矿井运输机PLC控制系统选型设计及应用研究.pdf

机械管理开发 MECHANICAL MANAGEMENT AND DE\ ELOPMENT 总第191期 2019年第3期 To t al 191 No .3,2019 自动化技术与设计 DOI10.1 砧 25/j.c nk i.c nl 41134/t h.2019.03.0*6 矿井运输机PLC控制系统选型设计及应用研究 乔惠军 邙日泉煤业集团有限责任公司一矿.山西阳泉045008 摘要简单介绍控制系统工作原理，进行PLC控制器选型，程序设计PLC控制系统元器件及匹配地址.工业 实践表明，选择西门子S7-2OO作为PLC控制器控制给料理想，能够满足工业需求说明PLC选型合理，可更好 地控制矿井运输机稳定运行，减少差错率，提高给料控制能力 关键词运输机 PLC控制器 自动化 选型设计 中图分类号TD265;TP273 文献标识码A 文章编号1003-773X 2019 03-0198-02 引言 在科学技术迅猛发展的大环境下，匸业自动化 的发展促使控制技术功能作用日趋成熟。控制技术 精准，输出成本低，精密控制，在工业化的应用中较 为广泛，发挥着举足轻重的作用。计算机、微电子、芯 片以及传感器等技术构成了现代PLC控制技术皿。 PLC控制技术目前拥有控制技术稳定、反应迅速、精 准度高等优良性能，尤其是在矿山机械中，PLC控制 技术具有一定的优势⑵。 1 PLC控制系统工作原理 虽然PLC控制器类型较多，但其组成结构和工 作原理大体相同决〕。pLC控制系统主要分为接口电 路、电源、CPU等部件构成，类似于计算机特定的输 入输出、分析、判断、计算功能。PLC控制系统工作原 理如图1所示。其中可以提供的输入输出信号包括 模拟量、开关量,输入输岀接口的构成部分由两类。 PLC输入输出映像区共同构成了部分PLC的接入 端，将输入端采集的信号通过输入输岀映像区集中 到PLC内部区核.程序识别到该信号，经过转换、运 行、传输储存于另一个位置区域。 PLC控制技术与计算机原理大致相当，PLC工 作模式不仅与输入输出的映像区有关。而且还是一 种控制式的工作,不仅要按照顺序逐步执行程序,而 且还要实现控制电气设备开停、起运，整体上类似于 串联式的工作c PLC工作由三个阶段组成第一个阶 段是通过信息储存，映像区接收到采集样本,在扫描 状态下供机器读取。第二个阶段是寄存信号过程，在 程序运行中，通过按照顺序逐一进行程序执行，读取 的信号元件准备下一阶段工作,等到程序执行完毕， 再把信号传输至寄存器里。第三个阶段便是将执行 收稿日期2018-11-29 作者简介乔惠军 1988,男，毕业于太原理工大学机械工 程及其自动化专业，机电助理工程师，现从事煤矿机电维修管 理工作。 输入接口单元 「 电源部分 输出接门单 - 兀 □----接触器 口一电磁阀 指示灯 编秤仗备 图1 PLC控制系统工作原理 命令传输到端子负载端.在输出单元作用下将读取 器中的信号记录，并经映射部分分析后发出命令，最 后进行驱动负载。 2 PLC选型及程序设计 2.1 PLC选型 为了选择矿井运输机中控制系统的控制器，根 据运输机数字量输入输岀点数和模拟量输入输出点 数决定，根据功能需要，矿井运输机控制至少16个 数字量和6个模拟量，比较适合的便就是小型的西 门子S7-200型PLC控制器，该种PLC既可以满足 设计的要求，同时成本较低，性价比高。根据调查发 现，目前S7-200系列中根据CPU的不同共有六种 产品考虑到设计系统中的I/O端情况比较复杂，同 时包括模拟量和数字量。根据实际工作的要求，选择 的CPU224XP的PLC,选择原因是CPU224XP是西 门子最新推出的产品，另外，不仅拥有数字量的输入 和输出功能，同时还能够输入和输出模拟量EM235 型拓展模块模拟量为4路，输出量为1路，一旦PLC 无法提供足够的输入输岀点时.就可以有效结合拓 展模块，实际控制需要就能够得到I/O点目标。整个 PLC控制系统主要构件有供电电源、传感器、硬件元 件等,电气元件如电磁阀、各种传感器、放大器等是 由硬件电源供电,元器件按照设计连接，并与PLC形 成通路，在PLC作用下就能起到对矿井运输机的自 动化控制。 2.2 PLC程序设计 PLC控制系统的程序设计主要是通过主程序、 2019年第3期乔惠军矿井运输机PLC控制系统选型设计及应用研究 199 中断程序以及子程序来达到控制矿井运输机运行间。 主程序类似于一个领导者来支撑、命令整个控制系 统,中断程序和子程序均在主程序框架里进行编辑。 在控制复杂而又多变、急迫的情况下需要处理的执 行命令,编写的代码称之为中断程序。某个局部动作 实现编写的代码称之为子程序。PLC控制系统元器 件对应地址编码如下表1所示。 表1 PLC控制系统元器件与相应地址 |分析评估控制匪 |PLC选型,1/0设备选择| I/O地址分配 - 检查修改程序亠 |程序设计| |电气系统设计| |硬件系统安装| 满足詰求吗 I I |检査硬祚嗣 - 检査硬件接勺 |调试程序| 元器件符号对应地址备注 VW-TZVW312 关停计时次数 VW-TFVW310 测试采集值 VW-TGVW256 料斗最大值 VW-SQ-ZVW320 料斗最小值 VW-S1-PDVW145 冷却计时器计数 VW-LQVW156采集CPU周期 VW-LL-PDVW322 复位计时器开关 VW-GMVW326 料斗重量 VW-GBVW314 来料判断 编写程序代码思路既要达到运行、执行效果，还 必须具有逻辑判断能力，在主程序框架下通过不断 调整子程序进行优化程序，设计的程序不仅要达到 控制的效果,还必须具有简洁的评判标准。在编写代 码程序的时候，结合现场实际，不断调试。要求的功 能齐全、完善，才能在控制器中完美展现，对于具体 的程序代码就不在赘述。 3 PLC控制系统在运输机中的应用 PLC控制矿井运输机工作需满足以下要求 1） 给料控制系统合理的自动化运行，传感器检 查到没有煤炭，控制系统控制料斗闭合;煤炭进入料 斗之前，根据煤量控制料斗打开程度。 2） 控制系统设置完善的报警、指示功能。 3） 控制系统辅助性纠偏控制极为重要，一旦皮 带跑偏，控制器控制液压缸拉力,使皮带复原。 4） 运输机泵启动过程和运输系统的运行应有独 立的工作条件。 上文系统地研究分析了 PLC的原理、工作模式， 控制器PLC的选择，以及相应的元器件与地址分配 的程序关系后，现将设计的PLC控制系统运用到实 际矿井运输机中,PLC控制运行的流程如图2所示。 矿井运输机采用PLC控制系统进行控制运行， 在给料控制系统的工业试验中，要求使用的活塞杆 运动距离需从原先的30 mm上升到165 mm,那么通 过调整程序中的PID参数值，调整后给料系统中的 N |联机调试| J N ■I满足求吗 | |现场安装调试J |编制技术文件| 交付使用 0」8 0.16 0.14 屯 0.12 眩 0.10 汨 0.08 0.06 0.04 0.02 图2 PLC控制系统运用控制流程图 时间/ms 图3在给料时PLC控制下活塞位移曲线 活塞杆运动曲线如图3所示。从活塞位移图来看, PLC控制系统能够控制运输机给料活塞杆运动到要 求标准。 4结论 整个系统采用S7-200系列的PLC控制器，根 据现场实际运用效果可以看岀,PLC控制运输机运 行平稳，故障率从2.3降到了 0.53。说明PLC选 择合理，电气元器件等匹配合适。此次运输机PLC 控制系统的选型设计为矿井自动化、机械化运行提 供了技术支撑。进一步表明，本次选择的PLC控制 器在矿井运输机控制系统中运用效果理想。 参考文献 [ 1] 贺鹏.电液比例速度控制系统的设计及特性研究[ D].昆明昆明 理T大学,2002. [ 2] 王积伟，吴振顺.控制T程基础[ M].北京高等教育出版社, 2011. [ 3] 刘智.基于PLC的冷热集液干燥装置的电控系统设计[ D].大 连大连理工大学,2013. [ 4] 邹志峰，刘志生.西门子S7-200系列微型PLC[ J],低压电器, 1998（2）19-23. ⑸顾战松.PLC原理及应用[ M].北京国防工业出版社,2001. [ 6]乔志杰.基于组态软件与PI.C的立轴平面磨床监控系统设计 [ J].南阳理工学院学报,2016（4） 13-16. （编辑王慧芳） （下转第210页） 机械管理开发 jxgl k fbjb 126.c o m 第34卷210 5应用评价 本文分析的矿用提升机控制系统在经过安装调 试后，其启动、制动过程运行平稳,没有出现任何故 障，并且被控参数的实际值与设定值吻合。由于设有 报警系统,在检测到提升机偏离稳定状态后,可及时 进行制动并向工作人员发出警报，避免事故的发生。 6结语 “全数字交直交变变频调速”“PLC控制”“双 线制监视保护以及安全回路”“Pro fibus网络”“上 位管理计算机”的综合电脑控制系统的功能完善、控 制精度高、稳定可靠，并且具有故障诊断管理系统, 在降低检修人员工作量的同时大大提高了提升机控 制系统的可靠性,为煤矿安全稳定生产提供了保障。 参考文献 [ 11王建华.煤矿开拓掘进工程快速施工技术研究[ J].城市建设理 论研究,2014225 543. [ 2]赵英宝，黄丽敏，谷勇.矿井提升机变频控制系统的设计[ J].煤 矿机械,2014,359152-154. 编辑李媛 Design and Anal y sis o f Co nt ro l Sy st em fo r Mine Ho ist Liu Haifu Xinzho u Kil n Mine o f Dat o ng Co al Mine Gro up, Dat o ng Shanxi 037021 Abst rac t In view o f t he pro bl em t hat t he c urrent mine ho ist c o nt ro l syst em c an no t meet t he requirement s o f high l o ad and prec isio n c o nt ro l , t he d esign o f t he c o nt ro l syst em o f t he ho ist is anal yzed fro m t he d esign o f t he PLC c o nt ro l mo d ul e, t he appl ic at io n o f t he bus net wo rk and t he d esign sel ec t io n o f t he variabl e frequenc y speed c o nt ro l d evic e. The o perat io n t est sho ws t hat t he c o nt ro l syst em has st ro ng pro c essing c apac it y, whic h c an real ize t he prec ise c o nt ro l o f t he st ro k e, c an al so c arry o ut faul t d iagno sis, and c an meet t he safet y pro d uc t io n requirement o f t he c o al mine. Key wo rds ho ist c o nt ro l syst em; PLC c o nt ro l mo d ul e; bus net wo rk ; variabl e frequenc y speed regul at io n d evic e 上接第28页 Opt imizat io n Design o f Expl o sio n-pro o f Three-phase Asy nc hro no us Mo t o r in Co al Mine Shen Xin No . 5 Co al Mine o f Yangquan Co al Gro up, Yangquan Shanxi 045000 Abst rac t Aiming at t he pro bl ems exist ing in t he use o f t he expl o sio n-pro o f t hree-phase async hro no us mo t o r fo r shearer, t his paper o pt imizes t he d esign o f t he mo t o r, st art ing fro m t he el ec t ro magnet ic part and t he st ruc t ure o f t he mo t o r, t o t he base and end c o ver o f t he mo t o r, The ro t o r shaft and bearing are impro ved t o ensure t hat t he perfo rmanc e o f t he mo t o r meet s t he requirement s, and t he ad apt abil it y o f t he mo t o r is impro ved , whic h ensures t hat t he mo t o r c an run no rmal l y and st abl y und er t he c o mpl ic at ed mining enviro nment . The t est resul t s o f t he pro t o t ype sho w t hat t he mo t o r has go o d wo rk ing effec t and high t ec hnic al l evel . It is no t o nl y wid el y used in und ergro und c o al mine, but al so so l ved by c o al mine ent erprises. This k ind o f pro bl em pro vid es referenc e and referenc e. Key wo rds shearer; mine fl amepro o f; t hree-phase async hro no us mo t o r; o pt imum d esign 上接第199页 Design and Appl ic at io n o f PLC Co nt ro l Sy st em fo r Mine Transpo rt er Qiao Huijun No . 1 Mine o f Yangquan Co al Gro up Co ., Lt d., Yangquan Shanxi 045008 Abst rac t This paper int ro d uc es t he wo rk ing princ ipl e o f c o nt ro l syst em, sel ec t ing PLC c o nt ro l l er, pro gram d esign PLC c o nt ro l syst em c o mpo nent s and mat c hing ad d ress. The ind ust rial prac t ic e sho ws t hat t he Siemens S7 / 200 as t he PLC c o nt ro l l er is id eal t o c o nt ro l t he feed , and it c an meet t he need s o f t he ind ust ry. The reaso nabl e sel ec t io n o f PLC c an bet t er c o nt ro l t he st abl e o perat io n o f mine c o nveyer, red uc e t he erro r rat e and impro ve t he abil it y o f feed c o nt ro l . Key wo rds t ranspo rt er; PLC c o nt ro l l er; aut o mat io n; sel ec t io n d esign