整理文檔整理文檔..整理文檔.南京廣播電視大學?機電控制與可編程控制器技術?課程設計報告2021級秋季機械設計制造及其自動化專業本科題目:超大功率高速提升機全數字電控系統學生姓名:郭圍圍學號:1232101250478電大分校:江寧電大學生所在單位:格滿林〔南京〕實業指導教師:黃波整理文檔整理文檔..整理文檔.二○一三年十一月整理文檔整理文檔..整理文檔.南京電大開放教育2021級〔秋〕機械設計制造及其自動化專業〔本科〕課程設計成績評定表分校名稱：江寧電大班級代號：姓名專業課程名稱設計時間機電控制與可編程序控制器技術2021年12月設計題目超大功率高速提升機全數字電控系統指導教師評語及評分成績：簽字〔蓋章〕年月日整理文檔整理文檔..整理文檔.中文摘要及關鍵詞摘要：此次設計是介紹一種超大功率高速提升機電控系統的作為設計方案,用于礦業集團礦井提升機的電控系統，此方案同時介紹了PLC的硬件配置和軟件設計。目前提升機的提升速度可以到達設計的15m/s,提升重量可到達設計的32t。通過實際運行說明此系統具有穩定可靠、PLC系統的各項功能和保護完善、故障率低等功能，有效提高了勞動效率。關鍵詞：提升機PLC電控系統數字技術整理文檔整理文檔..整理文檔.引言現在煤礦提升機控制系統大多采用“可控硅供電電機+模擬調節+繼電器控制〞的直流拖動方式,其調節控制保護系統根本采用模擬系統。模擬控制系統存在能耗大、運行效率低、維護困難、分立元件多、參數分散性大、可靠性低、控制方式陳舊、技術落后等缺點，在實際生產中對生產效率的提高具有一定的阻礙。隨著計算機和數字技術的開展,采用全數字電控系統已經成為可能,它從根本上改變了模擬控制系統的缺點,并具有模擬系統無法比擬的優點。本文以ASCS直流提升機電控系統在某礦業集團礦主井提升機中的實際應用為例,介紹了一種大功率、高速提升機全數字電控系統設計方案,并給出了PLC硬件配置和軟件設計方案。在實際運行中,提升機的提升速度可以到達15m/s,提升重量可到達設計的32t,加減速度可到達設計的1m/s,各項保護到達煤炭平安規程的要求;該系統充分表達故障率低、可靠性高等優點。在煤炭行業大功率直流控制領域具有開創性和示范性。整理文檔整理文檔..整理文檔.目錄第1節系統總體設計方案………………....................51.1系統組成框圈………..……..…….51.2控制方案……………………..........5第2節全數字調節系統……….............6第3節PLC控制系統……………........73.1硬件配置…………………................73.1.1操作保護PLC………………..........73.1.2行控PLC功能要求……………….........................73.1.3操作臺PLC………………..........83.1.4低壓柜PLC………………..............83.2軟件配置…………………..................8第4節閘控系統…………………......9第5節信息系統…………………......9第6節結速語………………….....10參考文獻…………….......10整理文檔整理文檔..整理文檔.

第一節系統總體設計方案1.1系統組成框圈該直流提升機全數字電控系統具備先進的技術，采用“雙直流電機+可控硅變流+全數字調節控制+多PLC網絡控制+上位機診斷與監控+局域網信息互聯〞的控制模式，具有數字化、自動化、網絡化和信息化等為一體。主要設備包括上下壓供電裝置、傳動整流裝置、全數字調節控制裝里、多PLC網絡控制系統、操作臺和上位機、裝卸載控制裝置和液壓站控制裝置,如圖1所示.整理文檔整理文檔..整理文檔.該系統由2臺德國西門子公司制造直流電機〔電機為2500KW,電樞額定電流2985A,額定電壓917V〕直接軸聯作為提升機的驅動源。在全數字調節系統的控制下,主回路是通過電樞轉接柜和勵磁轉接柜將主電源變換為適于主電機的供電電源,兩臺電機可以單獨運行也可以同時串聯運行。根據提升機兩電機的額定電壓和額定電流的參數,主回路采用電樞電流不可逆,磁場電流可逆,電樞回路配置成單機運行時串聯12脈動順序控制方式,雙機串聯時為24脈動控制方式。1.2控制方案針對礦主井采用的是直流提升機的磁場換向雙閉環控制策略。控制原理圖如圖2圖中外環為速度閉環,內環為磁場和電樞電流閉環。系統運行時,由系統行控局部給出速度給定值(或加速度給定值),與速度反響實際值比擬后形成速度調節器ASR偏差輸入,速度調節器為按照二階最優設計的PI調節器,保證系統運行速度穩態無差。速度調節器的輸出作為電流調節器的給定值與電流反響實際值比擬后形成電流調節器偏差輸入,電流調節器為按照一階最優設計的PI調節器,保證系統電流快速跟隨。對于電樞電流調節器ACR和磁場電流調節LACR,在實際運行過程中按照單變量調節原那么整理文檔整理文檔..整理文檔.,設定電樞電流闌值,在磁場電流調節變化時,使電樞電流維持在設定閉值當磁場電流到達飽和限幅值時,才使電樞電流進人調節變化過程。保證系統運行時轉矩按線性變化。第二節全數字調節系統全數字調節系統采用了高效的多CPU,并行處理技術和先進的控制策略,完成提升機速度和轉矩的開環或閉環控制,取代了傳統的模擬電路調節器;完成提升機速度和電流雙閉環調節,實現電樞和磁場回路的各種故障保護。采用以16位處理器為核心的ASCS全數字調節系統,電樞電流不可逆、磁場電流可逆、電流和速度雙閉環均由全數字調節局部實現全數字控制。該系統既可以用模擬量給定,也可用上位機、PLC或其它數字操作單元提供數字量給定。反響可用模擬測速機,也可用軸編碼器或者同時使用作為復合反響,從而得到最正確的動態性能和穩態精度。所有控制算法都由高速16位微處理器來完成,保證所有控制回路的調節作用在主回路6個晶閘管橋的轉換時間之內完成,以保證電流環的采樣時間。對可逆裝置,轉矩反向時的無環流時間非常短且可由軟件設定。電流環具有自適應功能,即使負載變化很大時,系統也能獲得平穩的速度響應,速度環的PI參數調節范圍很大,且具有積分別離功能。第三節控制系統3.1硬件配置提升機是礦山關鍵設備,必須具備高可靠性、高平安性,建立以網絡為連接紐帶的多戶PLC冗余控制系統,用于完成提升機行程控制、邏輯操作和故障保護、液壓制動控制以及裝卸載自動控制等。本套系統的PLC采用西門子公司的S7一300。所有整理文檔整理文檔..整理文檔.PLC均通過MPI和PROFIBUS雙網連接(如圖3所示),從而保證了重要數據的同一性。3.1.1操作保護PLC主要包括電源模塊/CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊、A/D模塊、和計數模塊。主控PLC與繼電器構成雙線制提升機平安保護回路。來自提升機各局部的保護信號分為立即施閘、井口施閘、電氣制動和報警4類。其中井口施閘、電氣制動和報警類事故信號直接引人到PLC中,PLC將其處理后送監視器顯示故障類型并控制聲光報警系統報警并施閘,而立即施閘類事故信號除引人到PLC中處理、顯示、報警外,還直接引人到平安直動回路,動作施閘系統施閘。主控PLC還將軸編碼器信號經軟件計算后處理成罐籠在井筒中的位置和在線速度,進行后備位置、速度保護。3.1.2主要包括電源、CPU、I/O、D/A、A/D、計數和通信模塊。行程監控PLC的主要功能是:將局部操作信號、局部保護信號以及設定的一些行程參數與軸編碼器信號結合起來進行邏輯運算處理,自動產生提升機所需的速度給定信號(即運行曲線),為了盡量減少起動、制動過程中的機械沖擊,提高提升機控制精度,速度給定信號的加速、減速段為“S〞型曲線,減速段行程通過PLC實際運算來調節減速度以保證減速段為一固定值,從而保證了停車點不變和停車點的精度。此外行程監控PLC還將軸編碼器信號經軟件計算后處理成罐籠在井簡中的位置和在線速度整理文檔整理文檔..整理文檔.,送到操作臺監視器顯示,此外還產生包絡曲線對提升機的度進行連續監視。主控和行控2臺PLC既相互獨立,又能相互監視,對某些保護(如過卷、超速、鋼絲繩打滑等)還能相互備用、冗余,這樣大大提高了行程監控器的可靠性。3.1.3操作臺PLC操作臺PLC實現3個主要功能:一是將操作的有關按鈕和旋鈕等輸人信號傳送給主控PLC;二是通過輸出模塊,將系統中重要的開關量和模擬量在指示臺上正確顯示;三是與深度指示器通訊,完成深度指示。操作臺PLC與主控、行控PLC也是雙網絡連接,保證數據的平安可靠。3.1.4低壓柜低壓柜PLC實現的一個主要功能是將低壓柜的各個開關信號傳送給其他3臺PLC。3.2軟件配置軟件配置有系統和用戶程序。系統程序裝配在CPU模塊上隨硬件的產品而來;用戶程序是編程器編好程序后輸人到PLC的存儲模塊。程序是采用塊式結構形式，共有組織塊(OB)、程序塊(PB)、功能塊(FB)、數據塊(DB)、順序塊(SB)5種形式。本系統沒有采用順序塊。功能塊〔FB〕是用于復雜功能的反復編程(如專用控制器、報替器、計算功能和調整功能)。組織塊(OB)是系統和用戶程序的接口,是用戶程序的一局部,但只能由系統程序調用,可以編程,使用者不能調用,本系統使用了3個(OB)塊(OB100,OB1,OB35)為加電啟動組織塊.在該組織塊中編制有關系統參數初始化的程序,此組織塊僅在系統加電起動后運行一次,以后在程序循環中不再執行,系統初始化程序框圖如圖4所示。OB1為循環運行組織塊,即用戶主程序局部,行控PLC主程序框圖如圖5所示。在OB1中可以調用其它功能塊,如SFB、SFC、FB、FC等。OB35為中斷組織塊,它使循環時間中斷,循環時間為0~60ms,可根據用戶需要任意設置。本系統利用整理文檔整理文檔..整理文檔.OB35的中斷時間,循環向上位機發送監控數據。系統中行程監控PLC的中斷程序框圖如圖6所示。第四節閘控系統本工程中采用的閘控系統是進口恒減速液壓站+進口閘盤。主控PLC系統與閘控系統之間采用硬件線路方式進行聯系。主控系統給閘控系統的主要信號有:硬件平安回路信號、軟件平安回路信號、恒減速解除、沉罐保護信號、閘控給定、速度信號、手動和自動信號等;閘控系統給主控系統的信號主要有:壓力恒減速投人、液壓站故障或者報替信號等。第五節信息系統信息系統的構建是基于現場總線、上位機網絡管理等技術,各子系統通過現場總線與主控PLC通訊。PLC與上位機通訊,上位機通過WEB和ActiveX技術采用B/S模式管理效勞器,并在Internet網絡進行信息管理。圖7為信息系統的網絡圖。信息系統主要的功能是：對系統中各個組成局部進行實時的監控,及時的反響系統運行過程中的各種參數、狀態和故障報警；完成