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1、电气工程学院课 程 设 计 说 明 书 设计题目： 矿井提升机的PLC控制系统设计 专业班级： 11级应用电子1班 学 号： 110105030012 学生姓名： 张颖 指导教师： 郭忠南 电气工程学院课程设计任务书课程名称： 电气控制与PLC课程设计 基层教学单位：电气工程及自动化系 指导教师： 郭忠南等学号110105030012学生姓名张颖（专业）班级11应电1 班设计题目矿井提升机的PLC控制系统设计设计技术参数采用PLC构成矿井提升机的电气控制系统。控制要求查阅相关文献。设计要求1) 根据控制要求，进行电气控制系统硬件电路设计，包括PLC硬件配置电路。2) 根据控制要求，编制PLC控
2、制程序3) 按要求编写设计说明书并绘制A1幅面图纸一张。参考资料1、PLC电气控制技术 漆汉宏主编 机械工业出版社 20082、图书馆各类期刊文献相关数据库3、相关电气设计手册周次第一周第二周应完成内容完成全部方案设计：周一、二：查、阅相关参考资料周二至周五：方案设计周六、日：设计方案完善周一、二：完成设计说明书周三、四：绘制A1设计图纸周五：答辩考核指导教师签字基层教学单位主任签字 摘要矿井提升机是采矿业中的一个核心电气硬件，它担负着矿井中矿石、物料、人员的运输任务，传统的矿井提升机主要采用继电器一接触器进行控制，具有连接线路复杂、效率低、故障率很高、浪费电能严重并且可靠性差，存在很大的安全
3、问题，因此矿井提升机的安全控制一直是国内外学者研究的问题。采用PLC可编程序控制器，通过编程掌握各个控制状态，具有更稳定、安全并且节能的优点。因此本文采用可编程序控制器和变频器实现矿井提升机的控制系统设计。 关键词：PLC；变频器；矿井提升机；目录第一章 矿井提升机简介第二章 现代调速方式和和制动方式的介绍； 现代PLC的介绍； 现代变频器技术简介第三章 总体的设计目标；设计中各部分的分析；软件设计思路第四章 变频器KV2000的选择 三菱PLC芯片选择以及接线分析第五章 软件编程设计 矿井提升机介绍矿井提升机是采矿业中一种最大的矿井工作硬件机电设备，其集机电液于一体，在不同的矿业生产中承担着
4、矿石运输，人员转移等等不同的重要任务，因此矿井提升机构的安全与可靠性控制尤其重要。现在的矿井提升机已经取代了由接触器和继电器的构成的繁琐的机构，而是通过运行相对较安全可靠的，而且具有较高的效率的可编程控制器组成的电控系统来控制矿井提升机的升降，其主要的电控系统一般来讲有三种，分别是传统的交流电控系统，交流变频调速系统和直流电控系统三大类。由于我国经济的快速发展,人们对矿山资源的需求也在日益增长,要求矿井提升机的运行应该是相对较安全可靠的，而且应该具有较高的效率。经过了几十年的发展,数字化控制取得了很大的进步，我国的矿井提升机电控技术初步形成，但是与美国、德国等发达国家相比，依然存在着很大差距。
5、目前发达国家的矿井提升机电控技术已经全面实现了数字控制，而国内绝大多数矿井提升机的电控系统还是采用效率低下、安全隐患多的继电器一接触器控制技术，严重影响着我国矿山产业的健康发展，所以需要对矿井提升机进行大规模技术改造和更新。 矿井提升机的安全性、可靠性以及经济性具有很高的要求。针对目前现状，本课题需要研究矿井提升机的运行特点，控制逻辑，PLC与矿井提升机的控制关联，变频器的使用，从而解决以下三个主要问题：1.对于提升速度，提升高度，制动等运作方面更加平滑；2.更为简单、直观的操作界面；3.减少矿井提升机不必要的能源损耗，优化运行机制。而在本设计中，也特别需要在安全方面做出应有的装置，安全回路，
6、故障报警等等设计内容都为矿井提升机的安全运行提供了更好的保障。 调速方式矿井提升机调速基于异步电机，转速公式为： （2-1）因此想要改变电机转速，可通过的方式有：改变转差率s，改变电机的极对数p，改变供电频率f。从调速的本质来看，可分为改变同步转速或者不改变同步转速两种。其中不改变同步转速的有：绕线式电动机的转子串电阻调速、斩波调速、串级调速等。转变同步转速的有：改变定子线路电压、变极对数调速方法、无换向电动机调速、频率的变频调速等等。制动方式现代最常用的制动系统大致分为三类，分别为反接制动、动力制动、回馈制动。其中反接制动适用于正转反转频繁切换的系统，动力制动时最常见的制动系统，适合应用于对
7、停车位置要求相对严格的系统中；回馈制动时将他励电机电源从高降到低，将转速从高降到低的过程。电功率的输出传给装置的电源，这种制动过程伴随这一种正向的功率反馈过程。现代plc介绍美国数字设备公司根据GM公司的生产要求，于1969年研制出了世界上第一台可编程控制器。其后，各个发达国家均相继引入这项新的技术，并获得了空前成功。自此，PLC迅速发展起来。在20世纪70年代初期和中期，PLC虽然引入了部分计算机的控制特点和控制功能，但受限于当时的技术水平和时代需求，它仅能按程序顺序完成控制要求。它仅具有计数器，定时器，等简单的逻辑运算功能。随着微处理器的迅速发展，在七十年代末八十年代初期，PLC的处理速度
8、大大提高。增加了许多的特殊功能，使得其不光可以进行逻辑控制，还可以对工业生产中的许多模拟数据进行处理控制。自八十年代以来，随着大规模和超大规模集成电路技术的迅猛发展，PLC也开始更多的借鉴当时较为先进的计算机控制功能，以16位和32位处理器为核心的PLC迅速的在全世界普及和发展，现在的plc已经拥有了中断技术，高速计数等等高级功能，使得其在工业环境中的应用变得更加可靠和强大，逐渐在现代工业生产控制系统中占据了自己的一席之地。可编程逻辑控制器实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，基本构成为：电源；中央处理单元；存储器；输入输出接口电路输入输出接口电路是PLC除中央处
9、理器外最重要的部件。输入接口电路由光电耦合电路和微机的输入接口电路组成，他的作用是沟通PLC与外部硬件设施及上位机，起到通道的作用。种种选通、中断请求电路构成了输出接口电路。输入输出接口电路可以向现场的各类工业电气器件发送控制信号，它是PLC与外界工业设备沟通的基本桥梁，是PLC控制功能实现的重要窗口。PLC的正常运行阶段分为三个。分别是输入采样阶段，用户程序执行阶段，和输出刷新阶段。在输入采样阶段，控制器会用上文提到的扫描方式一次读入所有的输入状态和数据，并将它们全部存入映像区中的相应的单元内。输入采样结束后，会进入下一个用户程序阶段。在这一阶段，PLC将会按照由上而下的顺序依次的扫描用户程
10、序（梯形图）。在扫描每一个梯形图时又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算再之后然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。经过以上两个阶段后，会进入输出的新阶段，在这个阶段里，PLC会根据之前存储的输出数据来刷新所有的输出线路，通过输出的相关电气设备电路，才能驱动种种相关的工业外部设备。经过以上的种种输出步骤之后，PLC才能够将预设的程序所达到的预期控制功能圆满完成。相比于单片机技术或者传统的矿井提升机控制
11、技术，PLC的优点是十分明确的。最核心的优点是PLC具有强大的稳定性，可以在极其恶劣的工业环境中长时间稳定运行。而相比于传统的电路及开关控制，PLC的可编程特性又使他具有较高的适应能力，不管是改变PLC的功能，还是矿井提升机具体工作参数的调整，都可借由编程逻辑的改变而实现。除了这两个优点之外，它强大的功能，配套化的硬件装置，以及较小的维修工作量，都为矿井提升机的PLC技术提供了优势点。在本次设计中选择了三菱公司的一款PLC产品，它的功能强大，能够很好地满足本次的设计任务。通过该款PLC产品，配合变频器的使用，能够很好地控制矿井提升机正常运行，也为将来的功能调整提供便利。变频技术简介异步电机的转
12、速主要有电压和频率决定。而现代变频器技术则是通过改变电源频率的方法来进行调速的控制设备，是一种整合了微电子技术和变频技术的新型调速方式。变频器主要由整流、滤波、逆变三大部分组成。其中对于频率的调整是选择了电力电子开关器件来实现的。通过对于多个电力电子开关器件的正确连线，在使用中通过开关的通断可以进行无极的频率电压参数调节，这种新型的调速方法不但可以达到调速的预期目的，相比传统的电阻调速，它还在节能方面有更突出的优势。市面上绝大多数变频器均拥有自己的丰富的辅助功能，在电力控制的流程中，一旦产生了过载，过压等等危险的故障现象，变频器能够通过安全回路和过载保护功能来很好的保护电机，同时提升了矿井提升
13、机运行中的安全系数。正是由于变频技术随着自动化技术的提升而越来越先进，目前，已经在各类工业级电机的运行控制调速系统中，已经成为了不可忽视的一种先进调速思路。变频器目前的发展分为四代，第一代是正弦脉宽调制控制方式；第二代产品是电压空间矢量控制方式；第三代产品是矢量控制方式；第四代产品是直接转矩控制方式第三章各部分的设计动力系统主要有机械部分和电气部分两部分构成，矿井提升机的机械部分基本上由制动器、滚筒、减速器和底座四部分组成；电气部分主要包括变频器、PLC控制设备、断路器等电气功能设备组成。液压系统包括液压站和润滑站。在停车时先通过液压站可以提供强大的制动力量，制动力通过滚筒施加给电机。而在提升
14、机启动时，首先电机会在变频器所施加一定力矩下受力，其次程序控制松开机械闸，这样的设置可以防止溜车，从而保证系统安全可靠地运行。控制系统是整个设计的核心部分，也是本次设计的重点。通过对于三菱PLC的使用，可以设定系统的工作方式和控制方式，可以发布系统的各种控制命令，以顺利控制矿井提升机的种种运行状态。监控系统是保障矿井提升机正常运行和意外事件规避的重要部分。PLC自身可以完成一定的数据处理比较功能。通过PLC编程上的控制和设计，可以实时监控电机的运算速度和运输斗的位置，在不同的状况下进行处理，从而很好地完成保障功能。安全回路则是保证整个运行系统安全的关键，它包括硬件回路和软件回路两条回路。安全回路相互闭锁，当一条断开的时候，另外一条也会同时断开。安全回路通过硬件回路实现。当检测装置发现故障信号时，通过接触器的功能，可使硬件安全回路断开，系统会立刻解除运行控制指令，解除变频器的功能，通过液压站进行
