（冶金行业）基于PLC的矿井提升机变频调速系统设计基于PLC的矿井提升机变频调速系统设计摘 要对于升机控制系统中存在的问题，把可编程序控制器和变频器应用于提升机控制系统上，并在可行性方面进行了较深入的研究。在该矿井提升机控制系统设计中，采用国内外先进的PLC控制技术改造传统的继电器接触器式罐笼逻辑运行系统；采用变频调试系统与PLC和上位机组成一个集散控制系统；可方便灵活地对现场运行设备进行控制和显示；采用先进的计算机控制技术实现矿井提升机的微机管理与控制，从而，保证矿井提升机可靠、准确地运行，实现矿井提升机的计算机控制。现场调试和运行结果表明，该系统工作可靠、控制精度高，完全可以满足现场生产运行的要求。 关键词：矿井提升机，PLC，变频调速，控制系统 The Freouency Conversion Use on The Speed Adjustment of Shaft Hoist on The Basis of PLC ControlABSTRACTFor hoist control system problems，the paper applied PLC and frequency converter to the system，and have carried on deeper research in feasibilityIn the design of control system of mine elevator the new PLC control technique at home and abroad are applied to instead of the relay and touchThe advanced digital direct current frequency conversion equipment is adopted in the electromotor transmissionThe establishment of real-time images using configuration software can be run on-site convenient and flexible way to control and displayAdvanced industry control computer are used to monitor and manage the course of elevatorLocal debugging and running result indicate that the system is credible，the precision of control is high，and can fulfill the require of the local manufactureKEY WORDS：Shaft hoist, PLC, Frequency conversion, Control system目录前言1第1章 绪 论41.1课题研究意义41.2 矿井提升机电控系统的发展51.2.1 国外矿井提升机的发展51.2.2 国内矿井提升机的发展61.3 本文主要研究内容6第2章 提升机的工况分析82.1 提升系统简介82.2 提升机电动机运行方式82.3 提升机的速度图和力图92.3.1 提升机的速度图92.3.2 力图102.4 矿井提升机对电气控制系统的要求11第3章 可编程控制器简介153.1 PLC的基本特点153.2 PLC的基本结构163.3 PLC的工作原理183.4 PLC的分类193.5 PLC编程203.5.1 PLC执行用户程序的过程203.5.2 梯形图的表示213.5.3 梯形图的编程规则22第4章：矢量控制变频调速244.1变频调速的发展及在提升机系统中的应用244.2变频调速基本原理254.3变频调速控制方式分类284.4 变频器按中间直流环节方式分类304.5变频调速技术的发展现状31第5章 总体设计方案335.1 系统控制要求335.2 选择机型335.3控制系统的I/0点335.4系统控制结构345.4.1 系统主电路图345.4.2 系统控制电路图345.4.3 系统外围接线图355.5 设计步骤355.6 系统流程框图365.7硬件部分设计365.7.1 输出规格375.7.2 标度变换375.7.3变频器参数设置表375.8软件部分设计385.9实验及结果395.9.1实验过程395.9.2实验现象395.9.3实验结果40结论41谢 辞42参考文献43附 录44外文资料翻译46前言矿井提升机是机、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、矸石、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。近三十年来，国外提升机机械部分和电气部分都得到了飞速的发展，而且两者相互促进，相互提高。起初的提升机是电动机通过减速器传动卷筒的系统，后来出现了直流慢速电动机和直流电动机悬臂安装直接传动的提升机。上世纪七十年代西门子发明矢量控制的交-直-交变频原理后，标志着用同步电动机来代替直流电机实现调速的技术时代已经到来。在提升机机械和电气传动技术飞速发展的同时，电子技术和计算机技术的发展，使提升机的电气控制系统更是日新月异。早在上世纪七十年代，国外就将可编程控制器(PLC)应用于提升机控制。上世纪八十年代初，计算机又被用于提升机的监视和管理。计算机和PLC的应用，使提升机自动化水平、安全、可靠性都达到了一个新的高度，并提供了新的、现代化的管理、监视手段。但国内提升机电控系统很长时间都处于落后的状况，直到目前为止，我国正在服务的矿井提升机电控系统大多数还是转子回路串金属电阻的交流调速系统，设备陈旧、技术落后。国产提升机安全性、可靠性差，在关键。部位上下两井口减速区段没有配套的有效的速度监视装置，就提升机控制技术而言，依然是陈旧的，和国外相比，我们存在很大的差距。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：1)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来设备的操作控制。采用PLC控制，硬件简洁、软件灵活性强、调试方便、维护量PLC技术已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提控制设备，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。采用先进的工业计算机、现场总线和工业自动化技术，按照结构标准化、产品系列化、性能现代化、体积小型化的原则，研制生产适合矿井提升机电控设备是进行技术改造和新建矿井设备选型的理想选择。使用上位机监控系统，采用组态模式，实现良好的人-机对话；实时监控提升机的运行状态，上位机动态模拟显示及故障闭锁；可进行故障报警、数据查询、报表打印；记录提升钩数以及每班、每日、每月、每年的提升量累计；故障声光指示、记忆及部分传感器上位机的紧急处理。为保证提升设备无事故，在提升设备有可能出现故障的各个重要环节上，设置双回路系统，并在系统的各个环节上设有各种检测、控制、自诊断以及记录和保护装置(如负载、速度、加减速、产量、运行时间等记录)。本文从解决实际矿井提升系统存在的问题出发，对传统的调速方案进行了控制方式的革新和数字化改造，降低了成本，提高了控制精度，加强了系统稳定性。表明本文所提出的设计方案具有实用价值。适用、经济、高效、可靠是本文提升机系统设计的追求目标。第1章 绪 论 1.1课题研究意义矿井提升机是煤矿“四大运转设备”之一，其电力传动特性复杂，电动机频繁正、反向运行，经常处于过负荷运转和电动、制动不断转换的状态中；它的安全性、可靠性亦是至关重要，其运行性能和安全可靠性直接影响着煤炭生产及作业人员的生命安全，一旦发生事故必然导致人员伤亡和设备的严重损坏，矿山正常生产的中断，造成重大的经济损失。因此，提高提升机的性能，提高其自动化水平，使其安全性、可靠性达到一个新的高度势在必行。随着现代科学技术的进步，现代化矿井的建设，以及对作业人员的生命更加重视，对矿井提升机的安全可靠性提出了更高的要求。近年来，我国有关部门在提升机安全方面做了大量工作，使矿井提升机设备的安全可靠性有了很大进步，并将“可靠性系统工程”的理念引入了矿井提升机领域，与之相适应，提升机对其电控系统安全可靠性的要求也愈来愈高。因此，在设计矿井提升机时，总是把安全性、可靠性放在首要位置。就其本质而言，提升机电控系统的高可靠性主要表现在两个方面：一是电控装置本身质量好，故障率低；二是电控系统出现故障后应能根据故障性质及时进行保护，并能对故障内容进行记忆和显示，以便能迅速排除。由于国内现有提升设备陈旧、技术落后、故障率高，提升效率低，不能满足实际生产需求，存在的问题主要有以下几点：能源让费大，设备运行不稳定，使用寿命低，维修费用高，可靠性低。正由于以上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。在提升机控制系统应用可编程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。随着数字、电力电子技术的发展，可编程控制器和变频器在提升机控制系统中逐步得到使用，从而使得提升机控制系统的安全性得到了很大的提高。可编程逻辑控制器(PLC)是目前工业领域应用广泛的机型。而在PLC电控系统的基础上配合变频调速装置，运用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。变频装置取代复杂的串联电阻切换装