基于s7_200plc的跳汰机智能控制系统研究毕业论文(编辑修改稿)

基于s7_200plc的跳汰机智能控制系统研究毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

:知识和经验的表示、河北化工医药职业技术学院毕业论文 9 知识推理的法则、知识的获取和总结、模糊控制系统的稳定性判据、模糊控制系统的学习、模糊控制系 图 3 一 1 模糊控制系统框图 被控对象 :被控对象可以是一种设备或是设备组成的集合体 ,也可以是一个生产过程 ,包括自然的、生物的、化学的、或是物理的等各种状态转移过程。 这控制对象可能是确定的机构 , 也可以是模糊 的、单变量的或是多变量的、有滞后性的或是无滞后性的、非线性的或是线性的、定常的或是时变的系统以及具有强祸合或是强干扰性的等等多种情况。 对于不好建立数学模型的复杂系统 ,用模糊控制效果更好。 执行机构 :执行机构主要是各种交直流电动机 ,伺服电动机 , 步进电动机等 ,还有各种气压的和液压的装置 ,如各种气动的调节阀、液压马达、各种液压阀等。 控制器 :它是控制系统的核心部分。 在模糊控制理论中 ,采用基于模糊控制知识表示和规则推理的语言型模糊控制器。 输入输出接口 (I/O):实际系统中由于多数被控对象的控制量及其可观测状态量是模拟 量。 因此 ,模糊控制系统与通常的全太原理工大学硕士学位论文统的分析、模糊控制系统的设计方法等 ,但模糊控制更能适应噪声干扰和元器件的变化 ,使系统适应性更好。 其应用领域更加广泛 ,应用前景更加开阔。 鉴于此 ,在邢台东庞煤矿洗煤车间 ,我们采用模糊排料控制系统取代了原先普通逻辑控制系统 ,并在现场得以应用。 模糊控制器工作原理 模糊控制过程 所谓模糊控制 ,既不是指被控对象是模糊的 ,也不是指控制器是不确定的 ,它是指在表示知识、概念上的模糊性。 虽然模糊控制算法是通过模糊语言描述的 ,但它所完成的却是一项完全确 定的 工作。 要实现语言控制的模糊逻辑控制器 ,就必须解决三个问题。 第一是先通过传感器把要检测的物理量变成电信号 ,再通过模数转换器把它转换成精确的数字量。 精确输入量输入模糊逻辑控制器后 ,先被转换成模糊集合的隶属度函数 ,这一步就称为精确量的模糊化。 其目的是把传感器的输入转换成知识库可以理解和操作的变量格式。 第二是根据有经验的操作者或者专家的经验制定出模糊控制规则 ,并进行模糊逻辑推理 ,以得到一个模糊输出集合即一个新的模糊隶属函数 ,这一步称为模糊控制规则形成和推理。 其目的是用模糊输入值去适配控制规则 ,为每个控制规则确定其适 配的的程度 ,并且通过加权计算合并那些规则的输出。 第 三是根据模糊逻辑推理得到的输出模糊隶属函数 ,用不同的方法找一个具有代表性的精确值作为控制量 ,这一步称为模糊输出量的解模糊判决 ,目的是把分布范围概括合并成单点输出量 ,加到执行器上实现控制。 图 3 一 2 典型模糊控制器系统基本框图 河北化工医药职业技术学院毕业论文 10 精确输入量的模糊化 通常控制总是用系统的实际输出值与设定的期望值相比较 ,得到一个偏差值 E,控制器根据这个偏差值来决定如何对系统加以调整控制。 很多情况下还需要根据偏差的变化率 C 来进行综合判断。 无论是偏差还是偏差的变化率 ,都是 精确的输入量。 要采用模糊控制技术就必须首先把它们转换成模糊隶属函数。 每一个输入值都可以对应一个模糊集合 ,某一范围连续变化的值就可有无限多个模糊集合。 这在工程实践中是无意义的。 为了便于工程实现 ,通常把输入变量范围人为的定义成离散的若干级中 (本文取 13 级 )。 定义输入量的隶属函数可采用吊钟形、梯形和三角形 ,理论上说吊钟形最为理想 ,但是计算复杂。 实践证明 ,用三角形 和梯形函数其性能并没有十分明显的差别。 所以为了简化计算 ,采用最常用的三角形。 为了实现模糊控制器的标准化设计 ,把偏差 E、偏差变化率 河北化工医药职业技术学院毕业论文 11 第四章基于 S7200PLC 的跳汰机控制系统的设计 我们开发的基于 S7 一 200PLC 的跳汰机控制系统 ,包括风阀控制系统和模糊排料控制系统。 风阀系统是跳汰周期的产生源。 风阀控制系统功能就是按照跳汰司机设定参数产生相应的跳汰频率 ,同时风阀进行有规律的进、排气动作 ,底板规律地振动 ,从而使得上面的物料进行合理地分层。 在此基础上模糊排料系统投入工作 ,根据现场要求进行实际控制。 图 4 一 1 基于 S7 一 200PLC 的跳汰机控制系统示意图 本软件控制系统采用模块化编程结构 ,PLC 作为最底层 的控制器可以单独完成对系统的控制任务。 同时 ,PLC 与上位机通过 PC 一 PP 工电缆进行通讯 ,上传底层各种参数。 上位机中留有接口 ,当接收到从 PLC 上传的数据以后 ,可以根据需要对数据进行相应的分析与处理。 同时 ,上位机还可以将产生的控制数据或其它参数下传至 PLC,由 PLC 执行控制任务。 风阀控制系统 电磁风阀装置是跳汰机的主令控制装置 ,其运行状况与选煤厂的正常运行和生产效益的好坏休戚相关。 在本系统中跳汰机有五个跳汰室 ,每个室有 1 个进气阀 ,1 个排气阀。 电磁风阀的动作周期称为跳汰周期。 在每个跳汰周期中分为进气期、膨 胀期、排气期和压缩期。 可编程控制器根据设定的进气期、膨胀期、排气期和压缩期参数来控制五个进气阀和五个排气阀的动作。 在生产现场 ,选煤厂煤尘多、湿度大、强弱电干扰强、振动噪声大等恶劣的工作环境 ,要求控制装置具有高的可靠性。 我们选择西门子 S7 一 202026XM 可编程序控制器来实现电磁风阀的控制。 河北化工医药职业技术学院毕业论文 12 下面分别针对系统的硬件及软件设计进行介绍。 1 风阀控制系统硬件设计 图 4 一 2 风阀控制系统硬件原理图 风阀控制系统的硬件系统包括 :可编程序控制器、上位工控机、 TD20。 显示装置、输出电路板等。 可编程序控制器 (PLC) 可编程序控制器采用 S7~200CPU226XM。 它的输入点为 24 点、输出点为 16 点。 程序空间为 8K 字。 考虑到风阀动作的频繁性 ,PLC 采用晶体管输出型以保证长的使用寿命。 PLC 通过 PC 一 PPI 电缆与上位机通讯 ,实现风阀控制参数的传送 ,便于上位机实时监视跳汰机的运行情况 ,或 PLC 及时响应上位机对参数作出的调整。 PLC 的输出通过固态继电器驱动电磁阀动作。 上位机 上位机采用研华 IPC610,对工业现场的恶劣环境有较好的适应能力。 它是 PLC 的编程器 ,可在线、离线编制系统的应用程序或在线修改 PLC 程序相关参 数。 上位机还可实现对生产过程的实时监控 ,完成对主要数据进行统计、分析、处理、储存等操作。 TD20O 显示设备 TDZOO 文本显示器通过特殊的通讯电缆与 PLC 连接。 它具有文本信息显示、过程参数显示和修改、设定实时时钟、选择通讯速率等功能。 它的可编程功能键可以代替普通的按钮。 其它装置 输出电路板由固态继电器、熔断器和保护回路等组成。 河北化工医药职业技术学院毕业论文 13 图 4 一 3PLc 固态继电器输出电路原理 1 一压敏电阻 ,2 一熔断器控制柜上采用红、绿发光二极管动态显示电磁风阀的通断情况。 2风阀控制系统软件设计风阀控制系统的软件包括 PLC 风阀控制程序和通讯程序两部分。 风阀控制程序主要完成风阀控制的算法与输出控制。 通讯程序主要完成 PLC 与工控机风阀数据的交换等。 一、风阀控制程序 : PLC 程序由初始化程序段、手动操作程序段、中断程序组成。 其主程序流程图如下图 : 由于每个空气室的跳汰周期相同 ,可将一个周期映射为 100 等分 ,根据设定的频率自动计算出每一跳汰周期所需的时间。 气室参数分配原则是指按每个空气室在一个跳汰周期内 各阶段所占百分比分配 ,即进气期十膨胀期 +排气期 +压缩期 =一个跳汰周期 (100)(见图 4 一 5)。 在各气室进、排气时间内由 PLC 控制对应的电磁阀 ,从而在各室产生相应的进、排气动作 ,实现相应的跳汰特性。 通过 TD20O,可以对各气室的进气起始时刻、膨胀期、排气期分别设置 ,而各气室压缩期参数则根据气室参数分配原则随其他参数的变化自动调整。 电磁风阀的动作随跳汰参数的修改而改变。 软件用定时中断来实现对十个电磁风阀的控制。 在计算出跳汰周期后 ,将用户给定的参数与之相乘 ,直接计算出各风阀开、闭的时间参数 ,然后将这些参数从小到大 排序 , 依次把相邻的两个数的差值作为定时中断的时间间隔 ,最小的那个数就作为第一个定时中断间隔值 ,同时在中断程序中统计中断次数。 程序执行完一个差值 ,给出相应的输出 ,而后执行下个送入中断的差值 ,依次类推 ,直到整个周期完成 ,然后再启动下一周期。 为进一步减小误差 ,输出采用立即置 (S 工 )、复 (Rl)位指令。 因为立即置 (SI)、复 (RI)位不受扫描周期的影响 ,程序执行到该点 ,直接对物理输出口进行操作。 在程序设计过程中 ,我们充分考虑了现场的工作情况 ,采取了以下一些措施 : ,程序可实现 I段 (包括工 、 11 跳汰室 )、 11 段 (包括 11 IV、 V 跳汰室 )的跳汰反相 ,即 I段进气时 ,H段排气。 I段排气时 ,H段进气 ,保证了跳汰机在风量不足情况下的不间断工作。 当重新上电时 ,自动恢复掉电前所设置的参数 ,方便了现场操作。 下面为风阀控制中断部分的流程图 : 河北化工医药职业技术学院毕业论文 14 河北化工医药职业技术学院毕业论文 15 河北化工医药职业技术学院毕业论文 16 . 2 模糊排料控制系统 根据对控制对象跳汰机的介绍 ,我们可以看出 ,被控对象存在非线性、随机干扰、多参数强烈祸合等因素 ,原煤入料性质、跳汰分选效果以及司机的操作方式都会对排料系统有影响 ,难以 建立排料系统的数学模型。 模 糊控制不需要建模的优越性恰好为跳汰机自动排料提供了一条有效的途径。 我们设计的模糊排料自动控制系统 ,目标是稳定床层 ,就是要及时连续均匀地排出重产物 ,保持稳定而合适的床层厚度 ,是定值过程调节。 . 本控制系统主要由测量环节、数据处理及控制器环节、输出驱动环节及显示环节等组成。 下面分别介绍各环节的功能。 一、测量环节 测量环节主要由床层厚度测量和闸板开度测量两部分组成。 它们在排料系统中的位置参看图4 一 10。 对于排料的自动控制系统来说 ,重产物厚度检测是最关键的一环。 排料自动控制系统对床层厚度测量装置有很高的要求 : 河北化工医药职业技术学院毕业论文 17 . 浮标浮标是利用耐磨、耐腐蚀材料做成的具有特定形状、特定密度的密封中空容器 ,作为一次传感元件使用。 浮标的形状较多。 它的端面为流线型。 一般在跳汰机一段多采用高度较大 ,底面较小的浮标。 对跳汰机负荷和用水量都不太敏感 ,受机械力作用大 ,精度稍差 ,如圆桶形浮标。 在跳汰机二段 ,可采用高度较小 ,底面积较大的浮标。 它对跳汰机的负荷较为敏感 ,如椭圆形、纺锤形浮标。 浮标置于排料口左上的位置 ,距离溢流堰较近 ,使得重产物床层 (研石层、中煤层 )不会因堆积太厚而流到下一个分选阶段 ,同时也不会因排料过多而使床层过薄而不稳定。 浮 标传感器检测原理浮标传感器量程为 0 一 200mm。 作为一次差动变压器式传感元件 ,浮标在使用时被安置在跳汰室内与其密度相同的床层之中 ,可以认为它是床层中一个较大的 矿块。 浮标对跳汰水流特性有一定的影响 ,而脉动水流特性在一般情况下是不变的 ,所以浮标位置的变化也就基本上反映了重物层床层厚度的变化。 如果我们按“静止期节拍跟踪测量” 原理 ,在静止期测出浮标的位置信号 ,也就获得了特定密度床。 作为一次传感器 ,目前在原理与实践中均公认为浮标可以较准确地反 映重物层的厚度。 这也就是浮标法最主要的优点 ,也是其一直沿用至今的原因。 但使用浮标装置有严格的要求 :。 浮标的高度越大 ,它所跨占的密度层越大 ,密度差也越大 ,一旦物料密度的组成发生变化 ,将影响浮标所处的位置 ,这就造成测量的误差。 b 浮标的形状对床层的阻力要小。 这个阻力越大 ,将影响浮标上下运动的自由度 ,造成浮标不能及时传送出自身。 它应该测出床层总厚度中各重产物层的准确位置。 目前世界上主要的选煤国家都用各种模拟实验方法来证明 ,只有在床层由松散过程转为静止于筛板上的时刻 (即跳汰周 期的密实期 )测出的轻重产物的分界处才代表重产物的厚度。 本跳汰机系统采用数控电磁风阀 ,在压缩期 ,由 PLC 的 A/D 模块进行重物层厚度信号采集。 当重物层厚度变化时 ,检测仪表应当紧紧跟随过程的变化 ,不应有较长的滞后。 当重物层变厚时 ,如不能及时排料 ,会造成对轻产品的污染 ,影响产品质量。