機(jī)械電子式軟起動裝置的控制系統(tǒng)設(shè)計
發(fā)布時間:2008/8/12 0:00:00 訪問次數(shù):523
近年來,在煤炭、冶金、電力、建材、石油、化工等行業(yè),帶式輸送機(jī)得到普遍應(yīng)用,帶式輸送機(jī)的相關(guān)理論和實驗研究取得了很大進(jìn)展,但仍然存在傳動效率低,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜且可靠性較差,缺少自動化控制與通信協(xié)議等方面缺陷,未形成有效軟起動控制系統(tǒng)。因此,有必要研究開發(fā)性能優(yōu)良、傳動效率高、機(jī)械結(jié)構(gòu)與控制系統(tǒng)簡單、工作壽命長,價格便宜和安裝維護(hù)方便的新型機(jī)械電子式軟起動系統(tǒng)。
1. 機(jī)械電子式軟起動控制系統(tǒng)組成及原理
由上位計算機(jī)、變頻器、可編程控制器(plc)等組成。為了實現(xiàn)對工作儀器的保護(hù),將變頻器、可編程控制器、傳感器等安裝在控制柜內(nèi)。執(zhí)行機(jī)構(gòu)為異步電動機(jī)、差動行星減速機(jī)構(gòu),控制對象為帶式輸送機(jī)。
控制系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上為主從式二級控制,其中計算機(jī)為主,plc為從。在完成控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計后,計算機(jī)通過與plc之間的通訊將控制程序下裝至plc。計算機(jī)作為工業(yè)控制主機(jī),擔(dān)負(fù)著對plc程序的在線修改,信號采集、數(shù)據(jù)記錄與處理和控制輸出等任務(wù),而大量的循序動作的處理則交由plc處理。
控制系統(tǒng)工作時,plc得電啟動,在啟動調(diào)速電機(jī)的過程中,plc通過控制變頻器的輸出頻率來控制調(diào)速電機(jī)轉(zhuǎn)速,使其按照設(shè)定升速規(guī)律達(dá)到預(yù)定轉(zhuǎn)速。在其達(dá)到預(yù)定轉(zhuǎn)速后,plc通過接觸器(mc)接通主電機(jī)電源,主電機(jī)啟動,由于差動輪系的速度合成,負(fù)載端無輸出。當(dāng)負(fù)載起動時,在plc的控制下調(diào)速電機(jī)按設(shè)定規(guī)律減速,負(fù)載緩慢輸出直至達(dá)到工作轉(zhuǎn)速。負(fù)載軟停車時,plc控制變頻器的輸出頻率使調(diào)速電機(jī)按設(shè)定曲線加速,主電機(jī)繼續(xù)按額定轉(zhuǎn)速工作,通過速度合成,負(fù)載緩慢減速為零。當(dāng)系統(tǒng)完全停車時,plc將與主電機(jī)相連接觸器斷開,主電機(jī)停止,然后切斷調(diào)速電機(jī)的電源,系統(tǒng)完全停車。
2. 機(jī)械電子式軟起動的控制系統(tǒng)硬件設(shè)計
2.1 可編程控制器的選型
1.可編程控制器控制系統(tǒng)i/o點數(shù)估算
確定i/o點數(shù)是可編程控制器設(shè)計的關(guān)鍵問題,估算出被控對象的i/o點數(shù)后,就可選擇點數(shù)相當(dāng)?shù)目删幊炭刂破鳎x擇相應(yīng)規(guī)模的可編程控制器并留有100%-15%的i/0余量。
2.內(nèi)存估計
用戶所需的內(nèi)存容量受到以下幾個因素的影響:內(nèi)存利用率;開關(guān)量輸?shù)遁敵鳇c數(shù);模擬量輸入輸出點數(shù);用戶的編程水平。一個程序段中的接點數(shù)與存放該程序段所代表的機(jī)器語言所需的字?jǐn)?shù)的比值稱為內(nèi)存利用率?删幊炭刂破鏖_關(guān)量輸入/輸出總點數(shù)是計算所需內(nèi)存容量的重要依據(jù)。具有模擬量控制的系統(tǒng)要用到數(shù)字傳送和運算功能指令,功能指令對內(nèi)存的利用率較低,所占的內(nèi)存數(shù)較多。用戶程序的優(yōu)劣對程序長短和運行時間都有較大影響。對同樣的系統(tǒng),不同用戶編寫的程序可能會使程序長短和執(zhí)行時間差距很大。
綜上所述,內(nèi)存大小的經(jīng)驗計算公式為:
總存儲器字?jǐn)?shù)二(開關(guān)量輸入點數(shù)+開關(guān)量輸出點數(shù))*10+模擬量點數(shù)*150
按計算存儲器字?jǐn)?shù)的25%考慮余量。
3. 響應(yīng)時間分析
可編程控制器順序掃描的工作方式使它不可能可靠的接受持續(xù)時間小于掃描周期的輸入信號。系統(tǒng)響應(yīng)時間是指輸入信號產(chǎn)生時刻與由此而引起的輸出信號狀態(tài)發(fā)生變化時刻的時間間隔: 系統(tǒng)響應(yīng)時間=輸入濾波時間+輸出濾波時間+掃描周期通過對可編程控制器各功能及參數(shù)的綜合考慮權(quán)衡,設(shè)計選用西門子simatic57-200可編程控制器,選用西門子cpu226,型號(6es7216-2bd21 0xb0),可滿足控制系統(tǒng)的設(shè)計要求。 選用s7-200 cpu 226,該模塊包括一個中央處理單元(cpu)、電源以及數(shù)字量i/o點,集成在一個緊湊、獨立的設(shè)備中。cpu負(fù)責(zé)執(zhí)行程序和存儲數(shù)據(jù),用掃描方式通過i/o部件接收現(xiàn)場的狀態(tài)和數(shù)據(jù),以便對工業(yè)控制任務(wù)或過程進(jìn)行控制。輸入和輸出是系統(tǒng)的控制點:輸入部分從現(xiàn)場設(shè)備(如傳感器或開關(guān))中采集信號,輸出部分則控制電機(jī)以及工業(yè)過程中的其它設(shè)備。電源向cpu及其所連接的任何模塊提供電力。通信端口允許將s7-200 cpu同編程器或計算機(jī)等其它設(shè)備連接起來,當(dāng)與計算機(jī)相連時,可組成多級控制系統(tǒng)。狀態(tài)信號燈顯示了cpu的工作模式,本機(jī)i/o的當(dāng)前狀態(tài),以及檢查出的系統(tǒng)錯誤。
2.2可編程控制器與計算機(jī)的通信
數(shù)據(jù)通信就是在同一級內(nèi)或者在不同級之間進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳送和接收?删幊炭刂破髋c計算機(jī)的通信是拓寬可編程控制器應(yīng)用的一個重要方面,也是完成多重控制任務(wù),實現(xiàn)多級控制的有效途徑?删幊炭刂破髋c計算機(jī)聯(lián)網(wǎng)時,計算機(jī)僅用于在線編程、修改參數(shù)和數(shù)據(jù)顯示?删幊炭刂破髋c計算機(jī)之間的通信是通過rs-485口與rs-232口進(jìn)行的,信息交換的方式為字符串方式,運用rs-485和rs-232通道,容易配置一個與計算機(jī)通信的系統(tǒng)。將所有軟元件的數(shù)據(jù)和狀態(tài)由可編程控制器送入計算機(jī),由計算機(jī)采集數(shù)據(jù),進(jìn)行分析和運行狀態(tài)監(jiān)測。用計算機(jī)改變可編程控制器設(shè)備的初始值和設(shè)定值,實現(xiàn)計算機(jī)對可編程控制器的上位控制。s7-200系列plc配備有專用于rs-485通信的標(biāo)準(zhǔn)d型插座。
3.控制系
近年來,在煤炭、冶金、電力、建材、石油、化工等行業(yè),帶式輸送機(jī)得到普遍應(yīng)用,帶式輸送機(jī)的相關(guān)理論和實驗研究取得了很大進(jìn)展,但仍然存在傳動效率低,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜且可靠性較差,缺少自動化控制與通信協(xié)議等方面缺陷,未形成有效軟起動控制系統(tǒng)。因此,有必要研究開發(fā)性能優(yōu)良、傳動效率高、機(jī)械結(jié)構(gòu)與控制系統(tǒng)簡單、工作壽命長,價格便宜和安裝維護(hù)方便的新型機(jī)械電子式軟起動系統(tǒng)。
1. 機(jī)械電子式軟起動控制系統(tǒng)組成及原理
由上位計算機(jī)、變頻器、可編程控制器(plc)等組成。為了實現(xiàn)對工作儀器的保護(hù),將變頻器、可編程控制器、傳感器等安裝在控制柜內(nèi)。執(zhí)行機(jī)構(gòu)為異步電動機(jī)、差動行星減速機(jī)構(gòu),控制對象為帶式輸送機(jī)。
控制系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上為主從式二級控制,其中計算機(jī)為主,plc為從。在完成控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計后,計算機(jī)通過與plc之間的通訊將控制程序下裝至plc。計算機(jī)作為工業(yè)控制主機(jī),擔(dān)負(fù)著對plc程序的在線修改,信號采集、數(shù)據(jù)記錄與處理和控制輸出等任務(wù),而大量的循序動作的處理則交由plc處理。
控制系統(tǒng)工作時,plc得電啟動,在啟動調(diào)速電機(jī)的過程中,plc通過控制變頻器的輸出頻率來控制調(diào)速電機(jī)轉(zhuǎn)速,使其按照設(shè)定升速規(guī)律達(dá)到預(yù)定轉(zhuǎn)速。在其達(dá)到預(yù)定轉(zhuǎn)速后,plc通過接觸器(mc)接通主電機(jī)電源,主電機(jī)啟動,由于差動輪系的速度合成,負(fù)載端無輸出。當(dāng)負(fù)載起動時,在plc的控制下調(diào)速電機(jī)按設(shè)定規(guī)律減速,負(fù)載緩慢輸出直至達(dá)到工作轉(zhuǎn)速。負(fù)載軟停車時,plc控制變頻器的輸出頻率使調(diào)速電機(jī)按設(shè)定曲線加速,主電機(jī)繼續(xù)按額定轉(zhuǎn)速工作,通過速度合成,負(fù)載緩慢減速為零。當(dāng)系統(tǒng)完全停車時,plc將與主電機(jī)相連接觸器斷開,主電機(jī)停止,然后切斷調(diào)速電機(jī)的電源,系統(tǒng)完全停車。
2. 機(jī)械電子式軟起動的控制系統(tǒng)硬件設(shè)計
2.1 可編程控制器的選型
1.可編程控制器控制系統(tǒng)i/o點數(shù)估算
確定i/o點數(shù)是可編程控制器設(shè)計的關(guān)鍵問題,估算出被控對象的i/o點數(shù)后,就可選擇點數(shù)相當(dāng)?shù)目删幊炭刂破,選擇相應(yīng)規(guī)模的可編程控制器并留有100%-15%的i/0余量。
2.內(nèi)存估計
用戶所需的內(nèi)存容量受到以下幾個因素的影響:內(nèi)存利用率;開關(guān)量輸?shù)遁敵鳇c數(shù);模擬量輸入輸出點數(shù);用戶的編程水平。一個程序段中的接點數(shù)與存放該程序段所代表的機(jī)器語言所需的字?jǐn)?shù)的比值稱為內(nèi)存利用率?删幊炭刂破鏖_關(guān)量輸入/輸出總點數(shù)是計算所需內(nèi)存容量的重要依據(jù)。具有模擬量控制的系統(tǒng)要用到數(shù)字傳送和運算功能指令,功能指令對內(nèi)存的利用率較低,所占的內(nèi)存數(shù)較多。用戶程序的優(yōu)劣對程序長短和運行時間都有較大影響。對同樣的系統(tǒng),不同用戶編寫的程序可能會使程序長短和執(zhí)行時間差距很大。
綜上所述,內(nèi)存大小的經(jīng)驗計算公式為:
總存儲器字?jǐn)?shù)二(開關(guān)量輸入點數(shù)+開關(guān)量輸出點數(shù))*10+模擬量點數(shù)*150
按計算存儲器字?jǐn)?shù)的25%考慮余量。
3. 響應(yīng)時間分析
可編程控制器順序掃描的工作方式使它不可能可靠的接受持續(xù)時間小于掃描周期的輸入信號。系統(tǒng)響應(yīng)時間是指輸入信號產(chǎn)生時刻與由此而引起的輸出信號狀態(tài)發(fā)生變化時刻的時間間隔: 系統(tǒng)響應(yīng)時間=輸入濾波時間+輸出濾波時間+掃描周期通過對可編程控制器各功能及參數(shù)的綜合考慮權(quán)衡,設(shè)計選用西門子simatic57-200可編程控制器,選用西門子cpu226,型號(6es7216-2bd21 0xb0),可滿足控制系統(tǒng)的設(shè)計要求。 選用s7-200 cpu 226,該模塊包括一個中央處理單元(cpu)、電源以及數(shù)字量i/o點,集成在一個緊湊、獨立的設(shè)備中。cpu負(fù)責(zé)執(zhí)行程序和存儲數(shù)據(jù),用掃描方式通過i/o部件接收現(xiàn)場的狀態(tài)和數(shù)據(jù),以便對工業(yè)控制任務(wù)或過程進(jìn)行控制。輸入和輸出是系統(tǒng)的控制點:輸入部分從現(xiàn)場設(shè)備(如傳感器或開關(guān))中采集信號,輸出部分則控制電機(jī)以及工業(yè)過程中的其它設(shè)備。電源向cpu及其所連接的任何模塊提供電力。通信端口允許將s7-200 cpu同編程器或計算機(jī)等其它設(shè)備連接起來,當(dāng)與計算機(jī)相連時,可組成多級控制系統(tǒng)。狀態(tài)信號燈顯示了cpu的工作模式,本機(jī)i/o的當(dāng)前狀態(tài),以及檢查出的系統(tǒng)錯誤。
2.2可編程控制器與計算機(jī)的通信
數(shù)據(jù)通信就是在同一級內(nèi)或者在不同級之間進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳送和接收?删幊炭刂破髋c計算機(jī)的通信是拓寬可編程控制器應(yīng)用的一個重要方面,也是完成多重控制任務(wù),實現(xiàn)多級控制的有效途徑?删幊炭刂破髋c計算機(jī)聯(lián)網(wǎng)時,計算機(jī)僅用于在線編程、修改參數(shù)和數(shù)據(jù)顯示?删幊炭刂破髋c計算機(jī)之間的通信是通過rs-485口與rs-232口進(jìn)行的,信息交換的方式為字符串方式,運用rs-485和rs-232通道,容易配置一個與計算機(jī)通信的系統(tǒng)。將所有軟元件的數(shù)據(jù)和狀態(tài)由可編程控制器送入計算機(jī),由計算機(jī)采集數(shù)據(jù),進(jìn)行分析和運行狀態(tài)監(jiān)測。用計算機(jī)改變可編程控制器設(shè)備的初始值和設(shè)定值,實現(xiàn)計算機(jī)對可編程控制器的上位控制。s7-200系列plc配備有專用于rs-485通信的標(biāo)準(zhǔn)d型插座。
3.控制系
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