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[摘 要]因学校半工半读学生的需要，到工厂企业辅导半工半读学生的学业，在水泥矿山企业了解其生产情况及生产流程，发现大部分企业还是用传统的交流接触器和继电器的组合，控制生产流程，回到学校后结合本人在学校所授《电器及PLC控制技术》；以及指导本校机电专业的学生参加“梅州市职业技能大赛”机电一体化项目，用到《变频器控制技术》和《触摸屏控制技术》等知识，进行设想用“PLC、变频器以及触摸屏”改造工厂企业的传统“继电器——交流接触器”控制系统。
[关键词]变频器；PLC；触摸屏；提升系统
中图分类号：TD53 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）36-0331-01
针对目前梅州山区水泥行业、矿井采用斜井串车提升，这种传统斜井提升设备，主要采用继电器――交流接触器控制系统，利用绕线式异步电机转子串电阻实现调速（或其他调速系统）；这种控制系统由于生产过程中切换频繁，设备运行时间较长，导致故障频率高，维修工作量大，从而影响正常生产，严重的故障会导致发生安全事故。
一、提升系统工作状况分析
某斜井提升设备的速度曲线如图1所示：
在图1中，提升运行分为起动、加速、稳定运行、减速、制动六个阶段；料车提升一次所需时间与料车的运行速度、加速度及斜井的斜度和深度有关，各阶段加速度大小应根据工艺规程来确定，运行时间应根据行程的大小来计算；图中各阶段工作分析如下。
（1）第一阶段0～t1：重车在井底车场开始上行，同时空车在井口车场位置开始下行。（本文中加速度α1取0.3m/s2，使速度达1.0m/s，可根据实际调整。）
（2）第二阶段t1～t2：重车上行并加速达到最大速度，加速度α2取0.5m/s2。
（3）第三阶段t2～t3：重车以最大速度稳定运行。
（4）第四阶段t3～t4：重车进入卸料前的第一次减速，加速度α4取-0.5m/s2。
（5）第五阶段t4～t5：重车进入井口车场阶段匀速运行，一般运行速度为1.0m/s。
（6）第六阶段t5～t6：重车第二次减速，直至停车，此时加速度α1取-0.3m/s2。
二、变频器的选择、连接
1、变频器的选择
根据图1所示运行速度图的要求，初步选择三档速度控制，图中的S1、S2、S3位置点为变速点，对应控制开关相应状态。f1、f2、f3为三个稳定运行频率，其具体数值按工艺要求和生产现场调试为准。E为料车上限位点。S为输出频率设定检测值，即运行频率值。变频器选用日本富士FR5000G11S系列产品（或选用三菱FR系列变频器）。
2、变频器的连接
变频器的接线如图2所示。图中KA1为左料车的上行信号；KA2为右料车的上行信号；KA3为中速上行信号，对应工作频率为f2（参考频率为30Hz）；KA4为高速上行信号，对应工作频率为f3（参考频率为50Hz）；KA5为低速上行信号，对应工作频率为f1（参考频率为5Hz）；KA6为紧急停车信号；KA7为起动时频率检测信号控制继电器，控制抱闸回路。R0、T0连接在电源控制接触器前，确保变频器在故障跳闸或人为停止时能正确显示故障类型。此外，还应将主令开关零位的常闭触点接在变频器的BX—CM端子上，这样当主令开关回零时，可封锁变频器的输出。
三、PLC的选择、硬件连接及程序
1、PLC的选择
PLC的选择，可根据系统改造和工作环境的要求，根据PLC的特点：可靠性高、抗干扰能力强，编程简单、使用方便，功能完善、通用性较强，安装简单、维护方便等特点进行选择；可选择三菱FX系列的PLC，也可选择松下、西门子等系列的PLC；本例选择三菱FX2n-48MR的PLC进行系统改造。
2、PLC的连接
PLC的连接如图3所示，图中SB1、SB2为左料车起动、停止按钮，QS1为左料车的上行限位开关，SB3、SB4为右料车起动、停止按钮，QS2为右料车的上行限位开关，主令开关SQ11、SQ21、SQ12、SQ22、SQ13、SQ23分别用于料车运行时的中速、快速和慢速控制，继电器KA1用于左车上行，KA2用于右车上行，KA3、KA4、KA5分别用于料车中速、快速和慢速，KA6用于控制机械抱闸。
3、PLC的控制程序（如图4）
四、电动机的选择
1、频率范围：提升系统电动机的调速范围通常为1：10，對应变频器的工作频率范围为5～60Hz。
2、机械特性：提升系统料车为摩擦性恒转矩负载，拖动电机在低频时的有效转矩必须满足要求。
3、起动转矩：电动机必须有足够大的起动转矩，确保重载起动。当前YZ、YZR系列的异步电动机，其起动转矩接近于最大转矩，适合于重载起动。Y系列的异步电动机的起动转矩低于最大转矩，低频下的起动转矩远小于最大转矩；故不能选Y系列电动机作为提升系统使用
五、触摸屏的应用
1.触摸屏的选择
触摸屏的可根据工作环境、显示要求来选择；可选择进口品牌，如三菱、日立等，也可选择国产品牌，如深圳步进科技有限公司生产的MT系列触摸屏，本例选择三菱F940GOT的触摸屏为例。
2、触摸屏与计算机的连接
GOT与计算机通过专用电缆（FX-232CAB-1），9针的串行接口相连接，要求接触良好。
3、触摸屏与PLC的连接
GOT有两个串口，GOT的RS-232C接口与计算机连接，RS-422接口与PLC连接，在个人计算机上可以使用画面创建软件实现与GOT的数据传输，也可以使用PLC编程软件，经过GOT读写PLC程序，这对设计和调试都非常方便。
经过上述技术改造后，PLC编程方便（更改程序容易）、变频调速系统运行稳定、可靠，触摸屏显示直观，运行和故障监示一目了然。故障率大大降低，提高了水泥行业和矿山企业的生产效率和经济效益，降低维修工人的劳动强度，减少了安全隐患。
参考文献
[1] 史国生.电气控制与可编程控制器技术化学工业出版社.
[2] 李方园.变频器控制技术电子工业出版社.
[关键词]变频器；PLC；触摸屏；提升系统
中图分类号：TD53 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）36-0331-01
针对目前梅州山区水泥行业、矿井采用斜井串车提升，这种传统斜井提升设备，主要采用继电器――交流接触器控制系统，利用绕线式异步电机转子串电阻实现调速（或其他调速系统）；这种控制系统由于生产过程中切换频繁，设备运行时间较长，导致故障频率高，维修工作量大，从而影响正常生产，严重的故障会导致发生安全事故。
一、提升系统工作状况分析
某斜井提升设备的速度曲线如图1所示：
在图1中，提升运行分为起动、加速、稳定运行、减速、制动六个阶段；料车提升一次所需时间与料车的运行速度、加速度及斜井的斜度和深度有关，各阶段加速度大小应根据工艺规程来确定，运行时间应根据行程的大小来计算；图中各阶段工作分析如下。
（1）第一阶段0～t1：重车在井底车场开始上行，同时空车在井口车场位置开始下行。（本文中加速度α1取0.3m/s2，使速度达1.0m/s，可根据实际调整。）
（2）第二阶段t1～t2：重车上行并加速达到最大速度，加速度α2取0.5m/s2。
（3）第三阶段t2～t3：重车以最大速度稳定运行。
（4）第四阶段t3～t4：重车进入卸料前的第一次减速，加速度α4取-0.5m/s2。
（5）第五阶段t4～t5：重车进入井口车场阶段匀速运行，一般运行速度为1.0m/s。
（6）第六阶段t5～t6：重车第二次减速，直至停车，此时加速度α1取-0.3m/s2。
二、变频器的选择、连接
1、变频器的选择
根据图1所示运行速度图的要求，初步选择三档速度控制，图中的S1、S2、S3位置点为变速点，对应控制开关相应状态。f1、f2、f3为三个稳定运行频率，其具体数值按工艺要求和生产现场调试为准。E为料车上限位点。S为输出频率设定检测值，即运行频率值。变频器选用日本富士FR5000G11S系列产品（或选用三菱FR系列变频器）。
2、变频器的连接
变频器的接线如图2所示。图中KA1为左料车的上行信号；KA2为右料车的上行信号；KA3为中速上行信号，对应工作频率为f2（参考频率为30Hz）；KA4为高速上行信号，对应工作频率为f3（参考频率为50Hz）；KA5为低速上行信号，对应工作频率为f1（参考频率为5Hz）；KA6为紧急停车信号；KA7为起动时频率检测信号控制继电器，控制抱闸回路。R0、T0连接在电源控制接触器前，确保变频器在故障跳闸或人为停止时能正确显示故障类型。此外，还应将主令开关零位的常闭触点接在变频器的BX—CM端子上，这样当主令开关回零时，可封锁变频器的输出。
三、PLC的选择、硬件连接及程序
1、PLC的选择
PLC的选择，可根据系统改造和工作环境的要求，根据PLC的特点：可靠性高、抗干扰能力强，编程简单、使用方便，功能完善、通用性较强，安装简单、维护方便等特点进行选择；可选择三菱FX系列的PLC，也可选择松下、西门子等系列的PLC；本例选择三菱FX2n-48MR的PLC进行系统改造。
2、PLC的连接
PLC的连接如图3所示，图中SB1、SB2为左料车起动、停止按钮，QS1为左料车的上行限位开关，SB3、SB4为右料车起动、停止按钮，QS2为右料车的上行限位开关，主令开关SQ11、SQ21、SQ12、SQ22、SQ13、SQ23分别用于料车运行时的中速、快速和慢速控制，继电器KA1用于左车上行，KA2用于右车上行，KA3、KA4、KA5分别用于料车中速、快速和慢速，KA6用于控制机械抱闸。
3、PLC的控制程序（如图4）
四、电动机的选择
1、频率范围：提升系统电动机的调速范围通常为1：10，對应变频器的工作频率范围为5～60Hz。
2、机械特性：提升系统料车为摩擦性恒转矩负载，拖动电机在低频时的有效转矩必须满足要求。
3、起动转矩：电动机必须有足够大的起动转矩，确保重载起动。当前YZ、YZR系列的异步电动机，其起动转矩接近于最大转矩，适合于重载起动。Y系列的异步电动机的起动转矩低于最大转矩，低频下的起动转矩远小于最大转矩；故不能选Y系列电动机作为提升系统使用
五、触摸屏的应用
1.触摸屏的选择
触摸屏的可根据工作环境、显示要求来选择；可选择进口品牌，如三菱、日立等，也可选择国产品牌，如深圳步进科技有限公司生产的MT系列触摸屏，本例选择三菱F940GOT的触摸屏为例。
2、触摸屏与计算机的连接
GOT与计算机通过专用电缆（FX-232CAB-1），9针的串行接口相连接，要求接触良好。
3、触摸屏与PLC的连接
GOT有两个串口，GOT的RS-232C接口与计算机连接，RS-422接口与PLC连接，在个人计算机上可以使用画面创建软件实现与GOT的数据传输，也可以使用PLC编程软件，经过GOT读写PLC程序，这对设计和调试都非常方便。
经过上述技术改造后，PLC编程方便（更改程序容易）、变频调速系统运行稳定、可靠，触摸屏显示直观，运行和故障监示一目了然。故障率大大降低，提高了水泥行业和矿山企业的生产效率和经济效益，降低维修工人的劳动强度，减少了安全隐患。
参考文献
[1] 史国生.电气控制与可编程控制器技术化学工业出版社.
[2] 李方园.变频器控制技术电子工业出版社.