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1、题目 矿井提升机控制系统姓 名 学号 专 业 电气工程及其自动化班 级 07电气矿井提升机控制系统毕业设计摘 要矿井提升机是矿井运输的重要设备，是沟通矿井上下的纽带的。矿井提升机的可靠运行直接关系到煤矿生产的安全，矿井提升机信号系统的可靠性和准确性是矿井提升和安全运输的重要保证。本设计主要完成的矿井提升机信号系统设计和组态设计。设计中运用PLC控制技术，PLC系统采用三菱公司的FX2N系列作为主控制器，对井口、井底、机房信号台进行信号联络。组态设计使用WINCC完成，能够实现上位监控功能。使用编程软件实现信号的联络。采用PLC控制不但提高了信号传输的可靠性和准确性,而且具有极大的灵活性和扩展性
2、。在不改变系统硬件的前提下,仅靠改变PLC内部的程序就可满足用户要求。有效地解决了信号系统中的远距离传输和可靠性问题。关键词：矿井提升机信号系统；PLC；上位监控; WINCC引 言目前，我国绝大部分矿井提升机（超过70%）采用传统的交流提升机电控系统（tkd-a为代表）。tkd控制系统是由继电器逻辑电路、大型空气接触器、测速发电机等组成的有触点控制系统。经过多年的发展，tkd-a系列提升机电控系统虽然已经形成了自己的特点，然而其不足之处也显而易见，它的电气线路过于复杂化，系统中间继电器、电气接点、电气联线多，造成提升机因电气故障停车事故不断发生。采用plc技术的新型电控系统都已较成功的应用于
3、矿井提升实践，并取得了较好的运行经验，克服了传统电控系统的缺陷，代表着交流矿井提升机电控技术发展的趋势。目录1.1矿井提升机信号系统的背景41.2本次毕业设计的工艺及要求41.2.1工艺及设计介绍5第二章控制系统方案论证与选择92.1 系统总体设计思想11第三章硬件设计173.1轨道开关设计193.2 三相异步电动机213.3 变频器223.4 编码器2236电气元件选型2337硬件原理图（如大图1或附录一示）23第四章 PLC程序设计244.1Concept2.5简介4.2编程步骤4.2.1模块选型4.2.2地址分配4.2.3部分程序设计说明43程序流程图（附录二）第一章矿井提升机信号系统概
4、述1.1矿井提升机信号系统的背景矿山多中段提升竖井，一般都是副井或混合井，其提升任务繁重,作业种类复杂，中途停靠频繁。因此，需要一个高度安全可靠、功能完善,由可编程序控制器programmable Logica controller，简称PLC)为控制核心的提升信号系统。国内多数矿山的竖井提升信号系统，一般由各种控制继电器和主令开关构成，且多为20世纪50年代的仿苏产品。它的突出特点是用“点信号”(即电铃振响或指示灯明灭的次数)来代表各种提升信号。例如有的公司以一长点表示要罐,一长两短表示上行，一长三短表示下行，两短表示提物，三短表示提人等等。各提升中段发出的点信号直接传递到井口总信号房，再由
5、井口总信号工转发到提升机房。这种系统信号简洁,操作方便,快慢自如，多年来已沿用成习，尽管各单位点信号的组合方式有所不同，但原理是相同的。虽然这种信号系统结构简单、操作方便,但存在如下缺点：(1由于无法保留和复现点数,所以信号识别全凭操作者的听觉和视觉，容易造成信号的误认和误传,因信号的误认和误传而导致的提升事故屡见不鲜。(2信号之间、信号系统与提升机电控系统之间没有联锁，井口总信号工和司机的操作不受制约，很容易因误操作而引发事故。(3)声光信号一瞬即逝，无据可查，一旦发生事故，给事故分析带来困难,很难找出真正的事故原因，致使同类事故重复发生。(4) 由于信号稍纵即逝，操作人员的精力必须高度集中
6、，加重了工人的负担。近年来,研制成功的、且已为许多矿山实际应用的PLC信号系统，能够克服上述缺点。它不但完全符合冶金矿山安全规程中有关提升信号的各项规定，而且保留了原信号系统的特点和操作习惯，技术改造方便，功能齐全。新型矿井提升机信号装置的使用有效地解决了在微机系统中信号的远距离传输和可靠性问题。1.2本次毕业设计的工艺及要求本设计做的是矿井提升机信号系统设计，取材于某矿山提升机信号系统工程实例，设计系统包括：车房信号台、井口信号台、井下各中段信号台三部分构成。各部分由井口信号台PLC集中控制，实现各部分的信号联络。1.2.1工艺及设计介绍了解项目要求包括熟悉工艺条件及要求，了解控制要求，确定
7、控制方案包括根据工艺条件及控制要求指标，被控对象的特点确定难点。确定整体控制方案包括系统的设计设计依据，控制设计包括电器的选择、工艺设计、控制器设备及元器件的选择、图纸的设计，软件设计流程图结构设计，软件设计说明，具体的编程设计，修改完善，系统的安装调试及参数整定，操作说明书。为了具体去做本次设计，我们先了解一下矿井提升机信号系统（其设备配置示意图如下页图所示）：目前,国内多数矿山传统的竖井提升信号系统，一般由各种控制继电器和主令开关构成，它的突出特点是用“点信号”。矿井提升机的信号系统包括声、光信号、辅助信号、电话等,信号种类一般有:工作执行信号、提升去向信号、罐位信号、提升种类信号、检修信
8、号、事故信号、联络信号等。为便于操作,各个矿山企业均制定了相应的信号规定，如规定声音一长为要罐、二短为上行、三短为下行等,并辅之以电话联系。但是，信号规定仅仅从制度上保证操作安全，实际上并不能保证生产中不发生事故。这是因为:(1)信号是由人来执行操作的，人所处的环境因素不同,精神状态也处 于变化之中，难免发生误操作。(2) 传统的信号系统没有“记忆”功能，即无法“记忆”起井下各中段所发出的信号，当提升机司机注意力不集中或离岗后重新返回时，由于无法确认井下所发出的信号，极易误操作而引发事故。(3) 传统的继电器电控或信号系统，为有触点系统，元件易发生故障，工作可靠性差，一旦控制闭锁失灵，则事故将
9、不可避免。图1-1 设备配置示意图（实际做时只有两个灌位）近年来，研制成功的、且已为许多矿山实际应用的PLC信号系统，能够克服上述缺点。它不但完全符合冶金矿山安全规程中有关提升信号的各项规定，而且保留了原信号系统的特点和操作习惯，技术改造方便，功能齐全。采用PLC控制的电控系统,能按照国家安全规程的有关规定，来设计电控或信号系统的硬件和软件，并可对系统进行显示和控制,只有当提升机司机和信号人员都严格按规定程序进行操作无误,才能解除对提升机的闭锁。一套完备的PLC系统，通常由竖井信号、工业电视监控、数字深度指示器、有关计算及程控电话交换机等部分组成。这种系统有如下特点：(1) 提升系统增加了自动
10、控制的功能。例如，当井下发出紧急停车信号时，能自动使提升机停车并进行停车闭锁。除此之外，还能实现对提升机过负荷和各种故障的检测、保护、联锁及罐笼对位等功能。(2) 显示方面具有特色。能根据需要显示井下各个中段的情况和显示信号种类。(3) 具有“记忆”功能。能“记忆”地面及井下各中段发出的信号，包括各种检修信号。(4) 工作可靠性高。由于PLC为无触点系统,可靠性更高,尤其是近年来PLC 方面的技术发展迅速,使由PLC 组成的系统的抗干扰能力越来越强,它能在恶劣的环境中可靠地工作,较为适合矿山环境不佳的特点。(5) 控制程序可变,具有很好的柔性。对于分期投产的矿山企业,这一点是十分重要的，因为，
11、井下中段等工艺条件变化之后，不需改变信号系统的硬件，只需修改原有程序就可满足新的要求。新型矿井提升机的信号系统，大体上可分为信号输入、信号输出及保护环节三大部分。PLC 信号系统是在原有信号系统的基础上，加入控制核心PLC 及相应装置，将老系统的点信号送入PLC 输入端，经处理输出各种指令或保护信号。它具有以下功能：信号显示和保留：提升点信号的点数和提升中段名称分别用数码管显示，提升种类用汉字显示。提升机房的信号显示器,只显示由井口总信号工转发的信号点数，井口和各中段的信号显示器，既显示由本中段自发的信号，又显示井口转发的信号。这些显示均一直保留到相应的提升过程结束，避免了信号的误认和误传。信
12、号显示和保留：提升点信号的点数和提升中段名称分别用数码管显示,提升种类用汉字显示。提升机房的信号显示器，只显示由井口总信号工转发的信号点数，井口和各中段的信号显示器，既显示由本中段自发的信号,又显示井口转发的信号。这些显示均一直保留到相应的提升过程结束，避免了信号的误认和误传。信号闭锁：当井口总信号工根据提升作业的需要,同意罐笼在某中段工作时,只有在该中段发出开车信号后,井口总信号工才能向提升机房转发出工作信号。否则,即使中段转换开关转到去向井口的位置,井口总信号工也无法向提升机房发出开车信号,实现了罐位自锁。同时,自发信号一经发出,系统自动闭锁,后面续发的信号无效,实现了信号自锁。此外,系统
13、还具备程序闭锁,上下行信号闭锁、信号系统与提升机电控系统间的闭锁等功能。总之,PLC 电控系统不仅大大增加了安全保护功能,而且安全可靠,操作方便,维修容易,值得大力推广。1.2.2功能本次设计的功能包括车房信号台、井口信号台、井下信号台三部分的各自功能以及它们之间的相互联络：车房信号台功能：井口、井下提升信号的数字显示及文字显示。包括运人、运物、检修等工作方式的灯光显示信号，上行、下行，满上，满下，停车，急停等工作执行信号的灯光和数显信号。存储井口信号台本次、前次的打点信号。在极短的时间内响应井口信号台发出的指令,控制绞车的运行或停止。完成急停信号对安全回路的闭锁、停车信号,闭锁等内容。井口信
14、号台功能：完成各种提升信号的按钮检测、显示及声音提示，包括运人、运物、检修，水平联系等选择按钮；上行、下行，满上，满下，停车、急停等信号按钮，完成水平及井下各种信号的闭锁和监控。完成向车房发送信号的功能，完成本次、前次的打点信号的存储。语言报警功能。井下信号台功能：完成各种信号的按钮检测、显示及声音提示，包括工作方式信号，工作执行信号及其他信号；完成本水平各种信号的闭锁功能，完成向井口发送信号的功能。完成对信号的存储记忆功能。1.2.3 设计简介现实生活中的矿井有多个灌位，就像电梯的运行环境一样，各个灌位就像每个楼层，车房信号台可以显示提升机所在的具体灌位。但在本次设计中，乔老师在给我布置设计
15、任务时将问题简单化了，他只让我做两个灌位：井口、井底。而且故障报警也只规定了三个：过电流报警，过电压报警提升机故障报警。该信号系统的关键是信号联络，在井底信号台只能进行按钮输入操作，车房信号台只能显示输出结果，井口信号台既能输入又能进行信号转发，在各自灌位只能进行一些特定的操作，例如在井口只能进行井口发灌，要灌，下行等操作。若操作不正常或误操作，信号将解除，不能发送出去，只能是井底、井口信号一致且无误时，才能在井口进行信号确认，而后信号转发出去。（注：运行时安全门打开时信号发不出去，一切信号将解除。） 设计中我用了指示灯、响铃、蜂鸣器作为输出显示。用不同声次的响铃分别代表上行、下行、慢上、慢下。同时代表各自运行的指示灯亮，并且有文字显示（文字注释在指示灯的下面，灯亮时文字即显示出来）。报警时蜂鸣器响，且代表不同故障的各自故障指示灯亮，同样有输出文字显示。由于在设计中除了电流检测、电压检测两个模拟量输入外其余的全是数字量（开关量），因此信号采集非常简单，可直接由开关量送给PLC，电流和电压的信号由电量变送器（再加个模拟块）传送给PLC。
