基于Profibus总线矿井提升机电控系统的研究与设计

论文摘要

本文以义马千秋煤矿6#井提升机电控系统改造为背景,从现场总线技术的角度,重点研究了利用Profibus-DP现场总线对变频器进行控制的特点、方法及规律;研究了提升机控制系统的软硬件设计;介绍了提升机上位机监控系统的设计。现场总线技术是一种崭新的技术,并且满足工业控制现场分散化、网络化、智能化的要求。同变频器传统的基于I/O驱动控制模式相比,通过现场总线技术实现对变频器的控制有许多优点。在研究了现场总线技术的基础上,详细的介绍基于西门子Profibus-DP现场总线,对变频器控制的机理和具体的实现方法。根据提升机运行特性和用户的要求,选用了具有矢量控制、可四象限运行、保护完善的西门子公司生产的工程型变频器作为调速系统。采用端子控制方法来控制变频器的启停及速度给定,利用Profibus-DP总线采集变频器的相关数据。矿井提升机的控制,本质上是属于位置控制。提升机在煤矿生产中的地位特殊而重要,从对提升机系统运行安全、可靠、稳定的要求考虑,采取继电安全电路和软件安全电路措施实现提升机运行的双线制或三线制安全保护。控制系统配置了两套PLC,一套为主控PLC、一套为从控PLC,两者通过MPI通讯来交换数据,并相互监视。根据提升机的控制功能和要求,介绍了控制程序编制的思路和方法。选用Step7作为编程软件,软件设计采用结构化和模块化的设计方法。主控PLC程序包括逻辑操作、行程控制、保护等模块,从控PLC主要包括监控、保护等模块。选用研华工控机和监控软件Wincc来构成上位机监控系统。工控机中安装Windows2000作为监控软件Wincc的运行平台。监控系统通过MPI网络连接与PLC通信,采集相关的数据。设计了反映设备状态的画面、反映实时控制画面以及报警和数据管理画面,实现对提升机的实时监控。经过现场的调试,系统现在运行稳定,实现了预期的功能,验证了系统设计的先进性、合理性。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 1 引言
• 1.1 课题研究的背景和意义
• 1.2 矿井提升机电控技术国内外发展现状
• 1.2.1 国外矿井提升机电控系统的发展现状
• 1.2.2 国内矿井提升机电控系统的发展现状
• 1.3 相关技术支持
• 1.3.1 变频调速技术
• 1.3.2 可编程控制器技术
• 1.3.3 现场总线技术
• 1.4 课题研究的主要内容和主要工作
• 2 提升机电控系统架构及运行分析
• 2.1 提升机电控系统的设计要求
• 2.2 提升机电控系统架构
• 2.2.1 供电系统
• 2.2.2 控制系统
• 2.2.3 全数字变频调速系统
• 2.2.4 液压站
• 2.2.5 上位机监控系统
• 2.2.6 信号系统
• 2.3 提升机系统运行分析
• 2.3.1 速度给定方式分析
• 2.3.2 产生理想S 形速度给定曲线基本公式
• 2.3.3 实际S 型速度给定曲线参数校正方法
• 2.3.4 实际行程和速度的获取
• 3 提升机电控系统中变频器的Profibus 总线控制
• 3.1 变频器的控制方式
• 3.2 变频器总线控制的优点
• 3.3 变频器的PROFIBUS-DP 总线控制
• 3.4 PROFIBUS-DP 总线控制变频器的实现
• 3.4.1 SINAMICS G150 站地址设置及硬件组态
• 3.4.2 Profibus-DP 总线对变频器的起、停和速度控制实现
• 3.4.3 SINAMICS G150 参数的读取和写入
• 4 提升机控制系统的软硬件设计
• 4.1 项目规划和控制系统硬件组态
• 4.1.1 项目规划
• 4.1.2 控制系统硬件组态
• 4.2 PLC 控制系统程序结构
• 4.3 主控制PLC 的逻辑操作及保护功能
• 4.3.1 双线制安全回路
• 4.3.2 提升方向的生成
• 4.3.3 系统用户软件设计
• 4.4 从控制PLC 提升机监控功能
• 5 提升机上位机监控系统设计
• 5.1 组态软件的选择
• 5.2 组态软件WINCC 简介
• 5.3 监控程序的设计步骤
• 5.3.1 监控软件设计的设置
• 5.3.2 创建过程画面
• 5.3.3 调试
• 5.4 监控系统的组成
• 5.4.1 监控系统界面
• 5.4.2 报警信息
• 5.5 组态系统中的脚本
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 附录Ⅰ 系统参数整定结果
• 附录Ⅱ 现场的一些实物照片
• 作者简历
• 学位论文数据集