矿井提升机变频调速控制系统设计毕业设计说明书.docx

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矿井提升机变频调速控制系统设计毕业设计说明书

XinjiangInstituteofEngineering

机械工程系|毕业设计说明书

论文题目矿井提升机变频调速控制系统设计

新疆工程学院机械工程系毕业设计任务书

学生姓名

姚胜辉

专业班级

矿山机电10-7（4）班

设计题目

矿井提升机变频调速控制系统设计

接受任务日期

2013.3.4

完成任务日期

2013.4.18

指导教师

薛风

指导教师单位

机械工程系

设计目标

优化矿井提升机工作方式，使用PLC变频调速自动化设计，大大的节省工作时间，减少维护费用，提高了工作效率。

设计要求

1、题目选题符合机电一体化专业的性质；

2、内容章节小结意义相对独立而连贯符合逻辑；

3、字、符、公式、图表符合标准要求；

4、不得有抄袭行为；

5、附有设计图纸。

设计指导记录

2013年3月4日到2012年3月9号思考并与老师讨论题目

2012年3月10日到2012年3月15日确定题目

2012年3月16日到2012年3月25日查阅书籍并确定题目

2012年3月26日到2012年4月2日形成初稿，完成设计图纸

2012年4月3日到2012年4月18日与老师讨论并且定稿

参考资料

[1]赵燕.传感器原理及应用.北京:

北京大学出版社.2010

[2]吴建平.传感器系统理论及应用.北京:

机械工业出版社.2009

[3]李方园.PLC控制技术.北京:

电子工业出版社.2010

[4]金沙.耿惊涛.PLC应用技术.北京:

中国电力出版社.2008

新疆工程学院机械工程系毕业设计成绩表

学生姓名

姚胜辉

专业班级

矿山机电10-7（4）班

设计题目

矿井提升机变频调速控制系统设计

指导教师（签名）

指导教师单位

机械工程系

指导教师评语

评阅成绩：

评阅教师签字：

年    月    日

答

辩

记

录

成绩：

提问教师签字：

年    月    日

答

辩

小

组

意

见

答辩成绩：

答辩小组组长签字：

年    月    日

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

Abstract

Minehoistisimportantequipmentintheminingindustry,etc.Mineralsandpersonneltransportationisinseparablefromthehoist.Ourtraditionalminehoistmainlyadoptsrelay-contanctorcontrol,andthroughmotorrotorcircuitseriesadditionalresistancetorealizethestartandspeed.Thiscontrolsystemispoorreliability,highfailurerate,complexoperation,powerwaste,thelowefficiency,etc.

Aimattheproblemsoftraditionalhoist,thisdesignadoptsthePLCcontrolsystem,andwithfrequencyconverterrealizethehoistspeedcontrol.Throughtohoistsystemresearch,completehoistcontrolsystemdesign,selecthardwaredecicetypeandcompletehardwaresystemdesign.

Accordingtothehardwaresystemrequirementsdrawoutsidewiringdiagramandwritesystemprogramming.ThroughthePLCcontrolinverterrealizethehoiststart,accelerate,constantspeed,reduction,crawlandparkingoperation,andmonitoringoverload,speeding,HoistTop,etc.

FrequencycontrolisthroughchangingpowerfrequencyofthecontrolledobjectrealizetheACmotorNon-polarsmoothspeedinthewiderange.ApplicationoffrequencyconverterImproveminehoistcontrolsystem,whichwillbecometheinevitabletrendofhistory.

Keywords:

minehoist；PLC；frequencyconverter；controlsystem

第1章绪论

1.1设计来源

矿井提升机是机、电、液一体化的大型机械，广泛应用于煤炭、金属、化工等矿山的竖井、斜井中，是生产运输的主要工具。

在煤炭生产中提升机担负着提升煤炭、矸石、下方材料、升降人员和设备的任务，是联系井上和井下的唯一设备，素有矿井“咽喉”之称。

矿井提升机的电力传动系统特性复杂，拖动电动机频繁正反转，经常处于过负荷运转和电动、制动不断地转换的状态中。

对矿井提升机来说，运行的安全性、可靠性是至关重要的，主井直接关系到矿山的生产效率，作为运送人员的副井，一旦发生故障，往往造成机毁人亡。

矿井提升机运行的安全可靠不仅涉及到井下工作人员的生命安全，而且还直接影响整个矿井的生产能力和经济效益。

因此，研究并制造即安全又经济高效的矿井提升机是煤矿安全生产的一项重要课题。

在设计矿井提升机调速控制系统时，总是把安全性、可靠性放在首要位置。

从上个世纪80年代开始，随着计算机技术和电力电子技术的发展，PLC和变频器在提升机调速控制系统中逐步得到采用。

PLC具有可靠性高、抗干扰能力强、容易实现继电器逻辑控制，基本免于维护等独特优点；变频器调速具有优异的调速性能、平稳的起制动性能、比较高的工作效率、功率因数、明显的节能效果；从而使得矿井提升机调速控制系统的安全性、可靠性得到了很大的提高。

假设某煤矿设计年产量:

采用立井开采已知数据：

（1）提升机工作制度为每年工作日；

（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；

（5）散煤容重密度；

（6）一套箕斗提升设备，采用多绳摩擦式提升机。

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。

1.2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。

1.2.1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，实现符合中国国情的煤矿提升机电控系统现代化。

1.2.2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、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