基于模糊控制的皮带多机驱动功率平衡控制器的研究分析 机械制造自动化专业

基于模糊控制的皮带多机驱动功率平衡控制器的研究摘要：目前,我国煤矿行业使用的带式输送机已逐步向长距离、大容量、高速方向发展。因此,对电机驱动功率的需求越来越高,然后采用多电机驱动,以避免单机驱动带来的问题。在实际使用过程中,多机驱动虽然有许多优点,但驱动功率的分布不平衡。这是因为煤矿生产中使用的输送带属于输送带。在输送物料时,如果输送带的每个驱动部分的驱动功率不平衡,会造成严重的不平衡张力,因此传送带将被拉扯、偏离或断开。驱动电机的裂纹和故障。为了解决这一问题,本文提出了一种模糊控制策略,利用PLC和调速液压耦合器调整多机驱动的功率平衡。同时,对整个控制系统的结构进行了研究。本文的控制方案是:通过对输送带速度和各驱动电机定子电流信号的监测,将其传递给PLC控制器,并将输送带的实际速度与给定的速度进行比较,以控制输送机的启动b尔特;通过将监测电流信号与参考电流信号进行比较,以两个信号之间的差异为控制信号,通过步进电机控制液压耦合器的勺子杆上下控制。动态位置用于控制液压耦合器中的充油,使驱动电机的定子电流值彼此接近,以满足电机驱动功率平衡的要求。本文选择西门子PLC300作为硬件选择的主要控制器,选择了控制系统的模块,包括a/模块、高速计数模块、隔离网格等。并对系统硬件各模块的布线进行了全面的设计。在程序设计部分,详细设计了控制系统的主要程序和各种子程序模块。从仿真结果和本文设计的系统来看,采用模糊控制策略实现多机输出功率平衡是可行的。关键词:驱动功率;模糊控制;输送带;液力耦合器;MATLAB;PLC300目录1.1课题背景及研究意义 31.2课题的研究现状 31.3本论文的研究内容和方法 42.1带式输送机概述 62.2多机驱动带式输送机的组成结构 62.2.1皮带张紧装置 72.2.2输送带 72.2.3托棍 72.2.4驱动装置 72.3液力親合器可控调速装置 82.4多机驱动带式输送机驱动功率平衡控制策略 83.1PLC及其器件介绍 103.1.1 PLC介绍 103.1.2PLC的功能 103.1.3UPLC的特点 113.1.4西门子PLC介绍 123.1.5西门子PLCS7-300硬件介绍 123.1.6S7-300系列PLC的主要优点 143.2控制系统的硬件总体设计 143.3S7-300基本模块的选型及外围接口电路的设计 164.1软件设计原则 174.1.1软件设计要求 174.1.2程序设计思路 174.2S7-300系列PLC程序编程 184.3控制系统总体程序设计 19第一章绪论1.1课题背景及研究意义带式输送机是一种用于运输散装物料的运输设备。它具有大容量和工作时间。长途运输广泛应用于轻工业和重工业。随着我国矿业的不断扩大,需要运输距离较长、运输量大、工作效率高的带式输送机,并生产大型带式输送机。目前,在煤矿生产领域,已采用大型带式输送机,但在实际应用过程中,当皮带处于一定的张力状态时,如果皮带是由劣质电机驱动的,就不能满足要求。为了降低皮带的张力和电网的谐波,基本上采用了多机驱动模式。一般情况下,在理想状态下,功率和驱动力的分布比是相同的,但实际上,功率和驱动力的分布比将因各种因素而偏离。这将导致胶带上张力分布不平衡,从而导致驱动电机负载不平衡,在严重的情况下直接导致电机损坏。目前,这种问题在大多数大型带式输送机中都存在。此外,欧美发达国家在带式输送机开发领域取得了大量的研究成果,无论是在带式输送机的整体设计和控制性能方面都处于相对领先地位。与之相比,我国带式输送机技术的发展相对滞后,我国大型带式输送机的核心技术仍依赖于进口。因此,研究矿带多电机驱动功率平衡控制器,不仅是为了解决煤矿生产中遇到的实际问题,也是为了将先进的智能控制策略应用于实践,深化煤矿带动力平衡控制器。通过实践对控制策略的理解和研究。1.2课题的研究现状国外对带式输送机的研究比较早。目前,已开发出适合各种要求的输送系统。主要研究内容包括复杂模型构建、动态和静态特性研究、控制算法和先进的控制策略研究。在驱动装置中,主要技术有:CST驱动系统、电机加液压称重装置、液体粘性驱动调速装置和交流变频调速装置。CST是一种主要用于大型带式输送机的驱动系统。CST的基本原理是使用控制器设置加速度曲线和软启动时间。在油压作用下,反应盘相互摩擦,传递到机械设备的力矩与压力成正比。此外,系统本身的反馈调节能力可以稳定加速度。但缺点是,如果电机在没有负载的情况下直接启动,就会产生较大的启动电流,这将极大地影响电网的电压,传输效率较低,运行装置产生的热量较高。CST液压控制系统结构复杂,维护难度较大。液压粘滞驱动调速装置通过使用机械的内部作用来控制联轴器的运行。液体粘性调速装置不仅可以控制输送机的速度和稳定运行,还可以平衡多台电机的负载功率,从而提高输送机的安全性、使用寿命和经济效益。其缺点是不能准确控制输送机的启动和运行,散热性能差,容易影响调速装置的工作。交流电机变频调速装置是一种新型的电气产品。主要采用电力电子技术和现代控制技术。它可以实现电机的无极调速,具有较高的控制精度。其原理是通过改变电机电源的频率来调整电机的速度。当功率不平衡时,电机的频率会随着时间的推移而调整,电机的功率会通过改变每个变频器的频率来重新分配。目前我国对带式输送机的研究主要集中在大倾角、长距离大型带式输送机系统的零件和控制装置上。通过采用动态分析技术、中间驱动和智能控制技术,开发了各种软启动和制动方法,以及PLC可编程数字系统控制装置。其次,进一步研究了带式输送机的部件和结构,包括带式速度对输送机运行阻力的变化、弯曲部分输送机轨道张力的计算方法以及输送机的状态模型。输送机在水平线上运行,以及各种动态特性。同时,在控制系统中应用了一些先进的控制策略,并采用计算机计算了输送机轨道的张力。控制设备的运行状态等。典型的例子是采用模糊神经网络控制策略与DSP处理器相结合的方法对带式输送机进行控制。该方法具有控制实时性和快速响应性特点,但由于对控制策略和算法的要求较高,在控制精度和控制效果方面难以达到理想状态。1.3本论文的研究内容和方法本文的主要目的是控制多驱动输送带的功率平衡,分析多变量模糊控制策略的实际应用效果。具体内容如下:(1)分析了大型带式输送机现有驱动装置的不足,研究了液压称重装置,分析了输送机的组成原理,并对带式输送机的结构进行了分析。.(2)详细介绍了模糊控制策略,包括其基本原理和实时控制方法,以及实现多电机驱动功率平衡的方法。(3)根据控制系统的控制结构和控制要求,对系统的每个部分进行硬件选择和外围接口电路设计。详细介绍了西门子PLC300系列的功能和特点。设计了模糊控制器。建立了模糊控制规则和一般控制决策表。控制电机的负载功率,实现多机驱动功率平衡的控制。(4)结合PLC300软件编程开发和控制算法的特点,进行了程序流程图的设计。第二章多机驱动带式输送机的结构及控制方案2.1带式输送机概述所谓大型带式输送机是指输送机的输送机工作台长度超过l0km,运输能力超过3000l:h,电机的总容量在l000kW以上。带式输送机的结构比较复杂。与其他散装物料运输方式相比,带式输送机具有材料种类繁多、输送能力范围广、输送线适应性强、物料装卸灵活、重量强等优点可靠性高、安全性高、成本低。多机传动带式输送系统由机械设备、电动驱动装置和计算机控制装置组成。系统的控制对象是驱动电机,控制参数是电机的速度和负载功率。该系统的核心是利用计算机控制技术控制带式输送机的工作状态,以满足工业生产的要求。首先,详细介绍了带式输送机的基本结构和工作原理。然后,详细介绍了带式输送机的不同驱动装置。在此基础上,着重分析了本文所使用的可控调速装置的结构和原理。2.2多机驱动带式输送机的组成结构带式输送机是一种连续的机械输送设备。整个设备由输送带、倒车鼓、银载体、张紧装置、驱动装置等保护装置组成。随着工程技术的发展和更新,带式输送机逐渐采用了多种驱动方式,驱动方式多样化,出现了单点驱动、双点驱动、多点驱动。单点驱动是指在整个输送机的头部或尾部安装驱动传动装置;两点驱动是指在输送机的头部和尾部安装驱动传动装置;所谓多点驱动,是指在输送机的头部、中部和尾部安装驱动传动装置。其中,两点驱动和多点驱动在大型带式输送机中得到了广泛的应用。其目的不仅是为了降低皮带在工作时的张力,也是为了提高工作效率。多机传动带式输送机,由于是多点驱动,使皮带的最大张力大大降低,因此可用于带低强度带式的长距离带式输送机。如果采用这种驱动模式,如何调整驱动装置的负载分布以及每个驱动装置的启动顺序和间隔时间是一个重要问题。选择单鼓还是多鼓驱动取决于整个输送机的功率。一般情况下,如果整机功率超过45千瓦,可以考虑多点驱动模式。针对煤矿长途距离长、运输能力大的情况,通常采用头双鼓驱动带式输送机。每个鼓由两个电机驱动。有三个电机一起工作,以驱动带式输送机。2.2.1皮带张紧装置带式输送机上的皮带运动由传送带与输送机导轨上的驱动鼓之间的摩擦力支撑。因此,当带式输送机运行时,必须保证带式输送机的拉力足够大。拉力由张力装置控制。带式输送机要求张力装置不仅要满足皮带伸长的要求,而且要根据需要使拉力调节。张紧装置的主要功能是:通过产生拉力和防止皮带在滚筒上滑移,确保皮带获得所需的牵引力;使支承银之间的皮带下垂满足要求,降低皮带的运行阻力;在输送机的启动停止和正常运行过程中,补偿皮带的塑性和弹性介质长度;并减少皮带启动-停止过程中的动态载荷。2.2.2输送带带式输送带属于由多种复合材料组成的带式带。它在结构上分为多层,主要是覆盖层和岩心体。使用的材料有棉织物、钢丝绳、尼龙等。因此,皮带的粘弹性非常好,但也有许多独特的物理和机械特性,如非线性、滞后性、螺杆变性、松动等。从这些输送带的力学示意图中可以看出,输送带具有良好的粘弹性。当带式输送机工作正常时,由于负载不稳定等外部因素,带式的粘弹性体变化不规律,甚至振动,皮带的工作状态失去其稳定性。无论是电气控制系统还是机械传动系统,都会造成很大的冲击。2.2.3托棍该支撑装置安装在带式输送机的输送导轨上,以支撑带带,降低带式的下垂值,使其在输送物料过程中不会遇到强烈的阻力,从而具有稳定运行的状态。该支架按照输送机导轨上规定的距离进行组装,其性能和质量对输送机的正常运行有很大影响。目前,地下矿井使用的支架接近包不仅能有效防止煤尘,还能有效防止水进入轴承。此外,支承母通过滚动轴承与输送导轨机械连接,使运行部件之间的摩擦力较小。2.2.4驱动装置在带式输送机系统中,驱动装置的功能是提供带式输送机运行所需的驱动力。当驱动装置启动时,滚筒和皮带之间的摩擦被用来将驱动力转移到皮带上。此外,在运行过程中,带式输送机需要克服各种阻力。此外,驱动装置的启动过程可以控制,也可以快速启动,而磁带不能快速与之同步,这就需要缓慢的启动过程。从胶带开始到稳定运行,它所承受的张力会逐渐增加。但张力的变化会改变皮带的变形,很容易引起输送系统的振动和冲击。启动时,通常要求驱动装置按顺序启动,以避免电机在过载下启动。多机驱动带式输送机需要大容量电机,可实现有载启动和多点驱动,对驱动装置的要求越来越高。基本要求如下:(1)启动平稳,在负载下启动,并有足够的加速度,以减少因动态负荷过大而产生的波动,避免胶带与滚筒之间的滑移,以及材料可能出现的滑移或溢出在磁带上。(2)防止过大的驱动功率和扭矩,确保驱动电机在长期超载下立即停止,避免生产事故的发生。(3)可提供低速运行模式,使输送机能够低速运行,便于皮带测试和防冻。(4)在多点驱动条件下,各驱动电机负载平衡,避免了设备部件过载,传动效率高。(5)驱动电机可在没有负载的情况下启动,以避免其对供电电网的影响。本文针对多机驱动功率平衡控制系统,采用液压亲和力可控调速装置作为驱动装置。2.3液力親合器可控调速装置液压称重离合器主要是电机轴与蔬菜、风机或带式输送机之间的联轴器。当电机轴的转速保持不变时,通过调整蔬菜、风扇或带式输送机的转速,可以改变原动机的输出功率。当输出轴超载和停止时,原动力的输入轴也可以在不损坏原力的情况下运行。启动时,输入轴可以快速启动,输出轴转速将逐渐增加到接近输入轴的速度,因此目前在煤矿生产领域得到了广泛的应用。2.4多机驱动带式输送机驱动功率平衡控制策略在多机带式输送机系统中,虽然电机的启动和运行可以控制,但由于各种因素,包括各驱动单元电机的性能差异和不同的因素,电机的负载功率是不平衡的。设备技术和驱动电机的驱动功率不平衡,容易引起输送带的拉动和燃烧,严重影响生产和经济效益。因此,这也是煤矿生产行业需要解决的难题。多电机驱动功率平衡的控制方法有三种:电流控制法、转矩控制法和电流速度控制法。详细说明:(1)电流控制电机驱动功率法,意思是在相同条件下,驱动电机的电流值可以直接反映电机的驱动功率。通过监测电机的电流值,可以作为驱动功率平衡控制器的传输。输入用于平衡多个电机的驱动功率。(2)在电机转速不变的情况下,扭矩控制方法是基于电机输出扭矩公式r=955n。电机输出扭矩r直接反映了其驱动功率。通过对电机输出扭矩信号的监测,将其作为驱动功率平衡控制器的输入,调整电机轴转速,平衡多个电机的驱动功率。事实上,在负载功率大的情况下,由于难以采集扭矩信号,对设备性能要求高,这种方法很少使用。因此,工程师们使用电流控制来解决这个问题。(3)电流速度控制方法电流控制方法是指在许多电机中,控制电机和恒速电机首先被指定。通过实时采集工作电机的电流和速度信号,将其作为驱动功率平衡控制器的输入,然后控制电机的速度。电机的输出速度通过联轴器传递,通过调节大负荷来实现输送带的速度调节。体积小,可平衡多机驱动的功率。在三种控制方法中,电流控制输出功率平衡法是最常用的方法。电流信号作为控制器的输入信号,调整液压称重离合器勺子杆的位置,以控制其内部充油,从而改变电机的负载扭矩,达到多机驱动功率的目标兰斯。该方法具有原理简单、可执行性高的特点。但这种控制方法的缺点是控制精度不高,系统响应速度慢,这是由液压亲和力本身的结构和原理造成的。第三章模糊控制器的硬件设计确定多机驱动功率平衡控制策略后,必须进行硬件选择。良好的控制算法只能通过硬件来实现。针对煤矿带式输送机的功率平衡控制,本文采用西门子PLC300系列可编程控制器,主要基于煤矿恶劣的工作环境。煤矿地下噪音大,振动强烈,尘埃沉重,潮湿,风力大,空气中含有砷、二氧化碳、一氧化碳等有害气体,如果使用普通控制器,就不能适应这种恶劣的环境,但PLC可以在此工作环境,特别是矿井PLC,不仅工作稳定,而且控制对象的实时控制,可以满足煤矿学生的需求。生产要求可以产生长期的经济效益。以下是西门子PLC300的详细描述。3.1PLC及其器件介绍3.1.1 PLC介绍PLC属于计算机处理器。在硬件上,它与普通微处理器系统基本相同,但它有自己的模块,包括数字输入和输出模块、模拟输入和输出模块以及计数模块。他们基本上是独立的。在软件中,可以执行各种逻辑操作、计时计数和数据存储。由于其稳定的运行和精确的控制,在自动化生产领域得到了广泛的应用。然而,随着科学技术的快速发展和技术研究的不断升级,各类PLC产品相继出现,性能越来越好。它们正朝着大规模、高度集中化、智能化的方向发展,其应用前景非常广阔。3.1.2PLC的功能PLC在硬件系统结构中有各种控制模块,在数据处理环节中,可以调用许多功能模块,包括数据比较、PID操作、指数运算,因此可用于各种复杂的控制功能。但常见的基本功能如下:1、顺序逻辑控制是PLC控制器最突出的功能。过去使用的继电器控制系统比较复杂。稍微复杂一点的系统需要相当数量的继电器。有许多使用顺序逻辑控制的软继电器,可以直接取代硬件系统。这不仅简化了系统的结构,而且节省了很多。使用更多空间。在软件中,它可以进行各种逻辑顺序控制、单机或多机控制等。2.在多条自动化生产线上,运动控制将PLC控制器与各种加工设备相结合,实现自动化生产。由于控制的需要,PLC产品已经开发出来驱动各种电机。3.定时控制PLC控制器有多个定时器和各种指令来控制计时器。它可以实现任何时间间隔的定时控制,并可以根据实际控制的需要进行设置。其定时精度高,可达到毫秒级,控制效果非常准确,特别是在位置控制和角度控制方面。4.计数控制在PLC控制器内具有各种计数器,可实现常见计数、可逆计数和高计数,应用范围广。它的计数原理是,当内部计数值达到程序设定的值时,它将发送一个信号。此外,它还可以通过程序模块进行修改和读取。5.分步控制PLC控制器可以实现分步控制,即完成一个生产任务并继续下一个任务。这主要是因为CPU中有许多移位寄存器,在处理大量数据时可以执行移位操作和临时存储。6.数据处理多的PLC控制器(包括F2系列、C系列、S5系列PLC)可以进行不同类型的数学运算。它们不仅可以进行基本操作,还可以实现乘法器和平方等复杂操作,从而实现快速的数据处理。7.模数转换和模数转换与普通处理器相同。PLC可以进行模数转换,并可以监控大多数非电信号,包括温度、压力等。只要选择了合适的传感器,就可以对这些模拟信号进行监控,并将其转换为数字信号,发送到PLC。其次,PLC可以进行模数转换,将数字信号转换为模拟信号,并将其发送给执行机构对受控对象进行控制。8.通信和网络PLC控制器有自己的通信模块,可以实现各种通信模式,如西门子PLC、MPI协议、PROFIBUS-DP等通信模式。各种计算机系统、控制设备和生产设备之间的网络通信。3.1.3UPLC的特点(1)稳定、可靠、抗干扰的PLC控制器是一种功能强大、功能丰富的高度集成的器件。它将工业生产所需的控制模式集中到PLC控制器中,其信号输入和PLC内部电路采用隔离方式,避免信号之间的干扰,从而可以在极端环境下工作。(2)PLC的编程方法是面向过程的,特别是梯形图编程,易于学习和掌握。PLC开发的程序易于修改和维护,必要时可以进行加密。(3)为了实现设备的小型化和集中化,节省材料和资源,PLC对所有必要的设备和设备进行模块化,不仅易于管理,而且更容易根据需要选择匹配和组合块工业生产。(4)随着工业技术的不断更新和升级,PLC控制器变得专业化、标准化、多样化。无论什么样的工业环境和控制设备,他们都能找到合适的PLC产品。由于PLC将许多工业控制装置的效果集中在控制器中,因此没有必要频繁地进行工业现场工作。维护和大修。而PLC整个程序的开发也很耗时。(5)丰富的ito接口PLC控制器不仅具有中央处理单元,而且还具有多种接口模块,如数字输入和输出接口、模拟输入和输出接口、计数器接口、通信接口、电源接口和人机界面。因此,PLC控制器可以根据需要进行扩展或联网。(6)占地面积小、能耗低的PLC控制器属于高度集成的装置,占用空间不大。此外,一般工作电压为DC24V,采用内部晶体管集成电路,能耗很低。3.1.4西门子PLC介绍西门子PLC在中国的工业应用中有着悠久的历史,最初集中在矿山。纺织、材料印刷这些轻工业。目前已进入金属冶炼、汽车制造、船舶生产等各种重工业领域。西门子(西门子)公司目前拥有S7-200、S7-200、S7-200。S7-1200等PLC。这四种类型的产品属于不同规模的PLC系列。本文采用了S7-300系列PLC。由于占用空间小,可以进行多样化的数据处理,操作速度快,通信能力强,控制稳定可靠。3.1.5西门子PLCS7-300硬件介绍西门子plcS7-300属于模块化硬件结构,拥有完整的模块,包括导轨、电源、微处理器、模数转换、数字到模拟转换、高速计数、通信和iop接口模块。图3.1是西门子PLC300系列的硬件结构。图3.1西门子PLC300的硬件结构图(1)CPU模块具有不同的功能,因为它可以集成不同类型的接口,如数字输入和输出通道、MPI通信接口等。CPU模块上显示了各种信号指示器、工作开关、电源终端等。(2)电源模块PLC的电源模块不同于普通控制器。它的电源模块是独立的,因为它需要较高的电源电压,并且必须确保稳定的输出。电源模块内的电压稳定和滤波电路高度集成,可将AC220V转化为稳定、清洁的DC24V,并将其发送到PLC的电源部分。(3)信号模块PLC控制器的信号模块是指数字输入和输出模块,以及模拟输入和输出模块。对于数字输入模块,主要与门和按钮连接,接收和发送开关信号。目前,常用的数字输入模块是SM321。输出模块主要与关机动作装置连接,如继电器。数字输出模块由SM322表示。模拟输入模块主要与监测设备状态的传感器连接,主要代表SM331。模拟输出模块与控制执行器连接,以控制设备的工作状态。(4)功能模块PLC控制器功能模块不同于其他模块,它主要完成特殊场合,如监控电机转速、控制步进电机位移、旋转角、产品计数等。(5)通信处理器(CP)PLC控制器的CP主要用于多PLC控制器之间、PLC控制器与主机之间、PLC控制器与现场控制设备之间的数据通信。它有两种通信模式,MPI和PROFIBUS。它可以在多个点之间进行点对点通信和网络通信。(6)接口模块(IM)PLC控制器的IM功能是实现主控制架与PLC扩展机架之间的连接。扩展系统模块时,最多可以连接32个。(7)框架架(导轨)是由非引诱钢制成的,用于物理固定。3.1.6S7-300系列PLC的主要优点西门子S7-300系列PLC功能强大,可完成各种控制任务,数据处理快,每次指令操作时间在0.6毫秒至0.9毫秒之间,控制速度快,实时性强。在编程中,很容易开发。1)简化复杂操作。通用控制器通过高级语言编程执行复杂的操作,而在PLC控制器中,它们可以直接使用各种操作模块来实现各种复杂的操作。2)人机界面(HMI)集成。由于需要在人机界面中完成的数据处理、数据服务、对象操作、页面切换等,已经集成到S7-300PLC系统中。此外,在人机界面上,PLC内部的各种参数都可以直接设置和实时修改。3)智能诊断功能。西门子PLC控制器具有自诊断功能。它可以监控和分析控制系统中的各种故障,并在没有人工判断和分析的情况下进行记录。4)改进密码保护。普通用户开发的程序需要保密,以防止盗窃和修改。西门子PLC可以使用密码设置来保护用户的知识产权。5)安全的操作模式。西门子PLC面板上有许多工作模式。PLC的工作模式可以由JT设置。关闭。一旦确定了模式,PLC就会稳定工作。3.2控制系统的硬件总体设计根据煤矿生产的实际情况和要求,选择西门子plcS7-300作为整个控制系统的核心部分,主要负责数据处理、通信和输出控制信号。整个系统的工作状态和参数主要设置在触摸屏上,而煤矿安全生产监测系统负责数据监控和向PLC传输数据。PLC控制系统的整个框图如图3.2所示。图3.2控制系统的组成框图从整个控制系统的框图可以看出,该系统由西门子PLC300、速度测量传感器、电流测量传感器、温度变送器、压力变送器、安全格栅、触摸屏等组成。该系统是专门为煤矿地下生产设计的,所有设备都是防爆的。此外,图中各部分的功能如下:(1)PLC300控制系统的核心部分主要负责监测输送机的速度、驱动电机的负载电流、减速机的油压和油温,并进行分析。整个控制对象的工作状态:人机交互,控制输送机的平稳启动,驱动电机的功率平衡和减速机内的油温和油压。控制;控制步进电机的动作时间。(2)触摸屏用于显示减速机的油压和温度、输送机的速度和负载电流以及故障报警,以显示故障的位置。(3)aad转换模块主要负责将4？20mA的电流信号从压力变送器和温度变送器转换为数字信号后进行监控,然后再转换为PLC控制器。(4)速度传感器负责将每个驱动电机的速度信号转换为一系列有序的脉冲信号,这些脉冲信号传输到高速计数模块,然后传送到PLC进行数据处理。(5)电流传感器负责监测三个驱动电机的负载电流,并通过发射机将信号传输到PLC处理器。(6)压力变送器监测液压秤油箱的压力,通过压力变送器将油压转化为电流信号,然后通过安全格栅将其传递给控制器。(7)由于煤矿地下环境恶劣,隔离安全炉排含有大量气体。使用隔离安全炉排可以防止线路分解成危险区域时产生的高电流,并在安全值范围内进行控制,防止瓦斯爆炸事故的发生。(8)温度变送器用于测量油温。它将工作油的温度信号转换为4？20mA的电流信号,然后将其传输到aad转换模块。3.3S7-300基本模块的选型及外围接口电路的设计在本文设计的功率平衡控制系统中,西门子PLC的主要功能是:1)监控各驱动电机的转速、负载电流、压力和油温;2)调整驱动电机的速度和步进电机的动作时间;3)进行人机对话,控制驱动电机的输出功率,以及故障报警和紧急停止。测量三个驱动电机的速度信号需要三个输入;1那么,如果要实现整个系统的参数监控和功能控制,就需要6个输出。此外,根据一般工程经验,实际设计的输入和输出点将比设计点多15%至20%。需要设计15个输入点和16个输出点。输出PLC控制器的方法有很多种,但在过去的工程应用中,继电器输出主要是使用的,但它移动缓慢,适应大的驱动能力,需要较少的动作。在本文设计的系统中,系统的响应时间较高,漏电电流要求小于lOuA。总之,本文选择西门子CPU315-2DP作为核心控制器,其存储容量可达到128KB。除了二进制算法外,还可以进行浮点算法,使数据处理精度高。它的PROFIBUS接口允许它连接到其他Plc,建立主站和从站,并实现网络。第四章控制系统软件设计本文首先对功率平衡控制系统的整个硬件的选择和硬件电路的设计进行了全面的描述,但控制器需要使用一定的用户程序来实现特定的功能和完整的功能。各种生产任务。此外,所设计程序的质量(包括控制算法和控制精度)将直接影响控制系统的控制性能指标,甚至影响系统的稳定性。因此,除了硬件,程序的设计是所有链接的重要组成部分。本文设计的系统主要由西门子PLC300专用软件STEP7设计。4.1软件设计原则4.1.1软件设计要求(1)各种控制算法,包括能够满足系统需要的模糊算法,操作的数值应达到一定的精度。(2)当程序运行时,有必要确保程序不会崩溃,并且可以实时采样各种信号;在编程过程中,要保证系统的完全自动化,正常运行,避免人工干扰;使人机交互界面更加协调、美观;实时显示控制系统的参数和各设备的工作状态,并根据需要修改参数。(3)程序应模块化,使整个控制项目可以分为几个独立的指令块,在需要时可以相互调用。这不仅实现了清晰的层次结构,而且使PLC的编程更加灵活、易于维护、修改和调试。4.1.2程序设计思路根据系统控制要求,选择模块化编程,整个程序是分层结构,从而将整个程序框架划分为七层。如图4.1所示。图4.1程序结构图(1)PLC与监控管理系统之间的通信层:通信模块之间的数据信息传输。主要在PLC控制器程序执行过程中,从操作面板传输的命令信息、系统状态和其他数据信息中对生成的控制指令进行分类,然后传输到监控和监控中。理系统。同时,对监控管理系统传输的数据和服务信息进行处理,完成后分别传输到控制决策层和HMI层。(2)ito接口层:PLC加工工程中的ito信息集成。PLC控制器的各种外部连接设备的工作状态、故障情况、参数设置和信号设置等信息和数据种类繁多。(3)HM1层:主要负责油温、油压和输送速度在线设置、控制命令传输、状态显示等。其传输信息以"信息显示"状态传输到ito接口层。为了干预生产控制过程,应通过工作人员选拔或过程控制指示,将决策层转移到决策层。以参数设置或调整的形式,将其传输到数据操作层进行参数设置。(4)数据操作层:模型操作、模块操作、地址操作和数据信息集成。包括驱动电机的软启动、多电机驱动功率平衡算法的计算等。该层的输出信息功能是与控制决策层交换信息,从ito接口进行过程控制信息,并将处理结果传输到设备之间的联锁层。(5)控制决策层:控制过程模块根据系统控制的要求和各种传输数据的集成。整个控制过程由多个控制模块组成,包括系统初始化、AD采样、DA输出控制、软启动、软停止和功率平衡控制。该层的主要任务是:将自动指令传输到伊可(to)层;将流量控制指令传输到操作层,以便调用相应的数据模块进行操作。4.2S7-300系列PLC程序编程西门子300系列PLC编程是通过STEP7开发工具实现的。该软件也是由德国西门子开发的S7-300系列PLC基于WINDOWS操作系统编程软件。它具有硬件配置和参数调整、模块配置、系统网络、编程开发、设备调试与诊断、系统启动与维护、数据归档等功能。标准STEP7开发环境嵌入了各种编程语言中,其中最常用的是梯形图和功能框图。它们可以在STEP7中相互转换。此外,S7-300系列PLC程序由以下三部分组成:(1)用户程序是核心部分,是整个控制任务的核心。在用户程序结构中,它也被称为组织块(0B),它是操作系统和用户之间的接口。0B块是系统操作程序和用户应用程序在各种条件下的接口,用于控制程序的操作。其中,0B1是主程序循环块,在任何情况下都必须存在。当CPU启动、周期或时钟执行或失败,并发生硬件中断时,可以编写相应的组织块进行处理。而每个组织块都有优先级,因此组织块是根据优先级执行的。并非所有Cpu都能处理STEP7中的所有组织块。300系列(0B)的主要组织块是:循环执行组织块0B1,启动组织块,日期和时间中断组织块,循环中断组织块,延迟中断组织块,硬件中断组织块、异步错误中断、同步错误组织块等(2)数据块背景数据与特定的FB或SFB相关联,其内部数据结构与其内部数据结构完全一致相应的FB或SFB变量声明表。后台数据块为功能块的数据传输提供了内存空间。当数据块关闭时,存储的数据不会被清除(与函数或函数块中的本地临时数据不同,当数据块关闭时,将清除函数或函数块中的本地临时数据)。(3)300系列PLC中的功能块主要包括系统功能块(SFC)、系统功能块(SFB)、功能块(FC)、功能块(FB),其中SFC和SFB是预编程程序块,供用户调用。它们已在S7PLC的CPU中凝固,并确定了它们的功能和参数。函数(FC)和函数块(FB)实际上是用户子例程,它们分为函数块FB和没有"内存"的函数FC。FC和FB是由用户自己编写的程序块。用户可以在FC或FB中使用相同或类似的控制过程编写程序,然后在主程序循环块0B1或其他程序块(包括组织块和功能块)中调用FC和FB。可以看出,FC或FB等效于用户编写的子例程或函数。FC和FB都可以定义自己的参数。4.3控制系统总体程序设计近年来,大型带式输送机的输送距离和输送量越来越大,因此整个带式输送机开始采用多机驱动,即在输送带的头部、尾部和中部安装驱动电机,避免降低输送带的张力,提高输送机的工作效率。在本文设计的控制系统中,采用了三个电机驱动驱动系统,即在输送带的头部、中部和尾部安装一个电机。这种多机驱动可以很好地提供生产效率,但驱动电机的输出功率在电容器内不平衡,导致皮带拉,甚至直接燃烧电机。本文设计的PLC控制程序可以实现多机驱动子系统之间的自动控制,保证了驱动电机的输出功率平衡,保证了输送机的软启动。此外,本文设计的PLC控制程序采用模块化结构,每个模块相互独立,需要时可以相互调用,且程序易于修改,可随意扩展。本文提出的多机驱动的一般程序可分为主程序、输送机启动停止子程序和功率平衡控制子程序。控制系统1+4通电时,首先进入系统的初始化程序,开始检测带式输送机和驱动设备,然后根据要求设置控制设备的工作状态。系统初始化完成后,每个子程序将按照预设的JT启动顺序执行,以便整个系统和设备逐渐进入运行状态。其中,控制器PLC中的各种控制信号如下:(1)信号:(1)从外围连接设备传输到控制器驱动电机启动控制信号和停止控制信号;传送带速度信号(4-20mA);驱动电机功率信号(4-20mA);紧急停止信号;允许的操作信号和禁止的操作信号;(2)从控制器传输到外部连接设备的信号驱动设备产生的电机紧急跳转信号;(2)控制系统的实时信号监控:(1)驱动电机的功率信号控制系统初始化后,电流传感器开始连续监测三个驱动电机的电流信号,并控制输出功率电机根据三个电流信号。在监控过程中,如果电流信号值超过4-20ma,则控制器开始发出电机功率报警信号。此时,有必要监控电流传感器是否工作正常,电机是否超载