電大《機電控制和可編程序控制器技術(shù)》課程設(shè)計報告報告

1、專業(yè)資料整理分享南京廣播電視大學機電控制與可編程控制器技術(shù)課程設(shè)計報告2012級秋季機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)本科題目：超大功率高速提升機全數(shù)字電控系統(tǒng)學生姓名:學號:電大分校:郭圍圍1232101250478江寧電大學生所在單位：格滿林（南京）實業(yè)有限公司指導教師：黃波二O三年十一月完美 WORD格式編輯專業(yè)資料整理分享南京電大開放教育 2012級（秋）機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)（本科）課程設(shè)計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)計時間機電控制與可編程序控 制器技術(shù)2013年12月設(shè)計題目超大功率咼速提升機全數(shù)字電控系統(tǒng)指導教師 評語及 評分成績：簽字（蓋章）年月日完美

2、WORD格式編輯專業(yè)資料整理分享中文摘要及關(guān)鍵詞摘要：此次設(shè)計是介紹一種超大功率高速提升機電控系統(tǒng)的作為設(shè)計方案,用于礦業(yè)集團礦井提升機的電控系統(tǒng)，此方案同時介紹了 PLC的硬件配置和軟件設(shè)計。目前提升機的提升速度可以達到設(shè)計的15m/s,提升重量可達到設(shè)計的32t。通過實際運行表明此系統(tǒng) 具有穩(wěn)定可靠、PLC系統(tǒng)的各項功能和保護完善、故障率低等功能，有效提高了勞動效關(guān)鍵詞：提升機PLC電控系統(tǒng) 數(shù)字技術(shù)完美 WORD格式編輯專業(yè)資料整理分享引 言現(xiàn)在煤礦提升機控制系統(tǒng)大多采用“可控硅供電電機+模擬調(diào)節(jié)+繼電器控制”的直流拖動方式，其調(diào)節(jié)控制保護系統(tǒng)基本采用模擬系統(tǒng)。模擬控制系統(tǒng)存在能耗大、運

3、行效率低、維護困難、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，在實際生產(chǎn)中對生產(chǎn)效率的提高具有一定的阻礙。隨著計算機和數(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，并具有模擬系統(tǒng)無法比擬的優(yōu)點。本文以ASCS直流提升機電控系統(tǒng)在某礦業(yè)集團礦主井提升機中的實際應用為例，介紹了一種大功率、高速提升機全數(shù)字電控系統(tǒng)設(shè)計方案，并給出了 PLC硬件配置和軟件設(shè)計方案。在實際運行中，提升機的提升速度可以達到15m/s,提升重量可達到設(shè)計的32t,加減速度可達到設(shè)計的1m/s,各項保護達到煤炭安全規(guī)程的要求；該系統(tǒng)充分體現(xiàn)故 障率低、可靠性高等優(yōu)

4、點。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。完美 WORD格式編輯專業(yè)資料整理分享目錄第1節(jié)系統(tǒng)總體設(shè)計方案?1.1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 PLC ?7行控 PLC 功能要求?3.1.3操作臺 PLC ?83.1.4低壓柜 PLC ?810第 4 節(jié)閘控系統(tǒng)?.第 5 節(jié)信息系統(tǒng)?.第 6 節(jié)結(jié)速語 ?103.2軟件配置?8參考文獻?完美 WORD格式編輯專業(yè)資料整理分享第一節(jié)系統(tǒng)總體設(shè)計方案1.1系統(tǒng)組成框圈該直流提升機全數(shù)字電控系統(tǒng)具備先進的技術(shù)，采用“雙直流電機+

5、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、裝卸載控制裝置和液壓站控制裝置,如圖1所示.M1EE1全數(shù)字電控廉統(tǒng)康理梅圖該系統(tǒng)由2臺德國西門子公司制造直流電機（電機為2500KW,電樞額定電流2985A,額定電壓917V）直接軸聯(lián)作為提升機的驅(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的供電電源,兩臺電機可以單獨運行也可以同時串聯(lián)運行。根據(jù)提升機兩電機的額

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運行時串聯(lián) 12脈動順序控制方 式,雙機串聯(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的磁場換向雙閉環(huán)控制策略。控制原理圖如圖2完美 WORD格式編輯專業(yè)資料整理分享H2控制康理朋圖中外環(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)計的 PI調(diào)節(jié)器，保證系統(tǒng)運行速度穩(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際值比較后形成電流調(diào)節(jié)器偏差輸

7、入，電流調(diào)節(jié)器為按照一階最優(yōu)設(shè)計的 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,在實際運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)定閉值當磁場電流 達到飽和限幅值時，才使電樞電流進人調(diào)節(jié)變化過程。 保證系統(tǒng)運行時轉(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)和先進的控制策略，完成提升機 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；完成提升機速度和電流 雙閉環(huán)調(diào)節(jié)，實現(xiàn)電樞和磁場回路的各種故障保護。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

8、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、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，也可用軸編碼器或者同時使用作為復合反饋，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)作用在完美 WORD格式編輯專業(yè)資料整理分享主回路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,電流環(huán)具有自適應功能，即使負載變化很大時，系統(tǒng)也能獲得平穩(wěn)的速度響應，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)3.1硬件配置提升機是礦山關(guān)鍵設(shè)備,

9、必須具備咼可靠性、咼安全性,建立以網(wǎng)絡(luò)為連接紐帶的多 戶PLC冗余控制系統(tǒng),用于完成提升機行程控制、邏輯操作和故障保護、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。MP1OHBUS F 3rf損作保行抜 pptd tutELCJTPLC I圖3 PLC網(wǎng)絡(luò)圖操作保護PLC主要包括電源模塊/CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊、A/D模塊、和計數(shù)模塊。主控PLC與繼電器構(gòu)成雙線制提升機安全保護回路。來自提升機各部分的保護信號分為立即施閘、井口施閘、電氣制動和報警4類。其中

10、井口施閘、電氣制動和報警類事故信號直接引人到 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警 系統(tǒng)報警并施閘，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)軟件計算后處理成罐籠在井筒中的位置和在線速度，進行后備位置、速度保護。行控 PLC主要包括電源、CPU、I/O、D/A、A/D、計數(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)合起來進行邏輯運算處理，自動產(chǎn)生提升機所需的速度給定完美 WORD格式編輯專業(yè)資料整理分享信號（即運行曲線）,

11、為了盡量減少起動、制動過程中的機械沖擊，提高提升機控制精度，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實際運算來調(diào)節(jié)減速度以保證減速段為一固定值，從而保證了停車點不變和停車點的精度。此外行程監(jiān)控PLC還將軸編碼器信號經(jīng)軟件計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)曲線對提升機的度進行連續(xù)監(jiān)視。主控和行控2臺PLC既相互獨立，又能相互監(jiān)視，對某些保護（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。操作臺PLC操作臺PLC實現(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

12、出模塊，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。低壓柜PLC低壓柜PLC實現(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（0B）、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）是用于復雜功能的反復編程（如專用控制器、報替器、計 算

13、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)加電起動后運行一次，以后在程序循環(huán)中不再執(zhí)行，系統(tǒng)初完美 WORD格式編輯專業(yè)資料整理分享始化程序框圖如圖4所示。OB1為循環(huán)運行組織塊,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 ,女口 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

14、任意設(shè)置。 本系統(tǒng)利用OB35的中斷時間,循環(huán)向上位機發(fā)送監(jiān)控數(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I J6動鼻序1I謂用計做橫塊I"田和癢貝小功能塊圈5行披PLC主程序框圖H6中斷程序柩圖第四節(jié)閘控系統(tǒng)本項目中采用的閘控系統(tǒng)是進口恒減速液壓站+進口閘盤。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、上位機網(wǎng)絡(luò)管理等

15、技術(shù)，各子系統(tǒng)通過現(xiàn)場總線與主控PLC通訊。PLC與上位機通訊,上位機通過 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)中各個組成部分進行實時的監(jiān)控，及時的反應系統(tǒng)運行過程中的各種參數(shù)、狀態(tài)和故障報警；完成對系統(tǒng)運行時間的統(tǒng)計、提升量的統(tǒng)計、運行曲線的記錄、故障報替的記錄,并可生產(chǎn)各種報表；通過WEB和程序服務(wù)完美 WORD格式編輯專業(yè)資料整理分享器進行客戶機訪問管理，為各客戶機提供運行畫面、統(tǒng)計量、故障報警、報 表查詢等信息，實現(xiàn)信息的共享和管理。丄餐IMlyllw勇訊機 戶工業(yè)N第六節(jié)結(jié)束語本系統(tǒng)自2005年9月正式投入試運行以來，ASCS控制系統(tǒng)穩(wěn)定可靠、PLC系統(tǒng)的 各項功能和保護完善、其他子系統(tǒng)與PLC系統(tǒng)的結(jié)合正常。目前提升機的提升速度可以達到15m/s ,提升重量可達到32t ,加減速度可達到1m/s ,各項保護達到煤炭安全規(guī)程的要求。此系統(tǒng)PLC程度高，可靠性高，事故率低，維護量小，工人勞動強度低，具 有很好的社會效益和經(jīng)濟效益。參考文獻【1】西門子公司S7-300可編程序拉制器編程手冊,2001年12月【2】何風有，譚國俊.礦井直流提升機計葬機拉制技術(shù)M中國礦業(yè)大學出