矿井交流提升机调速控制系统设计.doc

1、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的设计，选择硬件设备型号，并且完成硬件系统设计。根据硬件系统要去画出外部接线图，并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

2、障进行监控。变频器速度调节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。应用变频器对矿井提升机的控制系统进行改造，将成为历史发展的必然趋势。关键词：矿井提升机；PLC；变频器；控制系统AbstractMine hoist is important equipment in the mining industry,etc. Minerals and personnel transportation is inseparable from the hoist .Our traditional mine hoist mainly adopts relay-contancto

3、r control,and through motor rotor circuit series additional resistance to realize the start and speed. This control system is poor reliability , high failure rate, complex operation , power waste,the low efficiency,etc.Aim at the problems of traditional hoist,this design adopts the PLC control syste

4、m,and with frequency converter realize the hoist speed control.Through to hoist system research ,complete hoist control system design,select hardware decice type and complete hardware system design.According to the hardware system requirements draw outside wiring diagram and write system programming

5、 .Through the PLC control inverter realize the hoist start,accelerate,constant speed ,reduction,crawl and parking operation,and monitoring overload ,speeding,Hoist Top,etc.Frequency control is through changing power frequency of the controlled object realize the AC motor Non-polar smooth speed in th

6、e wide range.Application of frequency converter Improve mine hoist control system,which will become the inevitable trend of history.Key words: mine hoist ；PLC ；frequency converter ；control system目 录1 绪论11.1国内外矿井提升机发展现状11.1.1国内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21.2设计内容及意义31.2.1设计内容31.2.2设计意义32 矿井提升机系

7、统分析42.1提升机结构及工作原理42.1.1提升机结构42.1.2提升机控制系统工作原理52.2提升机调速控制方式52.2.1直流调速分析52.2.2交流调速分析62.3变频调速系统组成72.3.1PLC简介72.3.2变频器简介92.4电控系统五阶段速度图分析103 提升机硬件选型123.1箕斗的选定123.2提升电机选定123.3变频器的选型设计133.3.1变频器容量选择133.3.2高压提升机变频器主要特点143.3.3变频器参数设置143.3.4变频器外部接线图设计143.3.5变频调速控制系统主电路主要部件的功能153.3.6变频器声光报警回路设计163.3.7能耗制动电路的作用

8、163.4 PLC的选型173.4.1 PLC的I/O 点统计173.4.2 PLC的I/O端口统计173.4.3 PLC的选型183.4.4 PLC的外部电路接线图183.4.5 PLC外围电气控制回路设计193.5硬件调速控制系统保护措施203.5.1空气断路器短路保护203.5.2热继电器过载保护214 矿井提升机变频调速系统软件设计224.1程序设计224.2系统抗干扰措施244.2.1变频器的抗干扰及防止244.2.2 PLC的抗干扰及防止254.3提升机调速系统的程序梯形图254.4提升机调速系统的程序调试265 总 结27参考文献28翻译部分29英文原文29中文译文38致 谢44

9、1 绪论矿井提升机是集多门学科一体化的大型机械设备，广泛应用于矿井、化工等厂矿企业。是煤矿企业井上连接井下的唯一设备，素有煤矿“咽喉”之称，是煤矿生产运输的重要工具，在煤矿生产建设中肩负着提升煤炭、矸石，运输物料、设备，以及升降人员等重要任务。矿井提升机电力传动系统特性复杂，提升电动机频繁正反转，经常处于过负荷的状态、电动和制动频繁的转换状态。对于矿井的提升机来说，运行的可靠性，安全性是最重要的，主井直接关系到煤矿的生产效率，副井更是负责人员上下井的运输，一旦发生意外故障，很有可能会是机毁人亡的后果。煤矿提升机的安全可靠的运行至关重要。在设计并制造煤矿提升机的过程中，一定要把安全性和可靠性放在

10、最重要的位置。因此，煤矿提升机的安全可靠，经济可靠是研究设计的重要课题。从上世纪八十年代开始，随着电力电子技术和计算机技术的大力发展，在煤矿提升机调速控制系统中PLC控制和变频器逐步得到应用，PLC的抗干扰能力强，可靠性高，基本免于维护，易实现继电器的逻辑控制等独特优点。变频器控制调速具有更优异的调速性能，平稳的起、制动性能，比较高的功率因数，工作效率，高的节能效果，从而使矿井提升机调速控制系统的安全性，可靠性大大提高。假设某煤矿设计年产量:万吨, 采用立井开采已知数据： (1)提升机工作制度为每年工作日天； (2)每日工作小时数；(3)单水平提升，井筒深度；(4) 箕斗卸载高度,装载高度；(

11、5) 散煤容重密度 ；根据此煤矿的实际情况，并广泛调查国内外矿井提升机调速控制系统的发展状况设计出适合该煤矿的安全可靠、效率高、经济的提升机调速控制系统。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。下面就国内外矿井提升机电控系统情况作一介绍。1.1.1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

12、展的整体水平。目前，我国矿井提升机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来完成减速、爬行和停车。目前在用的

13、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

14、国国情的煤矿提升机电控系统现代化。1.1.2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、

15、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(如速度、电流)监视；b、各主要设备运行状态监视；c、各传感器(如井筒同步校正开关、停车开关)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。(4) 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