毕业设计--基于PLC控制的变频调速系统在矿井提升机中的

毕业设计（论文）说明书毕业设计（论文）题目基于PLC控制的变频调速系系统在矿井提升机中的应用年级专业09机电一体化学生姓名指导教师庞元俊董德铭平顶山工业职业技术学院2011年5月25日平顶山工业职业技术学院成人教育学院毕业设计（论文）任务书姓名张熙专业机电一体化任务下达日期2011年2月26日设计（论文）开始日期2011年2月26日设计（论文）完成日期2011年5月29日设计（论文）题目：基于PLC控制的变频调速系统在矿井提升机中的应用A．编制设计B．设计专题（毕业论文）指导教师庞元俊董德铭系(部)主任年月日平顶山工业职业技术学院毕业设计(论文)评语第页共页学生姓名:张熙专业:机电一体化年级:09级毕业设计(论文)题目:基于PLC控制的变频调速系统在矿井提升机中的应用评阅人:指导教师:(签字)年月日成绩:系(院)主任:(签字)年月日毕业设计(论文)及答辩评语:平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）答辩委员会记录系专业,学生于年月日进行了毕业设计(论文)答辩。设计（论文）题目：基于PLC控制的变频调速系统在矿井提升机中的应用专题(论文)题目:指导老师:庞元俊董德铭答辩委员会根据学生提交的毕业设计(论文)材料,根据学生答辩情况,经答辩委员会讨论评定,给予学生毕业设计(论文)成绩为。答辩委员会人，出席人答辩委员会主任（签字）：答辩委员会副主任（签字）：答辩委员会委员：，，，，，，，平顶山工业职业技术学院成人教育学院毕业设计（论文）说明书第1页目录目录..................................................1摘要..…………………………………………………………….3前言.................................................4第一章十一矿新副井提升绞车电控系统概况..............81.1十一矿新副井绞车电控系统简介..................................81.2十一矿新副井原来转子切电阻调速电动机运行方式.................81.3十一矿新副井绞车原来使用拖动系统系统框图及功能...............9第二章双馈变频调速系统技术方案.......................112.1变频技术简介................................................112.2变频调速的基本原理..........................................152.3双馈调速系统结构图和运行原理................................192.4电平双PWM变换器............................................212.5全控双馈调速系统构成........................................222.6双馈调速系统运行方式........................................232.7矢量控制全控双馈调速方案....................................242.8全控双馈调节系统结构........................................252.9多PLC网络控制系统..........................................27第三章操作台及外部设备的作用.........................313.1操作台......................................................313.2上位机监视部分..............................................323.3外部传感器的安装与作用......................................33第四章两种方案比较...........................................34平顶山工业职业技术学院成人教育学院毕业设计（论文）说明书第2页总结.............................................................37参考文献...........................................................39致谢................................................................40平顶山工业职业技术学院成人教育学院毕业设计（论文）说明书第3页基于PLC控制的变频调速系统在矿井提升机中的应用摘要目前我国矿井提升机中的大多交流异步电机拖动系统，采用的电气控制系统采用转子串、切电阻调速，由继电器一接触器构成逻辑控制装置。本文以安全、可靠、高效、经济为出发点，以可靠性原则为依据，对矿井交流提升机电控系统中转子电路串电阻调速部分，进行改革，由可编程控制器(PLC)控制的变频调速控制代替原有的串，切电阻的调速方式。本文以JKMD-3.5X4〈L〉E型多绳摩擦提升机为例，提出了研究设计方案，并且在中平能化集团十一矿新副井提升绞车上成功实施。PLC变频调速电控系统主要有一下几方面的优点：1.能耗明显降低；2.生产效率大提高；3.调速性能好，无机械冲击；4.电机定子、转子温度均下降很多，使电机运行的故障率大幅减少；5.系统自动化高，保护齐全，安全性高，减少了人工操作失误率。关键词：矿井交流提升机变频调速PLC电控技术研究平顶山工业职业技术学院成人教育学院毕业设计（论文）说明书第4页前言在煤矿生产中，矿井提升机起着非常重要的作用。矿井提升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矸石；升降人员和设备；下放材料等。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，是矿井安全生产中重中之重的一大环节。我国目前正在服务的矿井提升机的电控系统主要有以下3几种方案：转子电路串电阻的交流调速系统、直流发电机与直流电动机组成的G—M直流调速系统和晶闸管整流装置供电的V—M直流调速系统。中平能化十一矿新副井以前就是采用转子电路串电阻的交流调速系统。而这种电控系统存在着很多的问题:（l)电机转差功率全部消耗于转子电阻回路中，而提升机有较长时间运行在重载加速、减速的工况下，此时转差功率非常大，这就造成了巨大的能源浪费。根据有关调查研究，我国2006年的电能消耗中，60～70%为动力电；而在总容量高达5.8亿kW的电动机总容量中，却只有不到2000万kW的电动机是采用节能型的变频调速方式。电机节能，特别是大型电机系统节能是降低国家能源消耗的重要手段。（2)电阻分级切换，为有级调速，设备运行不平稳，容易引起电气及机械冲击。（3)继电器、接触器频繁动作，电弧烧蚀触点，影响接触器使用平顶山工业职业技术学院成人教育学院毕业设计（论文）说明书第5页寿命，维修成本较高。（4)交流绕线异步电动机的滑环存在接触不良问题，容易引起设备事故。（5)电动机依靠转子电阻获得的低速，其运行特性较软。（6)提升容器通过给定的减速点时，由于负载的不同，而将得到不同的减速度，不能达到稳定的低速爬行，最后导致停车位置不准，不能正常装卸载。上述问题使提升机运行的可靠性和安全性不能得到有效的保障。因此，需研制更加安全可靠的控制系统，使提升机运行的可靠性和安全性得到提高。在提升机控制系统中应用计算机控制技术和变频调速技术，对原有提升机控制系统进行升级换代。在八十年代后期，特别是九十年代以来，随着半导体技术的发展，交-直-交变频技术发展越来越成熟，应用也越来越广。因此，以全数字变频控制技术来代替传统的TKD控制方式已经成为一种趋势。其控制方式为“全数字变频调速+多PLC冗余控制+上位机监控”全数字电控系统。与原系统相比较新系统存在能耗小、噪音低，特别是配备全数字控制系统时可靠性更高、维护极为方便的优点。矿井变频调速提升机全数字电控系统有如下特点：（1）硬件结构简单，故障点少，可靠性高全数字调速电控系统的硬件电路均采用大规模和超大规模集成电平顶山工业职业技术学院成人教育学院毕业设计（论文）说明书第6页路，元器件少，结构简单，故障点少，可靠性高；传统TKD系统则以分立元件为主，元器件多，线路复杂，故障点多，可靠性差。（2）可控精度高，工作稳定性好全数字调速电控系统设有微处理器，整个控制功能与调速算法均由软件完成，控制参数一经确定，就不会发生改变，所以控制精度高，工作稳定性好；而老式电控系统的控制功能与调速算法均由硬件实现，控制参数离散性大，控制精度低，工作稳定性差。（3）故障自诊断能力强，大大降低使用维护成本全数字调速电控系统中，硬件工作状态可以通过软件来反映，软件运行情况也可以通过硬件来监视，这样硬、软件故障可以通过指示直接反映出来，维护方便。（4）具有较高的可构置性，扩展方便，运行灵活性高全数字电控系统硬件采用以总线联系的模块化结构，控制算法和系统控制采用软件完成，具有较高的可构置性，在系统投入运行以后，随着科学技术的发展和系统要求的提高，可以进行功能扩展，具有较高的运行灵活性；而原电控系统一经设计完成，就无法进行功能扩展，具有功能单一，运行灵活性差的缺点。（5）可与其它系统联网，实现现代化管理全数字调速电控系统容易实现数字通讯，并与其它系统联网，它可将系统中的运行参数、运行状态传递到网络上，便于实现现代化管平顶山工业职业技术学院成人教育学院毕业设计（论文）说明书第7页理，而模拟调速电控系统就很难实现联网功能。（6）性能价格比高一方面，随着电子技术的发展，集成器件的成本越来越低，这样全数字调速电控系统的成本将越来越低；另一方面，全数字调速电控系统技术先进、可靠性高、功能强大，因此具有很高的性能价格比。进一步来说，全数字调速电控系统在技术上已经发展成熟，因此在传动领域采用全数字调速电控系统并大力发展是一种必然趋势，它终将取老式调速电控系统。尽管矿井变频调速提升机全数字电控系统具有以上特点，但针对我国矿山常用的高压绕线式异步电动机拖动的提升机而言，仍然因元件耐压等因素而难以实现，采用电平叠加的方式解决了耐压问题，但终究因变压器、器件等损耗而使得效率较低，且价格昂贵。随着以IGBT为代表全控器件组成的PWM变换器具有谐波分量小的显著优点，于是针对高压绕线异步电动机转子双馈变压变频调速成为可能，也就解决了上述问题，特别适合我国国情。平顶山工业职业技术学院成人教育学院毕业设计（论文）说明书第8页第一章十一矿新副井提升绞车电控系统概况1.1十一矿新副井绞车电控系统简介十一矿新副井绞车是一套主导轮直径为3.5米的落地式摩擦轮交流绞车，型号为JKMD－3.5×4（Ⅰ）E－（PDS），电机功率800KW，提升高度为724米，最大提升速度为6.46米/秒；以前的电控系统采用焦作华飞电力电子工业有限公司的TKD系统，采用“绕线异步电机+转子串电阻加速+高压接触器换向+低频拖动减速”的控制方式；转子切电阻调速，能耗高，效率低。按照09年安全治理项目计划，对新副井电控系统进行改造，新系统为“全数字转子双馈变频调速+多PLC冗余控制+上位机监控”全数字电控系统。改造后可降低能耗20-30%，生产效率、调速性能可大大提高，系统自动化程度，减少人工操作失误率。1.2十一矿新副井原来转子切电阻调速电动机运行方式提升机电动机的运行方式,主要根据系统的力图来确定。（1）加速阶段。提升时为正力,采用电动加速。下放时为负力,若负力值较小,可考虑自由加速,并配合使用盘式制动器,若负力值较大,则采用动力制动加速。加速阶段不实行闭环调节,而以时间、速度为函数,逐步短接转子附加电阻,使提升电动机从零速升至全速。（2）匀速阶段。提升时为正力,采用电动拖动。下放时为负力,采用能耗制动、闭环控制,单闭