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摘 要 :目前,可编程控制器技术已在工业生产过程自动控制领域得到广泛的应用.本文首先对可编程控制器控制系统设计的基本原则和主要内容进行了分析,接着给出了可编程控制器控制系统设计的步骤,最后从基于PLC的矿井提升机控制系统设计探讨了可编程控制器在煤矿生产中的应用.


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关 键 词 :可编程控制器控制系统系统设计

PLC是一类可编程的存储器,它以微处理器为核心,采用其内部存储程序,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.它综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术,是一种新型、通用的自动控制装置.PLC具有结构简单、高可靠性、灵活通用、易于编程和使用方便等众多优点,近年来在工业自动控制和矿山机电一体化等方面得到了广泛应用.在矿山机电设备控制方面,如何采用PLC完成实际控制系统的应用设计,是每个从事电气自动化控制技术人员所面临的实际问题[1].

1.可编程控制器控制系统设计基础

1.1 可编程控制器控制系统设计的基本原则 任何一个电气控制系统所要完成的控制任务,都是为满足被控对象(生产控制设备、自动化生产线、生产工艺过程等)提出的各项性能指标,最大限度地提高劳动生产率,保证产品质量,减轻劳动强度和危害程度,提高自动化水平.因此,在设计PLC控制系统时,应遵循如下几个基本原则.①最大限度地满足被控对象提出的各项控制要求.充分发挥PLC功能,最大限度地满足被控对象的控制要求,是PLC控制系统设计中最重要的一条原则.计人员在进行设计前,就应深入现场进行调查研究,搜集资料,与机械部分的设计人员和实际操作人员密切配合,共同解决重点问题和疑难问题.②确保控制系统的安全可靠.保证PLC控制系统能够长期安全、可靠、稳定运行,是设计控制系统的重要原则,必须放在首位来考虑.不能安全可靠工作的电气控制系统,是不可能长期投入生产运行的.③力求控制系统简单、经济,且使用与维修方便.在满足控制要求和系统运行可靠的前提下,应力求控制系统构成简单、经济.既要扩大工程的效益,又要不断地降低工程的成本,同时不能盲目的追求系统的高性能指标.只有构成简单的控制系统才能做到经济、实用,且使用方便,后期维护也容易.④具备良好的扩展能力.适当考虑到今后控制系统发展和完善的需要,充分利用可编程控制器易于扩充的特点,在选择PLC的容量时,充分保留系统的扩展能力.

1.2可编程控制器控制系统设计的主要内容 在进行可编程控制

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器控制系统设计时,尽管有着不同的被控对象和设计任务,设计内容可能涉及诸多方面,又需要与大量的现场输入/输出设备相连接,但是基本内容应包括以下几个方面.①分设计任务书编制.设计任务书是整个系统设计的依据,设计开始时应先详细分析被控对象的工艺过程及工作特点,提出被控对象对PLC控制系统的控制要求,从而拟定PLC控制系统设计任务书.在设计任务书中,应明确各项设计要求、约束条件及控制方式.②确定输入/输出设备.在构成PLC控制系统时,除了作为控制器的PLC,用户的输人/输出设备是进行机型选择和软件设计的依据.因此,要明确输入设备的类型、数量和输出设备的类型、数量,以及由输出设备驱动的负载.③PLC选择.正确、合理地选择PLC对于保证整个控制系统的技术经济性能指标起着重要的作用,一般包括对PLC的机型、容量、I/O模块、电源等的选择.④分配I/O点并设计PLC****硬件线路.通过对用户输人/输出设备的分析、分类和整理,进行相应的I/O地址分配,并据此绘制I/O接线图.由PLC的I/O连接图和PLC****电气线路图组成系统的电气原理图.至此,PLC控制系统的硬件设计基本完成.⑤控制程序设计.一般采用梯形图语言设计系统的控制程序,这对于保证整个系统安全可靠的运行至关重要,必须经过反复调试,使之满足控制要求.程序设计的主要内容包括:控制程序设计;初始化程序设计;检测、故障诊断和显示等程序设计;以及保护和连锁程序设计.⑥硬件实施.设计控制柜和操作台等部分的电器布置图及安装接线图;设计系统各部分之间的电气互连图;根据施工图纸进行现场接线,并进行详细检查.⑦编制控制系统的技术文件.在设计任务完成后,要编制系统的技术文件.技术文件一般应包括设计说明书、使用说明书、硬件原理图、安装接线图和电气元件明细表,以及PLC程序等.


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2.可编程控制器控制系统设计步骤

用可编程控制器进行控制系统设计的一般步骤如图1所示.

随着PLC技术的发展,PLC产品的种类和数量越来越多.近年来,从国外引进的PLC产品、国内厂家或自行开发的产品已有几十个系列,上百种型号.不同型号的PLC,其结构形式、性能、容量、指令系统、编程方式、价格等也各有不同,适用的场合也各有侧重.因此,合理选用PLC,对于提高PLC控制系统的技术经济指标有着重要意义.PLC的选择主要应从PLC的机型、容量、I/O模块、电源模块、特殊功能模块、通信联网能力等方面加以综合考虑后做出决定.

3.可编程控制器技术在煤矿生产中的应用

矿井提升机是煤矿、有色金属矿的重要生产设备之一,担负着提升煤炭、煤矸石、井下施工材料、各类井下工作人员和机械设备的重要任务,其安全性、可靠性直接关系到煤矿企业的生产状况和经济效益,是控制煤矿生产的咽喉所在.目前,我国煤矿采用的矿井提升机电气传动系统主要有:①大型矿井主要采用晶闸管变流器―直流电动机传动控制系统和同步电动机矢量控制交一交变频传动控制系统.②中、小型矿井则多采用交流绕线式电动机转子切换电阻调速的交流电气传动系统.这两种系统,基于自身的特点各有优缺点,如何对现有的提升机电控系统进行改造设计,提高精度,在更安全的范围内保证矿山生产的顺利进行对煤矿企业发展至关重要.

PLC控制系统具有可靠、准确、抗干扰能力强、易维护等众多优点,能很好的解决现有控制系统无法克服的弊病,为煤矿安全、高效生产提供技术保障.因此,建立基于PLC控制的大功率矿井提升机变频调速控制系统成为当前众多煤矿企业矿井提升机电控系统的首选方案.

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由于井下工作环境恶劣,设计时要充分考虑到保护系统的环境问题,采用PLC控制系统简化控制线路,添加各种现场抗干扰措施,并基于计算机屏幕实时动态反映提升机系统的所有运行参数和运行状态,显示提升速度、提升高度、装卸载系统和故障信息等画面,使司机对提升机的工作状态及故障来源一目了然,对整个提升系统进行监控.在软件中采用提升机电控系统中断模块及故障处理模块,实现超速运行时可报警中断,使提升机运行更加科学合理.

PLC的控制主程序主要完成以下任务:①系统初始化;②自检;③故障诊断;④调速系统控制;⑤安全保护.系统开机后,控制程序运行流程如下:①系统初始化.完成PLC的初始化工作,对高速计数单元进行以下操作:写控制字,定义工作模式,清零,写设定值,设置定时中断,连接中断,启动计数.②自检.完成自检及提升机初始位置显示,当收到开车指令时,PLC转入S形速度给定控制;③故障诊断、调速系统控制.在系统运行过程中,当PLC接收到来自传感器、接近开关或变频器故障等外部控制信号时,PLC控制程序转到相应的中断处理程序处,完成超速保护、过卷、过载等保护工作,并对提升机的位置、速度和频器故障等进行监控.④安全保护.当有故障出现时,系统可转到相应的故障处理模块,检查并进行故障处理,最后通过报警回路报警或安全回路实现抱闸停车保护.

4.结束语

可编程控制器控制技术属于先进的实用技术,是当前工业生产自动化的重要支柱,已被广泛的应用于各个工程领域,而以PLC为主控制器的控制系统也越来越多.当我们熟悉了PLC的组成和基本工作原理,掌握了PLC的指令系统及编程规则以后,就面临着如何将PLC更好的应用到实际工程中去,使PLC能够实现对生产机械或生产过程的控制,并带来更可靠、更高的质量和更高的效益,即如何进行PLC控制系统的设计.而本文正是对这一问题进行的探讨,以期对可编程控制器技术的更广泛应用做出有益的分析.

参考文献:

[1]胡学林.可编程控制器原理及应用(M).北京:电子工业出版社.2007.169-175.

作者简介:郭永峰(1980-),男,内蒙古鄂尔多斯伊金霍洛旗人,助理工程师,2005年1月毕业于北京印刷学院机械工程及其自动化专业,现在神华神东煤炭集团公司维修中心三厂工作.

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