【正文】 Generated System)是一套基于 Windows 平臺的，用于快速構造和生成上位機監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件系統(tǒng)，可運行于 Microsoft Windows 95/98/Me/NT/20xx 等操作系統(tǒng)。 一 、 MCGS 組態(tài)軟件的系統(tǒng)構成 MCGS 軟件系統(tǒng)包括組態(tài)環(huán)境和運行環(huán)境兩個部分。兩部分互相獨立，又緊密相關。在運行環(huán)境中完成對工程的控制工作。主要的組態(tài)操作包括：成都電子機械高等?？茖W校成教院畢業(yè)論文（設計） （ 基于 PLC 控制的變頻調速的系統(tǒng)設計 ） 28 定義工程的名稱，編制工程菜單，設計封面圖形，確定自動啟動的窗口，設定動畫刷新周期，指定數(shù)據(jù)庫存盤文件名稱及存盤時間等。 實時數(shù)據(jù)庫：是工程各個部分的數(shù)據(jù)交換與處理中心，它將 MCGS 工程的各個部分連接成有機的整體。 圖 43 組態(tài)軟件的組成框圖 二 、 MCGS 組態(tài)軟件的工作方式 MCGS 如何與設備進行通訊： MCGS 通過設備驅動程序與外部設備進行數(shù)據(jù)交換。每個驅動程序獨占一個線程，達到互不干擾的目的。詳細情況請參閱后面第四講中的動畫連接。 MCGS把各種網絡形式，以父設備構件和子設備構件的形式，供用戶調用，并進行工作狀態(tài)、端口號、工作站地址等屬性參數(shù)的設置。 圖 44 工程效果圖 第三節(jié) 提升機監(jiān)控畫面的開發(fā) 在提升機上位機上要實現(xiàn)多項功能 :對提升機的運行狀態(tài)實現(xiàn)多畫面實時監(jiān)控 。發(fā)生故障時能自動彈出故障界面，并引起司機注意具有歷史記憶和故障記錄功能 。監(jiān)控中心主畫面如成都電子機械高等專科學校成教院畢業(yè)論文（設計） （ 基于 PLC 控制的變頻調速的系統(tǒng)設計 ） 30 圖 45(a)所示，從該界面中可以看到提升機系統(tǒng)的運行方式以及運行環(huán)節(jié)的的工作數(shù)據(jù) (啟動 /停止，正常 /故障 ):速度、深度顯示，電機電流、 電壓，液壓站油壓、油溫，潤滑站油壓、油溫等。 圖 45 上位機主畫面和報警畫面 圖 46(a)是 PLC 系統(tǒng)故障記錄畫面，畫面記錄主備 PLC 的故障，記錄內容有故障發(fā)生時日期、時間，提升機的深度、速度，制動單元的有關數(shù)據(jù)。采用變頻器實現(xiàn)提升機的調速運行，結合 PLC 的強大功能以及基于組態(tài)軟件所開發(fā)出來的良好人機界面和通信能力，實現(xiàn)在司機控制室對提升機的控制運行及參數(shù)調節(jié)。 2)、組態(tài)軟件作為用戶可定制功能的軟件平臺工具，利用其良好的人機界面和通信能力，在 PC 機上開發(fā)出友好人機界面，下載至工控機中，使工作人員可以實現(xiàn)提升機運行實時監(jiān)控，同時可實現(xiàn)系統(tǒng)故障報警、打印報表。變頻調速系統(tǒng)在提升機控制中顯示出其控制性能優(yōu)良、操作簡便、運行效率高、維護工作量小等諸多優(yōu)點，是礦用提升機傳動的發(fā)展方向。 感謝趙鵬展 老師，這片論文的每個細節(jié) 、 每個數(shù)據(jù) 和每個圖片 ，都離不開 您的細心指導。 成都電子機械高等專科學校成教院畢業(yè)論文（設計） （ 基于 PLC 控制的變頻調速的系統(tǒng)設計 ） 33 參考文獻 .電力拖動自動控制系統(tǒng) [M].冶金工業(yè)出版社 ,1983. .斜井提升機的 PLC 控制 [期刊論文 ] 20xx. . 礦井提升機的變頻調速改造 [J]. 電氣時代， 20xx. .提升機盤式制動器狀態(tài)監(jiān)測裝置的研制 .礦山機械 .1993. .監(jiān)控組態(tài)軟件及其應用 .北京 :清華大學出版社 .20xx. ．礦井提升系統(tǒng)新技術及裝備 ．北京：煤炭工業(yè)出版社， 1999. ，黃永紅 .可編程控制器原理及應用 .北京：機械工業(yè)出版社， 20xx. ．調速用變頻器及配套設備選用指南 (第 2 版 )．北京：機械工 業(yè)出版社， 20xx. ，劉志軍，曹麗霞等編著 .組態(tài)軟件控制技術 .清華大學出版社，北京交通大學出版社， 20xx. 。 感謝學院領導，謝謝你們一直以來默默地關心和支持，我知道在我們順利完成學業(yè)以及就業(yè)的過程中，你們付出 了很多，這里深切地感謝你們。該系統(tǒng)四象限運行，可實現(xiàn)絞車的調速、換向、能量回 制動等功能， 適應范圍廣，節(jié)能效果更加明顯。 對本文在礦井提升機控制系統(tǒng)研究中，采用變頻器和可編程序控制器相結合的方法，取 得了一定的成果，通過對已改造的提升機設備進行調研以及相關文獻的閱讀可以看出 PLC 控制的變頻調速提升機有明顯的社會效益和經濟效益。下位機采用 PLC 來控制提升機的整個工作過程，實現(xiàn)各電機的啟、停、電磁閥的開關，數(shù)值的轉換、速度的檢測等。 圖 46 PLC 故障記錄畫面和提升機速度圖畫面 成都電子機械高等?？茖W校成教院畢業(yè)論文（設計） （ 基于 PLC 控制的變頻調速的系統(tǒng)設計 ） 31 結束語 本文主要為礦井提升機設計一套 PLC 控制的變頻調速控制系統(tǒng)，設備包括系統(tǒng)操作臺、變頻柜、電源柜、動力柜及 PLC 柜，實現(xiàn)提升機速度的可調節(jié)，以節(jié)約能源和適應生產的需要。在各個畫面中，點擊相應按鈕可以進行界面相互切換。 整個系統(tǒng)畫面由控制中心，歷史曲線，報警窗口，速度曲線，系統(tǒng)說明以及各個電機的電路監(jiān)控組成。具備齊全的人機對話及記錄顯示功能 。 MCGS 提供了豐 富的功能構件，供用戶選用，通過構件配置和屬性設置兩項組態(tài)操作，生成各種功能模塊（稱為“用戶策略”），使系統(tǒng)能夠按照設定的順序和條件，操作實時數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)對動畫窗口的任意切換，控制系統(tǒng)的運行流程和設備的工作狀態(tài)。同時，可利用 MCGS 提供的網絡功能，在工作站上直接對服務器中的數(shù)據(jù)庫進行讀寫操作。所謂動畫屬性，實際上是反映圖形大小、顏色、位置、可見度、閃爍性等狀態(tài)的特征參數(shù)。設備驅動程序是由 VB、 VC 程序設計語言編寫的 DLL（動態(tài)連接庫）文件，設備驅動程序中包含符合各種設備通訊協(xié)議的處理程序，將設備運行狀態(tài)的特征數(shù)據(jù)采集進來或發(fā)送出去。 運行策略：本窗口主要完成工程運行流程的控制。在本窗口內配置數(shù)據(jù)采集與控制輸出設備，注冊設備驅動程序，定義連接與驅動設備用的數(shù)據(jù)變量。 主控窗口：是工程的主窗口或主框架。用戶在 MCGS 組態(tài)環(huán)境中完成動畫設計、設備連接、編寫控制流程、編制工程打印報表等全部組態(tài)工作后，生成擴展名為 .mcg 的工程文件，又稱為組態(tài)結果數(shù)據(jù)庫，其與 MCGS 運行環(huán)境一起，構成了用戶應用系統(tǒng)，統(tǒng)稱為“工程” 。運行環(huán)境則按照組態(tài)環(huán)境中構造的組態(tài)工程，以用戶指定的方式運行，并進行各種處理，完成用戶組態(tài)設計的目標和功能。 使用 MCGS，用戶無須具備計算機編程的知識，就可以在短時間內輕而易舉地完成一個運行穩(wěn)定，功能成熟，維護量小并且具備專業(yè)水準的計算機監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)工作。組態(tài) 環(huán)境是生成用戶應用系統(tǒng)的工作環(huán)境。還要對有關的控制單元的工作情況進行監(jiān)控。 經過分析比較，結合提升機調速系統(tǒng)屬于恒轉矩負載特性，最終選擇 PLC 與變頻器相結合的變頻調速方案，其變頻控制方式為：矢量變頻調速控制。 旋轉編碼器可以檢測主電動機的轉速，并將此信號傳送給可編程控制器， PLC通過該信號可以累計計算提升機的行走距離。 操 作 系 統(tǒng) 主 程 序 子程序調用 子程序調用 子程序調用 成都電子機械高等專科學校成教院畢業(yè)論文（設計） （ 基于 PLC 控制的變頻調速的系統(tǒng)設計 ） 24 圖 310 PLC 工作流程圖 第四節(jié) 變頻調速在控制系統(tǒng)中的運用 系統(tǒng)內部采用矢量控制思想， AC380V 三相動力電源由隔爆接線腔 R,S,T 3個接線柱接入隔爆主腔內，大功率變頻（ SB61G110KW）可以將工頻三相交流電經開始 程序初始化 自檢 正常 初 始位置檢測完成 故障處理 封鎖輸出聲光報警 進入初始狀態(tài) 結束 安全回路動 作 報警 回路動 作 安全回路動 作 安全回路動 作 開車 正常 停止 正常 過載 過卷 松繩 超速 Y N N Y N Y Y Y N N N N N N Y N N S 型速度控制程序 成都電子機械高等?？茖W校成教院畢業(yè)論文（設計） （ 基于 PLC 控制的變頻調速的系統(tǒng)設計 ） 25 過交 — 直變換之后經過逆變器，利用設定的參數(shù)進行逆變，使得輸出為某一相應設定頻率的交流電，經變頻后輸出 U,V,W 來驅動電機的運行。 PLC 軟件結構設計是根據(jù)提升機工藝和控制要求，將控制任務和過程分解為許多子過程和子任務，再對各個子過程和子任務進行模塊設計、功能說明，形 成一個模塊化的程序結構。 成都電子機械高等專科學校成教院畢業(yè)論文（設計） （ 基于 PLC 控制的變頻調速的系統(tǒng)設計 ） 23 由于系統(tǒng)控制核心主要由 PLC 和上位機組成，因此，軟件包括 PLC 控制和上位組態(tài)軟件。如開車過程中制動油過熱或潤滑油過熱等。提升機的保護主要由安全回路來實現(xiàn)，安全回路設計成雙線制。雙卷筒提升機換水平調繩時，調繩轉換開關 FWS 打到調繩位置使調繩連鎖環(huán)節(jié)串入安全回路。是兩個 PLC 輸出的故障中繼，當提升機發(fā)生故障時， PLC 根據(jù)故障類型分斷軟 AC 中繼，使 AC 斷電，實現(xiàn)安全制動。 SAI 為應急開關，指系統(tǒng)中兩套 PLC 故障時，能夠脫開 PLC 的控制，外設一套硬繼電器回路實 現(xiàn)應急運行，完成本次提升。 KA29為制動油過壓中 繼，當制動油過壓時，其電接點壓力表上限開關閉合， KA29 繼電器通電，其常閉點打開。當提升容器超過正常裝卸位置過卷時，碰壓過卷開關或防爆磁開關動作，使 AC 斷電，實現(xiàn)安全制動。若司機將過卷復位開關位置扭錯，則不能開車，以保證開車方向與原開車方向相反。重新接通 AC 回路。 ③機械閘瓦磨損保護 提升機機械閘裝有閘瓦磨損開關，當閘瓦磨損超限時，會使機械閘制動力不足，如果不進行保護很可能發(fā)生跑車事故。制動手柄處于緊閘位置時，緊閘繼電器 KA04 閉合，這時允許安全回路接通。硬安全回路通過硬件回路實現(xiàn)， 無論 PLC 單元是否正常工作，一旦出現(xiàn)重度故障信號，硬安全回路馬上斷開。輸出信號成對出現(xiàn)，如 :輸入信號 XO，輸出兩路信號和其公共端成對出現(xiàn) :PLC1XO、 PLC1COMM， PLCZXO、 PLCZCOMM。信號隔離電路原理如圖 36。級，經過沿時后制動器的全部油壓迅速回到零， 使制動器達到全制動狀態(tài)。 如圖 34所示。外接線時用防爆接線盒與電纜對接。 成都電子機械高等?？茖W校成教院畢業(yè)論文（設計） （ 基于 PLC 控制的變頻調速的系統(tǒng)設計 ） 16 圖 32 操作臺供電方式 二 位置信號采集及傳感器的信號采集 行程開關的設置 (1)深指器 (如圖 33(a)所示 )上一共安裝七個行程開關，依次分別是 :上過卷開關、上終端開關、減速點開關、上井口開關、下終端開關、下過卷開關、下井口開關。其中油泵有 :制動油泵兩個，潤滑油泵兩個。 成都電子機械高等?？茖W校成教院畢業(yè)論文（設計） （ 基于 PLC 控制的變頻調速的系統(tǒng)設計 ） 15 第二節(jié) PLC 外圍硬件設計 一 、 電源回路 電源部分采用雙回路供電模式，電源柜主要是給變 頻柜和動力柜供電，同時用來進行過流保護和電壓、電流測量。主電機通過減速器向卷筒提供牽引所需的動力； 變頻調速器：是動力裝置的能量供給單元，通過它可將輸入工頻電能轉換成頻率可調的電能提供給交 流電動機，以達到控制交流電動機轉速的目的。來自系統(tǒng)各部分的保護信號直接引入到 P L C中， P L C 將其處理后分為立即施閘、終端施閘、電氣制動和報警四類，根據(jù)不同故障控制閘控系統(tǒng) ， 控制聲光報警系統(tǒng)報警，并送監(jiān)視器顯示故障類型。對負載電動機而言，變頻器是一個交流電壓源，在不超過電壓容量的情況下可以驅動多臺電動機并聯(lián)運行，具有不選擇負載的通用性。這種電流源型變頻器，其逆變器中的晶閘管每個周期工作 1200 ，屬于 1200導電型。但是 DTC 也存在不足之處，其最大的困難就在于低速性能不理想。目前，實用中多采用轉差頻率矢量控制，由于其沒有實現(xiàn)直接磁通的閉環(huán)控制，無需檢測出磁通，因而容易實現(xiàn)。 ②轉差頻率控制 轉差頻率控制是檢測異步電動機的轉速，對轉差頻率采取閉環(huán)控制。 綜合兩種情況，異步電動機變頻調速的基本控制方式如圖 22所示，為恒轉矩區(qū)和恒功率區(qū)，低頻調速時通過電壓補償?shù)姆绞絹肀３趾戕D矩。這就是恒壓頻比，是近似的恒磁通控制。下面分兩種情況說明 : 這是考慮從基頻 (電動機額定頻率 AN)向下調速的情況，為了保持電動機的負載能力， 應保持氣隙主磁通Φ m不變， 這就要求降 低供電頻率的同時降低感應電動勢，保持 E1/ f1 = 常數(shù)， 即保持電動勢和頻率之比為常數(shù)進行控制。 1f — 定子頻率 (Hz) 。 磁通太弱，鐵心利用不充分，同樣的轉子電流下，電磁轉矩小，電動機的負荷能力下降 。當然，也可以通過改變