PLC实现S曲线的研究

1、PLC实现S曲线的方法湖北三环发展股份有限公司研发中心 彭建怀提升系统是井下矿山必不可少的大型运输设备，它主要负责井下与地面之间的物资、人员的运输，以及将井下矿石提运至地面的工作。其容量依据实际生产情况从几十千瓦至几千千瓦不等。通俗一点讲，可以认为它是一个大型的电梯。但与电梯的工艺又有不同之处，通常电梯的手动与自动情况下的速度均已设定好，运行过程中其速度不再受人为的控制；而提升机的速度虽然同样也是在设计时均设定好，但当其运行在手动情况下时，其给定速度是依据控制台的速度手柄状态进行设定，也就是说此时的给定速度是一个变量。为了提高提升机的舒适性和减少机械部分的冲击，提升机变频器系统需要借助于PLC

2、实现提升机速度的S曲线变化。S曲线不但要求系统在加、减速度过程中速度变化平滑，而且要求系统的加、减速度变化平衡，如下图。图1 S曲线速度、加速度、变加速给定1.S曲线的产生方法：1）加速度段根据曲线对速度和加速度的要求，在加速过程中速度和加速度都是时间的变量。给出加速度阶段速度表达式为： （1） （2） (3)式中，为容器在卸载曲轨上初加速阶段结束后的速度，一般为1.5m/s，若没有初加速阶段，则；式中为加速启动段的最大加速度，;为段加速度的变化率，;为段加速度的变化率，。2）匀速度、减速段和爬行段 等速段是指提升机以最大速度等速运行的过程。 （4） 减速段和加速段一样，可以分3个阶段，分别用

3、,表示， （5）， （6） (7) (8) , (9)式中，为等速运行速度，；为段加速度的变化率，；为减速段的最大减速度值，； 为匀减速段行程值，；为参考点位置，根据实际情况决定，；为参考点速度，根据实际情况决定，；为段加速度的变化率，；爬行段即提升运行速度降为Up,而进入的一段低速运行段，表示为： （10）2.实际S曲线速度给定的校正以上给出的速度给定公式是在最大速度情况下得出来的，在实际情况中，特别是手动操作方式下，很难保证为常数。2.1减速点后移法 这种方法的原则是保持，不变，结合实际计算出减速三个阶段的距离，和爬行距离。由计算出实际距离，再结合总行程就可以计算出减速点位置。2.2减速度

4、变化法这种方法的原则是减速点保持不变，可以通过变化减速段的减速度来实现，由： 并保持减速度段和的时间不变，这样的变化就会影响，发生变化。3.系统S曲线相关参数设计举例设定系统中，则,加速段、加速段、减速段和减速段的时间均为2s.设矿井为单次提升500m的双水平斜井，设计最大速度为4m/s,爬行速度设定为0.4m/s,爬行时间5s,则爬行根据式(5)、（6），得到 由（8）、（9）式由式（7）得实际减速点为：4.PLC软件设计4.1 STEP7编程实现S曲线说明 根据以上分析，可以将整个提升机行程分成8个阶段，每个阶段的速度给定都以公式形式给出，其中t为变量，程序中采用的方法是每个阶段开始都对时

5、间进行复位，也就是确保每个阶段开始时，时间;每个阶段复位的条件在加速段和减速段不同，在加速段靠速度比较来判断，在减速段靠行程比较来判断。4.2 S7-300软件配置STEP7编程软件采用的是块式结构编程，本系统PLC程序部分需要用到主程序循环OB1、循环中断OB35、诊断中断OB82、暖启动OB100等组织模块。另外还用到了自定义的功能FC、数据块DB、系统功能SFC等。4.3程序结构设计操作保护必须确保提升机安全运行，所以其程序中主要是两大类故障的处理。各个组织块之间的切换由PLC的操作系统负责，操作系统检测系统运行时间，如达到中断时间则调用一次OB35，如发现有硬件故障则调用OB82.图2 操作保护PLC流程图 行程控制PLC主要是给出完整的S型曲线，这里给出速度计算的流程图。其中v表示实际速度，表示主令速度给定，表示根据“S曲线”各阶段公式计算出来的速度给定，S表示实际行程，表示实际减速点。图3 S曲线速度给定流程图在减速点之前速度,当主令变化时，实际速度跟随，设定动态跟随加速度为0.8m/s,在减速点的时刻，计算