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

1、<p>　　學(xué) 士 學(xué) 位 論 文</p><p>　　基于S7-300的礦井提升機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) </p><p>　　學(xué) 士學(xué) 位 論 文</p><p>　　基于S7-300的礦井提升機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p>　　摘 要 </p><p>　　光礦井提升機(jī)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(fù)著礦石、物料、人員等的重要運(yùn)輸責(zé)任。對(duì)提升機(jī)來(lái)說(shuō),運(yùn)行的安全性與可靠性是至關(guān)重要的。傳統(tǒng)礦井提升機(jī)調(diào)速性能較差,在啟停車、制動(dòng)、邏輯控制等方面存在諸多安全問(wèn)題,隨著計(jì)算機(jī)和PLC技術(shù)的不斷發(fā)展,采用先進(jìn)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(jī)的控制性能得到極大的改善,其自動(dòng)化水平、安全、可靠性都達(dá)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(jī)的安全運(yùn)行。 在該礦

3、井提升機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,采用國(guó)內(nèi)外先進(jìn)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(yùn)行系統(tǒng);采用先進(jìn)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(jī)傳動(dòng)系統(tǒng).從而,保證礦井提升機(jī)可靠、準(zhǔn)確地運(yùn)行和實(shí)現(xiàn)礦井提升機(jī)的計(jì)算機(jī)控制。 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試和運(yùn)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(chǎng)生產(chǎn)運(yùn)行的要求。</p><p>　　【關(guān)鍵詞】 PLC;礦井提升機(jī)；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(yùn)作方式7</p><p>　　2.5 本章小結(jié)8</p><p>　　第3章 PLC(S7-300)對(duì)礦井提升機(jī)的直流調(diào)速控制的設(shè)計(jì)9</p><p><b>　　3.1 概述9</b>

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

10、300對(duì)礦井提升機(jī)直流調(diào)速控制的研究總結(jié)14</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)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(jī)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(shí)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(shí)，更提高了系統(tǒng)的控制精度和可靠性，保證了礦井提升機(jī)的安全運(yùn)行。</p><p>　　PLC的功能與工作原理：</p><p>　　1、 可編程控制器簡(jiǎn)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(gè)不同時(shí)期。為與個(gè)人計(jì)算機(jī)（PC）相區(qū)別，現(xiàn)在仍然沿用可編程邏輯控制器這個(gè)老名字。PLC是一種數(shù)字運(yùn)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(jì)。它采用可編程的存儲(chǔ)器，用來(lái)在內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過(guò)數(shù)字式、模擬式的輸人和輸出?？刂聘鞣N類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)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(kuò)充功能的原則設(shè)計(jì)。</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(chǔ)于存儲(chǔ)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(jī)電運(yùn)動(dòng)控制或過(guò)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(qiáng);通用性強(qiáng)，控制程序可變，使用方便;功能強(qiáng)，適應(yīng)面廣;編程簡(jiǎn)單，容易掌握; 減少了控制系統(tǒng)

14、的設(shè)計(jì)及施工的工作量;體積小、重量輕、功耗低、維護(hù)方便的特點(diǎn)。</p><p>　　工作原理：PLC控制系統(tǒng)的種植賄賂采用先進(jìn)的PLC取代原有的繼電器邏輯控制系統(tǒng)。PLC作為工業(yè)計(jì)算機(jī)，具有獨(dú)特的微處理功能，通過(guò)采集外部的信號(hào)進(jìn)行邏輯判斷后，傳輸給各個(gè)不同的執(zhí)行元件，實(shí)現(xiàn)對(duì)提升機(jī)的自動(dòng)控制功能。其方框圖如下：</p><p>　　礦井提升機(jī)在國(guó)內(nèi)外的現(xiàn)狀：</p><p

15、>　　當(dāng)前國(guó)內(nèi)外提升機(jī)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(jī)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(wèn)題:</p><p>　　l) 轉(zhuǎn)子回路串接電阻，消耗電能，造成能源浪費(fèi)。</p><p>　　2)電阻分級(jí)切換，為有級(jí)調(diào)速，設(shè)備運(yùn)行不平穩(wěn)，容易引起電氣及機(jī)械沖擊。</p><p>　　3)繼電器、接觸器頻繁動(dòng)作，電

16、弧燒蝕觸點(diǎn)，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(dòng)機(jī)的滑環(huán)存在接觸不良問(wèn)題，容易引起設(shè)備事故。</p><p>　　5)電動(dòng)機(jī)依靠轉(zhuǎn)子電阻獲得的低速，其運(yùn)行特性較軟。</p><p>　　6)提升容器通過(guò)給定的減速點(diǎn)時(shí)，由于負(fù)載的不同，而將得到不同的減速度，不能達(dá)到穩(wěn)定的低速爬行，最后導(dǎo)致停車位置不準(zhǔn)，不能正常裝卸載。</

17、p><p>　　上述問(wèn)題使提升機(jī)運(yùn)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(jī)運(yùn)行的可靠性和安全性得到提高。在提升機(jī)控制系統(tǒng)中應(yīng)用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)和變頻調(diào)速技術(shù)，對(duì)原有提升機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)換代。就計(jì)算機(jī)技術(shù)在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)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(jī)型，它是采用計(jì)算機(jī)技術(shù)、按照事先編好并儲(chǔ)存在計(jì)算機(jī)內(nèi)部一段程序來(lái)完成設(shè)備的操作控制。采用PLC控制，

18、硬件簡(jiǎn)潔、軟件靈活性強(qiáng)、調(diào)試方便、維護(hù)量小，PLC技術(shù)己經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種提升機(jī)控制，配合一些提升機(jī)專用電子模塊組成的提升機(jī)控制設(shè)備，可供控制高壓帶動(dòng)力制動(dòng)或低制動(dòng)，單、雙機(jī)拖動(dòng)等lz]。操作、監(jiān)控和安全保護(hù)系統(tǒng)選用可編程控制器。主控計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件能完成提升機(jī)自動(dòng)、半自動(dòng)、手動(dòng)、檢修、低速爬行等各種運(yùn)動(dòng)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(yùn)用現(xiàn)在先進(jìn)的矢量控制技術(shù)，不但適合提升機(jī)運(yùn)行工藝的要求，還將解決整套提升機(jī)系統(tǒng)

19、的電力拖動(dòng)方面的一系列問(wèn)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(jī)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(duì)其調(diào)速方案進(jìn)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(jī)系統(tǒng)控制單元采用目前工控適用的可編程控

20、制器來(lái)控制，具有編程簡(jiǎn)單和控制可靠性高的優(yōu)點(diǎn);電力拖動(dòng)系統(tǒng)中，選用先進(jìn)的變頻傳動(dòng)裝置，運(yùn)用先進(jìn)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(jìn)的工業(yè)計(jì)算機(jī)、現(xiàn)場(chǎng)總線和工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)，按照結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)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(jī)電控設(shè)備是進(jìn)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(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，采用組態(tài)模式，實(shí)現(xiàn)良好的人一機(jī)對(duì)話;實(shí)時(shí)監(jiān)控提升機(jī)的運(yùn)行

21、狀態(tài)，上位機(jī)動(dòng)態(tài)模擬顯示及故障閉鎖;可進(jìn)行故障報(bào)警、數(shù)據(jù)查詢、報(bào)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(jì);故障聲光指示、記憶及部分傳感器上位機(jī)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(guó)通用汽車公司提出取代繼電器控制裝置的要求。1969 年，美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司研制出了第一臺(tái)可編程控制器 PDP—14 ，在美國(guó)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(rèn)的第一臺(tái)PLC。 　　 </p><p>　　1969年，美國(guó)研制出世界第一臺(tái)PDP-14 　　</p>

23、<p>　　1971年，日本研制出第一臺(tái)DCS-8 　　</p><p>　　1973年，德國(guó)研制出第一臺(tái)PLC 　　</p><p>　　1974年，中國(guó)研制出第一臺(tái)PLC 　　</p><p>　　發(fā)展：20世紀(jì)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(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送及處理等功能，完成了真正具有計(jì)算機(jī)特征的工業(yè)控制裝置。

24、此時(shí)的PLC為微機(jī)技術(shù)和繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物。個(gè)人計(jì)算機(jī)發(fā)展起來(lái)后，為了方便和反映可編程控制器的功能特點(diǎn)，可編程序控制器定名為Programmable Logic Controller（PLC）。 　　</p><p>　　20世紀(jì)70年代中末期，可編程控制器進(jìn)入實(shí)用化發(fā)展階段，計(jì)算機(jī)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(yùn)算速度、超小型體積、更可靠的工業(yè)抗干擾設(shè)計(jì)、模擬量運(yùn)算、PID

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

26、口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到大幅度提高，PLC逐漸進(jìn)入過(guò)程控制領(lǐng)域，在某些應(yīng)用上取代了在過(guò)程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的DCS系統(tǒng)。 　</p><p>　　20世紀(jì)末期，可編程控制器的發(fā)展特點(diǎn)是更加適應(yīng)于現(xiàn)代工業(yè)的需要。這個(gè)時(shí)期發(fā)展了大型機(jī)和超小型機(jī)、誕生了各種各樣的特殊功能單元、生產(chǎn)了各種人機(jī)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(lái)代替繼電器實(shí)現(xiàn)邏輯控制。隨著技術(shù)的發(fā)展，這種采用微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的工業(yè)控制裝置的功能已經(jīng)大大超過(guò)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(jiǎn)稱PC。但是為了避免與個(gè)人計(jì)算機(jī)(Personal Computer)的簡(jiǎn)稱混淆，所以將可編

28、程序控制器簡(jiǎn)稱PLC,plc自1966年美國(guó)數(shù)據(jù)設(shè)備公司（DEC）研制出現(xiàn)，現(xiàn)行美國(guó)，日本，德國(guó)的可編程序控制器質(zhì)量?jī)?yōu)良，功能強(qiáng)大。</p><p><b>　　PLC的基本結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　PLC實(shí)質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計(jì)算機(jī)相同，基本構(gòu)成為： </p><p>　　a、電源 　　PLC的電源在

29、整個(gè)系統(tǒng)中起著十分重要的作用。如果沒(méi)有一個(gè)良好的、可靠的電源系統(tǒng)是無(wú)法正常工作的，因此PLC的制造商對(duì)電源的設(shè)計(jì)和制造也十分重視。一般交流電壓波動(dòng)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(chǔ)從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲(chǔ)器

30、、I/O以及警戒定時(shí)器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語(yǔ)法錯(cuò)誤。當(dāng)PLC投入運(yùn)行時(shí)，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場(chǎng)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(chǔ)器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過(guò)命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運(yùn)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(yùn)行，直到停止運(yùn)行。 　　為了進(jìn)一步提高PLC的可靠性

31、，近年來(lái)對(duì)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(gè)CPU出現(xiàn)故障，整個(gè)系統(tǒng)仍能正常運(yùn)行。 　</p><p>　　c、存儲(chǔ)器 　　存放系統(tǒng)軟件的存儲(chǔ)器稱為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器。 　　存放應(yīng)用軟件的存儲(chǔ)器稱為用戶程序存儲(chǔ)器。 　　</p><p>　　d、輸入輸出接口電路 　　</p><p>　　①現(xiàn)場(chǎng)輸入接口電路由光耦合電路和微機(jī)

32、的輸入接口電路，作用是PLC與現(xiàn)場(chǎng)控制的接口界面的輸入通道。 　　</p><p>　?、诂F(xiàn)場(chǎng)輸出接口電路由輸出數(shù)據(jù)寄存器、選通電路和中斷請(qǐng)求電路集成，作用PLC通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)輸出接口電路向現(xiàn)場(chǎng)的執(zhí)行部件輸出相應(yīng)的控制信號(hào)。 　　</p><p>　　e、功能模塊 　　如計(jì)數(shù)、定位等功能模塊 ?！?lt;/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(dāng)PLC投入運(yùn)行后，其工作過(guò)程一般分為三個(gè)階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。完成上述三個(gè)階段稱作一個(gè)掃描周期。在整個(gè)運(yùn)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(gè)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(gè)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(huì)改變。因此，如果輸入是脈沖信號(hào)，則該脈沖信號(hào)的寬度必須大于一個(gè)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(shí)，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點(diǎn)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(diǎn)構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，然后根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)中對(duì)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(duì)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(guò)程中，只有輸入點(diǎn)在I/O映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會(huì)發(fā)生變化，而其他輸出點(diǎn)和軟設(shè)備在I/O映象區(qū)或系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)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(huì)對(duì)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(gè)掃描周期才能對(duì)排在其上面的程序起作用。在程序執(zhí)行的

37、過(guò)程中如果使用立即I/O指令則可以直接存取I/O點(diǎn)。即使用I/O指令的話，輸入過(guò)程影像寄存器的值不會(huì)被更新，程序直接從I/O模塊取值，輸出過(guò)程影像寄存器會(huì)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(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后，PLC就進(jìn)入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映象區(qū)內(nèi)對(duì)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(dòng)相應(yīng)的外設(shè)。這時(shí)，才是PLC的真正輸出。</p><p><b>　　PLC內(nèi)部運(yùn)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(jì)時(shí)器與計(jì)數(shù)器等名稱，但PLC內(nèi)部并非實(shí)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(jī)械裝置做實(shí)體控制。因此能大大減少控制器所需之硬件空

39、間。實(shí)際上PLC執(zhí)行階梯圖程式的運(yùn)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(yùn)作。在整個(gè)的掃描過(guò)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(shuō)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(diǎn)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(duì)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(yùn)算，若程式執(zhí)行中需要輸入接點(diǎn)狀態(tài)，CPU直接自內(nèi)存中查詢?nèi)〕?。輸出線圈之運(yùn)算結(jié)果則存入內(nèi)存中對(duì)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(diǎn)，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(shí)間稱為PLC 之反應(yīng)時(shí)間，PLC 輸入訊號(hào)之時(shí)間若小于此反應(yīng)時(shí)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(huì)被更新一次，因此稱此種運(yùn)作方式為輸出輸入端“程式結(jié)束再生”。 　　 </p><p><b>　　PLC內(nèi)部運(yùn)作架構(gòu)</b></p><p><b>　　本章小結(jié)</b></p><p>　　本章從學(xué)習(xí)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(jìn)的PLC取代原有的繼電器邏輯控制系統(tǒng)。PLC作為工業(yè)計(jì)算機(jī)，具有獨(dú)特的微處理功能，通過(guò)采集外部的信號(hào)進(jìn)行邏輯判斷后，傳輸給各個(gè)不同的執(zhí)行元件，實(shí)現(xiàn)對(duì)提升機(jī)的自動(dòng)控制功能。</p><p>　　PLC(S7-300)對(duì)礦井提升機(jī)的直流調(diào)速控制的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　概述</b></

43、p><p>　　目前國(guó)內(nèi)礦井提升機(jī)交流調(diào)速系統(tǒng)主要以高壓繞線電機(jī)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(diǎn)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(jī)主回路,用動(dòng)力制動(dòng)或低頻電源來(lái)使電動(dòng)機(jī)按照設(shè)計(jì)曲線運(yùn)行,存在切換失控問(wèn)題。</p><p>　　為適應(yīng)礦井提升機(jī)自動(dòng)化和高性能運(yùn)行的需要對(duì)副井提升機(jī)驚醒直流化改造?；诎踩?、可靠和搞笑的原則

44、設(shè)計(jì)“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(tái)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(hào)等。操作臺(tái)還控制潤(rùn)滑泵、制動(dòng)油泵等設(shè)備及信號(hào)提示。</p><p>　　圖2礦井提升機(jī)直流調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　PLC部分接受操作臺(tái)、直流調(diào)速系統(tǒng)的反饋、軸編碼器、井筒信號(hào)燈信號(hào)，產(chǎn)生直流調(diào)速系統(tǒng)運(yùn)行

45、信號(hào)，給定直流調(diào)速系統(tǒng)的速度，并與制動(dòng)系統(tǒng)配合，在停車點(diǎn)抱閘停車。此外PLC部分還實(shí)時(shí)件事系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)各種故障情況進(jìn)行分析處理。</p><p>　　直流調(diào)速系統(tǒng)接受PLC的起/停控制，根據(jù)給定速度的大小控制電動(dòng)機(jī)運(yùn)行速度。6RA70采用全數(shù)字速度電流雙閉環(huán)的控制方式，實(shí)現(xiàn)較高控制精度。</p><p><b>　　實(shí)驗(yàn)研究的設(shè)計(jì)</b></p>&

46、lt;p>　　系統(tǒng)采用西門子6RA70直流調(diào)速控制器,電動(dòng)機(jī)功率為1 250 kW,磁場(chǎng)可逆邏輯無(wú)環(huán)流電樞回路口脈動(dòng)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(shí)現(xiàn)無(wú)靜差調(diào)度,可靠性高,抗擾能力強(qiáng)。系統(tǒng)速度給定通過(guò)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(jī)的舒適性和減少對(duì)機(jī)械部分的沖

47、擊,本系統(tǒng)中借助于PLC實(shí)現(xiàn)升機(jī)速度的S曲線變化。S曲線不但要求系統(tǒng)在加、減速過(guò)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(duì)速度和加速度的要求,在加速過(guò)程中加速度和速度都是時(shí)間t的變量。給出加速階

48、段速度表達(dá)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(dòng)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(jī)以最大速度等速運(yùn)行的過(guò)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(gè)階段,分別用V5(t)、V6(t)、V7(t)表示。給出減速各段速度表達(dá)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(yùn)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(diǎn)R6位置,根據(jù)實(shí)際情況決定,m;V6為參考點(diǎn)R6速度,根據(jù)實(shí)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(yùn)行速度降為Vp而進(jìn)入的一低速運(yùn)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(shí)間2~3 s。</p><

54、p>　　實(shí)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(lái)的，在實(shí)際情況中，特別是手動(dòng)操作方式下，很難保證Vm為常數(shù)。</p><p><b>　　1、減速點(diǎn)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(shí)際速度Vm計(jì)算出減速3個(gè)階段的距離S5,S6,S7和爬

55、行段距離SP。由Sj=S5+S6+S7+Sp計(jì)算出實(shí)際距離,再根據(jù)總行程就可以計(jì)算出減速點(diǎn)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(diǎn)保持不變,可以通過(guò)改變減速段II的減速度am2來(lái)實(shí)現(xiàn)。由am2=(V25-V26) /2S6,并保持減速段I和減速段III的時(shí)間不變,這樣Vm的變化就會(huì)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(jì)</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(lái)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(dòng)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(jì)</b></p><p>　　操作保護(hù)PLC必須確保提升機(jī)安全運(yùn)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(gè)組織塊之間的切換由PLC的操作系統(tǒng)負(fù)責(zé),操作系統(tǒng)檢測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間,如達(dá)到中斷時(shí)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(hù)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(jī)直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)

59、計(jì)功能完善,運(yùn)行安全可靠。</p><p>　　(2)S曲線速度給定使得提升機(jī)系統(tǒng)運(yùn)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(jī)觀察和操作。</p><p>　　S7-300對(duì)礦井提升機(jī)直流調(diào)速控制的研究總結(jié)</p><p>　　本文在詳盡的實(shí)驗(yàn)方法和理論分析上，采用理論與試驗(yàn)相結(jié)

60、合的方法研究了S7-300對(duì)礦井提升機(jī)直流調(diào)速的影響，實(shí)現(xiàn)良好的人一機(jī)對(duì)話;實(shí)時(shí)監(jiān)控提升機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，上位機(jī)動(dòng)態(tài)模擬顯示及故障閉鎖;可進(jìn)行故障報(bào)警、數(shù)據(jù)查詢、報(bào)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(jì);故障聲光指示、記憶及部分傳感器上位機(jī)的緊急處理。</p><p>　　本人從理論和實(shí)驗(yàn)兩方面詳細(xì)研究了利用PLC對(duì)礦井提升機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。在以后的理論分析與實(shí)驗(yàn)中，我們利用PLC來(lái)實(shí)現(xiàn)控制的原因

61、：</p><p>　　第一,不需要建立被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型。</p><p>　　在自動(dòng)控制理論中的分析和設(shè)計(jì)方法主要是建立在被控對(duì)象的線性定常數(shù)數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上的,需要把提升系統(tǒng)的機(jī)械特性(從電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子慣量到鋼絲繩的慣性,從系統(tǒng)空載運(yùn)行到滿載運(yùn)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(xué)模型,該模型忽略了實(shí)際系統(tǒng)中的非線性和時(shí)變性,與實(shí)際系

62、統(tǒng)有較大差距,然后計(jì)算出硬件電氣控制系統(tǒng)每一個(gè)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(jiǎn)單,容易實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　PLC程序設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單,計(jì)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(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制。</p><p>　　第三,有較強(qiáng)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(jìn)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(dòng)力控制使用PD功能等。</p><p>　　第四,可以實(shí)現(xiàn)參數(shù)自整定。</p><p>　　PLC的PID程序可以在一定程度上實(shí)現(xiàn)參數(shù)自整定,可根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)反饋回來(lái)的反饋量的幅值、相位、時(shí)間差等參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)參數(shù)調(diào)整,大

64、大簡(jiǎn)化了人工計(jì)算參數(shù)的工作量。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</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(xué)出 </p><p><b>　　版社，2001.</b></p><p>　　[2]史國(guó)生. 電氣控制與可編程控制

65、技術(shù)[M]. 北京:化學(xué)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(jì)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(jī)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

67、.J.Furusawa,K.Nilsson, J.Electronics Letters ,2003,39(13):977-978.</p><p>　　[8] N.s.Kim,T.Hamada M.prabhu,et al.Numerical analysis and expenmental results of output Performance for Nd-doped double-clad fiber

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(jī)直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)的論文. 黑龍江技師學(xué)院。</p><p>　　[10]包西平，楊慶江，李曄. 礦井提升機(jī)行程控制的研究及PLC實(shí)現(xiàn). 黑龍江科技學(xué)院電氣與信息工程學(xué)院.</p><p>　　[11]廖常初S

69、7—300/400PLC應(yīng)用技術(shù)機(jī)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(xué)出版社.</p><p>　　[13]礦井提升機(jī)電力拖動(dòng)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(xué)出版社.</p><p>　　[16]路林吉，王堅(jiān).可編程控制器原理及應(yīng)用.清華大學(xué)出版社.</p><p>　　[17]　張彤.大型PLC多級(jí)并行冗余系統(tǒng)的設(shè)計(jì)技巧[J].微計(jì)算機(jī)信息,2002(6).</p><p>　　[18] 趙延明,高軍,楊國(guó)慶,等.煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的現(xiàn)狀與發(fā)展[J ].煤礦機(jī)

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(duì)xx老師致以最崇高的敬意和誠(chéng)摯的感謝！是他引導(dǎo)、鼓勵(lì)我在一個(gè)嶄新的領(lǐng)域里進(jìn)行了有意的探索，并幫助我克服了種種困難！xx老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目蒲袘B(tài)度、平易近人的作風(fēng)、強(qiáng)烈的創(chuàng)新意識(shí)、敏銳的洞察力、淵博的知識(shí)、開闊的眼界，一絲不茍的敬業(yè)精神都一直是我學(xué)習(xí)的榜樣，從xx老師那里我學(xué)到了許多有益的思想方法和寶貴的經(jīng)驗(yàn)，并將終生影響我對(duì)學(xué)習(xí)、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