基于PLC的工矿内燃机车控制系统.pdf

机械 制造 俞亚珍 基 于 P L C的工矿 内燃机 车控制 系统 基于 P L C的工矿 内燃机车控制系统 俞亚珍 常州轻工职业技术学院 电气工程系， 江苏 常州 2 1 3 1 6 4 摘要 为 了使 J MY 8 0 0型准轨 工矿液 力传动 内燃机 车在操 作上更 为直观和人性 化 ， 设备利 用 了西门子 s 7 3 1 2 C P L C 可编程控制器 进行了控制， 并添加了人机界面， 一系列 P L C控制参 数 可以直观 显示 ， 并直观显 示故 障画面 ， 方便故 障处理 ， 进一步提 高 了J MY 8 0 0型准轨 工矿液 力 传动 内燃机车的 自动化程度和可靠性。 关键词 工矿 内燃机 车 可编程控制器 人 机界 面 中图分类号 U 4 6 9 ． 6 ； T P 2 7 3 文献标志码 B 文章编号 1 6 7 1 5 2 7 6 2 0 1 4 0 5 0 0 5 9 0 3 I nd us t r i a l Di e s e l Lo c o mo t i v e Co nt r o l S y s t e m Ba s e d o n S I M ATI C PLC Yu Ya ． z h e n D e p a r t me n t o f e le c t r i c a l e n g i n e e r i n g ， Ch a n g z h o u I n s t i t u t e o f L i g h t I n d u s t r y T e c h n o l o g y ，C h a n g z h o u 2 1 3 1 6 4 ， Ch i n a Abs t r ac t in or d er t o mak e t h e JMY8 0 0 t y pe q u a si r a i l I n du s t r ial a n d mi n i n g d i e s e l h y d rau l ic l o c omo t iv e t o b e mo r e in t u it ion an d h u - ma n n a t u r e i n o p e rat i o n， t h e Sie me n s S 7 3 1 2 C P L C p r o g ramma b le l o g ic c o n t r o l le r i s u s e d t o c o n t rol i t a n d a h u ma n - c o mp u t e r in t er f a c e is ad d e d t o i n t h e e q uipme n t ，i n or d er t o di r e c t ly dis pla y t h e PL C c on t rol p a r a me t e r s a n d t h e f au lt p i c t u res f or it s t r o ub les h o o t i n g，S O t h a t it s au t o ma t i o n an d rel ia bil i t y are impr o v ed g rea t l y ． Ke y wo r ds i n d u s t r i a l dies e l l o c omo t i v e；S7 - 3 1 2 C；man - ma c hin e in t e r f ac e 1 选 型及特点 1 ． 1 选 型 根据长期对工矿内燃机车的研制开发经验 ， P L C 可 编程控制器 已经成了机车电气控制的核心。而用户为 了兼顾其他设备上使用可编程控制器 的况， 指定选用西 门子公 司的 S 7 3 0 0 P L C ， 参考 S 7 3 0 0系列 P L C的工作 原理 、 功能 、 价格 以及 电气部 分 的接 口条件 后 ， 确 定选 用 西 门子公 司的 S 7 3 1 2 C紧凑 型 可编 程 控 制器 实 现机 车 控制的各项功能 ， 再辅 以 E a s y V i e w的人机界面作 为显 示终端 。 1 - 2特 点 S 7 3 1 2 C紧凑 型可编程控制器 。 作 为西门子新一代产 品具有 以下特点 1 功能强 很强的计算性能， 完善的指令集。 2 快速 指令处理极其快速， 功能强大的 C P U只需 0 ． 3 m s 就可处理 1 0 2 4个 二进 制语 句 ． 在 面 向文字处理 方 面也 同样表现 出色。 3 全集成 全部模块化， 通讯功能和分布式 I ／ O全 部集成， 各模块能以各种不同方式组合在一起 ， 所以可将 控制系统设计成完全符合应用的需要。 2 系统 结构组成和功能 系统配 置如 图 1 所示 。 图 1 系统结构框 图 2 ． 1 P L C单元 s 7 3 1 2 C为本系统主控制单元， 它承担数据采样 柴 油机转速、 机车速度、 温度、 压力等数据 、 数据处理、 报 警、 趋势、 数据记录等工作。司机通过操作终端可以了解 机车的运行状态。 2 ． 2 外 围单元 外围单元 包括数字输入输 出模块 S M3 2 1 ， S M 3 2 2 ， 作者简介 俞亚珍 1 9 6 4 - ， 女， 江苏江阴人， 副教授 ， 本科， 主要研究方向为机电一体化技术。 Ma c h i n e B u i ld i n g Au t o m a t i o n ，O c t 2 0 1 4 ， 4 3 5 ． 一6 』 5 9 机械制造 俞亚珍 基于 P L C的工矿 内燃机 车控 制 系统 S M3 2 3各一块、 8路模拟量输入模块 S M3 3 1一块、 一轴定 位模块 F M3 5 3 一块、 步进电机驱动器 Q 3 F Y 4 4一块、 温度 变送器 N C T 1四只 、 压 力变送 器 N C P 1 A三只 以及 一些按 钮、 开关、 继电器、 电磁阀等。 I ／ O信号统计如表 1 。 表 1 信号统计表 2 ． 3 系统功能 a 控制 柴油机 的启动 和停止 。 b 数据采样功能 由 S M3 3 1 模 拟量输 入模块 采样温 度和压力信号． 通过集成在 s 7 3 1 2 C上的两路高速计数 器分别采样柴油机转速和机车速度信号， 经过程序换算成 柴油机转速值和机车速度值． 并且累计机车运行里程和柴 油机工作时间 。 C 报警功能 当某一模拟量 如 温度、 压力 测量值 超出给定范围或某一开关量 如 低水位开关 发生位变 时， 根据不同的需要发出不同等级的报警， 如人机界面显 示报警信息、 声光报警、 机车卸载等。 d 显示功能 在人机界面屏面上实时显示机车的各 种运行参数 如 柴油 机 转速 、 机车 速度 、 柴 油机 油 温 、 油 压 、 液力变扭箱油压 、 油温等 ， 通过 选择触 摸键还 可以获 得有关操作机车的帮助信息 。 e 安全功能 按不同的操作级别分级加密， 可以实时 修改参数 如报警范围、 柴油机启动时限等 。 f 实现柴油机的无级 调速 通过 控制 F M 3 5 3一 轴定 位模块产生脉冲经步进电机驱动单元分频后控制步进电 机运转 ， 调节柴油机 的油 门， 对柴油机进行 调速。 3系统的软件设计 机车电气控制系统软件设计采用模块化结构 ， 这充分利 用了 S T E P 7编程软件 的特点。功能模块主要分为 柴油机起 动子程序模块 、 数据显示子程序模块、 柴油机调速子程序模 块、 手动／ 自动控制子程序模块、 报警子程序模块等 3 ． 1 柴油机启 动子程序模块 控制柴油机的启 动． 按下启动按钮 。 A则 首先 机油 预供 油泵开始工作， 待机油压力达到Q 1 M P a时， 机油预供油泵停 止工作， 启动电机开始运转带动柴油机启动， B待柴油机启动 完成正常运行后， 运转继电器将柴油机启动回路切断， 也可 以防止柴油机在运转时的二次启动． 并用程序控制柴油机一 次启动时间不超过8 S ， 控制流程如图2 所示。 3 ． 2 数据显示子程序模块 依此采样模拟量输入通道的4 2 0 m A信号 ， 通过比 例关系运算后转化成直接显示的温度值和压力值。 6O 图 2 柴 油机超动控制流程 图 3 ． 3 柴油机调速子程序模块 通过调用 F M3 5 3定位模块的专用指令实现脉冲的输 出， 控制步进电机实现柴油机的无级调速， 用上、 下限开关 保证柴油机的转速在 9 0 0 ～1 5 0 0 r ／ mi n之间。 3 ． 4 报警 子程序模块 采样值和预先设定值比较后。 产生报警信号，驱动声 光报警电路及故障保护执行元件进行卸载或停机。 3 ． 5 手动／ 自动控 制子程序模块 在自动控制方式下， 通过柴油机转速值和机车速度值的 比值计算， 当这一比值达到某一设定值时， 机车就 自动进行 换档。在手动控制方式下， 由机车司机使用操作台上的转换 开关， 实现机车的档位控制。控制流程如图3 所示。 图 3 手动／ 自动控制流程图 3 ． 6 人机界面 采用 E A S Y V I E W M T 5 0 6 L V 4人 机界 面 ． 安装在 机车 h t t p ／ ／ Z Z HD ． c h i n a j o u rna 1 ． n e t ． c n E - m a i l Z Z H Dc h a i n a j o u r n a 1 ． n e t ． C ／l 机械制造与 自动化