【導(dǎo)讀】本設(shè)計主要完成礦車變頻牽引控制系統(tǒng)的PLC系統(tǒng)設(shè)計和組態(tài)設(shè)計。象的控制，可以實現(xiàn)對礦車的監(jiān)控，同時為了保證系統(tǒng)的可行性采用遠(yuǎn)程I/O。使用編程軟件完成許多控制功能讓車前進(jìn)、后退等等。程序功能進(jìn)行測試，可以減少現(xiàn)場調(diào)試的工作量。

　　

【正文】 站 140 CPS 211 00 電源 , 115/230 VAC, 可累加 , 8A 1 140 CPU 434 12 CPU 486,4M 用戶邏輯 ,2MB,1MB+ 1 140 CRP 931 00 RIO 處理器接口 , S908 Head, 單電纜 1 140 DDI 353 00 開關(guān)量 DC輸入 ,32 點 ,24VDC,4 組隔離 1 140 DDO 353 00 開關(guān)量 DC 輸出 ,32 點 , 24VDC ， 4 組隔離 1 140 EHC 105 00 高速計數(shù)模塊 , 35kHz@24 VDC, 5 通道 1 140 AVO 020 00 模擬量輸出 ,4 通道 , 24VDC, 通道隔離 1 140 XBP 010 00 背板 , 10 槽 1 從站 140 CPS 211 00 電源 , 115/230 VAC, 可累加 , 8A 1 140 CRA 931 00 RIO 站適配器 , S908 RIO, 單電纜 1 140 DDI 353 00 開關(guān)量 DC輸入 ,32 點 ,24VDC,4 組隔離 1 140 DDO 353 00 開關(guān)量 DC 輸出 ,32 點 , 24VDC ， 4 組隔離 1 140 XBP 004 00 背板 , 4 槽 1 通信 電纜 MA0185100 遠(yuǎn)程電纜 TAP 接頭 分支器 1 PLC 模塊接線 （ 1）開關(guān)量輸入模塊 140 DDI 353 00 共有 32個輸入點分為四組，每 8 個輸入點為一組。 I/O 邏輯為漏 (Sink),接線時要外加 24V直流電源，接線如上圖所示，每組共用一個 公共端 (GROUP A COMMON, GROUP B COMMON, GROUP C COMMON, GROUP D COMMON) 蘭州大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 21 圖 310140DDI353 00 接線 （ 2）開關(guān)量輸出模塊 140 DDO 353 00 共有 32個輸入點分為四組，每 8 個輸入點為一組。 I/O 邏輯為源 (Source),接線時要外加 24V 直流電源，接線如上圖所示，每組共用一個 公共端 (GROUP A COMMON, GROUP B COMMON, GROUP C COMMON, GROUP D COMMON) 圖 311140DDO353 00 接線 （ 3）模擬量輸 出模塊 140 AVO 020 00 共有四通道模擬量輸出。此模塊不但能夠輸出模擬量，而且能夠?qū)λ敵瞿M量進(jìn)行監(jiān)測，可以在 Source 和 monitor 之間接一塊電表實現(xiàn)此功能。接線時要外加 24V直流電源，接線如圖所示。 變頻器A TV6 1HC 13N 4 圖 312 140AVO020 00 接線 （ 4） 計數(shù)模塊 蘭州大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 22 140 EHC 105 00 為高速計數(shù)模塊，有 5C1~5C2 5 路 24VDC 輸入， 24C1~24C2 5 路 24VDC 輸入 ， OMRON E6B2CWZ6C 為 5V 至 24V 輸出 ， 所以采用 24C124C2 5個通道。接線如上圖所示。其中 M11— M15 為 5 路共地。 圖 313 140EHC105 00 接線 兩個支架上插了各種功能模塊，把主站和從站分別放在洞內(nèi)和洞外的機柜中。 如下圖所示。 終端電阻圖 314 主從站連接圖 蘭州大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 23 3． 6 電氣元件選型 斷路器 空氣斷路器俗稱自動開關(guān)（空氣開關(guān)即空開）或低壓斷路器。它是一種自動切斷電路故障用的保護(hù)電器。它可以在電動機主回路同時實現(xiàn)短路、過載和欠電壓的保 護(hù)。功能上相當(dāng)于刀開關(guān)、熔斷器、熱繼電器、和欠電壓繼電器的組合作用。斷路器一般使用在非頻繁的接通和斷開電源的場合。開關(guān)全部封裝在盒內(nèi)，手柄或操作按鈕漏出盒外。扳動手柄或按下按鈕即可實現(xiàn)“分”與“合”的操作。斷路器種類很多，外形各異。斷路器操作大多是手動式的。扳動式可將手柄扳到“分”與“合”的位置；按鈕式一般有“分”與“合”兩個按鈕，并且與機械上實現(xiàn)互鎖。 斷路器的選用應(yīng)考慮以下內(nèi)容： （ 1）按照不同用途需要選用保護(hù)型式（即斷路器的脫扣器形式）。 （ 2）開關(guān)額定電流的選用： 1）殼架額定電流是指主觸頭長期允許 通過的電流，其值應(yīng)大于或等于電路實際工作電流。 2）塑料外殼式斷路器用作配電支路負(fù)載端或電動機的保護(hù)開關(guān)，具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕、價格低、使用安全，適合于獨立安裝等優(yōu)點。其操作多為扳動式或按鈕式。大容量的塑料外殼式斷路器可增設(shè)欠電壓脫扣器、分離脫扣器和電動機傳動操作機構(gòu)等。塑料外殼式斷路器常用作電動機的過載與短路保護(hù)，其選用原則是：斷路器額定工作電壓等于或大于電路額定電壓；斷路器額定電流等于或大于電路計算負(fù)載電流；斷路器額定短路通斷能力等于或大于電路中可能出現(xiàn)的最大短路電流，一般按有效值計算；斷路器欠 電壓脫扣器額定電壓等于電路額定電壓；斷路器分離脫扣器額定電壓等于控制電源電壓；長延時電流整定值等于電動機額定電流。 經(jīng)過上述分析，在本系統(tǒng)中要用到的空氣斷路器有兩處，分別在直流電源進(jìn)線處，以及在變頻器的輸入電源處連接。 所選斷路器規(guī)格為 DZ10200/310。 接觸器 繼電器為組合型，安裝在 DIN標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)軌上。接觸器是用于遠(yuǎn)距離頻繁的接通與斷開交直流主電路及大容量控制電路的一種自動切換電器。其主要控制對象是電機，也可以用于控制其他電力負(fù)載、電熱器、電照明、電容器組等。接觸器具有操作頻率高、使用壽命長、工作可 靠、性能穩(wěn)定、維護(hù)方便等優(yōu)點，同時還具有地電壓釋放保護(hù)功能，在電力拖動自動控制系統(tǒng)中被廣泛應(yīng)用。本設(shè)計選用CZ040/20型接觸器。 蘭州大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 24 電源 設(shè)備供電電源為 50Hz，三相 380VAC。 (1) 設(shè)有在線式不間斷電源供電。 (2) 在適當(dāng)位置設(shè)置設(shè)備使用的臨時電源和檢修電源 380VAC/220VAC。 (3) 盡量減少動力電壓和控制電壓的等級。 (4) 直流 24V 電源為部分設(shè)備供用。 系統(tǒng)設(shè)備供電電源接線如下圖 315 所示 圖 315 系統(tǒng)不同設(shè)備供電電源 3． 7 硬件原 理圖 （ 如大圖 1 或附 錄一 示） 各設(shè)備選型如下表所示： 表 34：硬件選型表 類型 名稱 個 數(shù) 型號 備注 電纜 連接電 機 3 OFAF2H315 單纜接線 連接主從站 PLC 1 MA0185100 斷路器 空氣開關(guān) 1 DZ10200/310 變頻器輸入電源端以及與380V 相連接的其他設(shè)備 繼電器 直流繼電器 9 JL322 編碼器 增量式旋轉(zhuǎn)軸編 碼器 1 E6B2CWZ6C2020 P/R 安裝在電機上 雙向選擇開關(guān) 自動 /手動 正常 /慢動 上位 /本地 6 K3041KL 自動 /手動、上位 /本 地 只 在洞外 。 其 余洞蘭州大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 25 聯(lián)絡(luò) /自由 內(nèi)外都有。 三向選擇開關(guān) 高速 /低速 /中速 2 K3051K 洞內(nèi)洞外都有 行程開關(guān) 前減速開關(guān) 前過卷開關(guān) 前停車開關(guān) 放料結(jié)束開關(guān) 放料開始開關(guān) 后減速開關(guān) 后停車開關(guān) 后過卷開關(guān) 8 GVSCB1B1 前減速、前停車、前過卷、放料開始、放料結(jié)束開關(guān)在洞內(nèi) ，后減速、后停車、后過卷在洞外都只有一個。 開關(guān) 安全回路 1 K2521W 只在洞外 按鈕 運行 停車 選擇前進(jìn) 選擇后退 方向解除 急停 慢進(jìn) 慢退 2 2 2 2 2 2 2 2 K2521G K2521R K2521Y K2221Y K2521W K3027R K2521Y K2521Y 洞內(nèi)外都有 音響 電鈴 2 KB5BADSφ 25 洞內(nèi)外都有 蜂鳴器 XZS21M/31 報警燈 報警指示 2 K2517 洞內(nèi)外都有 紅色指示燈 運行指示 、 前進(jìn)指示 、 后退指示 、 前停車指示 、 后停車指示 、 前過卷指示 、 后過卷指示 、 急停指示 、 報警指示 18 K2518RDR 洞內(nèi)外都有 綠色指示燈 停車指示 、 慢進(jìn)指示 、 慢退指示 、 正常指示 、 慢動指示 10 K2518GDR 洞內(nèi)外都有 蘭州大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 26 第四章 PLC 程序設(shè)計 簡介 在使用可編程控制器（以下稱為 PLC）時，我們通常使用梯形圖的語言。它的好處是編程易學(xué)、直觀、與電氣二次展開圖極為相似，非常適合 電廠人員掌握，可以使現(xiàn)場維護(hù)人員方便的進(jìn)行對程序的維護(hù)。在此礦車 系統(tǒng)中，采用了施耐德（ Shneider）公司的 Compact和 Momentum系列 PLC，編程軟件采用 。該軟件支持國際電工委員會 IEEE1131的標(biāo)準(zhǔn)的全部五種語言，即：支持 FBD（ Function Block Diagram）、 SFC（ Sequential Function Chart）、 LD（ Laddar Diagram）、ST（ Structured Text）和 IL（ Instruction List）五種語言。前三種語言是圖形方式，后兩種是文本方式。由于指令表 IL語言指令的特點，具有可讀性差，指令簡單，不直觀，可移植能力差，非結(jié)構(gòu)化文本（有 JUMP指令），數(shù)據(jù)處理能力不強（無循環(huán) FOR語句），只能適合較小規(guī)模的控制。 ST語言是一種結(jié)構(gòu)化 的文本語言。它與 C語言很相似。它不僅具有豐富的邏輯處理能力，它還具有 IF、 CASE、 FOR、WHILE、 REPEAT、 EXIT、 EMPTY等語句，數(shù)據(jù)處理能力非常強，沒有 GOTO、 JUMP或類似的指令。因此，它的移植性很好 ,有利于程序的標(biāo)準(zhǔn)化。它與 FBD、 LD、 SFC相比，不夠直觀，與電氣二次展開圖相去較遠(yuǎn)。另外，它的不足之處是占用較多內(nèi)存且掃描周期要長一些（均與 FBD、 LD、 SFC相比）。上面提到了 LD語言的一些優(yōu)點，F(xiàn)BD圖與電氣二次的原理圖更接近。 FBD、 SFC、 LD都不具備 IF、 CASE、 FOR、 WHILE、REPEAT、 EXIT、 EMPTY等語句，數(shù)據(jù)處理能力不夠強。 比較可取的方法有：（ 1）全部使用 ST；（ 2）使用 ST與 FBD相結(jié)合；（ 3）使用 ST與 LD相結(jié)合。（ 2）和（ 3）兩種方法能夠?qū)煞N語言的特點結(jié)合起來，是比較好的方式。因為用數(shù)據(jù)處理能力強的文本化語言處理數(shù)據(jù)，用直觀性好的 LD或 FBD編制順控流程，現(xiàn)場的技術(shù)人員能夠比較容易接受、容易理解、容易 接受?，F(xiàn)場的技術(shù)人員最關(guān)心的是順控流程。 為了經(jīng)濟有效地實施再傳動工程和自動化控制科學(xué)與技術(shù)中地眾多任務(wù)，高性能地組態(tài)工具視必不可少地。 Concept依據(jù)國際 IEC1131標(biāo)準(zhǔn)的全部規(guī)定，提供用于系統(tǒng)有效配置的統(tǒng)一的組態(tài)環(huán)境。多數(shù)用戶希望這種類型的任務(wù)采用圖形用戶接口來完成。因此 Concept是為 MS－ Windows和 Workgroups的 MS－ Windows而設(shè)計蘭州大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 27 的應(yīng)用。本操作系統(tǒng)的有點是每一 PC用戶現(xiàn)已獲得有 Windows主要操作基礎(chǔ)知識和鼠標(biāo)使用的基礎(chǔ)上研制開發(fā)的。所以 Concept組態(tài)環(huán)境有很好的用戶界面，使用方便。 Concept提供編程語言如下表 41： 表 41 英文簡稱 中文描術(shù) 備注 FBD 功能塊圖 /功能塊語言 IEC標(biāo)準(zhǔn) SFC 順序功能圖 /順序語言 IEC標(biāo)準(zhǔn) LD 梯形圖 IEC標(biāo)準(zhǔn) ST 結(jié)構(gòu)化文本 IEC標(biāo)準(zhǔn) IL 指令表 IEC標(biāo)準(zhǔn) LL984 梯形邏輯 984 大多數(shù)的組態(tài)步驟，的別是程序生成的設(shè)計與用戶所使用的 PLC無關(guān)。 Concept另外的有點是，帶有分布式和多功能 PLC系統(tǒng)，與強大操作員和監(jiān)視系統(tǒng)（ MMI）的接口以及最新通信系統(tǒng)的配置對傳感器的模擬，信號張狂的聯(lián)機顯示，聯(lián)機參數(shù)變化和聯(lián)機程序變化可提供快速反應(yīng)。 Concept選擇開放式的軟件結(jié)構(gòu)，可允許通過便準(zhǔn)接口就可利用其他廠家的自動化系統(tǒng)。 Concept中的 Help功能是為用戶提供的在線幫助。按動鼠標(biāo)或按 F 1鍵的辦法，可為用戶在使用 Concept中遇到的每種情況提供在線幫助支持。 編程步驟 模塊選型 進(jìn)入 編程軟件系統(tǒng)后新建一個項目，再點擊 PLC Selection,就可以進(jìn)行 PLC和 CPU 的型號選擇了。如圖 41 圖 41 型號選擇 蘭州大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 28 Quantum PLC 主站 的模塊配置 和地址范圍選定，如下圖 42 所示 圖 42 主站 模塊選擇和地址輸 入 Quantum PLC 主站的