【正文】 下面所表示的小車(chē)的運(yùn)行過(guò)程為向后爬行，其運(yùn)行原理與向前運(yùn)行如出一轍，只需變換相應(yīng)的標(biāo)志位即可實(shí)現(xiàn)，在次就不作過(guò)多重復(fù)。當(dāng)這些狀態(tài)位起作用時(shí)復(fù)位 M ，向前爬行停止。 A M AN M = M S M AN M R M ON DBX ON M JC NWE2 L 0 T DBW 240NWE2: NOP 0 (5) 向前爬行準(zhǔn)備中 鞍山科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 第 17 頁(yè) 在此梯形圖中 M 為 1 時(shí)快速向前爬行，M 為 1 時(shí)慢速向前爬行，M 定義為向前爬行的邊沿評(píng)估輔助標(biāo)志位，M 為 1 時(shí)即給了一個(gè)上升沿脈沖，運(yùn)料小車(chē)的準(zhǔn)備工作就此為止。下載完成后如果診斷無(wú)誤，那么硬件的設(shè)置工作就完成了，可以開(kāi)始進(jìn)一步的工藝流程編程設(shè)計(jì)。同樣的，子站可以通過(guò)虛擬 DO 將自身的狀態(tài)返回到主站，以供主站監(jiān)視和判斷?？梢允褂?Net Pro 程序進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)組態(tài)和下載。(3) 子站 PLC 系統(tǒng)的組態(tài)一套 ET200S 系統(tǒng)包括 IM1517 CPU，PROFIBUSDP 接口模塊，電源模塊，數(shù)字量/模擬量輸入輸出模塊，電機(jī)啟動(dòng)器等部分。假設(shè)變頻器的輸出頻率從最高頻率 50Hz 下降到所指定的頻率 期間，小車(chē)處于勻減速運(yùn)行，當(dāng)變頻器輸出頻率為 50Hz 時(shí)，測(cè)得小車(chē)速度為 vmax；當(dāng)變頻器輸出頻率為 時(shí)，測(cè)得小車(chē)的速度為 vmin；則小車(chē)的減速度 a 為： a=(vmin—vmax)/t ()式中 為減速過(guò)程所需的時(shí)間，為預(yù)先設(shè)定時(shí)間，然后根據(jù)勻減速運(yùn)行方程，可以求得tA 點(diǎn)到 B 點(diǎn)的距離 為：s s=at2/2 ()軟件組態(tài)(1) 使用的組態(tài)軟件為了能使用編程器對(duì)選定的硬件進(jìn)行編程，并且必須在編程器中先對(duì)硬件進(jìn)行組態(tài)，并將組態(tài)好的信息通過(guò)編程設(shè)備電纜下載到 PLC 中。 鞍山科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 第 8 頁(yè)MicroMaster 440 變頻器在控制運(yùn)料小車(chē)時(shí)因?yàn)槠涔β瘦^小，采用 V/F 控制方式。(2) 變頻器我們選用 Siemens 的 MicroMaster 440 變頻器來(lái)控制小車(chē)的行走。ET200S 還負(fù)責(zé)控制小車(chē)的前進(jìn)，后退，在裝卸煤的精確定位等動(dòng)作的執(zhí)行，以及一些錯(cuò)誤狀態(tài)的自動(dòng)復(fù)位等。2) 有專(zhuān)用的柔性電機(jī)啟動(dòng)器，用于小車(chē)卸煤開(kāi)關(guān)電機(jī)的控制。子站采用西門(mén)子的 ET200S 遠(yuǎn)程 I/O 系統(tǒng)。根據(jù)以上的系統(tǒng)功能要求，我們決定使用 PLC 系統(tǒng)以分布式總線結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)控制系的全部功能。假設(shè)縱坐標(biāo)為速度，橫坐標(biāo)為距離，從原位出發(fā)，先以勻加速運(yùn)行；當(dāng)速度達(dá)到高速時(shí)，再以勻速運(yùn)行；當(dāng)?shù)竭_(dá) A 點(diǎn)時(shí)，改為勻減速運(yùn)行，到達(dá)爐口 B 點(diǎn)時(shí)，運(yùn)料車(chē)立即停止運(yùn)行，準(zhǔn)備卸煤于爐中。8mm。功能塊圖(FBD)功能塊圖用類(lèi)似于與門(mén)、或門(mén)的方框來(lái)表示邏輯運(yùn)算關(guān)系，方框的左側(cè)為邏輯運(yùn)算的輸入變量，右側(cè)為輸出變量，輸入、輸出端的小圓圈表示“非” 運(yùn)算，方框被“導(dǎo)線”連接在一起，信號(hào)自左向右流動(dòng)。梯形圖與繼電器電路圖很相似，具有直觀易懂的優(yōu)點(diǎn)，很容易被工廠熟悉繼電器控制的電氣人員掌握，特別適合于數(shù)字邏輯控制。 鞍山科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 第 4 頁(yè) STEP7 的編程語(yǔ)言 STEP 7 是 S7300/400 系列 PLC 的編程軟件。中央機(jī)架，最多能連接 21 個(gè)擴(kuò)展機(jī)架。用 ET 200 分布式 I/O 可以進(jìn)行遠(yuǎn)程擴(kuò)展，用于分布范圍很廣的系統(tǒng)。CC 和 EU 的最大距離為(帶 5V 電源 )或 3m(不帶 5V 電源) 。S7400 的模塊插座焊在機(jī)架中的總縣連接板上，模塊插在模塊插座上，有不同槽數(shù)的機(jī)架供用戶選用，如果一個(gè)機(jī)架容納不下所有的模塊，可以增設(shè)一個(gè)或數(shù)個(gè)擴(kuò)展機(jī)架，各機(jī)架之間用接口模塊和通信電纜交換信息。西門(mén)子公司的 S7300/400 在大中型 PLC 中應(yīng)用最廣，市場(chǎng)占有率最高。同時(shí)也對(duì)變頻調(diào)速的歷史及原理作了扼要的說(shuō)明。前者要解決與高壓大電流有關(guān)的技術(shù)問(wèn)題和新型電力電子器件的應(yīng)用技術(shù)問(wèn)題，后者要 鞍山科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 第 2 頁(yè)解決的軟硬件開(kāi)發(fā)問(wèn)題，此部分作為與本課題相結(jié)合的 PLC 控制技術(shù)將在后面的章節(jié)里作系統(tǒng)的分析。 變頻器調(diào)速技術(shù)簡(jiǎn)介本課題中變頻器作為連接 PLC 和運(yùn)料小車(chē)的中介也起到很重要的作用。該設(shè)備在整個(gè)系統(tǒng)中起著至關(guān)重要的作用，它能否正常運(yùn)料直接影響產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量。隨著國(guó)外伺服定位控制技術(shù)的飛速發(fā)展，目前，我國(guó)在這一方面也有了極大的發(fā)展，比如，哈爾濱工業(yè)大學(xué)精密工程研究所、華中理工大學(xué)、國(guó)防科技大學(xué)、長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械研究所等單位都在從事定位控制方面的研究工作，并取得了階段性的成果。另外，韓國(guó) inCOM 技術(shù)公司通用定位控制器 Robo 系列也是目前性能較好的定位控制器之一。它開(kāi)發(fā)的運(yùn)動(dòng)控制器采用 32 位微處理器，可實(shí)現(xiàn)多種運(yùn)動(dòng)控制方式，定位精度可達(dá)177。而各國(guó)對(duì)這些技術(shù)是嚴(yán)格保密的，因此依靠自己的力量，研究定位控制系統(tǒng)，既具有重大的理論價(jià)值，又具有重要的實(shí)際意義。定位控制技術(shù)作為現(xiàn)代高科技的重要組成部分，又推動(dòng)著自動(dòng)化生產(chǎn)，計(jì)算機(jī)、材料加工、醫(yī)療、紡織等相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展。在本系統(tǒng)中采用 S7400PLC 控制變頻器實(shí)現(xiàn)運(yùn)料小車(chē)的精確定位，它具有可靠性高、響應(yīng)時(shí)間快、平滑調(diào)速等優(yōu)點(diǎn)，提高了性能方便了操作。在機(jī)械設(shè)備中，為了提高生產(chǎn)效率，必須提高生產(chǎn)機(jī)械的運(yùn)行速度，而為了保證加工精度，又必須提高定位精度。但是，這兩者之間存在著矛盾。程序部分則采用梯形圖和語(yǔ)句表相結(jié)合的方式，有使用方便、修改靈活和扼要明了的特點(diǎn)。因此，定位控制技術(shù)已成為國(guó)家科學(xué)技術(shù)的重要組成部分，它也是衡量一個(gè)國(guó)家科學(xué)技術(shù)水平的重要標(biāo)志 [1]。近年來(lái)，計(jì)算機(jī)技術(shù)已滲透到各個(gè)學(xué)科領(lǐng)域，有力地推動(dòng)著定位控制技術(shù)的發(fā)展，目前，美國(guó)、日本、德國(guó)、韓國(guó)等國(guó)家的定位控制技術(shù)較領(lǐng)先，它們也相繼推出了一系列定位控制器?？刂戚S數(shù)可以實(shí)現(xiàn) 1~8 軸任選。通過(guò)對(duì)比國(guó)外幾家著名公司的定位控制系統(tǒng)產(chǎn)品，可以看出目前國(guó)外定位控制系統(tǒng)大都采用數(shù)字化控制。但是，對(duì)于高速、高精度伺服定位控制技術(shù)方面，較國(guó)外還有較大的差距，推出的一些定位控制器，模擬伺服系統(tǒng)較多，且體系結(jié)構(gòu)不夠開(kāi)放，用戶接口不夠完善，部分還只是停留在專(zhuān)用性上，不適合批量生產(chǎn) [2]。早期運(yùn)料小車(chē)電氣控制系統(tǒng)多為繼電器接觸器組成的復(fù)雜系統(tǒng)，這種系統(tǒng)存在設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)、體積大、成本高等缺陷，幾乎無(wú)數(shù)據(jù)處理和通信功能，必須有專(zhuān)人負(fù)責(zé)操作。變頻調(diào)速是集自動(dòng)控制、微電子、電力電子、通信技術(shù)于一體的高科技技術(shù)。 論文的主要工作本文以西門(mén)子 S7400PLC 定位控制為主線，主要討論了運(yùn)料小車(chē)的定位控制系統(tǒng)的構(gòu)建，定位控制程序的編寫(xiě)，PLC 與變頻器的結(jié)合及運(yùn)料小車(chē)定位控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)等問(wèn)題。在本章中將對(duì)整個(gè)控制系統(tǒng)的組成作了系統(tǒng)的闡述，切實(shí)的提出一套運(yùn)料小車(chē)的精確定位的設(shè)計(jì)方案。而其強(qiáng)大的編程軟件 STEP7 和通信網(wǎng)絡(luò)的功能也使其在各行各業(yè)得到了廣泛的使用 [3]。中央機(jī)架(或稱中央控制器，CC)必須配置 CPU 模塊和一個(gè)電源模塊，可以安裝除用于接受和 IM(接口模塊)外的所有 S7400 模塊。分布式擴(kuò)展適用于分布范圍廣的場(chǎng)合，CC 與最后一個(gè) EU 的最大距離為 100m(S7 EU)或 600m(S5 EU)。通過(guò) CPU 中的 PROFIBUSDP 接口，最多連接 125 個(gè)總線節(jié)點(diǎn)。中央機(jī)架中同時(shí)傳送電源的發(fā)送接口模塊(IM 4601)不能超過(guò)兩塊， IM4611 的每個(gè)接口只能帶一個(gè)擴(kuò)展機(jī)架。梯形圖、語(yǔ)句表和功能塊圖是標(biāo)準(zhǔn)的 STEP 7 軟件包配備的 3 種基本編程語(yǔ)言，這 3 種語(yǔ)言可以在 STEP 7 中相互轉(zhuǎn)換。有時(shí)把梯形圖稱為電路或程序。 變頻調(diào)速的原理變頻調(diào)速的基本控制方式：異步電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速，即旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速為1=60 1/ p ()nf式中 1——同步轉(zhuǎn)速 (r/min)；n1——定子頻率(Hz)；fp——磁極對(duì)數(shù)；而異步電動(dòng)機(jī)的軸轉(zhuǎn)速為1( ) 1( )/ p ()n?s?f60sn式中 ——異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率， 其中s( 1 )/ 1 ()s 鞍山科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 第 5 頁(yè)改變異步電動(dòng)機(jī)的供電頻率，可以改變其同步轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)調(diào)速運(yùn)行 [4]。由于焦化的運(yùn)料車(chē)質(zhì)量大，行走慣性大，從運(yùn)料小車(chē)行走狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橥Ｖ範(fàn)顟B(tài)要求平穩(wěn)過(guò)度。 圖 在圖 中，當(dāng)行車(chē)從原位出發(fā)后，先以勻加速運(yùn)行，加速度的選擇主要考慮下面兩種因素：1) 在加速過(guò)程中，必須保持運(yùn)料車(chē)運(yùn)行平穩(wěn)，不發(fā)生劇烈的晃動(dòng)。其中主 PLC 系統(tǒng)安裝在中央控制室內(nèi)，子 PLC 系統(tǒng)安裝在運(yùn)料小車(chē)上，它們之間通過(guò) PROFIBUS 現(xiàn)場(chǎng)總線通訊。ET200S 是專(zhuān)門(mén)的小型 PLC 控制器，用于小車(chē)控制的最大特點(diǎn)是：1) M1517CPU，可以控制小車(chē)完成所有動(dòng)作，處理大量細(xì)節(jié)問(wèn)題。主站和子站分工合作，運(yùn)料小車(chē)的動(dòng)作控制功能由其上安裝的 ET200S 來(lái)完成，而主站只負(fù)責(zé)發(fā)送命令信號(hào)。主站通過(guò)在小車(chē)軌道上設(shè)置電壓信號(hào)讓小車(chē)讀取，或者直接通過(guò)軟件設(shè)置的通訊區(qū)傳達(dá)命令字來(lái)控制小車(chē)的運(yùn)行。MicroMaster 440變頻器采用模塊化設(shè)計(jì)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試的情況，選擇適當(dāng)?shù)募铀俣群蜏p速度。我們使用 Siemens 的 S7 Step 7 來(lái)完成硬件組態(tài)。存儲(chǔ)卡使用 S7 MMC 64kbyte。為了將命令傳遞給子站，還應(yīng)該在主站和子站系統(tǒng)上分別開(kāi)辟用于通訊的虛擬 I/O 鞍山科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 第 9 頁(yè)區(qū)。可以在硬件組態(tài)過(guò)程中通過(guò) HW config程序設(shè)置通訊區(qū)，因?yàn)樘摂M I/O 并不是硬件上真實(shí)存在的，因此可以設(shè)置得很大，只要不超出存儲(chǔ)單元的容量就行。PLC 編程實(shí)現(xiàn)控制功能(1) 標(biāo)志位的定義 (單位：mm)DBD 4 定位設(shè)置DBD 8 固定參照物的實(shí)際位置DBD 20 向前距離的預(yù)置關(guān)斷開(kāi)關(guān)DBD 24 向前距離的關(guān)斷開(kāi)關(guān)DBD 28 慢速向前的速度設(shè)置點(diǎn)(只在定位)DBD 32 快速向前的速度設(shè)置點(diǎn)(只在定位)DBD 36 向前的距離 X (為了快速向前速度)DBD 40 向后距離的預(yù)置關(guān)斷開(kāi)關(guān)DBD 44 向后距離的關(guān)斷開(kāi)關(guān)DBD 48 慢速向后的速度設(shè)置點(diǎn)(只在定位)DBD 52 快速向后的速度設(shè)置點(diǎn)(只在定位)DBD 56 向后的距離 X (為了快速向后速度)DBD 60 向前中的 Kp =DBD32/DBD36DBD 64 向前中的附加設(shè)置點(diǎn) dDBD 68 向后中的 Kp =DBD52/DBD56DBD 72 向后中的附加設(shè)置點(diǎn) dDBD 76 估計(jì)向前或向后的附加設(shè)置點(diǎn) d = dmax 鞍山科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 第 10 頁(yè)DBD 80 預(yù)置關(guān)斷開(kāi)關(guān)點(diǎn)DBD 84 關(guān)斷開(kāi)關(guān)點(diǎn)DBD 88 臨時(shí)緩存：關(guān)于定位的斜坡發(fā)生器之后的速度設(shè)定點(diǎn)DBD 92 臨時(shí)緩存：定位的速度設(shè)置點(diǎn) = 向前最小值 DBD88 和(設(shè)置點(diǎn)+/ d –實(shí)際值) x KpDBD 96 臨時(shí)緩存：定位的速度設(shè)置點(diǎn)=向前最大值 DBD92 和最小電壓DBD 116 臨時(shí)緩存：定位的速度設(shè)置點(diǎn)DBD 120 預(yù)置加速向前循環(huán)中的增量(爬行和定位)DBD 124 預(yù)置減速向前循環(huán)中的減量(爬行和定位)DBD 128 預(yù)置加速向后循環(huán)中的增量(爬行和定位)DBD 132 預(yù)置減速向后循環(huán)中的減量(爬行和定位)DBD 140 向前的最小電壓=速度設(shè)置點(diǎn)的最小量 (向此點(diǎn)運(yùn)動(dòng)中)DBD 144 向后的最小電壓=速度設(shè)置點(diǎn)的最小量 (向此點(diǎn)運(yùn)動(dòng)中)DBW 240 錯(cuò)誤字BIT 1=錯(cuò)誤BIT 空置BIT 1=定位設(shè)置點(diǎn)大于向前軟限制開(kāi)關(guān)(如果不等于 0 定位設(shè)置點(diǎn) EMAX = DBD260)BIT 1=定位設(shè)置點(diǎn)大于向前軟限制開(kāi)關(guān)(如果不等于 0 定位設(shè)置點(diǎn) EMIN = DBD272)BIT 1=開(kāi)始零速度控制BIT 1=錯(cuò)誤：定位不可能BIT