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(zhuān)業(yè)班級(jí) 礦山機(jī)電 </p><p>　　學(xué)生姓名 學(xué)號(hào) </p><p>　　指導(dǎo)教師 職稱(chēng) </p><p>　　完成日期

3、 年 月 </p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）共 64 頁(yè)（其中：外文文獻(xiàn)及譯文23頁(yè)） 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(chéng)信承諾保證書(shū)</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(chéng)信承諾保證書(shū)</p><p>　　本人鄭重承諾：我已按學(xué)校相關(guān)規(guī)定對(duì) 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(guó)久益（JOY）公司的12CM15型連續(xù)采煤機(jī)為例，對(duì)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(duì)連采機(jī)各種參數(shù)進(jìn)行采集，并通過(guò)PLC、觸摸屏和組態(tài)軟件對(duì)連采機(jī)進(jìn)行檢測(cè)和控制的基本原理和方法。通過(guò)傳感器和保護(hù)元件對(duì)連采機(jī)的溫度參數(shù)等各種

7、參數(shù)的采集以及對(duì)連采機(jī)截割部電動(dòng)機(jī)進(jìn)行過(guò)載保護(hù)，結(jié)合通信技術(shù)，將信號(hào)以模擬量或開(kāi)關(guān)量的形式傳送至PLC，PLC通過(guò)對(duì)信號(hào)的處理，邏輯分析來(lái)對(duì)連采機(jī)進(jìn)行啟動(dòng)、停止和故障處理，并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的觸摸屏和遠(yuǎn)程的上位機(jī)組態(tài)軟件對(duì)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(jiǎn)介9</p><p>　　3.2 電動(dòng)機(jī)選型及其特性12</p><p>　　3.2.1電動(dòng)機(jī)選型12</p><p>　　3.2.2異步電動(dòng)機(jī)固有機(jī)械特性12</p><

13、p>　　3.3.3電動(dòng)機(jī)的固有啟動(dòng)特性14</p><p>　　3.2.4電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速機(jī)械特性15</p><p>　　3.2.5三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)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(jiǎn)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(guò)載保護(hù)設(shè)計(jì)38</p><p>　　6.3 恒功率自動(dòng)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(guó)，從1949年美國(guó)利諾斯公司研制成功第一臺(tái)連續(xù)采煤機(jī)以來(lái)，已經(jīng)歷了半個(gè)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(guó)，而且世界許多國(guó)家，在房柱式采煤、回收邊角煤以及長(zhǎng)臂開(kāi)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(guò)程中創(chuàng)出了前所未有的水平，效益十分可觀(guān)，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(guó)推廣應(yīng)用于長(zhǎng)臂采煤的準(zhǔn)備巷道快速掘進(jìn)中，現(xiàn)在在許多國(guó)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(guò)程，按落煤機(jī)構(gòu)劃分，大體經(jīng)歷了以下三個(gè)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(kāi)采煤炭、鉀

19、堿、鋁土、硼砂、頁(yè)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(dòng)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(dòng)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(guò)對(duì)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(kāi)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(guó)是使用臺(tái)數(shù)最多、使用成效最好的國(guó)家。井工采煤產(chǎn)量的50%是靠連續(xù)采煤機(jī)生產(chǎn)的.長(zhǎng)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(guó)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(wàn)t。</p><p>　　英國(guó)長(zhǎng)期以來(lái)，井工開(kāi)采一直以長(zhǎng)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(guó)最大的RJBudg公司擁有連續(xù)采煤機(jī)80多臺(tái)，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(guó)煤

22、巷掘進(jìn)的主要方法之一，是英國(guó)煤炭工業(yè)近幾十年來(lái)技術(shù)變革的一個(gè)重要方面。德國(guó)使用連續(xù)采煤機(jī)在海底煤層開(kāi)采已有40年的歷史，而且效益最好，曾有5個(gè)回采工作面，保持年產(chǎn)量200萬(wàn)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(wàn)噸125個(gè)，相當(dāng)于每個(gè)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(tái)套，其中美國(guó)有16

23、00臺(tái)套，南非有220臺(tái)套，澳大利亞有190臺(tái)套，英國(guó)有90臺(tái)套。</p><p>　　1976年我國(guó)開(kāi)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(gè)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(tái)，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(wàn)t，年產(chǎn)30萬(wàn)t，年

24、進(jìn)尺近萬(wàn)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(tái)套，由于房柱式開(kāi)采和長(zhǎng)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(tái)連續(xù)采煤機(jī)、1臺(tái)錨桿鉆機(jī)、

25、2臺(tái)運(yùn)煤車(chē)：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(jī)，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(wú)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(jí)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(guó)、英國(guó)、南非等國(guó)，不論在房柱式采煤還是長(zhǎng)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(huì)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(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)和人民生活對(duì)煤炭的需求依然有增無(wú)減。煤炭在我國(guó)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(lái)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)不會(huì)改變。</p><p>　　作為一個(gè)煤炭生產(chǎn)和消耗的大國(guó)，煤炭企業(yè)應(yīng)注重生產(chǎn)過(guò)程的效率和安全，為此，煤炭工業(yè)自動(dòng)化是當(dāng)前迫切需要解決的問(wèn)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(guó)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(dòng)，模塊化布置。連續(xù)采煤機(jī)都采用多電機(jī)分別驅(qū)動(dòng)截割、裝運(yùn)、行走、冷卻噴霧除塵及液壓系統(tǒng)等，簡(jiǎn)化了傳動(dòng)系統(tǒng)，電動(dòng)機(jī)多達(dá)6~8臺(tái)。在總體布置上將各機(jī)構(gòu)的電動(dòng)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(dòng)系統(tǒng)分開(kāi)，構(gòu)成簡(jiǎn)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(shí)間，減少維護(hù)的目的，這也有利于采煤機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)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(xiàn)布置的齒座和錐形截齒，左右截割滾筒分別由2臺(tái)交流電機(jī)經(jīng)各自的減速器減速后同步驅(qū)動(dòng)。電動(dòng)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(gè)升降液壓缸驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)上、下擺動(dòng)，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(lái)，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(duì)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(zhǎng)到690kW，一般也在300~500kW。裝機(jī)總功率的增長(zhǎng)中，以截割電動(dòng)機(jī)容量的增長(zhǎng)最快，已從過(guò)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(dòng)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(dòng)裝置組成。工作時(shí)，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(dòng)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(kāi)式系統(tǒng)。液壓泵多為雙聯(lián)齒輪泵，由1臺(tái)交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。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(dòng)以及行走履帶制動(dòng)閘動(dòng)作的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。控制方式有手動(dòng)和電磁閥兩種。管路系統(tǒng)中裝有完善的壓力檢測(cè)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(dòng)力部分中，除行走部用低壓水冷直流串激電動(dòng)機(jī)外，截割、裝運(yùn)、液壓泵以及除塵器風(fēng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)均為高壓水冷三相交流電動(dòng)機(jī)，主電路有可靠地過(guò)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(dòng)的截割鏈）上裝有按一定規(guī)律排列的鎬形截齒，在每個(gè)作業(yè)循環(huán)的開(kāi)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(guò)程中，旋轉(zhuǎn)的截割滾筒切入煤層一定的深度B，稱(chēng)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(dòng)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(zhǎng)度L和厚度等于B的弧形條帶煤體，這就是一個(gè)循環(huán)作業(yè)切割下來(lái)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(jí)減速傳動(dòng)，一級(jí)直齒傳動(dòng)，二級(jí) 錐齒傳動(dòng)，三級(jí)行星輪傳動(dòng)，總傳動(dòng)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(dòng)摩擦離合器，摩擦離合器將動(dòng)力傳給扭矩軸，扭

38、矩軸將動(dòng)力傳給一級(jí)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(pán)調(diào)心滾子軸承支撐在箱體上。通過(guò)一根細(xì)長(zhǎng)的傳動(dòng)軸將動(dòng)力傳給二級(jí)減速箱的小直齒圓錐齒輪。從動(dòng)齒輪與傳動(dòng)軸為花鍵連接，與二級(jí)減速箱的小直齒輪圓錐齒輪連接，小直齒圓錐齒輪由兩盤(pán)調(diào)心滾子軸承支撐在二級(jí)減速箱箱體上。大直齒圓錐齒輪以花鍵聯(lián)接方式驅(qū)動(dòng)一個(gè)套裝在橫軸上的空心軸齒圈，空心軸齒圈作為下一級(jí)行星減速機(jī)構(gòu)的太陽(yáng)輪驅(qū)動(dòng)行星減速機(jī)構(gòu)。行星減速機(jī)構(gòu)有四個(gè)行星輪，

39、每個(gè)行星輪由兩盤(pán)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(dòng)。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(dòng)左右滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)。</p><p>　　截割機(jī)構(gòu)鏈輪 2.電動(dòng)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(dòng)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(xiàn)上的截齒數(shù)。</p><p>　　截割阻抗與煤炭堅(jiān)固性有關(guān)，對(duì)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(jiǎn)介</p&

45、gt;<p>　　美國(guó)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(tái)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(dòng)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(tái)牽引電動(dòng)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(cè)器件（可等效為溫控常閉開(kāi)關(guān)），用于電機(jī)過(guò)熱檢測(cè)

46、，因而可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)過(guò)熱保護(hù)。這些電機(jī)的類(lèi)型及主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1-1所示。</p><p>　　表3-1 電機(jī)類(lèi)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(tái)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(duì)由微處理器構(gòu)成晶閘管脈沖觸發(fā)單元進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制，監(jiān)測(cè)開(kāi)關(guān)位置并提供所有機(jī)器診斷的軟件控制。機(jī)器整個(gè)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(cè)、故障診斷及機(jī)器運(yùn)行狀況顯示等功能。正常工作時(shí)，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(dòng)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(duì)上述八臺(tái)電機(jī)以及其它電磁機(jī)構(gòu)實(shí)施控制，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)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(tái)電機(jī)（見(jiàn)表3-1）。</

50、p><p>　?。?） 4個(gè)電控箱，它們分別是：</p><p>　　1）操作臺(tái)（主控臺(tái)）：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(kāi)關(guān)安裝在箱體的蓋板上；供司機(jī)觀(guān)察的指示儀表指示燈裝在儀表盤(pán)上；24V直流電源，監(jiān)視繼電器﹑本安繼電器和接線(xiàn)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(shí)器及斷路器2CB等；</p><p>　　3）牽引控制器（箱）：這是一個(gè)裝在機(jī)器左后方的一個(gè)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(gè)部分： </p><p>　　FRONT PANEL（前板）為一個(gè)不銹鋼機(jī)箱，內(nèi)裝PLC；</p><p>　　REAR PANEL（后板）為一接線(xiàn)板；

52、</p><p>　　SWINGOUT PANEL（右轉(zhuǎn)動(dòng)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(kāi)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(dòng)力電纜進(jìn)線(xiàn)箱，內(nèi)部的主要裝置為主斷路器1CB。此外，履帶行走安全開(kāi)關(guān)（腳踏開(kāi)關(guān)）也位于該箱內(nèi)。</p><p>　?。?）一個(gè)電磁閥：用于冷卻及噴霧水控制。</p><p>　?。?）油溫油位開(kāi)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>　　（5）流量壓力開(kāi)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(tái)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>　?。?）一個(gè)起/停開(kāi)關(guān)：連接在先導(dǎo)回路中，通過(guò)先導(dǎo)控制實(shí)現(xiàn)對(duì)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(jí)供電開(kāi)關(guān)（磁力起動(dòng)器），即實(shí)現(xiàn)連采機(jī)遠(yuǎn)距離控制。</p><p>　?。?）多個(gè)急停按鈕：位于機(jī)器的前﹑后﹑操

55、作臺(tái)以及控制器﹑牽引控制器箱門(mén)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(shí)，先導(dǎo)回路被切斷，從而使前級(jí)供電開(kāi)關(guān)斷電。</p><p><b>　　（9）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(dòng)機(jī)選型及其特性</p><p>　　3.2.1電動(dòng)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(dòng)

58、機(jī)型號(hào)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(dòng)機(jī)固有機(jī)械特性</p><p>　　異步電動(dòng)機(jī)在額定電壓和額定頻率下，用規(guī)定的接線(xiàn)方式，定子和轉(zhuǎn)子電路中不串聯(lián)任何電阻或電抗時(shí)的機(jī)

59、械特性稱(chēng)為固有機(jī)械特性，如圖3-2所示。從特性曲線(xiàn)可以看出，其上有四個(gè)特殊點(diǎn)可以決定特性曲線(xiàn)的基本形狀和異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行性能，這四個(gè)特殊點(diǎn)如下。</p><p>　　(1) </p><p>　　r/min (S=0)</p><p>　　為電動(dòng)機(jī)的理想空載工作點(diǎn)，此時(shí)電動(dòng)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(dòng)機(jī)的額定工作點(diǎn)，此時(shí)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(dòng)機(jī)額定功率，Kw </p><p>　　——電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速，r/min。</p&

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

63、t;　　（4），，為電動(dòng)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(dòng)機(jī)的=2.0~2.2。</p><p>　　圖3-2異步電動(dòng)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(dòng)機(jī)的固有啟動(dòng)特性</p><p>　　異步電動(dòng)機(jī)在接入電網(wǎng)啟動(dòng)的瞬時(shí)，由于轉(zhuǎn)子處于靜止?fàn)顟B(tài)，定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)以最快的相對(duì)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(dòng)勢(shì)和轉(zhuǎn)子電流，從

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

66、gt;　　3.2.4電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速機(jī)械特性</p><p>　　改變定子電源頻對(duì)三相異步電動(dòng)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(shí)，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(dòng)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(dòng)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(shí)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(dòng)機(jī)的制動(dòng)特性</p><p><b>　?。?）反饋制動(dòng)</b>&

68、lt;/p><p>　　當(dāng)某種原因?qū)е庐惒诫妱?dòng)機(jī)的運(yùn)行速度高于它的同步速度，即n>n?，且時(shí)，異步電動(dòng)機(jī)就進(jìn)入發(fā)電狀態(tài)，顯然，這時(shí)轉(zhuǎn)子導(dǎo)體切割旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向與電動(dòng)狀態(tài)時(shí)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(dòng)作用。反饋制動(dòng)時(shí)，電動(dòng)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(guò)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(dòng)又稱(chēng)發(fā)電制動(dòng)。這時(shí)異

69、步電動(dòng)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(dòng)的機(jī)械特性曲線(xiàn)是電動(dòng)狀態(tài)機(jī)械特性曲線(xiàn)向第二象限的延伸。</p><p>　　圖3-5反饋制動(dòng)狀態(tài)異步電動(dòng)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(dòng)</b></p><p>　　如果正常運(yùn)行時(shí)異步電動(dòng)機(jī)三相電源的相序突然改變，即電源反接，則旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向就將改變，電動(dòng)狀態(tài)下的機(jī)械特性曲線(xiàn)就由圖2-5的第一象限的曲線(xiàn)1變成了曲線(xiàn)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(xiàn)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(gè)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(dòng)機(jī)進(jìn)入反制動(dòng)狀態(tài)。待n=0（即點(diǎn)c）時(shí)，應(yīng)將電源切斷，否則電動(dòng)機(jī)將反向啟動(dòng)運(yùn)行。</p><p>　　由于反接制動(dòng)時(shí)電流很大，對(duì)于籠型電動(dòng)機(jī)，常在定西電路中串接附加電阻，對(duì)于繞線(xiàn)電動(dòng)機(jī)，則在轉(zhuǎn)子電路中串接附加電阻。這時(shí)的人為機(jī)械特性如圖2-5的曲線(xiàn)3所示，制動(dòng)時(shí)工作點(diǎn)由點(diǎn)a轉(zhuǎn)換到點(diǎn)d，然后沿特性曲線(xiàn)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(shí)反接制動(dòng)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(duì)于可調(diào)速的電力拖動(dòng)系統(tǒng)，工程上往往根據(jù)電動(dòng)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(lèi)。它們最大的不同之出主要在于交流電力拖動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)媲美。在交流調(diào)速技術(shù)中，變頻調(diào)速具有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，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(guò)程自動(dòng)化，深受工業(yè)行業(yè)的青睞。</p><p>　　交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制時(shí)，除了應(yīng)選擇合適的變頻器類(lèi)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(mǎn)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(dòng)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(shí)，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(shí)，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(dòng)機(jī)的額定電流</p><p>　　3）按電動(dòng)機(jī)容量選擇</p><p>　　對(duì)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(dòng)機(jī)額定負(fù)載時(shí)的效率 =0.85</p><p>　　——電動(dòng)機(jī)額定負(fù)載時(shí)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(mén)子公司的MicroMaster 440變頻器，其具體技術(shù)規(guī)格見(jiàn)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(xiàn)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(jiǎn)介</p><p>　　簡(jiǎn)介西門(mén)子公司的S7-200系列小型PLC型號(hào)和規(guī)格較多，具有功能強(qiáng)、性?xún)r(jià)比高以及可以適應(yīng)不同需求控制場(chǎng)合的特點(diǎn)，深受?chē)?guó)內(nèi)用戶(hù)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(jiàn)表4-1。S7-200系列的PLC的擴(kuò)展單元本身沒(méi)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(jiàn)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(hào)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(guò)它比一般的計(jì)算機(jī)具有更強(qiáng)的與工業(yè)過(guò)程相連接的接口和更直接的適應(yīng)于控制要求的編程語(yǔ)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(chǔ)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(hù)程序和數(shù)據(jù)的接收與存儲(chǔ)；</p><p>　　2）存儲(chǔ)器 PLC的存儲(chǔ)器包括系統(tǒng)存儲(chǔ)器和用戶(hù)存儲(chǔ)器兩個(gè)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(chǔ)器用來(lái)存放由PLC

86、生產(chǎn)廠(chǎng)家編寫(xiě)的系統(tǒng)程序，并固化在ROM內(nèi)，用戶(hù)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(hù)存儲(chǔ)器包括用戶(hù)程序存儲(chǔ)器（程序區(qū)）和功能存儲(chǔ)器（數(shù)據(jù)區(qū)）兩部分。用戶(hù)程序存儲(chǔ)器用來(lái)存放用戶(hù)針對(duì)具體控制任務(wù)用規(guī)定的PLC編程語(yǔ)言編寫(xiě)的各種用戶(hù)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(gè)開(kāi)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(duì)話(huà)，PLC配有多種通信

88、接口。PLC通過(guò)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(mǎn)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(hù)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(xiě)入器、存儲(chǔ)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(guò)程可用上圖3-2所示的運(yùn)行框圖來(lái)表示整個(gè)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(duì)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(guò)程。PLC上電處理完成以后進(jìn)入掃描工作過(guò)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(shí)鐘、特殊寄存器更新。當(dāng)CPU處于STOP方式時(shí)，轉(zhuǎn)入執(zhí)行自診斷檢查。當(dāng)CPU處于RUN方式時(shí)，還要完成用戶(hù)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(cuò)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(dòng)作</p><p>　　是否正常，如CP

91、U、電池電壓、程序存儲(chǔ)器、I/O、通信等是否異?；蛘叱鲥e(cuò)，如檢查出異常時(shí)CPU面板上的LED及異常繼電器會(huì)接通，在特殊寄存器中會(huì)存入出錯(cuò)代碼。當(dāng)出現(xiàn)致命錯(cuò)誤時(shí)，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(shí)，它將不斷重復(fù)上圖

92、中的掃描過(guò)程，不斷循環(huán)的掃描地工作下去。分析上述掃描過(guò)程，如果我們對(duì)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(guò)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(duì)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(wú)論輸入信號(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(xiě)入輸入端的新內(nèi)容。</p><p>　　圖4-3 PLC掃描工作過(guò)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(yǔ)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(mǎn)足來(lái)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(shí)，PLC就從輸入映像寄存器中“讀入”上一階段采入的對(duì)應(yīng)輸入端子狀態(tài)，從輸出映像寄存器“讀入”對(duì)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(duì)元件映像寄存器來(lái)說(shuō)，每一個(gè)元件（輸出“軟繼電器”的狀態(tài)）會(huì)隨著程序執(zhí)行過(guò)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(kāi)）在輸出刷新階段轉(zhuǎn)存到輸出鎖存器中，通過(guò)一定方式輸出，驅(qū)動(dòng)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(kāi)關(guān)、及各種傳感器等）和輸出設(shè)備（如：接觸器、電磁閥、信號(hào)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(duì)左右兩截割電機(jī)進(jìn)行檢測(cè)和控制，其輸入和輸出設(shè)備如下：</p><p>　　輸入設(shè)備：14個(gè)按鈕開(kāi)關(guān)，2個(gè)模擬量輸入，共16個(gè)輸入設(shè)備。</p><p>　　輸出設(shè)備：11個(gè)輸出

97、設(shè)備。</p><p>　　2）PLC容量的選擇</p><p>　　用戶(hù)程序所需內(nèi)存容量受到下面幾個(gè)因素的影響：內(nèi)存利用率；開(kāi)關(guān)量輸入/輸出點(diǎn)數(shù)；模擬量輸入/輸出點(diǎn)數(shù)；用戶(hù)的編程水平。</p><p>　　a）內(nèi)存利用率。用戶(hù)程序通過(guò)編程器鍵入主機(jī)內(nèi)，最后是以機(jī)器語(yǔ)言的形式存放在內(nèi)存中。我們把一個(gè)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(yǔ)言所需的內(nèi)存字?jǐn)?shù)的比值稱(chēng)

98、為內(nèi)存利用率。高的內(nèi)存利用率給用戶(hù)帶來(lái)好處。</p><p>　　b）開(kāi)關(guān)量輸入/輸出點(diǎn)數(shù)。PLC開(kāi)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(kāi)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(kāi)關(guān)量輸入點(diǎn)數(shù)×10+開(kāi)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(shí):</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(shí)存在時(shí)：</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(xiě)質(zhì)量。用戶(hù)程序優(yōu)劣對(duì)程序長(zhǎng)短和運(yùn)行時(shí)間都有較大影響。對(duì)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(chǔ)器字?jǐn)?shù)=（開(kāi)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(chǔ)器字?jǐn)?shù)的25%考慮余量[10]。</p><p>　　則：總存儲(chǔ)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(chǔ)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(duì)比，決定選用西門(mén)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(hào)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(dòng)控制、過(guò)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(xiàn)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(shuō)明書(shū)可統(tǒng)計(jì)出PLC的系統(tǒng)開(kāi)關(guān)量I/O點(diǎn)數(shù)及模擬量I/O通道數(shù)，以及開(kāi)關(guān)量和模擬量的信號(hào)類(lèi)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(hù)需要多余CPU單元的I/O點(diǎn)數(shù)時(shí)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(lái)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(duì)截割電機(jī)進(jìn)行檢測(cè)的模擬量有熱保護(hù)、過(guò)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(gè)輸入信號(hào)和11個(gè)輸出信號(hào)，其中輸入信號(hào)中14個(gè)數(shù)字量輸入，

105、4個(gè)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(mǎn)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(hào)，其具體種類(lèi)及型號(hào)如表4-2所示。</p><p>　　本設(shè)計(jì)需要對(duì)截割電機(jī)進(jìn)行檢測(cè)的模擬量有熱保護(hù)、過(guò)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(cè)2個(gè)溫度信號(hào)，2個(gè)速度信號(hào)由溫度變送器和速度傳感器將信號(hào)輸入PLC，因此選擇2個(gè)三個(gè)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(dòng)機(jī)過(guò)流監(jiān)測(cè)中斷程序</p><p>　　截割電動(dòng)機(jī)過(guò)流1.2倍30秒

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

108、動(dòng)機(jī)電流過(guò)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(lái)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(tái)電機(jī)繞組溫

109、度達(dá)到135℃時(shí)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(shí)，采煤機(jī)預(yù)警并同時(shí)延時(shí)5s后，采煤機(jī)自動(dòng)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(cè)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?xún)?nèi)為</p><p><b>　　(6-1)</b></p>

110、<p>　　在-190~0℃以?xún)?nèi)為</p><p><b>　　(6-2)</b></p><p>　　式中 Rt—溫度為t℃時(shí)的電阻</p><p>　　R0—溫度為0℃時(shí)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(cè)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(xiàn)形，需RP2調(diào)線(xiàn)形，RP3調(diào)零，RP4調(diào)測(cè)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(cè)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(guò)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(lái)分別控制采煤機(jī)滾筒的旋轉(zhuǎn)。截割電機(jī)采用的時(shí)兩只型號(hào)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(hào)，并直接送入FX2N－4DA模塊中，供PLC可編程控制器讀取檢測(cè)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(hào)。當(dāng)任意一臺(tái)電動(dòng)機(jī)的電流達(dá)到了額定電流的110％時(shí)，PLC輸出控制信號(hào)，讓電動(dòng)機(jī)減速，此時(shí)，采煤機(jī)牽引自動(dòng)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(cè)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(tái)電機(jī)嚴(yán)重過(guò)載時(shí)（即其電流大于額定電流130％時(shí)），PLC輸出控制信號(hào)，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(dòng)控制保護(hù)設(shè)計(jì)</p><p>　　恒功率自動(dòng)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