S7-200 PLC和组态王组态矿井提升机控制系统设计.docx

毕业论文（设计）题目：矿井提升机控制系统设计学院：专业：姓名：学号：指导教师：日期：摘要为j'提高自动控制系统的可靠性和设备的工作效率，设计r一套以P1.C为核心的提升机自动控制系统，用来取代以往的较复杂的继电器接触器控制。本系统核心控制部分使用了西门子公司生产的S7-200226型P1.a因为在核心控制部分采用的是软件程序控制，从而在保证提升机正常运行这个要求的情况下，大大提高了提升机故障检查与维修的方便性和容易性，同时还克服了手动操作所带来的些人为干扰因素,取得了良好的预期效果。关催词：提升机、P1.C、梯形图ABSTRACTInordertoimproveIhCre1.iabi1.ityoftheautomaticcontro1.systemandtheworkingefficiencyoftheequipment,asetofautomaticcontro1.systembasedonP1.Cisdesigned,whichisusedtorep1.acethecomp1.exre1.aycontactorcontro1.system.Thesystemcorecontro1.partoftheuseofSIEMENS'SS7-2OO226P1.C.Becauseinthecorecontro1.partofthesoftwareprogramcontro1.,soastoensurethenorma1.operationofthehoistingmachinerequirements,great1.yimprovingthehoistfau1.tinspectionandmaintenanceconvenienceandeasy,buta1.soovcrconwsthemanua1.bringssomehumaninterferencefactors,achievingtheexecte<1.goodresu1.ts.Keywords：E1.evator.1.adderDiagram,P1.C1概述51.1 研究的背景51.2 研窕的目的和意义62设计要求73硬件系统设计83.1P1.C选型83.2主电路图83.4P1.C的I/O分配935P1.C外围接线图104软件系统设计124.1 P1.C内部使用地址分配124.2 程序流程图设计124.3 P1.C梯形图144.4 语句表程序245组态画面305.1 设省连接305.2通信设备参数设置335.3 构造数据库345.4 监控界面的设计与动画连接345.5 系统运行35总结37参考文献38致谢391概述1.1 研究的背景当前国内提升机电控绝大多数还是转子回路串电阻分段控制的交流绕线式电机维电器接触器系统，设备陈旧、技术落后。而且这种控制方式存在着很多的问题D转子回路串接电阻，消耗电能，造成能源浪费。2）电阻分级切换，为有级调速，设令运行不平稳，容易引起电气及机械冲击。3）维电器、接触器频繁动作，电弧烧蚀触点，影响接触器使用寿命，维修成本较高。4）交流绕线异步电动机的滑环存在接触不良问题，容易引起设备事故。5）电动机依道转子电班获得的低速，其运行特性较软。6）提升容器通过给定的减速点时，由负载的不同，而将得到不同的减速度，不能达到稳定的低速爬行，最后导致停车位置不准，不能正常装卸栽。上述问题使提升机运行的可鸵性和安全性不能得到有效的保障，因此，需要研制更加安全可靠的控制系统，使提升机运行的可靠性和安全性得到提高。在提升机控制系统中应用计品机控制技术和变频调速技术，对原有提升机控制系统进行升级换代。就计算机技术在工业现场应用情况而言，可编程控制器（PI，C）是目前作为工业控制最理想的机里，它是采用计算机技术、按照事先编好并储存在计算机内部段程序完成设备的操作控制。采用P1.C控制,硬件简洁、软件灵活性强、调试方便、维护小，P1.C技术己经广泛应用于各种提升机控制，配合一些提升机专用电子模块组成的升机控制设备，可供控制高压带动力制动或低频制动，单、双机拖动等“操作、监控和安全保护系统选用可编程控制器.主控计算机应用软件能完成提升机自动、半自动、手动、检修、低速爬行等各种运动方式的控制要求。提升机系统控制提升系统图1-1矿用提升机变领调速控制系统而在P1.C电控系统的基础h配合变频调速装置,运用现在先进的矢量控制技术，不但适合提升机运行工艺的要求，还将解决整套提升机系统的电力拖动方而的系列问题如图I-I所示，变频装置取代更杂的串族电阳切换装置，对提升机运行速度曲线转矩大小的要求都由变核器来完成，简化了控制操作流程，提高了控制精度制1.2 研究的目的和慧义旷井提升机是煤矿、有色金属砂生产过程中的玳要设备。提升机的安全、可狂运行，直接关系到企业的生产状况和经济效益。目前，大多数中、小型矿井采用斜井绞车提升，传统斜井提升机普遍采用交流绕线式电动机串电阻调速系统,电阻的投切用继电器一一交流接触借控制。这种控制系统由于调速过程中交流接触器动作施繁.设备运行的时间较长，交流接触错主触点易氧化，引发设备故障,另外，提升机在减速和爬行阶段的速度控制性能较差，经常会造成停车位置不准确。提升机频繁的启动、谢速、制动，在转子外电路所串电阻上产生相当大的功耗.这种交流绕线式电动机串电阻调速系统属于有级调速，调速的平滑性差：低速时机械特性较软：电阻上消耗的转差功率大，节能较差；启动过程和调速换挡过程中电流冲击大：中高速运行振动大，安全性较差。为克服传统交流绕线式电动机串电阻调速系统的缺点，采用变频调速技术改造提升机，可以实现全频率(0v50Hz)范围内的恒转矩控制。2设计要求I1.b图2-1提升系统示意图a：直立图b；水平图犷并提升机系统实验模拟图如图2-1所示，一共有五组定子，相当F电机的电枢绕组，城笼相当于转子。在轨道上，每隔一定的距离放置一组直线电机的初级，初级和次级的长度同间距有关,三者的长度如图b所示。假设相邻的初级间距为1.那么初级的长度为21.,罐笼两侧的直线电机的次级长度为31.”这样的设置可以达到最大的提升效率，电机工作时，始终保持次级在两个初级的磁场作用下提升,即始终有两台电机同时工作。其动作过程如下：下放重物时：与提升重物的通电顺序相反，依次为5#和4#电机,4#和3#电机，3#和2#电机,2#和I#电机实现动子（罐笼）的向上运动;提升重物时：电机的工作顺序依次为，1#和2#电机,2#和3#电机,3#和4#电机,4#和5#电机，实现动子（旅笼）的向下运动。永磁直线同步电动机动子的速度与通人电机电枢电流的频率成正比：v=2r,通过变频冷改变输入电枢的电源频率，以实现提升速度的控制“3硬件系统设计3.1 P1.C选型西门子S7-200P1.C是高性能小型P1.C.P1.C-226CDCDC是直潦电源供电,直流输入宜流输出,含24点输入，16点输出。经过分析，系统共使用了10个输入和11个输出，满足使用要求，若日后需增加功能可以随时增加扩展模块.3.2 主电路图外部380V交流电经1.I,1.2,1.3,N供设备使用.QF1.是总电源开关，起到接通断开整台设备的口的。Ri1.是总熔断器，起到过流保护作用。QF2是变频图电源断路器.VF1.是变频器,驱动电机,起到平稳,保护等作用。FR1.是电机M1.的热维电器，起到过我保护电机的作用。K1常开触点控制变频器正转启动中间继电器。KA2常开触点控制变频器反转启动中间维电涔。M1.是机组1电机，KM2是机组1启动接触器，FR1.是机组1热保护过载维电器，起到过流保护作用。M2是机组2电机，KM3是机组2启动接触器，FR2是机组2热保护过裁继电器，起到过流保护作用。M3是机组3电机,KM4是机组3启动接触器，FR3是机组3热保护过载维电罂，起到过流保护作用。M4是机组4电机，KM5是机组4启动接触器，FM是机组4热保护过载维电涔，起到过流保护作用。M5是机组5电机,KM5是机组5启动接触器，FR5是机组5热保护过载继电耦，起到过流保护作用。220V交流电源经QFI总电源开关1.I.N供后续电源电路使用。M1.M2M3M4M5图3-1主电路主220V交流电经总开关QFI接至QF3电源网路断路器.熔断器F直流电源A1.,将220V交潦电变成24V直流电，供后续控制电路使用3.4 P1.C的I/O分配P1.C的输入和输出变量分配表如表3-1,3-2所示3-P1.C数字JIt怆入分泥灰描述内部地址外部地址位置传感湍1号10.0SQ1.位置传礴器2号10.1SQ2位祝传感器3号10.2SQ3位盥传感涔4号10.3S1.位置传感湍5号10.4SQ5位置传感器6号10.5SQ6上升按钮10.6SB1.下降按钮10.7SB2停车按钮11.0SB3失电保护传感器11.1S1.表3-2P1.C珀出分配农描述内部地址外部地址失电保护接岫潺00.0KM1.电机切换器1号Q0.1KH2电机切换器2号Q0.2电机切换器3号Q0.3K*1.电机切换器4号Q0.4KM5电机切换器5号Q0.5KM6失电与动力制动接触器Q0.6KM7动力制动接触器Q0.7KMS抱回接触零Q1.0KM9变频器卜1降控制端Q1.1KA1.变频器上升控制相Q1.2KA23.5 P1.C外围接线图输入输出接线图见3-2所示。24VMHSQ1.,MWDm124VSQ2,bOOOOOHJ-1.KM1.SQ3,O1IUKM2SQ4,.210.310.410.510.6P1.-三-KM3SQ5,ICKM4SQ6,SKM5SBEP-SB2RSB3I7Ir-三-KM66KM710.7I11KM8""*1.41O1.JJ-1.KM9I11-g-1.JriKA1.1.JJ-1.KA2UZAC220V图3-2P1.C恤入和输出接线图4软件系统设计根据控制要求和系统分析，硬件电路，编写软件程序。4.1 P1.C内部使用地址分配为了便于编程方便,定义了P1.C内部使用的地址，如下表4T所示表4-1P1.C内部使用地址下降电机组1.5供电MO.O下降电机组3_4供电MO.1下降电机组2_3供电M0.2卜降电机抗1.2供电M0.3下降停车MO.1上升电机组1_2供电M2.0上升电机组23供电M2.I上升电机加34供电M2.2上升电机组45供电M2.3上升停车M2.14.2 程序流程图设计根据控制要求编写控制流程图，控制流程图如图4/和4-2所示.图4-1为上升流程图。图4-2为下降流程图按上升按钮4.3P1.C梯形图图42下降控制流程图114*QI.O发M上升转制Q1.2曾嫌卜。控制QI.IQ力XQ1.fi8.7上升依H1.10.6技1.升技IB匕升U82供电«.0火电保r传1.tIB.I火电。用力总硝盛Hb86½VH8210.1卜。投铀16?网络2上升电机组2_3供电:M2.I符号地址注杯麦族戕匕升控制网01.2K2上升电机组1_2供电M2.0按上升按忸上升电机忸2_3供电M2.13号传器位置传小器3号10.2SQ3网络3上升电机组3_4供电:耽.2符号地址注肝«««上升控制涉Q1.2K2上升电机祖2_3供电M2.13号传驾需上升电机组34供电W2.24号一器位置传力器4号10.3S(M网络4上升电机蛆4_5供电2.3变频器上升控济:Q1.2上升电机加3_4:M2.2位置传招得5号：10.I上升电机组4_5、:W2.3符号地址注轩««!»上升控制战Q1.2KA2上升电机组3_4供电M2.24号件博得上升电机组45供电M2.35)8位置传然器5号10.1SQ5符号地址注辨变频器上升控制战Q1.2KA2上升电机的4_5供电M2.35号传器上升停车M2.16号传梦爆位置传礴器6号10.5SQ6网络5上升停乍:M2.4变软器上升控55：Q1.2上升电机组4_5':M2.3位置传枢瑞6号：10.5上升停车:M2.4用络6上升停车符号变颇器上升控制战动力;W动接触器上升停车地址Q1.200.7M2.I注释KA2KM86号传彩器7U1.1.MX电:moit*QI.Om攵di.升能也Q1.2KA2登3H*"0Q.IIAIa力制M1.f8.7UH上升投牖156sttru*11.1S1.大',0力些触8SUn位Ir竹恪“，IaSFWttVIO.?SK2F01.MH.S供电3.0ftb>ff1.Mik8FMMM3JM:*.IWAM”/黄卜r11Qi.IA1.i>WH510.4SQS>R只3_，供电gI叫<W电机*1.b限电V.0修卜RMtf1.网络9卜降电机刎2_3供电:M0.2变版器卜,得控K：Q1.1F牌电机如3_4':MO.1位置传第SM号：10.3卜降电机加2_3:«0.2符号«wa卜N控制端位置传整器号下降电机姐2_3供电卜降电机组3_4供电网络10F降电机组1_2供电:皿3地址Q1.110.3M0.2MO.1注臂K1SQQ4号传昭号5号传SJa1.支筑/下降控图:Q1.IF际电机M2_3':M0.2位置传J83S3号：0.2下降电机3符号卜降控制端位置传惠;93号下降电机组1_2供电F降电机组2_3供电地址QI.110.2M0.3M0.2注仔K>1.SQ33号传感号4号件感骞HftIiF降停车:帆4符号变菽器F盯控制编ttwua位置传感器2号下降电机AU_2供电F降停车地址Q1.110.010.1M0.3M0.4注并KA1.SQ1.SQ23号传JM1.2号心总揩网络12卜降停乍符号变4器卜陶控制端动力制动接触器下降停车地址注羿Q1.1KA1.QO.7KM8MO.42号心明器网第13停隼符号地址注杵变频器卜降控制端QI.1KA1.动力制动接触器Q0.7KM8失电保护传盛器11.1S1.失电与动力制动接触器00.6KM7停乍按钮11.0SB3卜降停下MO.42号传暮器网络14失电保护符耳地址注和变频器卜降控制熠Q1.1.KA1.动力制动接触器Q0.7KMB失电保护传感器11.1S1.失电。动力制动接触2S00.6KM7下降件乍M0.42号传速器网络15电机切换器1号:00.1卜降电机组1.2、:M0.3失电保护接触器:00.0电机切换器1号:00,1符号地址注择电机切换器1号00.1KM2升电机蛆IN供电M2.0按1:升按U1.失电保妒接般器00.0KM1.下降电机蛆1一2供电M0.33号传超器网络18电机切换器4号:00.4下防电机的4_5、：M0.0失电保护接触器:00.0电机切换JBM号:00.4)卜降电机组3_4:Moj网络19电机切换器5号:00.5下降电机组，1.5':M0.0失电保护接触器:00.0下机切换JS5号:00.5注料KM54月传感器5号传感器KMi5号传感器按F降按钮上升电机组3_4：M2.2上升电机组4_5':M2.3符号地址电机切换器4号00.4上升电机组3_4供电M2.2上升电机组4_5供电«2.3失电保护接触得00.0卜降电机组3_4供电MO.1下降电机组4_5供电MO.0符号地址电机切换器5号00.5上升电机组4_5供电«2.3失电保护接触器00.0注羿KM65号传感器KM1.按卜降按担下降电机组4_5供电«0.04.4语句表程序ORGANIZATIONB1.OCK主程序:0B1.TIT1.E=BEGINNetwork1/上升电机组1_2供电:M2.01.D10.6EU1.DM1.0EUO1.D0M2.0ANII.1A10.1AN10.7SM2.0,1SQ1.2,1RQ1.1,1RQ1.0,IRQ0.7,1RQ0.6,iNetwork2/上升电机组2_3供电:M2.11.DQ1.2AM2.0A10.2SM2.1,INetwork3/上升电机组3_4供电:M2.21.DQ1.2AM2.1A10.3SM2.2,1RM2.1,1Network4/上升电机组4_5供电:M2.31.DQ1.2M2.2A10.4SM2.3,1RM2.2,1Network5/上升停车:M241.DQ1.2AM2.3A10.5SM2.4,IRM2.3,1Network6/上升停车1.DQ1.2AM2.4RM2.4,1RQ1.2,1SQ0.7,2Network7/F降电机组4_5供电;MO.O1.D10.7EU1.DM1.1EUO1.DOMO.OANII.1A10.5AN10.6SMO.O,1SQ1.1,1RQ1.2,1RQ1.O,1RQO.7,1RQO.6,1Network8/下降电机组3_4供电:MO.11.DQ1.1AMO.0A10.4SMO.1,iRMO.0,1Network9/卜降电机组2_3供电:MO.21.DQ1.1AMO.1A10.3Network10/下降电机组12供电:Y031.DQ1.1AMO.210.2SMO.3,1RMO.2,1Network11/下降停车:MO.41.DQ1.1AMO.31.D10.1010.0A1.DSMO.4,1RMO.3,1Network12/下降停车1.DQ1.1AMO.4RMO.4,1RQ1.1,1SQ0.7,2Network13/停车1.D11.00M1.2RQ1.1,2SQO.7,2RQO.6,1Network14/失电保护1.DII.1RMO.4,IRQ1.1,2SQ0.7,2SQ0.6,1Network15/电机切换器1号:QOj1.DMO.30M2.0ANQ0.0Q0.1Network16电机切换器2号:Q0.21.DMO.20MO.30M2.00M2.1ANQ0.0Q0.2Network17/电机切换器3号:Q031.DMO.1OM2.1OM2.2ANQO.OQO.3Network18/电机切换器4号:Q041.DMO.0OMO.1OM2.2OM2.3ANQ0.0=Q0.4Network19电机切换器5号:Q0.51.DMO.0OM2.3ANQ0.0=Q0.5ENDORGANIZATIONB1.OCK5组态画面5.1设备连接工程浏览器里找到电备.找到CoM口，例如CoM2,右边窗口中点击新建，建图5-1组态王P1.C选择设定设备名称选择COH1.,设名配舌向H选择小口号你所选择的为串行设备，话选择与设条所连接的串口.CCfI!F使用虚拟串口（GHS设备）上一步¢）I下一步>I图5-3选择COM口设定与组态王通信的P1.C地址，设定2设名配若向H谈名地址设苦指南_tt使批这用带一般助步ii三12地址帮助I<上一步<)I下一步QO>I9tiHI尝试恢复间隔和最长恢收时间设定预设可以图5-5设定慎亚策略完成后，显示设备安装向导，信息总结5.2 通信设备效设置组态壬里面双击建立的设备连接的CoM口，例如(X)M2,设定参数如下，需要跟P1.C里.面的设定一致。波特率：9600,奇偶校验：偶校验，通信超时：3000亳秒。通信方式：RS232。数据位：8。停止位：1图5-7组态王申口COM2设定P1.C里面找到系统块，双击系统块，点击通信端口，设定端口0和端口1的通信参数，使用预设如下：P1.C地址:2.故高地址：31,波特率:9.6kpbs,充实次数:3,地址间隔刷新系数：10图5-8P1.C里面通信端口设定5.3 构造数据库为了与P1.C通信需要建立与P1.C连接的数据变量，或者为了演示，建立内部数据变量。建立完成后如卜图:电KA2I/OSS521新I股备Q1.2俄Ang1.eIj内存整型52Z,ZJ.XCZ-V内存整型53<5z_zj_icz_vz内存整型54险AngIe_Iij内存整型55Aag1.e-qj2内存整组S6略仿其内存离散STSQ1.I/O惠散60新IO设四IO0SQ2I/O烹散61¾oSIO1SQ3I/O痘散62SI0IO2SQ4I/O密散63新IO设备IO3略SQ5i/oS®&4新IO设备IO4SQ6Ho盅散65新IO设备IO5除1I/O盅散69新IO设备11.1KII1.I/O宏敢70新IO设备00.0吩KH2I/O医敢71新IO设备QO.1KH3I/O度数72新IO设备Q0.2KH41/0»»73新IO设备Q0.3俄KH5I/O超散74新IO设备Q0.4KH6I/O密散753J1.QO5KH7Io三76新IO设四QO6吩KB8I/0KK77新IO设备QO7KM9I/O离散78新IO设备QIO因KK1.I/O离散79新IO设备Q1.1图5-9变量汇总5.4 监控界面的设计与动画连接根据工艺和控制要求建立主监控画面，建立提升机模型。建立组、二组、三组、四组、五组电机，一到六行程开关，变频器上升，下降指示，失电保护接触器指示，失电与动力制动接触器指示灯，动力制动接触器指示灯，抱网接触器指示灯。连接P1.C变量,组态动画，做出的实际监控主画面如图5-10Wnv654321QQQQQQSSSSSS文也保廿接触暮国4立M2J*M火也与动力”动接触js8立M1.动力制动接做2$品JfcMMAkS图5T0监控画面5.5 系统运行到画面的文件菜单，切换到View,切换到运行画面-1.开发系统一开发系统文件蜩也口排列【口IMtiJ图库忆】画面【怛帮助m默画面打开关闭存入全部存如除Ctr1.+KCtr1+0切换到Vif切弦到Exp1.orer三1.三三<1/、/.图5-11切换到运行画面进入组态王话，连接P1.C监控P1.C状态。图5-12监控画面在老师和同学的帮助卜做完了基于P1.C矿井提升机控制系统的设计的工作，通过这次的毕业设计，我能运用己学的知识解决我在设计中遇到的问题，使自己的动手能力和思考问题的能力得到了很大的提高。在做设计的过程中我杳阅了很多的资料，并认真的阅读这些与我的设计相关的资料，从而我的专业涵养得到r提高，知识的储存量也有所增加.在做设计时，我更习r很多专业课的知识，这使得我的专业知识在离校之前得到了巩固。整个设计通过了软件和硬件上的调试、仿真。我想这对于自己以后的学习和工作都会有很大的帮助的。在这次设计中遇到了很多实际性的问题，在实际设计中才发现，书本上理论性的东西与在实际运用中的还是有一定的出入的，所以有些问题不但要深入地理解，而且要不断地更正以前的错误思维。但是，通过这次设计我也发现自己的很多不足之处。在设计过程中我发现自己考虑问题很不全面，自己的专业知识掌握的很不牢固，所掌握的计算机应用软件还不缈多，我希望自己的这些不足之处能在今后的工作和学习中得到改善。而11.通过这次设计,我懂得了学习的重要性，学会了坚持和努力，这将为以后的工作、学习做出了最好的榜样！。参考文献1J西门子公司.S7-200可编程序控制器系统户册M.20072廖常初.S7200P1.C编程及应用国.北京：机械工业出侬社，20073李全利.运动控制技术放用设计与实践（西门子町.北京：机械工业出版社，20104王建、宋永昌.组态王软件入门与典型应用国.北京：中国电力出版社，20145人力资源和社会保障部教材办公室.工业组态软件应用技术组态王6.5V.中国劳动社会保阵出版社，20156王艳芬,侯益坤主编,P1.C应用于如态监拄技术加，北京:北京理工大学出版社，2012.117刘晓玲主编，P1.C控制与组态应用M,北京：电子工业出版社，2011.098赵消，/龙主编,P1.C控制电跖解读I加，北京：电子工业出版社，2011.049郑阿奇主编.P1.C（西门子）使用教程MJ致谢经过努力，毕业设计终r完成r.毕业设计是本人大学里的重要的一次考核,是对学习到的知识的一次总的运用，培养了本人综合运用所学知识来分析和解决问题的能力，为本人以后从事相关专业的工作打下基础。本论文设计在指导老师的悉心指导和严格要求下业己完成，从课题选择到具体的写作过程，无不凝聚着老师的心血和汗水，在本人的毕业设计期间，老师为本人提供了种种专业知识上的指导和些富于创造性的建议,没有这样的帮助和关怀，本人不会这么顺利的完成毕业设计。在此向老加表示深深的感谢和崇高的敬意。在临近毕业之际，本人还要借此机会向给予了本人帮助和指导的所有老师表示由衷的谢意，感谢大家的辛勤栽培.不积让步何以至千里，各位任课老师认真负责，在他们的悉心帮助和支持下，本人能锵很好的掌握和运用专业知识，并在设计中得以体现，顺利完成毕业论文。同时，在论文写作过程中，本人还参考r有关的书籍和论文，在这里一并向有关的作者表示谢意。本人还要感谢同组的同学，在毕业设计的这段时间里，给了木人很多的启发，提出了很多宝贵的意见.对于大家帮助和支持，在此本人表示深深地感谢。