基于PLC 的無極生絞車的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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1、1目錄目錄1 無極繩絞車運(yùn)輸?shù)奶攸c(diǎn)及其工作原理.31.1 無極繩絞車的用途及特點(diǎn) .31.1.1 用途 .31.1.2 特點(diǎn) .31.2 無極生絞車的工作原理 .41.2.2 列車編組形式 .51.2.3 使用環(huán)境條件與環(huán)境影響 .51.2.4 工作條件 .51.2.5 安全 .61.3 選題背景 .61.4 課題研究的主要內(nèi)容 .62 無極繩絞車及控制系統(tǒng)的組成 .72.1 無極繩絞車的主要設(shè)備 .72.1.1 絞 車 .72.1.2 張緊裝置 .72.1.3 梭 車 .82.1.4 尾 輪 .82.1.5 輪 組 .82.2 無極生絞車的運(yùn)行方式 .92.2.1 使用前的準(zhǔn)備和檢查 .92

2、.2.2 使用時(shí)的安全注意事項(xiàng) .102.2.3 啟動及運(yùn)行過程中的操作程序及注意事項(xiàng) .112.2.4 運(yùn)行中的監(jiān)測和記錄 .112.2.5 停車的操作程序、方法及注意事項(xiàng) .112.3 無極生絞車控制的關(guān)鍵技術(shù)及難點(diǎn) .113 無級繩絞車控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì).123.1 現(xiàn)場總線技術(shù) .123.1.1 現(xiàn)場總線的特點(diǎn) .133.1.2 現(xiàn)場總線技術(shù)發(fā)展趨勢 .143.2 PROFIBUS（過程現(xiàn)場總線） .153.2.1 PROFIBUS 的組成 .153.2.2 PROFIBUS 的傳輸技術(shù) .1623.2.3 PROFIBUS 總線存取方式 .163.2.4 PROFIBUS-DP 設(shè)備

3、的分類 .163.2.5 PROFIBUS-DP 網(wǎng)絡(luò)配置方案 .163.3 PLC 系統(tǒng).173.3.1 PLC 系統(tǒng) .173.4 無極繩絞車控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與選型.183.5 S7-300 系列 PLC 簡介.183.5.1 S7-300 的概況 .183.5.2 S7-300 的組成部件 .183.6 無級繩絞車控制系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)配置.193.7 修磨機(jī) PLC 控制系統(tǒng)的硬件配置.203.8 無極生絞車的變頻傳動系統(tǒng).223.8.1 變頻器的工作原理 .223.8.2 變頻器電路的基本功能 .223.8.3 逆變電路的基本工作原理 .233.8.4 變頻器的種類 .233.8.5 中小容

4、量通用型變頻器的主電路 .243.8.6 變頻器的選型 .243.9 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng).273.10 無極生絞車控制原理.293.11 無極繩絞車控制系統(tǒng)硬件配置.323.12 電氣控制系統(tǒng)的操作部分.373.13 無極繩絞車的保護(hù)系統(tǒng).384 無極繩絞車控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì).404.1 軟件設(shè)計(jì)綜述 .4031 無極繩絞車運(yùn)輸?shù)奶攸c(diǎn)及其工作原理無極繩絞車運(yùn)輸?shù)奶攸c(diǎn)及其工作原理1.1 無極繩絞車的用途及特點(diǎn)無極繩絞車的用途及特點(diǎn)1.1.1 用途用途無極繩連續(xù)牽引車是煤礦和金屬礦山井下巷道的以鋼絲繩牽引的普通軌道運(yùn)輸設(shè)備。適用于長距離、大傾角、多變坡、大噸位工況條件下的工作面順槽、采區(qū)上（下）山和集中軌道

5、巷材料、設(shè)備等系統(tǒng)行駛線路內(nèi)的不經(jīng)轉(zhuǎn)載的直達(dá)運(yùn)輸。是替代傳統(tǒng)小絞車接力、對拉運(yùn)輸方式，實(shí)現(xiàn)重輕型液壓整體支架和礦井各種運(yùn)輸?shù)囊环N比較理想的運(yùn)輸裝備。也可用于金屬礦井下巷道和地面坡度不大且起伏變化軌道運(yùn)輸。1.1.2 特點(diǎn)特點(diǎn)無極繩連續(xù)牽引車吸收借鑒了繩牽引卡軌車的部分優(yōu)良技術(shù)，參考了傳統(tǒng)無極繩絞車的使用經(jīng)驗(yàn)，創(chuàng)造性地研制的一種實(shí)用新型輔助運(yùn)輸裝備，是對井下無極繩輔助運(yùn)輸系統(tǒng)的完善和進(jìn)一步提高，具有如下特點(diǎn)：（1）操作簡單，可靠性高。采用機(jī)械傳動方式，結(jié)構(gòu)緊湊，操作方便，大大地提高了工人可操作性和設(shè)備可靠性。（2）適應(yīng)性強(qiáng)，用途廣。無極繩連續(xù)牽引車既可使用在順槽，又可應(yīng)用在采區(qū)上（下）山，還可布

6、置在集中軌道巷，又能為掘進(jìn)后配套服務(wù)。（3）系統(tǒng)布置靈活。4無極繩絞車既可平行于軌道布置，又可垂直于軌道布置。系統(tǒng)既可布置成單軌（兩條軌道）單運(yùn)輸，又可布置成雙軌（四條軌道）雙運(yùn)輸，還可布置成三軌（三條軌道）雙運(yùn)輸。如系統(tǒng)布置成單軌（兩條軌道）運(yùn)輸，可采用鋼絲繩同在軌道內(nèi)；也可采用主繩在軌道內(nèi)，而副繩在軌道外的布置型式。無極繩絞車進(jìn)出繩方便且體積適中，既可利用原有硐室布置，又可靠巷幫布置，充分為客戶著想。（4）系統(tǒng)配置方便。根據(jù)不同的工況條件，采用不同輪組配置方式，可適應(yīng)起伏變化坡道的不同運(yùn)輸需求。（5）可實(shí)現(xiàn)巷道水平轉(zhuǎn)彎運(yùn)輸。配備專用彎道達(dá)到水平曲線運(yùn)輸之目的。（6）梭車儲繩量大，運(yùn)行費(fèi)用低

7、。采用張緊裝置張緊鋼絲繩,鋼絲繩張力隨牽引工況而變化，鋼絲繩壽命長；采用導(dǎo)向輪分繩,避免鋼絲繩咬繩,減少鋼絲繩磨損；梭車采用儲繩結(jié)構(gòu)，可減少有運(yùn)距變化巷道鋼絲繩浪費(fèi)；系統(tǒng)采用可靠的機(jī)械結(jié)構(gòu)，故障率低，維護(hù)量小。（7）安全高效，經(jīng)濟(jì)實(shí)用。兩套制動系統(tǒng)；區(qū)段內(nèi)直達(dá)運(yùn)輸，無需轉(zhuǎn)載，減少人力倒車次數(shù)，減輕了作業(yè)人員的勞動強(qiáng)度；同時(shí)大大降低了管理人員的難度和設(shè)備使用的事故率。（8）安裝簡單。采用靈活的固定結(jié)構(gòu)，拆裝方便；尾輪固定簡單，可方便快捷地移動，實(shí)現(xiàn)運(yùn)距變化。1.2 無極生絞車的工作原理無極生絞車的工作原理1.2.1 工作原理由電機(jī)提供動力，采用減速機(jī)或變速箱和一對漸開線圓柱正齒輪5傳動，通過無極

8、繩絞車滾筒旋轉(zhuǎn)，借助鋼絲繩與滾筒之間的摩擦力而達(dá)到傳送重物之目的。系統(tǒng)示意圖（見附圖） 。1.2.2 列車編組形式列車編組形式（1）散料運(yùn)輸列車編組該編組可在梭車前面或后面串列 24 節(jié)礦車或 2 節(jié)平板車，運(yùn)輸矸石、支護(hù)材料和配件等輔助材料。（2）工字鋼車和重型設(shè)備運(yùn)輸本系統(tǒng)可以運(yùn)送工字鋼車，包括工字鋼和水管等長型材料，也可整體運(yùn)送液壓支架，采用三環(huán)鏈連接或硬連接，運(yùn)輸時(shí)可在梭車前面串聯(lián)一個(gè)材料車或一個(gè)支架平板載重車。1.2.3 使用環(huán)境條件與環(huán)境影響使用環(huán)境條件與環(huán)境影響（1）無極繩連續(xù)牽引車，可在礦井下有瓦斯的巷道中使用。（2）無極繩連續(xù)牽引車，無任何污染，不影響周圍的任何環(huán)境。1.2.

9、4 工作條件工作條件（1）軌道質(zhì)量要滿足運(yùn)送大型設(shè)備的要求。（2）整體軌道平直，同時(shí)避免陰陽軌道出現(xiàn)，且軌枕間距應(yīng)在500600mm。（3）坡度變化平緩，垂直曲線半徑15m。（4）水平彎道處曲線半徑12m。（5）無極繩絞車安裝位置巷道，根據(jù)情況進(jìn)行擴(kuò)巷。6（6）對于采區(qū)上（下）山和集中軌道巷等道岔較多的巷道，為保證副繩順利通過，在道岔處需使用木軌枕。1.2.5 安全安全無極繩連續(xù)牽引車，可實(shí)現(xiàn)長距離的連續(xù)運(yùn)輸，因而可避免小絞車接力運(yùn)輸中的摘掛鉤時(shí)易發(fā)生的跑車事故，并且系統(tǒng)中有可靠的安全制動裝置又可大大提高設(shè)備的安全性能，另外車輛運(yùn)行的穩(wěn)定性也較傳統(tǒng)方式有較大的提高。1.3 選題背景選題背景無極

10、繩連續(xù)牽引車適用于長距離、大傾角、多變坡、大噸位工況條件下的工作面順槽、采區(qū)上（下）山和集中軌道巷材料、設(shè)備等系統(tǒng)行駛線路內(nèi)的不經(jīng)轉(zhuǎn)載的直達(dá)運(yùn)輸?？商娲鷤鹘y(tǒng)小絞車接力、對拉運(yùn)輸方式，實(shí)現(xiàn)重輕型液壓整體支架和礦井各種運(yùn)輸?shù)囊环N比較理想的運(yùn)輸裝備。也可用于金屬礦井下巷道和地面坡度不大且起伏變化軌道運(yùn)輸，運(yùn)輸可靠性好。而自動化控制系統(tǒng)有利于提高生產(chǎn)力，減輕人的勞動強(qiáng)度，提高系統(tǒng)控制的準(zhǔn)確性。1.4 課題研究的主要內(nèi)容課題研究的主要內(nèi)容本文選擇的研究對象是煤礦無極繩絞車提升系統(tǒng)。根據(jù)功能相同、利用 S7-200PLC 系統(tǒng)對船舶電動起貨機(jī)進(jìn)行實(shí)物仿真，建立貨物升降變頻機(jī)構(gòu)、變幅伺服機(jī)構(gòu)和回轉(zhuǎn)步進(jìn)機(jī)構(gòu)，

11、增加昆侖通態(tài) TPC1062KS 觸摸屏對系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控。變頻器部分應(yīng)用了 PID 算法，STEP7V5.4SP4 承擔(dān)主要的邏輯時(shí)序程序控制和信號的輸入輸出通道，PROTOOLCS/RTV6.0SP3 實(shí)現(xiàn)界面監(jiān)7控。主要研究內(nèi)容包括:(l)無極繩絞車的功能分析(2)無極繩絞車的邏輯時(shí)序程序控制(3)貨物升降變頻控制(4)變幅伺服控制(5)回轉(zhuǎn)步進(jìn)控制(6)昆侖通態(tài)觸 TPC1062KS 摸屏監(jiān)控界面制作(7)結(jié)論2 無極繩絞車及控制系統(tǒng)的組成無極繩絞車及控制系統(tǒng)的組成2.1 無極繩絞車的主要設(shè)備無極繩絞車的主要設(shè)備2.1.1 絞絞 車車無極繩絞車是整個(gè)系統(tǒng)的動力源，采用機(jī)械傳動，主要組成為:

12、(1)底座。由結(jié)構(gòu)件焊接成整體。通過地腳螺栓與基礎(chǔ)固定。(2)變速箱。采用硬齒面齒輪。(3)滾筒部分。滾筒部分由小齒輪軸、大齒輪、主軸、卷繩筒及繩襯等組成。(4)聯(lián)軸器。聯(lián)軸器用于聯(lián)結(jié)電機(jī)和變速箱。 (5)制動裝置。有電力液壓推桿和手動帶式二套制動裝置。(6)齒輪罩。鐵皮制成固定于底座上，用以保護(hù)大小齒輪，以保證安全。82.1.2 張緊裝置張緊裝置無極繩運(yùn)輸系統(tǒng)為保證鋼絲繩有一定的初張力必須配置張緊裝置。本系統(tǒng)張緊裝置為重錘式，主要由框架、張緊繩輪、動輪組、轉(zhuǎn)向輪、配重和防護(hù)網(wǎng)等組成。該裝置可吸收鋼絲繩系統(tǒng)由于彈性變形而伸長的部分；同時(shí)，可為絞車提供尾張力,保證鋼絲繩在卷繩筒繩襯上有較穩(wěn)定的正

13、壓力，促使絞車正常牽引，而不致鋼絲繩在卷繩筒上打滑。由于系統(tǒng)用于雙向運(yùn)輸，所以系統(tǒng)中設(shè)有兩組張緊裝置。2.1.3 梭梭 車車 梭車是用來牽引礦車、平板車、材料車等車列，且具有固定鋼絲繩和儲存鋼絲繩等功能。前后兩端是碰頭，碰頭連接車列。梭車主要有下列部分組成：車架、儲繩筒、車輪組件等。(1)車架。梭車車架主要有架體、碰頭組成，車架兩端是碰頭，車輪組件安裝在架體上，組成行走機(jī)構(gòu)，起行走和承重作用。 (2)儲繩筒。梭車安裝有一個(gè)儲繩筒，可儲存鋼絲繩，以備巷道延深開采或縮短運(yùn)距之用。收繩時(shí)先拔出固定插銷，再用手把搖轉(zhuǎn)儲繩筒，鋼絲繩逐漸纏繞于儲繩筒上，最后插入固定插銷。2.1.4 尾尾 輪輪尾輪固定在運(yùn)

14、距的終端，支承整個(gè)系統(tǒng)的反力，并可隨工作面的推進(jìn)，可方便地移動，以實(shí)現(xiàn)運(yùn)距的變化。2.1.5 輪輪 組組為適應(yīng)起伏變化坡道，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)有輪組，可防止鋼絲繩抬高時(shí)車輛掉道，又可避免鋼絲繩摩擦巷道底板。輪組的固定方法象礦用軌枕一樣通9過橫梁固定在軌道下沿上。6、彎道護(hù)軌裝置為適應(yīng)轉(zhuǎn)彎巷道的運(yùn)輸需要，我公司設(shè)計(jì)了一種專用的彎道護(hù)軌系統(tǒng)。用戶只需準(zhǔn)備轉(zhuǎn)彎軌道即可。其設(shè)備主要布置圖如圖 2.1 所示2.2 無極生絞車的運(yùn)行方式無極生絞車的運(yùn)行方式2.2.1 使用前的準(zhǔn)備和檢查使用前的準(zhǔn)備和檢查各礦使用無極繩連續(xù)牽引車時(shí)要根據(jù)使用要求，巷道條件及設(shè)備布置特點(diǎn)制定井下使用安全規(guī)程；絞車司機(jī)、跟車司機(jī)等有關(guān)人

15、員要進(jìn)行培訓(xùn)；10無極繩連續(xù)牽引車使用前應(yīng)做如下檢查檢查起動器等電控設(shè)備是否正常；通訊信號的發(fā)射接收是否正常；軌道中有無影響車輛運(yùn)行的雜物；各車輛之間的連接是否可靠；載重車是否過載和偏載。（1）無極繩絞車開車前應(yīng)檢視各處情況是否正常，如電氣線路是否正確，開關(guān)等有無缺陷，各連接處螺栓是否緊固,手閘是否在松閘位置及靈活可靠，軸承及減速器內(nèi)潤滑油是否充足，檔位是否到位、正確、自鎖等，在檢查各處情況正常后方可開動電機(jī)進(jìn)行空運(yùn)轉(zhuǎn)，在檢查電液制動閘正常和絞車無異聲后方可加上負(fù)荷。手閘的使用必須是在關(guān)閉電機(jī)電源后方可進(jìn)行,一般不許可在電機(jī)通電期間進(jìn)行剎車，以免損壞絞車機(jī)件和電機(jī)。 （2）張緊裝置張緊裝置應(yīng)牢

16、固且穩(wěn)定地安裝在水泥地基上，上部可用圓環(huán)鏈與頂側(cè)幫固定并拉牢，以能承受意外的側(cè)向力。兩端導(dǎo)向輪的方向應(yīng)與鋼絲繩的走向保持一致。運(yùn)行時(shí)須注意滑輪和配重是否上下移動自如，不得有卡滯現(xiàn)象。（3）梭車每次運(yùn)行前必須檢查固定鋼絲繩的兩只楔塊，如有松動情況應(yīng)立即加以緊固。收放鋼絲繩后,應(yīng)將定位銷插入儲繩筒孔內(nèi)，防止儲繩筒在運(yùn)行中轉(zhuǎn)動，使鋼絲繩逸出。（4）尾輪運(yùn)輸液壓支架等重型設(shè)備時(shí)，尾輪必須用水泥基礎(chǔ)固定。用戶可根據(jù)實(shí)際情況,在尾輪處用 2-4 根單體支柱斜撐，以防安全。112.2.2 使用時(shí)的安全注意事項(xiàng)使用時(shí)的安全注意事項(xiàng)有條件的煤礦可規(guī)定車輛運(yùn)行時(shí)應(yīng)禁止行人，并有聲光警示。跟車司機(jī)在車輛行走過程中應(yīng)

17、時(shí)刻注意車輛行走前方軌道是否正常，軌道中有無影響車輛運(yùn)行的雜物。跟車司機(jī)一般乘坐于牽引車的司機(jī)室中，信號發(fā)射機(jī)隨身攜帶。2.2.3 啟動及運(yùn)行過程中的操作程序及注意事項(xiàng)啟動及運(yùn)行過程中的操作程序及注意事項(xiàng)跟車司機(jī)確定具備開車條件后，再發(fā)送開車信號，發(fā)送信號不得少于2 次，絞車司機(jī)接到第二次信號后再啟動開車。跟車司機(jī)和絞車司機(jī)一定要熟記信號的使用規(guī)定。運(yùn)行過程中跟車司機(jī)要注意車輛運(yùn)行是否正常，絞車司機(jī)要注意無極繩絞車、張緊裝置工作是否正常。2.2.4 運(yùn)行中的監(jiān)測和記錄運(yùn)行中的監(jiān)測和記錄每班都應(yīng)對運(yùn)輸貨物種類、運(yùn)輸量、連續(xù)牽引車的運(yùn)行情況及發(fā)生的故障進(jìn)行記錄。2.2.5 停車的操作程序、方法及注

18、意事項(xiàng)停車的操作程序、方法及注意事項(xiàng)一般跟車司機(jī)待車輛即將運(yùn)行到位時(shí)發(fā)送停車信號，絞車司機(jī)接到停車信號后馬上操縱停車按鈕停車，另外，跟車司機(jī)也可以利用發(fā)射機(jī)的緊急停車按鈕或遙控停車（信號具備遙控功能時(shí)） 。停車后絞車司機(jī)應(yīng)注意絞車制動閘制動是否可靠。2.3 無極生絞車控制的關(guān)鍵技術(shù)及難點(diǎn)無極生絞車控制的關(guān)鍵技術(shù)及難點(diǎn)無極繩絞車電控系統(tǒng)包括：驅(qū)動、控制、操作、保護(hù)、通訊五大部分，12協(xié)調(diào)運(yùn)行，共同完成膠帶機(jī)運(yùn)行的軟起、軟停和過程控制。3 無級繩絞車控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)無級繩絞車控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)3.1 現(xiàn)場總線技術(shù)現(xiàn)場總線技術(shù)現(xiàn)場總線是現(xiàn)場智能設(shè)備相互聯(lián)絡(luò)通訊的工業(yè)控制總線，是開放的、分布式控制系

19、統(tǒng)結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)場總線實(shí)現(xiàn)在制造和過程區(qū)域的現(xiàn)場裝置與控制室內(nèi)的自動控制裝置之間的數(shù)字式、串行、多點(diǎn)通信?，F(xiàn)場設(shè)備或儀表裝置，如傳感器、變送器、執(zhí)行器和現(xiàn)場智能 I/O 等，它們不是簡單現(xiàn)場儀表，而是具有補(bǔ)償、診斷、控制等綜合功能的?，F(xiàn)場總線控制系統(tǒng) FCS（Fieldbus Control System）是在氣動控制系統(tǒng)、電動模擬控制系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)集中控制系統(tǒng)、集散控制系統(tǒng)DCS（Distributed ControlSystem）之后，基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展起來的第五代控制系統(tǒng)。現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)以智能儀表和數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)為基本組成，技術(shù)基礎(chǔ)是控制技術(shù)、智能儀表技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及數(shù)字通信技術(shù)，在工業(yè)自

20、動化領(lǐng)域已成為廣為關(guān)注的熱點(diǎn)，獲得了廣泛的應(yīng)用。通常的 FCS 系統(tǒng)中，由基于現(xiàn)場總線協(xié)議的現(xiàn)場智能儀表組成控制回路，現(xiàn)場智能儀表可承擔(dān)控制站的部分控制功能，使控制站專職于執(zhí)行復(fù)雜的高層次的控制算法，減輕其負(fù)擔(dān)。對簡單的控制應(yīng)用甚至可取消控制站，直接以現(xiàn)場總線、網(wǎng)橋和集線器連接操作站與現(xiàn)場儀表連接，構(gòu)成分布式控制系統(tǒng)。FCS 是新型的過程自動化系統(tǒng)，位于整個(gè)生產(chǎn)控制系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的底層，為底層控制網(wǎng)絡(luò)（Infranet） ，承擔(dān)生產(chǎn)運(yùn)行現(xiàn)場的測量控制任務(wù)。它還可與互聯(lián)網(wǎng)（Intenet） 、企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)（Intranet）相連。FCS 作為現(xiàn)場總13線控制系統(tǒng)，具有統(tǒng)一開放的通信協(xié)議。3.1.1

21、 現(xiàn)場總線的特點(diǎn)現(xiàn)場總線的特點(diǎn)分布式的 FCS 系統(tǒng)較之傳統(tǒng) DCS 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了“信息集中，控制分散” ，具有以下特點(diǎn)：（1）現(xiàn)場通信網(wǎng)絡(luò)在基于現(xiàn)場總線的 FCS 控制系統(tǒng)中，通過現(xiàn)場總線相連各現(xiàn)場設(shè)備，現(xiàn)場設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)相互、互通，解決了 DCS 存在信息孤島的技術(shù)缺陷。（2）一對 N 的結(jié)構(gòu)現(xiàn)場總線可連接 N 臺現(xiàn)場儀表（現(xiàn)場設(shè)備） ，設(shè)備間雙向傳輸。相對 DCS采取的一對一的信號傳送而言，現(xiàn)場總線具有布線簡單、安裝費(fèi)用低、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。（3）分散控制功能現(xiàn)場總線的智能儀表可承擔(dān)傳統(tǒng)控制站的部分控制功能，實(shí)現(xiàn)分散控制，系統(tǒng)更為靈活和自治。（4）完全開放式系統(tǒng)，具有良好的兼容性與互操作性現(xiàn)場

22、總線的技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)是公開的，是開放式互聯(lián)系統(tǒng)，不僅可與同層之間的網(wǎng)絡(luò)互連，還可實(shí)現(xiàn)不同層之間的網(wǎng)絡(luò)互連。遵守現(xiàn)場總線協(xié)議的不同廠家的現(xiàn)場儀表設(shè)備產(chǎn)品可安裝在同一現(xiàn)場總線系統(tǒng)中互聯(lián)互通，具有完全的兼容性和互操作性。（5）可靠性與穩(wěn)定性更高現(xiàn)場總線采用數(shù)字化處理和通訊技術(shù)，現(xiàn)場儀表的測控精度高，信號傳輸?shù)目垢蓴_能力強(qiáng)，從而提高了控制系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。（6）優(yōu)越的遠(yuǎn)程監(jiān)控功能14通過現(xiàn)場總線可在控制室遠(yuǎn)程監(jiān)視系統(tǒng)的各種運(yùn)行信息，遠(yuǎn)程控制現(xiàn)場的設(shè)備?？稍诳刂剖覍ΜF(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行配置與參數(shù)設(shè)置。使用網(wǎng)絡(luò)組態(tài)工具軟件，可方便地組建與配置網(wǎng)絡(luò)參數(shù)。（7）便于實(shí)現(xiàn)企業(yè)信息化系統(tǒng)企業(yè)信息集成系統(tǒng)分為三層：Infr

23、anet 控制網(wǎng)（FCS） ，企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)Intranet 和全球互聯(lián)網(wǎng) Internet。FCS 通過網(wǎng)橋?qū)F(xiàn)場測控設(shè)備相互連接，實(shí)現(xiàn)不同網(wǎng)段，不同現(xiàn)場通信設(shè)備之間的信息共享。通過網(wǎng)關(guān)連接到上層管理網(wǎng)上，把工業(yè)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)傳到生產(chǎn)管理網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的綜合自動化。由于現(xiàn)場總線的優(yōu)點(diǎn)，使 FCS 控制系統(tǒng)從設(shè)計(jì)、安裝、投運(yùn)到正常生產(chǎn)運(yùn)行及檢修維護(hù)等各方面都體現(xiàn)出優(yōu)越性，成為過程控制技術(shù)的發(fā)展方向。3.1.2 現(xiàn)場總線技術(shù)發(fā)展趨勢現(xiàn)場總線技術(shù)發(fā)展趨勢現(xiàn)場總線技術(shù)從出現(xiàn)到不斷發(fā)展，必然對自動化領(lǐng)域的發(fā)展發(fā)生重大的影響。目前同時(shí)存在著各種不同的總線標(biāo)準(zhǔn)。國際上主要的制造商除了力推自己的總線產(chǎn)品外，也開

24、發(fā)總線兼容技術(shù)，使之可與其它總線連接。向著開放統(tǒng)一的方向發(fā)展，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的簡單化，形成統(tǒng)一的國際標(biāo)準(zhǔn)，是現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展方向。同時(shí)，以太網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展也影響著現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展，通過兩者結(jié)合，可以降低現(xiàn)場總線的成本。引入工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)也是現(xiàn)場總線技術(shù)發(fā)展的一個(gè)趨勢。153.2 PROFIBUS（過程現(xiàn)場總線）（過程現(xiàn)場總線）PROFIBUS 作為目前國際上通用的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)之一，被納入現(xiàn)場總線的國際標(biāo)準(zhǔn) IEC 61158 和歐洲標(biāo)準(zhǔn) EN 50170、我國的國家標(biāo)準(zhǔn)。作為用于車間級監(jiān)控和現(xiàn)場設(shè)備層數(shù)據(jù)通信與控制的現(xiàn)312001.1038TJB場總線計(jì)術(shù),PROFIBUS 是實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場監(jiān)控的分

25、布式數(shù)字控制和通信網(wǎng)絡(luò)，工廠綜合自動化和現(xiàn)場設(shè)備智能化的解決方案。PROFIBUS 開放的現(xiàn)場總線，具有相同接口的各種的自動化設(shè)備均可在網(wǎng)絡(luò)中相互交換信息921。3.2.1 PROFIBUS 的組成的組成PROFIBUS 由 3 部分組成，即 PROFIBUS-DP（Decentralized Periphery,分布式外圍設(shè)備） 、PROFIBUS-PA（Process Automation,過程自動化）和 PROFIBUS-FMS（Fieldbus Message Specification，現(xiàn)場總線報(bào)文規(guī)范） 。PROFIBUS-FMS 定義了主站與主站之間的通信模型，用于車間級通用性任

26、務(wù)。提供訪問變量、程序傳遞、事件控制等服務(wù)。通過提供周期性傳輸主、從站之間的數(shù)據(jù)和非周期性功能，進(jìn)行組態(tài)、診斷、報(bào)警處理。FMS主要用于系統(tǒng)級與車間級系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)傳輸，處理單元級的多主站數(shù)據(jù)通信，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的通信任務(wù)。PROFIBUS-DP 用于單元級控制設(shè)備與分布式 I/O 之間的通信，可以取代 420mA 的模擬信號傳輸，傳輸速率可以達(dá)到 12Mbps，因此可快速簡單地完成數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸，一般構(gòu)成單主站系統(tǒng)和多主站系統(tǒng)。PROFIBUS-PA 是專為過程自動化設(shè)計(jì)的，主要用于現(xiàn)場傳感器和執(zhí)行器之間的低速數(shù)據(jù)傳輸。由于傳輸技術(shù)采用了 IEC1158-2 標(biāo)準(zhǔn)，可確保本16質(zhì)安全并通過總線實(shí)現(xiàn)對

27、現(xiàn)場設(shè)備供電。使用分段耦合器可以將PROFIBUS-PA 設(shè)備集成到 PROFIBUS-DP 網(wǎng)絡(luò)中。3.2.2 PROFIBUS 的傳輸技術(shù)的傳輸技術(shù)現(xiàn)場總線控制技術(shù)的應(yīng)用不僅要考慮傳輸距離和傳輸速率，還要經(jīng)濟(jì)可靠。為了滿足工業(yè)應(yīng)用的要求，PROFIBUS 提供了 RS-485 傳輸、光纖傳輸、PA 的 IEC1158-2 傳輸?shù)燃夹g(shù)，用于 DP 和 FMS。3.2.3 PROFIBUS 總線存取方式總線存取方式三種 PROFIBUS(DP、FMS、PA)都使用一致的總線存取控制、數(shù)據(jù)安全性、傳輸協(xié)議和報(bào)文的處理協(xié)議。3.2.4 PROFIBUS-DP 設(shè)備的分類設(shè)備的分類PROFIBUS-

28、DP 設(shè)備可分為以下三種不同類型的設(shè)備：（1）1 類 DP 主站（DPM1）是系統(tǒng)的中央控制器，它在預(yù)定的周期內(nèi)與分布式的站（如 DP 從站）循環(huán)地交換信息，并對總線通信進(jìn)行管理和控制。（2）2 類 DP 主站（DPM2）是 DP 網(wǎng)絡(luò)中的編程、診斷和管理設(shè)備。（3）分布式 I/O，是輸入和輸出信息采集和發(fā)送的外圍設(shè)備，它只與組態(tài)它的 DP 主站交換用戶數(shù)據(jù)。3.2.5 PROFIBUS-DP 網(wǎng)絡(luò)配置方案網(wǎng)絡(luò)配置方案（1）PLC 做 1 類主站，不設(shè)監(jiān)控站（配置一臺調(diào)試編程設(shè)備） 。由 PLC 實(shí)現(xiàn)總線的通信管理、從站數(shù)據(jù)的讀寫、從站遠(yuǎn)程參數(shù)的設(shè)置等功能。17（2）PLC 做 1 類主站，P

29、LC 與監(jiān)控站通過串口一對一連接。監(jiān)控站所需從站數(shù)據(jù)通過串口從 PLC 中讀取。（3）用 PLC（或其他控制器）做 1 類主站，監(jiān)控站連接在 PROFIBUS 總線上，完成遠(yuǎn)程編程、組態(tài)以及在線監(jiān)控等功能。（4）PC 機(jī)（配有 PROFIBUS 網(wǎng)卡）做 1 類主站，監(jiān)控站與 1 類主站一體化。PC 機(jī)應(yīng)選用具有高可靠性的工業(yè)級 PC。通信廠商通常只提供模塊的驅(qū)動程序，總線和從站控制程序、監(jiān)控程序都需要用戶開發(fā)設(shè)計(jì)。3.3 PLC 系統(tǒng)系統(tǒng)3.3.1 PLC 系統(tǒng)系統(tǒng)可編程邏輯控制器簡稱 PLC。隨著微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，而工業(yè)自動化控制需求也越來越高，PLC 在功能、速度、

30、智能化模塊以及聯(lián)網(wǎng)通信等方面都有了大的提高。PLC 不僅僅能實(shí)現(xiàn)開關(guān)量控制，還具備了模擬量控制、過程控制以及遠(yuǎn)程通信等強(qiáng)大功能。PLC 就是以嵌入式 CPU 為核心，配以輸入、輸出及通訊等模塊的工業(yè)控制裝置。PLC 具有可靠性高、編程簡單和使用方便等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，使整個(gè)控制系統(tǒng)在功能的可靠性、配置的靈活性等方面較之過去大為提高91011.PLC 控制系統(tǒng)有三種類型：控制單一機(jī)器的單臺 PLC 構(gòu)成的單機(jī)控制系統(tǒng)；控制多臺機(jī)器或生產(chǎn)流水線的單臺 PLC 構(gòu)成的集中控制系統(tǒng)；18控制多個(gè)被控對象的由多個(gè)具有通信功能的 PLC 構(gòu)成的分布式控制統(tǒng)。3.4 無極繩絞車控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與

31、選型無極繩絞車控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與選型目前各類生產(chǎn)線上主要運(yùn)用的 PLC 品牌有西門子、施耐德、ABB、GE 等。修磨機(jī)電氣控制系統(tǒng)主要包括磨頭控制、臺車控制、臺架控制、液壓站控制。因此希望選擇能滿足中等控制要求的 PLC 來完成系統(tǒng)的構(gòu)建，通過比較技術(shù)性能，性價(jià)比等，選用西門子 SIMATIC S7-300。3.5 S7-300 系列系列 PLC 簡介簡介3.5.1 S7-300 的概況的概況S7-300 是模塊化的中小型 PLC，適用于中等性能的控制要求。信號模塊和功能模塊能滿足各種領(lǐng)域的自動控制任務(wù)，用戶可根據(jù)具體情況選擇合適的模塊。當(dāng)系統(tǒng)規(guī)模擴(kuò)大時(shí)可增加模塊，擴(kuò)展 PLC 系統(tǒng)2226。3.

32、5.2 S7-300 的組成部件的組成部件S7-300 PLC 是模塊式的 PLC，它由以下幾部分組成：中央處理單元（CPU）負(fù)載電源模塊（PS）信號模塊（SM）信號模塊主要是數(shù)字量輸入/輸出模塊和模擬量輸入/輸出模塊。數(shù)字量輸入/輸出模塊有 SM321/SM322；19模擬量輸入/輸出模塊有 SM331/SM332；模擬量還有熱電偶、熱電阻、DC4-20mA 和 DC010V 等多種不同類型輸入模塊。功能模塊（FM）功能模塊用于對實(shí)時(shí)性和存儲容量要求高的控制任務(wù)，例如計(jì)數(shù)模塊、電子凸輪模塊、步進(jìn)電動機(jī)定位模塊等。通信處理器（CP）通信處理器用于 PLC 之間、PLC 與計(jì)算機(jī)和其他智能設(shè)備之

33、間的通信，可以將 PLC 接入 PROFIBUS-DP、ASi 和工業(yè)以太網(wǎng)，或用于實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)通信等。通信處理器可以減輕 CPU 處理通信的負(fù)擔(dān)，并減少用戶對通信的編程工作。接口模塊（IM）接口模塊用于多機(jī)架配置時(shí)連接主機(jī)架（CR）和擴(kuò)展機(jī)架（ER） 。S7-300 通過分布式的主機(jī)架和 3 個(gè)擴(kuò)展機(jī)架，最多可以配置 32 個(gè)信號模塊、功能模塊和通信處理器。PLC 系統(tǒng)設(shè)主站和遠(yuǎn)程 I/O 站。主站內(nèi)配置 CPU 模塊、通訊模塊和I/O 接口模塊；遠(yuǎn)程站內(nèi)配置有通訊接口模塊、遠(yuǎn)程 I/O 接口模塊；主站和遠(yuǎn)程 I/O 站之間采用 ProfibusDP 總線通訊。3.6 無級繩絞車控制系統(tǒng)的通信

34、網(wǎng)絡(luò)配置無級繩絞車控制系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)配置修磨機(jī)的通信網(wǎng)絡(luò)采用了 PROFIBUS-DP 協(xié)議，傳輸速率可達(dá) 12Mbps。選用 S7-300 的 CPU316-2DP 作為 DP 主站，負(fù)責(zé)修磨機(jī)的整體協(xié)調(diào)控制、磨頭和臺車精確位置和速度控制 CPU316-2DP 與從站循環(huán)地交換信息，并對總線通信進(jìn)行控制和管理，是系統(tǒng)的中央控制器。通過集成的PROFIBUS-DP 接口可直接連接到 PROFIBUS-DP 現(xiàn)場總線。DP 從站有 ET 20200、變頻器、編碼器、操作面板等。ET200 是多通道模塊化分布式 I/O，最多可擴(kuò)展 8 個(gè)模塊、連接 256 個(gè) I/O 通道，適用于大點(diǎn)數(shù)、高性能的

35、應(yīng)用242224。使用 STEP7 作為設(shè)備的編程軟件。3.7 修磨機(jī)修磨機(jī) PLC 控制系統(tǒng)的硬件配置控制系統(tǒng)的硬件配置 表 3.1 PLC 系統(tǒng)主要硬件表名稱訂貨號主要技術(shù)參數(shù)數(shù)量DP 地址電源模塊6ES7 307-1EA00-0AA0 220VAC/24VDC、5A。10CPU 模塊6ES7 316-2AG00-0AB0內(nèi)置工作存儲器：程序1.4MB、數(shù)據(jù) 1.4MB；10存儲卡6ES7 951-1KK00-0AA0容量：1MB10接口模塊6ES7 365-0BA01-0AA0用于中央控制器和一個(gè)帶最多 8個(gè)模塊擴(kuò)展機(jī)架；距離：1 m10，16ES7 321-1BL00-0AA024VD

36、C；32 點(diǎn)3 0數(shù)字量輸入模塊6ES7 131-0BL00-24VDC；32 點(diǎn)2 5，10210XB0 6ES7 131-0BL10-0XB024VDC；32 點(diǎn)1 66ES7 322-1BL00-0AA024VDC；32 點(diǎn)2 06ES7 1320BH1-0XB024VDC；16 點(diǎn)2 7，8數(shù)字量輸出?？?ES7 132-0BL0-OXB024VDC；32 點(diǎn)1 11數(shù)字量輸入/輸出模塊6ES7 133-0BL00-0XB0 24VDC；16/161 9模擬量輸入模塊6ES7 331-7KF01-0AB024VDC；8 點(diǎn)；輸入信號：電壓、電流、熱電阻、熱電偶。41模擬量輸出模板6ES

37、7 332-5HD01-0AB024VDC；4 點(diǎn)；輸出信號：電壓、電流；負(fù)載阻抗：電壓 1000 歐姆、電流 500 歐姆2122操作屏昆侖通態(tài) TPC1062KS觸摸屏主頻 400MHz1 4編碼器Leine&linde BOX 8 SE-645 21 Starangnas1 12編碼器HUBNER FG4KK 8192G-90G-NG1 12變頻器6ES7033-2EG60-Z114變頻器6ES7026-0ED61-Z115 表 3.2 I/O 點(diǎn)數(shù)匯總表信號類型設(shè)計(jì)點(diǎn)數(shù)實(shí)際使用點(diǎn)數(shù)剩余點(diǎn)數(shù)模擬量輸入32 點(diǎn)24 點(diǎn)8 點(diǎn)模擬量輸出8 點(diǎn)6 點(diǎn)2 點(diǎn)開關(guān)量輸入208 點(diǎn)143 點(diǎn)65 點(diǎn)

38、開關(guān)量輸出160 點(diǎn)89 點(diǎn)71 點(diǎn)3.8 無極生絞車的變頻傳動系統(tǒng)無極生絞車的變頻傳動系統(tǒng)3.8.1 變頻器的工作原理變頻器的工作原理變頻器是將固定頻率的交流電變換為頻率連續(xù)可調(diào)的電力裝置27。通過改變電機(jī)輸入電壓的頻率來改變電機(jī)轉(zhuǎn)速。233.8.2 變頻器電路的基本功能變頻器電路的基本功能三相變頻器由三相整流橋、直流中間電路、逆變電路三部分組成。整流橋?qū)⒐ゎl的外部電源變換直流電源，中間電路起濾波與保護(hù)作用，逆變電路將直流變換成頻率可變的交流電。變頻器的控制電路包括：主控制電路、信號檢測電路、基極驅(qū)動電路、外部接口電路以及保護(hù)電路?？刂齐娐窓z測工作的狀態(tài)與參數(shù)，使變頻器能夠進(jìn)行各種高性能的控

39、制，并為變頻器主電路提供所需的保護(hù)。3.8.3 逆變電路的基本工作原理逆變電路的基本工作原理逆變電路的基本原理是：輸入直流電源，由六個(gè)晶體管開關(guān)組成三相逆變電路，通過控制這六個(gè)開關(guān)，在輸出端得到相位上相差 120 度(電氣角)的三相交流電源。開關(guān)頻率決定交流電源的頻率，幅值為直流電源的幅值。只要改變開關(guān)順序可改變該交流電源的相序，從而改變異步電動機(jī)轉(zhuǎn)向。3.8.4 變頻器的種類變頻器的種類變頻器有五種分類方式：按交流環(huán)節(jié)不同可分為間接和直接變頻器；按直流24電路的濾波方式可分為電壓型和電流型變頻器；按電壓的調(diào)制方式可分為脈沖幅值調(diào)制和脈沖寬度調(diào)制；按控制方式可分為 V/f 控制、轉(zhuǎn)差頻率控制和

40、矢量控制方式；按輸入電流的相數(shù)可分為三進(jìn)三出和單進(jìn)三出變頻器。3.8.5 中小容量通用型變頻器的主電路中小容量通用型變頻器的主電路雖然變頻器的種類較多，但它們的基本結(jié)構(gòu)相似，大部分采用以下主電路結(jié)構(gòu)（圖 3.1） 。 圖 3.1 交直交電壓型變頻器主電路3.8.6 變頻器的選型變頻器的選型1）確定負(fù)載的機(jī)械特性 a）恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載TL（阻轉(zhuǎn)矩）271000kgg1.8m476.2825TL傳送帶與傳輸拖輥之間的摩檫力 FL與半徑 r 的乘積 b）恒功率負(fù)載 不同的轉(zhuǎn)速下，負(fù)載功率是不變的。 c）平方律負(fù)載 阻轉(zhuǎn)矩與 n2（轉(zhuǎn)速）成正比。2）確定變頻器的容量 一般情況下，變頻器的電流大于或等于額定電

41、流，即：IBIe。在連續(xù)變動負(fù)載中，變頻器應(yīng)選電流大于或等于電機(jī)運(yùn)行過程中的最大電流，即：IBImax。 對三相電機(jī)而言，P2（電機(jī)功率） COSIU33）確定變頻器的控制方式 變頻器控制方式有：a）V/FC 恒定控制（V/F 頻率控制、V/F 速度控制）適用于水泵、風(fēng)機(jī)一類平方律負(fù)載； b）矢量控制 矢量控制通過三相-兩相變換和同步旋轉(zhuǎn)變換，把交流異步電動機(jī)在按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)上等效成直流電動機(jī)，從而模仿直流電動機(jī)進(jìn)行控制，得到在靜、動態(tài)性能上完全能夠與直流調(diào)速系統(tǒng)相媲美的交流調(diào)速系統(tǒng)。矢量控制強(qiáng)調(diào)轉(zhuǎn)子磁鏈與轉(zhuǎn)矩的解耦，實(shí)現(xiàn)連續(xù)控制，調(diào)速范圍較寬。c）直接轉(zhuǎn)矩控制 直接轉(zhuǎn)矩控制與矢

42、量控制不同，直接轉(zhuǎn)矩控制放棄了旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換，而是在靜止兩相坐標(biāo)系上控制轉(zhuǎn)矩和定子磁鏈，并采用砰-砰控制以獲得快速的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)。直接轉(zhuǎn)矩控制強(qiáng)調(diào)控制定子磁鏈，不受轉(zhuǎn)子參數(shù)隨轉(zhuǎn)速變化而變化，采用轉(zhuǎn)矩和定子砰-砰26控制而避開了旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換，簡化了控制結(jié)構(gòu)，動態(tài)響應(yīng)快。 以上 b） 、c）適用于重負(fù)載或恒轉(zhuǎn)矩工況。根據(jù)工作情況，我們選擇直接轉(zhuǎn)矩控制的變頻器直接轉(zhuǎn)矩控制的變頻器控制原理如圖 2 所示圖 2 DTC 控制原理圖直接轉(zhuǎn)矩控制具有以下優(yōu)點(diǎn)：1) 直接轉(zhuǎn)矩控制（DTC）與矢量控制不同，直接轉(zhuǎn)矩控制的反饋量是力矩信號，高速數(shù)字信號處理器每秒鐘更新 40000 次實(shí)際檢測的電流信號和 DC 母線電壓

43、信號，再由這些信號根據(jù)自適應(yīng)電機(jī)模型計(jì)算出力矩信號，并對其進(jìn)行直接控制。它較矢量控制通過控制電流來間接控制力矩的方法更直接、快速、高精度。直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)的特點(diǎn)：a) 電機(jī)磁場矢量軌跡接近圓形，諧波小，損耗低，噪聲及溫升均比27一般逆變器驅(qū)動的電機(jī)小得多。b) 電機(jī)的數(shù)字模型是建立在定子坐標(biāo)系下分析并控制磁鏈和轉(zhuǎn)矩的，省掉了復(fù)雜的坐標(biāo)變換及其計(jì)算，因而控制系統(tǒng)十分簡單，物理過程直接明確。c) 直接轉(zhuǎn)矩控制采用定子磁鏈定向，該量僅與定子電阻有關(guān)，只要知道了定子電阻，就可以進(jìn)行磁鏈?zhǔn)噶靠刂?。d) 直接轉(zhuǎn)矩控制強(qiáng)調(diào)的是轉(zhuǎn)矩的直接控制與效果，避開了通過控制電流，磁鏈等量間接控制轉(zhuǎn)矩的過程，而是直接控制

44、電機(jī)轉(zhuǎn)矩，因而使電機(jī)獲得極高的響應(yīng)頻率，從而保證電機(jī)具有良好的速度控制能力。同時(shí)也使得系統(tǒng)具有較強(qiáng)的抗機(jī)械諧振能力。e) 精確的電機(jī)模型，高速數(shù)據(jù)處理技術(shù)，借助于獨(dú)立控制的兩點(diǎn)轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器和磁鏈調(diào)節(jié)器，使優(yōu)化脈沖控制邏輯以極快的響應(yīng)頻率去高速更新控制脈沖的狀態(tài)，保證了轉(zhuǎn)矩階躍響應(yīng)快速且無超調(diào)，也使得系統(tǒng)有很好的零速滿轉(zhuǎn)矩能力，特別適合提升應(yīng)用。f) 由于直接轉(zhuǎn)矩控制方式不需要測速反饋信號，因此可以不裝測速機(jī)，其轉(zhuǎn)矩和速度的控制水平優(yōu)于閉環(huán)直流調(diào)速，如果有測速機(jī)反饋轉(zhuǎn)速信號的話，直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的各項(xiàng)指標(biāo)均遠(yuǎn)高于其他各項(xiàng)控制方式。3.9 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) 無極繩絞車各設(shè)備現(xiàn)場分布廣，I/O 點(diǎn)多，

45、若采用集中控制不利于現(xiàn)場布線，如梭車上有大量信號，梭車是運(yùn)動的，使用控制電纜采集信號會造成拖纜小車負(fù)荷大，故障環(huán)節(jié)多等不利影響。所以 CPU 布置在主操作臺內(nèi)，有 2 個(gè)機(jī)架，現(xiàn)場設(shè)備如閥臺、梭車、操作面板、編碼器、變頻器等采用分布式 I/O，現(xiàn)場總線方式。28 圖 3.3 系統(tǒng)硬件組態(tài)配置圖模擬量輸入模塊 SM331:用于連接電壓和電流傳感器、熱電偶、電阻器和電阻式溫度計(jì)。SM331 目前有兩種規(guī)格型號，一種是 812 位模塊，一種是 212 位模塊，我們系統(tǒng)所使用的是 812 位模擬量輸入模塊，連接垂直缸壓力銷傳感器、線性傳感器，水平缸線性傳感器，臺車測速電機(jī)，齒輪箱、液壓站、潤滑站溫度傳

46、感器和壓力、速度等設(shè)定值。模擬量輸出模塊 SM332:用于連接模擬量執(zhí)行器。SM332 目前有 212 位和 412 位兩種規(guī)格型號，我們所選用的為 412 位模擬量輸出模塊，主要連接垂直缸電磁閥伺服閥和壓力、速度等的給定值。數(shù)字量輸入模塊 SM321:用于連接外部的機(jī)械觸點(diǎn)和電子數(shù)字式傳感器，本系統(tǒng)中主要連接各種接近開關(guān)、光電管、限位開關(guān)和操作臺各控制按鈕信號。數(shù)字量輸出模塊 SM332:用于連接電磁閥、接觸器指示燈、電機(jī)啟動器等。在本系統(tǒng)中主要連29接水平缸電磁閥和各信號燈指示。3.10 無極生絞車控制原理無極生絞車控制原理由 KXJD1-127 隔爆兼本質(zhì)安全型電源控制箱和 CXH-1/

47、9.5 本質(zhì)安全型操作臺組成。1) 控制原理理想的啟動速度曲線，應(yīng)使帶式輸送機(jī)平穩(wěn)啟動，且在整個(gè)啟動過程中加速度的最大值較小，沒有突變，即最大限度地減小啟動慣性力和啟動沖擊作用。國內(nèi)常用的控制曲線如圖 3 所示，其曲線方程為：v(t)=v/2(1-cost/T) 0tTv：設(shè)計(jì)帶速，T：啟動時(shí)間。由于輸送機(jī)在啟動之前，輸送帶處于松弛狀態(tài)，為避免輸送帶的沖擊，將輸送帶拉緊啟動，可進(jìn)一步改善啟動峰值張力作用。這樣，需要在啟動開始階段加入一段時(shí)間延遲段，其最佳起動曲線如圖 4 所示。延遲段的速度一般取為設(shè)計(jì)帶速的 10。 30 圖三 上述曲線中啟動時(shí)間 T 是非常重要的設(shè)計(jì)參數(shù)，一般可根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，

48、通過控制啟動最大加速度或平均加速度，初步確定啟動時(shí)間，再根據(jù)動態(tài)分析結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化。通常情況下，長距離帶式輸送機(jī)的啟動最大加速度不大于 0.05m/s2，中長距離帶式輸送機(jī)的啟動最大加速度不大于 0.1m/s2。a) 變頻器的啟動控制曲線理想的啟動速度曲線，應(yīng)使帶式輸送機(jī)平穩(wěn)啟動，且在整個(gè)啟動過程中加速度的最大值較小，沒有突變，最大限度地減小啟動慣性力和啟動沖擊力。本技術(shù)方案檢驗(yàn)控制曲線如圖 4 所示。 圖四 起動過程為避免輸送機(jī)在啟動過程中發(fā)生共振現(xiàn)象，本方案啟動時(shí)間 T 根據(jù)我公司的經(jīng)驗(yàn)設(shè)置在 T5LVw，即啟動時(shí)間 T 大于下分支輸送帶縱向波由機(jī)頭傳到機(jī)尾所需時(shí)間的 5 倍。L：輸送機(jī)總長

49、，mVw：輸送帶縱向應(yīng)力波傳遞速度，m/s Vw=EB/（qB+qRu）0.1VTV0時(shí)間速度皮帶拉緊時(shí)間31E：輸送帶彈性模量，N/mmB：帶寬，mmqB：輸送帶單位質(zhì)量，kg/mqRu：下分支托輥轉(zhuǎn)動部分質(zhì)量，kg/mb) 起動時(shí)的功率平衡。為達(dá)到這一效果，本方案采用交流變頻器作為驅(qū)動部件。在多機(jī)拖動時(shí)，根據(jù)皮帶機(jī)機(jī)械驅(qū)動裝置的布置，BPJ1 系列變頻器可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩或速度全程跟蹤，達(dá)到功率平衡。如：當(dāng) 2 臺以上電機(jī)同時(shí)起動，且前兩臺電機(jī)處于同軸時(shí)，則兩同軸的 1 號電機(jī)設(shè)為主機(jī)，2 號電機(jī)必須設(shè)為轉(zhuǎn)矩跟蹤；不同軸的 3 號電機(jī)設(shè)為速度跟蹤。并將 2 號變頻器的速度輸出作為 3 號變頻器的速

50、度輸入給定。如此，便能實(shí)現(xiàn) 3 臺電機(jī)功率平衡。c) 變頻器的停車變頻器的停車由自由停車和變頻停車兩種。自由停車是靠系統(tǒng)慣性停車，變頻停車是按預(yù)定的停車曲線停車，即：正常運(yùn)行停車時(shí)，PLC 控制器給變頻器一個(gè)停車命令（可以是接點(diǎn)信號，也可以是 4-20mA 給定的倒“S”型或線性停車曲線） ，變頻器會按照給定的停車曲線和時(shí)間自動進(jìn)行停車，即：變頻器在接收到停車指令后，會按給定的減速參數(shù)盡可能地減速到給定值，然后開始直流制動。正常情況下，當(dāng)變頻器的頻率降到 0.5Hz 時(shí),開始直流制動,整個(gè)停車過程，一般在 10-60s 之內(nèi)完成（如圖 6 所示）32 圖六3.11 無極繩絞車控制系統(tǒng)硬件配置無

51、極繩絞車控制系統(tǒng)硬件配置本方案的控制系統(tǒng)內(nèi)由 KXJD1-127 型隔爆兼本質(zhì)安全型電源控制箱（如圖 7 所示）來完成，箱內(nèi)裝有西門子 S7-300PLC、觸摸屏（或顯示器） 、本質(zhì)安全型電源和繼電器等。33 圖 7主要功能和特點(diǎn)：a) 采用模塊化結(jié)構(gòu)各 I/O 模塊采用可拆卸端子排，出現(xiàn)故障時(shí)便于維修和更換；具有故障自診斷功能 PLC 的掃描器和適配器發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)會通過網(wǎng)絡(luò)的通訊情況判斷故障，并發(fā)出報(bào)警；PLC 的 I/O 模塊發(fā)生故障時(shí)，CPU 會通過 I/O模塊的狀態(tài)位偵測到故障及故障內(nèi)容，系統(tǒng)會發(fā)出報(bào)警。PLC 配有 PT100溫度模塊，實(shí)時(shí)檢測電機(jī)（電機(jī)內(nèi)置 TP100）各測點(diǎn)溫

52、度，實(shí)現(xiàn)超溫保護(hù)并在顯示屏和上位機(jī)上顯示。整個(gè) PLC 控制功能主要是完成變頻器運(yùn)行過程和輔助設(shè)備所有控制功能，即軟起、軟停和過程控制。b) 供操作箱的外部本安傳感器用，可提供 5 路不共地的隔離柵，其中 3 路作隔爆與本安的轉(zhuǎn)換，1 路作隔爆與非隔爆的轉(zhuǎn)換；可輸入 16 個(gè)開關(guān)量信號，2 個(gè) 420mA 模擬量信號，可輸出 8 個(gè)開關(guān)量信號，2 個(gè)模擬量信號；輸出接點(diǎn)容量：DC10A、220V、AC16A、500V；本安端：最高電壓34DC9.5V，最大電流 1A。c) 觸摸屏觸摸屏具有各種設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和參數(shù)顯示功能，包括膠帶的運(yùn)行、停止、電機(jī)轉(zhuǎn)速、電機(jī)電流、故障保護(hù)（尾部重錘限位、煤倉煤位

53、、語音、灑水、溫度、打滑等） 、近控遠(yuǎn)控狀態(tài)、電機(jī)溫度、變頻器溫度、變頻器直流電壓、系統(tǒng)電壓電機(jī)功率、電機(jī)轉(zhuǎn)矩、電機(jī)頻率、運(yùn)行時(shí)間等幾十個(gè)參數(shù)和多達(dá) 50 個(gè)故障及報(bào)警信息，觸摸屏還可以通過門上 5 個(gè)防爆型按鍵修改程序或控制皮帶運(yùn)行。起動流程圖（詳見圖 8）和停車流程圖（詳見圖 9）觸摸屏顯示大致分為六個(gè)主畫面和若干個(gè)子畫面。上電后觸摸屏顯示“歡迎”畫面，通常情況下選擇“監(jiān)控”按鈕，進(jìn)入“系統(tǒng)監(jiān)控”畫面，如選擇“報(bào)警”按鈕，進(jìn)入“故障報(bào)警”畫面，如選擇按“參數(shù)”按鈕，進(jìn)入“延時(shí)參數(shù)設(shè)定”畫面，如選擇按“系統(tǒng)”按鈕，進(jìn)入“系統(tǒng)設(shè)定”畫面?！跋到y(tǒng)監(jiān)控”畫面第一行左上角是工作方式指示，中間是工作狀

54、態(tài)指示，右邊是起動、停止按鈕。以下幾行為指示燈，當(dāng)對設(shè)備動作后，呈高亮狀態(tài)?！肮收蠄?bào)警”畫面可以通過“報(bào)警清單”按鈕條查看目前報(bào)警的故障，“報(bào)警記錄”按鈕條清除故障報(bào)警記錄。 “故障復(fù)位”按鈕條用于解除軟件上的故障自鎖。“系統(tǒng)設(shè)定”畫面的“設(shè)備監(jiān)視”按鈕條可以實(shí)現(xiàn)監(jiān)視 PLC 的內(nèi)部軟件， “PCL 診斷”按鈕條可以查看 PLC 程序指令， “數(shù)據(jù)文件”按鈕條可以編輯觸摸屏的數(shù)據(jù)文件值， “畫面清單”可以查看觸摸屏所有的畫面， “時(shí)間日期”按鈕條可以設(shè)定當(dāng)前時(shí)間， “對比度”按鈕條可以調(diào)整觸摸屏的對比度， “蜂鳴器”按鈕條可以關(guān)閉或打開觸摸時(shí)的聲音， “停止 PLC”按35鈕條用于在“程序清單

55、”畫面中修改程序指令時(shí)停止 PLC。“延時(shí)參數(shù)設(shè)定”畫面有兩上畫面組成，用于對程序中的延時(shí)參數(shù)進(jìn)行監(jiān)視和修改，觸摸某項(xiàng)參數(shù)的標(biāo)簽，在彈出軟鍵盤上修改參數(shù)，按畫面上的“保存修改值”按鈕條，可以保存已修改的參數(shù)， “載信修改值”將導(dǎo)入上次保存過的、經(jīng)修改的參數(shù)， “載入設(shè)定值”將導(dǎo)入默認(rèn)的參數(shù)。 36 圖 8 起動流程圖37 圖 9停車流程圖3.12 電氣控制系統(tǒng)的操作部分電氣控制系統(tǒng)的操作部分操作部分在 CXH-1/9.5 本安操作臺上完成（見圖 10） ，操作臺裝有德國 P+F 公司生產(chǎn)的本安 PLC 模塊、隔離柵、網(wǎng)關(guān)、遠(yuǎn)程 I/O 及操作按鈕等，具有就地、集控和手動、自動等多種操作方式。操

56、作臺上配備的按鈕及開關(guān)有：功能選擇、設(shè)備的起停、速度選擇、無級調(diào)速、單臺運(yùn)行、正反運(yùn)行等等；參數(shù)顯示由一塊線性彩色顯示屏及相應(yīng)的儀表完成，主要顯示設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行參數(shù)，并和主機(jī)（關(guān)聯(lián)設(shè)備 KXJD1-127 點(diǎn)控箱）進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。 就地方式：38在就地工作方式下，通過變頻器上的起停按鈕實(shí)現(xiàn)皮帶機(jī)的起停，自動按設(shè)定的加速曲線完成皮帶機(jī)的軟啟動和軟停車。 集控方式（自動方式）在集控方式下能通過 PROFIBUS 總線實(shí)現(xiàn)膠帶機(jī)的多機(jī)聯(lián)動等上述各種控制功能，接收來自現(xiàn)場設(shè)備各種控制狀態(tài)信號，并把所有數(shù)據(jù)通過PROFIBUS 總線先轉(zhuǎn)換成本質(zhì)安全型總線 FSK,然后到達(dá)地面以后再由FSK/PROF

57、IBUS 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成 PROFIBUS 總線，傳送給上位機(jī)；也可以在上位機(jī)上對井下皮帶進(jìn)行控制操作。如上位機(jī)和井下控制器距離非常遠(yuǎn)，則可配置網(wǎng)絡(luò)增強(qiáng)器來完成信號的傳輸。本技術(shù)方案可將采區(qū)轉(zhuǎn)載皮帶、石門皮帶、順槽皮帶、大巷皮帶及至地面篩分皮帶等分成幾大控制節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)均配有電源控制箱，既可獨(dú)立完成節(jié)點(diǎn)內(nèi)的控制，也可以通過 PROFIBUS 總線方式完成集控。集控點(diǎn)設(shè)置在調(diào)度室，工作人員可以在調(diào)度室內(nèi)開、停井下和篩分車間的各臺變頻器和皮帶機(jī)的起停。井下可實(shí)現(xiàn)無人執(zhí)守。 手動方式可以在操作臺上手動操作完成皮帶機(jī)的啟、停及過程控制。當(dāng)膠帶機(jī)部分傳感器有故障時(shí)（非主要傳感器） ，為不影響生產(chǎn)，可以手

58、動控制運(yùn)行，亦稱為檢修運(yùn)行。3.13 無極繩絞車的保護(hù)系統(tǒng)無極繩絞車的保護(hù)系統(tǒng)1) 變頻器的各種保護(hù)變頻器具有過流、過壓、欠壓、短路、接地、過熱、過載、斷相、電機(jī)堵轉(zhuǎn)等保護(hù)。2) 膠帶機(jī)運(yùn)行各種保護(hù)39膠帶機(jī)設(shè)有起動預(yù)警信號、跑偏、急停、煙霧、速度、堆煤、縱撕、溫度、煤位、張力等保護(hù)。同時(shí)配有語音擴(kuò)音電話等。3）故障保護(hù)a）系統(tǒng)提供了煤位、煙霧、油溫、縱撕、沿線停車、跑偏、打滑、電機(jī)過載等多種常用的故障保護(hù)功能。任何一個(gè)保護(hù)傳感器動作，都將導(dǎo)致停車，并且在觸摸屏上的“故障清單”有相應(yīng)的顯示。b） 沿線任一拉線、跑偏開關(guān)動作，操作臺上的觸摸屏“報(bào)警清單”有故障顯示，跑偏確認(rèn)的延時(shí)時(shí)間為 2 秒。

59、c） 打滑速度整定值為額定帶速的 75%，確認(rèn)延時(shí)時(shí)間為 3 秒。d） 如果閘電機(jī)電源缺相或過流引起熱繼電器動作，其常閉接點(diǎn)斷開，將導(dǎo)致立即停電機(jī)、抱閘。e） 起動過程中，任一臺磁力起動器沒有在規(guī)定的時(shí)間（3 秒）內(nèi)返回已起動信號，或者在運(yùn)行過程中，返回的已起動信號消失，都將導(dǎo)致停車。f）在運(yùn)行過程中，隨意切換工作方式，將導(dǎo)致停車。g）在集控運(yùn)行中，輸入的遠(yuǎn)控信號消失，立即正常停車，輸入的前級運(yùn)行信號消失，立即導(dǎo)致緊急停車。h） 當(dāng) PLC 的內(nèi)置電池容量不足時(shí)，在“PLC 診斷”畫面有顯示，應(yīng)當(dāng)購買專用電池替換，否則將導(dǎo)致程序丟失，最多不可超過 1 個(gè)月。i）若觸摸屏的顯示通信中斷，只要 P

60、LC 沒損壞，控制箱可以起停本條皮帶。404 無極繩絞車控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)無極繩絞車控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)4.1 軟件設(shè)計(jì)綜述軟件設(shè)計(jì)綜述STEP 7 是用于對 SIMATIC 可編程控制器，進(jìn)行組態(tài)和編程的標(biāo)準(zhǔn)軟件包，適用 SIMATIC S7-300/S7-400、SIMATIC M7-00/M7-00 以及 SIMATIC C7 等設(shè)備。用 STEP 7 軟件設(shè)計(jì)一個(gè)自動化解決方案，就是創(chuàng)建一個(gè)項(xiàng)目，完成硬件組態(tài)和程序編寫，進(jìn)而在線調(diào)試，實(shí)現(xiàn)自動化系統(tǒng)的控制功能25。在 STEP7 中，由獨(dú)立的程序或數(shù)據(jù)單元組成的各種類型的塊組成用戶程序。組織塊 OB 是由啟動程序、主程序和中斷響應(yīng)程序等各種程序模塊組成的；功能 FC 和功能塊 FCB 是用戶編寫的程序塊，可被其他程序塊調(diào)用；系統(tǒng)功能 SFC 和系統(tǒng)功能塊 SFB 是供用戶調(diào)用的固化在 CPU 中的功能塊；背景 DB 和共享 DB 是用戶程序的數(shù)據(jù)存儲區(qū)。所有的這些塊都可在 Blocks 目錄下插入生成。編寫程序塊時(shí)要對程序塊的屬性進(jìn)行設(shè)置，在程序編輯器的工具欄里選擇所需的編程指令對程序塊進(jìn)行編輯。