PLC在礦山采礦應用畢業(yè)設計

1、 畢業(yè)設計（論文） 題 目： plc在礦山采礦中的應用學 院： 繼 續(xù) 教 育 學 院 助學單位： 遼 寧 石 油 化 工 大 學 辦學形式： 自 學 考 試 專 業(yè)： 自動化091 準考證號： 070110101571 姓 名： 李鎮(zhèn) 指導教師： 朱彬 2011年08月plc在礦山采礦中的應用摘要本論文采用模塊組合式設計思想，結構緊湊，方便、靈活、占地小，易于系統(tǒng)的維護與功能的擴展。整機采用西門子plc（s7-300）控制，采用內部繼電器代替外部中間繼電器和時間繼電器。對于主電路過電壓過電流保護環(huán)節(jié)，保留原有的電流繼電器，主脫扣空氣開關，和逆功率繼電器。并且把節(jié)點送入plc處理。在保留原來測

2、速發(fā)電機做為測速反饋的基礎上，增加高精度絕對編碼器實現(xiàn)提升機的位置和速度、方向監(jiān)測，運用軟件編程，實現(xiàn)提升機的限位保護、等過速度保護、低速，亞同步速，爬行等進行靈活的處理。及時發(fā)出預報警信號，故障緊急處理等。按照以電流為主時間為副的控制思想，自動調整切除電阻的時間，保障提升機的平穩(wěn)啟動，而與提升負載無關，同時實現(xiàn)啟動保護，運行保護。同時時間繼電器全部由plc內部繼電器,不需要進行整定,需要的時候可以進行手動修改.對可調閘環(huán)節(jié)，稍作改進，保持原有的操作方式，對其控制部分進行重新設計，以接入整個系統(tǒng)實現(xiàn)控制和監(jiān)測。cpu進行數(shù)據(jù)的控制處理后通過模擬量的輸出來控制模塊化的可調電源，用其對可調閘線圈進

3、行控制。對于可控硅動力制動環(huán)節(jié)，采用先進的數(shù)字觸發(fā)電路。 關鍵字：plc，中間繼電器，時間繼電器，逆功率繼電器this paper adopts the modular design, compact structure, convenient, flexible, covers an area of small, easy to system maintenance and function expansion. the machine adopts siemens plc ( s7-300 ) control, the internal relay to replace the exter

4、nal intermediate relay and time relay. for the main circuit of overvoltage and overcurrent protection link, retaining the original current relay, the main trip air switch, and a reverse power relay. and the node into the plc processing. in the original reservation tachometer generator for velocity m

5、easurement based on feedback, increase precision of absolute encoder implementation elevator position and speed, direction of monitoring, application software programming, realize the hoist limit protection, over speed protection, low speed, and with the pace, crawling, flexible processing. to send

6、out alarm signal, fault emergency treatment. according to the current time as deputy main thought control, automatic adjustment for resistance time, protection of hoist smooth starting, and ascension is independent of the load, while achieving the start protection, operation and protection. at the s

7、ame time relay internal relay by all the plc, does not require setting, when needed can be manually modified. the adjustable brake link, improved slightly, maintaining the original mode of operation, the control part of the redesign, to access the entire system to realize the control and monitoring.

8、 cpu data control after treatment through analog output to control modular adjustable power supply, with its to the adjustable brake coil control. for scr power brake links, the use of advanced digital trigger circuit.keyword: plc, an intermediate relay, a time relay, a reverse power relay目 錄1 緒 論11

9、.1自動控制的發(fā)展及應用11.2可編程控制器（plc）的發(fā)展與應用21.3課題的背景及意義32 系統(tǒng)設計總體方案42.1系統(tǒng)的方案設計42. 1.1系統(tǒng)設計關鍵技術介紹42. 1.2主要設備技術指標及參數(shù)42.2總體技術方案及系統(tǒng)結構介紹52.2.1總體技術方案介紹52. 2.2系統(tǒng)各組成部分介紹53 設備硬件選型設計103.1可編程邏輯控制器103.1.1可編程邏輯控制器原理103.1.2 plc 選型103.1.3 s7-300 cpu的存儲區(qū)103.2數(shù)字量輸入模塊143.2.1 數(shù)字量輸入模塊的特點143.2.2 數(shù)字量輸入模塊的技術規(guī)范143.3數(shù)字量輸出模塊143.3.1數(shù)字量輸出

10、模塊的特點153.3.2數(shù)字量輸出模塊技術規(guī)范154 程序軟件的設計164.1西門子step 7標準軟件包的功能164.2 step7中的應用程序164.2.1 simatic 管理器164.2. 2符號編輯器174. 2. 3編程語言184.3 step 7程序結構204. 3 .1程序塊的類型204. 3. 2程序的主要結構214.4功能調試274. 4.1 plc的調試274.4. 2輸入信號調試274. 4. 3輸出信號調試284. 4. 4控制程序調試284. 4. 5通訊調試28總 結29致 謝30參考文獻31緒論隨著計算機控制技術的迅速發(fā)展，以微機處理為核心的可編程序控制器（pl

11、c）控制已逐步取代繼電器控制，普遍應用于各行各業(yè)的自動控制領域，礦山采礦運輸系統(tǒng)也不例外，吉林吉恩鎳業(yè)股份公司大嶺礦gktd型提升機電控系統(tǒng)即為西門子plc（s7-300）控制系統(tǒng)，整個控制系統(tǒng)自動化程度高，方便維護，運行可靠。 礦井提升機是礦山井下采礦運輸系統(tǒng)中的關鍵設備，它承擔礦物的提升，人員的上下，材料和設備的運送。礦井提升機作為地面與井下物質與人員流通的運輸工具，在操作安全性和提升控制精確性等 方面都有很高的要求。提升機的運行直接影響礦井生產，而且也與礦山職工的生命安危息息相關。原電控系統(tǒng)已運行多年，而且均采用繼電器連鎖，模擬分立電子元件控制，使檢修和維護的難度非常大，一旦出現(xiàn)問題無法

12、立即監(jiān)測故障點，各種分立電子元件容易老化，監(jiān)測和更換難度比較大。組合件都是在觸點開關狀態(tài)下工作，由于頻繁動作，造成觸點接觸不良及器件的使用壽命減少，且噪聲較大。為了便于對提升機運行的準確操作，方便物質與人員上 下，防止 沖罐、墜罐等惡性事故的發(fā)生，精確控制提升機任一時刻在井中的位置與運行速度，減少系統(tǒng)的故障率,提高系統(tǒng)的可維護性.我公司根據(jù)根據(jù)實際運行和維護的要求，在細致研究原電控系統(tǒng)的基礎上，結合國內外提升機的運行及改造情況，對原有的電控系統(tǒng)提出了以下改造方案。2 系統(tǒng)設計總體方案2.1系統(tǒng)的方案設計2. 1.1系統(tǒng)設計關鍵技術介紹整機采用西門子plc（s7-300）控制，采用內部繼電器代替

13、外部中間繼電器和時間繼電器,大大提高了系統(tǒng)的可靠性,減小系統(tǒng)的故障率.實現(xiàn)了系統(tǒng)的程序化運作和故障自診處理。運行穩(wěn)定，安全可靠。對于主電路過電壓過電流保護環(huán)節(jié)，保留原有的電流繼電器，主脫扣空氣開關，和逆功率繼電器。并且把節(jié)點送入plc處理。在保留原來測速發(fā)電機做為測速反饋的基礎上，增加高精度絕對編碼器實現(xiàn)提升機的位置和速度、方向監(jiān)測，運用軟件編程，實現(xiàn)提升機的限位保護、等過速度保護、低速，亞同步速，爬行等進行靈活的處理。及時發(fā)出預報警信號，故障緊急處理等。2. 1.2主要設備技術指標及參數(shù)由于自動化程度的提高，極大地增加了設備運行效率，可為企業(yè)的高產高效、連續(xù)生產創(chuàng)造良好條件。廣泛吸取了當今國

14、際同類先進技術，將模擬機用于控制、檢測、保護、信號等任務的硬件設備的功能由計算機軟件來實現(xiàn)，極大地簡化了系統(tǒng)硬件結構。經改造后整個系統(tǒng)的性能指標能達到以下要求：系統(tǒng)的可用性 系統(tǒng)的設計充分考慮了在整個工程環(huán)境中的不同因素，以保證在現(xiàn)場安裝調試后立即適用并進入穩(wěn)定可靠運行。系統(tǒng)的可維護性 系統(tǒng)的硬件、軟件設備便于維護，各部件都具有自檢和聯(lián)機診斷校驗的能力。軟件有備份，便于工程師維護，應用程序易于擴充，便于用戶自行編制的程序加入系統(tǒng)中運行。系統(tǒng)的可靠性 系統(tǒng)在工程現(xiàn)場運行具有很高的可靠性，其平均無故障時間mtbf30000小時。除了符合要求的保護和閉鎖功能外，還增加了軟件的保護功能。系統(tǒng)的容錯能力

15、 軟、硬件設備具有良好的容錯能力，當各軟、硬件功能與數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)的通訊出錯，以及當司機或運行人員在操作過程中發(fā)生一般性錯誤時，均不影響系統(tǒng)的正常運。行。對意外情況引起的故障，系統(tǒng)具備恢復能力。系統(tǒng)的安全性 正常情況下，硬件和軟件設備的運行均不會危及現(xiàn)場設備的安全穩(wěn)定運行和工作人員的安全。保障對設備和工作人員的安全。系統(tǒng)的抗電磁干擾能力 系統(tǒng)具有足夠的抗電磁干擾能力，加入軟件濾波，符合iec標準，確保在各種環(huán)境中的穩(wěn)定運行。2.2總體技術方案及系統(tǒng)結構介紹2.2.1總體技術方案介紹采用模塊組合式設計思想，結構緊湊，方便、靈活、占地小，易于系統(tǒng)的維護與功能的擴展。 按照以電流為主時間為副的控制

16、思想，自動調整切除電阻的時間，保障提升機的平穩(wěn)啟動，而與提升負載無關，同時實現(xiàn)啟動保護，運行保護。同時時間繼電器全部由plc內部繼電器,不需要進行整定,需要的時候可以進行手動修改.對可調閘環(huán)節(jié)，稍作改進，保持原有的操作方式，對其控制部分進行重新設計，以接入整個系統(tǒng)實現(xiàn)控制和監(jiān)測。cpu進行數(shù)據(jù)的控制處理后通過模擬量的輸出來控制模塊化的可調電源，用其對可調閘線圈進行控制。增加了系統(tǒng)的準確性，可靠性。2. 2.2系統(tǒng)各組成部分介紹 對于可控硅動力制動環(huán)節(jié)，采用先進的數(shù)字觸發(fā)電路，對其觸發(fā)電路進行改造。其控制也采用cpu進行統(tǒng)一的控制和處理。保留原有的控制方式，增加一個電壓反饋板，以進行更加精確和可

17、靠的控制。二次制動由自動進行調節(jié)，但手動可以調節(jié)二次制動的力度和時間。停電和過卷時，通過程序來實現(xiàn)故障保護，實現(xiàn)連鎖。自整角機部分:除保留用于深度指示的一對感應自整角機,用于帶動操作臺上的園盤指示器.手閘自整角機,腳踏動力制動自整角機,減速段速度給定自整角機均換為軸角轉換器。取消的原來磁放大器，采用軸角變換器把角度信號轉成標準信號，實現(xiàn)1/5000的轉換精度，接入cpu進行統(tǒng)一處理?？刂葡到y(tǒng)的主要電器元件均采用進口元件，大大降低了設備的故障率。對系統(tǒng)信號進行全面檢測，具有提升機運行狀況的實時顯示和各種保護指示，便于司機快速做出反應，也便于檢修和維護。可由計算機來設定和監(jiān)視提升機的運行情況，修改

18、參數(shù)和進行故障排除等。3 設備硬件選型設計3.1可編程邏輯控制器3.1.1可編程邏輯控制器原理可編程邏輯控制器，一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應用而設計的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算，順序控制，定時，計數(shù)與算術操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產過程。是工業(yè)控制的核心部分plc = programmable logic controller，可編程控制器3.1.2 plc 選型s7-300 cpu3.1.3 s7-300 cpu的存儲區(qū)s7-300 plc的存儲區(qū)可以劃分為四個區(qū)域：裝載存儲器(load memo

19、ry)、工作存儲器(work memory)、系統(tǒng)存儲器（system memory）和保持存儲區(qū)（non-volatile memory）. 1. 系統(tǒng)存儲器： 系統(tǒng)存儲器用于存放輸入輸出過程映像區(qū)（pii,piq）、位存儲器(m)、定時器(t)和計數(shù)器(c)、塊堆棧和中斷堆棧以及臨時存儲器(本地數(shù)據(jù)堆棧)。 2. 工作存儲器： 工作存儲器僅包含運行時使用的程序和數(shù)據(jù)。ram 工作存儲器集成在cpu中， ram中的內容通過電源模塊供電或后備電池保持。除了s7 417-4 cpu可以通過插入專用的存儲卡來擴展工作存儲器外，其他plc的工作存儲器都無法擴展。 3. 裝載存儲器： 裝載存儲器是用于

20、存放不包含符號地址分配或注釋(這些保留在編程設備的存儲器中)的用戶程序。裝載存儲器可以是存儲器卡、內部集成的ram或內部集成的eprom. 4. 保持存儲器： 保持存儲器是非易失性的ram，通過組態(tài)可以在plc掉電后即使沒有安裝后備電池的情況下，保存一部分位存儲器（m）、定時器(t)、計數(shù)器（c）和數(shù)據(jù)塊(db)。在設置cpu參數(shù)時一定要指定要保持的區(qū)域。（注意：由于s7-400 plc沒有非易失性ram，即使組態(tài)了保持區(qū)域，再掉電時若沒有后備電池，也將丟失所有數(shù)據(jù)。這是s7-300 plc 與s7-400 plc 的重要區(qū)別）3.2數(shù)字量輸入模塊3.2.1 數(shù)字量輸入模塊的特點6es7321

21、-1bh02-0aa0 西門子sm 321 數(shù)字量輸入模塊 16點輸入，24v dc 1436es7321-1bl00-oaao 西門子sm 321 數(shù)字量輸入模塊 32點輸入，24v dc 2886es7323-1bl00-oaao 西門子sm 323 數(shù)字量輸入/輸出模塊16 輸入， 16 輸出 3723.2.2 數(shù)字量輸入模塊的技術規(guī)范3.3數(shù)字量輸出模塊3.3.1數(shù)字量輸出模塊的特點6es7322-1bh01-0aa0 西門子sm 322 數(shù)字量輸出模塊 16點輸出，24v dc，0.5a 1996es7322-1hh01-0aa0 西門子sm 322 數(shù)字量輸出模塊 16點輸出，繼電

22、器，8a 2966es7322-1bl00-oaao 西門子sm 322 數(shù)字量輸出模塊 32點輸出，24v dc，0.5a 3993.3.2數(shù)字量輸出模塊技術規(guī)范4 程序軟件的設計4.1西門子step 7標準軟件包的功能西門子step7是用于simatic s7-300/400站創(chuàng)建可編程邏輯控制程序的標準軟件，可使用梯形圖邏輯、功能塊圖和語句表進行編程操作。pcd1 和 pcd2 saia-pcd 控制設備也可以用 siemens step7 來編程。使用step7編程可以在saia pcd上實現(xiàn)某些集成在step7內的功能.不只是兼容dk 3964 r/rk 512 等標準協(xié)議已經集成到

23、控制器內，不需要額外驅動mpi 接口 集成 modem 支持: 內置modem 功能，可進行遠程編程、診斷或數(shù)據(jù)傳輸編程不需 mpi 轉換器，直接通過pc上的 rs232 口現(xiàn)場總線通訊功能. 控制器功能中已集成了profibus dp master / slave, profibus fms 和 lonworks.4.2 step7中的應用程序4.2.1 simatic 管理器、simatic 管理器是一個在線/離線編輯s7 對象的圖形化用戶界面，這些對象包括項目，用戶程序，塊，硬件站和工具。利用 simatic 管理器可以：管理項目和庫，啟動 step 7 工具，在線訪問 plc ，編輯存

24、儲器卡 simatic 管理器管理step 7 項目，它是主程序并且也出現(xiàn)在windows 95 桌面上。4.2. 2符號編輯器4. 2. 3編程語言cpu均采用iec1131-3或step7編程語言4.3 step 7程序結構4. 3 .1程序塊的類型在siemens s7-300/400系列plc中有多種程序塊，主要有：組織塊（ob），功能塊（fb），功能（fc），數(shù)據(jù)塊（db）及系統(tǒng)功能（sfc）和系統(tǒng)功能塊（sfb）等。4. 3. 2程序的主要結構調用程序塊：ob，fb，fc（可以調用除ob塊外的其它程序塊）；被調用程序塊：fb，fc，sfb，sfc。4.4斜井安全設施自動化控制程序的

25、設計4. 4.1斜井安全設施自動化控制程序的主要程序結構n 礦用一般型操作臺，2套（上下盤各1套，含現(xiàn)場模擬盤）； n 智能主令控制器系統(tǒng)；1套（旋編+plc+輸出繼電器箱）；n 阻車器、擋車欄氣控驅動系統(tǒng) ； n 聲光報警系統(tǒng)；n 視頻監(jiān)控和人體紅外監(jiān)控系統(tǒng)；n 行人不行車閉鎖系統(tǒng)n 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。4. 4. 2斜井安全設施自動控制程序設計4.5功能調試4. 5.1 plc的調試4.5. 2輸入信號調試4. 5. 3輸出信號調試4. 5. 4控制程序調試4. 5. 5通訊調試總結通過這次plc課程設計，我不僅加深了對plc理論的理解，將理論很好地應用到實際當中去，而且我還學會了如何去培養(yǎng)我們的

26、創(chuàng)新精神，從而不斷地戰(zhàn)勝自己，超越自己。創(chuàng)新可以是在原有的基礎上進行改進，使之功能不斷完善，成為真己的東西。設計結果能夠符合題意，成功完成了此次實習要求，我們不只在乎這一結果，更加在乎的，是這個過程。這個過程中，我們花費了大量的時間和精力，更重要的是，我們在學會創(chuàng)新的基礎上，同時還懂得合作精神的重要性，學會了與他人合作。我在朱老師的精心指導和嚴格要求下，獲得了豐富的理論知識，極大地提高了實踐能力，單片機領域這對我今后進一步學習計算機方面的知識有極大的幫助。在此，忠心感謝老師以及許多同學的指導和支持。我會繼續(xù)努力的.計算機技術和網絡技術的飛速發(fā)展，為工業(yè)自動化開辟了廣闊的發(fā)展空間，本控制系統(tǒng)采用模塊化設計，結構緊湊，采用柜內集中安裝，各功能模塊之間通過并行背板總線相連，將控制系統(tǒng)分成獨立而又相互聯(lián)系的子系統(tǒng)，以適合i/o分散安裝的控制程序。cpu均采用iec1131-3或step7編程語言，step 7是專為simatic可編程序控制器配置和編程的標準軟件包,它是simatic公司工業(yè)控制軟件的一部分.我們要用的是關于step 7 simatic s7-300/s7-400, simatic m7-300 /m7-400,符合en61131-3或iec1131-3標準.軸角變送器采用自整