【正文】 個(gè)信號(hào)模塊、功能模塊或通信處理器模塊。 PS 307 電源模塊還有一些端子可以為信號(hào)模塊提供 24V電源。 圖 24SIMATIC S7300 可編程序控制器 SIMATIC S7300 Programmable logical controller 圖 24 中 ,1 為負(fù)載電源， 2為后備電 池， 3為 24V DC 連接， 4為模式開(kāi)關(guān)， 5 為狀態(tài)和故障指示燈， 6 為存儲(chǔ)器卡（ CPU313 以上）， 7 為 MIP 多點(diǎn)接口， 8為前連接器， 9為前門(mén) 。安裝時(shí)先將總線連接器插在 CPU 模塊上，并固定在導(dǎo)軌上，然后依次裝入各個(gè)模塊。 S7300 用背板總線將除電源 模塊之外的各個(gè)模塊連接起來(lái)。 電源模塊總是安裝在機(jī)架的最左邊， CPU 模塊緊靠電源模塊。導(dǎo)軌是一種專(zhuān)用的金屬機(jī)架，只需將模塊鉤在 DIN 標(biāo)準(zhǔn)的安裝導(dǎo)軌上，然后用螺栓鎖緊即可。S7300 按指定的刷新速度自動(dòng)地將數(shù)據(jù)傳送給 SIMATIC 人機(jī)界面。 S7300 有看門(mén)狗中斷、過(guò)程報(bào)警、日期時(shí)間中斷和定時(shí)中斷功能。 STEP7 用軟件工具來(lái)為所有的模塊和網(wǎng)絡(luò)設(shè)置參數(shù)。 通過(guò)系統(tǒng)功能和系統(tǒng)功能模塊 的調(diào)用，用戶可以使用集成在操作系統(tǒng)內(nèi)的程序，從而顯著的減少所需要的用戶存儲(chǔ)器容量，它們可以用于中斷處理、出錯(cuò)處理、復(fù)制和處理數(shù)據(jù)等。 S7300 標(biāo)準(zhǔn)型的環(huán)境溫度為 0～60℃。 功能最強(qiáng)的 CPU的 RAM 存儲(chǔ)容量為 512KB，有 8192 個(gè)存儲(chǔ)位， 512 個(gè)定時(shí)器和 512 個(gè)計(jì)數(shù)器，數(shù)字量通道最大為 65536 點(diǎn)，模擬量通道最大為 4096 個(gè)。有的 CPU 還帶有集成的現(xiàn)場(chǎng)總線 PROFIBUSDP 接口或者 PtP（點(diǎn)對(duì)點(diǎn)）串行通信接口。品種繁多的 CPU模塊、信號(hào)模塊和功能模塊能滿足各種領(lǐng)域的自動(dòng)控制任務(wù)，用戶可以根據(jù)系統(tǒng)的具體情況選擇合適的模塊，維修時(shí)更換模塊也很方便。在設(shè)計(jì) 時(shí)需統(tǒng)計(jì) I/O 的總量，包括開(kāi)關(guān)量和模擬量，以確定選用 PLC的模塊數(shù)量以及型號(hào)。 控制系統(tǒng)的 I/O 統(tǒng)計(jì) 為提高系統(tǒng)可靠性， PLC 的輸入輸出信號(hào)均采用一定的信號(hào)隔離方式 :輸入信號(hào)，開(kāi)關(guān)量信號(hào)通過(guò)繼電器隔離分配，電平信號(hào)通過(guò)信號(hào)分配板隔離分配 。 3)采用模塊式結(jié)構(gòu) 這種結(jié)構(gòu)有助于在故障情況下修復(fù)。 2)采用冗余結(jié)構(gòu) 根據(jù)對(duì)元件和系統(tǒng)的事故率分析以及對(duì) PLC 主機(jī)工作可靠性的分析，在影響由 PLC 構(gòu)成的控制系統(tǒng)正常工作的原因中， PLC 本身輸入輸出接口處 的故障等，都是重要因素?？紤]到礦井提升機(jī)工作性質(zhì)和環(huán)境的特殊性，在具體應(yīng)用時(shí)應(yīng)注意以下問(wèn)題 : 1)抗干擾性 由于礦井提升機(jī)系統(tǒng)工作在電磁干擾較嚴(yán)重的環(huán)境中，為保證設(shè)備工作正常，選型時(shí)應(yīng)特別注意 PLC的電磁兼容性指標(biāo)。還可以選擇 在梯形圖下面自動(dòng)加上該網(wǎng)絡(luò)中使用的符號(hào)的信息（ Symbol Imformation）?？梢栽诜?hào)表中對(duì)某些地址定義符號(hào)，是程序易于閱讀和理解。 使用編程軟件可以直接生成和編輯梯形圖，并將它下載到 PLC。線圈通常代表邏輯運(yùn)算的結(jié)果，常用來(lái)控制外部的負(fù)載和內(nèi)遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 13 部的標(biāo)志位等。 梯形圖由觸點(diǎn)、線圈和用方框表示的指令框組成。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)字量邏輯控制。 其中梯形圖語(yǔ)言形象 直觀，類(lèi)似電氣控制系統(tǒng)中繼電器控制電路圖，邏輯關(guān)系明顯；指令語(yǔ)句表編程語(yǔ)言雖然不如梯形圖編程語(yǔ)言直觀，但有鍵入方便的特點(diǎn)；功能圖編程語(yǔ)言和高級(jí)編程語(yǔ)言需要比較多的硬件設(shè)備，工程當(dāng)中特殊場(chǎng)合下不是經(jīng)常用到。 執(zhí) 行 O B 1 0 0啟 動(dòng) 循 環(huán) 時(shí) 間 控 制數(shù) 據(jù) 寫(xiě) 入 輸 出 模 塊讀 取 輸 出 模 塊 狀 態(tài)執(zhí) 行 擁 護(hù) 程 序執(zhí) 行 其 它 任 務(wù) 圖 23 PLC的內(nèi)部掃描過(guò)程 The internal scanning process of PLC 可編程控制器的編程語(yǔ)言 PLC 是一種工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，不僅有硬件，軟件也必不可少。 基于 PLC技術(shù)的礦井提升機(jī)電控系統(tǒng) 的設(shè)計(jì) 12 5)循環(huán)結(jié)束時(shí) ，操作系統(tǒng)執(zhí)行所有掛起的任務(wù)，例如下載和刪除塊，接收和發(fā)送全局?jǐn)?shù)據(jù)等。 3)CPU讀入模塊的輸入狀態(tài)，并存入輸出過(guò)程映像區(qū)。下面是被循環(huán)處理的各個(gè)階段的任務(wù)（見(jiàn)圖 23） 1)操作系統(tǒng)啟動(dòng)循環(huán)時(shí)間監(jiān)控。此外還要執(zhí)行一次用戶編寫(xiě)的“系統(tǒng)啟動(dòng)組織塊” OB100，完成用戶指定的初始化操作。 PLC 得電或由 STOP 模式切換到 RUN模式時(shí)， CPU 執(zhí)行啟動(dòng)操作，清除沒(méi)有保持功能的位存儲(chǔ)器、定時(shí)器和計(jì)數(shù)器，清除中斷堆棧和塊堆棧的內(nèi)容。 9)地址寄存器（ AR） PLC 的工作原理 PLC 采用循環(huán)執(zhí)行用戶程序的方式，這種運(yùn)行方式也稱(chēng)為掃描工作方式。 6)指針 在存儲(chǔ)器間接尋址指令中，給出一個(gè)作為地址指針的存儲(chǔ)器，該存儲(chǔ)器的內(nèi)容是操作數(shù)所在存儲(chǔ)單元的地址。時(shí)間值可以用二進(jìn)制或 BCD 碼方式讀取。 西門(mén)子 S7300系列的編程器件 組成 1)輸入繼電器（ I） 2)輸出繼電器（ Q） 3)位存儲(chǔ)器（ M） 其常開(kāi)觸點(diǎn)可以無(wú)限次的使用，但不能驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載電路 。 可編程控制器的工作原理 可編程控制器的編程器件概述 PLC 內(nèi)部具有很多不同功能的器件，實(shí)際上這些器件是有電子電路或者存儲(chǔ)器組成的。方便直觀的操作員界面，從一條完整的線路或操作員界面來(lái)選擇數(shù)據(jù)編輯和顯示 ?；?Window 的 Gx一 Devel。具有很強(qiáng)的數(shù)學(xué)指令集，使用 32 位處理、浮點(diǎn)數(shù)、方根和三角幾何指令滿足數(shù)學(xué)功能要求很高的情況 。 2)高速運(yùn)算 基本指令 :? s/指令 應(yīng)用指令 : 至幾百 ? s 指令 3)突出的寄存器容量 S7 系列包括 8K步內(nèi)置 RAM 寄存器，用一個(gè)寄存器盒可擴(kuò)充到 16K 步 RAM 或 EEPROM 基于 PLC技術(shù)的礦井提升機(jī)電控系統(tǒng) 的設(shè)計(jì) 10 4)豐富的元件資源 3072 點(diǎn)輔助繼電器、 256點(diǎn)計(jì)時(shí)器、 235 點(diǎn)計(jì)數(shù)器和 8000 點(diǎn)數(shù)據(jù)寄存器 表 21 S7系列功能 表 The function of S7 series 功能模塊 功能 內(nèi)置式 24V直流電源 24V、 400mA直流電源可應(yīng)與外部設(shè)備如傳感器或其它原件 快速斷開(kāi)端字塊 因?yàn)椴捎昧藘?yōu)良的可維護(hù)性快速斷開(kāi)對(duì)端子塊，即使接著電 纜也可以更換單元 時(shí)鐘功能和小時(shí)表功能 實(shí)時(shí)時(shí)鐘標(biāo)準(zhǔn)，時(shí)間設(shè)置和比較指令易于操作 持續(xù)掃描功能 可根據(jù)應(yīng)用要求的持續(xù)掃描時(shí)間來(lái)定義操作周期 輸入濾波器調(diào)節(jié)功能 可以用輸入濾波器平整信號(hào) 注釋記錄功能 元件注釋可以記錄在程序寄存器中 運(yùn)行期間改變程序的功能 在線改變程序不會(huì)損失工作時(shí)間或停止生產(chǎn)運(yùn)轉(zhuǎn) 內(nèi)置式 RUN/STOP開(kāi)關(guān) 容易操作的面板上運(yùn)行、停止開(kāi)關(guān) 密碼保護(hù)功能 使用一個(gè)八位數(shù)字密碼保護(hù)程序 表 21 列出了 S7 系列的部分功能。 S7 系列具有較高的擴(kuò)展能力以及高水平的性能 : l)靈活的配置 除了具有滿足特殊要求的大量特殊功能模塊外，六個(gè)基本 FXZN 單元中的每一個(gè)單元可擴(kuò)充到 2561/O。豐富的特殊擴(kuò)展設(shè)備 :模擬輸入輸出設(shè)備、溫度傳感器輸入、熱電偶輸入設(shè)備、 1軸定位設(shè)備、雙軸 (內(nèi)插 )定位設(shè)備、脈沖輸出設(shè)備、高速計(jì)數(shù)器、并聯(lián)連接、 NELSCLNET/MIN S3 連接設(shè)備、 Rs485 通信設(shè)備、 Rs232 通信設(shè)備、 ID機(jī)器連接設(shè)備、模擬量模 塊等。為防止順控程序被寫(xiě)入或盜用，可以對(duì)程序存儲(chǔ)器設(shè)定 3級(jí)保護(hù)。 PC 使用 A7PHP/A7HGP、A6GPP/A6PH 相對(duì)應(yīng)的編程軟件，可以在 RUN時(shí)改變程序。關(guān)于存儲(chǔ)器的類(lèi)型，可以選用 RAM、 EEPROM 和 EPROM?；締卧捎靡子诰S修的裝卸端子臺(tái)。 本系統(tǒng)中 PLC的選型及特點(diǎn) S7 系列是由電源、 CPU、存儲(chǔ)器和輸入輸出器件組成的單元型可編程控制器 。當(dāng)中央處理單元有輸出時(shí)，接通或者斷開(kāi)輸出電路中繼電器的線圈，繼 電器的接點(diǎn)閉合或者斷開(kāi)，通過(guò)該接點(diǎn)控制外部負(fù)載電路的通斷。 PLC 的輸出有三種：繼電器輸出，晶體管輸出，晶閘管輸出。當(dāng)遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 9 輸入開(kāi)關(guān)閉合時(shí)一次電路中流過(guò)電流。直流（ 1224） v 輸入，交流（ 100120） v 輸入，交直流（ 1224） v 輸出，外界輸入器件可以是無(wú)源觸點(diǎn)或者是有源傳感器的集電極開(kāi)路的晶體管。而繼電器有交流型和直流型，高壓型和低壓型之分。 圖 22 PLC的基本結(jié)構(gòu) The basic structure of PLC 3)輸入輸出單元 實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中的信號(hào)是多種多樣的，外部執(zhí)行機(jī)構(gòu)所需的電平也是不同的，而 PLC的中央處理單元所處理的信號(hào)只能是標(biāo)準(zhǔn)電平，正是通過(guò)輸入輸出單元來(lái)實(shí)現(xiàn)這些信號(hào)的轉(zhuǎn)換，輸入輸出單元實(shí)際上是 PLC 與被控對(duì)象間傳遞輸入輸出信號(hào)的接口部件，輸入輸出口有良好的電隔離和濾波作用。它是非易失的，它的電源消失后，仍然能保存存儲(chǔ)的內(nèi)容， ROM 一般用來(lái)保存 PLC 的系統(tǒng)程序。它是易失性的存儲(chǔ)器，它的電源中斷后，存儲(chǔ)的信息將會(huì)丟失。 2)存儲(chǔ)器 PLC 使用以下幾種存儲(chǔ)器： 基于 PLC技術(shù)的礦井提升機(jī)電控系統(tǒng) 的設(shè)計(jì) 8 ① 隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（ RAM） 可以讀取 RAM 中的數(shù)據(jù)，也可以將數(shù) 據(jù)寫(xiě)入 RAM。 PLC 的基本組成 可編程控制器主要有中央處理單元（ CPU） , 存儲(chǔ)器（ RAMROM），輸入輸出單元 (I/O)，電源和編程器等幾部分組成，其結(jié)構(gòu)圖如下圖 22： l)中央處理單元 CPU 內(nèi)存的元件封裝在一個(gè)牢固而緊湊的塑料機(jī)殼內(nèi)，面板上有狀態(tài)和故障指示 LED、模式選擇開(kāi)關(guān)和通信接口。 對(duì)于各種顯示、音響輸出更是以最方便的形式提供接口，大量的問(wèn)題都在可編程控制器內(nèi)部解決了。 對(duì)于模擬量，只要模擬信號(hào)電平在一定的范圍內(nèi) (通常為士 10V或士 20mA)，就可以按要求自由設(shè)置轉(zhuǎn)換特性，而不需另加電平轉(zhuǎn)換。 對(duì)于開(kāi)關(guān)量，輸入可以是無(wú)源出 點(diǎn)開(kāi)關(guān)量或集電極開(kāi)路晶體管輸出 。 3)環(huán)境要求低 可編程控制器適用于惡劣的工業(yè)環(huán)境。 2)編程方便，易于使用 可編程控制器采用與實(shí)際電路接線圖非常接近的梯形圖。事實(shí)上，如果某種控制裝置可以連續(xù)運(yùn)行 20 年以上不出問(wèn)題，在當(dāng)前技術(shù)更新瞬息萬(wàn)變的世界上，則可以認(rèn)為是永遠(yuǎn)不會(huì)壞的裝置了。 圖 2l可編程控制器結(jié)構(gòu)框圖 Block diagram of PLC structure 可編程控制器作為“藍(lán)領(lǐng)計(jì)算機(jī)”有著其它工業(yè)控制設(shè)備很難具備的特性 : l)高可靠性 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 7 到目前為止沒(méi)有任何一種工業(yè)控制設(shè)備可以達(dá)到可編程控制器的可靠性?？删幊炭刂破骷坝嘘P(guān)外部設(shè)備都按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體、易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)?，F(xiàn)在可編程控制器繼續(xù)保留了原來(lái)邏輯控制器的所有優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)它吸收了其它控制設(shè)備 (如過(guò)程儀表、計(jì)算機(jī)、集散系統(tǒng)、分散系統(tǒng)等 )的優(yōu)點(diǎn)，在許多場(chǎng)合只需可編程控制器即可構(gòu)成包括邏輯控制、工程控制、數(shù)據(jù)采集及控制、圖形工作站的經(jīng)濟(jì)合算、體積小巧、設(shè)計(jì)調(diào)試方便的綜合控制系統(tǒng)。 自 1969 年第一臺(tái)可編程控制器問(wèn)世以來(lái)，經(jīng)歷近 40年的發(fā)展，可編程控制器已經(jīng)成為一種最重要、最普及、應(yīng)用場(chǎng)合最多的工業(yè)控制器，可以說(shuō)只有可編程控制器才是真正的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。 適用、經(jīng)濟(jì)、高效、可靠是本文提升機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的追求目標(biāo)。在廣泛考察現(xiàn)行的變頻調(diào)速方案后，本文提升機(jī)系統(tǒng)控制單元采用目前工控適用的可編程控制器來(lái)控制，具有編程簡(jiǎn)單和控制可靠性高的優(yōu)點(diǎn) 。該方案耗能大，占地面積大，已不能適應(yīng)現(xiàn)代礦業(yè)發(fā)展的需要。 提升機(jī)系統(tǒng)控制傳動(dòng)控制轉(zhuǎn)矩控制提升系統(tǒng) 圖 12礦用提升機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng) Shaft hoist frequency conversion system 而在 PLC 電控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上配合變頻調(diào)速裝置，運(yùn)用現(xiàn)在先進(jìn)的矢量控制技術(shù)，不但適合提升機(jī)運(yùn)行工藝的要求，還將解決整套提升機(jī)系統(tǒng)的電力拖動(dòng)方面的一系列 問(wèn)題 如圖12 所示，變頻裝置取代復(fù)雜的串聯(lián)電阻切換裝置，對(duì)提升機(jī)運(yùn)行速度曲線轉(zhuǎn)矩大小的要求都由變頻器來(lái)完成，簡(jiǎn)化了控制操作流程，提高了控制精度。操作、監(jiān)控和安全保護(hù)系統(tǒng)選用可編程控制器。 就計(jì)算機(jī)技術(shù)在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況而言，可編程控制器 (PLC)是目前作為工業(yè)控制最理想的機(jī)型，它是采用計(jì)算機(jī)技術(shù)、按照事先編好并儲(chǔ)存在計(jì)算機(jī)內(nèi)部一段程序完成設(shè)備遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 5 的操作控制。因此，需要研制更加安全可靠的控制系統(tǒng)，使提升機(jī)運(yùn)行的可靠性和安全性得到提高。 6)提升容器通過(guò)給定的減速點(diǎn)時(shí)，由于負(fù)載的不同，而將得到不同的減速度，不能達(dá)到穩(wěn)定的低速爬行，最后導(dǎo)致停車(chē)位置不準(zhǔn)，不能正常裝卸載。 4)交流繞線異步電動(dòng)機(jī)的滑環(huán)存在接觸不良問(wèn)題，容易引起設(shè)備事故。 2)電阻分級(jí)切換，為有級(jí)調(diào)速，設(shè)備運(yùn)行不平穩(wěn)，容易引起電氣及機(jī)械沖擊。 本文內(nèi)容及研究意義 研究?jī)?nèi)容 當(dāng)前國(guó)內(nèi)提升機(jī)電控絕大多數(shù)還是轉(zhuǎn)子回路串電