工程坠道设计.doc
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1、摘 要作为通用工业控制计算机,30年来,可编程控制器从无到有,实现了工业控制领域接线逻辑到存储逻辑的奔腾;其功能从弱到强,实现了逻辑控制到数字控制的进步;其应用领域从小到大,实现了单体设备简朴控制到胜任运动控制、过程控制、及集散控制等各种任务的跨越。今天的可编程控制器正在成为工业控制领域的主流控制设备,在世界各地发挥着越来越大的作用。本文介绍了可编程控制器的基础知识,结构原理,重要特点和发展趋势。介绍了可编程控制器在工程隧道料车双向行驶过程中的应用。采用可编程控制器实现工程隧道的自动化控制,无人值班指挥,能错开时序双向车辆。运用可编程调节器的稳定性,实现隧道的安全运营。关键词:工程隧道;可编程
2、控制器;仿真分析AbstractAs the general industry control computer, for 30 years, the programmable controller grew out of nothing, has realized the industry control domain wiring logic to the stored logic leap; Its function from to was weakly strong, realizes the logic to control the numerical control the pro
3、gress; Its application domain from infancy to maturity, realized the monomer equipment simply to control is competent the movement control, the process control, and the collection control and so on each kind of duty surmounting. The today programmable controller is becoming the industry control doma
4、in the mainstream control device, is playing the more and more major role in world each place.This article introduced the programmable controller elementary knowledge, the structure principle, main characteristic and development tendency. Introduced the programmable controller in project tunnel skip
5、 double flow process application. Uses the programmable controller realization project tunnel the automated control, nobody duty direction, can stagger the succession bidirectional vehicles. Uses the programmable regulator the stability, realizes the tunnel safe operation.Key words:Project tunnel; p
6、rogrammable logic controller(PLC); Simulation analysis目 录第1章 可编程控制器 11.1 前言11.2 PLC的结构原理11.3 PLC的重要特点21.4 PLC的发展趋势2第2章 PLC在工程隧道中的应用 122.1工程隧道122.2 PLC在工程隧道中的应用122.3控制系统的断电记忆和保护措施13第3章 工程隧道料车双向行PLC控制系统设计 143.1 系统控制规定143.2 系统工作示意图143.3 工程隧道软件设计163.4 仿真分析27第4章 结论 30致 谢 31参考文献 32 第1章 概 述1.1 前言长期以来,PLC始终
7、处在工业自动化控制领域的主战场,为各种各样的自动化控制设备提供了非常可靠的控制应用。其重要因素,在于它可认为自动化控制应用提供安全可靠和比较完善的解决方案,适合于当前工业公司对自动化的需要。另一方面,PLC还必须依靠其他新技术来面对市场份额逐渐缩小所带来的冲击,特别是工业PC所带来的冲击。PLC需要解决的问题仍然是新技术的采用、系统开放性和价格。采用可编程序的存储器并具有逻辑、顺序和数值运算等功能的顺序控制器,也称可编程序式控制器,英文缩写PLC。运用它可以方便地编制程序,使工业设备实现顺序控制。美国在1969年研制成世界上第一台可编程序控制器。此后可编程序控制器的发展经历了三个阶段:采用固定
8、(硬)布线方式,以代替电磁继电器盘;以逻辑控制为主,采用不固定(软)布线方式,在此之前这类控制器又称可编程序逻辑控制器;采用内部装有程序的存储器,程序变动十分容易。1985年生产的可编程序控制器已普遍采用计算机技术,它除了存储容量小、输入输出通道以开关量为主和编程语言不同外,与一般微型计算机系统已十分相。1.2 PLC的结构原理可编程序控制器的一般硬件结构由 6个基本部分组成:通用微解决机(中央解决单元)。它用来实现算术和逻辑运算,是可编程序控制器的核心部分,通常采用8位、16位通用微解决机或单片微解决机。存储器。它一般配置随机存储器 (RAM)存储数据和配置可编程序只读存储器(EPROM)存
9、储程序。输入输出接口。功能选择开关。运营指示器。编程器。它既可与可编程序控制器组成一体也可独立于外。控制程序通过编程器转换为二进制指令代码存入可编只读存储器中。控制器运营时,机器内部不断循环“扫描”,在每次“扫描”中,中央解决单元的运算器按指令计数器加 1的顺序逐条读取程序存储器中的指令,并予以执行。解决一条指令时,一方面对所有输入开关量采样,并存入输入接口的输入寄存器中,另一方面根据指令规定的操作内容,对相应的输入输出开关量和中间变量进行逻辑运算,然后按照运算结果控制相应输出接口寄存器或中间变量寄存器,再由输出寄存器控制输出单元的通、断状态。一条指令执行完毕,运算器立即取出并执行下一条指令。
10、“扫描”一遍所有指令通常只需要几毫秒至几十毫秒。可编程序控制器编制程序比计算机容易得多,不需要很高的编程技术。程序调试完毕后可通过写入装置写入可编程序只读存储器内。只要将其插入控制器的插座内,控制器便能按其中的程序工作。可编程序控制器还常备有不同的选件,供用户按控制对象的不同需要选用。1.3 PLC的重要特点可编程序控制器在硬件配置上与单板微型机类似,但为了适应在工业环境中应用,一般具有以下四个特点:可靠性高。采用固态器件,输入和输出均经光电耦合与继电器隔离,有较高的抗干扰能力,能在环境恶劣的生产现场使用,并有停电保护和自诊断等功能。输入输出模块化。具有多种输入和输出类型,可直接驱动近百瓦交直
11、流负载。输入输出点数,常以8、16、32为一模块单元,根据控制规模和类型进行组合和扩充。有独立的编程器。大多数可编程序控制器沿用了过去继电器顺序控制的设计方法,采用继电器梯形图符编程,且有字符或图形显示。只要修改程序,即可对不同的控制对象进行控制。有较强的控制功能和较大的控制规模。通常以存储容量和输入输出点数来划分档次。小型可编程控制器只具有顺序控制功能,存储容量不大于1K字,输入输出不大于64点。中型可编程控制器增长了算术运算、中断解决、通信接口、故障诊断和模拟量输入输出等功能,并能使用高级语言BASIC或PASCAL编程,存储容量为14K字,输入输出不大于512点。大型可编程控制器具有更强
12、的控制功能,存储容量大于8K字,输入输出大于1024点。1.4 PLC的发展趋势PLC技术展的最终趋势仍然是人们所争论的焦点之一。大多数人认为,PLC将会继续失去市场份额;更有甚者认为,在工业PC面前,PLC将会一步一步走向死亡;但也有一部分人相信,一些特殊工业应用领域仍将为PLC提供一定的市场份额。在全球工业计算机控制领域,围绕开放与再开放过程控制系统、开放式过程控制软件、开放性数据通信协议,已经发生巨大变革,几乎到处都有PLC,但这种趋势也许不会继续发展下去。随着软PLC(SoftPLC)控制组态软件技术的诞生与进一步完善和发展,安装有SoftPLC组态软件和基于工业PC控制系统的市场份额
13、正在逐步得到增长,这些事实使传统PLC供应商在思想上已经发生了戏剧性的变化,他们必须面对现实,在传统PLC的技术发展与提高方面作出更加开放的高姿态。对于控制软件来讲,这是PLC控制器的核心,PLC供应商正在向工业用户提供开放式的编程组态工具软件,并且对于工业用户表现得非常积极。此外,开放式通信网络技术也得到了突破,其结果是将PLC融入更加开放的工业控制行业。1.4.1 开放和基于工业PC控制PLC制造商已经开始注视基于工业PC控制技术所带来的强大冲击。有专家甚至认为,新商务活动所带来的新技术和开放技术规范将会埋葬传统PLC。PLC制造商认为,虽然在工业现场安装有大量的PLC控制设备,但他们仍然
14、需要联合工控软件公司,以便开发他们自己的基于工业PC的过程控制软件。诚然,几年前在工业现场明显存在着新旧PLC混合使用的情况,工业用户不得不同时学习相关的新旧知识,甚至彼此借鉴学习。大多数PLC制造商为工业用户仅仅提供了软逻辑和一种操作平台。在高端应用方面,很难进一步区分PLC控制系统和工业PC控制系统之间的差异,由于这两者均采用了同样类型的微解决器和内存芯片。形象地打个比方,假如你忘掉工业PC和PLC这些词语字面上的含义,那么在箱子里所可以观测到的恰恰是一些基本计算机硬件技术,我们更多观测到的却是那些基本技术的复杂化和混合体,这些技术被有效地组合到控制系统中去。此外,采用开放控制的因素一方面
15、是系统功能集成的需要,另一方面也是由于一些工业用 户对功能过度苛求所致。假如可以给予高度的重视,就可以获得更多的基本技术知识。PLC制造商专注于系统功能化,而工业用户则专注于系统应用。人们可以看到,将来的发展趋势是将更多的功能进一步集成到一个控制箱内。因而像顺序控制和过程控制这样的事件将会采用功能化方式进行解决,其他像运动控制等也可以共享到相同的控制结构体系中。可以相信,PLC技术将继续向开放式控制系统方向转移,特别是基于工业PC的控制系统。后者除了在灵活性方面比传统PLC具有截然不同的优势外,还具有其他优点,如可以缩短系统投放到市场的周期,减少系统投资费用,提高从工厂底层到公司办公自动化的数
16、据信息流动效率等。关于工业PC控制系统的实时响应问题已经得到很好的解决,也许其重要的东西仍然隐藏在技术背后,但缺少相应的跟踪记录。对于PLC来讲,坚固性是其重要特点之一,这已有相称多的跟踪记录来验证。工业用户仍然非常小心地对待PLC,他们正在对PLC作不同的技术测试工作。在运用一种新技术时,工业用户需要考虑的问题是要冒多大的风险,同时需要考虑对其商务活动可以带来多少机会和收益。但工业用户不完全相信开放式控制系统所带来的好处。随着技术的进一步发展,他们开始逐渐淡化这些思想观念。工业用户正在平衡采用新技术所存在的风险和给他们的商务活动所带来的收益,以便为此后的决策提供有效的保障。工业PC技术提供了
17、许多功能,可以增强PLC的功能特性,涉及内藏视频和高速浮点数字协解决器。尽管Microsoft公司没有进一步提高该项功能特性的计划,但新的Windows CE 3.0完全可以更好地满足过程控制的需要。1.4.2 Ethernet的扩展与进一步容纳Web技术当前,在所有过程控制领域,最大的发展趋势之一就是Ethernet技术的扩展。PLC也例外,现在,越来越多的PLC供应商开始提供Ethernet接口部件。在最近的几年间,我们已经看到,发展比现有普通小快灵PLC更加强大的PLC是种趋势。Ethernet将会成为PLC的通信标准吗?也许最终结果是这样的,但现在还为时尚早。对于在PLC上提供Ethe
18、rnet接口将可以解决所有通信问题,人们普遍存在着误解。Ethernet仅仅定义了OSI参考模型底部的几层协议标准,假如上层协议互相之间不能兼容,那么仍然不也许进行互相之间的通信解决。打个比方,这如同一个不懂英语的中国人与一个不懂汉语的美国人之间是不可以通过电话进行对话同样。因此,协议就是设备之间互相通信的语言。另一方面,前进的步伐已经迈出,我们只有迎着困难而上,为了将Ethernet技术应用到工厂底层的现场过程控制设备中去,ODVA协会为此建立了一套全球性标准技术规范,即Ethernet/IP标准,以便可以解决在实际工作中所碰到的困难。向Ethernet靠近的一个目的在于通过Internet
19、可以连接到所希望的任何地方。事实上,在一些意想不到的地方,Web服务器正在显露出其应有的威力。几年前,有一些PLC系统已经内藏了Web服务器,这无疑又为PLC系统增长了更多的特点。其他类型的控制设备也正在准备进一步集成Web服务器。例如,Square D公司已有一个具有Ethernet连接接口的发动机控制中心,并正在准备开发一种内藏Web服务器连接接口的变速装置。内藏Web服务器所体一风的益处涉及开放网络、商业工具的影响、客户机/服务器关系。在过去,工业用户也许会有代表性地询问一些有关PLC方面的信息,但在现在,由于新技术的不断诞生和发展,工业用户很容易就可以得到有关这方面的信息。另一方面,随
20、着芯片和解决器大规模的生产,PLC生产制造商可以生产并提供开放网络的产品,让工业用户花较少的费用就可以购买到功能非常完善的PLC产品。在为将PLC连接到Ethernet和Web上提供技术支持方面,Schneider公司已经成了先驱者之一。最近,该公司推出了一种运营于Premium PLC平台的新型快速Ethernet(100 Mb/s)模件。该模件为PLC可以连接到TCP/IP的Ethernet提供了全双工自适应10/100Mb/s的连接速度,现场过程控制器之间可以共享实时数据信息,自动扫描Momentum I/O模件和其他任何基于Modbus通信协议的现场控制设备,采用一个嵌入式Web服务器
21、提供HTML通信服务,同时提供了SNMP用于标准网络通信管理。在一次展览会上,Schneider公司还向工业用户展示了他们有关透明工厂的观念。黑客的入侵还不是唯一的烦恼,假如网络系统瘫痪,我们一方面需要干什么呢?黑客入侵的解决方案是采用冗余。在过程控制器中采用冗余IP地址、冗余网络系统、冗余通信电缆,以及热备份等方式,当突发事件发生时可以很好地为过程控制系统提供服务。许多PLC供应商在其产品的开发过程中仍然继续不断地改善和提高通信性能,其开发方向重要面向于Ethernet技术和基于Web技术。Omron公司在其产品中提供了所有Ethernet连接能力,借助于TCP/IP数据传输协议,其产品完全
22、适合于所有Ethernet技术规范。此外,该公司最近还发布了几个新的基于Profibus-DP的产品。在CS1控制器平台上,提供了主单元部件允许建立在Profibus-DP网络上所有过程控制器设备在亡命产台上的运营特性;同时还提供了一套新的Sycon-DP组态工具软件包,允许工业用户很容易就可以进行过程控制系统的组态和网络的委托管理;此外,一种新的多I/O终端可以作为Profibus-DP从部件,所组成的通信单元提供了一个接口用于连接一个或者更多的I/O模件单元,有Ethernet技术规范。此外,该公司最近还发布了几个新的基于Profibus-DP的产品。在CS1控制器平台上,提供了主单元部件
23、允许建立在Profibus-DP网络上的所有过程控制器设备在该平台上的运营特性;同时还提供了一套新的Sycon-DP组态工具软件包,允许工业用户很容易就可以进行过程控制系统的组态和网络的委托管理;此外,一种新的多I/O终端可以作为Profibus-DP从部件,所组成的通信单元提供了一个接口用于连接一个或者更多的I/O模件单元,与该公司的C200H系列PLC还可以很好地结合在一起工作。1.4.3 过程控制应用尽管传统PLC被应用于离散过程控制领域,但现在,PLC已被广泛应用于连续过程控制领域,并且基于连续过程控制技术的发展趋势正在进一步得到增长。通信是PLC应用的关键技术,这种技术在PLC领域已
24、经得到扩展。同系统同样,对PLC进行分散化解决已经成为也许,所以更容易进行管理,以便可以更好地集成在一起。面对传统工业过程控制市场合存在的巨大竞争压力,许多PLC供应商正在开始积极转移他们所服务的过程控制应用领域,并且必须放弃传统PLC应用已经占据的一些市场份额。通过较短时间的努力开发,Siemens公司便陆续推出了基于过程控制的PLC产品,1990年以前就推出了SIMATIC PCS产品,而在1997年便将产品提高到了PCS 7. 这种开发工作一直要连续到Siemens公司满意为止,但随着各种各样新技术的不断诞生和发展,所开发工作不会停止的。尽管离散和连续过程控制应用都使用了同样的硬件产品和
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