基于PLC技术的矿井提升机电控系统的设计

基于PLC技术的矿井提升机电控系统的设计 辽宁 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 技术大学毕业设计（论文） 0 引言 矿井提升机是机、电、液一体化的大型机械，广泛用于煤炭、有色金属、黑色金属、 非金属、化工等矿山的竖井、斜井，是生产运输的主要工具。在煤炭生产中提升机担负着 提升煤炭、研石、下放材料、升降人员和设备的任务，是联系井上与井下的唯一途径，素 有矿井“咽喉”之称。提升机的电力传动特性复杂，电动机频繁正反向，经常处于过负荷 运转和电动、制动不断地转换的状态中。对提升机来说，运行的安全、可靠性是至关重要 的，提升机运行的安全可靠性不仅直接影响整个矿井的生产能力，影响整个矿山的经济效 益，而且还涉及到井下工作人员的生命安全。因此，研制并制造即安全可靠又节省能源的 提升机是煤矿安全生产的一项重要课题。 目前，我国绝大部分矿井提升机（超过80%）采用传统的交流电控系统。这种电控系统启动和调速换挡过程中电流冲击大；属于有级调速，调速的平滑性差；低速时机械特性 较软，静差率较大；节能效果差等。为克服传统交流绕线转子异步电动机串电阻调速系统 的缺点，采用PLC与变频器相结合的控制 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 对传统电控系统进行改造，变频调速是通过 改变定子供电频率，成功实现了提升电动机大范围的无极平滑调速，在运行过程中能随时 根据电动机的负载情况，使电机始终处于最佳运行状态，能够满足提升机特殊工作环境的 要求且有着明显的节电效果；采用PLC对提升系统进行保护和监控，使系统更加安全可靠。变频调速系统是提升机电控系统的发展方向。 总体设计基于PLC控制的大功率矿井提升机变频调速控制系统，由动力装置、液压站、 变频器、操作台和控制监视系统组成。 1 基于PLC技术的矿井提升机电控系统的设计 1 概述 本章重点通过对国内外矿井提升机的研究状况的阐述，对矿井提升机的基本机构及特 征进行分析，从而确定本文的研究内容及研究意义。 1.1 课题来源 矿井提升机是机、电、液一体化的大型机械，广泛用于煤炭、有色金属、黑色金属、 非金属、化工等矿山的竖井、斜井，是生产运输的主要工具。在煤炭生产中提升机担负着 提升煤炭、研石、下放材料、升降人员和设备的任务，是联系井上与井下的唯一途径，素 有矿井“咽喉”之称。提升机的电力传动特性复杂，电动机频繁正反向，经常处于过负荷 运转和电动、制动不断地转换的状态中。对提升机来说，运行的安全、可靠性是至关重要 的，提升机运行的安全可靠性不仅直接影响整个矿井的生产能力，影响整个矿山的经济效 益，而且还涉及到井下工作人员的生命安全。因此，研制并制造即安全可靠又节省能源的 1,,提升机是煤矿安全生产的一项重要课题。 1,,下面以山底煤矿作为例子进行分析：山底煤矿位于山西省榆次境内，有十分丰富的 煤炭资源，品位高，储量大，是中型矿山，具备日产煤炭300吨。为了使矿山持续稳产和延长服务年限，需要对提升机等设备进行改造，以达到安全高效的目的。主井提升高度为 237米，提升机为JK一2.5/20E提升机，最大提升速度为3.19米/秒，采用交流电动机拖动，电动机为250千瓦，380伏，521安培，744转/分，采用电动一发电机组供电。如图1-1所示为山底矿矿井提升机原设备实物拍摄。 (a)操作台及辊筒 (b)转子串电阻 图l-1山底矿矿井提升机旧设备 Fig.1-1 Old shaft hoist equipment of Shandi mine 结合山底煤矿的实际情况，并广泛调查国内外提升机的发展状况确定课题，对矿井提升机 2 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 电控设备进行技术改造。 1.2 国内外提升机研究状况 目前我国提升机90%以上均采用交流绕线式异步电动机的拖动方式，其电控系统用于 单绳缠绕式提升机的有TKD系列，多绳磨擦式提升机的有JKM、K/J系列。这几种提升机通常在电动机转子回路中串接附加电阻进行起动和调速。串电阻调速是一种恒转矩调速方 法转子功率的损耗随着串入的电阻的增大而增大。尽管转子串电阻调速 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 很不经济，低 速特性也很软，稳定性差，但是由于这种调速方法比较简单易行，起动转矩较大在拖动起 2,,重机等中、小容量的绕线式异步电动机中仍然应用广泛。 20世纪80年代，我国从瑞典、西德等国引进20多套晶闸管—直流电动机控制系统。 直流电动机传动有两种电控系统，一种为直流发电机—直流电动机机组，另一种为晶闸管 —直流电动机系统。我国自己生产的晶闸管—直流电动机控制系统应用于20世纪90年代。这种控制系统的优点是:体积小、重量轻、占地面积小;基础省、安装方便、建筑费用低;无齿轮传动部分(不需要减速器)、总效率高、电能消耗少;单机容量大，适用范围广;调速平稳、调速范围广、调速精度高;易于控制，能实现自动化，安全可靠;节约电能。 矿井提升机对安全性、可靠性和调速性能的特殊要求，使得提升机电控系统的技术水 平在一定程度上代表一个厂或国家的传动控制技术水平。比较国内外矿用提升机系统，具 2,,体来说国外矿井提升机在电控方面的应用特点有以下几个方面: l)提升工艺过程微机控制 提升工艺过程大都采用微机控制，由于微机功能强，使用灵活，运算速度快，监视显 示易于实现，并具有诊断功能，这是采用模拟控制无法实现的。 2)提升行程控制 提升机的控制从本质上说是一个位置控制，要保证提升容器在预定地点准确停车，要 求准确度高，目前可达到士2cm。采用微机控制，可通过采集各种传感信号，如转角脉冲 变换、钢丝绳打滑、井筒、滚筒及钢丝绳磨损等信号进行处理，计算出容器准确的位置而 施以控制和保护。一般过程控制用微机作监视，行程控制也采用单独下位机完成。 3)提升过程监视 提升过程监视与安全回路一样，是现代提升机控制的重要环节。提升过程采用微机主 要完成如下参数的监视:a、提升过程中各工况参数(如速度、电流)监视:b、各主要设备运行状态监视;c、各传感器(如位置开关、停车开关)信号的监视。使各种故障在出现之前就 3 基于PLC技术的矿井提升机电控系统的设计 得以处理，防止事故的发生，并对各被监视参数进行存储、保留或打印输出。甚至与上位 机联网，合并于矿井监测系统中。 4)安全回路 安全回路是指提升机在出现机械、电气故障时控制提升机进入安全保护状态的极为重 要的环节。为确保人员和设备的安全，对不同故障一般采用不同的处理方法。安全回路极 为重要，它是保护的最后环节之一，英、德几家公司都采用两台PC微机构成安全回路，使安全回路具有完善的故障监视功能，无论是提升机还是安全回路本身出项故障时都能准 确地实施安全制动。 而在电力拖动方面，近几年国外出现了不少新拖动方式，交一交变频供电方式就是最 有前途的一种。20世纪80年代西欧一些工业先进国家将交流变频调速技术应用于提升机， 有代表性的是西门子公司和ABB公司。我国在20世纪90年代也引进了交流变频调速提升机控制系统。变频调速方式类似于它励直流电动机取得很宽的调速范围、很好的调速平滑 性和有足够硬度的机械特性，在提升机应用中显示了其独特的优势。 1.3 本文内容及研究意义 1.3.1研究内容 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继电 3,,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: l)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，设备运行不平稳，容易引起电气及机械冲击。 3)继电器、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)电动机依靠转子电阻获得的低速，其运行特性较软。 6)提升容器通过给定的减速点时，由于负载的不同，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，不能正常装卸载。 上述问题使提升机运行的可靠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 用计算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(PLC)是目前作为工业控制最理想的机型，它是采用计算机技术、按照事先编好并储存在计算机内部一段程序完成设备 4 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 的操作控制。采用PLC控制，硬件简洁、软件灵活性强、调试方便、维护小，PLC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 升转传提机矩动升系控控系统制制统控 制 图1-2矿用提升机变频调速控制系统 Fig.l-2 Shaft hoist frequency conversion system 而在PLC电控系统的基础上配合变频调速装置，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面的一系列问题如图 1-2所示，变频装置取代复杂的串联电阻切换装置，对提升机运行速度曲线转矩大小的要 求都由变频器来完成，简化了控制操作流程，提高了控制精度。 1.3.2研究意义 在调研中发现，目前辽宁省各大煤矿的矿井提升机系统的调速方案大多采用继电器、 接触器控制的转子串电阻调速。该方案耗能大，占地面积大，已不能适应现代矿业发展的 需要。因此有必要对其调速方案进行改造。在广泛考察现行的变频调速方案后，本文提升 机系统控制单元采用目前工控适用的可编程控制器来控制，具有编程简单和控制可靠性高 的优点;电力拖动系统中，选用先进的变频传动装置，优化了调速系统的性能，这一控制 方法目前仍为现代交流调速的重要研究方向之一。 适用、经济、高效、可靠是本文提升机系统设计的追求目标。 5 基于PLC技术的矿井提升机电控系统的设计 2 PLC在提升机变频控制系统中的应用 2.1 PLC概述及其系统组成 可编程控制器(ProgrammableController)缩写为PC，为了于个人计算机的PC(Personal Computer)相区别，有时在PC中人为地增加了L(Logical)而写成PLC。 自1969年第一台可编程控制器问世以来，经历近40年的发展，可编程控制器已经成为一种最重要、最普及、应用场合最多的工业控制器，可以说只有可编程控制器才是真正 的工业控制计算机。初期可编程控制器只是用于逻辑控制的场合，用于代替继电器控制盘， 但是现在可编程控制器已经进入包括过程控制、位置控制等场合的所有控制领域。现在可 编程控制器继续保留了原来逻辑控制器的所有优点，同时它吸收了其它控制设备(如过程仪表、计算机、集散系统、分散系统等)的优点，在许多场合只需可编程控制器即可构成 包括逻辑控制、工程控制、数据采集及控制、图形工作站的经济合算、体积小巧、设计调 试方便的综合控制系统。 可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，它采用一类可编程的存储器，用于其 内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算数操作等面向用户的指令，并 通过数字式或输入输出控制各类型的机械或生产过程。可编程控制器及有关外部设备都按 易于与工业控制系统联成一个整体、易于扩充其功能的原则设计。如图2-1所示为可编程控制器的基本机构。 图2-l可编程控制器结构框图 Fig.2-1 Block diagram of PLC structure 可编程控制器作为“蓝领计算机”有着其它工业控制设备很难具备的特性: l)高可靠性 6 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 到目前为止没有任何一种工业控制设备可以达到可编程控制器的可靠性。随着器件水 平的提高，可编程控制器的可靠性还在继续提高。事实上，如果某种控制装置可以连续运 行20年以上不出问题，在当前技术更新瞬息万变的世界上，则可以认为是永远不会坏的 装置了。在可编程控制器使用中发生的故障，大部分是由可编程控制器外部的开关、传感 器、执行器引起的，而不是可编程控制器本身发生的故障。 2)编程方便，易于使用 可编程控制器采用与实际电路接线图非常接近的梯形图。这种图形编程方式易懂易 编。 3)环境要求低 可编程控制器适用于恶劣的工业环境。 4)与其他装置配置联接方便 可编程控制器的接口原则是使外部接线、电平转换尽量少。 对于开关量，输入可以是无源出点开关量或集电极开路晶体管输出;输出有继电器、晶闸管、晶体管等各种不同的形式，可直接接各种不同类型的接触器、电磁阀等。 对于模拟量，只要模拟信号电平在一定的范围内(通常为士10V或士20mA)，就可以按要求自由设置转换特性，而不需另加电平转换。另外还有运用热电偶直接输入的A/D转换器等，此时就连放大器、冷端补偿也不需要。 对于各种显示、音响输出更是以最方便的形式提供接口，大量的问题都在可编程控制 器内部解决了。 对于数据通讯，只需同轴电缆和普通RS232或RS422接口即可，不必由用户来考虑波 特率及通讯规程等具体问题。 2.2 PLC的基本组成 可编程控制器主要有中央处理单元（CPU）, 存储器（RAMROM），输入输出单元(I/O)，电源和编程器等几部分组成，其结构图如下图2-2： l)中央处理单元 CPU内存的元件封装在一个牢固而紧凑的塑料机壳内，面板上有状态和故障指示LED、模式选择开关和通信接口。存储器插槽可以插入多达数兆字节的Flash EPROM微存储卡（简称MMC），用于掉电后程序和数据的保存。 2)存储器 PLC使用以下几种存储器： 7 基于PLC技术的矿井提升机电控系统的设计 ? 随机存取存储器（RAM） 可以读取RAM中的数据，也可以将数据写入RAM。因此RAM又叫读/写存储器。它是易失性的存储器，它的电源中断后，存储的信息将会丢失。 ? 只读存储器（ROM） ROM的内容只能读出，不能写入。它是非易失的，它的电源消失后，仍然能保存存储 的内容，ROM一般用来保存PLC的系统程序。 ? 快闪存储器和EEPROM 快闪存储器（Flash EPROM）的简称为FEPROM，电可擦除可编程的只读存储器的简称为 2EEPROM或EPROM,他们是非易失性的。 图2-2 PLC的基本结构 Fig.2-2 The basic structure of PLC 3)输入输出单元 实际生产过程中的信号是多种多样的，外部执行机构所需的电平也是不同的，而PLC 的中央处理单元所处理的信号只能是 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 电平，正是通过输入输出单元来实现这些信号的 转换，输入输出单元实际上是PLC与被控对象间传递输入输出信号的接口部件，输入输出 口有良好的电隔离和滤波作用。接到PLC输入接口的输入器件是各种开关、按钮、传感器 等，其输出器件往往是电磁阀，接触器，继电器等。而继电器有交流型和直流型，高压型 和低压型之分。 各种PLC的输入电路大都基本相同，通常有三种类型。直流（12-24）v输入，交流（100-120）v输入，交直流（12-24）v输出，外界输入器件可以是无源触点或者是有源 传感器的集电极开路的晶体管。这些外部输入器件是通过PLC输入端子与PLC相连的，PLC 输入电路有光电耦合隔离，并没有RC滤波器，用以消除触点的抖动和外部噪声干扰。当 8 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 输入开关闭合时一次电路中流过电流。输入指示灯亮，光电耦合器被激励，三极管从截止 状态变为导通状态，这是一个数据输入的过程。 PLC的输出有三种：继电器输出，晶体管输出，晶闸管输出。其中继电器输出最常用。 当中央处理单元有输出时，接通或者断开输出电路中继电器的线圈，继电器的接点闭合或 者断开，通过该接点控制外部负载电路的通断。很显然继电器输出是利用了继电器的接点 和线圈将PLC内部电路与外部负载电路进行隔离。 2.3 本系统中PLC的选型及特点 S7系列是由电源、CPU、存储器和输入输出器件组成的单元型可编程控制器。而且， AC电源、DC输入型的内装DC24V电源可作为传感器的辅助电源。基本单元采用易于维修 的装卸端子台。标准型内装8K步有备用电池的RAM存储器。关于存储器的类型，可以选 用RAM、EEPROM和EPROM。S7内含计时功能，可以进行时间控制。PC使用A7PHP/A7HGP、A6GPP/A6PH相对应的编程软件，可以在RUN时改变程序。通过设定参数可以确保编程存储 器内元件的注释区域。为防止顺控程序被写入或盗用，可以对程序存储器设定3级保护。具有丰富的输入输出扩展设备:继电器输出、三段双向可控硅开关元件输出、晶体管输出;丰富的特殊扩展设备:模拟输入输出设备、温度传感器输入、热电偶输入设备、1轴定位设备、双轴(内插)定位设备、脉冲输出设备、高速计数器、并联连接、NELSCLNET/MIN S3连接设备、Rs485通信设备、Rs232通信设备、ID机器连接设备、模拟量模块等。 由于S7系列具有如下优点:最大范围的包容了标准特点、程式执行更快、全面补充了 通信功能、适合世界各国不同的电源以及满足单个需要的大量特殊功能模块，它可以为提 升机的自动化控制提供最大的灵活性和控制能力。 S7系列具有较高的扩展能力以及高水平的性能: l)灵活的配置 除了具有满足特殊要求的大量特殊功能模块外，六个基本FXZN单元中的每一个单元可扩充到2561/O。控制点数从16至256点(主单元:16/32/48/65/80/128)。 2)高速运算 基本指令:0.08s/指令 , 应用指令:1.52至几百s指令 , 3)突出的寄存器容量 S7系列包括8K步内置RAM寄存器，用一个寄存器盒可扩充到16K步RAM或EEPROM 9 基于PLC技术的矿井提升机电控系统的设计 4)丰富的元件资源 3072点辅助继电器、256点计时器、235点计数器和8000点数据寄存器 表2-1 S7系列功能表 Tab.2-1 The function of S7 series 功能 功能模块 24V、400mA直流电源可应与外部设备如传感器或其它原件 内置式24V直流电源 因为采用了优良的可维护性快速断开对端子块，即使接着电快速断开端字块 缆也可以更换单元 实时时钟标准，时间设置和比较指令易于操作时钟功能和小时表功能 可根据应用要求的持续扫描时间来定义操作周期持续扫描功能 可以用输入滤波器平整信号输入滤波器调节功能 元件注释可以记录在程序寄存器中注释记录功能 在线改变程序不会损失工作时间或停止生产运转运行期间改变程序的功能 容易操作的面板上运行、停止开关内置式RUN/STOP开关 使用一个八位数字密码保护程序密码保护功能 表2-1列出了S7系列的部分功能。S7系列PLC内设实时时钟，使用标准型号实时时钟可满足对时间灵敏的应用要求;具有很强的数学指令集，使用32位处理、浮点数、方根和三角几何指令满足数学功能要求很高的情况;使用DIN导轨或便利的安转孔直接安装表盘，易于安装;基于Window的Gx一Devel。Per或FX/PCS一win软件能快速、容易的开发程序;方便直观的操作员界面，从一条完整的线路或操作员界面来选择数据编辑和显示; 为大量实际应用而开发的特殊功能，以满足不同的需求—模拟I/O，高数计数器等。 2.4 可编程控制器的工作原理 2.4.1 可编程控制器的编程器件概述 PLC内部具有很多不同功能的器件，实际上这些器件是有电子电路或者存储器组成的。 例如输入继电器是由输入电路和映象输入接点的存储器组成，定时器T、计数器C、位存 10 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 储器M等都是由存储器组成。 2.4.2 西门子S7-300系列的编程器件组成 1)输入继电器（I） 2)输出继电器（Q） 3)位存储器（M） 其常开触点可以无限次的使用，但不能驱动外部负载电路。 4)定时器（T0-T999） 其相当于一个时间继电器。时间值可以用二进制或BCD码方式读取。 5)计数器（C0-C999） 用来累计其计数脉冲上升沿的次数，有加计数器、减计数器和加减计数器。 6)指针 在存储器间接寻址指令中，给出一个作为地址指针的存储器，该存储器的内容是操作 数所在存储单元的地址。 7)常数 8)数据块寄存器 DB和DR寄存器分别用来保存打开的共享数据块和背景数据块的编号。 9)地址寄存器（AR） 2.4.3 PLC的工作原理 PLC采用循环执行用户程序的方式，这种运行方式也称为扫描工作方式。OB1是用于循环处理的组织块，相当于拥护程序中的主程序，它可以调用别的逻辑块，或被中断程序 （组织块）中断。 PLC得电或由STOP模式切换到RUN模式时，CPU执行启动操作，清除没有保持功能的 位存储器、定时器和计数器，清除中断堆栈和块堆栈的内容。复位保存的硬件中断等。此 外还要执行一次用户编写的“系统启动组织块”OB100，完成用户指定的初始化操作。此后将进入周期性的循环运行。下面是被循环处理的各个阶段的任务（见图2-3） 1)操作系统启动循环时间监控。 2)CPU将输出过程映像区的数据写到输出模块。 3)CPU读入模块的输入状态，并存入输出过程映像区。 4)CPU处理用户程序，执行用户程序中的指令。 11 基于PLC技术的矿井提升机电控系统的设计 5)循环结束时，操作系统执行所有挂起的任务，例如下载和删除块，接收和发送全局 数据等。 6)CPU返回第一阶段，重新启动循环时间监控。 执行OB100 启动循环时间控制 数据写入输出模块 读取输出模块状态 执行拥护程序 执行其它任务 图2-3 PLC的内部扫描过程 Fig.2-3 The internal scanning process of PLC 2.5 可编程控制器的编程语言 PLC是一种工业控制计算机，不仅有硬件，软件也必不可少。目前PLC常用的编程语 言有四种，梯形图编程语言，指令语句表语言，功能图编程语言，高级编程功能语言。 其中梯形图语言形象直观，类似电气控制系统中继电器控制电路图，逻辑关系明显； 指令语句表编程语言虽然不如梯形图编程语言直观，但有键入方便的特点；功能图编程语 言和高级编程语言需要比较多的硬件设备，工程当中特殊场合下不是经常用到。以下重点 介绍梯形图语言编程： 梯形图（LAD）是使用最多的PLC图形编程语言。梯形图与继电器电路图很相似，具 有直观易懂的优点，很容易被工厂熟悉继电器控制的电气人员掌握，特别适合于数字量逻 辑控制。有时把梯形图视为电路图或程序。 梯形图由触点、线圈和用方框表示的指令框组成。触点代表逻辑输入条件，例如外部 的开关、按钮和内部条件等。线圈通常代表逻辑运算的结果，常用来控制外部的负载和内 12 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 部的标志位等。指令框用来表示定时器、计数器或者数学运算等指令。 使用编程软件可以直接生成和编辑梯形图，并将它下载到PLC。 梯形图中的触点和线圈可以使用物理地址，例如I0.2，Q1.3等。可以在符号表中对某些地址定义符号，是程序易于阅读和理解。 用户可以在网络号的右边加上网络的标题，在网络号的下面为网络加上注释。还可以 选择在梯形图下面自动加上该网络中使用的符号的信息（Symbol Imformation）。 2.6 系统设计 2.6.1 主控系统设备要求 实践证明，PLC在提升机电控系统中的运行是稳定可靠的，这一技术值得大力推广。 考虑到矿井提升机工作性质和环境的特殊性，在具体应用时应注意以下问题: 1)抗干扰性 由于矿井提升机系统工作在电磁干扰较严重的环境中，为保证设备工作正常，选型时 应特别注意PLC的电磁兼容性指标。同时最主要部件采用导电、导磁性性能良好的材料进 行屏蔽，以防有外界干扰。 2)采用冗余结构 根据对元件和系统的事故率分析以及对PLC主机工作可靠性的分析，在影响由PLC构成的控制系统正常工作的原因中，PLC本身输入输出接口处的故障等，都是重要因素。为 保证提升机运行安全可靠，应发展容错技术，在安全、监视、制动等系统中，采用有高度 安全可靠性能的冗余结构形式，一旦发生故障，备用装置可以立即投入运行。 3)采用模块式结构 这种结构有助于在故障情况下修复。因为一旦查出某一段模块出现故障，就能迅速更 换，使系统恢复正常。 2.6.2 控制系统的I/O统计 为提高系统可靠性，PLC的输入输出信号均采用一定的信号隔离方式:输入信号，开关量信号通过继电器隔离分配，电平信号通过信号分配板隔离分配;输出信号，通过中间继电器转接来控制执行对象。在设计时需统计I/O的总量，包括开关量和模拟量，以确定选 用PLC的模块数量以及型号。 2.7 S7-300可编程控制器 2.7.1 S7-300概述 13 基于PLC技术的矿井提升机电控系统的设计 S7-300（见图2-4）是模块化的中小型PLC，试用于中等性能的控制要求。品种繁多 的CPU模块、信号模块和功能模块能满足各种领域的自动控制任务，用户可以根据系统的 具体情况选择合适的模块，维修时更换模块也很方便。 S7-300的每个CPU都有一个编程用的RS-485接口，使用西门子的MPI（多点接口）通信 协议 离婚协议模板下载合伙人协议 下载渠道分销协议免费下载敬业协议下载授课协议下载 。有的CPU还带有集成的现场总线PROFIBUS-DP接口或者PtP（点对点）串行通信接口。S7-300不需要附加任何硬件、软件和编程，就可以建立一个MPI网络，通过PROFIBUS-DP接口可以建立一个DP网络。 功能最强的CPU的RAM存储容量为512KB，有8192个存储位，512个定时器和512个计数器，数字量通道最大为65536点，模拟量通道最大为4096个。 S7-300有很高的电磁兼容性和抗振动抗冲击能力。S7-300标准型的环境温度为0～60?。环境条件扩展型的温度范围为-25～+60?，有更强的耐振动和耐污染性能。 通过系统功能和系统功能模块的调用，用户可以使用集成在操作系统内的程序，从而 显著的减少所需要的用户存储器容量，它们可以用于中断处理、出错处理、复制和处理数 据等。 S7-300有350多条指令，其编程软件STEP7功能强大，可以使用多种编程语言，有的 编程语言可以相互转换。STEP7用软件工具来为所有的模块和网络设置参数。 CPU用智能化的诊断系统连续监控系统的功能是否正常、记录错误和特殊系统事件（例 如超时、模块更换等）。S7-300有看门狗中断、过程报警、日期时间中断和定时中断功能。 S7-300已将HMI（人机接口）服务集成到系统内，大大减少了人机对话的编程要求。 S7-300按指定的刷新速度自动地将数据传送给SIMATIC人机界面。 S7-300采用紧凑的、无槽位限制的模块结构，电源模块（PS）、CPU、信号模块（SM）、功能模块（FM）、接口模块（IM）和通信处理器（CP）都安装在导轨上。导轨是一种专用 的金属机架，只需将模块钩在DIN标准的安装导轨上，然后用螺栓锁紧即可。有多种不同 长度规格的导轨供用户选择。 电源模块总是安装在机架的最左边，CPU模块紧靠电源模块。如果有接口模块，它放 在CPU模块的右侧。 S7-300用背板总线将除电源模块之外的各个模块连接起来。背板总线集成在模块上， 模块通过U形总线连接器相连，每个模块都有一个总线连接器，后者插在各模块的背后。 安装时先将总线连接器插在CPU模块上，并固定在导轨上，然后依次装入各个模块。 外部接线接在信号模块和功能模块的前连接器的端子上，前连接器用插接的方式安装 14 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 在模块前门后面的凹槽中。 图2-4SIMATIC S7-300 可编程序控制器 Fig.2-4 SIMATIC S7-300 Programmable logical controller 图2-4中,1为负载电源，2为后备电池，3为24V DC连接，4为模式开关，5为状态和故障指示灯，6为存储器卡（CPU313 以上），7为MIP 多点接口，8为前连接器，9为前门。 S7-300的电源模块通过电源连接器或导线与CPU模块相连，为CPU模块提供DC 24V电源。PS 307电源模块还有一些端子可以为信号模块提供24V电源。 信号模块和通信处理器模块可以不受限制的插到任何一个槽上，系统可以自动分配模 块的地址。每个机架最多只能安装8个信号模块、功能模块或通信处理器模块。如果系统 任务需要的这些模块超过8块，则可以增加扩展机架。 除了带CPU的中央机架（CR），最多可以增加3个扩展机架（ER），每个机架可以插8个模块（不包括电源模块、CPU模块和接口模块IM），4个机架最多可以安装32个模块。 2.7.2 S7-300的I/O编址 S7-300开关量地址由地址标识符、地址的字节部分和位部分组成，一个字节由0?7这8位组成。地址标识符I表示输入，Q表示输出，M表示存储器位。例如I3.2是一个数字量输入的地址，小数点前面的3是地址的字节部分，小数点后的2表示这个输入点是3号字节中的第2位。 开关量除了按位寻址外，还可以按字节、字和双字寻址。例如输入量I2.0?I2.7组成输入字节IB2，B是Byte的缩写；字节IB2和IB3组成一个输入字IW2，W是Word的缩写， 15 基于PLC技术的矿井提升机电控系统的设计 其中的IB2为最高位字节；IB2?IB5组成一个输入双字ID2，D是Double Word的缩写，其中的IB2为最高位的字节。以组成字和双字的第一个字节的地址作为字和双字的地址。 S7-300的信号模块的字节地址与模块所在的机架号和槽号有关，位地址与信号线接 在模块上的哪一个端子有关。 模拟量模块以通道为单位，一个通道占一个字地址，或两个字节地址。例如模拟量输 入通道IW640由字节IB640和IB641组成。S7-300为模拟量模块保留了专用的地址区域， 字节地址范围为IB256?767。可以用装载指令和传送指令访问模拟量模块。 一个模拟量模块最多有8个通道，从256开始，给每一个模拟量分配16B（8个字）的地址。 2.8 PLC输入输出分析及I/O分配的设计 2.8.1 输入分析 由于该系统由五组电机组成，安装有五个位置传感器，故需要六个输入置位信号： I124.0, I124.1, I124.2, I124.3, I124.4, I124.5。在电动机的次级既提升罐笼上安装 拉力传感器，当拉力传感器输入信号为零时，可以测出同步电机失步，从而可编程控制器 可执行失步保护程序，分配输入点号为I125.2,当启动电机上升时，应设置上升按钮，故 需要设置上升输入信号I124.6，下降输入信号为I124.7,停车信号为I125.0，当需要电机突然停车时要有制动信号，设置动力制动信号I125.1。若系统的供电设备突然故障而不能 给提升系统供电时，要有失电保护措施，设置失电保护信号为I125.2。若需要提升系统自动运行时，要有全自动运行按钮，设置全自动运行输入I125.3,全自动停I125.4，常闭触点KM1为I125.5，常闭触点KM2为I125.6，常闭触点KM3为I125.7。总需要输入的点数为16点。 2.8.2 输出分析 要想使提升系统提升时，既电动机的次级在电机组中上升运行，而又不使电动机空载 运行，分组切换电机既需要设置对应的可编程控制器输出继电器。与第一组电机切换接触 器对应的可编程控制器输出继电器设置为Q124.1,与第二组电机切换接触器对应的可编程 控制器输出继电器设置为Q124.2,与第三组电机切换接触器对应的可编程控制器输出继电 器设置为Q124.3,与第四组电机切换接触器对应的可编程控制器输出继电器设置为Q124.4,同样与第五组电机切换接触器对应的可编程控制器输出继电器设置为Q124.5。对应于失电与动力制动接触器的可编程控制器的输出继电器为Q124.6,对应于动力制动接触器的可编 16 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 程控制器输出继电器为Q124.7，对应于失电保护接触器的可编程控制器输出继电器为 Q124.0，对应于抱闸接触器的可编程控制器的输出继电器设置为Q125.0，对应于变频器下降控制信号的可编程控制器的输出继电器为设置为Q125.1，对应于变频器上升控制信号的可编程控制器的输出继电器为设置为Q125.2，对应于变频器停车控制信号的可编程控制器 的输出继电器设置为Q125.3。变频器的速度给定信号由可编程控制器的特殊功能模块数模 转换模块提供。 表2-2 输入地址分配 Tab.2-2 Input allocation 输入继电器地址 外围设备的名称 I124.0 位置传感器1# I124.1 位置传感器2# I124.2. 位置传感器3# I124.3 位置传感器4# I124.4 位置传感器5# I124.5 位置传感器6# I124.6 上升按钮 I124.7 下降按钮 I125.0 停车按钮 I125.1 动力制动继电器 I125.2 失电保护传感器 I125.3 全自动按钮 I125.4 全自动停车按钮 I125.5 继电器常闭触点KM1 I125.6 继电器常闭触点KM2 I125.7 继电器常闭触点KM3 17 基于PLC技术的矿井提升机电控系统的设计 表2-3 输出地址分配 Tab.2-3 Output allocation 输出继电器地址 外围设备名称 Q124.1 1#电机切换器 Q124.2 2#电机切换器 Q124.3 3#电机切换器 Q124.4 4#电机切换器 Q124.5 5#电机切换器 Q124.6 失电与动力制动接触器 Q124.7 动力制动接触器 Q124.0 失电保护接触器 Q125.0 抱闸接触器 Q125.1 变频器下降控制端 Q125.2 变频器上升控制端 Q125.3 变频器停车控制端 综上分析可知，所需要的可编程控制器共需16点输入，12点输出，该CPU共有24点 数字量、5个模拟量输入和16点数字量、2个模拟量输出,除满足该系统的要求还有一定 的余量。其性能满足实验的需要,并且性价比合理.故选用S7-300的CPU型号为313C. 具体的输入地址分配如表2-2，输出分配如表2-3。 18 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 3 直线同步电机及其提升系统原理简介 3.1 直线电机的基本结构及其工作原理 直线电机是近十余年来发展起来的一门新技术。由于这种电机能够直接产生机械运 动，而不需要中间传动转换装置，具有广阔的应用前景。直线电机在许多应用方面上所取 得的成功，充分显示了它的优越性，如机构简单，启动性能好，过载能力强，故障上，安 全可靠等。 3.1.1 直线电机的基本结构 可以认为直线电机是旋转电机在结构上的一种演变，它可看成是将一台旋转电机沿径 向剖开，然后将电机的圆周展成直线。这样就得到了有旋转电机演变而来的最原始的直线 电机。由定子演变而来的一侧成为初级，有转子演变而来的一侧成为次级。 直线感应电机的初级铁芯由带槽的电工钢片叠成，槽内为三相绕组；次级为钢板，上 覆以一薄的铝板，上层的铝板作为导体使用，下层的钢板作为磁路的一部分，以减少次级 的漏磁。初次级间的气隙为电磁功率交换区域。出于对安全的考虑，一般情况下直线电机 的气隙不能做得很小。 为了保证在所需的行程范围内，初级与次级之间的耦合情况能保持不变，在实际应用 时，将初级和次级制造成不同的长度。制造直线电机时既可以是初级短、次级长，也可以 是初级长、次级短。前者成为短初级长次级，后者成为长初级短次级。但由于短初级在制 造成本上、运行费用上均比短次级低得多，因此，目前初特殊场合外，一般均采用短初级、 长次级。 3.1.2 直线电机的基本工作原理 向直线电机的三相绕组中通入三相对称正弦电流后，和旋转电机一样，它也会产生 气隙磁场。不考虑由于铁心两端开断而引起的众相边端效应时，这个气隙磁场的分布情况 与旋转电机的类似，即可看成沿展开的直线方向呈正弦分布。当三相电流随时间变化时， 气隙磁场按A、B、C相序沿直线移动。与旋转电机不同的是该磁场是平移的，称为行波磁 场。行波磁场的移动速度与旋转磁场在定子内圆表面的线速度是一样的，即（m/s）,Vs 成为同步速度，且2f,=。 Vs 假定次级为珊行次级，次级导条在行波磁场的切割下，将产生感应电动势并产生感 应电流，而所有导条的电流和气隙磁场相互作用便产生电磁推力。在该电磁推力的作用下， 如果初级固定不动，那么次级就沿着行波磁场运动的方向作直线运动。若次级移动的速度 19 基于PLC技术的矿井提升机电控系统的设计 s用表示，转差率用表示，则有 V vv,ss, （3-1） vs （3-2） v,v,sv ss （3-3） v,(1,s)v s3.1.3 直线永磁同步电机 永磁直线同步电机（PMLSM）兼有永磁电机和直线电机的双重优点，近年来受到研究 人员的重视，由于其提升高度和速度等不受限制，将其应用到诸如电梯、矿井等提升系统 是对传统提升系统的变革，具有广阔的前景，其理论价值和带来的经济效益和社会效益是 不可估量的。目前，永磁直线同步电机驱动的提升系统其控制理论和控制方法还不成熟， 还处于实验研究阶段。 3.2 直线电动机提升系统 3.2.1 直线电机提升系统的工作原理 图 3-1 提升系统示意图 a：直立图 b：水平图 Fig.3-1 Promotion system of sketch map a: Erectness chart b: Horizontal plane 20 [4]矿井提升机系统实验模拟图如图3-1a所示，一共有五组定子，相当于电机的电枢绕辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 组，罐笼相当于转子。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L，那么初级的长度为2L，罐笼两侧的直线电机的次级长度为3L。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1#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（罐笼）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： [5]vf,2,，通过变频器改变输入电枢的电源频率，以实现提升速度的控制。 3.2.2 控制系统的硬件组成及工作原理 A/D D/A计算机S7-300 变频器 直线电机 罐笼 速度位置 传感器 图3-2控制系统原理方框图 Fig.3-2 Principle block-diagram of the control system 控制系统的原理方框图如图3-2所示，有PLC、计算机、速度位置传感器、变频器A/D、D/A模块组成，计算机实现罐笼的向上、向下运动和运行速度给定值的计算，以及运行位 置和速度的检测，计算后向变频器发送控制信号，并监视PLC的运行情况。 PLC采用西门子S7-300型，24点数字量输入、16点数字量输出，5个模拟量输入、两个模拟量输出，主要实现电机电枢绕组的成组切换、直流制动，反接制动，失电保护， 电机的速度检测及失步保护等功能。 变频器采用西门子MM440型变频器，主要完成直线电机运行速度的控制、回馈电网电 能和过载保护等功能。 21 基于PLC技术的矿井提升机电控系统的设计 3.2.3 直线同步电动机垂直运输系统的特点 永磁直线同步电动机具有高效率、低能耗的特点。永磁直线同步电动机应用于矿井提 升机是对传统提升系统的一次重大变革，与传统的提升系统相比有以下一个特点： 1）启动性能好； 2）电机自身有良好的防护性能，可以在比较恶劣的条件下工作； 3）无污染、噪声低、结构简单、维护方便、成本低； 4）可多台并用，互不干扰，也不存在负载分配 不均等问题； 5）使用灵活性较大； 6）节能。 22 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 4 检测和保护程序的设计 4.1 检测程序的设计 永磁直线同步电机提升系统的PLC检测和保护程序包括同步电机的速度位置检测程 序及失步保护程序。 4.1.1 位置检测程序的设计思路 电机的提升重物的过程分为三个阶段：启动、匀速运行和停车制动，在整个过程中， 变频器的供电频率如图4-1所示，第一阶段为电机的启动阶段，频率由0Hz上升到5Hz，上升时间为1秒，即直线电机的启动时间为1秒；第二阶段为匀速运行阶段，稳定运行时 vf,2,频率为5Hz，此时电机运行速度是稳定的，由同步电机的基本原理知运行速度；s第三阶段为停车制动阶段，停车制动时变频器的频率有5Hz下降到0Hz，制动时间也是1秒。 5 f ? ? ? 1 t 图4-1变频器的供电频率 Fig.4-1 The Frequency that supply power of Frequency changer [4]下面简单介绍一下直线同步电机在上升状态时三个阶段的位置： 假设罐笼在地面时的位移为0，向上为位移的正方向，第一阶段频率与时间的函数关 系式为,第三阶段频率与时间的函数关系式为，第二阶段为稳态运f,f(t)f,f(t)13行,f(t)=5。 第一阶段为直线电机启动阶段，变频器的供电频率由0Hz上升到5Hz，上升的时间为1秒。也就是说直线电机启动时间为1秒，其中电机的位移可由公式（4-1）计算得出： 1 (4-1) S,f(t)dt,110 23 基于PLC技术的矿井提升机电控系统的设计 第二阶段为直线电机的匀速运行阶段，稳定运行时变频器的供电频率为5Hz，运行速 t度，假设运行时间为，故位移为： vS,2f,1 (4-2) S,2f,，,t1，，12 第三阶段为停车制动阶段，变频器的供电频率由5Hz下降到0Hz，制动时间也是1秒，故位移为： t，11 (4-3) S,f(t)dt2,3t1 S,S，S，S任意时刻的位移为。 123 4.1.2 运行和检测原理 永磁直线同步电动机的次级运行速度与供电频率成正比，即： v,2f, (4-4) s ,本系统中的极距为=10m，变频器的设定曲线参数值为：加速时间为1s，基准频率为5Hz。永磁直线同步电机的参数为：极距为10m，铁芯长为60m。铁芯的长度和两组电机间的间隔是固定的，可以求出两个位置传感器间的距离L为铁芯长度即初级长度60m与电机组间隙60*0.5m之和，等于90m。如果知道动子的上升时间t可以测出次级的运行距离S,有公式: Z,SL (4-5) 式中Z为整数0,1,2,3... 如果S/L为整数,那么表明电动机次级达到电机组切换时刻,从而可以很精确的确定动子的位置。这样就可以知道永磁直线电动机的动子运行的速度和具体位置。 4.1.3 速度位置检测梯形图程序设计 根据直线电机的工作原理，结合位置检测程序的设计思路和运行检测原理，编写的速 [5]度位置检测梯形图程序如下： 24 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） NETWORK: 1 I125.2 M4.7 ( ) NETWORK: 2 MOVE M4.7I124.6 EN ENO MW2 OUT PIW48 IN MOVE EN ENO MW4 IN PIW240 OUT MOVE EN ENO MW6 PIW1 IN OUT T5 S__PULSE Q S MW24 BITV S5T#20 R BCDM5.0 ( ) NETWORK: 3 M5.0M5.1CMPI ( ) MW6 IN1 MW24 IN2 NETWORK: 4 M5.1 CAS0 ( )JMP 25 基于PLC技术的矿井提升机电控系统的设计 NETWORK: 5 M5.2MUL_I EN ENO IN1MW2 OUT MW8 IN2 MW24 MUL_I EN ENO IN1 MW24 MW10 IN2 MW24 OUT MUL_I EN ENO IN1L#120 MW10 MW12 IN2 OUTNETWORK: 6 M5.3MUL_I EN ENO IN1MW2 OUT IN2 L#5 MW14 SUB_I EN ENO IN1 MW24 IN2 OUT MW16 L#1 NETWORK: 7 M5.4 M5.4 ( ) MUL_I EN ENO MW18 MW14 IN1 IN2 MW16 OUTNETWORK: 8 M5.5 M5.5 ( ) MW12ADD_I MW18 OUT MW20 EN ENO IN1 IN2 M5.6 ( ) 26 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） NETWORK: 9 DIV_I M 5.6 EN ENO IN1 MW20 IN2 MW22 L#482 OUT M5.7 ( ) NETWORK: 10 I 124.6 M 5.7 M 6.0CMPI ( ) MW22 IN1 IN2 L#1 NETWORK: 11 M 6.0 CAS0 ( )JMP NETWORK: 12 M 6.1 Q124.1 ( ) NETWORK: 13 M 6.2 M 6.3CMP=I ( ) MW22 IN1 IN2 L#2 M 6.4 MW22CMP=I L#2 ( ) IN1 IN2 M 6.5 MW22CMP>I L#2 ( ) IN1 IN2 27 基于PLC技术的矿井提升机电控系统的设计 NETWORK: 14 M 6.3CAS0 ( )JMP NETWORK: 15 M 6.4Q 124.2 ( ) NETWORK: 16 M 6.5 M 6.6CMPI M 7.0 ( ) IN1 MW22 IN2 L#3 NETWORK: 17 M 6.6 CAS0JMP NETWORK: 18 ( ) M 6.7 Q 124.3 NETWORK: 19 ( ) M 7.0 M 7.1CMPI L#4 IN2 ( ) IN1 28 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） NETWORK: 20 M 7.1CAS0 ( ) JMP NETWORK: 21 M 7.2 Q 124.4 ( ) NETWORK: 22 M 7.3 M 7.4CMP、>、<、>=、<= 整型数学 +I +I 将ACCU 1 和ACCU 2 作为整型(16 位)相加 运算指令 整型数学 –I –I 运算指令 以整数(16 位)形式从ACCU 2 中减去ACCU 1 整型数学 *I *I 将ACCU 1 和ACCU 2 作为整型(16 位)相乘 运算指令 整型数学 /I /I 以整数(16 位)形式用ACCU 1 除ACCU 2 运算指令 45 基于PLC技术的矿井提升机电控系统的设计 ? I ? I 比较 比较整型数(16 位) == 、<>、>、<、>=、<= +R +R 浮点型指 将ACCU 1 和ACCU 2 作为浮点数(32 位IEEE-FP) 相加 令 –R –R 浮点型指 令 以浮点数(32 位IEEE-FP) 的形式从ACCU 2 中减去ACCU 1 *R *R 浮点型指 将ACCU 1 和ACCU 2 作为浮点数(32 位IEEE-FP) 相乘 令 /R /R 浮点型指 令 以浮点数(32 位IEEE-FP) 的形式用ACCU 1 除ACCU 2 ? R ? R 比较 比较浮点数(32 位) == 、<>、>、<、>=、<= 浮点型指 ABS ABS 令 浮点数(32 位IEEE-FP) 的绝对值 浮点型指 ACOS ACOS 令 生成浮点数(32 位)的反余弦 浮点型指 ASIN ASIN 生成浮点数(32 位)的反正弦 令 浮点型指 ATAN ATAN 生成浮点数(32 位)的反正切 令 AUF OPN DB 调用 打开数据块 BE BE 程序控制 块结束 BEA BEU 程序控制 无条件的块结束 BEB BEC 程序控制 块有条件结束 BLD BLD 程序控制 程序显示指令(空) BTD BTD 转换 将BCD 码转换为整型数(32 位) BTI BTI 转换 将BCD 码转换为整型数(16 位) CALL CALL 程序控制 块调用 CALL CALL 程序控制 调用多重背景 CALL CALL 程序控制 调用来自库的块 CC CC 程序控制 有条件调用 46 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 位逻辑指 CLR CLR 清除RLO (=0) 令 浮点型指 COS COS 以浮点数(32 位)形式生成角的余弦 令 DEC DEC 累加器 减量ACCU 1-L-L DTB DTB 转换 将长整型(32 位)转换为BCD 码 DTR DTR 转换 将长整型(32 位)转换为浮点型(32 位) ENT ENT 累加器 进入ACCU 堆栈 浮点型指 EXP EXP 生成浮点数(32 位)的指数值 令 位逻辑指 FN FN 令 下降沿 位逻辑指 FP FP 令 上升沿 FR FR 计数器 启用计数器(自由)(自由，FR C 0 至C 255) FR FR 定时器 启用定时器(自由) INC INC 累加器 增量ACCU 1-L-L INVD INVD 转换 对长整型数求反码(32 位) INVI INVI 转换 对整数(16 位)求反码 ITB ITB 转换 将整型(16 位)转换为BCD 码 ITD ITD 转换 整型(16 位)转换为长整型(32 位) L L 装载/传送 装载 L L DBLG 装载/传送 在ACCU 1 中装载背景数据块的长度 DBLG L L DBNO DBNO 装载/传送 在ACCU 1 中装载共享数据块的编号 L DILG L DILG 装载/传送 在ACCU 1 中装载背景数据块的长度 NOP 1 NOP 1 累加器 空指令 NOT NOT 位逻辑指取反RLO 47 基于PLC技术的矿井提升机电控系统的设计 令 位逻辑指 O O 令 或 位逻辑指 O( O( 令 或运算嵌套开始 字逻辑指 OD OD 双字或运算(32 位) 令 位逻辑指 ON ON 令 或非运算 位逻辑指 ON( ON( 令 或非运算嵌套开始 字逻辑指 OW OW 令 单字或运算(16 位) POP POP POP 累加器 POP POP 累加器 具有两个ACCU 的CPU POP POP 累加器 具有四个ACCU 的CPU PUSH PUSH 累加器 具有两个ACCU 的CPU PUSH PUSH 累加器 具有四个ACCU 的CPU 位逻辑指 R R 令 复位 R R 计数器 将计数器复位(当前计数器可以是0 至255 之间的数字，例如 R C 15) R R 定时器 复位定时器(当前计数器可以是0 至255 之间的数字，例如R T 32) RLD RLD 移位/循环 双字循环左移(32 位) RLDA RLDA 移位/循环 通过CC 1 (32 位)左循环ACCU 1 RND RND 转换 取整 RND+ RND+ 转换 向上取整为长整型 RND– RND– 转换 向下取整为长整型 48 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） RRD RRD 移位/循环 双字循环右移(32 位) RRDA RRDA 移位/循环 通过CC 1 (32 位)右循环ACCU 1 位逻辑指 S S 令 置位 S S 计数器 置位计数器预设值(当前计数器可以是0 至255 之间的数字， 例如S C 15) SA SF 定时器 断开延时定时器 位逻辑指 SAVE SAVE 将ROL 保存在BR 寄存器中 令 SE SD 定时器 接通延时定时器 位逻辑指 SET SET 令 置位 SI SP 定时器 脉冲定时器 浮点型指 SIN SIN 以浮点数(32 位)形式生成角的正弦 令 SLD SLD 移位/循环 双字左移(32 位) SLW SLW 移位/循环 字左移(16 位) SPA JU 跳转 无条件跳转 SPB JC 跳转 如果RLO = 1 ，则跳转 SPBB JCB 跳转 如果具有BR 位的RLO = 1 ，则跳转 SPBI JBI 跳转 如果BR = 1 ， 则跳转 SPBIN JNBI 跳转 如果BR = 0 ， 则跳转 SPBN JCN 跳转 如果RLO = 0 ，则跳转 SPBNB JNB 跳转 当带BR 位的RLO = 0 时跳转 SPL JL 跳转 跳转到标签 SPM JM 跳转 如果为负，则跳转 SPMZ JMZ 跳转 如果为负或零，则跳转 SPN JN 跳转 如果非零，则跳转 SPO JO 跳转 如果OV = 1 ， 则跳转 49 基于PLC技术的矿井提升机电控系统的设计 SPP JP 跳转 如果为正，则跳转 SPPZ JPZ 跳转 如果为正或零，则跳转 SPS JOS 跳转 如果OS = 1 ， 则跳转 SPU JUO 跳转 当无序时跳转 SPZ JZ 跳转 如果为零，则跳转 浮点型指 SQR SQR 计算浮点数(32 位)的平方 令 浮点型指 SQRT SQRT 计算浮点数(32 位)的平方根 令 SRD SRD 移位/循环 双字右移(32 位) SRW SRW 移位/循环 单字右移(16 位) SS SS 定时器 带保持的接通延时定时器 SSD SSD 移位/循环 移位有符号的长整数(32 位) SSI SSI 移位/循环 移位有符号的整数(16 位) SV SE 定时器 扩展的脉冲定时器 T T 装载/传送 传送 T STW T STW 装载/传送 将ACCU 1 传送到状态字 TAD CAD 转换 改变ACCU 1 (32 位)中的字节顺序 TAK TAK 累加器 切换ACCU 1 与ACCU 2 浮点型指 TAN TAN 令 以浮点数(32 位)形式生成角的正切 TAR CAR 装载/传送 交换地址寄存器1 和地址寄存器2 TAR1 TAR1 装载/传送 将地址寄存器1 传送到ACCU 1 TAR1 TAR1 装载/传送 将地址寄存器1 传送到目标地址(32 位指针) TAR1 TAR1 装载/传送 将地址寄存器1 传送到地址寄存器2 TAR2 TAR2 装载/传送 将地址ACCU 2 传送到地址寄存器1 TAR2 TAR2 装载/传送 将地址寄存器2 传送到目标地址(32 位指针) TAW CAW 转换 改变ACCU 1-L (16 位)中的字节顺序 TDB CDB 转换 交换共享数据块和背景数据块 50 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） TRUNC TRUNC 转换 截尾 位逻辑指 U A 令 与运算 位逻辑指 U( A( 令 与运算嵌套开始 UC UC 程序控制 无条件的调用 字逻辑指 UD AD 双字与运算(32 位) 令 位逻辑指 UN AN 令 与非运算 位逻辑指 UN( AN( 令 与非运算嵌套开始 UW AW 字逻辑指单字与运算(16 位) 令 位逻辑指 X X 令 异或运算 位逻辑指 X( X( 令 异或运算嵌套开始 位逻辑指 XN XN 令 同或运算 位逻辑指 XN( XN( 令 同或运算嵌套开始 字逻辑指 XOD XOD 双字异或运算(32 位) 令 字逻辑指 XOW XOW 单字异或运算(16 位) 令 ZR CD 计数器 向下计数 ZV CU 计数器 向上计数 51 基于PLC技术的矿井提升机电控系统的设计 A.2 按英语助记符(国际)排序的STL 指令 英语助记德语助记程序单元 符 符 目录 描述 整型数学 + + 运算指令 加整型常数(16、32 位) 位逻辑指 = = 令 赋值 位逻辑指 ) ) 令 嵌套结束 +AR1 +AR1 累加器 AR1 将ACCU 1 加到地址寄存器1 +AR2 +AR2 累加器 AR2 将ACCU 1 加到地址寄存器2 整型数学 +D +D 将ACCU 1 和ACCU 2 作为长整型(32 位)数相加 运算指令 整型数学 -D -D 以长整型(32 位)数的形式从ACCU 2 中减去ACCU 1 运算指令 整型数学 *D *D 将ACCU 1 和ACCU 2 作为长整型(32 位)数相乘 运算指令 整型数学 /D /D 以长整型(32 位)数的形式用ACCU 1 除ACCU 2 运算指令 ? D ? D 比较 比较长整型数(32 位) == 、<>、>、<、>=、<= 整型数学 +I +I 将ACCU 1 和ACCU 2 作为整型(16 位)相加 运算指令 整型数学 –I –I 以整型(16 位)的形式从ACCU 2 中减去ACCU 1 运算指令 整型数学 *I *I 将ACCU 1 和ACCU 2 作为整型(16 位)相乘 运算指令 整型数学 /I /I 以整数(16 位)的形式用ACCU 1 除ACCU 2 运算指令 ? I ? I 比较 比较整型数(16 位) ==、<>、>、<、>=、<= 52 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） +R +R 浮点型指 将ACCU 1 和ACCU 2 作为浮点数(32 位IEEE-FP) 相加 令 –R –R 浮点型指以浮点数(32 位IEEE-FP) 的形式从ACCU 2 中减去ACCU 1 令 *R *R 浮点型指 令 将ACCU 1 和ACCU 2 作为浮点数(32 位IEEE-FP) 相乘 /R /R 浮点型指 令 以浮点数(32 位IEEE-FP) 的形式用ACCU 1 除ACCU 2 ? R ? R 比较 比较浮点数(32 位) ==、<>、>、<、>=、<= 位逻辑指 A U 令 与运算 位逻辑指 A( U( 令 与运算嵌套开始 浮点型指 ABS ABS 浮点数(32 位IEEE-FP) 的绝对值 令 浮点型指 ACOS ACOS 生成浮点数(32 位)的反余弦 令 字逻辑指 AD UD 双字与运算(32 位) 令 位逻辑指 AN UN 令 与非运算 位逻辑指 AN( UN( 令 与非运算嵌套开始 浮点型指 ASIN ASIN 生成浮点数(32 位)的反正弦 令 浮点型指 ATAN ATAN 生成浮点数(32 位)的反正切 令 字逻辑指 AW UW 单字与运算(16 位) 令 BE BE 程序控制 块结束 53 基于PLC技术的矿井提升机电控系统的设计 BEC BEB 程序控制 块有条件结束 BEU BEA 程序控制 无条件的块结束 BLD BLD 程序控制 程序显示指令(空) BTD BTD 转换 将BCD 码转换为整型数(32 位) BTI BTI 转换 将BCD 码转换为整型数(16 位) CAD TAD 转换 改变ACCU 1 (32 位)中的字节顺序 CALL CALL 程序控制 块调用 CALL CALL 程序控制 调用多重背景 CALL CALL 程序控制 调用来自库的块 CAR TAR 装载/传送 交换地址寄存器1 和地址寄存器2 CAW TAW 转换 改变ACCU 1-L (16 位)中的字节顺序 CC CC 程序控制 有条件调用 CD ZR 计数器 向下计数 CDB TDB 转换 交换共享数据块和背景数据块 位逻辑指 CLR CLR 清除RLO (=0) 令 浮点型指 COS COS 以浮点数(32 位)形式生成角的余弦 令 CU ZV 计数器 向上计数 DEC DEC 累加器 减量ACCU 1-L-L DTB DTB 转换 将长整型(32 位)转换为BCD 码 DTR DTR 转换 将长整型(32 位)转换为浮点型(32 位IEEE-FP) ENT ENT 累加器 进入ACCU 堆栈 浮点型指 EXP EXP 生成浮点数(32 位)的指数值 令 位逻辑指 FN FN 令 下降沿 位逻辑指 FP FP 令 上升沿 54 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） FR FR 计数器 启用计数器(自由) (自由，FR C 0 至C 255) FR FR 定时器 启用定时器(自由) INC INC 累加器 增量ACCU 1-L-L INVD INVD 转换 对长整型数求反码(32 位) INVI INVI 转换 对整数(16 位)求反码 ITB ITB 转换 将整型(16 位)转换为BCD 码 ITD ITD 转换 将整型(16 位)转换为长整型(32 位) JBI SPBI 跳转 如果BR = 1， 则跳转 JC SPB 跳转 如果RLO = 1 ，则跳转 JCB SPBB 跳转 如果具有BR 位的RLO = 1，则跳转 JCN SPBN 跳转 如果RLO = 0 ，则跳转 JL SPL 跳转 跳转到标签 JM SPM 跳转 如果为负，则跳转 JMZ SPMZ 跳转 如果为负或零，则跳转 JN SPN 跳转 如果非零，则跳转 JNB SPBNB 跳转 当带BR 位的RLO = 0 时跳转 JNBI SPBIN 跳转 如果BR = 0， 则跳转 JO SPO 跳转 如果OV = 1 ， 则跳转 JOS SPS 跳转 如果OS = 1 ， 则跳转 JP SPP 跳转 如果为正，则跳转 JPZ SPPZ 跳转 如果为正或零，则跳转 JU SPA 跳转 无条件跳转 JUO SPU 跳转 当无序时跳转 JZ SPZ 跳转 如果为零，则跳转 L L 装载/传送 装载 L DBLG L DBLG 装载/传送 在ACCU 1 中装载背景数据块的长度 L DBNO L DBNO 装载/传送 在ACCU 1 中装载共享数据块的编号 L DILG L DILG 装载/传送 在ACCU 1 中装载背景数据块的长度 L DINO L DINO 装载/传送 在ACCU 1 中装载背景数据块的编号 55 基于PLC技术的矿井提升机电控系统的设计 L STW L STW 装载/传送 将状态字装载到ACCU 1 中 L L 定时器 将当前定时器的值作为整数装入ACCU 1 ( 当前定时器值 可以是0 至255 之间的数字，例如L T 32) L L 计数器 将当前计数器值装入ACCU 1 ( 当前计数器值可以是0 至 255 之间的数字，例如L C 15) LAR1 LAR1 装载/传送 从ACCU 1 中装载地址寄存器1 LAR1 LAR1 装载/传送 用长整型(32 位指针)装载地址寄存器1 LAR1 LAR1 装载/传送 从地址寄存器2 装载地址寄存器1 AR2 AR2 LAR2 LAR2 装载/传送 从ACCU 1 中装载地址寄存器2 LAR2 LAR2 装载/传送 用长整型(32 位指针)装载地址寄存器2 LC LC 计数器 将当前计数器的值以BCD 码装入ACCU 1 ( 当前定时器值 可以是0 至255 之间的数字，例如LC C 15) LC LC 定时器 将当前定时器值以BCD 码装入ACCU 1 (当前计数器值可 以是0 至255 之间的数字，例如LC T 32) LEAVE LEAVE 累加器 离开ACCU 堆栈 浮点型指 LN LN 生成浮点数(32 位)的自然对数 令 LOOP LOOP 跳转 回路 MCR( MCR( 程序控制 将RLO 保存在MCR 堆栈中，开始MCR )MCR )MCR 程序控制 结束MCR MCRA MCRA 程序控制 激活MCR 区域 MCRD MCRD 程序控制 取消激活MCR 区域 整型数学 MOD MOD 除法余数为长整型(32 位) 运算指令 NEGD NEGD 转换 对长整型求补码(32 位) NEGI NEGI 转换 对整数求补码(16 位) NEGR NEGR 转换 对浮点数(32 位，IEEE-FP) 取反 56 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） NOP 0 NOP 0 累加器 空指令 NOP 1 NOP 1 累加器 空指令 位逻辑指 NOT NOT 取反RLO 令 位逻辑指 O O 令 或 位逻辑指 O( O( 令 或运算嵌套开始 字逻辑指 OD OD 双字或运算(32 位) 令 位逻辑指 ON ON 令 或非运算 位逻辑指 ON( ON( 令 或非运算嵌套开始 OPN AUF DB 调用 打开数据块 字逻辑指 OW OW 单字或运算(16 位) 令 POP POP POP 累加器 POP POP 累加器 具有两个ACCU 的CPU POP POP 累加器 具有四个ACCU 的CPU PUSH PUSH 累加器 具有两个ACCU 的CPU PUSH PUSH 累加器 具有四个ACCU 的CPU 位逻辑指 R R 令 复位 R R 计数器 将计数器复位(当前计数器可以是0 至255 之间的数字，例 如R C 15) R R 定时器 复位定时器(当前计数器可以是0 至255 之间的数字，例如 R T 32) RLD RLD 移位/循环 双字循环左移(32 位) 57 基于PLC技术的矿井提升机电控系统的设计 RLDA RLDA 移位/循环 通过CC 1 (32 位)左循环ACCU 1 RND RND 转换 取整 RND– RND– 转换 向下取整为长整型 RND+ RND+ 转换 向上取整为长整型 RRD RRD 移位/循环 双字循环右移(32 位) RRDA RRDA 移位/循环 通过CC 1 (32 位)右循环ACCU 1 位逻辑指 S S 令 置位 S S 计数器 置位计数器预设值(当前计数器可以是0 至255 之间的数 字，例如S C 15) 位逻辑指 SAVE SAVE 将ROL 保存在BR 寄存器中 令 SD SE 定时器 接通延时定时器 SE SV 定时器 扩展的脉冲定时器 位逻辑指 SET SET 令 置位 SF SA 定时器 断开延时定时器 浮点型指 SIN SIN 以浮点数(32 位)形式生成角的正弦 令 SLD SLD 移位/循环 双字左移(32 位) SLW SLW 移位/循环 字左移(16 位) SP SI 定时器 脉冲定时器 浮点型指 SQR SQR 计算浮点数(32 位)的平方 令 浮点型指 SQRT SQRT 计算浮点数(32 位)的平方根 令 SRD SRD 移位/循环 双字右移(32 位) SRW SRW 移位/循环 字右移(16 位) SS SS 定时器 带保持的接通延时定时器 58 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 附录B 外文文献 Statement List (STL) for S7-300 and S7-400 Programming A5E00706960-01 59 基于PLC技术的矿井提升机电控系统的设计 60 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 61 基于PLC技术的矿井提升机电控系统的设计 62 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 63 基于PLC技术的矿井提升机电控系统的设计 64 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 65 基于PLC技术的矿井提升机电控系统的设计 66 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 67 基于PLC技术的矿井提升机电控系统的设计 68