基于PLC的煤礦架空乘人纜車控制系統(tǒng)設計范本

1、2013屆*專業(yè)畢業(yè)設計 基于PLC的煤礦架空乘人纜車 控制系統(tǒng)設計學生姓名： 邵 冰 班 級： 礦電10-1 學 制： 三 年 學歷層次： 專 科 指導教師： 論文（設計）提交日期：2013年6月*日論文（設計）答辯日期：2013年6月*日江蘇建筑職業(yè)技術學院礦業(yè)與交通工程學院二一三年六月摘 要煤礦副井提升擔負著人員、設備、材料、矸石等的運輸任務，是煤礦生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)。副井操車是指在井口或井底，將準備好的運料或運矸礦車推入副井罐籠的操作過程。良好的副井操車控制系統(tǒng)，能保證操車過程的安全高效，從而提高生產(chǎn)效率。本設計針對的礦井，副井提升采用多繩摩擦落地式提升機，單層雙罐（寬、窄罐）提升方式。窄

2、罐用作提人、排矸；寬罐除了具有窄罐作用外，還負責下大料設備。副井信號操車系統(tǒng)通常包括井口操車系統(tǒng)、井底操車系統(tǒng)和絞車房信號系統(tǒng)。（見附圖1 系統(tǒng)概況圖）三者之間主要利用PROFIBUS通訊模式通過RS485雙絞線進行通訊聯(lián)系（見附圖6 副井操車系統(tǒng)安裝圖）。井口、井底操車控制系統(tǒng)大體相同，而信號系統(tǒng)既作為絞車信號通訊同時有作為操車控制的閉鎖對象來配合操車控制運行。關鍵字：副井操車；PLC；控制系統(tǒng)目 錄摘 要I目 錄II1緒論11.1課題來源及背景11.1.1課題來源11.1.2課題研究背景11.2課題研究現(xiàn)狀及存在問題11.3課題研究內容與方法11.3.1采煤機定位系統(tǒng)研究11.3.2采煤機

3、的截割路徑記憶11.3.3采煤機的截割路徑跟蹤21.3.4采煤機自適應控制方法研究21.4課題研究意義22井口操車系統(tǒng)的組成32.1井口操車控制系統(tǒng)32.2操車設備及選用原則42.3操車設備清單（井口與井底控制設備種類及數(shù)量相同）42.4機械設備結構原理42.4.1 搖臺43PLC系統(tǒng)控制要求73.1采煤機的位置定位73.1.1采煤機機身坐標系的建立73.1.2采煤機機身定位策略73.1.3采煤機機身定位的理論模型73.2采煤機的姿態(tài)定位73.3本章小結74PLC控制系統(tǒng)的構成與特點84.1截割路徑的記憶集合84.2截割路徑的記憶策略84.2.1記憶點的選取方案84.2.2記憶點的數(shù)據(jù)結構84

4、.2.3記憶點的數(shù)據(jù)壓縮84.3記憶點的人工免疫評價方法研究84.3.1人工免疫理論概述84.3.2基于人工免疫的記憶點評價模型84.4本章小結105PLC程序的設計115.1截割路徑的跟蹤目標115.1.1基于多項式的插值的跟蹤目標115.1.2基于樣條曲線插值的跟蹤目標115.1.3基于誤差帶的跟蹤目標115.2截割路徑的跟蹤策略115.2.1截割路徑的軌跡跟蹤策略115.2.2截割路徑的動作跟蹤策略115.2.3截割路徑的狀態(tài)修正策略125.3截割路徑跟蹤的灰色關聯(lián)度評價模型125.3.1灰色關聯(lián)度分析概述125.3.2基于灰色關聯(lián)度的路徑跟蹤評價模型125.4本章小結126基于電流譜的

5、采煤機截割負載動態(tài)分析136.1截割負載檢測的研究現(xiàn)狀136.2基于電流譜的截割負載特性分析136.2.1截割部傳動系統(tǒng)的負載分析136.2.2截割負載與截割電流間關系的理論模型136.2.3截割負載與截割電流間關系的試驗研究136.3基于小波理論的截割電流特性分析136.3.1小波分析概述136.3.2截割電流信號的小波分解與重構136.4截割負載與截割電流間關系的神經(jīng)網(wǎng)絡模型136.4.1人工神經(jīng)網(wǎng)絡概述136.4.2基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡的截割負載與截割電流關系模型136.5本章小結137實驗研究147.1實驗室實驗147.1.1實驗方案設計147.1.2實驗結果分析147.2工廠試驗147.

6、2.1試驗方案設計147.2.2試驗結果分析147.3煤礦工作面實驗147.3.1實驗方案設計147.3.2實驗結果分析147.4本章小結148總結與展望158.1課題結論158.2課題創(chuàng)新點158.3課題研究展望15參考文獻16畢業(yè)設計總結181 緒論1.1 選題背景副井提升運輸綜合自動化控制系統(tǒng)是礦井民生領域必備的重要基礎設備。副井提升運輸綜合自動化系統(tǒng)是在高性能的提升機控制和智能信號和操車控制的基礎上，將提升機、信號系統(tǒng)、操車系統(tǒng)集于統(tǒng)一整體，搭建信息融合、相互閉鎖、安全可靠、高效節(jié)能、協(xié)同作業(yè)的綜合自動化系統(tǒng)。本設計取材于某礦山副井提升運輸綜合自動化系統(tǒng)進行技術改造工程實例，并截取部分

7、功能（操車系統(tǒng)部分）,設計先進、可靠的安全門、搖臺、穩(wěn)罐器、阻車器、推車機控制系統(tǒng)。并與提升及系統(tǒng)和信號系統(tǒng)實時信號較好構建信息整體，實現(xiàn)信號閉鎖，完成信息融合。操車系統(tǒng)部分是一種相對于礦井提升機垂直運輸而水平運輸?shù)V車的重要設備。應為要求具有高控制精度、高可靠性，并應具有必要的報警、抗干擾措施。選題依據(jù)在工業(yè)生產(chǎn)中，機械的制動的準確性和順序性為主要。例如：在冶金工業(yè)，化工生產(chǎn)，電力工程，機械制造和食品加工等許多領域中，人們都需要對各類機械采用合理的檢測和控制，采用PLC來對它們進行控制，不僅具有控制方便，簡單和靈活性大等優(yōu)點，而且可以大幅度提高被控設備的操作準確度，從而能夠大大提高被控對象的安

8、全性。因此，PLC對操車系統(tǒng)的控制是一個礦井工業(yè)中經(jīng)常會遇到的問題，現(xiàn)以基于PLC的副井提升運輸綜合自動化控制系統(tǒng)-操場系統(tǒng)部分為例進介紹。 普通操車系統(tǒng)中的礦車行程單一，不能進罐推車，因此礦車由罐籠附近上下?lián)u臺進出罐籠的工作只能由人工來完成，在罐籠內的車輛也要由其它車輛頂出，在沒有其它車輛裝卸罐籠的情況下，也只能由人工將礦車從罐籠內推出或在罐籠內定位。采用PLC控制的操車系統(tǒng)帶來功能的增加、性能的改善，而且具有明顯的安全性、效率的提升，同時整機壽命有明顯提高。近年來國內廠商都在競相開發(fā)。本設計擬采用一種以PLC為核心的基于CPU226的副井提升運輸綜合自動化控制系統(tǒng)-操車系統(tǒng)部分，系統(tǒng)中主要

9、包括三種模式：自動模式，手動模式，檢修模式，還有過電壓保護、欠電流保護，急停措施。1.1.11.1.2 畢業(yè)設計的內容副井提升運輸系統(tǒng)的信號的任務是提升機罐籠準確停車后，操車控制系統(tǒng)對本終端的安全門、搖臺、穩(wěn)罐器、阻車器、推車機按特點順序控制，完成裝卸罐籠的任務。并和提升機控制系統(tǒng)進行信號閉鎖，避免事故發(fā)生。1.2 設計實現(xiàn)的主要功能系統(tǒng)要求：1.具有檢修、手動、自動工作方式；（1）自動：罐籠到位，啟動油泵，按下啟動按鈕，設備則按照設定好的程序自動完成一次裝車過程。安全門開搖臺落前阻開推車機進推車機退前阻關搖臺升安全門關打點（2）手動：罐籠到位、啟動油泵、按照以上程序操作按鈕，按錯按鈕則不能動

10、作。（3）檢修：罐籠到位，啟動油泵，需要推車機前進、后退時必須滿足前阻開到位和搖臺落到位。其余設備均可點動。2.自動判斷和調度功能；3.安全保護和報警功能；1.3 課題研究內容與方法1.3.1 采煤機定位系統(tǒng)研究1.3.2 采煤機的截割路徑記憶1.3.3 采煤機的截割路徑跟蹤1.3.4 采煤機自適應控制方法研究1.3.5 課題研究意義2 井口操車系統(tǒng)的組成2.1 井口操車控制系統(tǒng)電控操作臺、集控液壓站、，防爆磁力啟動器，搖臺、安全門、前后阻車器、道岔、復阻、把鉤信號、紅燈和語音信號等組成。井口操車系統(tǒng)布置如圖1-1。2.2 操車設備及選用原則操車設備主要組成包括液壓集中動力站、液控搖臺、裝罐銷

11、齒推車機、液控車器、折疊式安全門及液控復阻等。操車設備選用原則有：1）要保證停罐平穩(wěn)，便于各項作業(yè)有效地進行。2）選用的設備安全可靠并便于實現(xiàn)機械化和聯(lián)動操作或集中操作，盡量減輕體力勞動。3）要方便上下人員，材料和設備。4）應盡量減少罐籠進出車的休止時間，提高生產(chǎn)效率2.3 操車設備清單（井口與井底控制設備種類及數(shù)量相同）表-1副井操車設備序號設備名稱數(shù)量備注液動搖臺2臺帶有位置監(jiān)測，與罐籠到位信號閉鎖安全門4扇帶有位置監(jiān)測，與罐位和提升信號連鎖前阻車器2臺帶有位置監(jiān)測，與提升信號連鎖液動銷齒推車機2臺推車機行程帶位置監(jiān)測，與罐籠到位信號閉鎖，速度、推力可調復阻車器2臺限定礦車運動范圍，保證安

12、全有序液壓站2套1用1備（雙電機雙泵）2.4 機械設備結構原理2.4.1 搖臺井口窄罐采用CYY6/2液壓配重結構，側動驅動，液壓站必須保證搖臺在不工作時始終處于抬起狀態(tài)，設備須同時具有機械和液壓自鎖。工作時靠搖臺自重復位，搖臺采用后置配重結構且配重可調，搖臺留有手動操作手把，用作緊急狀態(tài)下使用。搖臺工作時，液壓缸縮回，搖臂落下與罐籠搭接，搖尖與罐籠內導軌襯的結構能保證側向定位可靠。井底采用CYY6/4液壓配重結構，側動驅動，液壓站必須保證搖臺在不工作時始終處于抬起狀態(tài)，設備須同時具有機械和液壓自鎖。工作時靠搖臺自重復位，搖臺采用后置配重結構且配重可調，搖臺留有手動操作手把，用作緊急狀態(tài)下使用

13、。搖臺工作時，液壓缸縮回，搖臂落下與罐籠搭接，搖尖與罐籠內導軌襯的結構能保證側向定位可靠，搖臺的結構與動作原理見圖1-2。2.4.2 液壓推拉式安全門安全門防止人員或礦車誤入危險區(qū)，發(fā)生墜井事故而設置的一種安全設備，其特點：可靠的防護作用，開啟靈活，方便井口.底的各項作業(yè)，不妨礙長材料及設備下井。本安全門采用液壓馬達鏈式傳動（水平方向），液壓馬達速度0.1-0.5m/s可調，液壓推位安全門見圖1-32.4.3 前阻車器采用ZDY-9單式液壓阻車器，有一對阻爪和彈簧緩沖裝置，當車輪撞擊阻爪時，阻爪使套在固定軸后部的彈簧壓縮，撞擊的能量便為彈簧吸收。阻爪的尾部通過連桿和操縱機構連接，液壓缸活塞桿的

14、往復運動使兩個阻爪同時打開或關閉，關閉時阻車，打開后礦車即可通過。阻車器驅動結構簡單，除阻爪外無突出地面的部件，外觀平整，利于人員通行。要求阻車器使用液壓缸為動力，使用擺動式液壓缸，避免阻車器位移時損壞液壓缸。2.4.4 后阻車器后阻車器的結構和前阻車器相同，只不過油路連接不同從而和前阻形成一開一閉，作用是防止礦車誤動而避免軌道全開的情況出現(xiàn)起到保護操車安全的作用。2.4.5 復阻復阻是將兩臺前后阻車器距離縮小后放在一起，油路連接方式同前后阻車器一樣，復阻一般是將一套設在道岔前面，目的是防止多輛礦車同時進入操車工作區(qū)，一次只能通行1-2輛礦車，阻車器的結構見圖1-4。 2.4.6 道岔（搬道器

15、）道岔是一對活動的軌道，用來變軌操作使用，作用是負責調配車輛通行方向。道岔有許多種，有手動道岔、液動道岔、活動道岔等，活動道岔一般放在出罐側利用礦車自動變軌進入主道。2.4.7 推車機液動推車機有液動鋼絲繩推車機、液動銷齒式推車機和液動組鏈式推車機，是隨著液壓技術的普及而新推出的一種推車機。我們的推車機采用液動組鏈式傳動。組鏈傳動屬于齒輪傳動的一種特殊形式，與一般齒輪傳動相比，具有結構簡單，加工容易，拆修方便，造價低等優(yōu)點。另外，該推車機傳動環(huán)節(jié)少，效率高，故障率低。更主要的是由于采用液壓馬達，推車機抗過載性能好，實現(xiàn)了恒扭矩轉動。推車機的作用是負責將礦車或物料從進車側軌道推入罐籠內，實現(xiàn)物料

16、的機械化操作，降低人員勞動強度。2.5 液壓系統(tǒng)2.5.1 概述液壓站為安全門、搖臺、推車機、阻車器等提供動力，是整套設備唯一的動力源，液壓站有以下特點：1）具有調速控制功能，使推車機可以變速運行。2）可以提供高速大推力和低速小推力的輸出。3）系統(tǒng)按高壓設計，但工作在中低壓區(qū)。為保證系統(tǒng)可靠及維修方便，采用一箱雙機集中控制，雙泵雙電機，一路工作 ，一路備用，采用多重保護。為進一步提高系統(tǒng)可靠性，防止泄漏，采用整體集成塊技術。管路全部采用高壓膠管，更便于安裝維修。液壓缸采用高可靠性重型液壓缸，雙端緩沖。 圖1-5液壓站1、液壓系統(tǒng)構成及基本原理液壓系統(tǒng)主要由液壓泵站、油缸、液壓馬達及連接它們的高

17、壓膠管組成液壓系統(tǒng)原理見圖1-7。電磁閥：系統(tǒng)能自行卸荷，當電磁閥前推（后拉）時，頂升油缸活塞桿伸出（縮進），從而實現(xiàn)頂升機構的上升（下降）。溢流閥：用于保護系統(tǒng)壓力不致于超載，溢流閥出廠時已調好，不必要時，用戶不得隨意調整。壓力調節(jié)：系統(tǒng)工作的最大壓力由溢流閥決定，在系統(tǒng)出廠前已由專業(yè)人員按系統(tǒng)額定壓力調定好，用戶使用和維修過程中若需調節(jié)，可以先松開溢流閥的調節(jié)手柄上的并緊螺帽，旋入調節(jié)柄可使系統(tǒng)最大工作壓力升高，旋出調節(jié)柄可使系統(tǒng)最大工作壓力降低。液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)見表1-2。圖1-6 電磁換向閥注意：調節(jié)壓力時不允許超過“液壓系統(tǒng)主要技術參數(shù)表”中相應的最高壓力，并記住在調節(jié)完畢后，將鎖

18、緊螺帽并緊，以免松動。電磁換向閥采用DC24V直流驅動，線圈功率38W、穩(wěn)定吸和持續(xù)電流1.58A，電磁換向閥見圖1-6。序號名 稱單位規(guī)格與參數(shù)井口+1415井底+9001額定壓力MPa12.52額 定 流 量L/min353電磁換向閥DSG-03-3C4-DC24 38W4電磁溢流閥DBW-G03-10 DC24 25W5電機功 率KW7.5額定電壓V3806606開關防爆型磁力啟動開關7數(shù) 量臺QBZ-60/380QBZ-60/6608型 號YAZ-1表1-2 液壓系統(tǒng)主要參數(shù)表2.5.2 傳感器的分配PLC 作為工業(yè)控制裝置， 其檢測信號的傳感器精度、可靠性將關系到控制系統(tǒng)能否正常運行

19、，在選用傳感器時，應綜合考慮。在本系統(tǒng)中，罐籠兩側設有罐位傳感器，判斷罐籠所處的位置；左、右安全門的開關和進出狀態(tài)均由傳感器檢測，能根據(jù)檢測出的安全門實際位置進行操作；進出左、右搖臺及其起落狀態(tài)由傳感器檢測；左、右，前、后阻車器起落由傳感器檢測，可以準確判斷出它們所處的位置；左、右推車機，前后都設有限位傳感器，使其只能在規(guī)定的區(qū)域內工作；補車阻車器的起落，到位狀態(tài)由傳感器檢測，另外在其前后還安裝有限位傳感器，井口傳感器的分布見圖1-8。 圖1-8 井口傳感器分布圖3 PLC系統(tǒng)控制要求3.1 設計實現(xiàn)的主要功能系統(tǒng)要求：1.具有檢修、手動、自動工作方式；（1）自動：罐籠到位，啟動油泵，按下啟動

20、按鈕，設備則按照設定好的程序自動完成一次裝車過程。搖臺落安全門開前阻開推車機進推車機退前阻關安全門關搖臺升打點（2）手動：罐籠到位、啟動油泵、按照以上程序操作按鈕，按錯按鈕則不能動作。（3）檢修：罐籠到位，啟動油泵，需要推車機前進、后退時必須滿足前阻開到位和搖臺落到位。其余設備均可點動。2.自動判斷和調度功能；3.安全保護和報警功能：3.1.1 工作原理操車系統(tǒng)是用于礦井中水平運輸?shù)V車的設備，所以在礦車系統(tǒng)中最核心的部位為推車機，當罐籠到位后在自動模式下摁下開關則系統(tǒng)會自動執(zhí)行打開安全門，然后放下?lián)u臺這時候阻車器打開，推車機進礦車推出。一次推車過程就結束。而在手動模式下則步驟和自動模式一樣，但

21、是各個部分要人工操作。而在檢修模式下必須滿足搖臺落，阻車器開，推車機進，推車機回其余設備可以點動。操車系統(tǒng)在礦井中一般情況下要求一直開啟所以運行的穩(wěn)定程度很重要，所以油泵運行時候的電壓電流的穩(wěn)定程度也很重要所以加入了過電流保護和欠電壓保護，電機還有自己的保護3.2 系統(tǒng)工作原理操車系統(tǒng)是各類礦井使用的控制礦車運行的設備，它決定了煤礦企業(yè)的開采效率，但是由于礦井內粉塵多、潮濕環(huán)境因素復雜。因此操車系統(tǒng)要求具有高控制精度、高可靠性，并應具有必要的報警和急停的措施?；赟7-200 PLC控制的操車系統(tǒng)具有以下功能:可以任意在自動模式、手動模式、檢修模式間轉換.每個動作都有指示現(xiàn)實、方便操作人員知道

22、進行到哪一步了。并且還有電流、電壓參數(shù)報警此外各個部分都有自己的保護措施。根據(jù)以上分析，此PLC控制操車系統(tǒng)可以分解為以下幾個模塊:自動模式模塊、手動模式模塊、模式模塊，電壓電流報警模塊，復位模塊，電源提供模塊。系統(tǒng)原理框圖如圖所示。圖 3.1 系統(tǒng)原理框圖 工作原理：操車系統(tǒng)是用于礦井中水平運輸?shù)V車的設備，所以在礦車系統(tǒng)中最核心的部位為推車機，當罐籠到位后在自動模式下摁下開關則系統(tǒng)會自動執(zhí)行打開安全門，然后放下?lián)u臺這時候阻車器打開，推車機進礦車推出。一次推車過程就結束。而在手動模式下則步驟和自動模式一樣，但是各個部分要人工操作。而在檢修模式下必須滿足搖臺落，阻車器開，推車機進，推車機回其余設

23、備可以點動。操車系統(tǒng)在礦井中一般情況下要求一直開啟所以運行的穩(wěn)定程度很重要，所以油泵運行時候的電壓電流的穩(wěn)定程度也很重要所以加入了過電流保護和欠電壓保護，電機還有自己的保護。1.7 2 系統(tǒng)的功能1.自動控制功能此部分是PLC自動運行系統(tǒng)，其運行順序為：安全門開 搖臺落 阻車器開 推車機進 推車機退 阻車器關 搖臺升 安全門關2.顯示功能此模塊屬于人機交互，主要為油泵啟動和各個部分都有指示燈顯示，可以清楚地在操作室看到系統(tǒng)運行的狀態(tài)。3.報警功能操車系統(tǒng)求具有高控制精度、高可靠性，并應具有必要的報警，用于及時發(fā)現(xiàn)故障。4.復位功能如果系統(tǒng)的保護裝置無法系統(tǒng)，則人工可以進行手動停止，這樣設置可以

24、預防意外情況發(fā)生。5.電磁閥模塊由于系統(tǒng)為確保長時間的穩(wěn)定運行所以各個部分的動作為液壓動作，所以電磁閥是控制油泵的油是進還是退。6.手動控制模塊罐籠到位后要求每個部分都要手動操縱安全門開 搖臺落 阻車器開 推車機進 推車機退 阻車器關 搖臺升 安全門關7.電源模塊此系統(tǒng)需要24V和220V電源供電。8檢修模塊要求推車機前進、后退時必須滿足前阻開到位和搖臺落到位。其余設備均可點動。3.2.1 采煤機機身定位策略3.2.2 采煤機機身定位的理論模型3.3 采煤機的姿態(tài)定位3.4 本章小結4 PLC控制系統(tǒng)硬件組成概述4.1 西門子27-200 控制系統(tǒng)20世紀60年代，計算機技術開始應用于工業(yè)領域

25、，由于價格高、輸入電路不匹配、編程難度大以及難于適應惡劣工業(yè)環(huán)境等原因，未能在工業(yè)控制領域獲得推廣。1968年，美國通用汽車公司（GM）為了適應生產(chǎn)工藝不斷更新的需要，要求尋找一種比繼電器更可靠、功能更齊全、響應速度更快的新型工業(yè)控制器，并從用戶角度提出了新一代控制器應具備的十大條件，立即引發(fā)了開發(fā)熱潮。隨著PLC功能的不斷完善，性價比的不斷提高，PLC的應用面也越來越廣。目前，PLC在國內外已經(jīng)廣泛應用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)。PLC的應用范圍通?？煞譃殚_關邏輯控制、運動控制、過程控制、機械加工中的數(shù)字控制、機器人控制、通信和聯(lián)

26、網(wǎng)等。PLC從組成形式上一般分為整體式和模塊式兩種，但在邏輯結構上基本相同。無論是整體式還是模塊式，從硬件結構看，PLC都是由CPU、存儲器、I/O接口單元及擴展接口和擴展部件、外設接口及外設和電源等部分組成，各部分之間通過系統(tǒng)總線連接。1CPU（中央處理器） CPU是PLC的核心，由運算器、控制器、寄存器、系統(tǒng)總線，外圍芯片、總線接口及有關電路構成。它的功能是接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時，診斷電源和PLC內部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯誤等，是PLC不可缺少的組成單元。主要功能包括以下幾個方面:(1)收從編程器或者

27、計算機輸入的程序和數(shù)據(jù)，并送入用戶程序存儲器存儲。(2)監(jiān)視電源、PLC內部各個單元電路的工作狀態(tài)。(3)診斷編程過程中的語法錯誤，對用戶程序進行編譯。(4)在PLC進入運行狀態(tài)后，從用戶程序存儲器中逐條讀取指令，并分析、執(zhí)行該指令。(5)采集由現(xiàn)場輸入裝置送來的數(shù)據(jù)，并存入指定的寄存器中。(6)按程序進行處理，根據(jù)運算結果，更新有關標志位的狀態(tài)和輸出狀態(tài)或數(shù)據(jù)寄存器的內容。(7)根據(jù)輸出狀態(tài)或數(shù)據(jù)寄存器的有關內容，將結果送到輸出接口。(8)響應中斷和各種外圍設備（如編程器、打印機等）的任務處理請求。2I/O接口 PLC是通過各種I/O接口模塊與外界聯(lián)系的，按I/O點數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量，I/

28、O模塊可多可少，但其最大數(shù)受CPU所能管理的基本配置能力的限制，即受最大的底板或機架槽數(shù)限制。I/O模塊集成了PLC的I/O電路，其輸入暫存器反映輸入信號狀態(tài)，輸出點反映輸出鎖存器狀態(tài)。PLC的對外功能主要是通過各種I/O接口模塊于外界聯(lián)系來實現(xiàn)的。輸入模塊和輸出模塊是PLC與現(xiàn)場I/O裝置或設備之間的連接部件，起著PLC與外部設備之間的傳遞信息的作用。I/O模塊分為開關量輸入、開關量輸出、模擬量輸入和模擬量輸出等模塊。3存儲器存儲器（內存）主要用于存儲程序及數(shù)據(jù)，是PLC不可缺少的組成單元。一般包括系統(tǒng)程序存儲器和用戶程序存儲器兩部分。系統(tǒng)程序存儲器用于存儲整個系統(tǒng)的監(jiān)控程序，一般采用只讀存

29、儲器（ROM），具有掉電不丟失信息的特性。用戶程序存儲器用于存儲用戶根據(jù)工藝要求或者控制功能設計的控制程序，早期一般采用隨機讀寫存儲器（RAM），需要后備電池在掉電后保存程序。目前則傾向于采用電可擦除的只讀存儲器（EEPROM）或閃存(Flash Memory)，免去了后備電池的麻煩。4電源模塊 PLC中的電源，是為PLC各模塊的集成電路提供工作電源。電源可分直流和交流兩種類型，交流輸入220VAC或110VAC，直流輸入通常是24V。5智能模塊除了上述通用的I/O模塊外，PLC還提供了各種各樣的特殊I/O模塊，如熱電阻、熱電偶、溫度控制、中斷控制、位置控制、以太網(wǎng)、遠程I/O控制、打印機等專

30、用型或智能型的I/O模塊，用以滿足各種特殊功能的控制要求。I/O模塊的類型、品種與規(guī)格越多，系統(tǒng)的靈活性越好，模塊的I/O容量越大，系統(tǒng)的適應性就越強。6編程設備常見的編程設備有簡易手持編程器、智能圖形編程器和基于PC的專用編程軟件。編程設備用于輸入和編輯用戶程序，對系統(tǒng)作些設定，監(jiān)控PLC及PLC所控制的系統(tǒng)的工作狀況。編程設備在PLC的應用系統(tǒng)設計與調試、監(jiān)控運行和檢查維護中是不可缺少的部件，但不直接參與現(xiàn)場的控制。PLC本質上就是一臺微型計算機，其工作原理與普通計算機類似，具有計算機的許多特點。但其工作方式卻與計算機有著較大的不同，具有一定的特殊性。PLC采用循環(huán)掃描的工作方式。工作時逐

31、條順序掃描用戶程序，如果一個線圈接通或斷開，該線圈的所有觸點不會立即動作，需等掃描到該觸點時才會動作根據(jù)PLC的結構形式，可將PLC分為整體式和模塊式兩類。還有一些PLC將整體式和模塊式的特點結合起來，構成所謂疊裝式PLC。 還可以按I/O點數(shù)分類，根據(jù)PLC的I/O點數(shù)的多少，可將PLC分為小型、中型、大型和超大型四類:(1)IO點數(shù)在256以下為小型PLC；(2)IO點數(shù)在2561024為中型PLC；(3)IO點數(shù)大于1024為大型PLC；(4)IO點數(shù)在4000以上為超大型PLC可編程控制器有可靠性高、編程簡單易學、功能強、安裝簡單、維修方便、采用模塊化結構、接口模塊豐富、系統(tǒng)設計與調試

32、周期短等特點。4.2 S7-200硬件設計說明弄懂PLC的基本工作原理和指令系統(tǒng)后,就可以把PLC應用到實際的工程項目中。無論是用PLC組成集散控制系統(tǒng)，還是獨立控制系統(tǒng)。任何一種電氣控制系統(tǒng)都是為了實現(xiàn)被控對象（生產(chǎn)設備或生產(chǎn)過程）的工藝要求，以提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質量。而在實際設計過程中，設計原則往往會涉及很多方面，其中最基本的設計原則可以歸納為4點。1.設計原則(1)完整性原則。最大限度的滿足工業(yè)生產(chǎn)過程或機械設備的控制要求。(2)可靠性原則。確保計算機控制系統(tǒng)的可靠性。 (3)經(jīng)濟型原則。力求控制系統(tǒng)簡單、實用、合理。(4)發(fā)展性原則。適當考慮生產(chǎn)發(fā)展和工藝改進的需要，在I/O接口、通信

33、能力等方面留有余地。2.評估控制任務根據(jù)系統(tǒng)所需完成的控制任務，對被控對象的生產(chǎn)工藝及特點進行詳細分析，特別是從以下幾個方面給以考慮。(1)控制規(guī)模一個控制系統(tǒng)的控制規(guī)?？捎迷撓到y(tǒng)的I/O設備總數(shù)來衡量。當控制規(guī)模較大時,特別是開關量控制的I/O設備較多時，最適合采用PLC控制。(2)工藝復雜程度當工藝要求較復雜時,采用PLC控制具有更大的優(yōu)越性.(3)可靠性要求目前,當I/O點數(shù)在20甚至更少時，就趨向于選擇PLC控制了。(4)數(shù)據(jù)處理速度若數(shù)據(jù)處理程度較低，而主要以工業(yè)過程控制為主時，采用PLC控制將非常適合。PLC控制系統(tǒng)設計包括硬件設計和軟件設計。所謂硬件設計，是指PLC外部設備的設計

34、，而軟件設計即PLC應用程序的設計。整個系統(tǒng)的設計分以下5步進行。1.熟悉被控對象深入了解被控系統(tǒng)是設計控制系統(tǒng)的基礎。設計人員必須深入現(xiàn)場，認真調查研究，收集資料，并于相關技術人員和操作人員一起分析討論，相互配合，共同解決設計中出現(xiàn)的問題。這一階段必須對被控對象所有功能全面的了解，對對象的各種動作及動作時序、動作條件、必要的互鎖與保護;電氣系統(tǒng)與機械、液壓、氣動及各儀表等系統(tǒng)間的關系;PLC與其他設備的關系，PLC之間是否通信聯(lián)網(wǎng);系統(tǒng)的工作方式及人機界面，需要顯示的物理量及顯示方式等。2.硬件選擇(1)系統(tǒng)I/O設備的選擇。輸入設備包括按紐、位置開關、轉換開關及各種傳感器等。輸出設備包括繼

35、電器、接觸器、電磁閥、信號指示燈及其它執(zhí)行器等。(2)選擇PLC。PLC選擇包括對PLC的機型、容量、I/O模塊、電源等的選擇。(3)PLC的I/O端口分配。在進行I/O通道分配時應給出I/O通道分配表，表中應包含I/O編號、設備代號、名稱及功能等。(4)繪制PLC外圍硬件線路圖。畫出系統(tǒng)其它部分的電氣線路圖，包括主電路和未進入PLC的控制電路等。由PLC的I/O連接圖和PLC外圍電氣線路圖組成系統(tǒng)的電氣原理圖。到此為止系統(tǒng)的硬件電氣線路已經(jīng)確定。(5)計數(shù)器、定時器及內部輔助繼電器的地址分配。3.編寫應用程序 根據(jù)控制系統(tǒng)的要求，采用合適的設計方法來設計PLC程序。程序要以滿足系統(tǒng)控制要求為

36、主線，逐一編寫實現(xiàn)各控制功能或各子任務的程序，逐步完善系統(tǒng)指定的功能。程序通常還應包括以下內容： (1)初始化程序。在PLC上電后，一般都要做一些初始化的操作，為啟動作必要的準備，避免系統(tǒng)發(fā)生誤動作。初始化程序的主要內容有：對某些數(shù)據(jù)區(qū)、計數(shù)器等進行清零，對某些數(shù)據(jù)區(qū)所需數(shù)據(jù)進行恢復，對某些繼電器進行置位或復位，對某些初始狀態(tài)進行顯示等等。 (2)檢測、故障診斷和顯示等程序。這些程序相對獨立，一般在程序設計基本完成時再添加。 (3)保護和連鎖程序。保護和連鎖是程序中不可缺少的部分，必須認真加以考慮。它可以避免由于非法操作而引起的控制邏輯混亂。 4.程序調試程序調試分為2個階段，第一階段是模擬調

37、試、第二階段是現(xiàn)場調試。程序模擬調試是，以方便的形式模擬產(chǎn)生現(xiàn)場實際狀態(tài)，為程序的運行創(chuàng)造必要的環(huán)境條件。根據(jù)產(chǎn)生現(xiàn)場信號的方式不同，模擬調試有硬件模擬法和軟件模擬法兩種形式。 (1)硬件模擬法是使用一些硬件設備（如用另一臺PLC或一些輸入器件等）模擬產(chǎn)生現(xiàn)場的信號，并將這些信號以硬接線的方式連到PLC系統(tǒng)的輸入端，其時效性較強。 (2)軟件模擬法是在PLC中另外編寫一套模擬程序，模擬提供現(xiàn)場信號，其簡單易行，但時效性不易保證。模擬調試過程中，可采用分段調試的方法，并利用編程器的監(jiān)控功能?，F(xiàn)場調試。當控制臺及現(xiàn)場施工完畢，程序模擬調試完成后，就可以進行現(xiàn)場調試，如不能滿足要求，須重新檢查程序和

38、接線，及時更正軟硬件方面的問題。5.編寫技術文件技術文件包括設計說明書、硬件原理圖、安裝接線圖、電氣元件明細表、PLC程序以及使用說明書等。4.3S7-200 CPU的選擇S7-200系列的PLC有CPU221、CPU222、CPU224、CPU224XP、CPU226等類型。此系統(tǒng)選用S7-200 CPU226，CPU226集成了24點輸入/16點輸出，共有40個數(shù)字量I/O?？蛇B接7個擴展模塊，最大擴展至248點數(shù)字量或35點模擬量I/O。還有13KB程序和數(shù)據(jù)存儲空間空間，6個獨立的30KHz高速計數(shù)器，2路獨立的20KHz高速脈沖輸出，具有PID控制器。配有2個RS485通訊口，具有P

39、PI，MPI和自由方式通訊能力，波特率最高為38.4 kbit/s，可用于較高要求的中小型控制系統(tǒng)。S7-200系列PLC的電源供電形式有兩種：一種為直流輸入（24VDC），一種為交流輸入（120V240V）,分別用DC和AC描述；輸入類型是指輸入端子的輸入形式，一般為直流，用DC描述；輸出類型是指輸出的端子的輸出形式，有兩種形式的輸出，即晶體管輸出和繼電器輸出，分別用DC和Relay描述。如CPU224 AC/DC/Relay，表示PLC型號為224，交流電源供電，繼電器輸出；CPU226 DC/DC/DC ，表示PLC型號為226，直流電源供電晶體管輸出。通常，晶體管輸出時，CPU模塊供電

40、電源為直流。 表2.13性能輸出類型晶體管輸出型繼電器輸出型供電電源電壓20.428.8VDC85264VDC輸出電壓20.428.8VDC530VDC或5250VDC輸出電流0.75A2A開關頻率20kHz1Hz繼電器開關延時-10ms開關量輸出模塊的確定（1）輸出方式。輸出地模塊有三種輸出方式；繼電器輸出、雙向晶閘管輸出和晶體管輸出。這幾種輸出均有各自的特點，用戶可根據(jù)系統(tǒng)的要求加以確定。繼電器價格便宜，使用電壓范圍廣，通電壓降小，承受瞬時過電壓和過電流的能力較強，且有隔離作用,但繼電器有觸點,壽命較短,且響應速度較慢,適用于操作頻率較低的交、直流負載。當驅動感性負載時最大頻率不超過1Hz

41、。晶閘管輸出(交流)和晶體管輸出(直流)都屬于無觸點開關輸出,適用于通斷頻繁的感性負載。感性負載在斷開瞬間會產(chǎn)生較高的反向電壓，必須采取抑制措施。另外，這兩種形式的輸出均不具備明確的輸出開關斷點，因此對于有此要求的使用場合其應用會受到限制。(2)輸出電流的選擇。模塊每個輸出點的電流必須大于由其驅動的負載電流的額定值，如果負載電流較大，輸出模塊不能直接驅動時，則應增加中間放大環(huán)節(jié)。對于電容性負載、熱敏電阻負載，考慮到接通時有沖擊電流，要留有足夠的余量。(3)允許同時接通的輸出點數(shù)。在選用輸出模塊式，不但要看一個輸出點的驅動能力，還要看整個輸出模塊的滿負載能力，即輸出模塊同時接通點數(shù)的總電流值不的

42、超過模塊規(guī)定的最大允許電流。4.2.1 記憶點的數(shù)據(jù)結構4.2.2 記憶點的數(shù)據(jù)壓縮4.3 記憶點的人工免疫評價方法研究4.3.1 人工免疫理論概述4.3.2 基于人工免疫的記憶點評價模型由以上所介紹的人工免疫理論可以看出，免疫系統(tǒng)具有區(qū)分“自我”與“非我”的能力可用于解決模式識別問題，在截割路徑記憶過程中需要解決的問題是識別出傳感器失真的記憶點。在模式識別方面應用最廣泛的是Forrest提出的否定選擇算法。設兩個體分別為和，其中和分別為個體m與個體n的第k個屬性，則個體m與個體n間的海明距離為：公式求得的海明距離雖然能夠反映兩個體間的距離，但沒能充分考慮到各個屬性的數(shù)值范圍以及權重問題。例如

43、第1個屬性取值范圍為0,1，第2個屬性取值范圍為0,100，因此同樣是屬性值相差0.5，對于第1個屬性就占其值域的50%，而第2個屬性僅占其值域的0.5%；另外每個屬性的重要程度也有所不同，對于采煤機而言截割電機電流變化要比牽引電機電流變化重要，搖臂傾角變化要比煤層傾角變化重要。因此親和度計算時需要在海明距離的基礎上考慮屬性歸一化以及屬性權重的問題，由此可得個體m與個體n間的距離以及兩者間的親和度分別為：表4-1 人工免疫模型的自體數(shù)據(jù)序號牽引速度截割電流截割溫度序號牽引速度截割電流截割溫度1 0.500 0.627 0.781 26 0.630 0.483 0.407 2 0.496 0.6

44、96 0.663 27 0.590 0.426 0.597 3 0.697 0.607 0.590 28 0.773 0.524 0.542 4 0.639 0.572 0.595 29 0.458 0.416 0.759 5 0.538 0.777 0.533 30 0.478 0.637 0.483 6 0.653 0.723 0.765 31 0.591 0.420 0.784 7 0.491 0.564 0.776 32 0.774 0.658 0.517 8 0.727 0.520 0.661 33 0.504 0.656 0.534 9 0.588 0.527 0.764 34 0

45、.405 0.444 0.707 10 0.661 0.534 0.723 35 0.565 0.753 0.533 11 0.765 0.522 0.616 36 0.753 0.524 0.651 12 0.771 0.681 0.473 37 0.462 0.724 0.533 13 0.678 0.568 0.426 38 0.677 0.459 0.529 14 0.451 0.702 0.430 39 0.530 0.707 0.558 15 0.426 0.468 0.693 40 0.727 0.724 0.508 16 0.417 0.615 0.693 41 0.530 0

46、.786 0.426 17 0.793 0.723 0.643 42 0.474 0.592 0.460 18 0.695 0.495 0.657 43 0.417 0.655 0.600 19 0.569 0.704 0.527 44 0.576 0.622 0.678 20 0.609 0.495 0.757 45 0.619 0.550 0.426 21 0.402 0.409 0.789 46 0.786 0.467 0.528 22 0.463 0.612 0.539 47 0.458 0.515 0.794 23 0.573 0.766 0.680 48 0.681 0.416 0

47、.781 24 0.788 0.770 0.592 49 0.486 0.718 0.695 25 0.622 0.480 0.783 50 0.719 0.492 0.763 4.4 本章小結5 PLC程序的設計5.1 井口操車PLC控制電路輸入/輸出端口分配輸 入輸入繼電器輸入元件作用輸出繼電器輸入元件 作用I0.0SB1常閉觸點系統(tǒng)急停I2.5SB15推車機進的手動開關I0.1SB2常開觸點維修模式啟動I2.6SB16阻車器關的手動開關I0.2SB3常開觸點手動模式啟動I2.7SB17搖臺升起的手動開關I0.3SB4常開觸點自動模式提人I3.0SB18安全門關閉手動開關I0.4SQ5罐籠

48、到位的行程開關限位I3.1I0.5SB6 搖臺落的手動開關I3.2SB18常開觸點自動模式提物I0.6SB7 安全門開的手動開關I3.3I0.7SQ8 搖臺到位的行程開關I3.4I1.0SQ9安全門開到位的行程開關I3.5I1.1SQ10阻車器到位的行程開關I3.6I1.2SQ11 推車機進到位的行程開關I3.7I1.3SQ12 推車機退到位的行程開關I2.1SB11 安全門開的手動開關I1.4SB8阻車器關的手動開關I2.2SB12 搖臺落下的手動開關I1.6SB9搖臺升起的手動開關I2.3SB13 阻車器打開的手動開關I1.7SQ14搖臺升起的行程開關I2.4SB14 推車機進的手動開關I

49、2.0SB10安全門關的手動開關I1.4輸 出輸出繼電器輸入元件 作用輸出繼電器輸入元件 作用Q0.0接觸器KM2安全門打開Q1.1接觸器KM1欠電壓過電流保護Q0.1接觸器KM1搖臺落下Q1.2油泵的急停Q0.2接觸器KM1阻車器打開Q1.3接觸器KA1電磁閥磁鐵通電Q0.3接觸器KM1推車機進Q1.4接觸器KA2油閥磁鐵通電Q0.4接觸器KM2推車機退Q1.5Q0.5接觸器KM2阻車器關閉Q0.6接觸器KM2搖臺升起Q0.7接觸器KM1安全門關閉5.1.1 基于多項式的插值的跟蹤目標從計算復雜度而言插值方法分為多項式插值和樣條曲線插值。多項式插值相對簡單，設總共有n+1個節(jié)點，第i個點的數(shù)

50、值為(xi , yi)，則插值函數(shù)Pn(x)的表達式為：式中有n+1項，設則x的j次方系數(shù)用aj表示。此時插值問題轉變?yōu)榍髇次多項式Pn(x)，滿足下列插值條件： 此時只要求出Pn(x)的各項系數(shù)aj即可，由式可知Pn(x)的各項系數(shù)滿足以下n+1個式子組成的矩陣方程組：而aj的系數(shù)行列式為Vandermonde行列式5.1.2 基于樣條曲線插值的跟蹤目標5.1.3 基于誤差帶的跟蹤目標5.2 截割路徑的跟蹤策略5.2.1 截割路徑的軌跡跟蹤策略5.2.2 截割路徑的動作跟蹤策略5.2.3 截割路徑的狀態(tài)修正策略5.3 截割路徑跟蹤的灰色關聯(lián)度評價模型5.3.1 灰色關聯(lián)度分析概述5.3.2

51、基于灰色關聯(lián)度的路徑跟蹤評價模型5.4 本章小結6 基于電流譜的采煤機截割負載動態(tài)分析6.1 截割負載檢測的研究現(xiàn)狀6.2 基于電流譜的截割負載特性分析6.2.1 截割部傳動系統(tǒng)的負載分析6.2.2 截割負載與截割電流間關系的理論模型6.2.3 截割負載與截割電流間關系的試驗研究6.3 基于小波理論的截割電流特性分析6.3.1 小波分析概述6.3.2 截割電流信號的小波分解與重構6.4 截割負載與截割電流間關系的神經(jīng)網(wǎng)絡模型6.4.1 人工神經(jīng)網(wǎng)絡概述6.4.2 基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡的截割負載與截割電流關系模型6.5 本章小結7 實驗研究7.1 實驗室實驗7.1.1 實驗方案設計7.1.2 實驗結果分析7.2 工廠試驗7.2.1 試驗方案設計7.2.2 試驗結果分析7.3 煤礦工作面實驗7.3.1 實驗方案設計7.3.2 實驗結果分析第四章 結 論PLC集順序控制和過程控制于一體，具有可靠性高，使用方便、靈活，組網(wǎng)簡單的特點，是實現(xiàn)中小規(guī)模工業(yè)自動化的有力工具。在操車系統(tǒng)中中，基于PLC的控制系統(tǒng)在實時性、可靠性、精確性等方面滿足了設計要求。本文利用PLC的特點，對油泵、推車機、搖臺等一些開關量輸入