矿井提升机电控制系统设计

本科生毕业设计（论文）题目：矿井提升机电控制系统设计学生姓名：系别：专业年级：指导教师：2011年6月20日摘要煤矿矿井提升机是煤矿的重要设备，随着计算机和PLC技术的不断进步，采用先进的控制技术来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很大的改善，其控制系统的技术性能和可靠性直接影响煤矿的安全生产。本文采用PLC技术对TKD-A电控系统进行改造，保持原操作方式、按钮、开关、主令控制器作用不变，使用户使用方便，不需要适应期。同时可以利用PLC的高速计数功能、信号显示功能等来增加一些新的控制功能，系统安全性也将大大提高，运行更加平稳、准确。改造后的系统能够满足矿山生产的苛刻要求，而且投资相对较少，性价比较高，具有很强的实用价值。关键词：矿井提升机；PLC；电控系统ABSTRACTMinehoistisaimportantequipmentinminingoperation，withthedevelopmentofcomputerscienceandPLCtechnology，advancedelectroniccontrollingtechnologyhasbeenappliedincontrolsystemupgrading.Thetechnicalperformanceandreliabilityoftheminehoistcontrolsystemdirectlyrelatetothemineproductionsafety.Thepaperpresentsainnovativedesign，whichintegratesthePLCtechnologyintotheTKD-Asystemwhilekeepsitsoriginaloperationmode，buttons，switchesandmastercontroller.Thiswillbeconvenientforuser'soperationandutilizePLChighspeedcountingfunctionandsignalindicationfunction.Thenewdesignwillgreatlyimprovethesystemsafety.ThemodifiedTKD-Asystemcanruninamorestableandaccurateconditionandmeetstrictrequirementsofpracticalmineproduction.Extrainvestmentofthenewsystemiscomparativelysmall.Therefore，itisakindsofcosteffectivedesign，whichdeservetobegeneralized.Keywords:Shafthoist；PLC；Electricallycontrolledsystem目录前言..................................................................1第一章绪论..........................................................21.1矿井提升机发展现状..............................................21.2课题研究的意义..................................................3第二章基于变频PLC的调速系统..........................................42.1变频调速方案....................................................42.2控制系统设计....................................................42.2.1系统性能特点..............................................42.2.2系统硬件设计..............................................42.2.3系统软件设计..............................................7第三章基于PLC的电控系统..............................................83.1总体设计方案....................................................83.2硬件设计........................................................83.2.1提升机主回路部分设计......................................93.2.2制动回路设计..............................................93.2.3速度给定回路.............................................103.2.4动力制动回路.............................................113.2.5行程检测与显示...........................................123.2.6辅助回路设计.............................................133.3提升机主电动机转子电阻计算.....................................133.4PLC控制系统设计...............................................133.4.1主控PLC控制电路设计.....................................133.4.2PLC控制软件设计..........................................14第四章结论.........................................................17参考文献...............................................................18致谢.................................................................191前言矿井提升机是矿山生产的至关重要的大型设备，对矿井的生产和安全起着非常重要的作用，有着重要的国民经济意义。提升机电力传动系统运行复杂，提升机的电动机经常正反向切换运行，频繁的处于电动和制动状态不断转换和处于超负荷的状态。对提升机来说，提升的运行过程中的安全性和可靠性是至关重要的，特别是用于搭载乘务人员的副井，如果发生故障往往会造成机毁人亡，因此，为了保证提升机能够安全可靠的运行，提升机的安全性和可靠性就成为研究和制造时必须首要考虑的至关重要的问题。我国是个采矿大国，也是矿山机电设备制造和使用大国。矿山企业的提升机是咽喉设备，产品不断更新换代。老产品运行年深日久，原本落后的结构问题暴露突出，故障增多，严重影响矿山的安全运转，抑制了矿山工业的快速发展，给国民经济带来了不良的影响。随着国内矿井生产量的飞速的提高，对提高提升机的安全性、可靠性、生产效率以及整机的自动化水平，降低操作维护人员的劳动强度和提高处理设备故障的速度等，成了非常迫切的要求。所以本文就以研究和设计提升机控制系统为目的，仔细的研究和分析了提升机系统的各个组成部分及其之间的联系，来更近一步的了解提升机系统，更好的为矿山单位服务，为国民经济的发展提供良好的条件。2第一章绪论1.1矿井提升机发展现状当前国内提升机电控绝大多数还是转子回路串电阻分段控制的交流绕线式电机继电器接触器系统，设备陈旧、技术落后。而且这种控制方式存在着很多的问题：(1)转子回路串接电阻，消耗电能，造成能源浪费。(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，需要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。就计算机技术在工业现场应用情况而言，可编程控制器(PLC)是目前作为工业控制最理想的机型，它是采用计算机技术、按照事先编好并储存在计算机内部一段程序来完成设备的操作控制。采用PLC控制，硬件简洁、软件灵活性强、调试方便、维护量小，PLC技术己经广泛应用于各种提升机控制，配合一些提升机专用电子模块组成的提升机控制设备，可供控制高压带动力制动或低频制动，单、双机拖动等操作、监控和安全保护系统选用可编程控制器。主控计算机应用软件能完成提升机自动、半自动、手动、检修、低速爬行等各种运动方式的控制要求。而在PLC电控系统的基础上配合变频调速装置，运用现在先进的矢量控制技术，不但适合提升机运行工艺的要求，还将解决整套提升机系统的电力拖动方面的一系列问题。变频装置取代复杂的串联电阻切换装置，对提升机运行速度曲线、转矩大小的要求都由变频器来完成，简化了控制操作流程，提高了控制精度。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3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。使用上位机监控系统，采用组态模式，实现良好的人机对话；实时监控提升机的运行状态，上位机动态模拟显示及故障闭锁；可进行故障报警、数据查询、报表打印；记录提升钩数以及每日、每月、每年的提升量累计；故障声光指示、记忆及部分传感器上位机的紧急处理。1.2课题研究的意义我国有着丰富的矿产资源，低廉的劳动力成本，本应该在国际市场竞争中占有明显的优势，但由于技术、管理和体制等原因，大部分矿山企业的劳动力效率低下，再加上国际国内间的竞争加剧，我国矿山企业的前景不容乐观。从采用先进技术的采矿国家发展经验可以得出的结论是：采用高新技术和先进设备改造落后的矿井提升系统的现状是我国矿山企业在国内国际竞争中胜出的必由之路。本课题的研究意义也就在此：应用先进的计算机和PLC技术改造传统老旧得矿井提升机控制系统，提高矿井的产量和质量从而在市场竞争中取得优势地位。采用先进的计算机控制系统同时也可以使矿井生产的安全性和可靠性也可以得到有力的保障，同时也可以提高矿山企业的自动化和现代化管理水平。4第二章基于变频PLC的调速系统2.1变频调速方案提升机在运行过程中，矿井井下和井口必须用信号联络，信号未经确认，提升机不能运行。当操作工人听到开车信号时，按下启动按钮，PLC控制将AC380V电源接入变频器。提升机起动时，先对电机施加直流制动，再松开机械抱闸，防止溜车，提升机开始运行。在提升过程中，控制提升机运行的速度曲线可由PLC编程产生，经过A/D转换，由模拟量输出口输出，以驱动变频器工作；也可根据现场的工况需要，由操作台速度控制手柄以人工方式进行控制。旋转编码器可以检测电动机的转速，并将此信号传送给PLC，PLC通过该信号可以累计计算提升机的速度及行走距离，监视器可以时时显示提升机速度和位置。井口液压站的作用是液压机械制动，类似电磁抱闸。此制动器用于重车静止时的制动，停车时先通过液