基于PLC和变频器的矿井提升机张超论文Word下载.docx

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摘要

矿井提升机被称为矿山的咽喉，是生产的关键设备，是地下矿井与外界的唯一通道，肩负着运输矿石、物料、人员等的重要责任。

对提升机来说，运行的安全性与可靠性是至关重要的。

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。

因此对矿井提升机控制系统进行研究具有现实意义，也是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，并采用现代化的管理和监视手段保障提升机的安全运行，保证矿井提升机可靠、准确地运行，实现矿井提升机的计算机控制。

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，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。

关键词：

矿井提升机，PLC，变频调速，控制系统

ABSTRACT

Themineelevatorisentitledasthethroatofmine,anditisthemostvitalequipmentinmine.Themineelevatoristheonlychanneltotheundergroundmines,anditisshoulderingthetransportationofmineral,materialsandpeople.Thesafetyandsecurityisthemostvitaltoelevator.Thetraditionalshafthoistcontrolsystemisalwayscontrolledbytherelay－contactor,andadoptsthemethodsofconnectseriesadditionalresistantinrotor’swindinglooptostartandadjustspeed.Thesystemhasmanydisadvantagessuchasbadreliability,complicatedoperation,highfaultrate,largeenergy－wastingandlowefficiency.So,carryingontheresearchontheshafthoistcontrolsystemhasrealisticmeanings,anditisasubjectforresearchbyrelevantexpertsandscholars,bothathomeandabroadtoo.

Alongwiththedevelopmentandapplicationofcomputerandprogrammablelogicalcontroller,thecontrollerofmineelevatorcomeforthnewvisage,thelevelofautomatizationandsafetyandsecurityarrivedatthenewaltitude,andprovidedanewandmodernmanageandmonitormeans.Advancedindustrycontrolcomputerareusedtomonitorandmanagethecourseofelevator

Frequencyconversionisdevelopedasanewautomaticcontroltechnologyinrecentyears,whichisusedtochangethepowerfrequencyofthecontrolledobjects,itsuccessfullyachievethespeedsteplessadjustingoftheAcmotorinalargescope,anditcanmakethemotorbealwaysinthebeststateaccordingtotheloadconditionsatanytime.Ithasveryhighefficiencyandtheenergy-savingeffectisobviousinthewholerangeofspeed.Adoptinginverterspeedtocontroltheasynchronousmotorsiswidelyusedbecauseofitisconvenient,highreliabilityandtheeconomicbenefitisremarkable.Therefore,adoptinginvertertoreformthecontrolsystemofshafthoistwillbecometheinevitabletrendofhistory.

KEYWORDS：

shafthoist,PLC,frequencyconversion,controlsystem

目录

第1章绪论1

1.1国内外矿井提升机研究现状与发展趋势1

1.1.1国外矿井提升机的现状1

1.1.2国内提升机的现状与发展趋向2

1.2本文研究意义及内容3

1.2.1研究意义3

1.2.2研究内容3

第2章系统工艺流程及控制要求4

2.1矿井提升机系统简介4

2.2提升机电动机运行方式5

2.3提升机的速度要求及受力情况6

2.3.1提升机的速度要求6

2.3.2提升机的受力情况7

2.4矿井提升机的电气传动方案8

第3章系统控制方案设计9

3.1控制单元基本原理9

3.2控制系统总体设计11

3.3可编程控制器（PLC）介绍11

3.3.1PLC的基本特点12

3.3.2PLC的基本结构13

3.3.3PLC的工作原理13

3.3.4PLC的编程语言14

3.4变频器介绍14

3.4.1变频调速基本原理15

3.4.2变频器按中间直流环节方式分类16

第4章控制系统硬件设计18

4.1控制系统硬件选型18

第5章控制系统软件设计19

5.1控制程序流程图20

5.2系统控制程序梯形图21

第6章人机交互界面22

6.1触摸屏概述22

6.2触摸屏在工业控制中的应用23

6.3PWS－3261触屏简介24

6.4触摸屏在矿井提升机控制系统中的应用24

第7章结论25

参考文献26

致谢……………………………………………………………………………………27

第1章绪论

1.1国内外矿井提升机研究现状与发展趋势

矿井提升装置是采矿业的重要设备，随着科学技术的进步和矿井生产现代化要求的不断提高，人们对提升机工作特性的认识进一步深化，提升设备及拖动控制系统也逐步趋于完善，各种新技术、新工艺逐步应用于矿井提升设备中。

特别是模拟技术、微电子技术、微电脑技术在提升机控制中的应用已成为必然的发展。

1.1.1国外矿井提升机的现状

近三十年来，国外提升机机械部分和电气部分都得到了飞速的发展，而且两者相互促进，相互提高。

起初的提升机是电动机通过减速器传动卷筒的系统，后来出现了直流慢速电动机和直流电动机悬臂安装直接传动的提升机。

上世纪七十年代西门子发明矢量控制的交一直一交变频原理后，标志着用同步电动机来代替直流电机实现调速的技术时代已经到来。

1981年第一台用同步机悬臂传动的提升机在德国Monopol矿问世，1988年由MAVGHH和西门子合作制造的机电一体的提升机（习惯称为内装电机式）在德国Romberg矿诞生了，这是世界上第一台机械和电气融合成一体的同步电机传动提升机。

在提升机机械和电气传动技术飞速发展的同时，电子技术和计算机技术的发展，使提升机的电气控制系统更是日新月异。

早在上世纪七十年代，国外就将可编程控制器（PLC）应用于提升机控制。

上世纪八十年代初，计算机又被用于提升机的监视和管理。

计算机和PLC的应用，使提升机自动化水平、安全、可靠性都达到了一个新的高度，并提供了新的、现代化的管理、监视手段。

1.1.2国内提升机的现状与发展趋向

目前国内的矿井提升机传动方式大多为以下几种：

1、交流绕线式异步电动机转子串电阻调速

2、直流可逆调速

3、交流变频调速

（1）异步电动机的交—直—交变频

（2）大惯量低速同步电动机交—交变频

国内矿井提升机的发展趋势如下：

（1）随着国家出台一系列节能降耗、发展低碳经济相关政策，各大煤炭企业将不得不淘汰掉那些高耗能、高污染、生产技术落后的设备。

矿井提升机作为生产重要设备，除高耗能以外，还有着工作结构复杂、危险程度大等突出问题，因此，技术落后、设备陈旧逐渐不能满足发展要求，取而代之的将会是节能环保、安全高效的全数字化生产模式。

（2）使用变频器调速的矿井提升机，可以实现启动时的软启动、软停车，减轻对电网的冲击；

可根据负载需要，自动输出合适的功率大大降低了不必要的能量耗损；

调速平滑连续，使运行更加安全、稳定、高效。

据此，变频器以其独特的优势在提升机行业的应用也迎来了发展的新时期。

1.2本文研究意义及内容

1.2.1研究意义

目前国内各大煤矿的矿井提升机系统的调速方案大多采用继电器－接触器控制的转子串电阻调速。

该方案耗能大，占地面积大，已不能适应现代矿业发展的需要。

因此有必要对其调速方案进行改造。

在广泛考察现行的变频调速方案后，本文提升机系统控制单元采用目前工控适用的可编程控制器来控制，具有编程简单和控制可靠性高的优点，电力拖动系统中，选用先进的变频传动装置，运用先进的矢量控制技术，优化了调速系统的性能，这已成为现代交流调速的重要研究方向。

采用先进的工业计算机、现场总线和工业自动化技术，按照结构标准化、产品系列化、性能现代化、体积小型化的原则，研制生产适合矿井提升机电控设备是进行技术改造和新建矿井设备选型的理想选择。

为保证提升设备无事故，在提升设备有可能出现故障的各个重要环节上，设有各种检测、控制、自诊断以及记录和保护装置（如超载、速度、加减速等记录）。

1.2.2研究内容

在煤矿生产中，矿井提升机起着非常重要的作用。

矿井提升机是矿井生产过程中的一个重要环节，它的任务是提升有用矿物和矿石、