基于plc的选矿厂调度控制系统的设计毕业设计(编辑修改稿)

基于plc的选矿厂调度控制系统的设计毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

企业都面临国外同行的直接竞争，这对于我们来讲是一个巨大而严峻的挑战，但这同时也是我们的一个很好的发展机遇，可以趁机淘汰落后产能，做大做强优势企业，加强国内矿山企业的竞争力。 但我们也看到，国内的很多企业在设备、技术水平、管理能力和生产效率方面与国外先进企业相比，均存在比较大的距离。 随着新世纪的到来，各种资源逐渐显得匮乏，矿产资源的可持续利用也就显得日益重要，而选矿自动化在保障生产、节能减排、降低成本、提高生产效率和环境保护等方面，都有很大的发挥空间。 因此，提高自动化技术在选矿行业的应用水平具有重大的现实意义，对国内选矿自动化水平和选矿工艺技术水平的提高，增强国内矿山企业的综合实力、建立现代企业制度，实现未来的可持续发展，必将产生十分积极的影响。 论文阐述内容 根据相关背景和具体标准要求，结合矿山项目实际，设计了一套矿山自动化调度控制系统。 本论文主要完成以下工作： （ 1）项目背景以及相关技术的分析介 绍。 （ 2）介绍 PLC、 GPRS、 RS485 协议和 Modbus 通讯协议的相关知识。 （ 3）介绍选矿流程，然后根据客户的实际需求，对矿区需要监控的数据进一下细致的分类。 （ 4）根据总体设计方案，对 GPRS 无线传输功能的实现做系统的阐述并对矿区监控系统的设计原则和总体结构进行研究，提出总体的系统架构和实施方案。 （ 5）列出所有的数据采集点，并描述 PLC 在选矿厂各生产车间（碎矿车间、磨矿车间及各泵站等）如何对生产设备的自动控制及生产数据的采集； （ 6）介绍总体软件架构，完成中心调度室的组态软件的编写，包括工艺部分 、电力部分、故障报警部分和办公自动化部分。 （ 7）最后对全文进行总结。 第 2 章 PLC 技术与 GPRS 技术 PLC 技术概述 PLC 的发展历史 在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。 传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。 1968 年美国 GM（通用汽车）公司提出取代继电气控制装置的要求，第二年，美国数字公司研制出了基于集成电路和电子技术 的控制装置，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这就是第一代可编程序控制器，称 Programmable Controller（ PC）。 个人计算机（简称 PC）发展起来后，为了方便，也为了反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为 Programmable Logic Controller（ PLC），现在，仍常常将 PLC 简称 PC。 PLC 的定义有许多种。 国际电工委员会（ IEC）对 PLC 的定义是：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。 它采用可编程序的存贮器，用来 在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。 可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。 上世纪 80 年代至 90 年代中期，是 PLC 发展最快的时期，年增长率一直保持为 30~40%。 在这时期， PLC 在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高， PLC 逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的 DCS 系统。 PLC 具有通 用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。 PLC 在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的将来，是无法取代的。 PLC 的硬件和软件 PLC 的硬件构成，从结构上分， PLC 分为固定式和组合式（模块式）两种。 固定式 PLC 包括 CPU 板、 I/O 板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。 模块式 PLC 包括 CPU 模块、 I/O 模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。 CPU 的构成： CPU 是 PLC 的核心，起神经中枢的作用 ，每套 PLC 至少有一个 CPU，它按 PLC 的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和 PLC 内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。 进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控 制信 号，去指挥有关的控制电路。 CPU 主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成， CPU 单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。 内存主要用于存储程序及数据，是 PLC 不可缺少的 组成单元。 CPU 速度和内存容量是 PLC 的重要参数，它们决定着 PLC 的工作速度， I/O数量及软件容量等，因此限制着控制规模。 I/O 模块： PLC 与电气回路的接口，是通过输入输出部分（ I/O）完成的。 I/O 模块集成了 PLC 的 I/O 电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。 输入模块将电信号变换成数字信号进入 PLC 系统，输出模块相反。 I/O 分为开关量输入（ DI），开关量输出（ DO），模拟量输入（ AI），模拟量输出（ AO）等模块。 PLC 的通讯联网 依靠先进的工业网络技术 可以迅速有效地收集、传送生产和管理数据。 因此，网络在自动化系统集成工程中的重要性越来越显著，甚至有人提出 网络就是控制器 的观点说法。 PLC 具有通信联网的功能，它使 PLC 与 PLC 之间、 PLC 与上位计算机以及其他智能设备之间能够交换信息，形成一个统一的整体，实现分散集中控制。 多数 PLC 具有 RS232 接口，还有一些内置有支持各自通信协议的接口。 PLC 的注意事项 保证 PLC 的正常运行，因此在使用中应注意以下问题。 工作环境 温度 PLC 要求环境温度在 0~55℃ ，安装 时不能放在发热量大的元件下面，四周通风散热的空间应足够大，基本单元和扩展单元之间要有 30mm 以上间隔；开关柜上、下部应有通风的百叶窗，防止太阳光直接照射；如果周围环境超过 55℃ ，要安装电风扇强迫通风。 湿度 为了保证 PLC 的绝缘性能，空气的相对湿度应小于 85%（无凝露）。 震动 应使 PLC 远离强烈的震动源，防止振动频率为 10~55Hz 的频繁或连续振动。 当使用环境不可避免震动时，必须采取减震措施。 空气 避免有腐蚀和易燃的气体，例如氯化氢、硫化氢等。 对于空气中有较多粉尘或腐蚀性气体的环 境，可将 PLC 安装在封闭性较好的控制室或控制柜中，并安装空气净化装置。 电源 PLC 供电电源为 50Hz、 220（ 1177。 10%） V 的交流电，对于电源线来的干扰， PLC本身具有足够的抵制能力。 对于可靠性要求很高的场合或电源干扰特别严重的环 境，可以安装一台带屏蔽层的变比为 1： 1 的隔离变压器，以减少设备与地之间的干扰。 还可以在电源输入端串接 LC 滤波电路。 GPRS 技术概述 由于选矿厂地理位置分散 , 数据量大 , 为了节省投资和便于系统扩展不便于采用有线的通信方式 ,基于 GPRS 无线网络的监控 是选矿厂远程监控投资最少 ,效益最高 , 稳定性最佳的解决方案之一。 GPRS 网络结构 GPRS 网络首先是一个 IP 网被建立成一个 IP 环路 ,基于现有的 GSM 网络来实现无线接入 ,是在现有的 GSM 网络中增加三个主要组件 :GGSN(GatewayGPRS Supporting Node, GPRS 网关支持节点 )、 SGSN (Serving GSN, GPRS 服务支持节点 )、 PCU (Packet Control Unit,包控制单元 ),使用户能够在端到端分组方式下发送和接收数据。 用户设备通过串行或无线的方式连接到 GPRS 终端上 ,GPRS 终端与 GSM 基站通信。 但与电路交换式的数据呼叫有所不同 ,GPRS 分组是从基站发送到 GPRS服务支持节点 (SGSN),而不是通过移动交换中心 (MSC)连接到语音网络上。 SGSN与 GPRS 网关支持节点 (GGSN)进行通信 ,GGSN 对分组数据进行相应的处理 ,在发送到目的网络 ,如 Inter 网或 网络。 来自 Inter 有移动台地址的 IP 包 ,由 GGSN 接收 ,并 转发到 SGSN,继而传送到移动台上。 SGSN 是 GSM 网络结构中的一个节点 ,它与 MSC 处于网络体系中的同一层。 SGCN 与 BTS 项链是 GSM 网络结构与移动台之间的接口。 SGSN 的主要作用是记录移动台的当前位置信息 ,并且在移动台和 GGSN 间完成移动分组数据的发送和接收。 GGSN 通过基于 IP 协议的 GPRS 主网连接到 SGSN 上 ,它是连接 GSM 网络外部分组交换网的网关。 GGSN 主要是起网关作用 ,也可把它称为 GPRS 的路由器。 GGSN 可以把 GSM 网络中的 GPRS 分组数据包进行协议转换 ,从而可以把这些分组数据包传送到远端的 TCP/IP 或 网络中去。 SGSN 和 GGSN 利用 GPRS 隨道协议 (GTP)对 IP 或 分组进行封装 ,实现二者之间的数据传输。 对于具有 GPRS 业务功能的移动终端 ,它本身具有 GSM 和 GPRS 业务运营商提供的地址 ,这样 ,分组公共数据网的终端利用数据网识别码即可向 GPRS 终端直接发送数据。 另外 GPRS 支持与基于 IP 的网络互通 ,当在 TCP 连接中使用数据报时 ,GPRS 提供 TCP/IP 报头的压缩功能。 GPRS 是 GSM 系统中提供分组业务的一种方式 ,但从根本性质上说 ,它仍属于 IP 网络 ,所以他能广泛应用于 IP 域。 其移动终端通过 GSM 网络提供的寻址方案和运营商的具体网间 互通协议来实现全球的通信。 GPRS 工作原理 (1)工作原理 GPRS 的工作原理是在 GPRS 工作时 ,通过路由管理来进行寻址和建立数据连接。 而 GPRS 的路由管理表现在 3 个方面 ,即移动终端发送数据的路由建立。 移动终端接收数据的路由建立。 以及移动终端处于漫游时数据路由的建立。 第一种情况 ,当移动终端产生了一个 PDU (分组数据单元 ),这个 PDU 经过SNDC 层处理 ,称为 SNDC 数据单元。 然后经过 LLC 层处理为 LLC 帧 通过空中接口送到 GSM 网络中移动终端所处的 SGSN。 SGSN 把数据送到 GGSN。 GGSN把收到的消息进行处理 ,转换为可在公用数据网中传送的格式 (如 PSPDN 的 PDU),最终送给公用数据网的用户。 为了提高传输效率 ,并保证数据传输的安全 ,可以对空中接口上的数据做压缩和加密处理。 第二种情况 ,一个公用数据网用户传送数据到移动终端时 ,首先通过数据网的标准协议建立数据网和 GGSN 之间的路由。 数据网用户发出的数据单元 (如PSPDN 中的 PDU),通过建立好的路由把数据单元 PDU 送给 GGSN。 而 GGSN 再把 PDU送给移动终端所在的 SGSN 上 GSN 把 PDU封装成 SNDC 数据单元 ,再经过 LLC 层 处理为 LLC 帧 单元 ,最终通过空中接口送给移动终端。 第三种情况 ,一个数据网用户传送数据给一个正在漫游的移动用户。 这种情 况下的数据传送必须要经过归属地的 GGSN,然后送到移动用户。 (2)特点 与原有的 GSM 系统相比 ,GPRS 系统具有以下重要特点 : 1) GPRS 为用户提供端到端的分组交换和传输方式数据业务 ,能够高效的利用网络资源 ,降低通信成本。 2) GPRS 用户永远在线 ,网络接入速度快。 3) GPRS 具有多种服务质量可灵活支持多种数据应用。 对数据传输可设 置不同的服务质量参数 :优先级、可靠性、时延、数据速率 ,可根据实际灵活选择服务质量参数为用户提供服务。 4) GPRS 数据传输速率高 ,最高可以达到。 5) GPRS 计费合理 ,采用流量计费。 GPRS 用户只有在传输数据时才占用信道并被计费。 6) GPRS 用户可随意分布和移动自己的网络点 ,无需担心线路的维护或移机时导致的通讯中断。 (3) GPRS 的优势 1) GPRS 采用分组交换技术 ,高效传输高速和低速数据和命令 ,优化了对网络资源和无线资源的利用。 2)定义了新的 GPRS 无线信道 ,且分配方式十分灵活 :每个 TDMA 帧 可分配 1到 8 个无限接口时隙。 时隙能为活动用户所共享 ,且上行链路和下行链路的分配是独立的。 3)支持中、高速率数据传输 ,可提供 ~(每用户 )。 GPRS 采用了与 GSM 不同的信道编码方案 ,定义了 CS CS CS和。