1、论机电一体化设计摘要：机电一体化是将机械技术与电子技术相结合,充分发挥各自的长处，弥补各项技术的不足。因为机械强度较高，输出功率大，可以承受较大的载荷，但实现微小的运动比较困难，而在电子领域，利用传感器和计算机可以实现复杂的检测和控制，但只利用电子技术无法实现重载荷运动。将机械技术与电子技术相结合，是机械既能够像动物那样灵活动作，也能够像人类那样会思考判断，也就是说利用电子技术是运动机械实现灵活化和智能化。 中关键词：PLC；机电一体化 中图分类号：TH-39 文献标识码：A 一、自动运输监控系统分析 1、系统的主要功能。 一是每台设备机头旁均设有就地操作控制箱，上有工作方式转换开关及就地起停
2、钮；所有胶带机上的给煤点均设置堆煤保护和纵向撕裂保护，以防止胶带机事故的扩大化；所有胶带机均设有两极跑偏开关，每隔约 50 米设置一对跑偏开关，一级跑偏用于故障报警，二级跑偏用于故障停车；所有胶带运输机，均设拉线开关，用于紧急情况下的停车，急停拉线开关的安装间距均确定按 50 米进行配置，并可扩展下皮带的跑偏保护，以保证设备和人身安全；扩音电话采用新型的选拨电话系统，安装间距确定按 200 米进行配置；二是水平胶带机的拉紧装置为液压调节方式，开诚提供一套胶带机的松带检测传感器，由 PLC 控制完成胶带机的张力自动调节功能； 在皮带机头设置堆料传感器，防止皮带的堆料事故的发生；在皮带机设置皮带速
3、度传感器，以检测皮带的超速及打滑事故的发生；在皮带廊道设置烟雾传感器，以检测皮带廊道的烟雾浓度防止火灾事故的发生；在皮带机的主滚筒设置温度传感器，随时检测滚筒的温度，并配备自动撒水装置，在滚筒超温时实现自动撒水并对主滚筒进行降温； 胶带运输机每隔约 100 米设起动预警装置，设备启动前发出预警信号，提示有关人员应立即远离设备；电机的电流实时监测功能可发现一些机械设备的潜在故障隐患；运行中对电机的电流进行实时监测分析，当发生电流超限或突变时报警，严重时停机。实现对给料机与皮带的闭锁，实现与以前皮带的闭锁功能，具有自动、手动、检修等控制方式；三是在软件与硬件上开发了先进的矩阵控制功能，节省主电缆的
4、开支；自控系统在性能上具有良好的抗湿热性、抗干扰性，在结构上满足在港口条件能够迅速检修或更换元器件，根据港口的现场环境，控制箱采用不锈钢结构，其他采用防腐措施；可根据胶带机系统的故障性质，进行紧急停机、顺序停机或发出报警声光信号；在集中操作台上能集中显示胶带机的工作状态、故障类型、故障地点；软启动器或变频器纳入监控；多种操作方式。控制方式有：集中联动、集中手动、就地联动、就地手动、禁起等方式，使系统操作灵活、可靠。在集中方式，所有设备由集控室操作员通过上位机操作；多种流程选择。在联动方式下，可根据工艺选择运输流程， 胶带启动按顺料流方向，并根据胶带速度、长度延时开车，以减少运行时间；重载启动时
5、，按逆料流方向启动；系统停止或无料时延时自动停车；四是完善的信息处理功能，报警信息、运行参数、操作记录等信息自动形成标准格式的数据库文件，并在硬盘长期保存，供信息系统调用；实现系统集中监控，生产数据微机化管理：1)界面直观友好，操作简便，功能齐全。有形象逼真的动态画面和全中文显示，还具有实时报警监视、安全确认机制和数据记录功能。对操作员素质无特殊要求，培训简单；2)对报警信息和重要运行参数在硬盘记录，数据表格和曲线可随时调出；3)生产数据存入计算机硬盘，可由管理信息系统按需调用。 2、可实现自动化控制系统与生产管理系统数据共享 计算机管理工作站设信息管理系统，决策者通过管理工作站可根据各自权限
6、远程访问监控上位机，得到现场生产数据报表、设备管理信息和生产统计分析。 3、具有故障自诊断功能 一是网络故障自诊断。当网络由于发生断线、干扰等传输问题时， 网络会自动侦测到，并发出报警；二是 PLC 故障自诊断。PLC 的扫描器和适配器发生故障时，系统会通过网络的通讯情况判断故障，并发出报警；PLC 的 I/O 模块发生故障时，CPU 会通过 I/O 模块的状态位侦测到故障及故障内容，系统会发出报警；三是传感器和信号线故障诊断。模拟量的传感器或信号线发生断线故障时，PLC 通过测量值判断故障并发出报警。 4、维护方便 一是 I/O 模块采用可拆卸端子排，出现故障时，集控室发出声光报警，可在几分
7、钟之内即可更换完毕；二是系统扩展方便，增加新设备或上后期工程，可以方便地加入节点，并可通过网络在线修改程序；三是系统具有自诊断功能，能及时报告故障时间、位置、类型等信息，更便于维护。 二提升机电控技 PLC 即可编程逻辑控制器，它具有逻辑控制、模拟量闭环控制、数字量的智能控制、数据采集、监控、通信联网及集散控制。如今 PLC 都配有 AD、DA 转换及算术运算功能，有的还有 PID 功能，这些功能使PLC 在模拟量闭环控制。运动控制、速度控制等方面具有了硬件基础；许多 PLC 具有输出和接收高速脉冲的功能，配合相应的传感器及伺服设备，PLC 可实现数字量的智能控制；PLC 配合可编程序终端设备
8、，可实时显示采集到的现场数据及分析结果，为系统分析、研究工作提供依据，利用PLC 自检信号可以实现系统监控；PLC 具有较强有力通信功能，可以与计算机或其他智能装置进行通信机联网，从而能方便地实现集散控制。PLC的应用通常可分为顺序控制、运动控制、闭环过程控制、数据处理、通信联网。它具有抗干扰能力强，可靠性高；控制系统结构简单、通用性强、应用灵活；编程方便、易于使用；功能完善、扩展能力强；PLC 控制系统设计、安装、调试方便、维修方便、维修工作量小；结构紧凑、体积小、重量轻、易于实现机电一体化。 基于 PLC 技术的矿井交流提升机电控系统控制电路组成结构如图所示，要由以下 5 部分组成：高压主
9、电路(包括高压换向器、电动机、启动柜、动力制动电源)、主控 PLC 电路、提升行程检测与显示电路、提升速度检测、提升信号电路，其中高压主电路部分仍采用传统的继电器控制电路。 工作过程：当井口或井底通过信号通信电路发出开车信号后，开车条件具备。司机将制动手柄向前推离紧闸位置。主电动机松闸。司机将主令控制器的操作手柄推向正向(或反向)极端位置，主控 PLC 通过程序控制高压换向器首先得电，使高压信号送入主电动机定子绕组，主电动机接人全部转子电阻启动，然后依次切除 8 段电阻，实现自动加速，最后运行在自然机械特性上。交流提升机运行时，旋转编码器跟随主电动机转动，输出 2 列 ab 相脉冲，分别接到主
10、控 PLC 的高速计数器 HSC0的 ab 相脉冲输入端，由主控 PLC 根据 ab 脉冲的相位关系，自动确定 HSC0 的加、减计数方式。根据 HSC0 的计数值，就可以计算出提升行程并显示。同时只根据旋转编码器输出的 a 相脉冲，主控 PLC 进行加计数。根据 HSC1 在恒定间隔时间内的计数值，就可以计算出提升速度。 下面是 PLC 控制软件主程序流程图如图所示。 (1)初始化子程序用于对高速计数器 HSC0 和 HSC1 进行以下操作：写控制字、定义工作模式、清零、写设定值、设置定时中断、连接中断、启动计数。 (2)制动油泵、润滑油泵、动力制动电源、五通阀电磁铁、四通阀电磁铁和安全阀电
11、磁铁等的控制属于交流提升机安全运行所需辅助设备的控制。 (3)制动油过压信号、制动油过热信号和润滑油过压信号的显示控制用于交流提升机工作状态的显示控制。 (4)调绳闭锁回路是在调绳过程中起安全保护作用。双卷简提升机换水平调绳时，调绳转换开关 1hk3 断开，使调绳连锁环节串入安全回路。正常运行时，1hk3 接通，调绳连锁不起作用。 (5)提升信号回路用于对交流提升电动机启动或减速作好准备。 (6)位置测量子程序用于测量提升机在矿井中的位置。 (7)行程显示子程序根据旋转编码器的脉冲个数来显示当前的行程位置。 (8)减速信号回路和减速信号铃用于减速控制并且发出铃声提示信号。(9)自动换向工作回路
12、和手动正反转工作回路分别用于自动和手动方式下对交流提升电动机进行正反转控制。 (10)安全回路用于防止和避免交流提升机发生意外事故。 (11)定时器控制回路和转子电阻通断控制用于交流提升电动机启动或减速时的转子电阻切换控制。 (12)动力制动回路用于动力制动电源的投入与切除控制。 (13)脚踏制动联锁和工作闸继电器用于交流提升电动机制动控制。 下面简述 PLC 在提升机运行过程中的重要环节(梯形图略)； (1)安全回路通过连锁功能保证了提升机安全、可靠运行，当出现不正常工作状态时 PLC 输出断电信号，安全回路运行指示灯熄灭，安全闽电磁铁不得电，提升机进行安全制动。其中安全回路由主令控制器手柄
13、零位连锁触电、工作闸制动手柄连锁触点、测速回路断线监视继电器 KV的动合触点、过速保护继电器动合触点、常速保护继电器动合触点、高压油过压辅助动合触点、制动油过压输出动断触点、过卷开关松绳保护开关、闸瓦磨损保护开关、调绳开关调绳闭锁贿赂触电等触电、元件完成安全保护。 (2)控制回路工作过程。 开车前的准备条件：将制动手柄至全抱闸位置(通电)，主令控制器处于中间位置(接通)，个转换开关板至所需位置；主回路和辅助回路送电；启动油泵；如果安全回路正常，安全回路指示灯亮，解除安全制动。提升机启动加速：当井口发来开车信号，将制动手柄至于松闸位置，电机启动并完成 8 级启动运行。 (3)等速阶段。 (4)正
14、力减速阶段。 (5)低速爬行阶段。 (6)停车：当达到停车点时，换向开关被撞开，使工作闸继电器断电，自动实现工作制动，同时使提升机控制只能选择反向运转，实现自动换向，防止过卷。 这一伟大的革新，大大减少了过去继电器一接触器控制方式下大量硬件接线而带来的诸多麻烦，进一步提高提升机的安全性和可靠性，控制系统的工艺性和灵活性加强，可以说真正完成了一次控制技术的飞跃，也为微机控制应用技术在矿井生产、安全运营风环节的应用普及奠定了必要的基础。综上所述，矿井提升机电控技术对油田和矿山后期开发具有使用和推广的价值。 参考文献 1赵延雯.绣花工艺与设备J.武汉科技学院，2000， （2）.2郑堤，唐可洪.机电一体化设计基础M.北京：机械工业出版社，1997.
