電大《機(jī)電控制和可編程序控制器技術(shù)》課程設(shè)計(jì)報(bào)告報(bào)告

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上南 京 廣 播 電 視 大 學(xué)機(jī)電控制與可編程控制器技術(shù)課 程 設(shè) 計(jì) 報(bào) 告2012 級 秋 季機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化 專業(yè) 本 科題目: 超大功率高速提升機(jī)全數(shù)字電控系統(tǒng)學(xué) 生 姓 名: 郭圍圍 學(xué) 號: 78 電 大 分 校: 江寧電大 學(xué)生所在單位: 格滿林（南京）實(shí)業(yè)有限公司 指 導(dǎo) 教 師: 黃 波 二一三年十一月專心-專注-專業(yè)南京電大開放教育 2012 級（秋）機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化 專業(yè)（本科）課程設(shè)計(jì)成績評定表分校名稱： 江寧電大 班級代號： 姓名專業(yè)課程名稱設(shè)計(jì)時間機(jī)電控制與可編程序控制器技術(shù)2013年12月設(shè)計(jì)題目超大功率高速提升機(jī)全數(shù)字電控系

2、統(tǒng)指導(dǎo)教師評語及評分成績： 簽 字（蓋章） 年 月 日中文摘要及關(guān)鍵詞摘 要： 此次設(shè)計(jì)是介紹一種超大功率高速提升機(jī)電控系統(tǒng)的作為設(shè)計(jì)方案,用于礦業(yè)集團(tuán)礦井提升機(jī)的電控系統(tǒng)， 此方案同時介紹了PLC的硬件配置和軟件設(shè)計(jì)。目前提升機(jī)的提升速度可以達(dá)到設(shè)計(jì)的15m/s, 提升重量可達(dá)到設(shè)計(jì)的32t。通過實(shí)際運(yùn)行表明此系統(tǒng)具有穩(wěn)定可靠、PLC系統(tǒng)的各項(xiàng)功能和保護(hù)完善、故障率低等功能，有效提高了勞動效率。􀀁關(guān)鍵詞： 提升機(jī) PLC電控系統(tǒng) 數(shù)字技術(shù)引 言現(xiàn)在煤礦提升機(jī)控制系統(tǒng)大多采用“ 可控硅供電電機(jī)+ 模擬調(diào)節(jié)+ 繼電器控制” 的直流拖動方式, 其調(diào)節(jié)控制保護(hù)系統(tǒng)基本采用模擬系統(tǒng)。

3、模擬控制系統(tǒng)存在能耗大、運(yùn)行效率低、維護(hù)困難、分立元件多、參數(shù)分散性大、可靠性低、控制方式陳舊、技術(shù)落后等缺點(diǎn)，在實(shí)際生產(chǎn)中對生產(chǎn)效率的提高具有一定的阻礙。隨著計(jì)算機(jī)和數(shù)字技術(shù)的發(fā)展, 采用全數(shù)字電控系統(tǒng)已經(jīng)成為可能, 它從根本上改變了模擬控制系統(tǒng)的缺點(diǎn), 并具有模擬系統(tǒng)無法比擬的優(yōu)點(diǎn)。本文以ASCS直流提升機(jī)電控系統(tǒng)在某礦業(yè)集團(tuán)礦主井提升機(jī)中的實(shí)際應(yīng)用為例, 介紹了一種大功率、高速提升機(jī)全數(shù)字電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案, 并給出了PLC硬件配置和軟件設(shè)計(jì)方案。在實(shí)際運(yùn)行中, 提升機(jī)的提升速度可以達(dá)到15m/s, 提升重量可達(dá)到設(shè)計(jì)的32t, 加減速度可達(dá)到設(shè)計(jì)的1m/s, 各項(xiàng)保護(hù)達(dá)到煤炭安全規(guī)程的要

4、求; 該系統(tǒng)充分體現(xiàn)故障率低、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。在煤炭行業(yè)大功率直流控制領(lǐng)域具有開創(chuàng)性和示范性。目錄第1節(jié) 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案 .51.1 系統(tǒng)組成框圈 . .51.2 控制方案 . .5第2節(jié) 全數(shù)字調(diào)節(jié)系統(tǒng). .6第3節(jié) PLC控制系統(tǒng). .73.1 硬件配置. .73.1.1 操作保護(hù)PLC .73.1.2 行控PLC功能要求.73.1.3 操作臺PLC. .83.1.4 低壓柜PLC.83.2 軟件配置.8第4節(jié) 閘控系統(tǒng). . 9第5節(jié) 信息系統(tǒng) . . 9第6節(jié) 結(jié)速語 . . 10參考文獻(xiàn).10第一節(jié) 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案1.1系統(tǒng)組成框圈該直流提升機(jī)全數(shù)字電控系統(tǒng)具備先進(jìn)的技術(shù)，采用“

5、雙直流電機(jī)+可控硅變流+ 全數(shù)字調(diào)節(jié)控制+ 多PLC 網(wǎng)絡(luò)控制+ 上位機(jī)診斷與監(jiān)控+局域網(wǎng)信息互聯(lián)”的控制模式，具有數(shù)字化、自動化、網(wǎng)絡(luò)化和信息化等為一體。主要設(shè)備包括高低壓供電裝置、傳動整流裝置、全數(shù)字調(diào)節(jié)控制裝里、多PLC 網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)、操作臺和上位機(jī)、裝卸載控制裝置和液壓站控制裝置, 如圖1 所示.該系統(tǒng)由2臺德國西門子公司制造直流電機(jī) （電機(jī)為2500KW,電樞額定電流2985A, 額定電壓917V）直接軸聯(lián)作為提升機(jī)的驅(qū)動源。在全數(shù)字調(diào)節(jié)系統(tǒng)的控制下, 主回路是通過電樞轉(zhuǎn)接柜和勵磁轉(zhuǎn)接柜將主電源變換為適于主電機(jī)的供電電源, 兩臺電機(jī)可以單獨(dú)運(yùn)行也可以同時串聯(lián)運(yùn)行。根據(jù)提升機(jī)兩電機(jī)的額

6、定電壓和額定電流的參數(shù), 主回路采用電樞電流不可逆, 磁場電流可逆, 電樞回路配置成單機(jī)運(yùn)行時串聯(lián)12 脈動順序控制方式, 雙機(jī)串聯(lián)時為24脈動控制方式。1.2控制方案針對礦主井采用的是直流提升機(jī)的磁場換向雙閉環(huán)控制策略?？刂圃韴D如圖2􀀁圖中外環(huán)為速度閉環(huán), 內(nèi)環(huán)為磁場和電樞電流閉環(huán)。系統(tǒng)運(yùn)行時, 由系統(tǒng)行控部分給出速度給定值(或加速度給定值), 與速度反饋實(shí)際值比較后形成速度調(diào)節(jié)器ASR偏差輸入, 速度調(diào)節(jié)器為按照二階最優(yōu)設(shè)計(jì)的PI調(diào)節(jié)器, 保證系統(tǒng)運(yùn)行速度穩(wěn)態(tài)無差。速度調(diào)節(jié)器的輸出作為電流調(diào)節(jié)器的給定值與電流反饋實(shí)際值比較后形成電流調(diào)節(jié)器偏差輸入, 電流調(diào)節(jié)器為按照一階

7、最優(yōu)設(shè)計(jì)的PI調(diào)節(jié)器, 保證系統(tǒng)電流快速跟隨。對于電樞電流調(diào)節(jié)器ACR和磁場電流調(diào)節(jié)LACR, 在實(shí)際運(yùn)行過程中按照單變量調(diào)節(jié)原則, 設(shè)定電樞電流闌值, 在磁場電流調(diào)節(jié)變化時, 使電樞電流維持在設(shè)定閉值當(dāng)磁場電流達(dá)到飽和限幅值時, 才使電樞電流進(jìn)人調(diào)節(jié)變化過程。保證系統(tǒng)運(yùn)行時轉(zhuǎn)矩按線性變化。第二節(jié) 全數(shù)字調(diào)節(jié)系統(tǒng)全數(shù)字調(diào)節(jié)系統(tǒng)采用了高效的多CPU,并行處理技術(shù)和先進(jìn)的控制策略, 完成提升機(jī)速度和轉(zhuǎn)矩的開環(huán)或閉環(huán)控制, 取代了傳統(tǒng)的模擬電路調(diào)節(jié)器;完成提升機(jī)速度和電流雙閉環(huán)調(diào)節(jié), 實(shí)現(xiàn)電樞和磁場回路的各種故障保護(hù)。 采用以16位處理器為核心的ASCS全數(shù)字調(diào)節(jié)系統(tǒng), 電樞電流不可逆、磁場電流可逆

8、、電流和速度雙閉環(huán)均由全數(shù)字調(diào)節(jié)部分實(shí)現(xiàn)全數(shù)字控制。該系統(tǒng)既可以用模擬量給定, 也可用上位機(jī)、PLC或其它數(shù)字操作單元提供數(shù)字量給定。反饋可用模擬測速機(jī), 也可用軸編碼器或者同時使用作為復(fù)合反饋, 從而得到最佳的動態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)精度。所有控制算法都由高速16位微處理器來完成, 保證所有控制回路的調(diào)節(jié)作用在主回路6個晶閘管橋的轉(zhuǎn)換時間之內(nèi)完成, 以保證電流環(huán)的采樣時間。對可逆裝置, 轉(zhuǎn)矩反向時的無環(huán)流時間非常短􀀁且可由軟件設(shè)定􀀁。電流環(huán)具有自適應(yīng)功能, 即使負(fù)載變化很大時, 系統(tǒng)也能獲得平穩(wěn)的速度響應(yīng), 速度環(huán)的PI參數(shù)調(diào)節(jié)范圍很大, 且具有積分分離功能。第三節(jié)

9、 控制系統(tǒng)3.1硬件配置提升機(jī)是礦山關(guān)鍵設(shè)備, 必須具備高可靠性、高安全性, 建立以網(wǎng)絡(luò)為連接紐帶的多戶PLC冗余控制系統(tǒng), 用于完成提升機(jī)行程控制、邏輯操作和故障保護(hù)、液壓制動控制以及裝卸載自動控制等。本套系統(tǒng)的PLC采用西門子公司的S7一300。所有PLC 均通過MPI和PROFIBUS雙網(wǎng)連接(如圖3所示), 從而保證了重要數(shù)據(jù)的同一性。3.1.1操作保護(hù)PLC主要包括電源模塊/CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊、A/D模塊、和計(jì)數(shù)模塊。主控PLC與繼電器構(gòu)成雙線制提升機(jī)安全保護(hù)回路。來自提升機(jī)各部分的保護(hù)信號分為立即施閘、井口施閘、電氣制動和報(bào)警4類。其中井口施閘、電氣制動和報(bào)警類事故信號

10、直接引人到PLC中,PLC 將其處理后送監(jiān)視器顯示故障類型并控制聲光報(bào)警系統(tǒng)報(bào)警并施閘, 而立即施閘類事故信號除引人到PLC中處理、顯示、報(bào)警外, 還直接引人到安全直動回路, 動作施閘系統(tǒng)施閘。主控PLC還將軸編碼器信號經(jīng)軟件計(jì)算后處理成罐籠在井筒中的位置和在線速度, 進(jìn)行后備位置、速度保護(hù)。3.1.2行控PLC主要包括電源、CPU、I/O、D/A、A/D、計(jì)數(shù)和通信模塊。行程監(jiān)控PLC的主要功能是:將部分操作信號、部分保護(hù)信號以及設(shè)定的一些行程參數(shù)與軸編碼器信號結(jié)合起來進(jìn)行邏輯運(yùn)算處理, 自動產(chǎn)生提升機(jī)所需的速度給定信號(即運(yùn)行曲線), 為了盡量減少起動、制動過程中的機(jī)械沖擊, 提高提升機(jī)控

11、制精度, 速度給定信號的加速、減速段為“ S ” 型曲線, 減速段行程通過PLC實(shí)際運(yùn)算來調(diào)節(jié)減速度以保證減速段為一固定值, 從而保證了停車點(diǎn)不變和停車點(diǎn)的精度。此外行程監(jiān)控PLC還將軸編碼器信號經(jīng)軟件計(jì)算后處理成罐籠在井簡中的位置和在線速度, 送到操作臺監(jiān)視器顯示, 此外還產(chǎn)生包絡(luò)曲線對提升機(jī)的度進(jìn)行連續(xù)監(jiān)視。主控和行控2臺PLC既相互獨(dú)立, 又能相互監(jiān)視,對某些保護(hù)(如過卷、超速、鋼絲繩打滑等)還能相互備用、冗余, 這樣大大提高了行程監(jiān)控器的可靠性。􀀁3.1.3 操作臺PLC操作臺PLC實(shí)現(xiàn)3個主要功能: 一是將操作的有關(guān)按鈕和旋鈕等輸人信號傳送給主控PLC;二是通過輸出

12、模塊, 將系統(tǒng)中重要的開關(guān)量和模擬量在指示臺上正確顯示;三是與深度指示器通訊, 完成深度指示。操作臺PLC與主控、行控PLC也是雙網(wǎng)絡(luò)連接, 保證數(shù)據(jù)的安全可靠。3.1.4 低壓柜PLC低壓柜PLC實(shí)現(xiàn)的一個主要功能是將低壓柜的各個開關(guān)信號傳送給其他3臺PLC。3.2 軟件配置軟件配置有系統(tǒng)和用戶程序。系統(tǒng)程序裝配在CPU模塊上隨硬件的產(chǎn)品而來; 用戶程序是編程器編好程序后輸人到PLC的存儲模塊。程序是采用塊式結(jié)構(gòu)形式，共有組織塊(OB)、程序塊(PB)、功能塊(FB)、數(shù)據(jù)塊(DB)、順序塊(SB)5種形式。本系統(tǒng)沒有采用順序塊。功能塊（FB）是用于復(fù)雜功能的反復(fù)編程(如專用控制器、報(bào)替器、

13、計(jì)算功能和調(diào)整功能)。組織塊(OB)是系統(tǒng)和用戶程序的接口, 是用戶程序的一部分, 但只能由系統(tǒng)程序調(diào)用, 可以編程, 使用者不能調(diào)用, 本系統(tǒng)使用了3個(OB)塊(OB100,OB1,OB35)為加電啟動組織塊. 在該組織塊中編制有關(guān)系統(tǒng)參數(shù)初始化的程序, 此組織塊僅在系統(tǒng)加電起動后運(yùn)行一次, 以后在程序循環(huán)中不再執(zhí)行, 系統(tǒng)初始化程序框圖如圖4所示。OB1為循環(huán)運(yùn)行組織塊, 即用戶主程序部分, 行控PLC主程序框圖如圖5所示。在OB1中可以調(diào)用其它功能塊, 如 SFB、SFC 、FB、FC等。OB35 為中斷組織塊, 它使循環(huán)時間中斷, 循環(huán)時間為060ms, 可根據(jù)用戶需要任意設(shè)置。本系

14、統(tǒng)利用OB35的中斷時間, 循環(huán)向上位機(jī)發(fā)送監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。系統(tǒng)中行程監(jiān)控PLC 的中斷程序框圖如圖6所示。 第四節(jié) 閘控系統(tǒng)本項(xiàng)目中采用的閘控系統(tǒng)是進(jìn)口恒減速液壓站+進(jìn)口閘盤。主控PLC系統(tǒng)與閘控系統(tǒng)之間采用硬件線路方式進(jìn)行聯(lián)系。主控系統(tǒng)給閘控系統(tǒng)的主要信號有:硬件安全回路信號、軟件安全回路信號、恒減速解除、沉罐保護(hù)信號、閘控給定、速度信號、手動和自動信號等;閘控系統(tǒng)給主控系統(tǒng)的信號主要有:壓力恒減速投人、液壓站故障或者報(bào)替信號等。第五節(jié)信息系統(tǒng)信息系統(tǒng)的構(gòu)建是基于現(xiàn)場總線、上位機(jī)網(wǎng)絡(luò)管理等技術(shù), 各子系統(tǒng)通過現(xiàn)場總線與主控PLC通訊。PLC與上位機(jī)通訊, 上位機(jī)通過WEB和ActiveX技術(shù)采用

15、B/S模式管理服務(wù)器, 并在Internet網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息管理。圖7 為信息系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)圖。信息系統(tǒng)主要的功能是：對系統(tǒng)中各個組成部分進(jìn)行實(shí)時的監(jiān)控, 及時的反應(yīng)系統(tǒng)運(yùn)行過程中的各種參數(shù)、狀態(tài)和故障報(bào)警；完成對系統(tǒng)運(yùn)行時間的統(tǒng)計(jì)、提升量的統(tǒng)計(jì)、運(yùn)行曲線的記錄、故障報(bào)替的記錄, 并可生產(chǎn)各種報(bào)表；通過WEB和程序服務(wù)器進(jìn)行客戶機(jī)訪問管理, 為各客戶機(jī)提供運(yùn)行畫面、統(tǒng)計(jì)量、故障報(bào)警、報(bào)表查詢等信息, 實(shí)現(xiàn)信息的共享和管理。第六節(jié) 結(jié)束語本系統(tǒng)自2005年9月正式投入試運(yùn)行以來,ASCS控制系統(tǒng)穩(wěn)定可靠、PLC系統(tǒng)的各項(xiàng)功能和保護(hù)完善、其他子系統(tǒng)與PLC系統(tǒng)的結(jié)合正常。目前提升機(jī)的提升速度可以達(dá)到15m/s, 提升重量可達(dá)到32t , 加減速度可達(dá)到1m/s , 各項(xiàng)保護(hù)達(dá)到煤炭安全規(guī)程的要求。此系統(tǒng)PLC程度高, 可靠性高, 事故率低, 維護(hù)量小, 工人勞動強(qiáng)度低, 具有很好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。參考文獻(xiàn)【1】西門子公司S7-300可編程序拉制器編程手冊,2001年12月【2】何風(fēng)有, 譚國