洛阳理工学院毕业设计（论文）基于PLC的矿井提升机变频调速系统设计摘 要 传统的矿井提升机控制系统主要采用继电器-接触器进行控制。这种控制系统存在可靠性差、操作复杂、故障率高、电能浪费大、效率低等缺点。采用PLC与变频器相结合的控制方案对原有电控系统进行改造，提高整个电控系统安全可靠性、控制精度及调速性能。本文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。论文根据矿井提升机的运行特性要求，对变频器和PLC 进行选型，并对系统的软、硬件进行设计，其中包括检测模块、控制模块、保护模块、显示模块和抗干扰模块的设计，最后进行系统集成和调试。采用该控制系统，使提升机工作可靠，使用方便，同时具有动态显示的功能，节能效果明显。关键词：矿井提升机， PLC，变频调速The Freouency Conversion Use on The Speed Adjustment of Shaft Hoist on The Basis of PLC ControlABSTRACTThe traditional shaft hoist control system is always controlled by the relay-contactor. The system has many disadvanges such as bad reliability，complicated operation，high fault rate，large energy wasting and low efficiency. we adopt PLC and Transducer to reform for original control system, so as to raise the safety, reliability, control precision and speed regulation performance of the whole electric controlled system.The paper applied PLC(Programmable Logic Controller)and frequency converter to the system，and have carried on deeper research in feasibility.Paper based on the operation of mining properties hoist requirements，the selection of frequency converter and PLC，and the system software and hardware design. Including the detection module，control module，protect module，display module and anti-jamming module design，the final system integration and debug. Adopting control system，the shaft hoist works reliably，easy to use，energy-saving well，and have dynamical shown function.KEY WORDS: Shaft hoist，PLC，Frequency conversionII目录前言1第1章 矿井提升机变频调速系统的设计31.1 矿井提升机对电气控制系统的要求31.2 提升机调速控制系统方案设计41.2.1 控制单元基本原理41.2.2 调速基本原理61.2.3 系统设计8第2章 矿井提升机变频调速系统的硬件设计112.1 PLC的设计112.1.1 PLC简介112.1.2 PLC的选型122.1.3 PLC外围电气控制132.2 矿井提升机及电机的选型152.2.1 矿井提升机152.2.2 箕斗的选定162.2.3 预选提升电机172.2.4 参数计算172.2.5 电机容量校核212.3 变频调速系统222.3.1 变频器222.3.2 变频调速基本原理242.3.3 变频器的选型252.3.4 变频器主电路设计及参数设定27第3章 矿井提升机变频调速系统软件设计303.1 提升机PLC控制要求303.2 程序设计30第4章 系统抗干扰措施354.1 PLC的抗干扰354.2 变频器的抗干扰及其防止36结论37谢 辞39参考文献40附录41外文资料翻译42前言本文以某煤矿主立井提升机调速控制系统为工业背景，在已经非常成熟但调速方法比较落后的交流拖动技术基础上，通过基于PLC的变频控制技术在矿井提升机行程、速度和制动控制中的应用，阐述了新型矿井提升机调速控制系统的设计与应用情况。 本设计的主要工作有：矿井提升机调速控制系统的设计；调速控制系统硬器件的选型； 调速控制系统软件部分的设计；对所设计的系统进行分析。目前国内提升机的调速控制系统绝大多数还是在电机转子回路串入电阻分段控制的交流绕线式电机继电器接触器系统。这种控制方式设备陈旧、技术落后，存在着很多的问题：在转子回路串接电阻，消耗大量电能，造成能源浪费。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。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。系统的安全性、可靠性不高，容易发生事故。电动机依靠转子电阻获得的低速，其运行特性较软。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，不能达到稳定的低速爬行，最后导致停车位置不准，不能正常装卸载。因此，需要研制更加安全可靠的控制系统，使提升机运行的可靠性、安全性、经济性和高效性得到提高。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。本设计从解决实际矿井提升机调速控制系统的问题出发，控制单元采用目前工控适用的PLC来控制；电力拖动系统中，选用先进的变频传动装置；优化了矿井提升机调速控制系统的性能。甩掉了原电控调速用的交流接触器及调速阻，提高了系统的可靠性，改善了操作人员的工作环境，使噪音及室温降低了很多；调速连续方便，分段预置频率，能根据负荷情况连续平滑调节转速，无机械冲击现象；实现了低频低压的软起动和软停止，使停车运行更加平稳；启动及加速过程冲击电流小，可以实现提矿井升机在重载下从低速平稳无级平滑地升至最高速。目前，这一控制方法为现代交流调速中比较先进的调速控制方式之一。 安全、可靠、经济、高效的矿井提升机调速控制系统设计是本设计的追求目标。第1章 矿井提升机变频调速系统的设计1.1 矿井提升机对电气控制系统的要求提升机控制系统方案的选用应满足生产工艺的要求速度。所以需要先来分析提升机电控系统的静、动态特性。提升机电气传动系统的给定速度u=f(t)，根据动力学方程式Td=Te-Ti= Tn *e/375式中 Te-电动机电动力矩;Ti-传动系统的静阻转矩;Tn-传动系统的飞轮力矩，Tn=4gJ，其中J为转动惯量()，g为重力加速度，Td-传动系统的动态转矩,e-加速度。可以得出按给定速度图所需转矩Te=f(t)的特性，从而可以得到拖动系统所需的力F=f(t)。提升机的负载静力FL决定于提升机滚筒承受的静张力差，在双罐笼的平衡提升系统中，静力凡也就是提升物体的净载重。由于提升系统的负载为位势负载，所以静力FL的作用方向始终是提升重物的重力方向，而与系统的运动状态和方向无关。因此在电动机不带电时，为了使重的罐笼处于静止状态(便于罐笼的装卸载)，对滚筒必须施加机械闸。要使提升机按照给定的速度图运行，电动力矩Te可能为正，也可能为负。这意味着电动机不仅要工作在电动状态，还应能工作在制动状态。由于不同的负载，不同的提升机运行阶段，电动机的运行状态也各不相同。综合以上提升机的运行特点以及矿山生产固有的特点，提升机工艺对提升机电控系统的要求如下:(1) 加(减)速度符合国家有关安全生产规程的规定。提升人员时，加速度a0.75m/s2，升降物料时，加速度a1.2m/s2,另外不得超过提升机的减速器所允许的动力矩。(2) 具有良好的调速性能。要求速度平稳，调速方便，调速范围大，能满足各种运行方式及提升阶段(加速、减速、等速、爬行等)(3) 有较好的起动性能。提升机不同于其他机械，稳定运行的要求。不可能待系统运转后再装加物料，因此，必须能重载启动，有较高的过载能力。(4) 特性曲线要硬。要保证负载变化时，提升速度基本上不受影响，防止负载不同时速降过大，影响系统正常工作(当然，当负载超过一定的限度时，还要求系统能有效的自我保护。迅速安全制动停车，即所谓要具备挖土机机械特性)。(5) 工作方式转换容易。要能够方便的进行自动、半自动、手动、验绳、调绳等工作方式的转换，操作方便，控制灵活，不至于因工作方式的转换影响正常生产。(6) 采用新技术和节能设备，易于实现自动化控制和提高整个系统的工作效率。具备必要的连锁和安全保护环节，确保系统安全运行.尽量节约能源和降低运转费用。1.2 提升机调速控制系统方案设计1.2.1 控制单元基本原理 我国提升机设备中，普遍使用TKD系统，这种控制系统是采用继电器有触点的逻辑控制，以磁放大器为核心组成模拟量闭环调节。在继电器控制系统中，要完成一个控制任务，支配控制系统工作的“程序”是由各分立元件(继电器、接触器、电子元件等)用导线连接起来加以实现的，这样的控制系统称为接线程序控制系统。在接线程序控制系统中，控制程序的修改必须通过改变接线来实现。几十年来 ，这种控制系统由于受元件水平的限制而存在着缺陷，突出表现在:(1) 使用大量继电器、接触器及其它分立电子元件，系统体积大，运行噪声大，功耗高，接线复杂，故障率高，工作稳定性和可靠性差，控制速度慢，控制精度差，功能改变难度大，使用寿命短。(2) 在启动过程中，由于罐笼的实际载重量不同，实际的加速过程并非按照预定的设计参数运行，常常出现停车不准确甚至提前停车现象。(3) 采用磁放大器做调节控制，稳定性差，线性度差，调速精度很难保证。(4) 系统安全保护环节不全面，工作不可靠，故障显示不直观，分析查找故障难度大，缺乏运行参数显示功能.(5) 调速性能差，机械冲击大，人员乘车舒适性差。这些不足主要是因为采用继电器控制方式造成的，在这种控制方式下继续改善的余地不大。如果对该竖井提升机电控系统进行技术改造，那么需要改变控制策略，采用当代高新实用技术来控制，使之成为安全、可靠、高效率、自动化程度高的电控系统。是可编程序逻辑控制器，简称PLC，PLC技术是现代工业自动化的重要手段，由它构成的控制系统逻辑控制由PLC通过软件编程实现，柔性强，控制功能多，控制线路大大简化;PLC的输入喻出回路均带有光电隔离等抗干扰和过载保护措施，程序运行为循环扫描工作方式，且有故障检测及诊断程序，可靠性极高;PLC控制系统结构为模块化结构，维护更换方便，并可显示故障类型。图1-1为可编程控制器控制系统。其输入设备和输出设备与继电器控制系统相同，但它们是直接接到可编程序控制器的输入端和输出端的。控制程序是通过一个编程器写到可编程控制器的程序存储器中.每个程序语句确定了一个顺序，运行时依次