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1、兰州大学毕业设计说明书摘 要 本设计主要完成矿车变频牵引控制系统的PLC系统设计和组态设计。PLC系统采用施耐德公司的Quantum系列作为主控制器，完成对电动机、变频器等被控对象的控制，可以实现对矿车的监控，同时为了保证系统的可行性采用远程I/O。组态设计使用组态王完成，能够实现上位监控功能。使用编程软件完成许多控制功能让车前进、后退等等。PLC程序设计借助于Concept软件中的仿真器，不需要使用实际硬件，即可对程序功能进行测试，可以减少现场调试的工作量。关键词：矿车牵引；PLC；变频器;组态王Abstract This design mainly completes design the
2、 PLC system and configuration of the frequency converter control system of the mineral car. The PLC system takes Quantum series of adopting which produced by Schneider as the master controller, finishes the target of control the motor, frequency converter, etc. and realizes the control to the machin
3、e of the mineral car. At the same time, it takes the long range I/O for the dependability of the system. The configuration is designed and finished under the environment of kingview and can realize such functions as computers supervise and control, etc. The usage software completes many control func
4、tions to let the mineral car go forward, retreat.etc.Depending on the artificial device in concept software we do not need to use the real hardware, which says that it can test the function of the procedure and reduce the debug in the field.Keyword: Mineral car traction;PLC; Frequency converter; Kin
5、gview 目录第一章变频器火车牵引概述11.1变频牵引的背景11.2本次毕业设计要求11.2.1内容11.2.2功能2第二章 系统概述32.1 方案论证32.1.1 I/O 连接方式的选择32.1.2PLC控制网的选择42.1.3矿车装料过程控制方案的选择42.1.4 单、双缆的选择62.1.5 变频器控制方式的选择62.2 系统组成62.2.1 PLC系统62.2.2 计算机监控系统7第三章硬件设计83.1轨道开关设计83.2 三相异步电动机83.3 变频器83.4 编码器133.5PLC设计153.5.1Quamtum PLC 选型153.5.2 PLC模块接线203.5.3主从站连接2
6、236电气元件选型2337硬件原理图（如大图1或附录一示）24第四章 PLC程序设计264.1Concept2.5简介264.2编程步骤274.2.1模块选型274.2.2地址分配294.2.3部分程序设计说明3143程序流程图（附录二）3344程序梯形图（附录三）33第五章 上位组态设计345.1组态软件介绍345.1.1组态软件的发展历史和定义355.1.2组态软件定义355.2“组态王”组态软件概述365.2.1组态王软件版本介绍365.2.2“组态王”软件的功能分析365.2.3组态王软件的组成375.3“组态王”设计385.3.1组态王中工程的建立395.3.2变量统计及数据词典的建
7、立395.3.3变量连接的建立405.4组态王的使用41设计总结47参考文献48英文翻译49致谢68附录一见系统硬件分块图69附录二69附录三753第一章变频器火车牵引概述1.1变频牵引的背景变频技术是应交流电机无级调速的需要而诞生的。20世纪60年代后半期开始，电力电子器件从SCR(晶闸管)、GTO(门极可关断晶闸管)、BJT(双极型功率晶体管)、MOSFET(金属氧化物场效应管)、SIT(静电感应晶体管)、SITH(静电感应晶闸管)、MGT(MOS控制晶体管)、MCT(MOS控制品闸管)发展到今天的IGBT(绝缘栅双极型晶体管)、HVIGBT(耐高压绝缘栅双极型晶闸管)，器件的更新促使电力
8、变换技术的不断发展。20世纪70年代开始，脉宽调制变压变频(PWMVVVF)调速研究引起了人们的高度重视。电机交流变频调速技术是当今节电、改善工艺流程以提高产品质量和改善环境、推动技术进步的一种主要手段。变频调速以其优异的调速和起制动性能，高效率、高功率因数和节间效果，广泛的适用范围及其它许多优点而被国内外公认为最有发展前途的调速方式。而变频调速在工业节能中发挥着越来越大和不可忽视作用。1.2本次毕业设计要求本毕业设计取材于某控制系统工程实例。我们依据火车牵引的工艺，绞车电气牵引系统采用变频器作为牵引电机数字化调速装置，实现对绕线式132kW交流电机无级调速，变频器满足电机低速、重载、频繁启动
9、要求。整个控制系统采用PLC实现放矿牵引工艺的集中控制（包括供电、检测、液压、牵引），采用工控机或人机界面形成上位机系统。1.2.1内容了解项目要求包括熟悉工艺条件及要求，了解控制要求，了解控制参数指标。确定控制方案包括根据工艺条件及要求控制参数及指标，被控对象的特点确定难点。确定整体控制方案包括：系统的功能、可靠性、维护性、操作性、成本、甲方技术实力及经费力量、对技术难点的考虑、回路的考虑。系统的设计包括设计依据，控制设计包括电器的选择、工艺设计、控制器设备及仪表的选择、电器图纸的设计、材料表、外协加工、安装及缆线图，软件设计流程图结构设计，软件设计说明，具体的编程设计，调试及修改完善，系统
10、的安装调试及参数整定，操作说明书。本题初步做法是：用PLC控制矿车的各种工作状态。上位组态软件或人机界面与PLC连接，PLC再与车厢设置的远程I/O点或PLC连接。PLC之间的相互连接则需要布置现场总线如用以太网。这就要进行具体的选择。使用设置远程I/O则要考虑各个动作再设下接触器，在车的终点和起点位置要考虑减速、停车、过卷，还要考虑由于是正反两个方向的牵引所以这三个动作要反过来再设置。整个过程是：启动加速全速运行减速停车启动加速匀速运行放矿匀速运行（负载变化）停止放矿再加速重载全速运行减速，由轴编码器来传送电机的信息，判断矿车行驶的快慢、距离等。PLC输出所需状态给变频器改变电机的转动，这就
11、需要使用编程软件。工作手段分成自动手动和紧急处理。手动时在放矿点和控制室均可单独实现放矿机和绞车的手动控制。紧急处理时在放矿点、控制室、机房设置检修控制箱。设置若干紧急停车开关及检修电源控制箱。矿车的具体运转状况可通过组态或人机界面来仿真现场工作。这样就可完成整个工作。包括： 控制系统主机的选型；设备及仪表的选择；硬件及软件设计1.2.2功能根据火车的运行速度、放矿机与火车的相对位置、放矿机与车厢内矿石的相对高度，实现全自动放矿及整个工作循环。要使用组态软件或人机界面与PLC进行通讯。要充分考虑到电源、电机、变频器、轴编码器、PLC控制、开关等。考虑到多种突发事件，要使用声光报警。在考虑设置I
12、/O点时要收集所有的动作，包括正反方向、高速、中速、低速、报警、正常、维修、手动、自动等等。由变频器控制电机的工作，编码器与电机轴相连，电机转动的信息就传给了计数器模块，编程软件将所需动作给PLC再输出给变频器，从而控制电机的动作，带动矿车前进或后退。如图1-1所示的示意图。要求实现： 全自动运行：火车启动-加速-全速运行-减速-停车-启动-加速-匀速运行-放矿-匀速运行（负载变化）-停止放矿-再加速-重载全速运行-减速-停车 整个工作循环全自动运行。在控制室通过监视系统全程监视； 手动运行：在放矿点和控制室均可单独实现放矿机和绞车的手动控制； 紧急处理：在放矿点、控制室、机房设置检修控制箱。
13、设置若干紧急停车开关及检修电源控制箱。 洞内 洞外控制室 放矿机机柜 矿车图1-1放矿示意图第二章 系统概述在该系统中，为了有效的扩展控制系统的拓扑结构，采用Schneider的远程I/O技术(RIO)。对变频调速采用端子控制,PLC与变频器直接连接。变频器外部端子控制，使用PLC输出变频器所需的开关量或模拟量信号控制变频器。此种控制方案由于使用PLC与变频器直接连接，减少了用来进行数据传输和进行通讯的设备，降低了成本，同时也减少了因为增加设备而带来的不稳定因素。2.1 方案论证2.1.1 I/O 连接方式的选择I/O连接可选择：本地IO，DIO，RIO，Momentum I/O。(1)本地I
14、O采用Quantum背板扩展单元140 XBE100 00进行I/O扩展，两个单元和一条电缆即可实现，支持本地及远程分站，支持现存所有 I/O 模板，所有开关量和模拟量 I/O、高速记数模板。支持所有电源，主机架失电将导致 CPU/分站关断，从机架失电将不会导致 CPU/分站关断。图2-1本地IO(2)分布的I/O可以降低系统实施费用；DIO网络可以分成多个部分，在每个部分最多可以连接32个分站，每个部分最大距离为450米。可以使用RR85中继器进行网络扩展，最多可以连接三个 RR85中继器，最大分站数为64个，传输距离达到1800米。如果传输距离超过1800米，可以使用FR85光纤模块。两个光纤模块之间如采用50um 光纤时电缆通讯距离可达2KM，总计距离可达8 KM，采用62.5u或者100um光纤电缆时通讯距离可达3KM，总计距离可达12KM。图2-2分布的I/O (3)远程I/O能覆盖大范围的物理区域；RIO结构基于S908的I/O联网，传输介质为同轴电缆，RIO最多可有31个分站。每个RIO分站，最多64个字输入， 64个字输出。此字数限制包括了离散量和模拟量。RIO不带中继器的传输距离为4572米（15000英尺），如使用光纤中继器，网络总长能到13公里。(4)Momentum I/O在极小
