基于B_RPCC控制的礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)研究

1、文章編號(hào):100320794(20061220134203基于B&R PCC 控制的礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)研究陶亦亦,吳倩,陸春元(蘇州市職業(yè)大學(xué),江蘇蘇州215104摘要:介紹貝加萊可編程計(jì)算機(jī)控制器(PCC 的特點(diǎn),提出了PCC 在礦井提升機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用思路,并進(jìn)行提升機(jī)電控系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞:PCC ;礦井提升機(jī);電控系統(tǒng)中圖號(hào):T D6313文獻(xiàn)標(biāo)志碼:BStudy of E lectric Control System of Mine H oist on B&R PCCTAO Yi -yi ,WU Q ian ,L U Chun -yu an(Suzhou V

2、ocational University ,Suzhou 215104,China Abstract :The merit of B&R PCC controller was discussed.It was posed that the new application ideals of the PCC electric control system in the mine hoist.The s oft and hardware of PCC electric control system of mine hoist have been designed.K ey w ords :

3、PCC ;mine hoist ;electric control system0前言我國(guó)老式的礦井提升機(jī)控制系統(tǒng)主要采用繼電器接觸器控制方式,其系統(tǒng)可靠性差、控制精度低而且硬件接線繁雜、故障率高。20世紀(jì)90年代以來(lái),提升機(jī)調(diào)速系統(tǒng)多數(shù)采用了磁場(chǎng)換向的晶閘管直流可逆調(diào)速系統(tǒng)(V -M 系統(tǒng),也有少數(shù)采用代表當(dāng)前先進(jìn)水平的交-交變頻的現(xiàn)代交流調(diào)速系統(tǒng),并開(kāi)始采用P LC 技術(shù)與傳統(tǒng)的繼電器接觸器控制系統(tǒng)相結(jié)合的方案。但P LC 控制系統(tǒng)仍存在不足:控制精度不高,開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng),保養(yǎng)維修升級(jí)困難。另外,提升機(jī)正朝著高效、高可靠性、低能耗和高自動(dòng)化的方向發(fā)展,這就要求提升機(jī)具有更完善的自動(dòng)化控制與調(diào)節(jié)

4、系統(tǒng)。運(yùn)用一種較P LC 更高層次的、集成了標(biāo)準(zhǔn)P LC 和工業(yè)控制計(jì)算機(jī)特點(diǎn)的可編程控制器(簡(jiǎn)稱PCC 對(duì)提升機(jī)的控制系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造,可以取得良好效果,實(shí)現(xiàn)常規(guī)提升機(jī)控制系統(tǒng)難以實(shí)現(xiàn)的功能。1系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)用PCC 組成的控制系統(tǒng),由上、下位機(jī)組成。上位機(jī)包括工控機(jī)、面板及鍵盤(pán),完成上傳的礦井提升機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、提升次數(shù)、故障信號(hào)等數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、分析處理、狀態(tài)顯示等,實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控。下位機(jī)包括PCC 控制器及擴(kuò)展模塊,完成數(shù)據(jù)采集、狀態(tài)判別等,實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備控制。下位機(jī)選用貝加萊工業(yè)自動(dòng)化(上海公司的2000系列產(chǎn)品中的B&R2005型,它是一種緊湊型產(chǎn)品,其結(jié)構(gòu)是采用模塊式,所有模塊尺

5、寸都相同,可靈活自由地通過(guò)設(shè)定組合插拔來(lái)擴(kuò)展系統(tǒng)。具體選用的主要模塊有:CPU 模塊為CP260,電源模塊為PS465,數(shù)字量輸入模塊為DI450,數(shù)字量輸出模塊為DO650,模擬量輸入模塊為AI350,模擬量輸出模塊為AO350,計(jì)數(shù)器模塊為NC150以及基板等。上、下位機(jī)之間的通訊采用C AN 總線或者RS232總線。該控制系統(tǒng)在人機(jī)界面上可對(duì)全線集中監(jiān)控,必要時(shí)可以外接m oderm 實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控,具備I O 口、運(yùn)行狀態(tài)顯示、自動(dòng)故障報(bào)警與隨機(jī)幫助功能。本系統(tǒng)PCC 整個(gè)控制系統(tǒng)如圖1所示 。圖1PCC 控制系統(tǒng)硬件組成框圖Fig .1H ardw are diagram of PCC

6、 control systemB&R PCC 組成的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊,模塊都采用標(biāo)準(zhǔn)尺寸,利于控制柜設(shè)計(jì)和安裝接線。輸入輸出模塊均采用光電隔離,系統(tǒng)抗干擾性好。且體積小、重量輕、能耗低。2系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)2.1任務(wù)設(shè)置Windows 下編程環(huán)境Automation Studio 支持AN 2431第27卷第12期2006年12月煤礦機(jī)械C oal Mine MachineryV ol 127N o 112Dec 12006SI C、Automation Basic、梯形圖(LAD、指令表(I L、順序功能圖(SFC、結(jié)構(gòu)文本(ST等6種標(biāo)準(zhǔn)的開(kāi)發(fā)語(yǔ)言。根據(jù)需要可以在同一個(gè)項(xiàng)目中采用一種編程

7、,也可混合使用多種語(yǔ)言進(jìn)行編程。同時(shí),編程環(huán)境中包含豐富的常規(guī)函數(shù)庫(kù)和功能塊。B&R的PCC控制器采用分時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng),成功地構(gòu)筑了實(shí)時(shí)的多應(yīng)用程序的運(yùn)行平臺(tái),具備大型計(jì)算機(jī)的分析能力。PCC2005多任務(wù)性是基于時(shí)間片的,系統(tǒng)管理器或硬件時(shí)鐘是根據(jù)分配給每個(gè)任務(wù)等級(jí)的循環(huán)時(shí)間在各任務(wù)等級(jí)之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換,PCC的系統(tǒng)調(diào)度管理軟件根據(jù)掃描周期把時(shí)間分成片,按照任務(wù)級(jí)別的高低自動(dòng)先后循環(huán)往復(fù)掃描程序?；跁r(shí)間的任務(wù)等級(jí)有2類:標(biāo)準(zhǔn)任務(wù)層(Cyclic和高速任務(wù)層(T imer,高速任務(wù)層比標(biāo)準(zhǔn)任務(wù)層級(jí)別高。PCC2005還有一種基于事件的任務(wù)等級(jí):中斷任務(wù)等級(jí)(Interrupt,IRQ,

8、這種任務(wù)有比基于時(shí)間片的任務(wù)層都高的優(yōu)先級(jí),所以只要有特殊事件出現(xiàn),它們可以立即中斷其他任何任務(wù)等級(jí)的任務(wù),執(zhí)行本身的任務(wù)。根據(jù)任務(wù)模塊的級(jí)別設(shè)立原則,從提升機(jī)控制要求出發(fā),將行程控制、制動(dòng)控制、調(diào)速控制、故障處理等過(guò)程對(duì)實(shí)時(shí)要求不同的任務(wù)設(shè)置在循環(huán)時(shí)間不同的任務(wù)等級(jí)中(見(jiàn)表1,具體每一過(guò)程的控制程序可根據(jù)控制信號(hào)流程、控制要求和實(shí)現(xiàn)方法采用PCC支持的開(kāi)發(fā)語(yǔ)言編制。表1任務(wù)設(shè)置T ab.1Set task任務(wù)層任務(wù)名循環(huán)掃描周期ms備注T imer#1故障處理3高速任務(wù)層1 Cyclic#1制動(dòng)控制10標(biāo)準(zhǔn)任務(wù)層1 Cyclic#1行程控制10標(biāo)準(zhǔn)任務(wù)層1 Cyclic#2調(diào)速控制50標(biāo)準(zhǔn)任

9、務(wù)層2 Cyclic#3手動(dòng)控制100標(biāo)準(zhǔn)任務(wù)層32.2軟件組織結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)軟件由下位機(jī)系統(tǒng)、上位人機(jī)界面系統(tǒng)兩部分組成,軟件采用C語(yǔ)言編寫(xiě)。礦井提升機(jī)的電控系統(tǒng),包括工藝控制、行程控制、監(jiān)視系統(tǒng)、安全回路、制動(dòng)系統(tǒng)、調(diào)速系統(tǒng)和信號(hào)系統(tǒng)等,系統(tǒng)軟件采用模塊化設(shè)計(jì),按控制功能實(shí)現(xiàn)。許多動(dòng)作控制需同時(shí)進(jìn)行,因此軟件結(jié)構(gòu)上包含順序結(jié)構(gòu)和并行結(jié)構(gòu)。程序中插入掛起和喚醒功能函數(shù),實(shí)現(xiàn)程序的順序和并行動(dòng)作。各控制過(guò)程任務(wù)定義為執(zhí)行層并分布在不同標(biāo)準(zhǔn)任務(wù)層。上位機(jī)程序組織結(jié)構(gòu)和下位機(jī)相同,功能上分為通訊,數(shù)據(jù)保存和讀寫(xiě),曲線的繪制,參數(shù)輸入和輸出等。由于B&R的IPC及PaneWare產(chǎn)品豐富多樣,

10、提供的PVI支持Windows視窗下的各種組態(tài)軟件,以及B&R自身的RunT ime,可以輕松組建功能強(qiáng)大的人機(jī)對(duì)話界面。2.3模擬調(diào)試B&R可通過(guò)在程序中添加模擬程序?qū)崿F(xiàn)脫機(jī)調(diào)試,針對(duì)提升機(jī)控制要求的位置精度和閉鎖狀態(tài)的模擬,可以仿真提升機(jī)動(dòng)作,這是一般提升機(jī)控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)不具有的。3系統(tǒng)功能特點(diǎn)3.1系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性好從提升機(jī)的運(yùn)行要求角度考慮,系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過(guò)程中平穩(wěn)性要求十分重要。為保證系統(tǒng)的平穩(wěn)性,速度控制采用PI D閉環(huán)控制。速度反饋值經(jīng)DI450模塊輸入到CP260,比較設(shè)定值后再經(jīng)過(guò)PI DX(值優(yōu)化,使速度控制精確平穩(wěn)。提升機(jī)運(yùn)動(dòng)加減速可采用RAMP(函數(shù)斜坡化控制或者

11、用RAMP Ql(函數(shù)實(shí)現(xiàn)二次曲線控制,每次運(yùn)動(dòng)減速位置點(diǎn)實(shí)時(shí)計(jì)算和補(bǔ)償,如提升機(jī)行程末端緩沖減速采用RAMP Ql(函數(shù)實(shí)現(xiàn)二次曲線處理,從軟件設(shè)計(jì)上充分體現(xiàn)優(yōu)化系統(tǒng)的控制。3.2提升深度顯示精確利用PCC的分時(shí)序和分任務(wù)的特點(diǎn),可以將速度控制的PI D調(diào)節(jié)與提升機(jī)位置分時(shí)控制,將提升的運(yùn)動(dòng)參數(shù)傳輸?shù)杰浖?計(jì)算出提升機(jī)運(yùn)動(dòng)與移動(dòng)位置一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系,數(shù)據(jù)保存并導(dǎo)入到工程生成數(shù)據(jù)模塊,再使用DA read(函數(shù)可以從數(shù)據(jù)模塊中讀取運(yùn)動(dòng)位置的關(guān)系,可精確顯示提升深度位置。3.3監(jiān)控功能強(qiáng)大系統(tǒng)具備豐富的曲線輔助監(jiān)控和分析功能。面板可以顯示提升機(jī)的加速、等速、減速、爬行等階段的速度、位置等曲線,可

12、以實(shí)現(xiàn)全行程速度連續(xù)監(jiān)視、停車位置監(jiān)視和運(yùn)行方向監(jiān)視等功能,還可以對(duì)提升機(jī)行程終端監(jiān)控,即減速段超速、過(guò)卷監(jiān)控和等速段超速監(jiān)控,確保無(wú)論是提升機(jī)出現(xiàn)故障還是安全回路出現(xiàn)故障,均實(shí)施安全制動(dòng),極大地提高系統(tǒng)的生產(chǎn)可靠性和生產(chǎn)效率。3.4系統(tǒng)軟件易編且功能優(yōu)異控制軟件采用ANSI C語(yǔ)言編寫(xiě),簡(jiǎn)單標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)使程序快捷有效。使用結(jié)構(gòu)化語(yǔ)言使編程更容易,程序更易讀,更方便地實(shí)現(xiàn)高級(jí)功能。而且通用性強(qiáng),只要稍加調(diào)整就可適應(yīng)各種不同提升機(jī)的控制。531第27卷第12期基于B&R PCC控制的礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)研究陶亦亦,等V ol127N o112文章編號(hào):100320794(2006122013

13、6203基于計(jì)算機(jī)視覺(jué)的計(jì)量?jī)x表自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)吳靜靜,尤麗華(江南大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院,江蘇無(wú)錫214122摘要:介紹基于計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)的計(jì)量?jī)x表自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的組成,工作原理以及軟硬件實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù);基于圖像先驗(yàn)特征,提出有效的儀表圖像處理方法。在儀表公司進(jìn)行的大量檢測(cè)結(jié)果表明,該系統(tǒng)具有穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性、快速性特點(diǎn)。關(guān)鍵詞:計(jì)算機(jī)視覺(jué);量表;自動(dòng)檢測(cè)中圖號(hào):TP391文獻(xiàn)標(biāo)志碼:ADial G auge Autom atic Examination System B ased on Im age ProcessingWU Jing -jing ,YOU Li -hu a(C ollege of Me

14、chanical Engineering ,S outhern Y angtze University ,Wuxi 214122,China Abstract :Presents a new dial gauge examination system with image processing technology.The architecture principle and s ome key technologies about s oftware and hardware are described.Based on apriority of image ,effective image

15、 processing methods are advanced.The application shows its stability ,veracity and speediness.K ey w ords :com putor vision ;dial gauge ;automatic examination0引言百分表,千分表等精密測(cè)量?jī)x器是機(jī)械工業(yè)中使用最為廣泛的常規(guī)儀表。指針式儀表的質(zhì)量檢測(cè)是一個(gè)典型的大批量、重復(fù)性檢測(cè)過(guò)程,操作過(guò)程簡(jiǎn)單、規(guī)范和光照條件等檢定環(huán)境較易控制,有利于實(shí)現(xiàn)檢測(cè)過(guò)程的自動(dòng)化。近幾年來(lái),計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)的核心-圖像處理技術(shù)迅猛發(fā)展,與光學(xué)測(cè)量技術(shù)相結(jié)合,研究和

16、開(kāi)發(fā)指針式儀表自動(dòng)檢測(cè)的相關(guān)研究成為一大熱點(diǎn),如指針位置檢測(cè),復(fù)雜儀表讀數(shù)識(shí)別等。本文利用數(shù)字圖像處理技術(shù)代替目測(cè),完成檢測(cè)過(guò)程中圖像采集、圖像轉(zhuǎn)換與存儲(chǔ)、指針識(shí)別和示值判讀等關(guān)鍵操作,利用步進(jìn)電機(jī)替代手工進(jìn)給,精密光柵獲取基準(zhǔn)數(shù)據(jù)。利用計(jì)算機(jī)優(yōu)越的數(shù)據(jù)處理功能,完成檢測(cè)結(jié)果的顯示、存儲(chǔ)、查詢和報(bào)表打印,實(shí)現(xiàn)了計(jì)量?jī)x表檢測(cè)全過(guò)程的自動(dòng)化。軟件設(shè)計(jì)大量可采用結(jié)構(gòu)變量體系來(lái)描述提升機(jī)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和動(dòng)作過(guò)程等,如提升機(jī)行程結(jié)構(gòu)變量(包括提升機(jī)向上向下過(guò)程時(shí)的位置等變量和提升機(jī)速度結(jié)構(gòu)變量(包括各運(yùn)動(dòng)階段的速度等變量等,使程序結(jié)構(gòu)更完整清晰。3.5圖文界面友好人機(jī)界面提供用戶同提升機(jī)直接對(duì)話的機(jī)會(huì),所有

17、操作命令及控制信息都可以通過(guò)人機(jī)界面實(shí)現(xiàn),還可以在Windows 視窗下,通過(guò)B&R 的各種工具,組成功能強(qiáng)大、豐富友好的對(duì)話界面,方便進(jìn)行速度、位置、各種命令的實(shí)時(shí)趨勢(shì)顯示及運(yùn)動(dòng)過(guò)程報(bào)警顯示。4結(jié)語(yǔ)采用貝加萊智能控制系統(tǒng),提升機(jī)的整體性能超過(guò)一般P LC 的控制系統(tǒng)。用貝加萊智能控制系統(tǒng)來(lái)開(kāi)發(fā)提升機(jī)的電控系統(tǒng),一方面可以縮短開(kāi)發(fā)周期和減少相應(yīng)的成本,另一方面可以提高提升機(jī)的綜合性能和可靠性,是先進(jìn)策略的控制技術(shù)在礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)應(yīng)用的發(fā)展方向。參考文獻(xiàn):1齊蓉,肖維榮.可編程計(jì)算機(jī)控制器技術(shù)M.北京:電子工業(yè)出版社,2005.2陶亦亦.PCC 在注塑機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用J .電氣傳動(dòng)自動(dòng)化,2004(2:45-48.3郭月英.采用P LC 控制方式的礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)J .科技情報(bào)開(kāi)發(fā)與經(jīng)濟(jì),2005(16:240-241.4瞿金平,蘇小波,等.B&R PCC 在大型注塑機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用J .現(xiàn)代塑料加工應(yīng)用,2004(3:49-51.5張廣蘭,孔慶臣,等.可編程控制器在礦井交流提升機(jī)上的應(yīng)用J .煤礦機(jī)械,2004,25(8:65-66.6盧光華,盧燕.P LC 在礦井提升機(jī)電控系