機(jī)電控制和可編程序控制器技術(shù)-課程報(bào)告報(bào)告文獻(xiàn)

1、專業(yè)資料整理分享專業(yè)資料整理分享完美完美WORD格式編輯南京廣播電視大學(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(dòng)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:1232101250478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。一三年十一月專業(yè)資料整理分享專業(yè)資料整理分享完美完美WORD格式編輯南京電大開放教育 2012級（秋）機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)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(shí)間機(jī)電控制與PJ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

2、提升機(jī)全數(shù)字電控系統(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(shí)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(dòng)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(dòng)方式，具調(diào)節(jié)控制保護(hù)系統(tǒng)基本采用模擬系統(tǒng)。模擬控制系統(tǒng)存在能耗 大

3、、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ASC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 PLCM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)程的要求；該系 統(tǒng)充分體現(xiàn)故障率低、可

4、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 TOC o 1-5 h z 第1節(jié)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案 5系統(tǒng)組成框圈 .5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) 7硬件配置 7操作保護(hù)PLC 7行控PLC功能要求 7操作臺(tái) PLC 8彳氐壓力巨PLC 8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“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(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化和

5、信息化等為一體。主要設(shè)備包括高低壓供電 裝置、傳動(dòng)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(tái)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.嘴審圖1全數(shù)字電控京統(tǒng)原理推明該系統(tǒng)由2臺(tái)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(dòng)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(lì)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(tái)電機(jī)可以單獨(dú)運(yùn)行也可以同時(shí)串聯(lián)運(yùn)行。根據(jù)提升機(jī)兩電機(jī)的額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(shí)串聯(lián)12脈 動(dòng)順序控制方式,

6、雙機(jī)串聯(lián)時(shí)為24脈動(dòng)控制方式。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。控制原理圖如圖2圖2控制原理圖圖中外環(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(shí)，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ACF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

7、電流闌值,在磁場電流調(diào)節(jié)變化時(shí)，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(shí)，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(shí)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ASCSr數(shù)字調(diào)節(jié)系統(tǒng),電樞電流不可逆、磁場電流可 逆、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)、PLCE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)

8、，也可用軸編碼器或者同時(shí)使用作為復(fù)合反饋，從而得到最佳的動(dòng)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(gè)晶閘管橋的轉(zhuǎn)換時(shí)間之內(nèi)完成，以保證電流環(huán)的采樣時(shí)間。對可逆裝置，電流環(huán)具有自適應(yīng)功能，即使 負(fù)載變化很大時(shí)，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)控制系統(tǒng)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PLCt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(dòng)控制以及裝卸載自動(dòng)控制等。本套系統(tǒng)的 PLCR用西門子公司的S 300。所有P

9、LC 均通過MP和PROFIBUS網(wǎng)連接（如圖3所示），從而保證了重要數(shù)據(jù)的同一性。MPI圖3 PLC網(wǎng)絡(luò)圖操作保護(hù)PLC主要包括電源模塊/CPU真塊、輸入模塊、輸出模塊、A/D模塊、和計(jì)數(shù)模塊。主控PLCf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(dòng)和報(bào)警 4類。其中井口施閘、電氣制動(dòng)和報(bào)警類 事故信號直接引人到PLCfr,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PLg處理、顯示、報(bào)警外，還直 接引人到安全直動(dòng)回路，動(dòng)作施閘系統(tǒng)施閘。主控PLC3S將軸編碼器信號經(jīng)軟件計(jì)算 后處理成罐籠在

10、井筒中的位置和在線速度，進(jìn)行后備位置、速度保護(hù)。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(dòng)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(dòng)、制動(dòng)過程中的機(jī)械沖擊，提高提升機(jī)控制精度 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(tái)監(jiān)視器顯示，

11、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(tái)PLCE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 純打滑等）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。操作臺(tái)PLC操作臺(tái)PL就現(xiàn)3個(gè)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;二是通過輸出模塊，將系統(tǒng)中重要的開關(guān)量和模擬量在指示臺(tái)上正確顯示；三是與深度指示器通訊,完成深度指示。操作臺(tái)PLCf主控、行控PLO是雙網(wǎng)絡(luò)連接，保 證數(shù)據(jù)的安全可靠。低壓柜PLC低壓柜PLC實(shí)現(xiàn)的一個(gè)主要功能是將低壓柜的各個(gè)開關(guān)信號傳送給其他3臺(tái)PLG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

12、的產(chǎn)品而來；用戶程 序是編程器編好程序后輸人到PLC勺存儲(chǔ)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、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(gè)（OB）塊 （OB100,OB1,OB35）為加電啟動(dòng)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(dòng)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

13、序框圖如圖4所示。OB偽循環(huán)運(yùn)彳T組織塊,即用戶主程序部分，行控PLCE程 序框圖如圖5所示。在OB件可以調(diào)用其它功能塊,如SFB、SFC、FB F*。OB35為 中斷組織塊,它使循環(huán)時(shí)間中斷,循環(huán)時(shí)間為060ms,可根據(jù)用戶需要任意設(shè)置。本 系統(tǒng)利用OB35勺中斷時(shí)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。B4累虢初始化程停播圖v *翌菽剪？ -B4累虢初始化程停播圖v *翌菽剪？ -1（停隼3崖？95 trSPLC主程序框圖圖6中斷程序植圖第四節(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

14、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、包減速解除、沉罐保護(hù)信號、閘控給定、速度信號、手 動(dòng)和自動(dòng)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!訊。PLC與上位機(jī)通訊,上位機(jī)通過WEB和ActiveX技術(shù)采用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(gè)組成部分進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控，及時(shí)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(shí)間的統(tǒng)

15、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。工黑叩系更一施穩(wěn)程序WEB凰邦sS務(wù)事工黑叩系更一施穩(wěn)程序WEB凰邦sS務(wù)事的DDE接口上位機(jī)雙第六節(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（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?度高，可靠性高，事故率低，維護(hù)量小，工人勞動(dòng)強(qiáng)度低，具 有很好的社會(huì)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，譚國俊.礦井直流