机电控制和可编程序控制器技术-课程报告报告文献

1、专业资料整理分享专业资料整理分享完美完美WORD格式编辑南京广播电视大学机电控制与可编程控制器技术课程设计报告2012级秋 季机械设计制造及其自动化专业 本 科题目：超大功率高速提升机全数字电控系统学生姓名:郭围围学号:1232101250478电大分 校:江宁电大学生所在单位：格满林（南京）实业有限公司指导教师:黄波二。一三年十一月专业资料整理分享专业资料整理分享完美完美WORD格式编辑南京电大开放教育 2012级（秋）机械设计制造及其自动化专业（本科）课程设计成绩评定表分校名称：江宁电大 班级代号:姓名专业课程名称设计时间机电控制与PJ编程序控 制器技术2013年12月设计题目超大功率高速

2、提升机全数字电控系统指导教师 评语及 评分成绩：签字（盖章）年 月日中文摘要及关键词摘要：此次设计是介绍一种超大功率高速提升机电控系统的作为设计方案，用于矿业集团矿井提升机的电控系统，此方案同时介绍了 PLC的硬件配置和软件设计。目前提升机的提升速度可以达到设计的 15m/s,提升重量可达到设计的32t。通过实际运行 表明此系统具有稳定可靠、PLC系统的各项功能和保护完善、故障率低等功能，有效 提高了劳动效率。关键词：提升机PLC电控系统数字技术引言现在煤矿提升机控制系统大多采用“可控硅供电电机+模拟调节+继电器控制”的直流拖动方式，具调节控制保护系统基本采用模拟系统。模拟控制系统存在能耗 大

3、、运行效率低、维护困难、分立元件多、参数分散性大、可靠性低、控制方式陈旧、 技术落后等缺点，在实际生产中对生产效率的提高具有一定的阻碍。随着计算机和数字技术的发展，采用全数字电控系统已经成为可能，它从根本上 改变了模拟控制系统的缺点，并具有模拟系统无法比拟的优点。本文以ASC直流提升机电控系统在某矿业集团矿主井提升机中的实际应用为例,介绍了一种大功率、高速提升机全数字电控系统设计方案,并给出了 PLCM件配置和 软件设计方案。在实际运行中，提升机的提升速度可以达到15m/s,提升重量可达到 设计的32t,加减速度可达到设计的1m/s,各项保护达到煤炭安全规程的要求；该系 统充分体现故障率低、可

4、靠性高等优点。在煤炭行业大功率直流控制领域具有开创性 和示范性。目录 TOC o 1-5 h z 第1节系统总体设计方案 5系统组成框圈 .5控制方案 5第2节全数字调节系统 6第3节 PLC控制系统 7硬件配置 7操作保护PLC 7行控PLC功能要求 7操作台 PLC 8彳氐压力巨PLC 8软件配置 8第4节 闸控系统 9第5节 信息系统 .9第6节结速语 .10参考文献 .10第一节系统总体设计方案系统组成框圈该直流提升机全数字电控系统具备先进的技术，采用“双直流电机+可控硅变流+全数字调节控制+多PLC网络控制+上位机诊断与监控+局域网信息互联”的控 制模式，具有数字化、自动化、网络化和

5、信息化等为一体。主要设备包括高低压供电 装置、传动整流装置、全数字调节控制装里、多 PLC网络控制系统、操作台和上位 机、装卸载控制装置和液压站控制装置，如图1所示.嘴审图1全数字电控京统原理推明该系统由2台德国西门子公司制造直流电机（电机为2500KW电枢额定电流2985A, 额定电压917V）直接轴联作为提升机的驱动源。在全数字调节系统的控制下，主回路 是通过电枢转接柜和励磁转接柜将主电源变换为适于主电机的供电电源，两台电机可以单独运行也可以同时串联运行。根据提升机两电机的额定电压和额定电流的参数 主回路采用电枢电流不可逆，磁场电流可逆，电枢回路配置成单机运行时串联12脉 动顺序控制方式,

6、双机串联时为24脉动控制方式。控制方案针对矿主井采用的是直流提升机的磁场换向双闭环控制策略。控制原理图如图2图2控制原理图图中外环为速度闭环，内环为磁场和电枢电流闭环。系统运行时，由系统行控部 分给出速度给定值（或加速度给定值），与速度反馈实际值比较后形成速度调节器 ASR 偏差输入，速度调节器为按照二阶最优设计的PI调节器，保证系统运行速度稳态无 差。速度调节器的输出作为电流调节器的给定值与电流反馈实际值比较后形成电流调 节器偏差输入，电流调节器为按照一阶最优设计的PI调节器，保证系统电流快速跟 随。对于电枢电流调节器ACF磁场电流调节LACR,在实际运行过程中按照单变量调 节原则，设定电枢

7、电流阑值,在磁场电流调节变化时，使电枢电流维持在设定闭值 当磁场电流达到饱和限幅值时，才使电枢电流进人调节变化过程。保证系统运行时转 矩按线性变化。第二节全数字调节系统全数字调节系统采用了高效的多CPU并行处理技术和先进的控制策略,完成提升 机速度和转矩的开环或闭环控制，取代了传统的模拟电路调节器；完成提升机速度和 电流双闭环调节，实现电枢和磁场回路的各种故障保护。采用以16位处理器为核心的ASCSr数字调节系统,电枢电流不可逆、磁场电流可 逆、电流和速度双闭环均由全数字调节部分实现全数字控制。该系统既可以用模拟量给定，也可用上位机、PLCE其它数字操作单元提供数字量给定。反馈可用模拟测速 机

8、，也可用轴编码器或者同时使用作为复合反馈，从而得到最佳的动态性能和稳态 精度。所有控制算法都由高速16位微处理器来完成，保证所有控制回路的调节作用在 主回路6个晶闸管桥的转换时间之内完成，以保证电流环的采样时间。对可逆装置，电流环具有自适应功能，即使 负载变化很大时，系统也能获得平稳的速度响应，速度环的PI参数调节范围很大， 且具有积分分离功能。第三节控制系统硬件配置提升机是矿山关键设备，必须具备高可靠性、高安全性，建立以网络为连接纽带 的多户PLCt余控制系统,用于完成提升机行程控制、逻辑操作和故障保护、液压制 动控制以及装卸载自动控制等。本套系统的 PLCR用西门子公司的S 300。所有P

9、LC 均通过MP和PROFIBUS网连接（如图3所示），从而保证了重要数据的同一性。MPI图3 PLC网络图操作保护PLC主要包括电源模块/CPU真块、输入模块、输出模块、A/D模块、和计数模块。主控PLCf继电器构成双线制提升机安全保护回路。来自提升机各部分的保护信号分为立即施闸、井口施闸、电气制动和报警 4类。其中井口施闸、电气制动和报警类 事故信号直接引人到PLCfr,PLC将其处理后送监视器显示故障类型并控制声光报警 系统报警并施闸，而立即施闸类事故信号除引人到PLg处理、显示、报警外，还直 接引人到安全直动回路，动作施闸系统施闸。主控PLC3S将轴编码器信号经软件计算 后处理成罐笼在

10、井筒中的位置和在线速度，进行后备位置、速度保护。行控 PLC主要包括电源、CPU I/O、D/A、A/D、计数和通信模块。行程监控PLC的主要功能是：将部分操作信号、部分保护信号以及设定的一些行程参数与轴编码器信号结合起来进行逻辑运算处理，自动产生提升机所需的速度给定信号（即运行曲线），为了尽量减少起动、制动过程中的机械冲击，提高提升机控制精度 速度给定信号的加速、减速段为“ S”型曲线，减速段行程通过PLC实际运算来调 节减速度以保证减速段为一固定值,从而保证了停车点不变和停车点的精度。此外行 程监控PLC还将轴编码器信号经软件计算后处理成罐笼在井简中的位置和在线速度，送到操作台监视器显示，

11、此外还产生包络曲线对提升机的度进行连续监视。主控和行控2台PLCE相互独立，又能相互监视，对某些保护（如过卷、超速、钢丝 纯打滑等）还能相互备用、冗余，这样大大提高了行程监控器的可靠性。操作台PLC操作台PL就现3个主要功能：一是将操作的有关按钮和旋钮等输人信号传送给主控PLC;二是通过输出模块，将系统中重要的开关量和模拟量在指示台上正确显示；三是与深度指示器通讯,完成深度指示。操作台PLCf主控、行控PLO是双网络连接，保 证数据的安全可靠。低压柜PLC低压柜PLC实现的一个主要功能是将低压柜的各个开关信号传送给其他3台PLG软件配置软件配置有系统和用户程序。系统程序装配在CPU模块上随硬件

12、的产品而来；用户程 序是编程器编好程序后输人到PLC勺存储模块。程序是采用块式结构形式,共有组织 块（OB）、程序块（PB）、功能块（FB）、数据块（DB）、顺序块（SB）5种形式。本系统没有 采用顺序块。功能块（FB）是用于复杂功能的反复编程（如专用控制器、报替器、计 算功能和调整功能）。组织块（OB）是系统和用户程序的接口 ，是用户程序的一部分，但 只能由系统程序调用，可以编程，使用者不能调用，本系统使用了 3个（OB）块 （OB100,OB1,OB35）为加电启动组织块.在该组织块中编制有关系统参数初始化的程 序，此组织块仅在系统加电起动后运行一次，以后在程序循环中不再执行，系统初始化程

13、序框图如图4所示。OB伪循环运彳T组织块,即用户主程序部分，行控PLCE程 序框图如图5所示。在OB件可以调用其它功能块,如SFB、SFC、FB F*。OB35为 中断组织块,它使循环时间中断,循环时间为060ms,可根据用户需要任意设置。本 系统利用OB35勺中断时间,循环向上位机发送监控数据。系统中行程监控PLC的中断 程序框图如图6所示。B4累虢初始化程停播图v *翌菽剪？ -B4累虢初始化程停播图v *翌菽剪？ -1（停隼3崖？95 trSPLC主程序框图图6中断程序植图第四节闸控系统本项目中采用的闸控系统是进口恒减速液压站 +进口闸盘。主控PLC系统与闸控系统之间采用硬件线路方式进行

14、联系。主控系统给闸控系统的主要信号有：硬件安全回路信号、软件安全回路信号、包减速解除、沉罐保护信号、闸控给定、速度信号、手 动和自动信号等；闸控系统给主控系统的信号主要有：压力恒减速投人、液压站故障或 者报替信号等。第五节信息系统信息系统的构建是基于现场总线、上位机网络管理等技术，各子系统通过现场总 线与主控PLC!讯。PLC与上位机通讯,上位机通过WEB和ActiveX技术采用B/S模式 管理服务器，并在Internet网络进行信息管理。图7为信息系统的网络图。信息系统主要的功能是：对系统中各个组成部分进行实时的监控，及时的反应系统运行过程中的各种参数、状态和故障报警；完成对系统运行时间的统

15、计、提升量的 统计、运行曲线的记录、故障报替的记录，并可生产各种报表；通过WEB和程序服务器进行客户机访问管理，为各客户机提供运行画面、统计量、故障报警、报表查询等信息，实现信息的共享和管理。工黑叩系更一施稳程序WEB凰邦sS务事工黑叩系更一施稳程序WEB凰邦sS务事的DDE接口上位机双第六节结束语本系统自2005年9月正式投入试运行以来，ASCS控制系统稳定可靠、PLC（统的 各项功能和保护完善、其他子系统与PLC系统的结合正常。目前提升机的提升速度可 以达到15m/s,提升重量可达到32t ,加减速度可达到1m/s ,各项保护达到煤炭安全 规程的要求。此系统PLC?度高，可靠性高，事故率低，维护量小，工人劳动强度低，具 有很好的社会效益和经济效益。参考文献1西门子公司S7-300可编程序拉制器编程手册，2001年12月2何风有，谭国俊.矿井直流