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1、基于PLC的矿井提升机变频调速系统设计摘要矿井提升机是采矿等行业的重要设备，矿物的运输和人员的运输等都离不开提升 机。我国传统的矿井提升机主要采用继电器接触器进行控制，并通过在电动机转子回 路中串接附加电阻来实现启动和调速。这种控制系统存在可靠性差、故障率高、操作复 杂、电能浪费大、效率低等缺点。针对传统提升机的问题，本设计采用可编程控制器控制系统，并且与变频器结合 实现提升机速度控制。通过对提升机系统的深入研究，完成提升机控制系统设计，选择 硬件设备型号，并且完成硬件系统设计，其中包括检测模块、控制模块、保护模块和抗 干扰模块的设计，最后进行系统集成和调试。根据硬件系统要求画出外部接线图，并
2、且 编写控制系统程序。通过可编程控制器控制变频器，实现提升机启动、加速、等速、减 速、爬行和停车操作，并且对过载、超速、过卷等故障进行监控。可编程控制器采用PLC,硬件简洁、软件灵活性强、调试方便、维护量小，配合一 些装用电子模块组成的提升机控制设备，为提升机的安全运行提空环境。同时能够时时 检测矿井提升机的安全性能，反馈给控制设备。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，提高了形同的稳定性和可靠性。变频调速是利用改变被 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。采用该控制系统， 使提升机工作可靠，使用方便，同时具有动态显示的功能，节能效果明显。应用可
3、编程 控制器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 可编程控制器 PLC 变频器 控制系统Systematic Design on frequency control of ShaftHoist on Basis of PLC ControlABSTRACTShaft hoist is an important equipment in mining industries, which is inseparable in the transportation of mineral and personnel. Chinese traditional sh
4、aft hoist use relay - contactor to control mainly, and achieve startup and speed governing by the motor rotor circuit in series with additional resistances. This control system has many disadvantages, such as lower reliability, higher failure rate, more complex operation, more power waste, and lower
5、 efficiency.As for the problems of traditional shaft hoist, this design achieves hoist speed control by using programmable logic controller system, which combined with frequency converters. Through my intensive study in hoist system, I have completed hoist control system design, the size choice of t
6、he hardware device, and finish hardware system design, including the design of detection module, control module, protection module, and anti-jamming module. Finally, I carry on the system integration and debugging. Depending on the hardware system requirements, I draw external wiring diagram and wri
7、te control system program. Through the programmable logic controller, mine hoist can realize its start, acceleration, constant speed, deceleration, crawling and parking operations, and monitor stoppages such as overload, overspeed, and volume.Programmable logic controller uses PLC, and it is hardwar
8、e simplicity, strong software flexibility, easy commissioning, little maintenance. It can provide the shaft hoist safe operation with favorable environment, combined with some control equipment equipped with electronic modules hoist. At the same time, it can test the safety performance of shaft hois
9、t, and feedback to the control device. In this way, the intermediate links of traditional relay-contact control system are reduced, hardware and control lines are reduced, the stability and reliability of tantamount are improved. Frequency control successfully realizes that Ac motor is in a wide ran
10、ge of stepless smooth speed regulation, by taking advantage of changing the power frequency of the controlled object.With this control system, the hoist is reliable, easy to use, and it has the function of dynamic display, as well as its energy-saving effect is obvious. It will become the inevitable
11、 trend of history to transform mine hoist control system by applying Programmable Controllers -Drive.Keywords: shaft hoist; programmable logic controller; PLC; frequency converters;control system目录1 引言 11.1 国内外矿井提升机发展现状 11.1.1 我国矿井提升机电气控制系统的现状 11.1.2 国外提升机电气控制系统的现状 11.2 存在的问题及最新发展 21.3 本文承担的任务 32 矿井
12、提升机系统的控制要求 42.1 矿井提升机结构介绍 42.2 矿井提升机速度和受力分析 42.2.1 提升机的速度分析 42.2.2 提升机的受力情况 52.3 矿井提升机的调速控制方案分析 72.3.1 传统转子回路串电阻调速系统 72.3.2 模糊控制调速系统 72.3.3 直接转矩控制系统 82.3.4 变频器调速控制系统 82.3.5 矿井提升机调速系统的确定 93 提升机调速控制系统硬件设计 103.1 提升机变频控制部分设计 113.1.1 变频器简介 113.1.2 变频调速基本原理 123.1.3 提升机变频器的选择 133.1.4 变频器的调试 143.2 提升机系统变频器外
13、部电路设计 163.2.1 提升机调速系统的声光报警回路 173.2.2 提升机调速系统的制动控制回路 173.2.3 编码器反馈回路 193.3 提升机调速系统的 PLC 控制部分设计 203.3.1 PLC 简介 203.3.2 PLC 的选型 203.3.3提升机调速系统的PLC的I/O端口213.3.4提升机调速系统的PLC外部电路设计223.3.5提升机调速系统各部分的PLC控制234 系统抗干扰措施 254.1 PLC 的抗干扰254.1.1 PLC 的干扰来源 254.1.2 抗干扰的主要措施 254.2 变频器的抗干扰及其防止 264.2.1 变频器干扰来源 264.2.2 干
14、扰信号的传播方式 274.2.3 抗干扰措施 275 提升机调速控制系统软件设计和调试 285.1 提升机调速系统的控制程序流程 285.1.1 提升机调速系统的中断子程序功能 285.1.2 提升机调速系统的故障处理子程序功能 285.2 提升机调速系统的程序调试 306 结论 32谢 辞 34参考文献 351引言1.1 国内外矿井提升机发展现状矿井提升机对安全性、可靠性和调速性能的特殊要求，使得提升机电控系统的技术 水平在一定程度上代表一个厂或国家的传动控制技术水平，因此世界各大公司纷纷将新 的、成熟的技术应用于提升机电控系统。1.1.1我国矿井提升机电气控制系统的现状在矿业生产中，矿井提
15、升机起着非常重要的作用，它是矿山生产的关键设备。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，又代表着矿井提升机发展 的整体水平。目前，我国的矿井提升机90%以上是采用单机容量在 1000kW 以下传统的 交流异步电机拖动，采用转子串、切电阻调速，由继电器接触器构成逻辑控制装置。 其中多半为电动机一发电机组（F-D机组）供电，采用晶闸管整流传动（SCR-D）的只 占一部分。 传统交流拖动系统的显著缺点是：调速性能差，调速时能量要大量消耗在 电阻上，给定方式落后，控制精度低，安全保护和监测环节不完善，安全可靠性差，维 护工作量大，而且运行不经济。由于异步电动机在低速运行时特性曲线软，在次同步状态下无法产生有效的制动力 矩 ，因而难于准确地控制提升机的停车位置。目前多采取动力制动或低频拖动加制动 的方式完成减速、爬行和停车。目前在用的动力制动及低频电源大多数为采用模拟技术 控制的晶闸管装置，仍存在调速困难、维护量大的问题。传统交流电控系统可靠性差的 另一个原因是安全保护、闭锁及监测系统不完善，均为单线系统，且与控制系统想混联， 多数共用一套线路，互相影响。 在实施提升机电气控制系统技术改造时，即要有超前 一步的意识紧盯国际先进水平，也要考虑我国的现状，实现符合我国国情的提升机电控 系统现代化1。1.1.2
