48、構(gòu) 4.刮板輸送機(jī) 5.機(jī)架 6.左行走機(jī)構(gòu)</p><p>　　7.右行走機(jī)構(gòu) 8.電動機(jī) 9.電氣系統(tǒng) 10.駕駛座 11.液壓系統(tǒng)</p><p>　　圖3-1 12CM15型連續(xù)采煤機(jī)電氣控制系統(tǒng)基本構(gòu)成</p><p>　　Fig .3-1 12CM15 electric control sy

49、stem of continuous miner basiccomposition</p><p>　　12CM15型采煤機(jī)電氣控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成情況如圖3-1所示，電氣控制系統(tǒng)的作用在于對上述八臺電機(jī)以及其它電磁機(jī)構(gòu)實(shí)施控制，同時實(shí)現(xiàn)對電機(jī)設(shè)備系統(tǒng)以及安全等方面的電氣保護(hù)。主要裝備有：</p><p>　　（1） 8臺電機(jī)（見表3-1）。</

50、p><p>　　（2） 4個電控箱，它們分別是：</p><p>　　1）操作臺（主控臺）：位于機(jī)器左側(cè)的司機(jī)室內(nèi)。其中，用于電機(jī)控制的所有操作開關(guān)安裝在箱體的蓋板上；供司機(jī)觀察的指示儀表指示燈裝在儀表盤上；24V直流電源，監(jiān)視繼電器﹑本安繼電器和接線排等裝置安裝在箱內(nèi)。</p><p>　　2）控制器（箱）：位于機(jī)器左后方。其中，箱蓋（內(nèi)側(cè)）上安裝有裝運(yùn)機(jī)主回路上的器

51、件；箱體內(nèi)為截割機(jī)主回路控制器件﹑截割電機(jī)計(jì)時器及斷路器2CB等；</p><p>　　3）牽引控制器（箱）：這是一個裝在機(jī)器左后方的一個水冷電控箱，含有牽引﹑油泵﹑風(fēng)機(jī)主回路控制器件，PLC等。內(nèi)部安裝分為幾個部分： </p><p>　　FRONT PANEL（前板）為一個不銹鋼機(jī)箱，內(nèi)裝PLC；</p><p>　　REAR PANEL（后板）為一接線板；

52、</p><p>　　SWINGOUT PANEL（右轉(zhuǎn)動板），正面主要是油泵和風(fēng)機(jī)主回路控制器件，背面主要有牽引速度選擇開關(guān)箱。</p><p>　　PANEL（板），正面主要有牽引回路正反換向接觸器，背面有牽引回路的直流電壓﹑直流電流傳感器；</p><p>　　其余裝置均固定在箱體上，左壁上固定電源斷路器3CB和熔斷器等，后壁為功率變壓器和可硅整流器。<

53、/p><p>　　4）斷路器箱：這是動力電纜進(jìn)線箱，內(nèi)部的主要裝置為主斷路器1CB。此外，履帶行走安全開關(guān)（腳踏開關(guān)）也位于該箱內(nèi)。</p><p>　?。?）一個電磁閥：用于冷卻及噴霧水控制。</p><p>　?。?）油溫油位開關(guān)（本質(zhì)安全型）：用于監(jiān)視油溫﹑油位狀態(tài)，起到保護(hù)液壓系統(tǒng)的作用。</p><p>　?。?）流量壓力開關(guān)：用于監(jiān)視

54、水壓，流量狀況，保障冷卻及降塵。</p><p>　　（6）一臺文字顯示器：顯示機(jī)器運(yùn)行狀況，提示狀態(tài)信息以及故障信息等。</p><p>　　（7）一個起/停開關(guān)：連接在先導(dǎo)回路中，通過先導(dǎo)控制實(shí)現(xiàn)對采煤機(jī)的供電控制。這里的“供電控制”所控制的是機(jī)器的前級供電開關(guān)（磁力起動器），即實(shí)現(xiàn)連采機(jī)遠(yuǎn)距離控制。</p><p>　　（8）多個急停按鈕：位于機(jī)器的前﹑后﹑操

55、作臺以及控制器﹑牽引控制器箱門等處，用于緊急停機(jī)。這些急停按鈕都連接在先導(dǎo)回路中，因此，當(dāng)緊急情況下按下急停按鈕時，先導(dǎo)回路被切斷，從而使前級供電開關(guān)斷電。</p><p><b>　?。?）照明燈。</b></p><p>　　在上述基本構(gòu)成的基礎(chǔ)上，還可以根據(jù)具體實(shí)際需求，增加其它裝置或備，比如遙控裝置等，從而提高系統(tǒng)的功能。</p><p&g

56、t;　　表3-2 12CM15連采機(jī)基本參數(shù)</p><p>　　Tab 3-2 12CM15 Continuous Mining Machine basic parameters</p><p>　　3.2 電動機(jī)選型及其特性</p><p>　　3.2.1電動機(jī)選型</p><p><b>　　截割部電機(jī)所需功率</b&g

57、t;</p><p><b>　　(3-1)</b></p><p><b>　　式中： </b></p><p>　　——滾筒最大截割阻力，N；</p><p>　　v —— 截齒齒尖速度，m/s。</p><p>　　根據(jù)所需功率選擇170kw的電機(jī)，最終確定電動

58、機(jī)型號為YBUS2-170。</p><p><b>　　表3-3電機(jī)參數(shù)</b></p><p>　　Tab 3-3 Motor parameters</p><p>　　3.2.2異步電動機(jī)固有機(jī)械特性</p><p>　　異步電動機(jī)在額定電壓和額定頻率下，用規(guī)定的接線方式，定子和轉(zhuǎn)子電路中不串聯(lián)任何電阻或電抗時的機(jī)

59、械特性稱為固有機(jī)械特性，如圖3-2所示。從特性曲線可以看出，其上有四個特殊點(diǎn)可以決定特性曲線的基本形狀和異步電動機(jī)的運(yùn)行性能，這四個特殊點(diǎn)如下。</p><p>　　(1) </p><p>　　r/min (S=0)</p><p>　　為電動機(jī)的理想空載工作點(diǎn)，此時電動機(jī)的轉(zhuǎn)速為理想空載轉(zhuǎn)速n?</p

60、><p><b>　　(S=SN)</b></p><p>　　為電動機(jī)的額定工作點(diǎn)，此時額定轉(zhuǎn)矩和額定轉(zhuǎn)差率分別為: </p>

61、<p><b>　　Nm(3-2)</b></p><p><b>　　(3-3)</b></p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　——電動機(jī)額定功率，Kw </p><p>　　——電動機(jī)的額定轉(zhuǎn)速，r/min。</p&

62、gt;<p>　　——電動機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩，Nm。</p><p>　　，，為電動機(jī)的啟動工作點(diǎn)。</p><p><b>　　Nm(3-4)</b></p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　——啟動轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩之比，一般。</p><p&g

63、t;　　（4），，為電動機(jī)的臨界工作點(diǎn)</p><p><b>　　Nm(3-5)</b></p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　——最大電磁轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩之比，普通的Y系列籠型異步電動機(jī)的=2.0~2.2。</p><p>　　圖3-2異步電動機(jī)的固有機(jī)械特性</

64、p><p>　　Fig. 3-2The inherent mechanical properties of induction motor </p><p>　　3.3.3電動機(jī)的固有啟動特性</p><p>　　異步電動機(jī)在接入電網(wǎng)啟動的瞬時，由于轉(zhuǎn)子處于靜止?fàn)顟B(tài)，定子旋轉(zhuǎn)磁場以最快的相對速度（即同步轉(zhuǎn)速）切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體，在轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)出很大的轉(zhuǎn)子電動勢和轉(zhuǎn)子電流，從

65、而引起很大的定子電流。一般啟動電流可達(dá)到額定電流的5~7倍。但因啟動時轉(zhuǎn)差率=1，轉(zhuǎn)子功率因數(shù)很低，因而啟動轉(zhuǎn)矩卻不大，一般。異步電動機(jī)的固有啟動特性如圖3-3所示。</p><p>　　圖3-3異步電動機(jī)的固有啟動特性</p><p>　　Fig .3-3 Startup characteristics inherent induction motor</p><p&

66、gt;　　3.2.4電動機(jī)變頻調(diào)速機(jī)械特性</p><p>　　改變定子電源頻對三相異步電動機(jī)機(jī)械特性的影響是比較復(fù)雜的，下面僅定性的分析的近似關(guān)系。根據(jù)，，，并注意到上式中，，且一般變頻調(diào)速采用恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，即希望最大轉(zhuǎn)矩保持恒值，為此在改變頻率的同時，電源電壓也要保持不變，使等于常數(shù)，這實(shí)質(zhì)上是使電動機(jī)氣隙磁通保持不變。在上述條件下就存在，，，和不變的關(guān)系，即隨著頻率的降低，理想空載轉(zhuǎn)速要減小，臨界轉(zhuǎn)差率要增大

67、，啟動轉(zhuǎn)矩要增大，而最大轉(zhuǎn)矩維持不變，如圖3-4。</p><p>　　圖3-4變頻調(diào)速時的機(jī)械特性</p><p>　　Fig .3-4 Mechanical properties when Frequency</p><p>　　3.2.5三相異步電動機(jī)的制動特性</p><p><b>　　（1）反饋制動</b>&

68、lt;/p><p>　　當(dāng)某種原因?qū)е庐惒诫妱訖C(jī)的運(yùn)行速度高于它的同步速度，即n>n?，且時，異步電動機(jī)就進(jìn)入發(fā)電狀態(tài)，顯然，這時轉(zhuǎn)子導(dǎo)體切割旋轉(zhuǎn)磁場的方向與電動狀態(tài)時的方向相反，電流改變了方向，電磁轉(zhuǎn)矩也隨之改變了方向，即T與n的方向相反，T起制動作用。反饋制動時，電動機(jī)從軸上吸收功率后，小部分轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)子銅耗，大部分則通過空氣氣隙進(jìn)入定子，并在供給定子銅耗和鐵耗后反饋給電網(wǎng)。所以，反饋制動又稱發(fā)電制動。這時異

69、步電動機(jī)的機(jī)械特性如圖2-4所示。由于T為負(fù)，S<0，所以，反饋制動的機(jī)械特性曲線是電動狀態(tài)機(jī)械特性曲線向第二象限的延伸。</p><p>　　圖3-5反饋制動狀態(tài)異步電動機(jī)的機(jī)械特性</p><p>　　Fig .3-5 Regenerative braking state asynchronous motor mechanical properties</p>&l

70、t;p><b>　?。?）電源反接制動</b></p><p>　　如果正常運(yùn)行時異步電動機(jī)三相電源的相序突然改變，即電源反接，則旋轉(zhuǎn)磁場的方向就將改變，電動狀態(tài)下的機(jī)械特性曲線就由圖2-5的第一象限的曲線1變成了曲線2在第三象限的部分。但由于機(jī)械慣性的原因，轉(zhuǎn)速不能突變，系統(tǒng)運(yùn)行點(diǎn)a只能平移至特性曲線2的b點(diǎn)，電磁轉(zhuǎn)矩由正變負(fù)，則轉(zhuǎn)子將在電磁轉(zhuǎn)矩和負(fù)載轉(zhuǎn)矩的共同作用下迅速減速。在從點(diǎn)

71、b到點(diǎn)c的整個第二象限內(nèi)，電磁轉(zhuǎn)矩T和轉(zhuǎn)矩n的方向都相反，電動機(jī)進(jìn)入反制動狀態(tài)。待n=0（即點(diǎn)c）時，應(yīng)將電源切斷，否則電動機(jī)將反向啟動運(yùn)行。</p><p>　　由于反接制動時電流很大，對于籠型電動機(jī)，常在定西電路中串接附加電阻，對于繞線電動機(jī)，則在轉(zhuǎn)子電路中串接附加電阻。這時的人為機(jī)械特性如圖2-5的曲線3所示，制動時工作點(diǎn)由點(diǎn)a轉(zhuǎn)換到點(diǎn)d，然后沿特性曲線3減速，至n=0（即點(diǎn)e），切斷電源。</p&g

72、t;<p>　　圖3-6電源反接時反接制動的機(jī)械特性</p><p>　　Fig .3-6 reverse reverse braking power when mechanical properties</p><p>　　3.3變頻器選型設(shè)計(jì)</p><p>　　對于可調(diào)速的電力拖動系統(tǒng)，工程上往往根據(jù)電動機(jī)電流形式分為直流調(diào)速系統(tǒng)和交流調(diào)速系統(tǒng)兩

73、類。它們最大的不同之出主要在于交流電力拖動免除了改變直流電機(jī)電流流向變化的機(jī)械向器——整流子。20世紀(jì)70年代后，大規(guī)模集成電路和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，以及現(xiàn)代控制理論的應(yīng)用，使得交流電力拖動系統(tǒng)逐步具備了寬的調(diào)速范圍、高的穩(wěn)速范圍、高的穩(wěn)速精度、快的動態(tài)響應(yīng)以及在四象限作可逆運(yùn)行等良好的技術(shù)性能，在調(diào)速性能方面可以與直流電力拖動媲美。在交流調(diào)速技術(shù)中，變頻調(diào)速具有絕對優(yōu)勢，并且它的調(diào)速性能與可靠性不斷完善，價(jià)格不斷降低，特別是變頻調(diào)速

74、節(jié)電效果明顯，而且易于實(shí)現(xiàn)過程自動化，深受工業(yè)行業(yè)的青睞。</p><p>　　交流電動機(jī)調(diào)速控制時，除了應(yīng)選擇合適的變頻器類型，其調(diào)速范圍、調(diào)速精度等主要技術(shù)性能指標(biāo)必須滿足要求外，變頻器的容量選擇及與使用有關(guān)的一些事項(xiàng)的合理運(yùn)用，也是電動機(jī)調(diào)速控制裝置安全可靠運(yùn)行的重要前提。</p><p>　　1）變頻器調(diào)頻范圍的選擇</p><p>　　當(dāng)滾筒阻力最大時，根

75、據(jù)式（2-3）和（2-6）求得電機(jī)需提供力矩：</p><p><b>　　Nm(3-6)</b></p><p><b>　　由式和得：</b></p><p><b>　　(3-7)</b></p><p>　　將Nm代入公式3-9得：</p><p&

76、gt;<b>　　Hz</b></p><p>　　當(dāng)滾筒阻力最小時，根據(jù)式（2-4）和（2-5）求得電機(jī)需提供的力矩：</p><p>　　Nm (3-8) </p><p>　　將Nm代入公式3-8得：</p><p>　　Hz (3

77、-9)</p><p>　　因此，變頻器的調(diào)頻范圍需包括為50.8~115.6Hz</p><p>　　2）按變頻器負(fù)載性質(zhì)選擇</p><p><b>　　額定輸出電流</b></p><p><b>　　(3-10)</b></p><p><b>　　式中：&

78、lt;/b></p><p>　　k——電流波形的修正系數(shù)，取k=1.05~1.1</p><p>　　——電動機(jī)的額定電流</p><p>　　3）按電動機(jī)容量選擇</p><p>　　對于連續(xù)恒載運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)械所需的變頻器，其容量可用下式近似計(jì)算： </p><p><b>　　(3-11)</

79、b></p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　——電動機(jī)額定負(fù)載時的效率 =0.85</p><p>　　——電動機(jī)額定負(fù)載時的功率因數(shù) =0.75</p><p>　　根據(jù)本次設(shè)計(jì)的需要，連續(xù)采煤機(jī)截割部的變頻調(diào)速系統(tǒng)采用西門子公司的MicroMaster 440變頻器，其具體技術(shù)規(guī)格見表

80、3-4。</p><p>　　表3-4 MM440變頻器技術(shù)規(guī)格</p><p>　　Tab 3-4 MM440 Inverter Technical Specifications</p><p>　　圖3-7變頻器外部接線圖</p><p>　　Fig.3-7 Drive external wiring diagram</p>

81、<p>　　4 PLC硬件選型</p><p>　　4.1 S7-200系列PLC性能簡介</p><p>　　簡介西門子公司的S7-200系列小型PLC型號和規(guī)格較多，具有功能強(qiáng)、性價(jià)比高以及可以適應(yīng)不同需求控制場合的特點(diǎn)，深受國內(nèi)用戶的歡迎。目前，該系列主流的主機(jī)模塊有CPU221、CPU222、CPU224、CPU224XP、CPU226等。S7-200系列產(chǎn)品指令豐富

82、、速度快，具有較強(qiáng)的通信能力。該系列主機(jī)模塊的主要性能指標(biāo)見表4-1。S7-200系列的PLC的擴(kuò)展單元本身沒有CPU，只能與基本單元連接使用，用于擴(kuò)展I/O端子數(shù)，增強(qiáng)控制功能。S7-200系列的PLC常用I/O擴(kuò)展單元及輸入、輸出端子數(shù)的分配見表4-2。</p><p>　　表4-1 S7-200系列CPU性能指標(biāo)</p><p>　　Tab 4-1 S7-200 series CPU

83、 performance</p><p>　　表4-2 S7系列PLC常用I/O擴(kuò)展單元型號輸入/輸出端子數(shù)分配</p><p>　　Tab 4-2 S7 series PLC common I / O Expansion Unit Model input / output terminals assignment</p><p>　　4.2 PLC各組成部分及作用

84、</p><p>　　PLC實(shí)際上是一種工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，只不過它比一般的計(jì)算機(jī)具有更強(qiáng)的與工業(yè)過程相連接的接口和更直接的適應(yīng)于控制要求的編程語言，故PLC與計(jì)算機(jī)的組成十分相似。從硬件結(jié)構(gòu)看，它也有中央處理器（CPU）、存儲器、輸入/輸出（I/O）接口、電源等，如圖4-1。</p><p>　　1）中央處理器（CPU） 與一般計(jì)算機(jī)一樣，CPU是PLC的核心，它按PLC中系統(tǒng)程序賦予的功

85、能指揮PLC進(jìn)行工作，其主要任務(wù)有：控制從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)的接收與存儲；</p><p>　　2）存儲器 PLC的存儲器包括系統(tǒng)存儲器和用戶存儲器兩個部分。</p><p>　　圖4-1PLC的基本組成</p><p>　　Fig.4-1PLC the basic component</p><p>　　系統(tǒng)存儲器用來存放由PLC

86、生產(chǎn)廠家編寫的系統(tǒng)程序，并固化在ROM內(nèi)，用戶不能直接更改。它使PLC具有基本的智能，能夠完成PLC設(shè)計(jì)者規(guī)定的各項(xiàng)工作。</p><p>　　用戶存儲器包括用戶程序存儲器（程序區(qū)）和功能存儲器（數(shù)據(jù)區(qū)）兩部分。用戶程序存儲器用來存放用戶針對具體控制任務(wù)用規(guī)定的PLC編程語言編寫的各種用戶程序。</p><p>　　3）輸入/輸出接口 它是PLC與外界連接的接口。</p>

87、<p>　　4）電源 小型整體式可編程序控制器內(nèi)部有一個開關(guān)式穩(wěn)壓電源。此電源一方面可為CPU板、I/O板及擴(kuò)展單元提供工作電源（DC5V）；另一方面可為外部輸入元件提供DC24V。</p><p>　　5）擴(kuò)展接口 擴(kuò)展接口用于將擴(kuò)展單元與基本單元相連，使PLC的配制更加靈活。</p><p>　　6）通信接口 為了實(shí)現(xiàn)“人-機(jī)”或“機(jī)-機(jī)”之間的對話，PLC配有多種通信

88、接口。PLC通過這些通信接口可與監(jiān)視器、打印機(jī)、其他的PLC或計(jì)算機(jī)相連。</p><p>　　7）智能I/O接口 為了滿足更加復(fù)雜的控制功能的需要，PLC配有多種智能I/O接口。</p><p>　　8）編程器 它的作用是供用戶進(jìn)行程序的編制、編輯、調(diào)試和監(jiān)視。</p><p>　　9）其他部件 PLC還可配有盒式磁帶機(jī)、EPROM寫入器、存儲器卡等其他外圍

89、設(shè)備。</p><p>　　4.3可編程序控制器的工作原理</p><p>　　PLC工作的全過程可用上圖3-2所示的運(yùn)行框圖來表示整個運(yùn)行可分為三部分：</p><p>　　第一部分是上電處理。機(jī)器上電后對PLC系統(tǒng)進(jìn)行一次初始化工作，包括硬件初始化，I/O模塊配置檢查，停電保持范圍設(shè)定及其他初始化處理等。</p><p>　　第二部分是掃

90、描過程。PLC上電處理完成以后進(jìn)入掃描工作過程。先完成輸入處理，其次完成與其他外設(shè)的通信處理，再次進(jìn)行時鐘、特殊寄存器更新。當(dāng)CPU處于STOP方式時，轉(zhuǎn)入執(zhí)行自診斷檢查。當(dāng)CPU處于RUN方式時，還要完成用戶程序的執(zhí)行和輸出處理，再轉(zhuǎn)入執(zhí)行自診斷檢查。</p><p>　　第三部分是出錯處理。PLC每掃描一次，執(zhí)行一次自診斷檢查，確定PLC自身的動作</p><p>　　是否正常，如CP

91、U、電池電壓、程序存儲器、I/O、通信等是否異常或者出錯，如檢查出異常時CPU面板上的LED及異常繼電器會接通，在特殊寄存器中會存入出錯代碼。當(dāng)出現(xiàn)致命錯誤時，CPU被強(qiáng)制為STOP方式，所有的掃描停止。</p><p>　　圖4-2 PLC運(yùn)行圖</p><p>　　Fig. 4-2 PLC chart</p><p>　　當(dāng)PLC處于正常運(yùn)行時，它將不斷重復(fù)上圖

92、中的掃描過程，不斷循環(huán)的掃描地工作下去。分析上述掃描過程，如果我們對遠(yuǎn)程I/O特殊模塊和其他通信服務(wù)暫不考慮，這樣掃描過程就只剩下了“輸入采樣”、“程序執(zhí)行”、“輸出刷新”三部分了。如圖3-3所示：</p><p>　　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)存入內(nèi)存中各對應(yīng)的輸入映像寄存器中。此時，輸入映像寄存器被刷新。接著，進(jìn)入程序執(zhí)行階段，在程序執(zhí)行階段或輸出階段，輸入

93、映像寄存器與外界隔離，無論輸入信號如何變化，其內(nèi)容保持不變，直到下一個掃描周期的輸入采樣階段，才重新寫入輸入端的新內(nèi)容。</p><p>　　圖4-3 PLC掃描工作過程</p><p>　　Fig. 4-3 PLC scanning process</p><p>　　2）程序執(zhí)行階段 根據(jù)PLC梯形圖程序掃描原則PLC按先左后右，先上后下的步序語句逐句掃描。但

94、遇到程序跳轉(zhuǎn)指令，則根據(jù)跳轉(zhuǎn)條件是否滿足來決定程序的跳轉(zhuǎn)地址。當(dāng)指令中涉及到輸入輸出狀態(tài)時，PLC就從輸入映像寄存器中“讀入”上一階段采入的對應(yīng)輸入端子狀態(tài)，從輸出映像寄存器“讀入”對應(yīng)元件映像寄存器的當(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，每一個元件（輸出“軟繼電器”的狀態(tài)）會隨著程序執(zhí)行過程而變化。</p><p>　　3）輸出刷新階段 在所有的指令執(zhí)行完畢后，

95、輸出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，驅(qū)動外部負(fù)載。</p><p>　　4.4 PLC中央處理模塊的選型設(shè)計(jì)</p><p>　　4.4.1 PLC的CPU模塊選擇</p><p><b>　　確定輸入/輸出設(shè)備</b></p><p>　　根據(jù)系統(tǒng)的控制

96、要求，確定系統(tǒng)所需的全部輸入設(shè)備（如：按紐、開關(guān)、及各種傳感器等）和輸出設(shè)備（如：接觸器、電磁閥、信號指示燈及其它執(zhí)行器等），從而確定與PLC有關(guān)的輸入/輸出設(shè)備，以確定PLC的I/O點(diǎn)數(shù)，如表4-1所示。本設(shè)計(jì)共對左右兩截割電機(jī)進(jìn)行檢測和控制，其輸入和輸出設(shè)備如下：</p><p>　　輸入設(shè)備：14個按鈕開關(guān)，2個模擬量輸入，共16個輸入設(shè)備。</p><p>　　輸出設(shè)備：11個輸出

97、設(shè)備。</p><p>　　2）PLC容量的選擇</p><p>　　用戶程序所需內(nèi)存容量受到下面幾個因素的影響：內(nèi)存利用率；開關(guān)量輸入/輸出點(diǎn)數(shù)；模擬量輸入/輸出點(diǎn)數(shù)；用戶的編程水平。</p><p>　　a）內(nèi)存利用率。用戶程序通過編程器鍵入主機(jī)內(nèi)，最后是以機(jī)器語言的形式存放在內(nèi)存中。我們把一個程序段中的接點(diǎn)數(shù)與存放該程序段所代表的機(jī)器語言所需的內(nèi)存字?jǐn)?shù)的比值稱

98、為內(nèi)存利用率。高的內(nèi)存利用率給用戶帶來好處。</p><p>　　b）開關(guān)量輸入/輸出點(diǎn)數(shù)。PLC開關(guān)量輸入/輸出總點(diǎn)數(shù)是計(jì)算所需內(nèi)存容量的重要依據(jù)。開關(guān)量輸入/輸出點(diǎn)數(shù)占用內(nèi)存容量的關(guān)系如下：</p><p>　　所需內(nèi)存字?jǐn)?shù)=開關(guān)量輸入點(diǎn)數(shù)×10+開關(guān)量輸出點(diǎn)數(shù)×8</p><p>　　c）模擬量輸入/輸出點(diǎn)數(shù)。只有模擬量輸入時:</p

99、><p>　　所需內(nèi)存字?jǐn)?shù)=模擬量點(diǎn)數(shù)×100</p><p>　　當(dāng)模擬量輸入和輸出同時存在時：</p><p>　　所需內(nèi)存字?jǐn)?shù)=模擬量點(diǎn)數(shù)×200</p><p>　　d）程序編寫質(zhì)量。用戶程序優(yōu)劣對程序長短和運(yùn)行時間都有較大影響。對初學(xué)者應(yīng)為內(nèi)存多留些余量。綜上所述，推薦下面的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式：</p>&l

100、t;p>　　總存儲器字?jǐn)?shù)=（開關(guān)量輸入、輸出點(diǎn)數(shù)）×10+模擬量點(diǎn)數(shù)×150</p><p>　　然后按計(jì)算存儲器字?jǐn)?shù)的25%考慮余量[10]。</p><p>　　則：總存儲器字?jǐn)?shù)=(25×10+11×150)(1+0.25)=2375字節(jié)</p><p>　　按照上面的算法，本設(shè)計(jì)所需的存儲容量最少為2500字節(jié)。&

101、lt;/p><p>　　根據(jù)本設(shè)計(jì)實(shí)際要求并綜合各方面對比，決定選用西門子公司14輸入10輸出的S7-200系列224XP的PLC進(jìn)行設(shè)計(jì)。這種型號的PLC是具有較強(qiáng)控制功能的控制器，并且支持?jǐn)U展功能，在運(yùn)動控制、過程控制、位置控制、數(shù)據(jù)監(jiān)視和采集（遠(yuǎn)程終端應(yīng)用）以及通信方面的功能都有所加強(qiáng)。</p><p>　　圖4-4 PLC的CPU輸入輸出接線圖</p><p>

102、　　Fig .4-4 The wiring diagram of PLC's CPU input and output</p><p>　　根據(jù)功能說明書可統(tǒng)計(jì)出PLC的系統(tǒng)開關(guān)量I/O點(diǎn)數(shù)及模擬量I/O通道數(shù)，以及開關(guān)量和模擬量的信號類型。選擇主機(jī)模塊為CPU224XP。</p><p>　　表4-3 PLC輸入輸出模塊I/O點(diǎn)數(shù)</p><p>　　Ta

103、ble 4-3The I/O points of Input and output module</p><p>　　4.4.2擴(kuò)展模塊的選擇</p><p>　　雖然CPU上已經(jīng)提供了一定數(shù)量的輸入/輸出接點(diǎn)，當(dāng)用戶需要多余CPU單元的I/O點(diǎn)數(shù)時就要進(jìn)行I/O的擴(kuò)展。CPU不同，擴(kuò)展規(guī)范也不同，它主要是受CPU的功能限制的。</p><p>　　1）數(shù)字量I/O

104、擴(kuò)展模塊</p><p>　　S7-200系列CPU提供一定數(shù)量的主機(jī)數(shù)字量I/O點(diǎn)，但在主機(jī)I/O點(diǎn)數(shù)不夠的情況下，就必須使用擴(kuò)展模塊來擴(kuò)展I/O點(diǎn)數(shù)。典型的數(shù)字量輸入/輸出擴(kuò)展模塊如表4-2所示,</p><p>　　本設(shè)計(jì)需要對截割電機(jī)進(jìn)行檢測的模擬量有熱保護(hù)、過載保護(hù)、恒功率以及重載反牽控制保護(hù)。根據(jù)表4-3了解到共有18個輸入信號和11個輸出信號，其中輸入信號中14個數(shù)字量輸入，

105、4個模擬量輸入，本設(shè)計(jì)采用EM223數(shù)字量擴(kuò)展模塊擴(kuò)展模塊能滿足需求。</p><p><b>　　2）模擬量擴(kuò)展模塊</b></p><p>　　模擬量I/O擴(kuò)展模塊可分為EM231、EM232、EM235三種型號，其具體種類及型號如表4-2所示。</p><p>　　本設(shè)計(jì)需要對截割電機(jī)進(jìn)行檢測的模擬量有熱保護(hù)、過載保護(hù)、恒功率以及重載反牽

106、控制保護(hù)。因此共需檢測2個溫度信號，2個速度信號由溫度變送器和速度傳感器將信號輸入PLC，因此選擇2個三個輸入的EM231模擬量擴(kuò)展模塊。</p><p>　　5 PLC軟件程序設(shè)計(jì)</p><p>　　連續(xù)采煤機(jī)控制程序如下圖所示</p><p>　　*電動機(jī)過流監(jiān)測中斷程序</p><p>　　截割電動機(jī)過流1.2倍30秒

107、 </p><p>　　后停機(jī)，過流1.5倍6秒后停</p><p>　　機(jī)，牽引電動機(jī)一旦過電流或 </p><p><b>　　電流不平衡則停機(jī)。</b></p><p>　　*右截割電

108、動機(jī)電流過載保護(hù)</p><p><b>　　6 保護(hù)電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　6.1截割電機(jī)熱保護(hù)設(shè)計(jì)</p><p>　　在12CM15型連采機(jī)中的左右兩側(cè)的最外側(cè)有左截煤電機(jī)和右截煤電機(jī)，用來分別控制采煤機(jī)滾筒的旋轉(zhuǎn)。左右截煤電機(jī)的定子繞組內(nèi)埋有Pt100熱電阻，Pt100熱電阻直接接入PLC的擴(kuò)展模塊中。當(dāng)任意一臺電機(jī)繞組溫

109、度達(dá)到135℃時電機(jī)降低額定容量30％運(yùn)行。當(dāng)電機(jī)的溫度達(dá)到155℃時，采煤機(jī)預(yù)警并同時延時5s后，采煤機(jī)自動斷電，以起到保護(hù)截煤電機(jī)的作用。</p><p>　　鉑熱電阻的物理化學(xué)性能在高溫和氧化性介質(zhì)中很穩(wěn)定，它能用做工業(yè)測溫元件和作為溫度標(biāo)準(zhǔn)。鉑熱電阻與溫度的關(guān)系是，在0~630.74℃以內(nèi)為</p><p><b>　　(6-1)</b></p>

110、<p>　　在-190~0℃以內(nèi)為</p><p><b>　　(6-2)</b></p><p>　　式中 Rt—溫度為t℃時的電阻</p><p>　　R0—溫度為0℃時的電阻 t—任意溫度</p><p>　　A，B，C—溫度系數(shù)（A=3.90802*10-3/℃，B=-5.802*10-7

111、/℃2，C=-4.2735*10-12/℃3）</p><p>　　圖6-1（a）是傳感器采用鉑電阻的溫度測控電路，圖6-1(b)是基本電路，V1為基準(zhǔn)電壓，A1輸出電壓V0，，若V1，R1，R2和R3恒定，A1輸出電壓V0就與電阻RT值成比例，若選擇R1=R2，R3=RT=100Ω，流經(jīng)RT中的電流為5mA（按規(guī)定，RT中流經(jīng)的電流為1mA,5mA,2mA），V1為10V。則根據(jù)V1/(R1+RT)=5*10-

112、3,得R1=1.9kΩ。圖(a)路中，基準(zhǔn)電壓V1采用溫度補(bǔ)償型穩(wěn)壓二極管，VD1和溫度系數(shù)小的運(yùn)放A4(TL430)構(gòu)成，輸出VOUT為0~500℃,A2的作用是正反饋。因此為改善鉑電阻的線形，需RP2調(diào)線形，RP3調(diào)零，RP4調(diào)測溫度范圍，A1~A4采用低漂移運(yùn)放OP07，AM430A等。此電路經(jīng)PLC的4A/D-PT模塊就能構(gòu)成微機(jī)溫度監(jiān)控系統(tǒng)。</p><p>　　圖6-1(a) 溫度測控電路</

113、p><p>　　Fig. 6-1(a) Temperature control circuit</p><p>　　圖6-1(b) 基本放大電路</p><p>　　Fig. 6-1 (b) Basic amplifier circuit</p><p>　　6.2截割電機(jī)過載保護(hù)設(shè)計(jì)</p><p>　　在12CM15

114、型連采機(jī)中的左右兩側(cè)的最外側(cè)有左截煤電機(jī)和右截煤電機(jī)，用來分別控制采煤機(jī)滾筒的旋轉(zhuǎn)。截割電機(jī)采用的時兩只型號為：CE-IJ03-100A/4～20mA的電流傳感器電流傳感器輸出為4～20mA標(biāo)準(zhǔn)信號，并直接送入FX2N－4DA模塊中，供PLC可編程控制器讀取檢測信息。PLC根據(jù)預(yù)先設(shè)定值進(jìn)行比較得到欠載、超載信號。當(dāng)任意一臺電動機(jī)的電流達(dá)到了額定電流的110％時，PLC輸出控制信號，讓電動機(jī)減速，此時，采煤機(jī)牽引自動降低運(yùn)行數(shù)度，直到電

115、機(jī)推出超載區(qū)。</p><p>　　溫度控制單元用于將溫度傳感器所檢測到的溫度值轉(zhuǎn)換為BCD碼送到指定的輸入通道。當(dāng)任意一臺電機(jī)嚴(yán)重過載時（即其電流大于額定電流130％時），PLC輸出控制信號，取消牽引方向，顯示屏顯示相應(yīng)界面。</p><p>　　6.3 恒功率自動控制保護(hù)設(shè)計(jì)</p><p>　　恒功率自動調(diào)節(jié)器主要由電源變壓器、電子放大器、減震裝置、直流互感器