基于PLC的礦井提升機控制系統(tǒng)設(shè)計

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設(shè)計（論文）說明書 1 前言 1.1 提升機的發(fā)展過程及現(xiàn)狀向 礦井提升機是鐵礦安全生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備之一，其作用是提升礦粉、升降人員和下放物料等，在整個鐵礦生產(chǎn)中占有十分重要的地位。礦井提升機安全、可靠、高效、準確地運行集中體現(xiàn)在其電氣控制系統(tǒng)中，電控系統(tǒng)性能的優(yōu)劣直接影響全礦的安全生產(chǎn)及礦工生命的安全。 現(xiàn)代礦井提升機的發(fā)展與現(xiàn)代電力傳動及其控制技術(shù)的發(fā)展密切相關(guān)。根據(jù)受控電動機類型的不同，礦井提升機可分為直流驅(qū)動提升機和交流驅(qū)動提升機兩大類。 由于交流電動機有結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、堅固、容量大、價格低廉、應(yīng)用場合廣泛和直接使用交流三相電源等優(yōu)點，因而交流驅(qū)動提升機得到了廣泛的應(yīng)用。在20世紀70年代前，礦井提升機大多采用交流驅(qū)動系統(tǒng)，但是由于其調(diào)速能力較差，很難適用于調(diào)速性能要求較高的場合。 直流電動機具有良好的啟、制動性能，可在大范圍內(nèi)平滑調(diào)速，調(diào)速性能指標遠優(yōu)于交流電動機，因此在20世紀70年代后，隨著大功率可控硅的使用、電子控制技術(shù)和裝置的發(fā)展，直流驅(qū)動提升機逐漸在大中型鐵礦中占據(jù)了主導地位。 隨著電力電子器件、微電子控制技術(shù)和交流調(diào)速控制理論的發(fā)展，交流驅(qū)動逐漸獲得了與直流驅(qū)動相同的控制特性，并在高性能交流驅(qū)動應(yīng)用中獲得了根本性的突破，成為大容量提升機的首選方案。目前國內(nèi)鐵礦企業(yè)，井下提升機大多采用交流繞線式異步電動機轉(zhuǎn)子串電阻的調(diào)速方案。 提升機電控系統(tǒng)經(jīng)歷了由繼電器控制、分離元件控制、模擬電路控制到微電子(計算機)控制的發(fā)展歷程，目前數(shù)字控制系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于提升機控制系統(tǒng)中。采用數(shù)字控制技術(shù)后，提升機電控系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、控制精度高、系統(tǒng)功能開發(fā)簡單等優(yōu)點；特別是其具有智能化的信息采集、故障診斷和在線檢測等功能，極大地提高了系統(tǒng)的可靠性，縮短了查找和排除故障的時間，降低了維護成本。 1.2 主要存在的問題 雖然交流提升機在調(diào)速性能上獲得了根本性的突破，成為大容量提升機的首選方案，但是由交流電動機的基本原理可知，由定子傳入轉(zhuǎn)子的電磁功率Pm可分為兩部分：一部分是驅(qū)動負載的有效功率P＝(1-s)Pm；另一部分是轉(zhuǎn)差功率P＝sPm，與轉(zhuǎn)差率s成正比。根據(jù)轉(zhuǎn)差功率的大小及消耗情況，交流調(diào)速系統(tǒng)可分為如下三類： (1)轉(zhuǎn)差功率消耗型調(diào)速系統(tǒng)：全部轉(zhuǎn)差功率都被轉(zhuǎn)換成熱能而消耗掉。這類調(diào)速方式有定子調(diào)壓調(diào)速、電磁離合器調(diào)速、繞線式異步電動機轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速等。這類調(diào)速系統(tǒng)是以增加轉(zhuǎn)差功率的消耗來換取轉(zhuǎn)速降低的，轉(zhuǎn)速越低，效率越低。 (2)轉(zhuǎn)差功率回饋型調(diào)速系統(tǒng)：少部分轉(zhuǎn)差功率被消耗掉，大部分通過變流裝置回饋電網(wǎng)或轉(zhuǎn)化為機械能予以利用。繞線式異步電動機串級調(diào)速就屬這類。轉(zhuǎn)速越低，回饋功率就越多。但這類調(diào)速方式用于礦井提升機的較少。 (3)轉(zhuǎn)差功率不變型調(diào)速系統(tǒng)：這類系統(tǒng)中，無論轉(zhuǎn)速高低，所消耗的轉(zhuǎn)差功率都基本不變。變級調(diào)速和變頻調(diào)速即屬于這類調(diào)速系統(tǒng)。 無論采用哪種調(diào)速方案，轉(zhuǎn)差功率調(diào)速系統(tǒng)中轉(zhuǎn)子消耗是不可避免的，于是造成了能源的浪費。特別是目前中小型礦井提升機廣泛采用的繞線式異步電動機轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速方式，屬于轉(zhuǎn)差功率消耗型調(diào)速系統(tǒng)，雖在負力提升情況下，可通過一定裝置來實現(xiàn)能量的回饋，但效率依然很低。 1.3 系統(tǒng)設(shè)計方案選擇 可編程控制系統(tǒng)（Programmable Logic Controller）是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作電子系統(tǒng)。它采用一種可編程的存儲器，在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，通過數(shù)字式或模擬式的輸入輸出來控制各種類型的機械設(shè)備或生產(chǎn)過程，使高可靠性的數(shù)字控制系統(tǒng)在較低成本價格上得以實現(xiàn)，越來越受到廣大用戶的青睞，成為當今自動化電氣控制的主流。 液粘調(diào)速離合器是根據(jù)流體力學中關(guān)于液體粘性定義及牛頓內(nèi)摩擦定律理論而研制成功的新型傳動裝置。它可以實現(xiàn)平滑的無級調(diào)速，摩擦副在分離狀態(tài)下使工作機起動，起動電流也大大降低，因而避免了電阻投切造成的能源浪費，同時大慣量工作機緩慢加速，可以防止過載，并且調(diào)速反應(yīng)靈敏，轉(zhuǎn)速控制精度高，能夠?qū)崿F(xiàn)手動控制和遠程控制。 在目前國內(nèi)鐵礦企業(yè)生產(chǎn)條件急需改善、設(shè)備急需更新的情況下，將可編程控制器用作提升機控制系統(tǒng)，調(diào)速裝置采用液粘調(diào)速離合器，將使提升機在運行特性、調(diào)速范圍、節(jié)電效果等各項經(jīng)濟技術(shù)指標均明顯提高。 本系統(tǒng)具體設(shè)計方案是采用光電編碼器采樣提升機滾筒的轉(zhuǎn)速信號，電流互感器在電動機定子側(cè)采樣電流信號，經(jīng)過可編程控制器的A/D, D/A模塊轉(zhuǎn)換，構(gòu)成轉(zhuǎn)速、電流負反饋控制。利用可編程控制器的內(nèi)置PID模塊構(gòu)成轉(zhuǎn)速、電流PI調(diào)節(jié)器，然后通過模擬量輸出模塊來控制液粘調(diào)速離合器電液比例溢流閥，從而達到控制提升機調(diào)速的目的。 該系統(tǒng)研制成功后，可解決舊系統(tǒng)體積大、維護困難、效率低等一系列問題。同時采用籠型電機拖動，將使系統(tǒng)靜特性明顯變硬，調(diào)速范圍也將顯著加寬，并且節(jié)電效果可達30%左右,可成為井下提升機更新?lián)Q代的理想設(shè)備。 2 系統(tǒng)總體方案設(shè)計 2.1 系統(tǒng)設(shè)計要求 2.1.1 系統(tǒng)控制要求 (1)礦井提升機是整個鐵礦安全生產(chǎn)的關(guān)鍵，其安全可靠性直接關(guān)系到全礦的生產(chǎn)和礦工的生命安全。由于鐵礦井下生產(chǎn)環(huán)境惡劣，運行情況復雜，各種操作頻繁，因此對提升機電控系統(tǒng)來說，除了能夠滿足各種復雜的控制要求外，更重要的是其可靠性和安全保障。 (2)要求具有很好的調(diào)速性能，能夠精確地完成井下提升的整個運行過程。 (3)可以重載起動，有一定的過載能力。 (4)工作方式轉(zhuǎn)換容易，易于實現(xiàn)自動化。 (5)技術(shù)先進，維護簡單、方便，在保證安全可靠運行前提下，控制線路簡潔明了，便于維修和排除故障。 (6)盡量降低投資成本，減少運行費用，提高節(jié)電效果和經(jīng)濟效益。 2.1.2 系統(tǒng)控制速度圖 礦井提升機的工作過程一般經(jīng)歷加速、等速、減速三個運行階段。本系統(tǒng)設(shè)計中采用井底初加速、等速，井筒主加速、等速和井口減速運行等階段。系統(tǒng)速度控制如圖2-1所示。 圖2-1 提升速度圖及循環(huán)時間計算表 開始時，在井口平車場空車線上的空車串，由井口推車器以a1加速至V0=1.Om/s低速，向下推進。同時，井底的重車串上提，當全部重車串進入井筒后，提升機以a2加速到最大提升速度Vm，并等速運行至井口，在空車串運行到井底時，提升機以a3減速，使之由Vm減至V0,進入井底車場時，減速停車。這時，在井口平車場內(nèi)的重車串借慣性繼續(xù)前進，當行至摘掛鉤位置時，摘鉤并掛空車。同時井下也摘掉空車并掛上重車，然后打開井口空車線上的阻車器，進入下一個提升循環(huán)。 如圖2-1所示，提升機在各運行階段的參數(shù)預置如下，關(guān)于時間及距離的設(shè)置及計算在脈沖單元的計算中再詳加說明。 a.系統(tǒng)最大提升速度Vm=5.Om/s； b.井下平車場平均速度V0=1.0m/s； c.井下平車場加、減速度a1=a4=0.3m/s2； d.井筒中主加、減速度a2=a3=0.5m/s2; 2.2 系統(tǒng)硬件設(shè)計 礦井提升機硬件結(jié)構(gòu)主要包括控制系統(tǒng)、調(diào)速裝置、放大驅(qū)動系統(tǒng)、換向回路、安全回路等部分，本系統(tǒng)硬件設(shè)計構(gòu)成如圖2-2所示。 控制操作臺 井底裝載 井口卸載 檢測傳感器 報警顯示 PLC 控 制 系 統(tǒng) 光電編碼器 放大驅(qū)動 閘控回路 換向回路 安全回路 提升機滾筒 液粘裝置 圖2-2 系統(tǒng)硬件組成 采用PLC作主控制系統(tǒng)，分別接收來自司機操作臺、檢測系統(tǒng)、放大驅(qū)動控制系統(tǒng)、閘控回路、安全回路、井筒信號系統(tǒng)、報警顯示和外部各個監(jiān)測元件的信息，這些信息多數(shù)首先要經(jīng)過主控程序的相應(yīng)處理，并將相應(yīng)的信息和指令發(fā)送到上述各個系統(tǒng)中，來控制提升機系統(tǒng)運行。主控系統(tǒng)的軟件主要用來執(zhí)行提升機運行的邏輯、比較、順序控制、算術(shù)計算和位置控制等功能。 其控制過程主要是通過光電編碼器采樣提升機滾筒轉(zhuǎn)速信號，電流互感器在電動機定子側(cè)采樣電流信號，經(jīng)過可編程控制器的A/D, D/A模塊轉(zhuǎn)換，構(gòu)成轉(zhuǎn)速、電流負反饋控制；利用可編程控制器的內(nèi)置PID（比例、微分、積分的縮寫）模塊構(gòu)成轉(zhuǎn)速、電流PI調(diào)節(jié)器。通過模擬量輸出模塊控制電液比例溢流閥，從而控制液粘調(diào)速離合器達到調(diào)速的目的。根據(jù)PLC的控制性能和液粘調(diào)速離合器的調(diào)速特性，可實現(xiàn)提升機全自動、手動和檢修操作方式，各種操作方式均由司機通過控制操作臺進行控制。 在全自動運行方式下，不需要司機操作，只要井底裝載和井口卸載完成，發(fā)出完成信號，提升機就自動起車，通過井底初加速和井筒主加速，進入等速運行，過減速點后，按給定速度圖減速、停車，并完成裝載和卸載全過程；在手動控制和檢修運行方式下，井口給出開車控制信號后，由司機通過行程開關(guān)控制車組在各階段的運行過程，停車及裝、卸載過程仍由系統(tǒng)自動控制完成。 為操作及檢修的方便，首先PLC內(nèi)部自檢功能的故障輸出接點直接進入安全回路，一旦PLC出現(xiàn)故障，安全回路便立即動作，實現(xiàn)安全制動；同時系統(tǒng)中各種相應(yīng)的運行狀態(tài)和各個外部線路，在PLC的輸入和輸出模塊上，都要有相應(yīng)的指示，通過指示燈可以直接判斷信號傳輸是否正常。 2.3 可編程控制器(PLC)的特點及選型 2.3.1 PLC特點及應(yīng)用 可編程控制器（Programmable Logic Controller）是計算機技術(shù)與自動化控制技術(shù)相結(jié)合而開發(fā)的一種適用工業(yè)環(huán)境的新型通用自動控制裝置，是作為傳統(tǒng)繼電器的替換產(chǎn)品而出現(xiàn)的。它采用一種可編程的存儲器，在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，通過數(shù)字式或模擬式的輸入輸出來控制各種類型的機械設(shè)備或生產(chǎn)過程。 隨著微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展，可編程控制器更多地具有了計算機的功能，不僅能實現(xiàn)邏輯控制、定時控制、計數(shù)控制、順序(步進)控制，還具有了模擬量控制、閉環(huán)過程控制、數(shù)據(jù)處理和通信聯(lián)網(wǎng)等功能。 由于可編程控制器可通過軟件來改變控制過程，并且編程簡單，同時采用了模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計，易于擴展和拆裝，因而具有體積小，功耗低，可靠性高，組裝維護方便，控制功能完善和抗干擾能力強等特點，已廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制的各個領(lǐng)域，成為當今自動化電氣控制的主流。 2.3.2 可編程控制器的選型 本設(shè)計的主要控制過程是利用可編程控制器的A/D, D/A模塊和可編程控制器內(nèi)置的PID模塊構(gòu)成提升機系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速、電流PI調(diào)節(jié)器，通過PLC的模擬量輸出模塊來控制液粘調(diào)速離合器的電液比例溢流閥，從而調(diào)節(jié)控制油壓，該油壓經(jīng)控制油入口進入油缸，推動活塞，通過對摩擦副施加不同壓力來改變主、被動片間的油膜厚度，從而實現(xiàn)對輸出軸轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，以實現(xiàn)提升機調(diào)速運行的要求。 整個控制系統(tǒng)除了用到PLC邏輯控制、定時控制和計數(shù)控制等基本控制功能外，關(guān)鍵是要用到PLC的高級控制單元，主要包括A/D、D/A單元，脈沖輸出單元、位置控制單元和PID模塊等。 現(xiàn)代大中型的PLC一般都配備了專門的A/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊，可以將現(xiàn)場需要控制的模擬量通過A/D模塊轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，經(jīng)微處理器運算處理后，再通過D/A模塊轉(zhuǎn)換，變成模擬量去控制被控對象。同時大中型PLC也配備了PID控制模塊，當控制過程中某一變量出現(xiàn)偏差時，PLC就按照PID算法去調(diào)節(jié)該控制過程，把變量保持在某一整定值范圍內(nèi)。 在本系統(tǒng)中，可選用日本松下電工公司生產(chǎn)的中型PLC-FP3機。其性能特點簡介如下： (1) FP3機具有快速的CPU處理速度,最多可控制2048個I/O點, 具有16K步的大程序容量和EPROM寫入功能， 并提供了288條方便指令，編程工具功能強大。CPU中具有中斷功能、調(diào)試和測試運行功能，在程序運行過程中可利用中繼功能執(zhí)行高優(yōu)先級的中斷程序。編程器具有注釋功能等，可在程序中插入注釋, 便于以后的檢查與調(diào)試。 (2)FP3機CPU單元除具有一般功能的控制單元外，還具有功能完善的A/D、D/A單元，脈沖輸出單元、位置控制單元和進行PID處理等特殊功能模塊。并且在FP3的高級單元內(nèi)部一般自帶有CPU和存儲器，只要在初始化時，由FP3的CPU單元將控制字寫入其內(nèi)部存儲器中，則這些存儲器即可獨立運行。高級單元內(nèi)部的存儲器可由該單元與CPU 共享，CPU單元只要用專用的讀/寫指令即可對之進行讀或?qū)憽? (3)FP3機I/0分配采用自由編址方式，為用戶提供靈活便利的使用條件，其編址方式可通過兩種方式來實現(xiàn)，一種是根據(jù)各單元在底板上插放的位置確定該單元所用點的地址，另一種是使用編程工具設(shè)定各單元的地址。 (4)FP3機采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計，使其具有如下突出優(yōu)點: a.組裝靈活?？梢愿鶕?jù)生產(chǎn)需要隨時更換或擴充，使整個系統(tǒng)更快地適應(yīng)產(chǎn)品更新?lián)Q代的要求。 b.維修方便。出現(xiàn)故障時，只需更換部分芯片或功能模塊即可，使停機修理的時間和費用降至最低限度。 c.對各種功能的模塊可以根據(jù)需要進行生產(chǎn)，隨時改進其設(shè)計、不斷完善，有利于提高質(zhì)量、降低成本。 2.4 液粘調(diào)速離合器 本系統(tǒng)中提升機的調(diào)速裝置采用液體粘性調(diào)速離合器（也稱液粘調(diào)速離合器、液粘離合器）。液體粘性調(diào)速離合器是依據(jù)牛頓液體內(nèi)摩擦定律，即液體的粘性和油膜的剪切作用而研制成功的一種新型流體傳動裝置。本系統(tǒng)中使用YL-8型液體粘性調(diào)速離合器，是遼寧華孚石油高科技股份有限公司最新開發(fā)、研制成功的高效節(jié)能產(chǎn)品。 2.4.1 結(jié)構(gòu)及工作原理 YL-8型液體粘性調(diào)速離合器由主機和液壓系統(tǒng)兩大部分組成。 主機由主動部分、被動部分和加壓分離部分等構(gòu)成。主動部分包括主動軸和主動摩擦片，它們以花鍵相聯(lián)，并可作軸向自由滑動;被動部分包括被動軸、被動盤、被動鼓、被動摩擦片和支承盤，除被動片外，其余零件分別用平鍵和螺栓連接成剛體。被動片和被動鼓以花鍵相連并可在被動鼓上作軸向自動移動；主動片與主動軸同步旋轉(zhuǎn)，被動片與被動軸同步旋轉(zhuǎn)；加壓分離部分包括油缸、活塞、回位彈簧、壓盤等。在主動軸和被動軸的軸向徑向均鉆有油孔，分別通往潤滑油腔和工作油腔。 液壓系統(tǒng)由潤滑油系統(tǒng)和控制供油系統(tǒng)兩部分組成，其工作原理圖如圖2-3. 圖2-3液壓系統(tǒng)原理圖 1、 潤滑油箱 2、粗濾油器 3、潤滑油泵 4、電機 5、換熱器 6、壓力繼電器 7、電接點溫度計 8、潤滑油壓力表 9、電機 10、精濾油器 11、控制油泵 12、控制油壓力表13、二位二通電磁閥 14、電液比例溢流閥 15、電子控制器 16、控制油箱 在離合器主機中，主被動摩擦片之間始終保持一層完整的油膜，原動機動力經(jīng)主動軸上花鍵傳到主動片，通過摩擦副的液體粘性和油膜剪切力作用將動力傳給被動片，再傳給被動鼓，最后經(jīng)被動軸帶動負載工作。 潤滑供油系統(tǒng)是向摩擦副連續(xù)供油的裝置，使摩擦片之間不斷產(chǎn)生新 的油膜，同時將滑差損失產(chǎn)生的熱量經(jīng)換熱器以循環(huán)方式很快被帶走，使 調(diào)速離合器能在滑差情況下保持持久工作。 控制供油系統(tǒng)由電液比例溢流閥來調(diào)節(jié)控制油壓，該油壓經(jīng)控制油入口進入油缸，推動活塞，對摩擦副施加不同壓力來改變主、被動片間的油膜厚度，從而實現(xiàn)對輸出軸轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，以滿足工作機的變速要求。 2.4.2 性能特點和主要技術(shù)參數(shù) (1)性能特點 1. 當它與交流電動機配合使用時可方便的實現(xiàn)對負載的無級調(diào)速； 2. 除在較大范圍內(nèi)實現(xiàn)無級調(diào)速外，還可以實現(xiàn)高效率和無滑差損失的同步傳動； 3. 在它處于分離時，可以實現(xiàn)電動機的空載或輕載下啟動,可縮短啟動電流對電網(wǎng)沖擊的持續(xù)時間。 (2)主要技術(shù)參數(shù): a.控制系統(tǒng)油壓:0.15～2.OMpa 。 b.潤滑系統(tǒng)油壓:0.1～0.3Mpa 。 c.工作潤滑油:YLA-Nab普通液力油或8#液力傳動油。 d.冷卻水量:Q=40～70L/min。 e.滑油工作油溫:5000C。 3 FP3各單元工作方式的設(shè)置與參數(shù)整定 3.1 CPU單元 在FP3機的CPU單元中，采用的是16位微處理器芯片，最多可控制2048個I/O點, 具有16K步的大程序容量和EPROM寫入功能，采用循環(huán)掃描控制工作方式，除基本的控制功能外，還增加了許多特殊功能，如初始化功能，測試運行功能和中斷功能等。 3.2 脈沖輸出單元 FP3配備了多種實現(xiàn)位置控制的單元，首先是脈沖輸出單元，還有高速計數(shù)單元和位置控制單元，脈沖輸出單元可以輸出頻率可調(diào)的脈沖，其輸出頻率范圍為45Hz～5kHz。頻率調(diào)節(jié)需使用特殊指令（SPD0）并建立參數(shù)表來實現(xiàn)。該功能與高速計數(shù)器功能結(jié)合使用，可以對步進電機的速度和運動物體的位置進行控制。 3.2.1 參數(shù)的脈沖化 (1)距離的脈沖化 ①如系統(tǒng)速度控制圖所示原始資料設(shè)置如下： 井筒斜長:LT=498m; 井口車場的長度:LK=30m; 井底車場的長度:LD=30m; 提升機滾筒直徑:D=2.5m; ②與提升運動相關(guān)的計算 a.礦車組在井底車場運行階段 初加速段: t01=vO/aO1=1/0.3=3.3(s) L01=1/2V0t01=1/213.3=1.65(m) 等速運行階段: L02=LD-L01=30-1.65=28.35(m) T02=L02/V0=28.35/1=28.35(s) 井底車場運行總時間: TD=t01+t02=3.3+28.35=31.65(s) b.礦車組在井筒運行階段: 加減速運行階段: t1=t2=(vm-vD)/a1=(5-1)/0.5=8(s) L1=L2=1/2(vm+v0)/t=(5+1)/28 =24(m) 等速運行階段: L3=L-(LD+LK+L2+L2)=528-2(30+24)=420(m) t3=L3/vm=420/5=84(s) 車組在井口車場運行階段: LK=LD=30(m) tK=tD=31.65(s) 一次提升循環(huán)時間: T=(tD+tK+t1+t2+t3)+θ=2(tD+t1)+t3+θ =2(31.65+8)+84+25 =188.3(s) ③脈沖數(shù)的計算: 滾筒的周長為LG=лD=3.142.5=7.85 (m). 按滾筒每轉(zhuǎn)一圈發(fā)出n0=2000個脈沖計算，一次提升的長度為528m,應(yīng)轉(zhuǎn)的圈數(shù)為N=528/7.85=67.26圈，一次提升應(yīng)發(fā)出的總脈沖數(shù)為nS=Nn0=67.262000=134522。 a.車組在井底車場運行階段所對應(yīng)的各個階段的脈沖數(shù) 初加速段: n01=L01/LDn0=1.65/7.852000=420個 等速運行段: n0=L02/LGn0=28.35/7.852000=7223個 b.礦車組在井筒運行階段所對應(yīng)的各個階段的脈沖數(shù) 加減速運行段: n1=n2=L1/LGn0=24/7.85 2000=6115個 等速運行段: n3=L3/LG n0=420/7.85 2000=107006個 c.礦車在井口運行段 與井底運行的脈沖數(shù)相同nK1=420個，nK2=7223個 (2)速度的脈沖化 將速度值轉(zhuǎn)化成脈沖數(shù)為: f0=0 f1=v0/LGn0=1/7.852000=255個 f2=vm/LG n1=5/7.852000=1275個 f3=f1=255個 f4=f0=0 (3)加速度的脈沖化 與井底車場初加速及與井口車場減速對應(yīng)的脈沖數(shù): na01= na02=V0/t01=255/3.3=77個 與井筒運行段的加、減速度對應(yīng)的脈沖數(shù): na1=na2=vm/t1=1275/8=159個 與加速度對應(yīng)的脈沖單元2的脈沖輸出頻率: f01=77 f02=159 可以通過脈沖輸出單元的Y23進行脈沖輸出頻率的切換控制，Y23 OFF時輸出為低檔，當Y23 ON時為高檔。 3.2.2 脈沖單元面板上主要端子的功能 (1) DELAY:延時時間設(shè)定調(diào)節(jié)螺釘。當進行高、低檔頻率切換時，可設(shè)定切換延時時間。該時間在100～500ms之間任意可調(diào)。 (2) F.MIN和F.MAX:高、低檔頻率細調(diào)調(diào)節(jié)螺釘。 (3) C=P, C>P:經(jīng)過值、預置值比較輸出端。C為經(jīng)過值，P為預置值。當C=P時和C>P時相應(yīng)的端子輸出為高電平。 (4) RST:脈沖單元復位輸入端。該輸入端開關(guān)接通時，脈沖單元復位，即停止輸出脈沖，并將經(jīng)過值和預置值寄存器清零。 (5) P.CNT:脈沖頻率控制輸入端。當該端輸入高電平時，脈沖頻率切換為高檔，反之切換為低檔 (6) OUT0和OUT1:脈沖輸出端。 (7) ZERO和SUB:原點到位信號輸入端和近原點到位信號輸入端。 (8)輸入、輸出工作指示燈。 （9）I/O單元插座（50）芯。 （10）工作方式選擇DIP開關(guān)。 3.2.3 脈沖單元工作方式選擇開關(guān)的設(shè)置 表3-1列出了FP3脈沖單元工作方式選擇開關(guān)的具體設(shè)置方法。 表3-1脈沖單元方式選擇開關(guān) ON OFF SW1 輸出保持方式 One-shot 輸出方式 SW2 中斷使能 中斷不使能 SW3 C=P 方式 C=0方式 SW4 單脈沖輸出方式 雙脈沖輸出方式 SW5～SW8 未用 在本系統(tǒng)中應(yīng)具體設(shè)置為： SW1:取OFF狀態(tài)使之處于One-shot輸出方式，即當C=P端輸出高電平時只接通一個掃描周期。 SW2:取ON狀態(tài)使之處于中斷使能。 SW3:取0N狀態(tài)使之處于C=P方式，經(jīng)過值計數(shù)器進行加計數(shù)。 SW4:取0N狀態(tài)使之處于單脈沖輸出方式。 SW5～SW8:未用。 3.2.4 脈沖單元共享存儲器的內(nèi)容設(shè)置 FP3脈沖單元共享存儲器分配如表表3-2所示。 表3-2脈沖單元共享存儲器表 讀 數(shù) 據(jù) 寫 數(shù) 據(jù) K0 經(jīng)過值（低16位） 初始值（低16位） K1 經(jīng)過值（高8位帶符號數(shù)） 初始值（高8位帶符號數(shù)） K2 不能讀 預置值（低16位） K3 不能讀 預置值（高8位帶符號數(shù)） 在本系統(tǒng)中1號脈沖單元:KO可以讀經(jīng)過值、寫初始值此處為O，K2只能寫預置值本系統(tǒng)取為134522。2號脈沖單元:KO可以讀經(jīng)過值、寫初始值此處為O，K2只能寫預置值先本系統(tǒng)設(shè)為255，后可經(jīng)過程序修改。 3.2.5 占用I/O點及I/O分配 本系統(tǒng)可將1號脈沖單元安裝在0號槽，2號脈沖單元安裝在1號槽。 其脈沖單元分配如表3-3所示。 表3-3脈沖單元分配表 1號脈沖單元 輸入 說明 輸出 說明 X0 C=P標志位 Y5 緊急停車輸出控制 X1 C>P標志位 Y6 脈沖輸出開始 X2 上、下溢出標志位 Y7 正、反轉(zhuǎn)輸出控制 X3 未用 Y8 脈沖輸出頻率控制 X4 原點返回操作標志位 Y9 原點返回操作控制 2號脈沖單元 輸入 說明 輸出 說明 X10 C=P標志位 Y15 緊急停車輸出控制 X11 C>P標志位 Y16 脈沖輸出開始 X12 上、下溢出標志位 Y17 正、反轉(zhuǎn)輸出控制 X13 未用 Y18 脈沖輸出頻率控制 X14 原點返回操作標志位 Y19 原點返回操作控制 表中說明: (1)表中C和P的意義是:C表示經(jīng)過值，P表示預置值。 C=P時，X0: ON, C>P時X1: ON。 (2)X2是溢出標志位，當發(fā)生溢出時X2: ON。脈沖單元中有經(jīng)過值計數(shù)器和預置值計數(shù)器，二者最大計數(shù)范圍為-16777216～+16777215，當超過此范圍時發(fā)生溢出。 3.2.6 脈沖單元在本系統(tǒng)中的工作過程 1號脈沖單元:首先向CPU單元的數(shù)據(jù)區(qū)送入脈沖單元的初始值和預置值，均為十進制表示的脈沖數(shù)，即為脈沖單元的初始化作準備，接下來是脈沖單元的初始化，即將初始值和預置值寫入脈沖單元的共享存儲器中，當有提升信號時，起動按鈕按下同時，其上升沿接通Y6后，1號脈沖單元開始有脈沖輸出。該脈沖送入高速計數(shù)器HSC的XO端，使高速計數(shù)器HSC按所設(shè)定的參數(shù)表進行工作。 2號脈沖單元:首先向CPU單元的數(shù)據(jù)區(qū)送入脈沖單元的初始值和預置值，均為十進制表示的脈沖數(shù)，即為脈沖單元的初始化作準備，接下來是脈沖單元的初始化，即將初始值和預置值寫入脈沖單元的共享存儲器中，當有提升信號時，起動按鈕按下同時，其上升沿接通Y16后，2號脈沖單元開始按所選的頻率進行脈沖輸出并及時進行頻率的切換。該脈沖送入高速計數(shù)板的輸入端，使高速計數(shù)板按所設(shè)定的參數(shù)進行工作。 3.3 高速計數(shù)單元的設(shè)置與整定 3.3.1 方案的選擇及比較 在FP3型PLC中，有兩種高速計數(shù)單元，一種是在主板上的高速計數(shù)器，另一種是高速計數(shù)板，二者在使用上有較大的差別。其性能對照表如3-4所示。 表3-4高速計數(shù)器和高速計數(shù)板性能對照表 項 目 高速計數(shù)器 高速計數(shù)板 通道數(shù) 1 2 計數(shù)速度 一相：10KHZ 一相：20KHZ 兩相：5KHZ 兩相-四時：5KHZ 目標值設(shè)定數(shù) 不限 每通道2個 輸入方式 4種 3種 輸入點數(shù) 3點（X0、X1、X2） 10點 輸出點數(shù) 不限 每通道2點 編 程 使用特殊指令F162～F165編程，實現(xiàn)各種功能，如速度控制、輸出波形控制、輸出通斷控制等 不使用特殊指令編程，而是利用經(jīng)過值與目標值相等作為輸出控制條件，使輸出通或斷，來實現(xiàn)外部控制 在本系統(tǒng)中采用一個高速計數(shù)器和一個高速計數(shù)板來計數(shù)，其中HSC在波形輸出控制方式中用F164(SPDO)指令根據(jù)高速計數(shù)器的經(jīng)過值控制輸出波形ON/OFF，以實現(xiàn)速度的及時切換。高速計數(shù)板采用兩相獨立輸入方式，INA0為加計數(shù)，INB1為減計數(shù)。且用F1(DMV)指令將DT9108和DT9109中的經(jīng)過值時時拷貝到PID單元中的給定值寄存器DT100中，作為速度的給定。 3.3.2 高速計數(shù)器的設(shè)置 (1) 高速計數(shù)器有四種工作方式，分別為單路加計數(shù)、單路減計數(shù)、兩路單相輸入方式和兩路雙相輸入方式，在本系統(tǒng)中采用兩路單相輸入方式，計數(shù)范圍為-8388608～8388607，工作方式選擇為X0加計數(shù)、X1減計數(shù)，其最高計數(shù)頻率為5KHZ，。 (2)占用的I/0端子:X0、X1是脈沖輸入端，X2是復位端，HSC的軟件復位用指令[FO（MV） H8 DT9052]實現(xiàn)，也可由外部復位開關(guān)進行復位。 (3)占用內(nèi)部寄存器:HSC的經(jīng)過值存放于DT9044和DT9045中；目標值存放于DT9046和DT9047中。DT9044和DT9046存放低16位，DT9045和DT9047存放高16位。特殊繼電器R903A規(guī)定為HSC的標志寄存器，當HSC計數(shù)時該繼電器“ON”，停止計數(shù)時為“OFF”。 (4)高速計數(shù)器所用到的指令 ①[FO(MV) S D]:16位數(shù)據(jù)傳輸指令，其中S：被傳送原數(shù)據(jù)（地址），D：傳送數(shù)據(jù)的目的地址，即S→D，該指令用來向高速計數(shù)器傳輸數(shù)據(jù)。 ②[F1(DMV) S D]:32位數(shù)據(jù)傳輸指令，其中S：被傳送原數(shù)據(jù)（地址），D：傳送數(shù)據(jù)的目的地址，即（S，S+1）→（D，D+1），該指令用來讀出或修改高速計數(shù)器的經(jīng)過值。 ③[F162(HCOS) S Yn]:其中S：存高速計數(shù)器經(jīng)過值的首地址，設(shè)置范圍：K-8388608～K8388607，D：指定的外部輸出繼電器（Y0～Y7），當（DT9044，DT9045）=（S，S+1）→Yn=ON,執(zhí)行條件是R903A=OFF(n=0～7)。其作用是將一個外部繼電器規(guī)定為高速計數(shù)器的輸出。當高速計數(shù)器的經(jīng)過值與規(guī)定目標值一致時，則規(guī)定的外部輸出繼電器接通并保持。 ④[F163(HCOR) S Yn]: 其中S：存高速計數(shù)器經(jīng)過值的首地址，設(shè)置范圍：K-8388608～K8388607，D：指定的外部輸出繼電器（Y0～Y7），當（DT9044，DT9045）=（S，S+1）→Yn=ON,執(zhí)行條件是R903A=OFF(n=0～7)。其作用是規(guī)定一個外部繼電器為高速計數(shù)器的輸出，當高速計數(shù)器的經(jīng)過值與規(guī)定目標值一致時，則規(guī)定的外部輸出繼電器斷開。 ⑤[F164(SPDO) S]: 其中S：存控制數(shù)據(jù)的首地址，其作用是根據(jù)高速計數(shù)器的經(jīng)過值確定輸出的控制條件?？捎糜趦煞N類型的輸出控制，即脈沖輸出控制方式和波形輸出控制方式，本系統(tǒng)采用是后一種。 3.3.3 用F164(SPDO)指令實現(xiàn)位置控制的方式 本系統(tǒng)用HSC的XO端接收1號脈沖單元發(fā)出的脈沖，其工作方式按表3-5參數(shù)表所示，來實現(xiàn)速度及位置的及時控制。 表 3-5 Pattern參數(shù)表 DT300 H47 設(shè)定四擋七點控制方式 DT301 H1 初始波形Y4Y3Y2Y1Y0= 00001 DT302 DT303 K420（M1） 井底車場初加速段對應(yīng)的脈沖數(shù) DT304 H2 二檔波形Y4Y3Y2YlY0= 00010 DT305 DT306 K7643（M2） 井底車場等速段對應(yīng)的脈沖數(shù) DT307 H3 三檔波形Y4Y3Y2Y1Y0= 00100 DT308 DT309 K13758（M3） 井筒加速段對應(yīng)的脈沖數(shù) DT310 H4 四檔波形Y4Y3Y2YlY0=01000 DT311 DT312 K120764（M4） 井筒等速段對應(yīng)的脈沖數(shù) DT313 H3 三檔波形Y4Y3Y2Y1Y0= 00100 DT314 DT315 K126879（M5） 井筒減速段對應(yīng)的脈沖數(shù) DT316 H2 二檔波形Y4Y3Y2YlY0= 00010 DT317 DT318 K134102（M6） 井口等速段對應(yīng)的脈沖數(shù) DT319 H1 初始波形Y4Y3Y2YlY0= 00001 DT320 DT321 K134522（M7） 井口減速段對應(yīng)的脈沖數(shù) DT322 H5 結(jié)吏波形Y4Y3Y2Y1Y0=10000 表中M1、M2、M3、M4、M5、M6、M7分別為七檔變速對應(yīng)的脈沖數(shù)，H1、H2、H3、H4、H5分別為速度的控制代碼。 當有提升信號時，PLC按照pattern參數(shù)表所設(shè)定的工作方式運行。由參數(shù)表可知，整個控制過程可分為七段，其輸出點Y0, Y1, Y2, Y3是速度切換控制信號，而Y4是停車信號。按參數(shù)表初始波形輸出0OOO1H，即YO為高電平而Y4, Y3, Y2, Y1為低電平，此時電機轉(zhuǎn)速較低，進行的是井底平車場的初加速運行。當電機轉(zhuǎn)速達到目標值M1時，輸出切換為OOO1OH，此時Y4, Y3, Y2, YO為低電平，Y1為高電平，進行的是井底平車場的等速運行，當電機轉(zhuǎn)速達到目標值M2時，輸出切換為OOl00H，此時Y4, Y3, Y1, YO為低電平，Y2為高電平，進行的是井筒加速運行，當電機轉(zhuǎn)速達到目標值M3時，輸出切換為O1OOOH，此時Y4, Y2, Y1, YO為低電平，Y3為高電平，進行的是井筒等速運行，當電機轉(zhuǎn)速達到目標值M4時，輸出再一次切換為OOl00H,此時Y4, Y3, Y1, YO為低電平，Y2為高電平，進行的是井筒減速運行，當電機轉(zhuǎn)速達到目標值M5時，輸出再一次切換為OOO1OH，此時Y4, Y3, Y2, YO為低電平，Y1為高電平，進行的是井口平車場等速運行，當電機轉(zhuǎn)速達到目標值M6時，輸出再一次切換為0OOO1H，此時Y4, Y3, Y2, Y1為低電平，Y0為高電平，進行的是井口平車場減速運行，當電機轉(zhuǎn)速達到目標值M7時，輸出切換為10000H，此時、Y3, Y2, Y1, YO為低電平，Y4為高電平，控制停車。 3.3.4 高速計數(shù)板的設(shè)置與整定 與高速計數(shù)器的設(shè)置方式相似，高速計數(shù)板的設(shè)置包括輸入方式、計數(shù)范圍、計數(shù)速度、通道選擇和內(nèi)部寄存器的分配等，具體設(shè)置如下： (1)輸入方式:兩相獨立輸入方式，INA為加計數(shù)，INB為減計數(shù)。 (2)計數(shù)范圍:-8388608～+8388608。 (3)計數(shù)速度:兩相輸入，計數(shù)頻率為5KHZ。 (4)通道選擇:選擇CHO通道和CH1通道。 (5)高速計數(shù)板占用的內(nèi)部寄存器如表3-6。 表3-6 特殊寄存器表 寄存器名 用途 CH0 DT9104、 DT9105 目標值0寄存器 DT9106、 DT9107 目標值1寄存器 DT9108、 DT9109 經(jīng)過值寄存器 DT9110、 DT9111 捕捉值寄存器 CH1 DT9112、 DT9113 目標值0寄存器 DT9114、 DT9115 目標值1寄存器 DT9116、 DT9117 經(jīng)過值寄存器 DT9118、 DT9119 捕捉值寄存器 DT9120 控制字寄存器 DT9121 狀態(tài)監(jiān)視寄存器 3.3.5 手動方式時速度的給定 本系統(tǒng)設(shè)計除了可以完成自動運行外，還要求提升機可以在司機控制下進行手動運行和檢修方式運行。 當選擇手動方式時，可用自整角機作為主令控制設(shè)備，司機通過前推或后拉主令控制手柄帶動自整角機轉(zhuǎn)動，從而發(fā)出主令控制信號，作為速度的給定。這時工作于變壓器狀態(tài)，當自整角機激磁繞組送入恒定的交流電壓U1時，從自整角機的兩個相繞組取出電壓U2，這兩個相繞組可用等值繞組代替，它與激磁繞組軸線的位置角為ф。當激磁繞組軸線與同步繞組的等值繞組相重合時，輸出的電壓U2m為最大，當ф=900時，此時輸出電壓為零。當轉(zhuǎn)過1800時，軸線再次閉合，但輸出電壓為最大負值。自整角機的單向聯(lián)接，根據(jù)轉(zhuǎn)子的不同位置角，得到不同的信號電壓，從而自動實現(xiàn)速度給定。取(0-10)的自整角機輸出電壓,經(jīng)PLC中A/ D轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，就是對應(yīng)(0-Vm)手動給定的速度值。 PID調(diào)節(jié)是過程控制系統(tǒng)中最常用的控制算法之一。PID控制分模擬和數(shù)字兩種類型，數(shù)字PID調(diào)節(jié)器是由模擬PID調(diào)節(jié)器發(fā)展而來的，其控制算法是按給定值與實際值之間偏差的比例、積分、微分控制的，其參數(shù)可以在現(xiàn)場在線整定。由于軟件設(shè)計的靈活性，一般可以得到滿意的效果。 3.4 PID單元的設(shè)置與整定 3.4.1 數(shù)字PID的控制算法 在模擬控制系統(tǒng)中，PID的控制算法的表達式為: p[e(t)+dt+TD]…………………………(4-1) 由于數(shù)字PID的控制是采樣控制，它是根據(jù)采樣時刻的偏差值來計算控制量的，因此，在PLC控制系統(tǒng)中，需要對上式進行離散化，即用數(shù)字形式的差分方程來代替連續(xù)系統(tǒng)的微分方程，此時積分項和微分項可用求和及求增量式表示為: u(k)=kp[e(k)–e(i)+TD]…………………(4-2). 式中 T:采樣周期必須足夠小，才能保證系統(tǒng)有一定的精度。 e(k)：第k次采樣時的偏差值: e(k-1)：第(k-1)次采樣時的偏差值。 K: 采樣序號k=0、1、2…。 u(k): 第k次采樣的調(diào)節(jié)輸出。 3.4.2 PID參數(shù)的設(shè)置 FP3型PLC配備了用于數(shù)字PID控制的功能單元，只需用[F355 PID DTXX]指令調(diào)用，并填入?yún)?shù)表即可實現(xiàn)數(shù)字PID控制:其中DTXX規(guī)定PID算法的首存儲區(qū)地址，XX可在數(shù)據(jù)存儲區(qū)隨機設(shè)定。 參數(shù)表具體設(shè)置說明如下: (1)控制模式選擇------[S] 數(shù)字PID數(shù)據(jù)處理控制模式及功能簡要介紹如下： ①微分型PID與積分型PID 設(shè)定值改變時，輸出值也改變。 微分型:一般情況下，當設(shè)定值改變時，執(zhí)行過程會有很大的改變，但周期阻尼振蕩快。 比例一微分型:一般情況下，當設(shè)定值改變時，執(zhí)行過程會有不大的改變，但周期阻尼振蕩慢。 ②反向運行和正向運行。 這些參數(shù)決定當程序有變化時輸出量增大還是減小。 反向運行:如查測量過程值減小，則輸出將增大。 正向運行:如查測量過程值增大，則輸出也增大。 ③自動轉(zhuǎn)換:PID參數(shù)Kp, Ti, Td的最佳值可由測量程序測量反饋。當執(zhí)行自動轉(zhuǎn)換時，估計值在自動轉(zhuǎn)換完成后返回。 本系統(tǒng)S取為H8000，即:微分型、正向運行、執(zhí)行時自動轉(zhuǎn)換的模式類型。 (2)給定值(SP)-----[S+1] 該設(shè)定取決于過程量的目標值，其設(shè)置范圍為:KO～K10000，本系統(tǒng)中速度調(diào)節(jié)器的目標值分別由高速計數(shù)板的經(jīng)過值寄存器DT9108, DT9109和DT9116, DT9117通過F1(DMV)指令進行實時傳送。而電流調(diào)節(jié)器的目標值是由速度調(diào)節(jié)器的輸出值作為給定值。 (3)反饋值(PR)----[S+2] 數(shù)字PID的反饋值可用A/D轉(zhuǎn)換器或光電碼盤測量值作為當前過程控制值，調(diào)節(jié)使其在以下范圍內(nèi):KO～K10000。本系統(tǒng)速度調(diào)節(jié)器的反饋值是由光電碼盤的測量值送到高速計數(shù)板的經(jīng)過值寄存器DT9110,DT9111通過F1(DMV)指令進行實時傳送作為當前過程控制值，而電流調(diào)節(jié)器的反饋值是由A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后的值作為當前過程控制值。 (4)輸出值(MV) -----[S+3] 輸出值用來儲存PID處理的結(jié)果，并使用D/A轉(zhuǎn)換器或其它設(shè)備將該結(jié)果輸出到程序中去，其范圍是:K0～K10000。本系統(tǒng)速度調(diào)節(jié)器的輸出值用傳送指令傳到電流調(diào)節(jié)器的給定值寄存器DT200中，而將電流調(diào)節(jié)器的輸出值使用D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后去調(diào)節(jié)電液比例溢流閥的電流進而起到調(diào)速的目的。 (5)輸出較低極限值-----[S+4] 范圍是:KO～K10000。本系統(tǒng)取為零。 (6)輸出較高極限值-----[S+5] 范圍是:KO～K10000。本系統(tǒng)取為15300。 (7)比例增益(KP)-----[S+6〕 比例增益規(guī)定PID處理使用的系數(shù)；將設(shè)定值0.1即為實際比例增益；設(shè)定范圍是:K1～K9999。本系統(tǒng)取210，由于系統(tǒng)選擇自動轉(zhuǎn)換模式則設(shè)定值可自動調(diào)整并重寫。 (8)積分時間-----[S+7] 積分時間規(guī)定PID處理使用的系數(shù)；將設(shè)定值0.1即為實際積分時間，其設(shè)定范圍是:K1～K300000(規(guī)定增量為0.1秒)，當設(shè)定值為零時積分不執(zhí)行。 (9)微分時間-----[S+8] 規(guī)定PID處理使用的系數(shù)；將設(shè)定值0.1即為實際微分時間，其設(shè)定范圍是:K1-K1000(規(guī)定增量為0.1秒)，由于系統(tǒng)選擇自動轉(zhuǎn)換模式其設(shè)定值可自動調(diào)整并重寫。 (10)采樣時間(TS)-----[S+9] 用來設(shè)定PID處理使用的系數(shù)；將設(shè)定值0.01即為實際控制時間，設(shè)定范圍是:K1～K6000。(規(guī)定增量為0.O1秒)。 通過調(diào)整PID各參數(shù)，可以使系統(tǒng)處于最佳狀態(tài)，只根據(jù)增大比例常數(shù)可以加快系統(tǒng)的響應(yīng)，有利于減小靜差。但過大的比例常數(shù)具有較大的超調(diào)，并產(chǎn)生振蕩，使穩(wěn)定性變壞。增大積分常數(shù)雖有利于減小超調(diào)使系統(tǒng)穩(wěn)定，但系統(tǒng)靜差的消除將減慢。另外增大微分常數(shù)可以加快系統(tǒng)響應(yīng)，增加穩(wěn)定性，但對于干擾信號的抑制能力卻有所減弱。所以對PID各參數(shù)的調(diào)整，需要通過反復試驗、反復試湊可得到的。 本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)區(qū)為DT100～DT110, DT200～DT210，運算工作區(qū)是DT111～DT119, DT211～DT219。 3.5 A/D單元的設(shè)置 3.5.1 通道的選擇 FP3的A/D單元有4個輸入通道，其模擬量輸入范圍和類型是由該單元背面的開關(guān)進行設(shè)定的。本系統(tǒng)具體設(shè)定為CH1通道：即SW1-2:OFF。輸入信號為 (4～20mA), SW1-4: ON狀態(tài)。 3.5.2 I/0分配 根據(jù)FP3的自由編址方式，本系統(tǒng)A/D單元可安裝在9號槽，其對應(yīng)的I/0分配情況如表3-7所示。 表3-7 A/D單元I/O分配表 輸入點編號 說 明 X90 A/D轉(zhuǎn)換準備好標志(可作為CHO-CH3四個通道輸出數(shù)據(jù)條件) X91 A/D轉(zhuǎn)換準備好標志(可作為CHO通道輸出數(shù)據(jù)的條件) X92 A/D轉(zhuǎn)換準備好標志(可作為CH1通道輸出數(shù)據(jù)的條件) X93 A/D轉(zhuǎn)換準備好標志(可作為CH2通道輸出數(shù)據(jù)的條件) X94 A/D轉(zhuǎn)換準備好標志(可作為CH3通道輸出數(shù)據(jù)的條件) X95～X97 未用 X98 CHO標志位(當A/D轉(zhuǎn)換值大于上限值時，該接點“ON”) X99 CHO標志位(當A/D轉(zhuǎn)換值小于下限值時，該接點“ON”) X9A CH1標志位(當A/D轉(zhuǎn)換值大于上限值時，該接點“ON”) X9B CH1標志位(當A/D轉(zhuǎn)換值小于下限值時，該接點“ON”) X9C CH2標志位(當A/D轉(zhuǎn)換值大于上限值時，該接點“ON”) X9D CH2標志位(當A/D轉(zhuǎn)換值小于下限值時，該接點“ON”) X9E CH3標志位(當A/D轉(zhuǎn)換值大于上限值時，該接點“ON”) X9F CH3標志位(當A/D轉(zhuǎn)換值小于下限值時，該接點“ON”) 表中說明: (1)、當某通道不工作時，則表中其相應(yīng)的接點OFF. (2)、當A/D轉(zhuǎn)換單元工作異常時，則所有的接點均為OFF. (3)、A/D轉(zhuǎn)換單元只占用輸入接點不占用輸出接點。 3.5.3 共享存儲器的分配 A/D單元共享存儲器分配如表3-8所示。 表3-8 A/D單元共享存儲器表 地址號 說 明 K0 “采樣/平均”切換控制 K1 CH0平均次數(shù)設(shè)定 K2 CH1平均次數(shù)設(shè)定 K3 CH2平均次數(shù)設(shè)定 K4 CH3平均次數(shù)設(shè)定 K5 報警控制，可分別設(shè)定各通道超限時是否報警 K6 CH0上限設(shè)定（A/D轉(zhuǎn)換輸出值） K7 CH0下限設(shè)定（A/D轉(zhuǎn)換輸出值） K8 CH1上限設(shè)定（A/D轉(zhuǎn)換輸出值） K9 CH1下限設(shè)定（A/D轉(zhuǎn)換輸出值） K10 CH2上限設(shè)定（A/D轉(zhuǎn)換輸出值） K11 CH2下限設(shè)定（A/D轉(zhuǎn)換輸出值） K12 CH3上限設(shè)定（A/D轉(zhuǎn)換輸出值） K13 CH3下限設(shè)定（A/D轉(zhuǎn)換輸出值） K14 比例變換控制，可設(shè)定是否進行比例變換 K15 CHO偏移量設(shè)定 K16 CH0滿量程設(shè)定 K17 CH1偏移量設(shè)定 K18 CH1滿量程設(shè)定 K19 CH2偏移量設(shè)定 K20 CH2滿量程設(shè)定 K21 CH3偏移量設(shè)定 K22 CH3滿量程設(shè)定 K23 存放CH0已轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù) K24 存放CH1已轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù) K25 存放CH2已轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù) K26 存放CH3已轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù) K27 存放錯誤代碼 表中說明: (1)、共享存儲器K0-K22為只寫存儲器，即CPU單元只能對其寫入不能讀出，K23-K27只讀存儲器。 (2)、對共享存儲器的讀、寫，使用高級單元讀寫指令(F150, F151)來實現(xiàn)。 (3)、K0, K5, K14只用低四位。bit0-bit3分別對應(yīng)CHO-CH3。當該位為1時，則設(shè)定其相應(yīng)功能有效，為0時則無效。 3.5.4 A/D單元的技術(shù)參數(shù) 表3-9 列出了A/D單元的技術(shù)參數(shù)。 表3-9 A/D單元的技術(shù)參數(shù)表 項 目 說 明 模擬輸入 電壓；0～10V 電流；4～20mA 數(shù)字輸入 0～4000 分辨率 電壓；1/4000（5Mv） 電流：1/4000（4uA） 精度 室溫下為0.5%F.S. 轉(zhuǎn)換速度 每個通道為2.5mS 外部輸入阻抗 ≥1M?(電壓輸入) 250?（電流輸入） 最大允許輸入范圍 電壓：15V 電流30mA 模擬通道 4 平均次數(shù) 3～4000 內(nèi)部電流消耗 ≤0.5A 表中說明: (1)、電壓和電流輸入方式使用不同的輸入端子來選擇。 (2)、輸入信號的范圍可通過A/D單元后面的DIP開關(guān)進行設(shè)定，但開關(guān)設(shè)定不能按通道分別設(shè)定，只能根據(jù)四個通道一起設(shè)置，在本系統(tǒng)中設(shè)置輸入信號為電流（4～20）mA。 3.5.5 A/D單元輸入輸出特性 在本系統(tǒng)中輸入信號為模擬量（4～20）mA電流值，其輸出為0～4000的數(shù)字量。A/D單元的輸入/輸出特性如圖3-1所示。 4000 3000 2000 1000 0 4 8 12 16 20 數(shù)字輸出 模擬輸入（mA） 圖3-1 A/D輸入/輸出特性 3.5.6 A/D單元的編程方法 (1) 向A/D單元寫入控制字可通過指令[F151 WRT, S1，S2，n, D]來實現(xiàn) 其中S1: A/D單元所在的槽號。 S2: 存放控制字的寄存器區(qū)的首地址。 n: 控制字個數(shù)。 D: A/D單元共享存儲器首地址。 (2)從A/D單元中讀取轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)用指令[F150 READ, S1， S2，n，D〕 其中S1: A/D單元所在的槽號。 S2: 共享存儲器首地址。 n: 讀取數(shù)據(jù)個數(shù)。 D: CPU單元數(shù)據(jù)區(qū)首地址。 3.6 D/A單元的設(shè)置 3.6.1 D/A單元I/0分配 本系統(tǒng)將D/A單元安裝在10號槽，其I/0分配如表3-10: 表3-10 D/A單元I/0分配表 輸入點編號 說明 X100 D/A轉(zhuǎn)換好標志(在“ON”時有效) X101 CHO輸入數(shù)據(jù)有效標志(當CHO輸入數(shù)據(jù)在設(shè)定范圍內(nèi) 時，該點“OFF”，反之“ON”) X102 CH1輸入數(shù)據(jù)有效標志(當CH1輸入數(shù)據(jù)在設(shè)定范圍內(nèi) 時.該點“OFF”.反之“ON”) X103 報警信號(當CHO輸入數(shù)據(jù)大于上限時，該接點“ON”) X104 報警信號(當CHO輸入數(shù)據(jù)小于下限時，該接點“ON”) X105 報警信號(當CH1輸入數(shù)據(jù)大于上限時，該接點“ON”) X106 報警信號(當CH1輸入數(shù)據(jù)小于下限時，該接點“ON”) 表中說明: (1)X100和X103-X106這幾個接點，當模擬輸出限定條件被重新寫入時“OFF”。 (2)D/A轉(zhuǎn)換單元只占用輸入點，不占用輸出點。 3.6.2 通道的選擇 D/A單元有2個輸出通道，其模擬量輸出類型是由單元背面的開關(guān)進行設(shè)定的。本系統(tǒng)使用CHO通道, 即SW1-1為ON狀態(tài)，輸出信號為電流。 3.6.3　D/A單元共享存儲器的分配 D/A單元共享存儲器的分配如表3-11所示。 表3-11 D/A單元共享存儲器的分配表 地址號 說 明 K0 可設(shè)定模擬輸出量是受限（只寫） K1 CH0輸出上限值設(shè)定（只寫） K2 CH0輸出下限值設(shè)定（只寫） K3 CH1輸出上限值設(shè)定（只寫） K4 CH1輸出下限值設(shè)定（只寫） K5 存放CH0 D/A 轉(zhuǎn)換后數(shù)據(jù)（只寫） K6 存放CH1 D/A 轉(zhuǎn)換后數(shù)據(jù)（只寫） K7 存放錯誤代碼（只讀） 3.6.