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煤矿提升机控制系统设计摘要:提升机是矿山最重要的设备,肩负着矿石、物料、人员等的运输责任传统的矿井提升机控制系统主要采用继电器-接触器进行控制,这类提升机通常在电动机转子回路中串接附加电阻进行启动和调速这种控制系统存在可靠性差、操作复杂、故障率高、电能浪费大、效率低等缺点针对这种情况采用PLC与变频器相结合的控制方案对原有电控系统进行改造,提高整个电控系统安全可靠性、控制精度及调速性能因此,对矿井提升机控制系统进行研究具有现实意义,也是国内外相关行业专家学者的一个研究课题本文针对提升机控制系统中存在的上述问题,把可编程序控制器和变频器应用于提升机控制系统上,并在可行性方面进行了相关的研究事实表明,采用该控制系统,使提升机工作可靠,使用方便,同时具有动态显示的功能,节能效果明显关键词煤矿提升机;PLC变频器ABSTRACT:Theshafthoististheforemostequipmentofmines,itiswidelyusedtotransportthematerials,staffandequipment.Thetraditionalshafthoistcontrolsystemisalwayscontrolledbytherelay-contactor,andadoptsthemethodsofconnectseriesadditionalresistantinrotorswindinglooptostartandadjustspeed.Thesystemhasmanydisadvangessuchasbadreliability,complicatedoperation,highfaultrate,largeenergy–wastingandlowefficiency.AccordingtothiskindofconditionweadoptPLCandTransducertoreformfororiginalcontrolsystemsoastoraisethesafetyreliabilitycontrolprecisionandspeedregulationperformanceofthewholeelectriccontrolledsystem.Socarryingontheresearchontheshafthoistcontrolsystemhasrealisticmeanings,anditisasubjectforresearchbyrelevantexpertsandscholars,bothathomeandabroad.Tothesequestionsexistingintheshafthoistcontro1system,thepaperappliedPLCProgrammableLogicControllerandfrequencyconvertertothesystemandcarriedonrelatedresearchinfeasibility.Thefactindicates,adoptingcontrolsystem,theshafthoistworksreliably,easytouse,energy-savingwell,andhavedynamicalshownfunction.Keywords:coalminehoist;PLC:inverter目录TOC\o1-3\u1绪论
11.1矿井提升机简介
11.2矿井提升机的任务及其组成
11.3国内外提升机研究状况12系统总体方案设计
32.1系统控制要求
32.2系统速度控制
32.3控制方案论证与选择
42.
3.1PLC与其它工业控制装置的比较
42.
3.2系统方案的确立
62.
3.3可编程控制器选型
62.4PLC控制系统结构
82.
4.1PLC控制系统原理图
82.
4.2光电编码器工作原理
82.
4.3变频器作用
82.5控制系统工作模式93可编程控制器各单元工作方式的设置与参数整定
93.1CPU单元
93.2脉冲输出单元
103.
2.1参数的脉冲化
103.
2.2脉冲单元面板上主要端子的功能
123.
2.3脉冲单元工作方式选择开关的设置
133.
2.4脉冲单元共享存储器的内容设置
133.
2.5占用I/O点及I/O的分配
133.
2.6脉冲单元在本设计中的工作过程
143.3高速计数单元的设置与整定
153.
3.1高速计数器的设置
153.
3.2用F164SPDO指令实现位置控制的方式
163.4A/D单元的设置
183.
4.1PLC通道的选择
183.
4.2I/0分配
183.
4.3共享存储器的分配
193.
4.4A/D单元的技术参数
203.
4.5A/D单元的编程方法
203.5D/A单元的设置
203.
5.1通道的选择
203.
5.2D/A单元I/0分配
213.
5.3D/A单元共享存储器的分配表
213.
5.4D/A单元的技术参数
223.
5.5D/A单元的编程方法224软件设计
234.1系统中检测及控制开关I/0分配
234.2控制过程中重要的流程图
244.3系统程序设计285结论40参考文献41谢辞421绪论
1.1矿井提升机简介矿井提升机是安装在地面,借助于钢丝绳带动提升容器沿井筒或斜坡道运行的提升机械分“缠绕式提升机”和“摩擦式提升机”它用钢丝绳带动容器(罐笼或箕斗)在井筒中升降,完成输送物料和人员的任务矿井提升机是由原始的提水工具逐步发展演变而来现代的矿井提升机提升量大,速度高,已发展成为电子计算机控制的全自动重型矿山机械
1.2矿井提升机的任务及其组成矿井提升机的任务:1提升有用矿物,矿石、煤炭2提升井下生产过程中产生的矸石、煤泥3升降人员、运送设备和下放物料矿井提升设备的主要组成部分有提升钢丝绳、平衡钢丝绳、提升容器、井架、天轮、井筒设备(包括罐道、罐梁)等组成一般的矿井提升机都有两个提升容器,并且两个提升容器在矿井中做方向相反的直线运动,即一个提升容器以一定的速度上升时另一个提升容器以相同的速度下降
1.3国内外提升机研究状况近几十年来,国外提升机机械部分和电气部分都得到了飞速的发展,而且两者相互促进,相互提高与此同时,电子技术和计算机技术的发展,使提升机的电气控制系统更是日新月异早在上世纪七十年代,国外就将PLC应用于提升机控制上世纪八十年代初,计算机又被用于提升机的监视和管理计算机和PLC的应用,使提升机自动化水平、安全、可靠性都达到了一个新的高度,并提供了新的、现代化的管理、监视手段就在国外科学技术突飞猛进发展的时候,我国提升机电控系统很长时间都处于落后的状况直到目前为止,我国正在服务的矿井提升机电控系统大多数还是转子回路串金属电阻的交流调速系统,设备陈旧、技术落后国产提升机安全性、可靠性差,在关键部位——上下两井口减速区段没有配套的有效的速度监视装置,就提升机控制技术而言,依然是陈旧的,和国外相比,我们存在很大的差距目前我国提升机90%以上均采用交流绕线式异步电动机的拖动方式,其电控系统用于单绳缠绕式提升机的有TKD系列,多绳磨擦式提升机的有JKM、K/J系列这几种提升机通常在电动机转子回路中串接附加电阻进行起动和调速尽管转子串电阻调速方法很不经济,低速特性也很软,稳定性差,但是由于这种调速方法比较简单易行,起动转矩较大在拖动起重机等中、小容量的绕线式异步电动机中仍然应用广泛20世纪80年代,我国从瑞典、西德等国引进20多套晶闸管——直流电动机控制系统我国自己生产的晶闸管——直流电动机控制系统应用于20世纪90年代这种控制系统的优点是体积小、重量轻、占地面积小;基础省、安装方便、建筑费用低;无齿轮传动部分、总效率高、电能消耗少;单机容量大,适用范围广;调速平稳、调速范围广、调速精度高;易于控制,能实现自动化,安全可靠;节约电能矿井提升机对安全性、可靠性和调速性能的特殊要求,使得提升机电控系统的技术水平在一定程度上代表一个厂或国家的传动控制技术水平而在电力拖动方面,近几年国外出现了不少新拖动方式,交-交变频供电方式就是最有前途的一种20世纪80年代西欧一些工业先进国家将交流变频调速技术应用于提升机,有代表性的是西门子公司和ABB公司我国在20世纪90年代也引进了交流变频调速提升机控制系统变频调速方式类似于它励直流电动机取得很宽的调速范围、很好的调速平滑性和有足够硬度的机械特性,在提升机应用中显示了其独特的优势2系统总体方案设计
2.1系统控制要求1矿井提升机是煤矿安全生产的关键中的关键,它的安全可靠性直接关系到整个煤矿的生产和矿工的生命安全由于煤矿井下生产环境恶劣,运行情况复杂,各种操作频繁,因此对提升机电控系统来说,除了能够满足各种复杂的控制要求外,更重要的是其可靠性和安全保障2具有良好的调速性能,能够精准地完成井下提升的整个运行过程3可以重载起动,要有一定的过载能力4易于转换工作方式,方便实现自动化控制(5技术先进,维护简单、方便,在可保证安全可靠运行背景下,控制线路简洁明了,方便维修和排除故障6尽可能的降低投资成本,减少系统的运行费用,提高煤矿的节能效果与经济效益
2.2系统速度控制矿井提升机的工作过程一般经历加速、等速、减速三个运行阶段本系统设计中采用井底初加速、等速,井筒主加速、等速和井口减速运行等阶段系统速度控制如图
2.1所示图
2.1,提升速度图开始时,在井口平车场空车线上的空车串,由井口推车器以a1加速至V0=
1.Om/s低速,向下推进同时,井底的重车串上提,当全部重车串进入井筒后,提升机以a2加速到最大提升速度Vm,并等速运行至井口,在空车串运行到井底时,提升机以a3减速,使之由Vm减至V0进入井底车场时,减速停车这时,在井口平车场内的重车串借惯性继续前进,当行至摘挂钩位置时,摘钩并挂空车同时井下也摘掉空车并挂上重车,然后打开井口空车线上的阻车器,进入下一个提升循环如图
2.1所示,提升机在各运行阶段的参数预置如下,关于时间及距离的设置及计算在脉冲单元的计算中再详加说明a.系统最大提升速度Vm=
5.Om/s;b.井下平车场平均速度V0=
1.0m/s;c.井下平车场加、减速度a1=a4=
0.3m/s2;d.井筒中主加、减速度a2=a3=
0.5m/s2;
2.3控制方案论证与选择
2.
3.1PLC与其它工业控制装置的比较可编程控制器与继电器控制的区别在可编程控制器的编程语言中,梯形图是最为广泛使用的语言通过可编程控制器的指令系统将梯形图变成可编程控制器能接收的程序由编程器将程序键入到可编程控制器的用户存储区中去可编程控制器的梯形图与继电器控制线路图十分相似,主要原因是可编程控制器梯形图的发明大致上沿用了继电器控制的电路元件符号,仅个别地方有些不同同时,信号的输入/输出形式及控制功能也是相同的,但可编程控制器的控制与继电器的控制还是有不同之处,主要表现在以下几个方面
(1)控制逻辑继电器控制逻辑采用硬接线逻辑,利用继电器机械触点的串联或并联及延时继电器的滞后动作等组合成控制逻辑,其接线多而复杂,体积大,功耗大,一旦系统构成后想再改变或增加功能都很困难另外,继电器触点数目有限,每只有4~8触点,因此灵活性和扩展性很差而可编程控制器采用存储器逻辑,其控制逻辑以程序方式存储在内存中,要改变控制逻辑,只需改变程序,故称为“软接线”,其接线少,体积小,而且,可编程控制器中每只软继电器的触点数在理论上无限制,因此灵活性和扩展性很好可编程控制器由中大规模集成电路组成,功耗小2工作方式当电源接通时,继电器控制线路中各继电器都处于受约束状态,即该吸合的都应吸合,不该吸合的都因受某种条件限制不能吸合而可编程控制器的控制逻辑中,各继电器都处于周期性循环扫描接通之中,从宏观上看,每个继电器受制约接通的时间是短暂的3控制速度继电器控制逻辑依靠触点的机械动作实现控制,工作频率低触点的开闭动作一般在几十毫秒数量级另外,机械触点还会出现抖动问题而可编程控制器是由程序指令控制半导体电路来实现控制,速度极快,一般一条用户指令执行时间在微秒数量级可编程控制器内部还有严格的同步,不会出现抖动问题4可靠性和可维护性继电器控制逻辑使用了大量的机械触点,连线也多触点开闭时会受到电弧的损坏,并有机械磨损,寿命短,因此可靠性和可维护性差而可编程控制器采用微电子技术,大量的开关动作由无触点的半导体电路来完成,它体积小,寿命长,可靠性高可编程控制器还配有自检和监督功能,能检查出自身的故障,并随时显示给操作人员,还能动态地监视控制程序的执行情况,为现场调试和维护提供了方便5)价格继电器控制逻辑使用机械开关,继电器和接触器价格比较低而可编程控制器使用中大规模集成电路,价格比较高从以上几个方面的比较可知,可编程控制器在性能上比继电器控制逻辑优异,特别是可靠性高,设计施工周期短,调试修改方便,而且体积小,功耗低,使用维护方便,但价格高于继电器控制系统从系统的性能价格比而言,可编程控制器具有很大的优势
2.
3.2系统方案的确立根据设计要求,要完成任务有多种选择方案,可以由各种控制继电器和主令开关构成,它的突出特点是“点信号”(电铃震响或指示灯明灭的次数)来代表各种提升信号各提升中段的点信号直接传送到井口控制室也可以采用单片机作为主控制系统控制台通过单片机的串行口来实现主从式多级通讯系统以上井口控制台作为主控制台下井口、绞车房控制台为从控制台也可以采用PLC作为提升机的控制系统的核心,通过编程来实现提升机各种功能在此综合各种方面因素选择PLC作为提升机控制系统的核心PLC具有其他任何一种控制器所不具备的优点更符合设计要求
2.
3.3可编程控制器选型此设计主要控制过程是由A/D,D/A模块和可编程控制器内置PID模块构成提升机系统运行速度,电流PI调节器,PLC的模拟量输出液压的比例控制液体粘性速离合器控制泄压阀,从而调节液压控制进油口进入气缸,推动活塞,由所述压力施加到所述一对摩擦改变之间的油膜的厚度,主动和被动的驰聘为了实现输出轴转速的调整,以达到要求的启闭速度控制操作整个控制系统的除了用到PLC逻辑控制,定时控制,计数控制的基本控制功能,关键是要使用PLC的高级控制单元,包括在A/D,D/A单元的脉冲输出单元,位置控制部和PID模块等现代大中型PLC一般都配有一个专用的A/D和D/A转换模块,可以通过A/D模块将现场需要控制的模拟信号转换为数字量,通过微处理器运算处理,然后通过D/A模块转换成模拟量去控制被控对象大中型PLC与PID控制模块,当持有根据PID算法来调整控制的过程变量的一个变量偏差的控制过程中,PLC的设定值的范围内本设计中采用日本松下电工公司的中型PLC-FP3机,其特点如下FP3机具有快速的CPU处理速度,可以控制到2048个I/O点,16K步的大程序容量和EPROM写入功能,加上提供了一个288条方便说指令,强大的编程工具功能CPU有中断功能,调试和试运行功能,中继功能执行高优先级的中断服务程序,该程序正在运行程序员注释功能,在程序中插入注释,便于今后的检查和调试除了具有一般功能控制单元外FP3机CPU单元还具有的完善功能的A/D,D/A单元,脉冲输出单元,位置控制单元和进行PID处理特殊功能模块在FP3高级单元内部的CPU和内存的FP3CPU单元,只要初始化,控制字写入其内部的内存,内存可独立运行优先级信托单位由单位的内部共享内存与CPU,CPU单元,只要用专用读/写指令的读或写FP3机的I/0分配是自由的编址模式,为用户提供灵活和方便的使用条件下,它的编址模式可以有两种方式实现,一种是根据每个单元的位置上基板插入的的地址;一种是使用编程工具来设置每个单元的地址FP3机采用的是模块化结构设计方式,具有以下突出的优点
①灵活的组装可以随时更换或扩充根据生产需要,使整个生产系统更快地适应产品更新换代的要求
②方便维修当出现故障时,更换部分芯片或功能模块即可解决故障,这能使停机修理的时间和其费用降至到最大限度
③对每种功能的模块可以根据它生产过程中所需求进行生产,可以随时改进其设计、不断的对其完善,有利于提高质量、降低生产成本
2.4PLC控制系统结构
2.
4.1PLC控制系统原理图图
2.2,PLC控制系统结构原理图
2.
4.2光电编码器工作原理光电编码器,是一种通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器这是目前应用最多的传感器,光电编码器是由光栅盘和光电检测装置组成光栅盘是在一定直径的圆板上等分地开通若干个长方形孔由于光电码盘与电动机同轴,电动机旋转时,光栅盘与电动机同速旋转,经发光二极管等电子元件组成的检测装置检测输出若干脉冲信号,通过计算每秒光电编码器输出脉冲的个数就能反映当前电动机的转速此外,为判断旋转方向,码盘还可提供相位相差90º的两路脉冲信号
2.
4.3变频器作用变频调速能够应用在大部分的电机拖动场合,由于它能提供精确的速度控制,因此可以方便地控制机械传动的上升、下降和变速运行变频应用可以大大地提高工艺的高效性变速不依赖于机械部分,同时可以比原来的定速运行电机更加节能
2.5控制系统工作模式主控制系统有三种工作模式,分别是全自动模式、半自动模式和手动模式全自动模式司机在看到允许开车信号以后按下开车按钮,由主控制系统自动判断开车方向,自动实现提升机开车、加速、等速、减速、爬行、停车的全过程,监视提升机运行过程中的安全状况,发现问题自动采取相应对策,完全不用司机参与控制的工作模式在所有设备、仪器仪表工作状态正常,对提升机运行速度没有特殊要求,一般采用这种工作模式半自动模式由司机通过操作手柄控制提升机运行的方向、速度和停车,由主控制系统实现自动减速控制,监视提升机运行过程中的安全状况,发现问题自动采取相应对策的工作模式在对提升机运行速度有特殊要求、或者某些设备、仪器仪表工作状态不正常而没有投入时,一般采用这种工作模式手动模式司机控制提升机运行的方向,完全控制提升机的开车、加速、等速、减速、爬行、停车的全过程,并负责监视提升机运行过程中的安全状况,发现问题由司机采取相应对策的工作模式在主控制系统PLC部分被切除PLC部分发生故障、或者因某些重要设备、仪器仪表工作状态不正常而导致PLC禁止开车时,一般采用这种工作模式3可编程控制器各单元工作方式的设置与参数整定
3.1CPU单元FP3机型CPU单元使用的是一个16位微处理器芯片,可以控制到2048个I/O点,程序容量16K步和EPROM写入功能,应用扫描循环控制工作方式,不断有基本的控制功能,而且还增加了许多特殊功能,如初始化的功能,测试运行功能和中断功能等
3.2脉冲输出单元FP3机型配备了多样实现位置控制单元,第一是脉冲输出单元,以及高速计数单元和位置控制单元,脉冲输出单元可以输出的脉冲频率是可调整的,并且它的输出频率范围为45Hz〜5kHz的频率调整需要特殊指令(SPD0),并创建一个参数表来实现该功能用于结合与高速计数器功能使用,可控制步进电机的速度和移动物体的位置
3.
2.1参数的脉冲化1距离的脉冲化
①如系统速度控制图所示原始资料设置如下井筒斜长:LT=482m;井口车场的长度:LK=30m;井底车场的长度:LD=30m;提升机滚筒直径:D=
2.5m;
②与提升运动相关的计算a.矿车组在井底车场运行阶段初加速段:t01=vO/aO1=1/
0.3=
3.3sL01=1/2V0t01=1/2
13.3=
1.65m等速运行阶段:L02=LD-L01=30-
1.65=
28.35mT02=L02/V0=
28.35/1=
28.35s井底车场运行总时间:TD=t01+t02=
3.3+
28.35=
31.65sb.矿车组在井筒运行阶段:加减速运行阶段:t1=t2=vm-vD/a1=3-1/
0.5=4sL1=L2=1/2vm+v0/t=3+1/28=16m等速运行阶段:L3=L-LD+LK+L2+L2=528-230+16=420mt3=L3/vm=420/5=84s车组在井口车场运行阶段:LK=LD=30mtK=tD=
31.65s一次提升循环时间:T=tD+tK+t1+t2+t3+θ=2tD+t1+t3+θ=
231.65+4+140+25=
240.3s
③脉冲数的计算:滚筒的周长为LG=лD=
3.14
2.5=
7.85m.按滚筒每转一圈发出n0=2000个脉冲计算,一次提升的长度为512m应转的圈数为N=512/
7.85=
65.22圈,一次提升应发出的总脉冲数为nS=Nn0=
67.262000=130440a.车组在井底车场运行阶段所对应的各个阶段的脉冲数初加速段:n01=L01/LDn0=
1.65/
7.852000=420个等速运行段:n0=L02/LGn0=
28.35/
7.852000=7223个b.矿车组在井筒运行阶段所对应的各个阶段的脉冲数加减速运行段:n1=n2=L1/LGn0=16/
7.852000=4076个等速运行段:n3=L3/LGn0=420/
7.852000=107006个c.矿车在井口运行段与井底运行的脉冲数相同nK1=420个,nK2=7223个2速度的脉冲化将速度值转化成脉冲数为:f0=0f1=v0/LGn0=1/
7.852000=255个f2=vm/LGn1=3/
7.852000=675个f3=f1=255个f4=f0=03加速度的脉冲化与井底车场初加速及与井口车场减速对应的脉冲数:na01=na02=V0/t01=255/
3.3=77个与井筒运行段的加、减速度对应的脉冲数:na1=na2=vm/t1=675/4=169个与加速度对应的脉冲单元2的脉冲输出频率:f01=77f02=159可以通过脉冲输出单元的Y23进行脉冲输出频率的切换控制,Y23OFF时输出为低档,当Y23ON时为高档
3.
2.2脉冲单元面板上主要端子的功能DELAY:延时时间设定调节螺钉,进行高、低档频率切换的时候,可设定切换延时时间该时间可在100~500ms之间任意可调;F.MIN和F.MAX:高、低档频率细调调节螺钉;C=PCP:经过值、预置值比较输出端C为经过值,P为预置值当C=P时和CP时相应的端子输出为高电平;RST:脉冲单元复位输入端该输入端开关接通时,脉冲单元复位,即停止输出脉冲,并将经过值和预置值寄存器清零;P.CNT:脉冲频率控制输入端当该端输入高电平时,脉冲频率切换为高档,反之切换为低档OUT0和OUT1:脉冲输出端;ZERO和SUB:原点到位信号输入端和近原点到位信号输入端输入、输出工作指示灯I/O单元插座
(50)芯工作方式选择DIP开关
3.
2.3脉冲单元工作方式选择开关的设置下表列出了FP3型脉冲单元工作方式选择开关的具体设定的方法表
3.1,脉冲单元方式选择开关ONOFF本系统中的选择SW1输出保持方式One-shot输出方式OFFSW2中断使能中断不使能ONSW3C=P方式C=0方式ONSW4单脉冲输出方式双脉冲输出方式ONSW5~SW8未用未用未用
3.
2.4脉冲单元共享存储器的内容设置FP3脉冲单元共享存储分配表如下表所示表
3.2,脉冲单元共享存储器表读数据写数据K0经过值(低16位)初始值(低16位)K1经过值(高8位带符号数)初始值(高8位带符号数)K2不能读预置值(低16位)K3不能读预置值(高8位带符号数)表3-2补充说明在这个系统中,第一个脉冲单元KO后可以阅读这里写的初始值Ø,K2只能写1304402号脉冲单元系统的预设值KO能读取经过值、写初始值此时为0,K2只写了之前系统的预设值设定为255,可以经过修改
3.
2.5占用I/O点及I/O的分配该系统可以将1号脉冲单元可以安装在插槽0,2号脉冲单元安装在插槽1它的脉冲单元分配如下两表所示表
3.31号脉冲单元分配表输入说明输出说明X0C=P标志位Y5紧急停车输出控制X1C〉P标志位Y6脉冲输出开始X2上下溢出标志位Y7正反转输出控制X3未用Y8脉冲输出频率控制X4原点返回操作标志位Y9原点返回操作控制表
3.42号脉冲单元分配表输入说明输出说明X0C=P标志位Y5紧急停车输出控制X1C〉P标志位Y6脉冲输出开始X2上下溢出标志位Y7正反转输出控制X3未用Y8脉冲输出频率控制X4原点返回操作标志位Y9原点返回操作控制上表补充说明表中C表示的是经过值,P表示的是预置值当C=P时X0处在ON;当C〉P时X1处在ON表中X2表示的是溢出标志位,X2处在ON时表示发生溢出脉冲单元中存在经过值计数器和预置值计数器,他们两者之间最大计数范围-16777216~+16777215,当超过这个范围的时候会发生溢出
3.
2.6脉冲单元在本设计中的工作过程1号脉冲单元初始值,设定值写入脉冲单元适用于CPU单元的数据区中被初始化为准备下一个脉冲单元初始化的十进制记数法中的脉冲单元的脉冲的数目初始值和预先设定的值写入脉冲单元的共享存储器,增强的信号在同一时间开始按钮被按下时,上升沿连接到Y6,1号脉冲单元的脉冲输出根据所设置的参数表中的脉冲输入到高速计数器(HSC)XO的高速计数器HSC工作结束2号脉冲单元第一初始值和脉冲单元的设定值写入到CPU单元的数据区是十进制记数法中的脉冲单元的脉冲数进行初始化,以备下一个脉冲单元初始化,即将初始值和预先设定的值写入脉冲单元的共享存储器,增强的信号在同一时间开始按钮被按下时,Y16的上升沿导通时,所述第二脉冲单元在选定的频率的脉冲输出和频率切换根据设置的参数,工作在高速计数器板,高速计数板的输入端送入脉冲
3.3高速计数单元的设置与整定
3.
3.1高速计数器的设置1高速计数器共有四种工作方式,他们分别为单路加计数、单路减计数、两路单相与双相输入方式,在此次设计中采用两路单相输入方式,这种计数方式计数范围是-8388608~8388607,工作方式选择为X0—加计数、X1—减计数,其中最大的计数频率为5KHZ,2应用的I/0端子:X
0、X1为其脉冲输入端,复位端为X2,HSC的软件复位用指令通过[FO(MV)H8DT9052]实现,也可通过外部复位开关进行复位操作3采用内部寄存器:HSC的经过值存在DT9044与DT9045中,目标值放在DT9046和DT9047中,放在低16位为DT9044和DT9046,DT9045和DT9047存放在高16位特殊继电器R903A要求为HSC标志寄存器,当继电器HSC计数“ON”,“OFF”时停止计数4高速计数器所应用到的指令有以下几种:
①[FOMVSD]:16位数据传输指令,S为被传送原数据(地址),D是传送数据的目的地址,S→D指令,该指令是用来向高速计数器传输数据
②[F1DMVSD]:32位数据传输指令,S为被传送原数据(地址),D为传送数据的目的地址,(S,S+1)→(D,D+1)这条指令,它的功能是读出或修改高速计数器的经过值
③[F162HCOSSYn]:S为存高速计数器经过值的首地址,他设定的范围为K-8388608~K8388607,D为系统指定的外部输出继电器(Y0~Y7),(DT9044,DT9045)=(S,S+1)→Yn=ON时,执行条件是R903A=OFFn=0~7其功能是将一个外部继电器规定为高速计数器的输出高速计数器的经过值与规定目标值一致时,则认为外部输出继电器接通并保持
④[F163HCORSYn]:S为存储高速计数器经过值的首地址,设置范围K-8388608~K8388607,D指定的外部输出继电器(Y0~Y7),当(DT9044,DT9045)=(S,S+1)→Yn=ON执行条件是R903A=OFFn=0~7其功能是规定一个外部继电器为高速计数器的输出,当高速计数器的经过值与规定目标值一致时,则认为外部输出继电器断开
⑤[F164SPDOS]:S为存控制数据的首地址,其功能是根据高速计数器的经过值确定其输出的控制条件可用脉冲输出控制方式和波形输出控制方式这两种控制方式,在本次设计中采用的是波形输出控制方式
3.
3.2用F164SPDO指令实现位置控制的方式本次设计中用HSC的XO端接收1号脉冲单元发出的脉冲,其工作方式按表
3.5参数表所示,来实现速度及位置的及时控制当有提升信号传来时,可编程控制器按照pattern参数表所规定的工作方式工作由下表表
3.5可知,控制过程可分为七个部分,其中输出点分别是Y0Y1Y2Y3,这些点是速度切换控制信号,Y4则是停车信号按上表初始波形输出0OOO1H,即当YO为高电平,Y
4、Y
3、Y
2、Y1为低电平时,这时候电机转速较低,为井底平车场的初加速运行当电机转速达到目标值M1时,输出为OOO1OH,这时候Y
4、Y
3、Y
2、YO为低电,Y1为高电,这时候是井底平车场的等速运行工作,当电机转速达到预计值M2时,输出切换为OOl00H,此时Y4Y3Y1YO为低电平,Y2为高电平,进行的是井筒加速运行工作,当电机转速达到预定值M3时,输出变换到O1OOOH,此时Y4Y2Y1YO为低电平,Y3为高电平,进行的是井筒等速运行工作,当电机转速达到预定值M4时,输出再一次变换为OOl00H此时Y4Y3Y1YO为低电平,Y2为高电平,进行的是井筒减速运行,当电机转速达到目标值M5时,输出再一次切换为OOO1OH,此时Y4Y3Y2YO为低电平,Y1为高电平,进行的是井口平车场等速运行,当电机转速达到目标值M6时,输出再一次切换为0OOO1H,此时Y4Y3Y2Y1为低电平,Y0为高电平,进行的是井口平车场减速运行,当电机转速达到目标值M7时,输出切换为10000H,Y3Y2Y1YO为低电平,Y4为高电平,此时控制停车表
3.5Pattern参数表DT300H47设定四挡七点控制方式DT301H1初始波形Y4Y3Y2Y1Y0=00001DT302DT303K420(M1)井底车场初加速段对应的脉冲数DT304H2二档波形Y4Y3Y2YlY0=00010DT305DT306K7643(M2)井底车场等速段对应的脉冲数DT307H3三档波形Y4Y3Y2Y1Y0=00100DT308DT309K13758(M3)井筒加速段对应的脉冲数DT310H4四档波形Y4Y3Y2YlY0=01000DT311DT312K120764(M4)井筒等速段对应的脉冲数DT313H3三档波形Y4Y3Y2Y1Y0=00100DT314DT315K126879(M5)井筒减速段对应的脉冲数DT316H2二档波形Y4Y3Y2YlY0=00010DT317DT318K134102(M6)井口等速段对应的脉冲数DT319H1初始波形Y4Y3Y2YlY0=00001DT320DT321K134522(M7)井口减速段对应的脉冲数DT322H5结吏波形Y4Y3Y2Y1Y0=10000上表补充说明M
1、M
2、M
3、M
4、M
5、M
6、M7分别是变速对应的脉冲数,H
1、H
2、H
3、H
4、H5分别是速度的控制代码
3.4A/D单元的设置
3.
4.1PLC通道的选择FP3型PLC的A/D单元的输入通道有4个,该单元背面的开关能对其模拟量输入范围和类型进行设定在本次系统中具体设定为CH1通道也就是SW1-2:OFF4~20mA为输入信号SW1-4:ON状态
3.
4.2I/0分配依据FP3的自由编址方式,此次系统A/D单元对应9号槽,I/0分配情况如表
3.6所示表
3.6A/D单元I/O分配表输入点编号说明X90A/D转换准备好标志可作为CHO-CH3四个通道输出数据条件X91A/D转换准备好标志可作为CHO通道输出数据的条件X92A/D转换准备好标志可作为CH1通道输出数据的条件X93A/D转换准备好标志可作为CH2通道输出数据的条件X94A/D转换准备好标志可作为CH3通道输出数据的条件X95~X97未用X98CHO标志位当A/D转换值大于上限值时,该接点“ON”X99CHO标志位当A/D转换值小于下限值时,该接点“ON”X9ACH1标志位当A/D转换值大于上限值时,该接点“ON”X9BCH1标志位当A/D转换值小于下限值时,该接点“ON”X9CCH2标志位当A/D转换值大于上限值时,该接点“ON”X9DCH2标志位当A/D转换值小于下限值时,该接点“ON”X9ECH3标志位当A/D转换值大于上限值时,该接点“ON”X9FCH3标志位当A/D转换值小于下限值时,该接点“ON”对上表补充说明当某通道不工作时与A/D转换单元工作单元异常时应将表中对应的接点接OFF,A/D转换单元不占用输出接点只占用输入接点
3.
4.3共享存储器的分配A/D单元共享存储器分配如表
3.7所示表
3.7A/D单元共享存储器表地址号说明K0“采样/平均”切换控制K1CH0平均次数设定K2CH1平均次数设定K3CH2平均次数设定K4CH3平均次数设定K5报警控制,可分别设定各通道超限时是否报警K6CH0上限设定(A/D转换输出值)K7CH0下限设定(A/D转换输出值)K8CH1上限设定(A/D转换输出值)K9CH1下限设定(A/D转换输出值)K10CH2上限设定(A/D转换输出值)K11CH2下限设定(A/D转换输出值)K12CH3上限设定(A/D转换输出值)K13CH3下限设定(A/D转换输出值)K14比例变换控制,可设定是否进行比例变换K15CHO偏移量设定K16CH0满量程设定K17CH1偏移量设定K18CH1满量程设定K19CH2偏移量设定K20CH2满量程设定K21CH3偏移量设定K22CH3满量程设定K23存放CH0已转换好的数据K24存放CH1已转换好的数据K25存放CH2已转换好的数据K26存放CH3已转换好的数据K27存放错误代码
3.
4.4A/D单元的技术参数表
3.8列出了A/D单元的技术参数表
3.8A/D单元的技术参数表项目说明模拟输入电压;0~10V电流;4~20mA数字输入0~4000分辨率电压;1/4000(5Mv)电流1/4000(4uA)精度室温下为±
0.5%F.S.转换速度每个通道为
2.5mS外部输入阻抗≥1MΩ电压输入250Ω(电流输入)最大允许输入范围电压15V电流30mA模拟通道4平均次数3~4000内部电流消耗≤±
0.5A
3.
4.5A/D单元的编程方法
(1)向A/D单元写入控制字可通过指令[F151WRTA/D单元所在的槽号,存放控制字的寄存器区的首地址,控制字个数A/D单元共享存储器首地址]来实现2从A/D单元中读取转换好的数据用指令[F150READA/D单元所在的槽号,共享存储器首地址,读取数据个数,CPU单元数据区首地址〕
3.5D/A单元的设置
3.
5.1通道的选择D/A单元的输出通道有2个,它的模拟量输出类型是由单元背面的开关进行设定的在本次系统设计中使用CHO通道即SW1-1为ON状态,输出信号为电流
3.
5.2D/A单元I/0分配在本系统设计中D/A单元是安放在10号槽中的,其I/0分配如表
3.9:表
3.9D/A单元I/0分配表输入点编号说明X100D/A转换好标志在“ON”时有效X101CHO输入数据有效标志当CHO输入数据在设定范围内时,该点“OFF”,反之“ON”X102CH1输入数据有效标志当CH1输入数据在设定范围内时.该点“OFF”.反之“ON”X103报警信号当CHO输入数据大于上限时,该接点“ON”X104报警信号当CHO输入数据小于下限时,该接点“ON”X105报警信号当CH1输入数据大于上限时,该接点“ON”X106报警信号当CH1输入数据小于下限时,该接点“ON”对上表的补充说明:1当模拟输出限定条件时X100和X103-X106这几个接点被重新写入时“OFF”2D/A转换单元只占用输入接点,不占用输出点
3.
5.3D/A单元共享存储器的分配表表
3.10D/A单元共享存储器的分配表地址号说明K0可设定模拟输出量是受限(只写)K1CH0输出上限值设定(只写)K2CH0输出下限值设定(只写)K3CH1输出上限值设定(只写)K4CH1输出下限值设定(只写)K5存放CH0D/A转换后数据(只写)K6存放CH1D/A转换后数据(只写)K7存放错误代码(只读)
3.
5.4D/A单元的技术参数D/A单元的技术参数表
3.12所示表
3.11D/A单元的技术参数表项目说明模拟输入电流;4~20mA数字输入4~20mAK=0~4000分辨率1/4000(4uA)精度室温下为±
0.5%F.S.转换速度每个通道为4mS外部输出阻抗
0.5Ω最大外部输出电流±30mA模拟通道2允许外部负载0~550Ω内部电流消耗≤±
0.5A
3.
5.5D/A单元的编程方法1向D/A单元写入控制字[F151WRTD/A单元所在的槽号,存放控制字的寄存器区的首地址,控制字个数,D/A单元共享存储器首地址〕2从D/A单元中读取错误代码[F150READD/A单元所在的槽号,存放错误代码共享存储器首地址,读取数据个数存放错误代码的数据区首地址〕4软件设计
4.1系统中检测及控制开关I/0分配在本系统设计控制系统中,有各单元本身占用的I/0,整个控制系统外部还有其他检测及控制开关它的I/0单元行程开关可安装在5号槽与6号槽其分配情况如表
4.1所示,接线情况见图
4.1图
4.1PLC输入/输出接线图表
4.1系统输入输出信号及PLC端子分配表1234567891011121314151617181920212223242526272829总起动按钮紧急停车按钮行程开关行程开关行程开关行程开关行程开关行程开关上限位开关下限位开关安全制动开关闸瓦磨损超限信号高压油断路器信号润滑泵启动信号控制泵启动信号润滑泵停止信号控制停止信号自动方式手动方式压力传感器温度传感器过卷开关过卷开关高压油断路器的辅助触点过卷复位转换开关测指示灯按钮主令控制器手动时用的常开触点主令控制器手动时用的常闭触点精滤信号QAJTXC1XC2XC3XC4XC5XC6XSXXSF1SL1DL1RQKQRTKTFS1FS2YXWXSL2SL3QFGFCDU1ZL2JLX50X51X52X53X54X55X56X57X58X59X5AX5BX5CX5DX5EX5FX60X61X62X63X64X65X66X67X68X69X6AX6BX6C提升指示急停指示井底初加速指示井底等速指示井筒加速指示井筒等速指示井筒减速指示井口等速指示井口减速指示故障信号灯、笛电液比例溢流阀二位二通电磁阀润滑泵工作高温指示精滤指示有电指示低压指示控制泵工作制动油过压保护过卷、闸瓦磨损超限保护DOD1D2D3D4D5D6D7D8D9Z1Z2KM1D10D11D12D13KM2KM3KM4Y70Y71Y72Y73Y74Y75Y76Y77Y78Y79Y7AY7BY7CY7DY7EY7FY80Y81Y82Y
834.2控制过程中重要的流程图在本控制系统中提升机运行过程框图如图
4.2所示,其中开车前的准备框图如图
4.3,PLC控制流程图如图
4.4,程序流程图如
4.5所示图
4.2运行过程框图图
4.3开车前准备框图图
4.4PLC控制流程图图
4.5程序流程图
4.3系统程序设计根据系统I/O分配和程序流程,按照FP3-PLC编程方法,将本系统控制程序编写如下STX69;开车前的准备,测指示灯状态(R0为内部通用OTRO寄存器,只用于内部通断控制的“软继电器”)STX6A;主令控制器手动时用的常开触点OTR1ST/X6B;主令控制器手动时用的常闭触点OTY84;手动方式STX5D;润滑泵启动信号ORR2ANROANR1AN/X5F;润滑泵停止信号OTR2;润滑泵启动STR2OTY80;低压指示STX5E;控制泵启动信号ORR3ANROANR1AN/X60;控制泵停止信号OTR3;控制泵启动STR3OTY81;控制泵工作STX5A;安全制动开关ANX5C;高压油断路器信号ANX65;过卷开关ANX66;过卷开关AN/X68;过卷复位转换开关OTY83;过卷、闸瓦磨损超限保护STX63;压力传感器OTY7C;润滑泵工作STX64;温度传感器OTY7D;高温指示STX6C;精滤信号OTY7E;精滤指示STY83;过卷、闸瓦磨损超限保护ANY7C;润滑泵工作ANY7D;高温指示ANY7E;精滤信号OTR7STR7OTY74;井筒加速指示STR9013;运行初期ON脉冲继电器F1DMV;向CPU单元数据寄存器送入1号脉冲K130444单元的初始值和预置值DT0F1DMVK0DT2STX50;总起动按钮DF;上升沿微分F151WRT;1号脉冲单元初始化K0DT0K4K0STX50;总起动按钮ORR4ORST7DFOTY6;1号脉冲单元脉冲输出开始OTR4STR4ANX59;下限位开关OTY70;提升指示OTY7B;二位二通电磁阀STR7ANX51;紧急停车按钮ANX4;原点返回标志OTY5;紧急停车输出控制STR4F1DMV;向高速计数器写入数据K0;DT9044F1DMVK0DT9046STR9013DFFOMVH47;设定四挡七点控制方式DT300FOMVH1;初始波形Y4Y3Y2Y1Y0=00001DFDT301F1D11VK420;井底车场初加速段对应的脉冲数DT302FOMVH2;二档波形Y4Y3Y2YlY0=00010DT304F1DMVK7643;井底车场等速段对应的脉冲数DT305FOMVH3;三档波形Y4Y3Y2Y1Y0=00100DT307F1DMVK11719;井筒加速段对应的脉冲数DT308FOMVH4;四档波形Y4Y3Y2YlY0=01000DT310F1DMVK118725;井筒等速段对应的脉冲数DT311FOMVH3;三档波形Y4Y3Y2Y1Y0=00100DT313F1DMVK122801;井筒减速段对应的脉冲数DT314FOMVH2;二档波形Y4Y3Y2YlY0=00010DT316F1DMVK130024;井口等速段对应的脉冲数DT317FOMVH1;初始波形Y4Y3Y2Y1Y0=00001F1DMVK130444;井口减速段对应的脉冲数DT320FOMVH5DT322STY6;1号脉冲输出开始F164SPDO;实现对位置的控制DT300STT7DFF163HCOR;设置高速计数器的外部继电器输出,当高速计K130444数器的经过值与规定目标值一致时,则规定的Y0外部输出继电器断开OTR5STR5F1DMV;向CPU单元数据寄存器送入2号脉冲K255单元的初始值和预置值DT10F1DMVK1275DT12F1DMVK0DT14STR5F151WRT;2号脉冲单元的初始化K1DT10K4K0STR5DFOTY18;2号脉冲单元输出频率控制OTR6STR9013FOMVH2DT9052F1DMVK0DT9104;高速计数板目标值0寄存器F1DMVK0DT9106;高速计数板目标值1寄存器STR6OTY16;2号脉冲输出脉冲开始TMR1K330OTY72;井底初加速指示OTR7STR7ANX51;紧急停车按钮ANX14;原点返回标志位OTY15;紧急停车输出控制STR5F1DMV;将DT9108和DT9109中的经过值拷贝到PIDDT9108单元中的给定植寄存器DT100中作为速度的DT100给定STX51;紧急停车按钮ANT1ANYl;速度切换控制信号DFF162HCOS;规定为高速计数器的外部继电器输出,当高速K255计数器的经过值与规定目标值一致时,则规定Y25的外部输出继电器接通并保持STY25TMR2K2835OTY73;井底等速指示STT2ANY2;速度切换控制信号ANX53;行程开关F1DMVDT12DT9106;高速计数板目标值1寄存器OTR8OTY18;2号脉冲单元输出频率控制STR8F1DMVDT9108;高速计数板经过值寄存器DT100OTY74;井筒加速指示OTR9TMR3K800STR9ANY3;速度切换控制信号ANT3DFF162HCOSK1275Y26STY26TMR4K8400OTY75;井筒等速指示STT4ANY3ANX54;行程开关F1DMVDT12DT9106;高速计数板目标值1寄存器OTR10OTY76;井筒减速指示TMR5K800OTY18;2号脉冲单元输出频率控制STR10F1DMVDT9108;高速计数板经过值寄存器DT100STT5ANY2;速度切换控制信号ANX55;行程开关DFF162HCOSK255Y27STY27TMR6K2835OTY77;井口等速指示STT6ANY1ANX56;行程开关F1DMVDT10DT9106;高速计数板目标值1寄存器OTY78;井口减速指示OTR11TMR7K330STT7ANX57;行程开关ANX58;上限位开关OTY14TMR8K2500STR6ORR7ORR8ORR9ORR10ORR11OTR12F355PID;调用数字PID控制功能DT102STR12F1DMVDT102DT200F355PIDDT200STR12F151WRT;向A/D单元写入控制字K9DT90K3K4STR9013FOMVK6DT91FOMVK7DT92FOMVK4000DT93FOMVK0DT94STR12F150READ;从D/A单元读取错误代码K1OK27K1DT91OTR13STR9013FOMVK4000DT40FOMVK0DT41F151WRT;向A/D单元写入控制字K3DT40K2K1STR9010FOMVWX9;外部输入字继电器DT211STR13F150READ;从D/A单元读取错误代码K10K7K8DT42FOMVDT212WY9;外部输出字继电器OTY7A;电液比例溢流阀ED.5结论本次设计的目的是运用先进的可编程控制器控制提升机电控系统的运行以前提升机的电控系统是采用“继电器逻辑”控制,虽然其控制逻辑已经比较精练、严密,但由于其逻辑控制部分是由继电器触点实现的,故障率高,而且控制布线复杂,给确定故障范围,查找故障带来较大困难用PLC来代替继电器一接触器构成的逻辑控制装置,既提高整个系统的可靠性指标,又可以满足工作现场对低故障率的要求,在满足使用的情况下,选经济实用的型号本设计是基于PLC控制的提升机变频调速控制系统,设备包括系统操作台、变频器、电源以及PLC等根据要求,此系统用户在控制室可以通过操作台来设置提升机的运行方式、启动和停止电机,并且各环节故障信息可以在操作台反映出来,以用来提示用户采用变频器实现提升机的调速运行,结合PLC的强大功能实现提升机的整个工作过程并在控制室对提升机的控制运行及参数调节对本文在矿井提升机控制系统设计中,采用可编程序控制器和变频器相结合的方法,通过对已设计的提升机设备进行调研以及相关文献的阅读可以看出PLC控制的提升机变频调速有明显的社会效益和经济效益采用PLC后,克服了原继电器系统的不足,系统安全可靠,性价比提高变频调速系统在提升机控制中显示出其控制性能优良、操作简便、运行效率高、维护工作量小等诸多优点,是矿用提升机传动的发展方向参考文献
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2004.谢辞本设计的选题、研究及论文撰写工作是在导师洪镇南老师的直接关怀和悉心指导下进行的,在做毕业设计期间,洪老师在各方面给了我极大的帮助和亲切关怀,使我顺利完成了毕业设计工作;同时老师严谨的学风、渊博的知识、丰富的实践经验和敏锐的思维将使我受益终身,在此,谨向洪老师致以崇高的敬意和衷心的感谢!同时也感谢所有关心和帮助过我的老师和同学们PLC操作控制台光电编码器变频器电机减速机构提升机液压站。