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1、毕业设计（论文）题目基于PLC和变频器的矿井提升机电控系统姓名张超学号180409110专业班级 电气自动化 091 班院系名称太原科技大学成人教育学院指导老师宋老师2011年11月10日基于PLC和变频器的矿井提升机电控系统摘要矿井提升机被称为矿山的咽喉，是生产的关键设备，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一接触 器进行控制,这类提升机通常在电动机转子回路中串接附加电阻进行启动和调速。 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。 因此对矿井
2、提升机控制系统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。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
3、效果明显。采用变频器对异步电动机进行调速控制，由于 使用方便、可靠性高并且经济效益显著，所以得到广泛应用。因此，应用变频器 对矿井提升机的控制系统进行改造，将成为历史的必然趋势。关键词：矿井提升机，PLC,变频调速，控制系统ABSTRACTThe mine elevator is entitled as the throat of mine, and it is the most vital equipment in mine. The mine elevator is the only channel to the underground mines, and it is shoulderi
4、ng the transportation of mineral, materials and people. The safety and security is the most vital to elevator. The traditional shaft hoist control system is always controlled by the relay contactor, and adopts the methods of connect series additional resistant in rotor9s winding loop to start and ad
5、just speed. The system has many disadvantages such as bad reliability, complicated operation, high fault rate, large energy wasting and low efficiency. So, carrying on the research on the shaft hoist control system has realistic meanings, and it is a subject for research by relevant experts and scho
6、lars, both at home and abroad too.Along with the development and application of computer and programmable logical controller, the controller of mine elevator come forth new visage, the level of automatization and safety and security arrived at the new altitude, and provided a new and modern manage a
7、nd monitor means. Advanced industry control computer are used to monitor and manage the course of elevatorFrequency conversion is developed as a new automatic control technology in recent years, which is used to change the power frequency of the controlled objects, it successfully achieve the speed
8、step less adjusting of the Ac motor in a large scope, and it can make the motor be always in the best state according to the load conditions at any time. It has very high efficiency and the energy-saving effect is obvious in the whole range of speed. Adopting inverter speed to control the asynchrono
9、us motors is widely used because of it is convenient, high reliability and the economic benefit is remarkable. Therefore, adopting inverter to reform the control system of shaft hoist will become the inevitable trend of history.KEY WORDS: shaft hoist, PLC, frequency conversion, control system目录第1章绪论
10、11.1国内外矿井提升机研究现状与发展趋势11.1.1国外矿井提升机的现状11.1.2国内提升机的现状与发展趋向11.2本文研究意义及内容21.2.1研究意义21.2.2研究内容2第2章 系统工艺流程及控制要求32.1矿井提升机系统简介32.2提升机电动机运行方式42.3提升机的速度要求及受力情况42.3.1提升机的速度要求42.3.2提升机的受力情况52.4矿井提升机的电气传动方案8第3章 系统控制方案设计93.1控制单兀基本原理93.2控制系统总休设计113.3可编程控制器（PLC）介绍113.3.1 PLC的基本特点123.3.2 PLC的基本结构133.3.3 PLC的工作原理133.
11、3.4 PLC的编程语言143.4变频器介绍143.4.1变频调速基本原理153.4.2变频器按中间直流环节方式分类16第4章 控制系统硬件设计184.1控制系统硬件选型18第5章 控制系统软件设计195.1控制程序流程图205.2系统控制程序梯形图21第6章人机交互界面226.1触摸屏概述226.2触摸屏在工业控制中的应用236.3 PWS-3261 触屏简介246.4触摸屏在矿井提升机控制系统中的应用24第7章结论25参考文献26致谢27第1章绪论1.1国内外矿井提升机研究现状与发展趋势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
12、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。1.1.1国外矿井提升机的现状近三十年来，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一直一交变频原理后，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
13、，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。1.1.2国内提升机的现状与发展趋向目前国内的矿井提升机传动方式大多为以下几
14、种：1、交流绕线式异步电动机转子串电阻调速2、直流可逆调速3、交流变频调速（1）异步电动机的交一直一交变频（2）大惯量低速同步电动机交一交变频国内矿井提升机的发展趋势如下：（1）随着国家出台一系列节能降耗、发展低碳经济相关政策，各大煤炭企业 将不得不淘汰掉那些高耗能、高污染、生产技术落后的设备。矿井提升机作 为生产重要设备，除高耗能以外，还有着工作结构复杂、危险程度大等突出 问题，因此，技术落后、设备陈旧逐渐不能满足发展要求，取而代之的将会 是节能环保、安全高效的全数字化生产模式。（2）使用变频器调速的矿井提升机，可以实现启动时的软启动、软停车，减 轻对电网的冲击；可根据负载需要，自动输出合适
15、的功率大大降低了不必 要的能量耗损；调速平滑连续，使运行更加安全、稳定、高效。据此，变 频器以其独特的优势在提升机行业的应用也迎来了发展的新时期。1.2本文研究意义及内容1.2.1研究意义目前国内各大煤矿的矿井提升机系统的调速方案大多采用继电器一接触器控 制的转子串电阻调速。该方案耗能大，占地面积大，已不能适应现代矿业发展的 需要。因此有必要对其调速方案进行改造。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，这已成为现代交流调速的重要研究 方向。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。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，设有各种检测、控制、自诊断以及记 录和保护装置（如超载、速度、加减速等记录）。1.2.2研究内容在煤矿生产中，矿井提升机起着非常重要的作用。矿井提升机是矿井生产过 程中的一个重要环节，它的任务是提升有用矿物和矿石、升降人员和设备、下放 材料等。提升机电控装置的技术性能，既直接影响矿山生产的效率及安全，又代
