冶煉廠礦石供料系統(tǒng)設(shè)計(jì)

TITLE冶煉廠礦石供料系統(tǒng)設(shè)計(jì) 控制系統(tǒng)的輸出信號的名稱、代碼及地址編號如表3-3所示表3-3輸出點(diǎn)代碼及地址編號系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)PLC的通信協(xié)議簡介PLC的通信協(xié)議包括PLC之間、PLC與上位計(jì)算機(jī)之間，以及PLC與其他智能設(shè)備之間的通信。PLC與計(jì)算機(jī)可以直接或通過通信處理器、通信連接器相連構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)，以實(shí)現(xiàn)信息的交換，可以構(gòu)成“集中管理，分散控制”的分布式控制系統(tǒng)，滿足工廠自動化系統(tǒng)發(fā)展的需要，各PLC或遠(yuǎn)程I/O模塊按功能各自放置在生產(chǎn)現(xiàn)場進(jìn)行分散控制，然后用網(wǎng)絡(luò)連接起來，構(gòu)成集中管理的分布式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。S7-200支持多種通信協(xié)議。點(diǎn)對點(diǎn)接口（PPI）、多點(diǎn)接口（MPI）和PRO-FIBUS協(xié)議基于7層開放系統(tǒng)互聯(lián)模型（OSI），通過一個(gè)令牌環(huán)網(wǎng)來實(shí)現(xiàn)。它們都是基于字符的一部通信協(xié)議，帶有起始位、8位數(shù)據(jù)、奇偶校驗(yàn)位和一個(gè)停止位。通信幀由起始字符和結(jié)束字符、源和目的站地址、幀長度和數(shù)據(jù)完整性校驗(yàn)和組成。只要波特率相同，3個(gè)協(xié)議可以在一個(gè)RS-485網(wǎng)絡(luò)中同時(shí)運(yùn)行，不會相互干擾。在設(shè)計(jì)中用到的是點(diǎn)對點(diǎn)接口（PPI）協(xié)議，PPI協(xié)議簡介如下：通過硬件和軟件偵聽的方法，分析PLC內(nèi)部固有的PPI通訊協(xié)議，然后采用上位機(jī)編程，遵循PPI通訊協(xié)議，讀寫PLC數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)人機(jī)操作任務(wù)。這種通訊方法，與一般的自由通訊協(xié)議相比，省略了PLC的通訊程序編寫，只需編寫上位機(jī)的通訊程序資源S7-226的編程口物理層為RS-485結(jié)構(gòu)，SIEMENS提供MicroWin軟件，采用的是PPI(Point

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Point)協(xié)議，可以用來傳輸、調(diào)試PLC程序。在現(xiàn)場應(yīng)用中，當(dāng)需要PLC與上位機(jī)通訊時(shí)，較多的使用自定義協(xié)議與上位機(jī)通訊。在這種通訊方式中，需要編程者首先定義自己的自由通訊格式，在PLC中編寫代碼，利用中斷方式控制通訊端口的數(shù)據(jù)收發(fā)。采用這種方式，PLC編程調(diào)試較為煩瑣，占用PLC的軟件中斷和代碼資源，而且當(dāng)PLC的通訊口定義為自由通訊口時(shí)，PLC的編程軟件無法對PLC進(jìn)行監(jiān)控，給PLC程序調(diào)試帶來不便。SIEMENS

S7-200PLC的編程通訊接口，內(nèi)部固化的通訊協(xié)議為PPI協(xié)議，如果上位機(jī)遵循PPI協(xié)議來讀寫PLC，就可以省略編寫PLC的通訊代碼。在PLC的編程軟件讀寫PLC數(shù)據(jù)時(shí)，利用第三個(gè)串口偵聽PLC的通訊數(shù)據(jù)，或者利用軟件方法，截取已經(jīng)打開且正在通訊的端口的數(shù)據(jù)，然后歸納總結(jié)，解析出PPI協(xié)議的數(shù)據(jù)讀寫報(bào)文。這樣，上位機(jī)遵循PPI協(xié)議，就可以便利的讀寫PLC內(nèi)部的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)上位機(jī)的人機(jī)操作功能。西門子的PPI（Point

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Point）通訊協(xié)議采用主從式的通訊方式，一次讀寫操作的步驟包括：首先上位機(jī)發(fā)出讀寫命令，PLC作出接收正確的響應(yīng)，上位機(jī)接到此響應(yīng)則發(fā)出確認(rèn)申請命令，PLC則完成正確的讀寫響應(yīng)，回應(yīng)給上位機(jī)數(shù)據(jù)。這樣收發(fā)兩次數(shù)據(jù)，完成一次數(shù)據(jù)的讀寫。PLC程序設(shè)計(jì)PLC控制程序采用SIEMENS公司提供的STEP7-MicroWIN-V4.0編程軟件開發(fā)。該軟件的SIMATIC指令集包含三種語言，即語句表(STL)語言、梯形圖(LAD)語言、功能塊圖(FWD)語言。語句表(STL)語言類似于計(jì)算機(jī)的匯編語言，特別適合于來自計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的工程人員，它使用指令助記符創(chuàng)建用戶程序，屬于面向機(jī)器硬件的語言。梯形圖(LAD)語言最接近于繼電器接觸器控制系統(tǒng)中的電氣控制原理圖，是應(yīng)用最多的一種編程語言，與計(jì)算機(jī)語言相比，梯形圖可以看作是PLC的高級語言，幾乎不用去考慮系統(tǒng)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)原理和硬件邏輯，因此，它很容易被一般的電氣工程設(shè)計(jì)和運(yùn)行維護(hù)人員所接受，是初學(xué)者理想的編程工具。功能塊圖(FWD)的圖形結(jié)構(gòu)與數(shù)字電路的結(jié)構(gòu)極為相似，功能塊圖中每個(gè)模塊有輸入和輸出端，輸出和輸入端的函數(shù)關(guān)系使用與、或、非、異或邏輯運(yùn)算，模塊之間的連接方式與電路的連接方式基本相同。PLC控制程序由一個(gè)主程序、若干子程序構(gòu)成，程序的編制在計(jì)算機(jī)上完成，編譯后通過PC/PPI電纜把程序下載到PLC，控制任務(wù)的完成，是通過在RUN模式下主機(jī)循環(huán)掃描并連續(xù)執(zhí)行用戶程序來實(shí)現(xiàn)的。系統(tǒng)主程序硬件連接確定之后，系統(tǒng)的控制功能主要通過軟件實(shí)現(xiàn)，結(jié)合該系統(tǒng)的控制要求，現(xiàn)對軟件設(shè)計(jì)做如下分析：(1)系統(tǒng)的順序啟動、停止當(dāng)各設(shè)備處于正常狀態(tài)下，系統(tǒng)均需按照順序啟動和停止，這避免了啟動時(shí)諸多設(shè)備在同一電網(wǎng)下啟動造成電壓過低的情況，停止時(shí)讓冶煉爐最后停止，這樣即避免皮帶等設(shè)備上礦料的堆積，也符合工藝流程要求。(2)系統(tǒng)的手動停止由于供料系統(tǒng)中各設(shè)備所處工作條件較惡劣，設(shè)備時(shí)有損傷的情況，因此需要對設(shè)備進(jìn)行單獨(dú)的檢修。而又避免整個(gè)生產(chǎn)線設(shè)備的停車，所以對每臺設(shè)備均設(shè)有手動停止按鈕。停止該設(shè)備時(shí)，其之前需要停止的設(shè)備先停，然后該設(shè)備停止，避免堵料情況的出現(xiàn)。(3)系統(tǒng)的緊急停止為防止意外情況出現(xiàn)時(shí)不能及時(shí)停車，系統(tǒng)對每臺設(shè)備均設(shè)置有緊急停止按鈕，當(dāng)意外出現(xiàn)時(shí)按下緊急停止按鈕，該設(shè)備及其之前應(yīng)該停止的設(shè)備均同時(shí)停止，這樣保證了在最短的時(shí)間里停車，減小意外的損失程度。本系統(tǒng)在自動/手動控制下的運(yùn)行過程如下：(1)自動控制：在正常情況下礦石供料系統(tǒng)工作在自動狀態(tài)下。其工作狀況由PLC程序控制。Q0.0輸出給料器運(yùn)行信號，當(dāng)Q0.0輸出1時(shí)，KM1線圈得電，給料器運(yùn)行且指示燈HL1點(diǎn)亮，Q0.1輸出一皮帶運(yùn)行信號，當(dāng)Q0.1輸出1時(shí)，KM2線圈得電，一皮帶運(yùn)行且指示燈HL2點(diǎn)亮，Q0.2輸出粉碎機(jī)運(yùn)行信號，當(dāng)Q0.2輸出1時(shí)，KM3線圈得電，粉碎機(jī)運(yùn)行且指示燈HL3點(diǎn)亮。同理，其后設(shè)備的控制原理也是如此。當(dāng)Q2.0輸出1時(shí)，KM9線圈得電，控制篩選機(jī)翻板的電機(jī)正轉(zhuǎn)，當(dāng)Q2.1輸出1時(shí)，KM10線圈得電，控制篩選機(jī)翻板的電機(jī)反轉(zhuǎn)。(2)手動控制：手動控制用于設(shè)備臨時(shí)檢修時(shí)使用，以便避免整個(gè)流水線的停止。每臺單體設(shè)備都有一個(gè)手動緊急停車的停止開關(guān)，當(dāng)某一設(shè)備出現(xiàn)意外情況時(shí)，該設(shè)備停車的同時(shí)其前面應(yīng)該順序停止的設(shè)備也立刻停下，減小事故的損失程度。主程序梯形圖如圖4-1所示：編輯程序時(shí)，主程序盡量做到簡短，把其他情況的程序編入子程序，這樣主程序一直掃描。當(dāng)執(zhí)行某一操作時(shí)，跳入相應(yīng)的子程序，這樣使得程序可讀性好，耦合性小。圖4-1主程序梯形圖系統(tǒng)順序停止子程序自動順序停止子程序的流程圖如圖4.3所示,系統(tǒng)順序停止控制的子程序梯形圖見附錄C。圖4-3自動順序停止子程序流程圖篩選機(jī)電機(jī)正反轉(zhuǎn)子程序編寫的系統(tǒng)篩選機(jī)電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制的程序流程圖如4.4所示，子程序梯形圖如圖4.5所示。因?yàn)榭刂埔慌_電機(jī)正反轉(zhuǎn)的接觸器不能同時(shí)得電，因此這里通過軟件實(shí)現(xiàn)其電氣互鎖。即當(dāng)控制其正轉(zhuǎn)接觸器接通的Q2.0輸出1時(shí)，控制其反轉(zhuǎn)接觸器的Q2.1輸出為0，反之如此。圖4-4篩選機(jī)電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制的子程序梯形圖及流程圖圖4-5系統(tǒng)篩選機(jī)電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制梯形圖二皮帶故障停止子程序系統(tǒng)編寫的二皮帶故障停止控制子程序梯形圖如4.5所示，二皮帶故障停止控制子程序流程圖如圖4.6所示。即當(dāng)二皮帶故障信號I1.3輸入為1時(shí)，控制給料器、一皮帶、粉碎機(jī)、二皮帶接觸器的Q0.0~Q0.3輸出均置0。圖4-6二皮帶故障停止控制子程序流程圖圖4-5二皮帶故障停止控制子程序梯形結(jié)論本論文設(shè)計(jì)的是一套基于PLC的冶煉廠礦石供料系統(tǒng)，該設(shè)計(jì)主要是針對礦石供料系統(tǒng)正常情況下系統(tǒng)啟動和停止環(huán)節(jié)的順序控制方案的解決。當(dāng)系統(tǒng)接收到順序啟動信號時(shí)，由于設(shè)備處于同一個(gè)電網(wǎng)中及工藝過程的實(shí)際需要，先啟動冶煉爐然后依次啟動直至給料器啟動完畢時(shí)整個(gè)啟動過程完畢。順序停止過程也類似，先停止給料器最后停止冶煉爐當(dāng)某單體設(shè)備需要臨時(shí)檢修時(shí)，系統(tǒng)將跳入執(zhí)行手動停止子程序，在此手動停止子程序中，為了避免堆料現(xiàn)象發(fā)生應(yīng)先停止該單體設(shè)備之前應(yīng)順序停止的設(shè)備然后再停止此設(shè)備。又當(dāng)某單體設(shè)備處出現(xiàn)緊急意外情況時(shí)，系統(tǒng)將跳入執(zhí)行緊急停止子程序，因?yàn)槭蔷o急停止，所以在此緊急停止子程序中，就不像手動停止那樣依次停止設(shè)備后再停止該設(shè)備，而是該設(shè)備及其之前應(yīng)按順序停止的設(shè)備同時(shí)停止，這樣實(shí)現(xiàn)了最短時(shí)間內(nèi)停止的問題，減小意外發(fā)生的程度。且意外發(fā)生按下緊急停止時(shí)，有相應(yīng)的輸出端口輸出信號來啟動報(bào)警指示燈，這樣達(dá)到了報(bào)警的控制效果。畢業(yè)設(shè)計(jì)作為本科階段的一個(gè)最重要的理論和實(shí)際相結(jié)合的學(xué)習(xí)過程，是檢測自己對本專業(yè)知識及技能理解與掌握的綜合匯總。設(shè)計(jì)中我發(fā)現(xiàn)自己學(xué)習(xí)還有欠缺，知識面有待提高，實(shí)際應(yīng)用能力有待提高。在以后的工作和生活中，我會不斷的完善自己，爭取獲得更好的成績。致謝馬上就要畢業(yè)了，一個(gè)合格畢業(yè)生要對待不僅僅在課題上重要性，還要知識的渴求，因?yàn)檫@也是一種責(zé)任。自己的成就與學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)對我們的教育與培養(yǎng)是分不開的，因?yàn)橐粋€(gè)好的心態(tài)才是成功的開始。在這最后一次考驗(yàn)中我要以自己最大努力作好這次畢業(yè)論文和答辯，完成三年中最好的檢驗(yàn)也是學(xué)校賦予我們最后一個(gè)使命，給大學(xué)畫上一個(gè)完美的句號。經(jīng)過這次論文不管在設(shè)計(jì)上、分析問題的能力、合作精神、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)等，使我對次專業(yè)知識有個(gè)開拓性的認(rèn)識。論文的完成由導(dǎo)師周曄老師的悉心指導(dǎo)和嚴(yán)格要求下業(yè)已完成，在論文編寫期間，感受著指導(dǎo)老師的精心指導(dǎo)和無私的關(guān)懷，我受益匪淺。在此向?qū)煴硎旧钌畹母兄x和崇高的敬意。最后，我要感謝我的父母，感謝他們一直對我的關(guān)心與支持，我會用自己成功去回報(bào)他們。相信自己未來是是美好的，將會飛的越高越遠(yuǎn)！參考文獻(xiàn)[1].李建興，黃靖，陳煒，伍雪冬.電氣控制技術(shù)[M].北京：工業(yè)出版社，2006.5[2].張靖，劉少強(qiáng).檢測技術(shù)與系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].北京：中國電力出版社，2010[3].張洪潤