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1、毕 业 设 计（论文）（说 明 书）题 目：基于PLC矿井提升机变频调速系统设计 姓 名： XXX 编 号： XXXXXXXXXXXXXX2013 年 5 月 10 日XXXXXXXXXX毕 业 设 计 （论文） 任 务 书姓名 XXX 专业 任 务 下 达 日 期 2013 年 3 月 4 日设计（论文）开始日期 2013 年 3 月 11 日设计（论文）完成日期 2013 年 5 月 17 日设计（论文）题目： 基于PLC矿井提升机变频调速系统设计 A编制设计 B设计专题（毕业论文） 指 导 教 师 XXX 系（部）主 任 XXX 2013年 5 月24日摘要本设计在原有的继电器接触器电控
2、系统的基础上，对提升机的电控系统进行了改进。改用PLC控制，与传统的继电器接触器电控系统相比，调速时的能耗大大降低，运行效率也有很大的提高，而且减少了维修的成本。如果需要改变系统的装置，可以直接在计算机上相应的梯形图进行修改，不像传统的电控系统，需要改变很多继电器，接触器的接线，这在无形之中就节省了大量的劳动力和时间，进而提高了劳动生产率。变频调速是近年来发展起来的一门新兴的自动控制技术，它利用改变被控对象的电源频率，成功实现了交流电动机大范围的无级平滑调速，在运行过程中能随时根据电动机的负载情况，使电机始终处于最佳运行状态，在整个调速范围内均有很高的效率，节能效果明显。在矿井提升机控制系统研
3、究中，采用变频器和可编程控制器相结合的方法，在使用过程中实现了变频调速，换向等功能，使运行更加平稳可靠。适应范围广，节能效果更加明显。通过对已改造的提升机设备进行调研以及相关文献的阅读可以看出PLC控制的变频调速提升机有明显的社会效益和经济效益。关键词： 矿井提升机，变频调速， PLC，控制系统 2目 录摘要1第一章 概述11.1系统设计的目的及意义11.2 矿井提升机的国内外发展研究现状21.2.1 国外矿井提升机的现状21.2.2 国内提升机的现状与发展趋向21.3设计方案分析及确定41.3.1拖动与调速方案分析41.3.2控制方案分析与确定4第二章 主要元部件的选择92.1可编程控制器（
4、PLC）的选择92.1.1 S7-200系列西门子PLC的基本特点92.2 变频器的选择112.2.1 MM440通用变频器的简介112.2.2 MM440变频器的工作原理及其调速原理122.2.3变频器MM440的控制面板132.2.4 MM440通用变频器的参数设置142.2.5变频器各端子说明152.3 电动机的选择16第三章 系统硬件设计183.1 矿井提升机控制系统的主回路183.1.1系统主回路原理图183.1.2 PLC与变频器的接线图183.2 变频调速主控电路接线193.3矿井提升机控制系统的控制回路20第四章 系统软件设计224.1提升速度图及分析224.2 控制程序流程图
5、224.3梯形图编制234.3.1 梯形图的编程原则234.3.2 系统梯形图244.4 调试过程314.5系统抗干扰措施31第五章 人机交互界面335.1 触摸屏概述335.2 PWS3261触屏简介335.3触摸屏在矿井提升机控制系统中的应用33第六章 结论35参考文献37致 谢38第一章 概述1.1系统设计的目的及意义矿井提升机常被人们称为矿山的咽喉，是矿山最重要的设备，是地下矿井与外界的唯一通道，肩负着运输矿石、物料、人员等的重要责任。对提升机来说，运行的安全性与可靠性是至关重要的。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，这种系统存在着很多的缺点。因此对矿井提升机控制系统
6、进行研究具有现实意义，也是国内外相关行业专家学者的一个研究课题。采用新技术、新设备、新工艺来装备煤炭生产的各个环节，以达到减人提效、确保安全生产的目的，是科技兴煤的必由之路。矿井提升设备，其中主要是提升机及其控制和安全设备，也同样要面临着这一必经之路。多年来，矿井提升机及其拖运、安全保护系统等设备的技术水平和安全水平一直是困扰煤炭安全生产和效益提高的重要因素。为改变这一状况，煤炭行业的科研、高校、生产企业和待业主管部门以及行业的科研和生产企业的工程技术人员做了大量的工作，已开发了众多适用的产品和技术，积累了丰富的经验，取得了长足的进步。大家可以看到，目前我国已经可提供多种技术先进、性能可靠、安
7、全性高的矿井提升设备，大多数已在煤矿基建、生产和技术改造等方面获得了成功的应用。随着计算机和PLC技术的不断发展，采用先进的控制技术改造传统矿山行业的传统控制系统，从而使矿井提升机的控制性能得到极大的改善，其自动化水平、安全性、可靠性都达到了新的高度，并采用现代化的管理和监视手段保障提升机的安全运行，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。变频调速是近年来发展起来的一门新兴的自动控制技术，它利用改变被控对象的电源频率，成功实现了交流电动机大范围的无级平滑调速，在运行过程中能随时根据电动机的负载情况，使电机始终处于最佳运行状态，在整个调速范围内均有很高的效率，节能效果明显。在
8、矿井提升机控制系统设计中，采用变频器和可编程控制器相结合的方法，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，优化了调速系统的性能，在使用过程中实现了变频调速，换向等功能，使运行更加平稳可靠。适应范围广，节能效果更加明显。通过对已改造的提升机设备进行调研以及相关文献的阅读可以看出PLC控制的变频调速提升机有明显的社会效益和经济效益。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)。1.2 矿井提升机的国内外发展研究现状矿井提升
9、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、微电脑技术在矿井提升机控制中的应用已成为必然的发展。1.2.1 国外矿井提升机的现状矿井提升机作为矿井运输系统的主要运行形势之一，最早起源于英国、美国、德国等一些采煤技术发达的国家，五十年代已经大规模服务于煤炭行业。随着科学技术的发展，近三十年来，国外矿井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
10、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。上世纪七十年代德国西门子公司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。1981年第一台用同步机悬臂传动的提升机在德国Monopol矿问世，1988年由MAVGHH和西门子合作制造的机电一体的提升机(习惯称为内装电机式)在德国Romberg矿诞生了，这是世界上第一台机械和电气融合成一体的同步电机传动提升机。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
11、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。特别要强调的是，此时期在国外著名的提升机制造公司，如西门子、ABB、ALSTHOM都利用新的技术和装备，开发或完善了提升机的安全保护和监控装置，使安全保护性能又有了新的提高。1.2.2 国内提升机的现状与发展趋向我国矿井提升机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电器接触器系统，设备陈旧、技术落后，这种控制系统存在着操作复杂、故障率高、电能浪费大、调速性能差、运行效率低、控制精度低、安全保护和监测环节不完善、维修成本高等不足。就
12、拖动方式而言，目前我国的矿井提升机主要有以下两种拖动方式：1. 交流拖动方式目前我国提升机约70%采用串电阻调速的交流拖动方式。有单绳和多绳两种系列，大都采用改变转差率s的调速方法，在调速中产生大量的转差功率，使大量电能消耗在转子附加电阻上，导致调速的经济性变差。极少数提升机采用串级调速方法，其调速范围窄，且投资大。图1-1为提升机的交流拖动原理图。图1-1 矿井提升机的交流拖动2. 直流拖动方式我国提升机采用直流拖动有两种系统:直流发电机直流电动机机和晶闸管直流电动机系统。对于我国的矿井提升机实现精度行程控制和制动控制系统安全可靠是一个急待解决的问题。总体来说，随着科学技术不断的发展和PLC
13、可编程控制技术、变频技术的发展，我国近十年来关于矿井提升计算机控制系统的研究发展迅速,采用了先进的控制设备和控制策略,无论在驱动方式上还是控制技术上都取得了很大的进展,积累了大量的经验,取得了很大的成绩。提升机的直流拖动如图1-2所示。 图1-2 矿井提升机的直流拖动 1.3设计方案分析及确定1.3.1拖动与调速方案分析1.拖动方案斜井提升是典型的摩擦性负载，即恒转矩特性负载。重车上行时，电机的电磁转矩必须克服负载阻转矩，起动时还要克服一定的静摩擦力矩，电机处于电动工作状态，且工作于第一象限，在重车减速时，虽然重车在斜井面上有一向下的分力，但重车的减速时间较短，电机仍会处于再生状态，工作于第二象限。当另一列重车上行时，电机处于反向电动状态，工作在第三象限和第四象限，另外有占总运行时间10%的时候单独运送工具或器材到井下时，电机纯粹处于第二或第四象限，此时电机长时间处于再生发电状态，需要进行有效的制动。经分析本文将采用交流绕线式电动机拖动，长期以来，我国广泛使用交流绕线式电动机拖动，与直流他励电动机
