畢業(yè)設(shè)計基于plc的礦井提升機變頻調(diào)速系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡介】 洛陽 理 工 學院畢業(yè)設(shè)計 (論文〉 4 提 升 時為正 力 ， 采用電動加 速 。 下放時為負力。若負力值較 小 ， 可考 慮自由加 速 ， 并配合使用盤式制動 器 ， 若負力值較大，則采用動力制動加 速。加速階 段 不 實行閉環(huán)調(diào) 節(jié) ， 而 以 時 間 、 速度為函 數(shù) ， 逐步短接 轉(zhuǎn) 子 附 加電 阻 ， 便提升電動機從零速升至全速。 2. 勻速階段 F2 提 升 時為正 力 ， 采用電動拖動。下放時為負力采用能耗制 動 、 閉環(huán)控 主加速 制 ， 單閉環(huán)速度控制系統(tǒng)由與距離有關(guān)的理想速度給定電路、速度負反饋 電 路 、 PID 調(diào)節(jié) 器 、 移相觸發(fā)電路及雙向可控硅能耗制動電路組 成 ， 下放 速度由 PID 調(diào)節(jié)。 3. 主減速階段 F3 提 升 時為正力，采取逐級接入 轉(zhuǎn) 子 附加電阻和機械制動的方式。下放 時為負力，一方面接入 轉(zhuǎn) 子 附加電 阻 ， 另 一方面增大制動電流并輔以機械 制動方式減速。 4. 爬行階段 F4 當為正力 肘 ， 轉(zhuǎn) 子 接入幾段附加電 阻 ， 由 PLC 控制運 行 。 當為負力時 在能耗制動方式下接入 轉(zhuǎn) 子 附加電阻。 5. 停車階段 日 將盤式制動器的 KT 線圈斷 電 ， 抱閘迅速抱住卷 筒 ， 提 升 機停轉(zhuǎn)。 F Fl F2 勻速 l 主 1 、 .r ， I 12 。 爬行 口 5 1 : :停 車 tl t2 t3 t4 t5 圖 14 提升機力圖 洛陽 理 工 學院畢業(yè)設(shè)計 (論文〉 5 提升機的受力情況 由直線運 動 的 運 動 方 程 可 得 : F = F + ma (11) 式 中 : F一 提 升機在 某 運 動 階段的力 ， N。 F 一 提 升機的靜阻力〈包括車重、提升機 重 量 和 繩重 )， N。 m一把旋轉(zhuǎn)運動的部件 折算到直線運動的變位質(zhì) 量 ， kg。 a一各階段 的 加速度、減 速 度值 ， m}戶。 當 a =0 時 ， F = F ， 勻 速 運行。 aO 時 ， F F_ ， 加 速 運 行 。 a O 時 ， F F ， 減 速 運 行 。 根 據(jù) 以上分析 ， F = f (t) 的 力 圖 見 圖 14。 洛陽 理 工 學院畢業(yè)設(shè)計 (論文〉 6 第 2 章 PLC 簡介 PLC 的基本概念 1969 年 ，出 現(xiàn) 了 可編程邏輯控制器 PLC C Programmable Logic Controller)，其特點是 :具備 邏輯控制、定時、計數(shù) 、 等 功能，編程 語言 采用直觀的梯形圖 語 言 ， 軟件更改方便，通用性和靈活性好。目前，可編 程控制器 PLC 主 要是朝 著 小 型 化 、 廉價化、標準化、高速 化 、 智能化、大 容量化、網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā) 展 ， 與計算機技術(shù)相結(jié) 合 ， 形 成 工 業(yè)控制及系統(tǒng)、 分布式控制系統(tǒng) DCSCDistributed Control System)、 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng) FCS CField bus Control System)， 這將是 PLC 的功能更 強 ， 可靠性更 高 ， 使用 更方 便 ， 適 用范圍更廣。 國 際 電 工 委員會 C IEC) 于 1982年 11 月 1985 年 1 月對可編程序控制 器 作 了 如 下的 定 義 .可編程序控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專 為 在 工 業(yè)環(huán) 境 下應(yīng)用而設(shè)計。它采用可編程序的存儲 器 ， 用來在其內(nèi)部存 儲執(zhí)行邏輔運算 、 )11頁序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運 算 等操 作 的命令，并通 過數(shù)字式模擬式的輸入和輸 出 ， 控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。可編程 序控制器及其有關(guān)設(shè) 備 ， 都應(yīng)按 易 于 與 工 業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成 一 個 整體， 易 于 擴充功能的 原 則 而設(shè)計。 PLC 的基本結(jié)構(gòu) 如圖 21 所 示 ， PLC 主要由 CPU 模塊、輸入模 塊、輸出模塊和編程器 等組成 。 PLC 的特殊功能模塊用來完成某些特殊的任務(wù) 。 PLC 主 要由 CPU 模 塊 、 110 模 塊 、 變成裝置和電源組成。 根據(jù)硬件結(jié)構(gòu) 的 不 同 ， 可以將 PLC 分 為整體式、模塊式和混合式。整 體式 PLC 又 叫 做單元式或箱體 式 ， 他 的體積 小 、 價 格 低 、 小 型 PLC 一般 采用整體結(jié)構(gòu)。模 塊 式 PLC 一般 用 于 大、中型 PLC， 它由機架和模塊組成。 按 PLC 的控制規(guī)模分類 ， PLC 可 分 為小型 機 、 中型 機 、 大型機。 洛陽 理 工 學院畢業(yè)設(shè)計 (論文〉 7 牛 南 l 南 | 圖 21 PLC 基本組成 的基 本 特點 PLC 的誕生 給 工 業(yè)控制帶來革命性的飛躍與傳統(tǒng)的繼電器控制相比 有 著 突 出的特點。 1. 靈活 性 、 通用性強 繼電器控制系統(tǒng)如 果 工藝 要 求稍有 變 化 ， 控制電路必須隨之作相應(yīng)的 變動，所有布線和控制柜極有可能重新設(shè) 計 ， 耗時且費力然而是利用存儲在 機內(nèi)的程序?qū)崿F(xiàn)各種控制功能的。因此 當 工 藝過程改變 肘 ， 只需 修改程序 即可 ， 外 部接線改動極 小 ， 甚至 可 以 不必改 動 ， 其靈活性和通用性是繼電器 控制電路無 法 比 擬的。 2. 可靠 性 高 ， 抗干擾能力強 繼電器控制系統(tǒng) 中 ， 由于器件的老 化 、脫 焊 、 觸點的抖動以及觸點電 弧 等 現(xiàn)象是不可避免 的 ， 大大降低了系統(tǒng)的可靠性。而在控制系統(tǒng)中，大量 的開關(guān)動作是由無觸點的 半 導 體電路來完成 的 ， 加之在硬件和軟件方面都 采取了強有力的措 施 ， 使產(chǎn)品具有 極 高 的可靠性和抗干擾能力可以直 接 安 裝 在 工 業(yè)現(xiàn)場穩(wěn)定 地 工 作。 PLC在硬件方面采取電磁屏 蔽 、 光電隔離、多級濾 波 等 措 施在軟件方 面采取警戒時 鐘 、 故障診 斷 、 自 動 恢 復 等 措 施 ， 并利用后備電池對程序和 洛陽 理 工 學院畢業(yè)設(shè)計 (論文〉 8 數(shù)據(jù)進行保 護 ， 因此被稱為 專為適應(yīng)惡劣 的 工 業(yè)環(huán)境而設(shè)計的計算機 。 3. 編程簡 單 ， 使用方便 PLC 采用面向過程，面向問題的 自 然 語 言 編程方 式 ， 直觀易 懂 ， 主要采用梯形圖和語句表編寫程 序 ， 使得廣大電氣技術(shù)人員更容易接納和 理解。同時設(shè)計人員也可根 據(jù) 自 己 的喜好和實際應(yīng)用的要求選擇其他編程 語 言 。 標準是編程 語 言 的標準，除了梯形圖語句表 之 ， 還存在順序流程圖 結(jié)構(gòu)化文本和功能塊圖三種編程 語 言 的表達方式。一個程序的不 同部分可 用任何一種 語 言 來 描 述 ， 支持復雜的順序操作功能處理以及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。 4. 功能強 大 ， 可擴展 主要功能包括開關(guān)量的邏轄控制、模擬量控制部分還具備控制或模糊 控制功 能 、 數(shù) 字 量 智能控 制 、 數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控、通信、聯(lián)網(wǎng)及集散控 制 等 功能 。 PLC 的功能擴展也極為方 便 ， 硬件配置相當靈 活 ， 根據(jù)控制要求的 改 變 ， 可以隨時變動特殊功能單元的種類和個數(shù)，再相應(yīng)修改用戶程序就 可以達到變換和增加控制功能的目的。 PLC 以原有的繼電 器 、 邏輯運算、順序控制為基礎(chǔ)逐步發(fā)展起來的。 與繼電器控制系統(tǒng)相比較，它以軟器件代替了硬器件 ，以軟觸點代替了硬 觸點，以軟接線代替了硬接 線 ， 從而使其器件、觸點的壽命達數(shù)萬甚至十萬 小時，而改變接線的速度則極為迅速。它是由計算機簡化而來的，又 有 著 諸 多自身獨特的優(yōu)勢。如下所述 : (1) 系列化。 各大生產(chǎn)公司一般都有小型、中型、大型三種系列產(chǎn)品。 (2) 多處理器。 一般小型機是單處理器系統(tǒng)中型機是雙處理器系 統(tǒng) ， 包括位處理器和 字 處理器大型機則為多處理器系 統(tǒng) ， 由 字 處理器、位處理器和浮點處理器 等 組 成。 (3) 較大的存儲能力。 (4) 很 雖的 IJO 口。 ( 5 ) 智能外圍接口。 ( 6 ) 網(wǎng)絡(luò)化。 PLC 可連成功能很強的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)一般有低速網(wǎng)絡(luò) 和 高 速網(wǎng)絡(luò)兩種。這 洛陽 理 工 學院畢業(yè)設(shè)計 (論文〉 9 兩 類網(wǎng)絡(luò)可級 連 ， 網(wǎng) 上可兼 容 不 同類型的和計算 機 ， 從而組成控制范圍很 大的局域網(wǎng)絡(luò)。 ( 7 ) 緊湊及高可靠性。 ( 8 ) 通 俗 化 的編程語言和豐富的指令。 PLC 的選型 PLC 技術(shù)是工業(yè)自 動 化 的重要手 段 ， 它可以實現(xiàn)邏輯控 制 、 順序控 制 、 定 時 、 計 數(shù) 、 算數(shù)運算、數(shù)據(jù)運算、數(shù)據(jù)通信等功能，并且具有處分支、 中斷、自診斷能力 。 PLC 技術(shù) 的邏輔控制功能通過軟件編程來實 現(xiàn) ， 柔性 強 ， 控制功能 多 ， 控制線路大大 簡 化 。 PLC 的輸入輸出回路均帶有光電隔 離等抗干擾和過載保護措施。程序運行為周期性順序掃描和集中批處理的 工 作方 式 ， 具有故障檢測及診斷程 序 ， 可靠性極高 。 PLC 控制系統(tǒng)為模塊 結(jié) 構(gòu) ， 維護更換方 便 ， 并可顯示故障類型。 因 此 本文決定采用 PLC 進 行 ， 并且保持原有的操作方式、按鈕、開關(guān)的作用不 變 ， 以方便用戶，縮短適 應(yīng)期。根據(jù) PLC 的技術(shù)特點又可增加一些新的功能。 S7200 系列西 門 子 PLC 家族中的成員之 一 ， 在西門 子 工 控領(lǐng)域中占有 重要的地 位 。 S7200 系列 PLC 體 積 小 ， 價格低 廉 ， 軟硬件功能強 大 ， 系統(tǒng) 配置方 便 ， 它一推向市場就在各行各業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。而 S7200 系列 的產(chǎn)品可以滿足設(shè)計要 求 ， 因 此 設(shè)計以 西 門 子 公司的 S7200 系列入手。 S7200 主機單元發(fā)展至今 ， 經(jīng) 歷 了 兩代產(chǎn)品。第一代產(chǎn)品為 CPU21X 型 ， 包括 CPU21 CPU21 CPU215 和 CPU216， 其中 每 種 主機單元可以 進行擴展。第二代產(chǎn)品為 CPU22X 型 ， 包括 CPU22 CPU22 CPU22 CPU224X、 CPU226 和 CPU226XM， 他們已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用。 1. CPU221 型主機單元具有 6 輸 入 /4 輸出共計 10 數(shù)字 1/0 點 ， 無 1/0 擴展能力。 2. CPU222 型 主 機 單元具有 8 輸 入 /6 輸出共計 14 個數(shù)字 1/0 點 ， 可以 連接 2 個 1/0 擴展單 元 ， 最大擴展至 78 個數(shù)字量 1/0 點或 10 路模擬量 1/0。 3. CPU224 型主機單元具有 14 輸 入 /10 輸出共計 24 個 數(shù)字量 1/0 點 ， 可以連接 7 個擴展單 元 ， 最大擴展至 168 個數(shù)字 量 盯 0 點或 35 路模擬量 1/0。 洛陽 理 工 學院畢業(yè)設(shè)計 (論文〉 10 型主機單元具有與 CPU224相比增加了 2路輸 入 /1 路輸 出功 3 路模擬量 I/O o 5. CPU226 型主機單元具有 24個輸 入 116個輸出共計 40個熟悉 I/O點， 可以連接的 I/O 擴展單 元 ， 最大擴展至 248個數(shù)字量 1/0 點或 35 路模擬量 1/0。 PLC 的工作原理 PLC通電 后 ， 需要對硬件和軟件做一些初始 化 工 作。為了使 PLC 的輸 出及 時地響應(yīng)各種輸入信 號 ， 初始化后 PLC要反復不 停 地分段 處 理各種不 同的任務(wù)，這種周而復始的循 環(huán) 工 作方式稱為掃 描 工 作方式。 整個掃描過 程 分為內(nèi)部處理、 通 信操作、程序輸入處理、程序執(zhí)行、 程序輸 出 幾個 階 段，全過程掃描一次所需要的時間稱為掃描周期。內(nèi)部處 理階 段 ， PLC檢查 CPU模塊的硬件是否正 常 ，復位監(jiān) 視 定時器等。在通信 服務(wù)階段 ， PLC 與一些智能模塊通信、響應(yīng)編程器鍵入的命令、更新編程 器的顯示內(nèi)容等。當 PLC處 于 停 止 (STOP)狀態(tài)時，只進行內(nèi)部處理和通信 操作服務(wù)等內(nèi)容。在 PLC 處 于 這 行 (RUN)狀態(tài)時，從內(nèi)部處理、通信操作、 程序輸入、程序執(zhí) 行 、 程 序輸 出 ， 一 直循環(huán)掃 描 工 作。 1. 初始化過程 與其它單片機運行一樣，上電運行或復位時進行處理。 ( 1) 硬件初始化，復位輸出輸入模塊，清零。 ( 2) 清除數(shù)據(jù)區(qū)。 (3) 輸出輸入地址分配。 2. 掃描過