PLC煤礦提升機的控制系統(tǒng)硬件設(shè)計案例目錄TOC\o"1-3"\h\u17908PLC煤礦提升機的控制系統(tǒng)硬件設(shè)計案例 1281501.1可編程控制器的選型和特點 1258881.2變頻器型號選擇 278081.3電動機選型 542121.4可編程控制器控制系統(tǒng)設(shè)計 61.1可編程控制器的選型和特點本設(shè)計采用的是西門子1214C系列可編程控制器，它的開發(fā)設(shè)計是用西門子專用博途編程軟件完成的，中高端設(shè)備會用到該系列的PLC，如圖3-1所示為1214C系列PLC的外觀圖。圖3-1PLC外觀圖本設(shè)計采用的是西門子的新一代可編程控制器，有以下幾個特點。系統(tǒng)的性能：這個可編程控制器有著很好的控制能力，并且在短時間內(nèi)能夠精確的處理信號。S7-1200能快速反應(yīng)在兩點之間且速度極快，這都取決于它具有高速背板總線。工藝：S7-1200可以直接連接兼容驅(qū)動和模擬量控制運動，而且不需要其他的工具幫助，工作人員想要快速調(diào)試控制器及優(yōu)化驅(qū)動的話，就要用Trace功能來完成。而另一個能自行整理參數(shù)和保證質(zhì)量的集成工藝功能便是PID控制。工業(yè)信息安全：S7-1200具有一個很好的安全性能。只有它的使用用戶才能對它進行拷貝和修改等動作。它的SIMATIC存儲卡也不用考慮內(nèi)容泄露的情況，因為它只能在匹配授權(quán)過的卡上運行正常。而且用戶之間的授權(quán)方法也是截然不同的，只有授權(quán)用戶才能對相應(yīng)的配置進行修改。并且它可以智能識別數(shù)據(jù)是否經(jīng)過修改，這樣可以避免數(shù)據(jù)混亂錯誤[28]。故障的安全：S7-1200具有優(yōu)秀的故障安全保障。配置故障安全型控制器就是能保證安全自動化，而且程序也應(yīng)用了相同設(shè)計理念。用戶能自己定義并修改參數(shù)。這種全新的控制器在安全保障方面做的相較于原來已經(jīng)相當(dāng)?shù)牟诲e了，而且還達到了不少國家的安全標(biāo)準(zhǔn)。系統(tǒng)診斷：可編程控制器具有一個很強大的診斷能力，它的強大之處就是它僅僅配置一下就能診斷，不需要再做其它的工作。而且，顯示器上可以簡單清楚的顯示各種錯誤信息。指示燈和相同分配比例的接線端子能替我們減少了許多時間。并且，我們能快速檢測并分配到對應(yīng)的通道。這個S7-1200就是用的博途軟件。使全集成自動化的完成的平臺軟件就是博途，它是首個擁有組態(tài)設(shè)計的軟件。博途軟件對可編程控制器做相關(guān)的工程設(shè)計，控制器、人機界面以及一些驅(qū)動產(chǎn)品的規(guī)范使用的概念就是這個設(shè)計給予的，并且它還提供了一個無比強大的庫，現(xiàn)在所有的自動化對象都被包含收容在內(nèi)[29]。1.2變頻器型號選擇本設(shè)計就是西門子G120C變頻器。對于變頻器來說，不同的用戶有不同的需求，有的用戶想要一種體積小，且安裝方便，還要容易調(diào)試操作，這時候這種變頻器就正好符合該用戶的特殊要求。這種型號的變頻器與它同類不同型號的其他變頻器相比，具有很大的優(yōu)勢。它的接線方法也比較簡單，性價比比其他型號的變頻器高了很多。多種功能結(jié)合在了一起，其中包括：安全功能（STO,可通過端子激活），常用于現(xiàn)場總線接口可以有許多種選擇，還有許多拷貝參數(shù)的存儲卡槽。如圖3-2所示為G120C變頻器外觀圖。這個變頻器可調(diào)節(jié)的功率區(qū)間很大，最低低至幾千瓦，最高可高達十幾千瓦，因為它具有一些其他變頻器所沒有的優(yōu)點，所以他被其他的變頻器當(dāng)成了標(biāo)榜。它的結(jié)構(gòu)相對比較緊湊，而且它能很容易的被操作，可以方便快捷的調(diào)試安裝，就算出現(xiàn)了一些故障，修復(fù)起來也很簡單。它還優(yōu)化了一個應(yīng)用，一個屬于相對較小的控制柜的應(yīng)用，從而使它的安裝變得非常簡單。一個驅(qū)動裝置會常常被這應(yīng)用使用，這個裝置就是體積較小的簡單控速的驅(qū)動裝置，因為它的體積較小，所以它的占用空間就大大減小了[30]。圖3-2G120C變頻器外觀圖通過設(shè)備的功率我們選擇0.75KW,2.2A系列作為本設(shè)計用變頻器，如圖3-3所示為G120C系列變頻器選型。圖3-3G120C變頻器選型圖使用者可以用存儲卡拷貝相關(guān)數(shù)據(jù)來進行速調(diào)，同樣工作人員也可以進行基本調(diào)試代替盲蓋板，亦可以對變頻器的參數(shù)進行設(shè)置借用計算機工具[31]。G120C變頻器的端子注釋如下圖3-4。圖3-4變頻器端子臺接線圖它可以被分為四種接線方式。在開關(guān)閉合前提下，數(shù)字量變?yōu)楦唠娖捷斎肭覂?nèi)部電源接線的為第一種方式。數(shù)字量變?yōu)楦唠娖捷斎肭彝獠侩娫唇泳€的為第二種方式。數(shù)字量變?yōu)榈碗娖?，并且?nèi)部電源接線的方式為第三種。數(shù)字量變?yōu)榈碗娖?，并且外部電源接線的方式為第四種。圖3-5變頻器調(diào)試工具上圖就是變頻器調(diào)試的工具，它們可以很方便的進行調(diào)試。其中有三種調(diào)試方式，可以查詢調(diào)試工具說明手冊來進行相關(guān)調(diào)試。圖3-6固定調(diào)速的參數(shù)我們可以用調(diào)試工具調(diào)節(jié)相關(guān)參數(shù)來控制多段速度的運行狀態(tài)。我們也可以調(diào)節(jié)P1120和P1121參數(shù)來改變加減速的時間。電機的正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)也由變頻器決定，根據(jù)需求設(shè)置參數(shù)，設(shè)置參數(shù)可以決定各段速度的大小，加速和減速的時間也是參數(shù)決定的，根據(jù)實際情況調(diào)整，礦井的深度不同，設(shè)計的參數(shù)也不同。根據(jù)實際要求設(shè)置變頻器的參數(shù)，變頻器的參數(shù)設(shè)計可以查看相關(guān)說明手冊，根據(jù)不同的情境設(shè)計相關(guān)的參數(shù)設(shè)置，使電動機的運行狀態(tài)能達到相關(guān)的要求。1.3電動機選型提升機的速度取決于電動機，提升機會隨著電機轉(zhuǎn)動而做出相應(yīng)動作。交流電動機的轉(zhuǎn)矩決定了轉(zhuǎn)子磁動勢矢量與磁通的大小。想要調(diào)速的話說白了就是控制電機轉(zhuǎn)矩?？刂葡到y(tǒng)在很多情況下會使用電壓和電流的控制型標(biāo)量，但它也有不足的地方，不足的地方就是動態(tài)控制性能不是讓人很滿意。為了解決這個問題，就可以采用對電動機的定子電壓和電流實行磁通方向矢量控制的方式。本設(shè)計采用是三相交流電動機，而且是異步的。驅(qū)動電機我們選擇的是三相異步電動機，型號為YZTD225L2-4/8/32，24/24/5.4KW，接線時以△接法接入三相火線，將三根火線按照順序依次接入到變頻器的輸出電機接線端子部分，YZTD系列的電動機自身帶有制動器[31]。當(dāng)變頻器發(fā)出命令時，制動器的接觸器閉合，當(dāng)停止時，制動器進行制動。三相異步電動機如圖3-7所示。 圖3-7三相異步電動機電機相關(guān)參數(shù)如表3-1所示，本設(shè)計中通過改變變頻器頻率來實現(xiàn)電機速度運行的調(diào)節(jié)。表3-1電機基本技術(shù)參數(shù)表級數(shù)Pole電流A轉(zhuǎn)速r/min功率KW450138324852.5699243234.21415.41.4可編程控制器控制系統(tǒng)設(shè)計分配表如下表所示。表3-2I/O分配表輸入名稱輸出名稱I10.0啟動Q4.0變頻器運行I10.1停止Q4.1多段速度一I10.2開車Q4.2多段速度二I10.3超速信號Q4.3超速報警I10.4松繩Q4.4松繩報警I10.5過載Q4.5過載報警I10.6過卷Q4.6過卷報警在可編程控制器選定完成之后，就要進行下一步，而這一步就涉及到了對I/O地址的分配。硬件設(shè)計的內(nèi)容就是設(shè)計控制系統(tǒng)的相關(guān)內(nèi)容?？删幊炭刂破鞯耐獠拷泳€圖見下圖3-8。一是24V直流傳感器在輸出時抗噪能力非常優(yōu)秀，就算它不用電源，也能將“M”通過機殼與大地相連。二要關(guān)注的是，對于漏型輸入的話，就是將“-”號連接到“M”。同樣對于源型輸入，就是將“+”連接到“M”?？删幊炭刂破髡f明書有一張圖顯示的是CPU連接器針腳的位置，針腳的具體位置能夠從圖中看出來。下面的圖是外部接線圖圖3-8CPU1214C的外部接線外部接線具體情況能從圖中很容易看出來。在控制相關(guān)部分，電路的設(shè)計與實際工程應(yīng)用的便捷性有關(guān)系，并且與后續(xù)修理和升級有關(guān)系，本課題控制的電氣主接線圖如圖3-9所示。主電路一共包括電機、變頻器的供電部分、直流電源部分等幾大類。主電路的接線圖如下。圖3-9主電路接線圖電動機正常運行時是380V，因此要采用三根火線，一根零線，一根地線作為供電電源；變頻器是380V供電的，熱過載繼電器保護前端的部分，三相電源連接變頻器的輸入模塊部分，三