基于PLC的矿井提升机变频调速控制系统设计2

洛阳理工学院毕业设计（论文）I基于PLC的矿井提升机变频调速控制系统设计摘要本文主要设计了矿井提升机的变频调速系统以及PLC控制系统。通过对矿井提升机调速系统要求的分析，说明了采用变频调速的重要性。在对各种变频调速方法的分析比较后，选择采用交流变频调速，然后选择变频器的类型，并按调速系统要求设计了变频器的外部电路。通过对其电控系统各类故障处理的要求，选择采用可编程控制器（PLC），并对可编程控制器进行选型。考虑到实际生产中可能出现的问题，合理的设计可编程控制器（PLC）的外部电路，并在此基础上对可编程控制器（PLC）程序做出初步的设计方案，为了保证可编程控制器（PLC）的可靠工作，将其系统抗干扰措施也设计在内。本文只是初步理论设计，并未应用于实践，在应用于实践前必须对其进行实践验证。关键词：矿井提升机，变频调速，变频器，PLC洛阳理工学院毕业设计（论文）IIDesignofMineHoisterBasedonPLCwithFrequencyConversionABSTRACTThisarticlemainlydesignsthevariablefrequencyspeedcontrolsystemandPLCcontrolsystemofminehoist.Basedontheminehoistcontrolsystemrequirementsanalysis,illustratestheimportanceofusingvariablefrequencyspeedregulation.Inavarietyoffrequencyconversionspeedregulationmethodofanalysisandcomparison,selectionusingACfrequencyconverter,andthenselectthetypesoffrequencyconverters,andaccordingtothespeedcontrolsystemisdesignedtheexternalcircuitoffrequencyconverter.Theelectriccontrolsystemofvariousfaulthandlingrequirements,selectionbyusingtheprogrammablecontroller(PLC),andtheprogrammablecontrollertype.Consideringthepracticalproductionproblemsthatmayarise,therationaldesignofprogrammablecontroller(PLC)oftheexternalcircuit,andbasedontheprogrammablecontroller(PLC)programtomakethepreliminarydesign,toensurethattheprogrammablecontroller(PLC)forthereliableoperationofthesystem,theantiinterferencemeasuresaredesigned.Thispaperisonlyapreliminarytheoreticaldesign,isnotappliedinpractice,appliedinpracticebeforeitmustbeverifiedinpractice.KEYWORDS:MineHoist,VariableFrequencySpeedRegulation,FrequencyConverter,PLC洛阳理工学院毕业设计（论文）III目录前言.........................................................................................1第1章矿井提升机...........................................................................31.1矿井提升机概述....................................................................31.2国外矿井提升机的发展........................................................41.3国内矿井提升机的发展........................................................6第2章矿井提升机调速控制系统设计............................................82.1提升机电气控制系统要求及组成.........................................82.2变频调速基本原理..............................................................112.3变频调速在提升机电控上的应用.......................................132.4交-直-交PWM变频器主回路简介.....................................152.5变频器的选择......................................................................162.5.1变频器的选型...........................................................172.5.2变频器容量的选择....................................................172.5.3变频器外部电路设计...............................................18第3章PLC硬件设计.....................................................................213.1PLC简介.............................................................................213.2PLC的选型.........................................................................223.3PLC的I/O分配..................................................................223.4PLC的硬件接线图..............................................................25第4章PLC软件设计.....................................................................264.1PLC软件概述.....................................................................264.2程序设计..............................................................................274.2.1软件结构....................................................................274.2.2软件部分设计...........................................................274.3PLC系统抗干扰措施..........................................................30结论..............................................................................................32谢辞................................................................................................33洛阳理工学院毕业设计（论文）IV参考文献..........................................................................................34附录..............................................................................................35外文资料翻译............................................................................36洛阳理工学院毕业设计（论文）1前言矿井提升机是各种厂矿生产的重要设备。提升机的安全、可靠、有效、高速运行，直接关系到企业的生产状况和经济效益。矿井提升系统具有环节多、控制复杂、运行速度快、惯性质量大、运行特性复杂的特点，且工作状况经常交替转换。虽然矿井提升系统本身有一些安全保护措施，但是由于现场使用环境条件恶劣，造成了各种机械零件和电气元件的功能失效，以及操作者的人为过失和对行程监测研究的局限性，使得现有保护未能达到预期的效果，致使提升系统的事故至今仍未能消除。因此提升机调速控制系统的研究一直是社会各届人士共同关注的一个重大课题。电气控制方式在很大程度上决定了提升机能否实现平稳、安全、可靠地起制动运行，避免了严重的机械磨损，防止较大的机械冲击，减少机械部分维修的工作量，延长提升机械的使用寿命。随着矿井提升系统自动化，改善提升性能，以及提高提升设备的提升能力等的要求，对电气传动方式提出了更高的要求。对矿井提升机电气传动系统的要求是：有良好的调速性能，调速精度高，四象限运行，能快速进行正、反转运行，动态响应速度快，有准确的制动和定位功能，可靠性要求高等。目前，我国地下矿山矿井提升机的电气传动系统主要有：晶闸管变流器—直流电动机传动控制系统和同步电动机矢量控制交-交变频传动控制系统。这两种系统大都采用数字控制方式实现控制系统的自动化运行，效率高，有准确的制动和定位功能，运行可靠性高，但造价昂贵。对于中、小型提升机，则多采用交流绕线式电动机转子切换电阻调速的交流电气传动系统。这种电气传动系统设备简单，但属于有级调速，提升机在减速和爬行阶段的速度控制性能较差，特别在负载变动时很难实现恒加减速控制，经常会造成过放或过卷事故。提升机频繁的启动和制动工作过程会使转子串电阻调速产生相当严重的能耗，另外转子串电阻调速控制电路复杂，接触器、电阻器、绕线电机电刷等容易损坏，影响生产效益。将变频调速技术应用于矿井提升机是矿井提升机电气传动系统的发展方向。随着变频调速技术的发展，交-直-交电压型变频调速技术已开始在洛阳理工学院毕业设计（论文）2矿井提升机改造中应用。变频器的调速控制可以实现提升机的恒加速和恒减速控制，消除了转子串电阻造成的能耗，具有十分明显的节能效果。变频器调速控制电路简单，克服了接触器、电阻器、绕线电机电刷等容易损坏的缺点，降低了故障和事故的发生。本文将变频器与可编程控制器（PLC）综合应用在矿井提升机上不仅使调速性能增强，同时也使得系统工作的可靠性得到了提高。洛阳理工学院毕业设计（论文）3第1章矿井提升机1.1矿井提升机概述矿井提升机是机、