畢業(yè)論文---基于s7-300的礦井提升機控制系統(tǒng)的設(shè)計

1、<p>　　學 士 學 位 論 文</p><p>　　基于S7-300的礦井提升機控制系統(tǒng)的設(shè)計 </p><p>　　學 士學 位 論 文</p><p>　　基于S7-300的礦井提升機控制系統(tǒng)的設(shè)計</p><p>　　摘 要 </p><p>　　光礦井提升機常被人們稱為礦山的咽喉,是礦

2、山最重要的關(guān)鍵設(shè)備,是地下礦井與外界的唯一通道,肩負著礦石、物料、人員等的重要運輸責任。對提升機來說,運行的安全性與可靠性是至關(guān)重要的。傳統(tǒng)礦井提升機調(diào)速性能較差,在啟停車、制動、邏輯控制等方面存在諸多安全問題,隨著計算機和PLC技術(shù)的不斷發(fā)展,采用先進的控制技術(shù)改造傳統(tǒng)礦山行業(yè)的傳統(tǒng)控制系統(tǒng),從而使礦井提升機的控制性能得到極大的改善,其自動化水平、安全、可靠性都達到了新的高度,并采用現(xiàn)代化的管理和監(jiān)視手段保障提升機的安全運行。 在該礦

3、井提升機控制系統(tǒng)設(shè)計中,采用國內(nèi)外先進的PLC（S7-300)控制技術(shù)改造礦井傳統(tǒng)、落后的繼電器—接觸器式罐籠邏輯運行系統(tǒng);采用先進的全數(shù)字直流調(diào)速晶閘管變頻技術(shù)改造傳統(tǒng)的直流電機傳動系統(tǒng).從而,保證礦井提升機可靠、準確地運行和實現(xiàn)礦井提升機的計算機控制。 現(xiàn)場調(diào)試和運行結(jié)果表明,該系統(tǒng)工作可靠、控制精度高,完全可以滿足現(xiàn)場生產(chǎn)運行的要求。</p><p>　　【關(guān)鍵詞】 PLC;礦井提升機；控制系統(tǒng)；可編程控制

4、器</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Mine hoist is often known as mine throat, is the most important key equipment of mine underground mines, is the only channel with the outside worl

5、d, shouldering the ore, materials, personnel of important transportation responsibility. For to hoist the security and reliability of operation is very important. Traditional mine hoist speed performance is poorer, in re

6、v parking, braking, logic control, there are many security issues, along with the computer and PLC technology unceasing development, U</p><p>　　【Key words】 PLC; Mine hoist; Control system; Programmable cont

7、roller </p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　第1章 緒論1</b></p><p>　　第2章 可編程邏輯控制器(PLC)的控制理念4</p><p>　　2.1 PLC的歷史及基本概念4</p><p>　　2.2 PLC

8、的基本結(jié)構(gòu)5</p><p>　　2.3 PLC的工作原理6</p><p>　　2.4 PLC內(nèi)部運作方式7</p><p>　　2.5 本章小結(jié)8</p><p>　　第3章 PLC(S7-300)對礦井提升機的直流調(diào)速控制的設(shè)計9</p><p><b>　　3.1 概述9</b>

9、;</p><p>　　3.2 實驗研究的設(shè)計10</p><p>　　3.3 理想曲線的產(chǎn)生方法10</p><p>　　3.4 實際的S曲線速度給定校正11</p><p>　　3.5 PLC軟件設(shè)計12</p><p>　　3.6 本章小結(jié)13</p><p>　　第4章 S7-

10、300對礦井提升機直流調(diào)速控制的研究總結(jié)14</p><p><b>　　參考文獻15</b></p><p><b>　　致 謝17</b></p><p><b>　　緒論</b></p><p><b>　　引言</b></p>

11、<p>　　以可編程控制器（S7-300)為核心的裝置在礦井提升機中的成功使用。不僅體現(xiàn)了PLC（S7-300)的基本功能，能代替復(fù)雜的繼電器控制，而且以豐富的程序指令實現(xiàn)了原電子線路中不易完成的功能。在大大減小體積的同時，更提高了系統(tǒng)的控制精度和可靠性，保證了礦井提升機的安全運行。</p><p>　　PLC的功能與工作原理：</p><p>　　1、 可編程控制器簡稱PC，

12、它經(jīng)歷了可編程序矩陣控制器PMC、可編程序順序控制器PSC、可編程序邏輯控制器PLC和可編程序控制器PC幾個不同時期。為與個人計算機（PC）相區(qū)別，現(xiàn)在仍然沿用可編程邏輯控制器這個老名字。PLC是一種數(shù)字運算的電子系統(tǒng)，轉(zhuǎn)為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它采用可編程的存儲器，用來在內(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，并通過數(shù)字式、模擬式的輸人和輸出?？刂聘鞣N類型的機械或生產(chǎn)過程。PLC及其有關(guān)設(shè)備，都是按易與工業(yè)

13、控制器系統(tǒng)聯(lián)成一體、易于擴充功能的原則設(shè)計。</p><p>　　2、 PLC是一種以微處理技術(shù)為基礎(chǔ)，將控制處理規(guī)則存儲于存儲器中，應(yīng)用于以控制開關(guān)量為主或包括控制參量在內(nèi)的邏輯控制、機電運動控制或過程控制等工業(yè)控制領(lǐng)域的新型工業(yè)控制裝置。</p><p>　　3、 PLC具有可靠性高，抗干擾能力強;通用性強，控制程序可變，使用方便;功能強，適應(yīng)面廣;編程簡單，容易掌握; 減少了控制系統(tǒng)

14、的設(shè)計及施工的工作量;體積小、重量輕、功耗低、維護方便的特點。</p><p>　　工作原理：PLC控制系統(tǒng)的種植賄賂采用先進的PLC取代原有的繼電器邏輯控制系統(tǒng)。PLC作為工業(yè)計算機，具有獨特的微處理功能，通過采集外部的信號進行邏輯判斷后，傳輸給各個不同的執(zhí)行元件，實現(xiàn)對提升機的自動控制功能。其方框圖如下：</p><p>　　礦井提升機在國內(nèi)外的現(xiàn)狀：</p><p

15、>　　當前國內(nèi)外提升機電控絕大多數(shù)還是轉(zhuǎn)子回路串電阻分段控制的交流繞線式電機繼電器接觸器系統(tǒng)，設(shè)備陳舊、技術(shù)落后。而且這種控制方式存在著很多的問題:</p><p>　　l) 轉(zhuǎn)子回路串接電阻，消耗電能，造成能源浪費。</p><p>　　2)電阻分級切換，為有級調(diào)速，設(shè)備運行不平穩(wěn)，容易引起電氣及機械沖擊。</p><p>　　3)繼電器、接觸器頻繁動作，電

16、弧燒蝕觸點，影響接觸器使用壽命，維修成本較高。</p><p>　　4)交流繞線異步電動機的滑環(huán)存在接觸不良問題，容易引起設(shè)備事故。</p><p>　　5)電動機依靠轉(zhuǎn)子電阻獲得的低速，其運行特性較軟。</p><p>　　6)提升容器通過給定的減速點時，由于負載的不同，而將得到不同的減速度，不能達到穩(wěn)定的低速爬行，最后導(dǎo)致停車位置不準，不能正常裝卸載。</

17、p><p>　　上述問題使提升機運行的可靠性和安全性不能得到有效的保障。因此，需要研制更加安全可靠的控制系統(tǒng)，使提升機運行的可靠性和安全性得到提高。在提升機控制系統(tǒng)中應(yīng)用計算機控制技術(shù)和變頻調(diào)速技術(shù)，對原有提升機控制系統(tǒng)進行升級換代。就計算機技術(shù)在工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用情況而言，可編程控制器(PLC)是目前作為工業(yè)控制最理想的機型，它是采用計算機技術(shù)、按照事先編好并儲存在計算機內(nèi)部一段程序來完成設(shè)備的操作控制。采用PLC控制，

18、硬件簡潔、軟件靈活性強、調(diào)試方便、維護量小，PLC技術(shù)己經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種提升機控制，配合一些提升機專用電子模塊組成的提升機控制設(shè)備，可供控制高壓帶動力制動或低制動，單、雙機拖動等lz]。操作、監(jiān)控和安全保護系統(tǒng)選用可編程控制器。主控計算機應(yīng)用軟件能完成提升機自動、半自動、手動、檢修、低速爬行等各種運動方式的控制要求而在PLC電控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上配合變頻調(diào)速裝置，運用現(xiàn)在先進的矢量控制技術(shù)，不但適合提升機運行工藝的要求，還將解決整套提升機系統(tǒng)

19、的電力拖動方面的一系列問題。</p><p><b>　　本文的研究意義</b></p><p>　　在調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，目前山西省各大煤礦的礦井提升機系統(tǒng)的調(diào)速方案大多采用繼電器接觸器控制的轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速。該方案耗能大，占地面積大，已不能適應(yīng)現(xiàn)代礦業(yè)發(fā)展的需要。因此有必要對其調(diào)速方案進行改造。在廣泛考察現(xiàn)行的變頻調(diào)速方案后，本文提升機系統(tǒng)控制單元采用目前工控適用的可編程控

20、制器來控制，具有編程簡單和控制可靠性高的優(yōu)點;電力拖動系統(tǒng)中，選用先進的變頻傳動裝置，運用先進的矢量控制技術(shù)，優(yōu)化了調(diào)速系統(tǒng)的性能，這一控制方法目前仍為現(xiàn)代交流調(diào)速的重要研究方向之一。采用先進的工業(yè)計算機、現(xiàn)場總線和工業(yè)自動化技術(shù)，按照結(jié)構(gòu)標準化、產(chǎn)品系列化、性能現(xiàn)代化、體積小型化的原則，研制生產(chǎn)適合礦井提升機電控設(shè)備是進行技術(shù)改造和新建礦井設(shè)備選型的理想選擇。使用上位機監(jiān)控系統(tǒng)，采用組態(tài)模式，實現(xiàn)良好的人一機對話;實時監(jiān)控提升機的運行

21、狀態(tài)，上位機動態(tài)模擬顯示及故障閉鎖;可進行故障報警、數(shù)據(jù)查詢、報表打印;記錄提升鉤數(shù)以及每班、每日、每月、每年的提升量累計;故障聲光指示、記憶及部分傳感器上位機的緊急處理。</p><p>　　可編程邏輯控制器(PLC)的控制理念</p><p>　　PLC的歷史及基本概念</p><p><b>　　一、發(fā)展歷史</b></p>

22、<p>　　起源：1968年美國通用汽車公司提出取代繼電器控制裝置的要求。1969 年，美國數(shù)字設(shè)備公司研制出了第一臺可編程控制器 PDP—14 ，在美國通用汽車公司的生產(chǎn)線上試用成功，首次采用程序化的手段應(yīng)用于電氣控制，這是第一代可編程序控制器，稱Programmable，是世界上公認的第一臺PLC。 　　 </p><p>　　1969年，美國研制出世界第一臺PDP-14 　　</p>

23、<p>　　1971年，日本研制出第一臺DCS-8 　　</p><p>　　1973年，德國研制出第一臺PLC 　　</p><p>　　1974年，中國研制出第一臺PLC 　　</p><p>　　發(fā)展：20世紀70年代初出現(xiàn)了微處理器。人們很快將其引入可編程控制器，使PLC增加了運算、數(shù)據(jù)傳送及處理等功能，完成了真正具有計算機特征的工業(yè)控制裝置。

24、此時的PLC為微機技術(shù)和繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物。個人計算機發(fā)展起來后，為了方便和反映可編程控制器的功能特點，可編程序控制器定名為Programmable Logic Controller（PLC）。 　　</p><p>　　20世紀70年代中末期，可編程控制器進入實用化發(fā)展階段，計算機技術(shù)已全面引入可編程控制器中，使其功能發(fā)生了飛躍。更高的運算速度、超小型體積、更可靠的工業(yè)抗干擾設(shè)計、模擬量運算、PID

25、功能及極高的性價比奠定了它在現(xiàn)代工業(yè)中的地位。 　</p><p>　　20世紀80年代初，可編程控制器在先進工業(yè)國家中已獲得廣泛應(yīng)用。世界上生產(chǎn)可編程控制器的國家日益增多，產(chǎn)量日益上升。這標志著可編程控制器已步入成熟階段。 　</p><p>　　20世紀80年代至90年代中期，是PLC發(fā)展最快的時期，年增長率一直保持為30~40%。在這時期，PLC在處理模擬量能力、數(shù)字運算能力、人機接

26、口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到大幅度提高，PLC逐漸進入過程控制領(lǐng)域，在某些應(yīng)用上取代了在過程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的DCS系統(tǒng)。 　</p><p>　　20世紀末期，可編程控制器的發(fā)展特點是更加適應(yīng)于現(xiàn)代工業(yè)的需要。這個時期發(fā)展了大型機和超小型機、誕生了各種各樣的特殊功能單元、生產(chǎn)了各種人機界面單元、通信單元，使應(yīng)用可編程控制器的工業(yè)控制設(shè)備的配套更加容易。</p><p><b>　　

27、二、基本概念</b></p><p>　　早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller,PLC)，它主要用來代替繼電器實現(xiàn)邏輯控制。隨著技術(shù)的發(fā)展，這種采用微型計算機系統(tǒng)的工業(yè)控制裝置的功能已經(jīng)大大超過了邏輯控制的范圍，因此，今天這種裝置稱作可編程控制器，簡稱PC。但是為了避免與個人計算機(Personal Computer)的簡稱混淆，所以將可編

28、程序控制器簡稱PLC,plc自1966年美國數(shù)據(jù)設(shè)備公司（DEC）研制出現(xiàn)，現(xiàn)行美國，日本，德國的可編程序控制器質(zhì)量優(yōu)良，功能強大。</p><p><b>　　PLC的基本結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　PLC實質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計算機，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計算機相同，基本構(gòu)成為： </p><p>　　a、電源 　　PLC的電源在

29、整個系統(tǒng)中起著十分重要的作用。如果沒有一個良好的、可靠的電源系統(tǒng)是無法正常工作的，因此PLC的制造商對電源的設(shè)計和制造也十分重視。一般交流電壓波動在+10%(+15%)范圍內(nèi)，可以不采取其它措施而將PLC直接連接到交流電網(wǎng)上去 　　</p><p>　　b. 中央處理單元(CPU) 　　中央處理單元(CPU)是PLC的控制中樞。它按照PLC系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲器

30、、I/O以及警戒定時器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語法錯誤。當PLC投入運行時，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入I/O映象區(qū)，然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運算的結(jié)果送入I/O映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將I/O映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出裝置，如此循環(huán)運行，直到停止運行。 　　為了進一步提高PLC的可靠性

31、，近年來對大型PLC還采用雙CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng)，或采用三CPU的表決式系統(tǒng)。這樣，即使某個CPU出現(xiàn)故障，整個系統(tǒng)仍能正常運行。 　</p><p>　　c、存儲器 　　存放系統(tǒng)軟件的存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器。 　　存放應(yīng)用軟件的存儲器稱為用戶程序存儲器。 　　</p><p>　　d、輸入輸出接口電路 　　</p><p>　　①現(xiàn)場輸入接口電路由光耦合電路和微機

32、的輸入接口電路，作用是PLC與現(xiàn)場控制的接口界面的輸入通道。 　　</p><p>　?、诂F(xiàn)場輸出接口電路由輸出數(shù)據(jù)寄存器、選通電路和中斷請求電路集成，作用PLC通過現(xiàn)場輸出接口電路向現(xiàn)場的執(zhí)行部件輸出相應(yīng)的控制信號。 　　</p><p>　　e、功能模塊 　　如計數(shù)、定位等功能模塊 。　</p><p>　　f、通信模塊 　　如以太網(wǎng)、RS485、Profibu

33、s-DP通訊模塊等。</p><p><b>　　PLC的工作原理</b></p><p><b>　　一. 掃描技術(shù) </b></p><p>　　當PLC投入運行后，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重

34、復(fù)執(zhí)行上述三個階段。 　　</p><p>　　(一) 輸入采樣階段 在輸入采樣階段，PLC以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應(yīng)得單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/O映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀

35、入。 　　</p><p>　　(二) 用戶程序執(zhí)行階段 　</p><p>　　在用戶程序執(zhí)行階段，PLC總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點構(gòu)成的控制線路進行邏輯運算，然后根據(jù)邏輯運算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映

36、象區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。 　　即，在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點在I/O映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會發(fā)生變化，而其他輸出點和軟設(shè)備在I/O映象區(qū)或系統(tǒng)RAM存儲區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結(jié)果會對排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個掃描周期才能對排在其上面的程序起作用。在程序執(zhí)行的

37、過程中如果使用立即I/O指令則可以直接存取I/O點。即使用I/O指令的話，輸入過程影像寄存器的值不會被更新，程序直接從I/O模塊取值，輸出過程影像寄存器會被立即更新，這跟立即輸入有些區(qū)別。 </p><p>　　(三) 輸出刷新階段 　 　當掃描用戶程序結(jié)束后，PLC就進入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映象區(qū)內(nèi)對應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸

38、出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動相應(yīng)的外設(shè)。這時，才是PLC的真正輸出。</p><p><b>　　PLC內(nèi)部運作方式</b></p><p>　　雖然PLC所使用之階梯圖程式中往往使用到許多繼電器、計時器與計數(shù)器等名稱，但PLC內(nèi)部并非實體上具有這些硬件，而是以內(nèi)存與程式編程方式做邏輯控制編輯，并借由輸出元件連接外部機械裝置做實體控制。因此能大大減少控制器所需之硬件空

39、間。實際上PLC執(zhí)行階梯圖程式的運作方式是逐行的先將階梯圖程式碼以掃描方式讀入CPU 中并最后執(zhí)行控制運作。在整個的掃描過程包括三大步驟，“輸入狀態(tài)檢查”、“程式執(zhí)行”、“輸出狀態(tài)更新”說明如下： 　　</p><p>　　步驟一“輸入狀態(tài)檢查”：PLC首先檢查輸入端元件所連接之各點開關(guān)或傳感器狀態(tài)（1 或0 代表開或關(guān)），并將其狀態(tài)寫入內(nèi)存中對應(yīng)之位置Xn。</p><p>　　步驟二“

40、程式執(zhí)行”：將階梯圖程式逐行取入CPU 中運算，若程式執(zhí)行中需要輸入接點狀態(tài)，CPU直接自內(nèi)存中查詢?nèi)〕?。輸出線圈之運算結(jié)果則存入內(nèi)存中對應(yīng)之位置，暫不反應(yīng)至輸出端Yn。</p><p>　　步驟三“輸出狀態(tài)更新”：將步驟二中之輸出狀態(tài)更新至PLC輸出部接點，并且重回步驟一。 此三步驟稱為PLC之掃描周期，而完成所需的時間稱為PLC 之反應(yīng)時間，PLC 輸入訊號之時間若小于此反應(yīng)時間，則有誤讀的可能性。每次程式執(zhí)

41、行后與下一次程式執(zhí)行前，輸出與輸入狀態(tài)會被更新一次，因此稱此種運作方式為輸出輸入端“程式結(jié)束再生”。 　　 </p><p><b>　　PLC內(nèi)部運作架構(gòu)</b></p><p><b>　　本章小結(jié)</b></p><p>　　本章從學習可編程控制器（PLC)的原理及結(jié)構(gòu)出發(fā)，讓我們熟悉并且掌握PLC的工作原理。<

42、;/p><p>　　PLC控制系統(tǒng)的種植賄賂采用先進的PLC取代原有的繼電器邏輯控制系統(tǒng)。PLC作為工業(yè)計算機，具有獨特的微處理功能，通過采集外部的信號進行邏輯判斷后，傳輸給各個不同的執(zhí)行元件，實現(xiàn)對提升機的自動控制功能。</p><p>　　PLC(S7-300)對礦井提升機的直流調(diào)速控制的設(shè)計</p><p><b>　　概述</b></

43、p><p>　　目前國內(nèi)礦井提升機交流調(diào)速系統(tǒng)主要以高壓繞線電機轉(zhuǎn)子串電阻的方式工作,其組成主要為繼電器、接觸器等有觸點器件,系統(tǒng)可靠性差且硬件復(fù)雜。其速度控制不夠平滑,而且在減速階段和重物下放需要切斷電機主回路,用動力制動或低頻電源來使電動機按照設(shè)計曲線運行,存在切換失控問題。</p><p>　　為適應(yīng)礦井提升機自動化和高性能運行的需要對副井提升機驚醒直流化改造?；诎踩⒖煽亢透阈Φ脑瓌t

44、設(shè)計“S7-300+直流調(diào)速系統(tǒng)+TP270”的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。下圖2為系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。操作臺控制高壓開關(guān)柜（主回路）分閘，直流快速開并合閘，并給出PLC部分提升方向、提升速度及松閘信號等。操作臺還控制潤滑泵、制動油泵等設(shè)備及信號提示。</p><p>　　圖2礦井提升機直流調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　PLC部分接受操作臺、直流調(diào)速系統(tǒng)的反饋、軸編碼器、井筒信號燈信號，產(chǎn)生直流調(diào)速系統(tǒng)運行

45、信號，給定直流調(diào)速系統(tǒng)的速度，并與制動系統(tǒng)配合，在停車點抱閘停車。此外PLC部分還實時件事系統(tǒng)運行狀態(tài)，對各種故障情況進行分析處理。</p><p>　　直流調(diào)速系統(tǒng)接受PLC的起/?？刂疲鶕?jù)給定速度的大小控制電動機運行速度。6RA70采用全數(shù)字速度電流雙閉環(huán)的控制方式，實現(xiàn)較高控制精度。</p><p><b>　　實驗研究的設(shè)計</b></p>&

46、lt;p>　　系統(tǒng)采用西門子6RA70直流調(diào)速控制器,電動機功率為1 250 kW,磁場可逆邏輯無環(huán)流電樞回路口脈動的工作方式?？刂苹芈窞槿珨?shù)字速度電流雙閉環(huán)控制方,實現(xiàn)無靜差調(diào)度,可靠性高,抗擾能力強。系統(tǒng)速度給定通過PLC的AO模塊輸出。</p><p><b>　　S曲線速度的給定</b></p><p>　　1、為了提高提升機的舒適性和減少對機械部分的沖

47、擊,本系統(tǒng)中借助于PLC實現(xiàn)升機速度的S曲線變化。S曲線不但要求系統(tǒng)在加、減速過程中速度變化平滑,而且要求系統(tǒng)的加、減速度變化平滑。如圖3所示。</p><p><b>　　理想曲線的產(chǎn)生方法</b></p><p>　　1、加速度的基本公式</p><p>　　根據(jù)曲線對速度和加速度的要求,在加速過程中加速度和速度都是時間t的變量。給出加速階

48、段速度表達式為:</p><p>　　V1(t)=12A1t2　　0≤t≤t1 (1）</p><p>　　V2(t)=V1+am1(t-t1)　　t1≤t≤t2 (2）</p><p>　　V3(t)=V2+am1(t-t2)-2A2(t-t2)2　t2≤t≤t3

49、 (3)</p><p>　　式中:am1為加速啟動段的最大加速度,m/s2;A1為0-t1段加速度的變化率,m/s3;A2為t2-t3段加速度的變化率,m/s3。</p><p>　　2、等速段減速段和爬行段的基本公式等速段是指提升機以最大速度等速運行的過程。</p><p>　　V4(t)=Vm　　t3≤t≤t4

50、 (4)</p><p>　　減速段與加速段一樣,可以分為3個階段,分別用V5(t)、V6(t)、V7(t)表示。給出減速各段速度表達式為</p><p>　　V5(t)=Vm-12A3(t-t4)2　　t4≤t≤t4 (5)</p><p>　　S5(t)=Vm(t-t4)-16A3(

51、t-t4)3　　t4≤t≤t5 (6)</p><p>　　V6(t)=V(s)= 2am2S+V25　t5≤t≤t6 (7)</p><p>　　V7(t)=V6-am2(t-t6)+12A4(t-t6)2　t6≤t≤t7 (8)</p><p>　　S7(t)=V6(t

52、-t6)-12am2(t-t6)2+16A4(t-t6)3　t6≤t≤t7 (9)</p><p>　　式中:Vm為等速運行速度,m/s;A3為t4-t5段加速度的變化率,m/s3;am2為減速段的最大減速度值,m/s2;S為勻減速段行程值,m;S=S6-S(t);S6為參考點R6位置,根據(jù)實際情況決定,m;V6為參考點R6速度,根據(jù)實際情況決定,m/s;A4為t6-t7段加速度的變化率,m/s3。<

53、/p><p>　　爬行段即提升運行速度降為Vp而進入的一低速運行段,表示為</p><p>　　V8(t)=Vp (10)</p><p>　　通常A1=A2=A3=A4=0. 25 m/s3am1=am2=0. 5 m/s2變加速度時間2~3 s。</p><

54、p>　　實際的S曲線速度給定校正</p><p>　　以上給出的速度給定公式在最大速度情況下的出來的，在實際情況中，特別是手動操作方式下，很難保證Vm為常數(shù)。</p><p><b>　　1、減速點后移法</b></p><p>　　這種方法的原則是保持A3, am2,A4不變,結(jié)合實際速度Vm計算出減速3個階段的距離S5,S6,S7和爬

55、行段距離SP。由Sj=S5+S6+S7+Sp計算出實際距離,再根據(jù)總行程就可以計算出減速點位置。</p><p><b>　　減速度變化法</b></p><p>　　這種方法的原則是減速點保持不變,可以通過改變減速段II的減速度am2來實現(xiàn)。由am2=(V25-V26) /2S6,并保持減速段I和減速段III的時間不變,這樣Vm的變化就會影響V5,am2發(fā)生變化。本

56、系統(tǒng)采用的就是這種方法。</p><p><b>　　PLC軟件設(shè)計</b></p><p>　　1、S7-300PLC軟件配置</p><p>　　STEP7編程軟件采用的是塊式結(jié)構(gòu)編程,可以分為組織塊(OB),系統(tǒng)功能塊或系統(tǒng)功能(SFB或SFC),功能塊(FB),功能(FC),背景數(shù)據(jù)塊(背景DB)和數(shù)據(jù)(DB)等。OB塊中的OB1是必須

57、的,其它塊根據(jù)需要來增減。本系統(tǒng)PLC程序部分用到了主程序循環(huán)OB1、循環(huán)中斷OB35、診斷中斷OB82、暖啟動OB100等組織塊。另外還用到了自定義的功能FC、數(shù)據(jù)塊DB、系統(tǒng)功能SFC等。</p><p><b>　　程序結(jié)構(gòu)設(shè)計</b></p><p>　　操作保護PLC必須確保提升機安全運行，所以其程序中主要是兩大類故障的處理。給出其軟件程序方框圖如圖4所示。

58、各個組織塊之間的切換由PLC的操作系統(tǒng)負責,操作系統(tǒng)檢測系統(tǒng)運行時間,如達到中斷時間則調(diào)用一次OB35,若發(fā)現(xiàn)有硬件故障,則調(diào)用OB82。</p><p>　　行程控制PLC主要是為了給出完整的S曲線，起程序結(jié)構(gòu)和操作保護PLC類似。</p><p><b>　　本章小結(jié)</b></p><p>　　(1)基于雙PLC結(jié)構(gòu)的提升機直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)

59、計功能完善,運行安全可靠。</p><p>　　(2)S曲線速度給定使得提升機系統(tǒng)運行平滑,大大改善人員舒適度。</p><p>　　(3)觸摸屏上顯示提升的位置、速度圖、系統(tǒng)狀態(tài),方便司機觀察和操作。</p><p>　　S7-300對礦井提升機直流調(diào)速控制的研究總結(jié)</p><p>　　本文在詳盡的實驗方法和理論分析上，采用理論與試驗相結(jié)

60、合的方法研究了S7-300對礦井提升機直流調(diào)速的影響，實現(xiàn)良好的人一機對話;實時監(jiān)控提升機的運行狀態(tài)，上位機動態(tài)模擬顯示及故障閉鎖;可進行故障報警、數(shù)據(jù)查詢、報表打印;記錄提升鉤數(shù)以及每班、每日、每月、每年的提升量累計;故障聲光指示、記憶及部分傳感器上位機的緊急處理。</p><p>　　本人從理論和實驗兩方面詳細研究了利用PLC對礦井提升機控制系統(tǒng)的設(shè)計。在以后的理論分析與實驗中，我們利用PLC來實現(xiàn)控制的原因

61、：</p><p>　　第一,不需要建立被控對象的數(shù)學模型。</p><p>　　在自動控制理論中的分析和設(shè)計方法主要是建立在被控對象的線性定常數(shù)數(shù)學模型的基礎(chǔ)上的,需要把提升系統(tǒng)的機械特性(從電動機的轉(zhuǎn)子慣量到鋼絲繩的慣性,從系統(tǒng)空載運行到滿載運行),電氣特性(包括控制電路參數(shù)以及電力電子器件的觸發(fā)延遲等微觀參數(shù))轉(zhuǎn)變成較為理想的數(shù)學模型,該模型忽略了實際系統(tǒng)中的非線性和時變性,與實際系

62、統(tǒng)有較大差距,然后計算出硬件電氣控制系統(tǒng)每一個元件的電氣參數(shù),并選擇、組裝、調(diào)試才能完成。使用PLC的PID程序控制可以得到滿意的效果。</p><p>　　第二,結(jié)構(gòu)簡單,容易實現(xiàn)。</p><p>　　PLC程序設(shè)計簡單,計算工作量較小,各參數(shù)有明確的物理意義,參數(shù)調(diào)整方便,容易實現(xiàn)復(fù)雜的控制。</p><p>　　第三,有較強的靈活性和適應(yīng)性。</p&g

63、t;<p>　　根據(jù)提升系統(tǒng)各模擬量的不同控制要求,可以采用PID程序的多種變種和改進的控制方式,例如速度要求使用帶死區(qū)控制的PID,電流控制使用PI功能,制動力控制使用PD功能等。</p><p>　　第四,可以實現(xiàn)參數(shù)自整定。</p><p>　　PLC的PID程序可以在一定程度上實現(xiàn)參數(shù)自整定,可根據(jù)實際系統(tǒng)反饋回來的反饋量的幅值、相位、時間差等參數(shù)進行自動參數(shù)調(diào)整,大

64、大簡化了人工計算參數(shù)的工作量。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]鐘肇新，彭侃.可編程控制器及應(yīng)用（第二版)[M].廣州：華南理工大學出 </p><p><b>　　版社，2001.</b></p><p>　　[2]史國生. 電氣控制與可編程控制

65、技術(shù)[M]. 北京:化學工業(yè)出版社, 1999.</p><p>　　[3]宋德玉.可編程序控制原理及應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)[M]. 北京：冶金工業(yè)出版社, 1999.</p><p>　　[4]Rana KPS and Khan S H, Measurement. 2008, 41: 1032-1039.</p><p>　　[5]Zulkifli M Z ,Haru

66、n S W and Thambiratnam K ,et al.IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement,2008,57,2677-2681</p><p>　　[6]陳東婭.PLC在礦井提升機控制系統(tǒng)中的應(yīng)用論文.</p><p>　　[7]Jeong,Y.Sahu,J.K.Williams,R.B.Richardson,D

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68、 lasers,OPt.Comrnun,2000, 180(18):329-337.</p><p>　　[9]于淑華，姜建堂. 基于S7-300PLC的提升機直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計的論文. 黑龍江技師學院。</p><p>　　[10]包西平，楊慶江，李曄. 礦井提升機行程控制的研究及PLC實現(xiàn). 黑龍江科技學院電氣與信息工程學院.</p><p>　　[11]廖常初S

69、7—300/400PLC應(yīng)用技術(shù)機械工業(yè)出版社.</p><p>　　[12]深入淺出西門子S7—300PLC北京:北京航空航天大學出版社.</p><p>　　[13]礦井提升機電力拖動與控制史峰煤炭工業(yè)出版社.</p><p>　　[14]劉美俊.西門子S7-300/400 PLC應(yīng)用案例解析.電子工業(yè)出版社.</p><p>　　[15

70、]江秀漢，李萍，薄保中編寫.可編程控制器原理及應(yīng)用西安科技大學出版社.</p><p>　　[16]路林吉，王堅.可編程控制器原理及應(yīng)用.清華大學出版社.</p><p>　　[17]　張彤.大型PLC多級并行冗余系統(tǒng)的設(shè)計技巧[J].微計算機信息,2002(6).</p><p>　　[18] 趙延明,高軍,楊國慶,等.煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的現(xiàn)狀與發(fā)展[J ].煤礦機

71、電,2007．</p><p>　　[19] M.Laroche,P.Jander,W.A.Clarkson,J.k.Sahu,J.nilsson and Y.Jeong.High power cladding-pumped tunable Er／Yb-doped fibre laser[J].Electornics Letters. 2004, 40(14): 855-856.</p><p

72、>　　[20] Lou Q H,Wang P Y,Zhou J,et a1.Development of double-clad fiber lasers1,[A]．Proc of SPIEl,[C].2002,49(14):131-136.</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　本文論文的主要內(nèi)容寫作始終都是在導(dǎo)師xx老師的悉心指導(dǎo)

73、下完成的。首先對xx老師致以最崇高的敬意和誠摯的感謝！是他引導(dǎo)、鼓勵我在一個嶄新的領(lǐng)域里進行了有意的探索，并幫助我克服了種種困難！xx老師嚴謹?shù)目蒲袘B(tài)度、平易近人的作風、強烈的創(chuàng)新意識、敏銳的洞察力、淵博的知識、開闊的眼界，一絲不茍的敬業(yè)精神都一直是我學習的榜樣，從xx老師那里我學到了許多有益的思想方法和寶貴的經(jīng)驗，并將終生影響我對學習、工作和生活的態(tài)度。</p><p>　　本文論文的最終完稿是在xx老師的精心