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1、.TAIYUANUNIVERSITY OF SCIENCE & TECHNOLOGY毕业设计论文题目：基于PLC的矿井提升机变频调速系统设计学 生 姓 名 赵廷港学 号 200815010230班 级 电气081502所属院系 电子信息工程学院指 导 教 师 双志宏 20XX6月1日.目录摘要III关键词IIIAbstractIVKeywordsIV第1章绪论- 1 -1.1国内外矿井提升机发展现状- 1 -国内矿井提升机电气控制系统的现状- 1 -国外提升机电气控制系统的现状- 2 -1.2课题研究的目的和意义- 3 -1.3本论文承担的任务- 4 -1.4小结- 5 -第2章矿井提升机调速
2、控制系统分析- 6 -2.1引言- 6 -2.2提升机工作原理及机械结构- 6 -2.3提升机调速控制方式及调速性能分析- 7 -提升机直流调速性能分析- 7 -提升机交流调速性能分析- 8 -2.4提升机调速控制方案分析- 9 -传统转子回路串电阻调速系统- 10 -模糊控制调速系统- 10 -直接转矩控制系统- 11 -矢量控制变频调速系统- 12 -2.5小结- 14 -第3章提升机调速控制系统硬件实现- 15 -3.1引言- 15 -3.2提升机电控系统总体结构- 15 -3.3提升机电控系统变频器选择- 17 -3.4变频控制部分设计- 17 -变频调速主系统设计- 17 -变频器外
3、部电路设计- 20 -3.5 PLC控制部分设计- 24 -基本控制功能- 24 -位置检测电路- 28 -3.6硬件调速控制系统保护措施- 29 -热继电器过载保护- 30 -调速控制系统抗干扰处理- 31 -3.7小结- 33 -第4章提升机调速控制系统软件实现- 34 -4.1引言- 34 -4.2矿井提升机中S型速度曲线建模及实现- 34 -速度曲线的选择及给定方法- 34 -提升机理想S形速度曲线数学模型- 35 -理想速度曲线的实现- 39 -4.3调速控制系统软件流程- 42 -4.4小结- 44 -第5章全文总结- 45 -5.1提升机电控系统主电路部分- 45 -5.2控制系
4、统软件设计部分- 45 -5.3提升机速度控制理论分析及抗干扰保护- 46 -参考文献- 47 -致谢- 48 -基于PLC的矿井提升机变频调速系统设计摘要传矿井提升机是煤矿安全生产的关键设备之一,其作用是提升煤炭、矸石,升降人员和下放物料等,在整个煤矿生产中占有十分重要的地位。矿井提升机安全、可靠、高效、准确地运行集中体现在其电气控制系统上,电控系统性能的优劣直接影响全矿的安全生产及矿工生命的安全。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
5、矿井提升机控制系统进行研究已经成为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。现代化的管理和监视手段保障了提升机的安全运行。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。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
6、,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。本文针对提升机控制系统中存在的上述问题,把PLC可编程序控制器和变频器应用于提升机控制系统上,并在可行性方面进行了较深入的研究。事实表明：采用该控制系统,使提升机工作更可靠,更方便,节能效果更明显。关键词：矿用提升机；变频调速；PLC可编程控制器The Frequency Conversion Use on The Speed Adjustment of mine Hoist on The Basis of PLC ControlAbstractThe shaft hoist is the foremos
7、t equipment of mines,it is widely used to transport the materials,staff and equipment.The traditional shaft hoist control system is always controlled by the relay-contactor,and adopts the methods of connect series additional resistant in rotors winding loop to start and adjust speed. The system has
8、many disadvanges such as bad reliability,complicated operation,high fault rate,large energy wasting and low efficiency. According to this kind of condition, we adopt PLC and Transducer to reform for original control system, so as to raise the safety, reliability, control precision and speed regulati
9、on performance of the whole electric controlled system. 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 scholars,both at home and abroad.To these questions existing in the shaft hoist contro1 system,the pap
10、er applied PLCand frequency converter to the system,and carried on deeper research in feasibility. The fact indicates,adopting control system,the shaft hoist works reliably,easy to use,energy-saving well,and have dynamical shown function.Keywords：mine hoist；Frequency conversion；PLC.第1章 绪论1.1国内外矿井提升机
11、发展现状矿井提升机对安全性、可靠性和调速性能的三个方面有较高的要求,这使得提升机电气控制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,因此成熟的技术纷纷被应用于提升机电气控制系统。下面就国内外矿井提升机电气控制系统情况作大概介绍。国内矿井提升机电气控制系统的现状在煤矿生产中,矿井提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,矿井提升我国机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。其中多半为电动机发电
12、机组供电,采用晶闸管整流传动的只占一部分。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来完成减速、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,仍存在调试困难、维护量大的问题。传统交流电控系统可靠性差的另一原因是安全保护、闭锁及监测系统不完善,均为单线系统,且与控制系统相混联,多数共用一套线
13、路,互相影响。1986年以来,针对制约提升安全的主要环节,陆续增设了深度指示器、自动减速、限速等安全监测及后备保护功能,初步实现了对提升容器的定点位置监测及几项重要安全保护的双线制,使提升安全状况有所改善。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,也要考虑我国国情,依靠自己的力量,加强与先进国家的合作,采取引进、消化吸收、合作生产、联合改造等多种形式,实现符合中国国情的煤矿提升机电控系统现代化。国外提升机电气控制系统的现状国外从70年代开始,随着微机技术的发展,微机控制技术己逐步应用于矿井提升机中。目前,国外己达到相当成熟的阶段,使整个拖动控制产生一次变革。其应
14、用主要体现在以下几方面:1提升工艺过程微机控制在交流变频装置中,提升工艺过程大都采用微机控制。由于微机功能强,使用灵活,运算速度快,监视显示易于实现,并具有诊断功能,这是采用模拟控制无法实现的。2提升行程控制提升机的控制从本质上说是一个位置控制,要保证提升容器在预定地点准确停车,要求准确度高,目前的控制误差小于2cm。采用微机控制,可通过采集各种传感信号,如转角脉冲变换、钢丝绳打滑、滚筒及钢丝绳磨损等。将信号进行处理,可计算出容器准确的位置而施以控制和保护。在箕斗提升时可实现无爬行提升,大大提高了提升能力。如SIEMENS,ABB,AEG等公司己采用32位微机来构成行程给定器。除此之外还提供性
15、能不尽相同的机械行程控制器。一般过程控制用微机作监视,行程控制也采用单独微机完成,从而提高了系统的可靠性。3提升过程监视由于近代提升机控制系统的设计特别强调安全可靠性,所以提升过程监视与安全回路一样,是现代提升机控制的重要环节。提升过程采用微机主要完成如下参数的监视：a、提升过程中各工况参数监视；b、各主要设备运行状态监视；c、各传感器信号的监视。使各种故障在出现之前就得以处理,防止事故的发生,并对各被监视参数进行存储、保留或打印输出。甚至与上位机联网,应用于矿井监测系统中。安全回路安全回路是指提升机在出现机械、电气故障时控制提升机进入安全保护状态,此环节极为重要。为确保人员和设备的安全,对不同故障一般采用不同的处理方法。安全回路是保护的最后环节之一,现在大多公司都采用两台PLC构成安全回路,使安全回路具有完善的故障监视功能,无论是提升机还是安全回路本身出现故障时都能准确地实施安全制动。5全数字化系统调速控制德国AEG公司的Logidyn D、西门子公司的Siemadyn D以及ABB公司的DCR系
