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1、毕业论文-基于 PLC 的矿井提升机变频调速控制系统设计基于 PLC 的矿井提升机变频调速控制系统设计摘 要本文针对提升机控制系统中存在的上述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根据提升机的运行特点控制系统采用工控机监控提升机变频调速系统 PLC 控制系统变频调速系统等组成为了提高系统的可靠性对提升机各种物理量及控制单元进行控制监控提升机的动态监测由工控机或触摸屏和组态软件组成用户在组态环境中完成动画设计设备连接编写控制流程和工程所需要的信息报表以及结果打印等主控系统采用 PLC 系统硬件简洁软件灵活性强调试方便维护量小配合一些专用电子模块组成的提
2、升机控制设备可供控制高压带动动力制动或低频制动等同时能检测各电机故障现象并送往上位机显示减少了传统继电器接触式控制系统的中间环节减少了硬件和控制线极大提高了系统的稳定性可靠性关键词矿用提升机变频调速矢量控制可编程控制器The Freouency Conversion Use on The Speed Adjustment of Shaft Hoist on The Basis of PLC ControlABSTRACTElevator Control System In this paper the above problems exist in the PLC and frequency
3、converter used in elevator control system and for a more in-depth feasibility study According to the operation of hoist features the control system IPC VVVF elevator control system PLC control systems frequency control system components In order to improve system reliability and various physical qua
4、ntities on the elevator control unit to control monitoring Dynamic monitoring of elevator or the touch screen by IPC and configuration software User environment complete the animation in the configuration design equipment connections control flow and project preparation of the required information s
5、tatements and the results of printing Master control system uses PLC systems hardware simplicity the software flexibility and easy commissioning and maintenance of small specialized electronic modules with a number of the elevator control equipment drive dynamic braking for control of high pressure
6、or low-frequency braking While the motor symptoms can be detected and sent to the host computer display Relay contact to reduce the traditional control system of the intermediate links reducing hardware and control lines which greatly improves system stability and reliability KEY WORDSShaft hoistFre
7、quency conversionVector controlPLC目录前言 1第 1 章 绪 论 211 课题概述 212 国内外矿井提升机的发展状况 2com 井提升机的现状 2com 升机的现状与发展趋向 613 本文内容及研究的意义 7com 研究内容 7com 研究意义 8第 2 章 矿井提升机调速系统的设计 921 矿井提升机对控制系统的要求 922 提升机调速控制系统方案设计 11com 控制单元基本原理 11com 调速装置 13com 主控系统设计 15第 3 章 变频调速系统的设计 1831 变频调速的发展及在提升机系统中的应用 1832 变频调速基本原理 2033 变频器
8、的选择 21com 的选型 21com 变频器容量的选择 22com 变频器主电路设计及参数设定 23第 4 章 PLC 在提升机变频控制系统中的应用 2641 PLC 概述 2642 本系统中 PLC 的选型及特点 2743 PLC 控制系统设计 27com PLC 的 IO 分配 28com PLC 接线图 33第 5 章 PLC 控制程序设计 3451 PLC 软件概述及提升机 PLC 控制要求 3452 程序设计 3553 系统抗干扰措施 40结论 42谢 辞 43参考文献 44附录 46外文资料翻译 47前言在煤炭生产中提升机担负着提升煤炭岩石下放材料升降人员和设备的任务是联系井上与
9、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主井直接关系到矿山的生产效率作为运送人员的副井一旦发生故障往往造成机毁人亡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既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 是目前作为工业控制最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完成设备的操作控制采用 PLC 控制硬件简洁软件
10、灵活性强调试方便维护量小 PLC 技术己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升机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和安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等各种运动方式的控制要求在广泛考察现行的变频调速方案后本文提升机系统控制单元采用目前工控适用的可编程控制器来控制具有编程简单和控制可靠性高的优点电力拖动系统中选用先进的变频传动装置运用先进的矢量控制技术优化了调速系统的性能这一控制方法目前仍为现代交流调速的重要研究方向之一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
11、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第 1 章 绪 论11 课题概述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负荷运转和电动制动不断地转换的状态中对应提升机来说运行的安全可靠是至关重要的主井直接关系到矿山的生产效率作为运送人员的副井一旦发生故障往往造成机毁人亡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
12、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炭安全生产的一项重要课题12 国内外矿井提升机的发展状况矿井提升装置是采矿业的重要设备随着科学技术的进步和矿井生产现代化要求的不断提高人们对提升机工作特性的认识进一步深化提升设备及拖动控制系统也逐步趋于完善各种新技术新工艺逐步应用于矿井提升设备中特别是模拟技术微电子技术微电脑技术在提升机控制中的应用已成为必然的发展方向com 井提升机的现状1 晶闸管-电动机 SCR-D 直流低速直联拖动系统部分发达国家原有的交流提升机已基本上被晶闸管-电动机 以下简称 SCR-D 所取代如德国瑞典等国家己有 90 以上采用直流提升机传动
13、系统大都采用低速直联式 省去减速机 使系统大为简化如 AEG 公司采用低速直联的 SCR-D 系统电机功率 3000kw 额定转速 558rmin 滚筒直径 65m 提人速度 17ms 提物速度 20ms 提升高度 1200m 具有完善的保护系统采用磁场反并联有平波电抗器及卧式深度发送装置采用积分给定与行程给定相结合的双重给定信号主回路采用两组三相桥组成 12 脉动顺抗整流大大提高了功率因数 SIEMENS 西门子 公司 ABB 公司CEOELEC 公司以及 ASEA 公司等都有相同类型的产品其性能大同小异此类系统的优点在于体积小重量轻占地面积小安装方便建筑费用低无减速器总效率高电能消耗少维护
14、工作量小备件少处理事故快单机容量大适用范围广调速平滑精度高易于实现最佳控制和自动化安全可靠节电显著 5-8 年可回收设备投资是矿井节电的有效途径其缺点在于功率因数低如三相桥平均功率因数只有 045 左右无功冲击大高次谐波对电网影响大这些缺点可采用顺序控制和多脉冲整流的方法以及在电网上加谐波滤波器等措施使其抑制在一定的允许范围内2 交流变频调速同步机驱动提升系统SCR-D 直流拖动系统趋于成熟且采用了顺控技术等措施来提高功率因数但其功率因数仍然较低从而从电网吸收大量的无功功率且对电网品质因数产生严重的影响提升容量越大问题越突出再则直流电机制造成本高电枢回路的整流子限制了提升容量的进一步增加且整流
15、子碳刷易磨损加大了维护工作量故障率高因此换相整流子是个薄弱环节由于存在上述两个问题迫使人们又重新考虑交流拖动方式自 80 年代初以来交流变频供电的同步机拖动异军突起在大型提升机中发展成为技术经济均优的拖动方式如 SIEMENS 公司 1979 年投运的24200kwl2650kw 额定转速 558rminCEGELEC 公司 1983 年投运的 l548OkW额定转速 695rminAEG 公司 1985 年投 l30O0kW 额定转速 558rminABB 公司投运的 l4200kW 额定转速 4586rminSIEMAG 公司投运的 2x46O0kW 等变频调速同步机拖动的提升机经过多年的
16、运行均获得成功这种拖动系统主要有如下优点 a 提升容量几乎不受限制最大可达 l0000kw 提升速度可达 20ms 以上提升高度 1200m以上滚筒直径达 65m 这是直流系统难以达到的 b 没有整流子和碳刷这一薄弱环节保证了电机的可靠运行和降低了运行消耗 c 功率因数高可达住 091 极大地节省了电能 d 动态品质好 和直流系统相同 系统可在四象限平滑过渡和无级调速 e 由于机械特性好故起动转矩大 f 同步机的价格和有色金属的消耗低于直流机 g 调速范围宽因此多数专家认为变频同步机拖动调速系统是大型提升机拖动的必然发展方向这种 拖动系统的缺点是 a 必须有专用的变频电源 b 在恒转矩调速时低速段电机的过载倍数有所降低 c 高次谐波对电网有影响需在电网上加滤波器等补偿措施加以缓解3 微机控制在提升机上的应用从 70 年代开始随着微机技术的发展微机控制技术己逐步应用于矿井提升机中目前国外己达到相当成熟的阶段使整个拖动控制产生一次重大的变革其应用主要体现在以下几方面1 提
