PLC在矿山采矿应用毕业设计.doc

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1、 毕业设计（论文） 题 目： PLC在矿山采矿中的应用学 院： 继 续 教 育 学 院 助学单位： 辽 宁 石 油 化 工 大 学 办学形式： 自 学 考 试 专 业： 自动化091 准考证号： 070110101571 姓 名： 李镇 指导教师： 朱彬 2011年08月PLC在矿山采矿中的应用摘要本论文采用模块组合式设计思想，结构紧凑，方便、灵活、占地小，易于系统的维护与功能的扩展。整机采用西门子PLC（S7-300）控制，采用内部继电器代替外部中间继电器和时间继电器。对于主电路过电压过电流保护环节，保留原有的电流继电器，主脱扣空气开关，和逆功率继电器。并且把节点送入PLC处理。在保留原来测

2、速发电机做为测速反馈的基础上，增加高精度绝对编码器实现提升机的位置和速度、方向监测，运用软件编程，实现提升机的限位保护、等过速度保护、低速，亚同步速，爬行等进行灵活的处理。及时发出预报警信号，故障紧急处理等。按照以电流为主时间为副的控制思想，自动调整切除电阻的时间，保障提升机的平稳启动，而与提升负载无关，同时实现启动保护，运行保护。同时时间继电器全部由PLC内部继电器,不需要进行整定,需要的时候可以进行手动修改.对可调闸环节，稍作改进，保持原有的操作方式，对其控制部分进行重新设计，以接入整个系统实现控制和监测。CPU进行数据的控制处理后通过模拟量的输出来控制模块化的可调电源，用其对可调闸线圈进

3、行控制。对于可控硅动力制动环节，采用先进的数字触发电路。 关键字：PLC，中间继电器，时间继电器，逆功率继电器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 录1 绪 论11

9、.1自动控制的发展及应用11.2可编程控制器（PLC）的发展与应用21.3课题的背景及意义32 系统设计总体方案42.1系统的方案设计42. 1.1系统设计关键技术介绍42. 1.2主要设备技术指标及参数42.2总体技术方案及系统结构介绍52.2.1总体技术方案介绍52. 2.2系统各组成部分介绍53 设备硬件选型设计103.1可编程逻辑控制器103.1.1可编程逻辑控制器原理103.1.2 PLC 选型103.1.3 S7-300 CPU的存储区103.2数字量输入模块143.2.1 数字量输入模块的特点143.2.2 数字量输入模块的技术规范143.3数字量输出模块143.3.1数字量输出

10、模块的特点153.3.2数字量输出模块技术规范154 程序软件的设计164.1西门子STEP 7标准软件包的功能164.2 STEP7中的应用程序164.2.1 SIMATIC 管理器164.2. 2符号编辑器174. 2. 3编程语言184.3 STEP 7程序结构204. 3 .1程序块的类型204. 3. 2程序的主要结构214.4功能调试274. 4.1 PLC的调试274.4. 2输入信号调试274. 4. 3输出信号调试284. 4. 4控制程序调试284. 4. 5通讯调试28总 结29致 谢30参考文献31绪论随着计算机控制技术的迅速发展，以微机处理为核心的可编程序控制器（PL

11、C）控制已逐步取代继电器控制，普遍应用于各行各业的自动控制领域，矿山采矿运输系统也不例外，吉林吉恩镍业股份公司大岭矿GKTD型提升机电控系统即为西门子PLC（S7-300）控制系统，整个控制系统自动化程度高，方便维护，运行可靠。 矿井提升机是矿山井下采矿运输系统中的关键设备，它承担矿物的提升，人员的上下，材料和设备的运送。矿井提升机作为地面与井下物质与人员流通的运输工具，在操作安全性和提升控制精确性等 方面都有很高的要求。提升机的运行直接影响矿井生产，而且也与矿山职工的生命安危息息相关。原电控系统已运行多年，而且均采用继电器连锁，模拟分立电子元件控制，使检修和维护的难度非常大，一旦出现问题无法

12、立即监测故障点，各种分立电子元件容易老化，监测和更换难度比较大。组合件都是在触点开关状态下工作，由于频繁动作，造成触点接触不良及器件的使用寿命减少，且噪声较大。为了便于对提升机运行的准确操作，方便物质与人员上 下，防止 冲罐、坠罐等恶性事故的发生，精确控制提升机任一时刻在井中的位置与运行速度，减少系统的故障率,提高系统的可维护性.我公司根据根据实际运行和维护的要求，在细致研究原电控系统的基础上，结合国内外提升机的运行及改造情况，对原有的电控系统提出了以下改造方案。2 系统设计总体方案2.1系统的方案设计2. 1.1系统设计关键技术介绍整机采用西门子PLC（S7-300）控制，采用内部继电器代替

13、外部中间继电器和时间继电器,大大提高了系统的可靠性,减小系统的故障率.实现了系统的程序化运作和故障自诊处理。运行稳定，安全可靠。对于主电路过电压过电流保护环节，保留原有的电流继电器，主脱扣空气开关，和逆功率继电器。并且把节点送入PLC处理。在保留原来测速发电机做为测速反馈的基础上，增加高精度绝对编码器实现提升机的位置和速度、方向监测，运用软件编程，实现提升机的限位保护、等过速度保护、低速，亚同步速，爬行等进行灵活的处理。及时发出预报警信号，故障紧急处理等。2. 1.2主要设备技术指标及参数由于自动化程度的提高，极大地增加了设备运行效率，可为企业的高产高效、连续生产创造良好条件。广泛吸取了当今国

14、际同类先进技术，将模拟机用于控制、检测、保护、信号等任务的硬件设备的功能由计算机软件来实现，极大地简化了系统硬件结构。经改造后整个系统的性能指标能达到以下要求：系统的可用性 系统的设计充分考虑了在整个工程环境中的不同因素，以保证在现场安装调试后立即适用并进入稳定可靠运行。系统的可维护性 系统的硬件、软件设备便于维护，各部件都具有自检和联机诊断校验的能力。软件有备份，便于工程师维护，应用程序易于扩充，便于用户自行编制的程序加入系统中运行。系统的可靠性 系统在工程现场运行具有很高的可靠性，其平均无故障时间MTBF30000小时。除了符合要求的保护和闭锁功能外，还增加了软件的保护功能。系统的容错能力

15、 软、硬件设备具有良好的容错能力，当各软、硬件功能与数据采集处理系统的通讯出错，以及当司机或运行人员在操作过程中发生一般性错误时，均不影响系统的正常运。行。对意外情况引起的故障，系统具备恢复能力。系统的安全性 正常情况下，硬件和软件设备的运行均不会危及现场设备的安全稳定运行和工作人员的安全。保障对设备和工作人员的安全。系统的抗电磁干扰能力 系统具有足够的抗电磁干扰能力，加入软件滤波，符合IEC标准，确保在各种环境中的稳定运行。2.2总体技术方案及系统结构介绍2.2.1总体技术方案介绍采用模块组合式设计思想，结构紧凑，方便、灵活、占地小，易于系统的维护与功能的扩展。 按照以电流为主时间为副的控制

16、思想，自动调整切除电阻的时间，保障提升机的平稳启动，而与提升负载无关，同时实现启动保护，运行保护。同时时间继电器全部由PLC内部继电器,不需要进行整定,需要的时候可以进行手动修改.对可调闸环节，稍作改进，保持原有的操作方式，对其控制部分进行重新设计，以接入整个系统实现控制和监测。CPU进行数据的控制处理后通过模拟量的输出来控制模块化的可调电源，用其对可调闸线圈进行控制。增加了系统的准确性，可靠性。2. 2.2系统各组成部分介绍 对于可控硅动力制动环节，采用先进的数字触发电路，对其触发电路进行改造。其控制也采用CPU进行统一的控制和处理。保留原有的控制方式，增加一个电压反馈板，以进行更加精确和可

17、靠的控制。二次制动由自动进行调节，但手动可以调节二次制动的力度和时间。停电和过卷时，通过程序来实现故障保护，实现连锁。自整角机部分:除保留用于深度指示的一对感应自整角机,用于带动操作台上的园盘指示器.手闸自整角机,脚踏动力制动自整角机,减速段速度给定自整角机均换为轴角转换器。取消的原来磁放大器，采用轴角变换器把角度信号转成标准信号，实现1/5000的转换精度，接入CPU进行统一处理。控制系统的主要电器元件均采用进口元件，大大降低了设备的故障率。对系统信号进行全面检测，具有提升机运行状况的实时显示和各种保护指示，便于司机快速做出反应，也便于检修和维护。可由计算机来设定和监视提升机的运行情况，修改

18、参数和进行故障排除等。3 设备硬件选型设计3.1可编程逻辑控制器3.1.1可编程逻辑控制器原理可编程逻辑控制器，一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。是工业控制的核心部分PLC = Programmable Logic Controller，可编程控制器3.1.2 PLC 选型S7-300 CPU3.1.3 S7-300 CPU的存储区S7-300 PLC的存储区可以划分为四个区域：装载存储器(Load Memo

19、ry)、工作存储器(Work Memory)、系统存储器（System Memory）和保持存储区（Non-Volatile memory）. 1. 系统存储器： 系统存储器用于存放输入输出过程映像区（PII,PIQ）、位存储器(M)、定时器(T)和计数器(C)、块堆栈和中断堆栈以及临时存储器(本地数据堆栈)。 2. 工作存储器： 工作存储器仅包含运行时使用的程序和数据。RAM 工作存储器集成在CPU中， RAM中的内容通过电源模块供电或后备电池保持。除了S7 417-4 CPU可以通过插入专用的存储卡来扩展工作存储器外，其他PLC的工作存储器都无法扩展。 3. 装载存储器： 装载存储器是用于

20、存放不包含符号地址分配或注释(这些保留在编程设备的存储器中)的用户程序。装载存储器可以是存储器卡、内部集成的RAM或内部集成的EPROM. 4. 保持存储器： 保持存储器是非易失性的RAM，通过组态可以在PLC掉电后即使没有安装后备电池的情况下，保存一部分位存储器（M）、定时器(T)、计数器（C）和数据块(DB)。在设置CPU参数时一定要指定要保持的区域。（注意：由于S7-400 PLC没有非易失性RAM，即使组态了保持区域，再掉电时若没有后备电池，也将丢失所有数据。这是S7-300 PLC 与S7-400 PLC 的重要区别）3.2数字量输入模块3.2.1 数字量输入模块的特点6ES7321

21、-1BH02-0AA0 西门子SM 321 数字量输入模块 16点输入，24V DC 1436ES7321-1BL00-OAAO 西门子SM 321 数字量输入模块 32点输入，24V DC 2886ES7323-1BL00-OAAO 西门子SM 323 数字量输入/输出模块16 输入， 16 输出 3723.2.2 数字量输入模块的技术规范3.3数字量输出模块3.3.1数字量输出模块的特点6ES7322-1BH01-0AA0 西门子SM 322 数字量输出模块 16点输出，24V DC，0.5A 1996ES7322-1HH01-0AA0 西门子SM 322 数字量输出模块 16点输出，继电

22、器，8A 2966ES7322-1BL00-OAAO 西门子SM 322 数字量输出模块 32点输出，24V DC，0.5A 3993.3.2数字量输出模块技术规范4 程序软件的设计4.1西门子STEP 7标准软件包的功能西门子STEP7是用于SIMATIC S7-300/400站创建可编程逻辑控制程序的标准软件，可使用梯形图逻辑、功能块图和语句表进行编程操作。PCD1 和 PCD2 Saia-PCD 控制设备也可以用 Siemens Step7 来编程。使用Step7编程可以在Saia PCD上实现某些集成在Step7内的功能.不只是兼容DK 3964 R/RK 512 等标准协议已经集成到

23、控制器内，不需要额外驱动MPI 接口 集成 modem 支持: 内置modem 功能，可进行远程编程、诊断或数据传输编程不需 MPI 转换器，直接通过PC上的 RS232 口现场总线通讯功能. 控制器功能中已集成了Profibus DP Master / Slave, Profibus FMS 和 LONWorks.4.2 STEP7中的应用程序4.2.1 SIMATIC 管理器、SIMATIC 管理器是一个在线/离线编辑S7 对象的图形化用户界面，这些对象包括项目，用户程序，块，硬件站和工具。利用 SIMATIC 管理器可以：管理项目和库，启动 STEP 7 工具，在线访问 PLC ，编辑存

24、储器卡 SIMATIC 管理器管理STEP 7 项目，它是主程序并且也出现在WINDOWS 95 桌面上。4.2. 2符号编辑器4. 2. 3编程语言CPU均采用IEC1131-3或STEP7编程语言4.3 STEP 7程序结构4. 3 .1程序块的类型在SIEMENS S7-300/400系列PLC中有多种程序块，主要有：组织块（OB），功能块（FB），功能（FC），数据块（DB）及系统功能（SFC）和系统功能块（SFB）等。4. 3. 2程序的主要结构调用程序块：OB，FB，FC（可以调用除OB块外的其它程序块）；被调用程序块：FB，FC，SFB，SFC。4.4斜井安全设施自动化控制程序的

25、设计4. 4.1斜井安全设施自动化控制程序的主要程序结构n 矿用一般型操作台，2套（上下盘各1套，含现场模拟盘）； n 智能主令控制器系统；1套（旋编+PLC+输出继电器箱）；n 阻车器、挡车栏气控驱动系统 ； n 声光报警系统；n 视频监控和人体红外监控系统；n 行人不行车闭锁系统n 数据库系统。4. 4. 2斜井安全设施自动控制程序设计4.5功能调试4. 5.1 PLC的调试4.5. 2输入信号调试4. 5. 3输出信号调试4. 5. 4控制程序调试4. 5. 5通讯调试总结通过这次PLC课程设计，我不仅加深了对PLC理论的理解，将理论很好地应用到实际当中去，而且我还学会了如何去培养我们的

26、创新精神，从而不断地战胜自己，超越自己。创新可以是在原有的基础上进行改进，使之功能不断完善，成为真己的东西。设计结果能够符合题意，成功完成了此次实习要求，我们不只在乎这一结果，更加在乎的，是这个过程。这个过程中，我们花费了大量的时间和精力，更重要的是，我们在学会创新的基础上，同时还懂得合作精神的重要性，学会了与他人合作。我在朱老师的精心指导和严格要求下，获得了丰富的理论知识，极大地提高了实践能力，单片机领域这对我今后进一步学习计算机方面的知识有极大的帮助。在此，忠心感谢老师以及许多同学的指导和支持。我会继续努力的.计算机技术和网络技术的飞速发展，为工业自动化开辟了广阔的发展空间，本控制系统采用

27、模块化设计，结构紧凑，采用柜内集中安装，各功能模块之间通过并行背板总线相连，将控制系统分成独立而又相互联系的子系统，以适合I/O分散安装的控制程序。CPU均采用IEC1131-3或STEP7编程语言，STEP 7是专为SIMATIC可编程序控制器配置和编程的标准软件包,它是SIMATIC公司工业控制软件的一部分.我们要用的是关于STEP 7 SIMATIC S7-300/S7-400, SIMATIC M7-300 /M7-400,符合EN61131-3或IEC1131-3标准.轴角变送器采用自整角机或旋转变压器作检测元件，运用最新检测技术，将旋转物体转过的角度经微处理器进行处理后换算成角位移

28、或直线位移输出。 取消了传统的SD变换，提高了转换精度。 该模块同传感器组合相当于816位的绝对编码器测量精度，其性价比远高于编码器测量方式，是工业现场最为理想的角位测量模块。高精度绝对编码器选用E6C2-A, 其精度能达到1024或更高，耐冲击性能达到1000M/S2,具有极高的耐用性，且采用密封轴承，达到IP64防护标准，可以在恶劣的环境下使用。运用软件编程,实现提升机的位置和速度、方向监测，实现提升机的限位保护、加速度保护、位置检测，及时发出预报警信号。该控制系统正式投入运行，系统年可用率大于99.9%。该设备具有运算速度快、控制精度高、误差小、稳定性好、功耗低、系统功能易于调整、参数设

29、置简单等优点。系统结构图致 谢在经过了很多天的学习和研究后，我的毕业论文终于完成了，我真正体会到了学习新知识、接受新挑战并通过努力克服困难和挫折的成功与快乐，为我今后的学习提供了不可多得的锻炼机会。在此，我特别要感谢我的朱彬指导老师，他在给我们上课时优秀的授课就给我们留下了难忘的印象；在做毕业论文期间，他对我循循善诱、细心指导，朱老师治学严谨、平易近人，在理论研究学习期间不仅传授我查询资料和做研究的方法，还提供许多系资料室的相关书籍、他本人关于粗糙集理论方面的最新科研成果和其他资料给我参考学习；而且，在选题、开题、查阅资料阶段，都给我悉心的指导和热情的帮助，而后的论文整理和格式修改并最终完成论文的时候，他又对我严格要求，更加让我受益匪浅；有时还抽出自己宝贵的时间亲自为我修改论文中一些小错误、从头至尾认真阅读和检查整篇论文。另外，我还要感谢学校、图书馆和计算机系为我们毕业论文的完成提供了必要的条件和良好的环境。参考文献PLC编程及应用 廖常初 2008-1西门子PLC编程技术及工程应用 柴瑞娟，陈海霞 2006-08SY-西门子系列PLC原理及应用 隋媛媛，廉鸿帅，迟军 2011-05图解西门子S7300 400系列 郑凤翼，张继研 2009-08科技创业月刊2008年11期