【正文】 3 PLC的編程語言 ........................................................................................................14 變頻器介紹 .....................................................................................................................14 變頻調(diào)速基本原理 ...................................................................................................15 變頻器按中間直流環(huán)節(jié)方式分類 ..............................................................................16 第 4 章 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) ..............................................................................................................18 控制系統(tǒng)硬件 選型 ...........................................................................................................18 第 5 章 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) ..............................................................................................................19 控制程序流程圖 ..............................................................................................................20 系統(tǒng)控制程序梯形圖 .......................................................................................................21 第 6 章 人機(jī)交互界面 .....................................................................................................................22 觸摸屏 概述 .....................................................................................................................22 觸摸屏在工業(yè)控制中的應(yīng)用 ............................................................................................23 PWS－ 3261 觸屏簡介 .......................................................................................................24 觸摸屏在礦井提升機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 ...........................................................................24 第 7 章 結(jié) 論 .................................................................................................................................25 參考文獻(xiàn) ........................................................................................................................................26 致 謝 …………………………………………………………………………………… 27 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 第 1 章 緒 論 國內(nèi) 外 礦井提升機(jī)研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì) 礦井提升裝置是采礦業(yè)的重要設(shè)備，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和礦井生產(chǎn)現(xiàn)代化要求的不斷提高，人們對(duì)提升機(jī)工作特性的認(rèn)識(shí)進(jìn)一步深化，提升設(shè)備及拖動(dòng)控制系統(tǒng)也逐步趨于完善，各種新技術(shù)、新工藝逐步應(yīng)用于礦井提升設(shè)備 中。特別是模擬技術(shù)、微電子技術(shù)、微電腦技術(shù)在提升機(jī)控制中的應(yīng)用已 成為必然的發(fā)展 。 國外礦井提升機(jī)的現(xiàn)狀 近三十年來，國外提升機(jī)機(jī)械部分和電氣部分都得到了飛 速的發(fā)展，而且兩者相互促進(jìn)，相互提高。起初的提升機(jī)是電動(dòng)機(jī)通過減速器傳動(dòng)卷筒的系統(tǒng)，后來出現(xiàn)了直流慢速電動(dòng)機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)懸臂安裝直接傳動(dòng)的提升機(jī)。上世紀(jì)七十年代西門子發(fā)明矢量控制的交一直一交變頻原理后，標(biāo)志著用同步電動(dòng)機(jī)來代替直流電機(jī)實(shí)現(xiàn)調(diào)速的技術(shù)時(shí)代已經(jīng)到來。 1981 年第一臺(tái)用同步機(jī)懸臂傳動(dòng)的提升機(jī)在德國Monopol 礦問世， 1988 年由 MAVGHH 和西門子合作制造的機(jī)電一體的提升機(jī) (習(xí)慣稱為內(nèi)裝電機(jī)式 )在德國 Romberg 礦誕生了，這是世界上第一臺(tái)機(jī)械和電氣融合成一體的同步電機(jī)傳動(dòng)提升機(jī)。在提升機(jī)機(jī)械和 電氣傳動(dòng)技術(shù)飛速發(fā)展的同時(shí)，電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，使提升機(jī)的電氣控制系統(tǒng)更是日新月異。早在上世紀(jì)七十年代，國外就將可編程控制器 (PLC)應(yīng)用于提升機(jī)控制。上世紀(jì)八十年代初，計(jì)算機(jī)又被用于提升機(jī)的監(jiān)視和管理。計(jì)算機(jī)和 PLC 的應(yīng)用，使提升機(jī)自動(dòng)化水平、安全、可靠性都達(dá)到了一個(gè)新的高度，并提供了新的、現(xiàn)代化的管理、監(jiān)視手段。 國內(nèi)提升機(jī)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨向 目前國內(nèi)的礦井提升機(jī) 傳動(dòng)方式 大多 為以下幾種： 交流繞線式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速 直流可逆調(diào)速 交流變頻調(diào)速 （ 1）異步電動(dòng)機(jī)的交 — 直 — 交變頻 （ 2）大慣量低速同步電動(dòng)機(jī)交 — 交變頻 國內(nèi)礦井提升機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)如下： （ 1） 隨著國家出臺(tái)一系列節(jié)能降耗、發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)相關(guān)政策， 各大煤炭企業(yè)將不得不淘汰掉 那些高耗能、高污染、生產(chǎn)技術(shù)落后的 設(shè)備。礦井提升機(jī)作太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 為生產(chǎn)重要設(shè)備，除高耗能以外，還有著工作結(jié)構(gòu)復(fù)雜、危險(xiǎn)程度大等突出問題，因此，技術(shù)落后、設(shè)備陳舊逐漸不能滿足發(fā)展要求，取而代之的將會(huì)是節(jié)能環(huán)保、安全 高效的全數(shù)字化 生產(chǎn)模式。 （ 2） 使用 變頻器調(diào)速的礦井提升機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)時(shí)的軟啟動(dòng)、軟停車，減輕對(duì)電網(wǎng)的沖擊； 可根據(jù)負(fù)載需要，自動(dòng)輸出合適 的功率大大降低了不必要的能量耗損； 調(diào)速平滑連續(xù)，使運(yùn)行更加安全、穩(wěn)定、高效。據(jù)此，變頻器以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)在提升機(jī)行業(yè)的應(yīng)用也迎來了發(fā)展的新時(shí)期。 本文 研究意義及內(nèi)容 研究意義 目前國內(nèi)各大煤礦的礦井提升機(jī)系統(tǒng)的調(diào)速方案大多采用繼電器 － 接觸器控制的轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速。該方案耗能大，占地面積大，已不能適應(yīng)現(xiàn)代礦業(yè)發(fā)展的需要。因此有必要對(duì)其調(diào)速方案進(jìn)行改造。在廣泛考察現(xiàn)行的變頻調(diào)速方案后，本文提升機(jī)系統(tǒng)控制單元采用目前工控適用的可編程控制器來控制，具有編程簡單和控制可靠性高的優(yōu)點(diǎn) ， 電力拖動(dòng)系統(tǒng)中， 選用先進(jìn)的變頻傳動(dòng)裝置，運(yùn)用先進(jìn)的矢量控制技術(shù)，優(yōu)化了調(diào)速系統(tǒng)的性能，這 已成為 現(xiàn)代交流調(diào)速的重要研究方向。 采用先進(jìn)的工業(yè)計(jì)算機(jī)、現(xiàn)場總線和工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)，按照結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化、產(chǎn)品系列化、性能現(xiàn)代化、體積小型化的原則，研制生產(chǎn)適合礦井提升機(jī)電控設(shè)備是進(jìn)行技術(shù)改造和新建礦井設(shè)備選型的理想選擇。為保證提升設(shè)備無事故，在提升設(shè)備有可能出現(xiàn)故障的各個(gè)重要環(huán)節(jié)上，設(shè)有各種檢測(cè)、控制、自診斷以及記錄和保護(hù)裝置 (如超載、速度、加減速等記錄 )。 研究內(nèi)容 在煤礦生產(chǎn)中，礦井提升機(jī)起著非常重要的作用。礦井提升機(jī)是礦井 生產(chǎn)過程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，它的任務(wù)是提升有用礦物和礦石、升降人員和設(shè)備、下放材料等。提升機(jī)電控裝置的技術(shù)性能，既直接影響礦山生產(chǎn)的效率及安全，又代表著礦井提升機(jī)發(fā)展的整體水平，是礦井安全生產(chǎn)中重中之重的一大環(huán)節(jié)。 當(dāng)前國內(nèi)提升機(jī)電控絕大多數(shù)還是轉(zhuǎn)子回路串電阻分段控制的交流繞線式電機(jī)繼電器 － 接觸器系統(tǒng)，設(shè)備陳舊、技術(shù)落后。而且這種控制方式存在著很多的問題： 轉(zhuǎn)子回路串接電阻，消耗電能，造成能源浪費(fèi)； 電 阻分級(jí)切換，為有級(jí)調(diào)速，設(shè)備運(yùn)行不平穩(wěn)，容易引起電氣及機(jī)械沖擊； 繼電器、 接觸器頻繁動(dòng)作，電弧燒蝕觸點(diǎn)，影響接觸器 使用壽命，維修成本較高；交流繞線異步電動(dòng)機(jī)的滑環(huán)太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 存在接觸不良問題，容易引起設(shè)備事故；電動(dòng)機(jī)依靠轉(zhuǎn)子電阻獲得的低速，其運(yùn)行特性較軟； 提升容器通過給定的減速點(diǎn)時(shí)，由于負(fù)載的不同，而將得到不同的減速度，不能達(dá)到穩(wěn)定的低速爬行，最后導(dǎo)致停車位置不準(zhǔn)，不能正常裝卸載。 上述問題使提升機(jī)運(yùn)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統(tǒng)，使提升機(jī)運(yùn)行的可靠性和安全性得到提高。在提升機(jī)控制系統(tǒng)中應(yīng)用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)和變頻調(diào)速技術(shù)，對(duì)原有提升機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)換代。 就計(jì)算機(jī)技術(shù)在工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用情況而 言，可編程控制器 (PLC)是目前作為工業(yè)控制最理想的機(jī)型，它是采用計(jì)算機(jī)技術(shù)、按照事先編好并儲(chǔ)存在計(jì)算機(jī)內(nèi)部一段程序來完成設(shè)備的操作控制。采用 PLC 控制，硬件簡潔、軟件靈活性強(qiáng)、調(diào)試方便、維護(hù)量小， PLC 技術(shù)己經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種提升機(jī)控制。 第 2 章 系統(tǒng) 工藝流程及控制要求 礦井 提升 機(jī) 系統(tǒng)簡介 礦井提升機(jī)可分為豎井提升機(jī)和斜井提升機(jī)兩種。 礦井提升機(jī)主要由電動(dòng)機(jī)、減速器、卷筒（或摩擦輪）、制動(dòng)系統(tǒng)、深度指示系統(tǒng)、測(cè)速限速系統(tǒng)和操縱系統(tǒng)等組成，采用交流或直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)。 提升鋼絲繩的工作原理分纏繞式礦井提升機(jī)和 摩擦式礦井提升機(jī)。纏繞式礦井提升機(jī)有單卷筒和雙卷筒兩種，鋼絲繩在卷筒上的纏繞方式與一般絞車類似。單筒大多只有一根鋼絲繩，連接一個(gè)容器。雙筒的每個(gè)卷筒各配一根鋼絲繩，連接兩個(gè)容器，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)一個(gè)容器上升，另一個(gè)容器下降。纏繞式礦井提升機(jī)大多用于年產(chǎn)量在 120 萬噸以下、井深小于 400 米的礦井中。摩擦式礦井提升機(jī)的提升繩搭掛在摩擦輪上，利用與摩擦輪襯墊的摩擦力使容器上升。提升繩的兩端各連接一個(gè)容器，或一端連接容器，另一端連接平衡重。摩擦式礦井提升機(jī)根據(jù)布置方式分為塔式摩擦式礦井提升機(jī)（機(jī)房設(shè)在井筒頂部塔架上）和落地摩 擦式礦井提升機(jī)（機(jī)房直接設(shè)在地面上）兩種。按提升繩的數(shù)量又分為單繩摩擦式礦井提升機(jī)和多繩摩擦式礦井提升機(jī)。后者的優(yōu)點(diǎn)是：可采用較細(xì)的鋼絲繩和直徑較小的摩擦輪，從而機(jī)組尺寸小，便于制造；速度高、提升能力大、安全性好。年產(chǎn) 120 萬噸以上、井深小于 2100 米的豎井大多采用這種提升機(jī)。 目前 ， 我國單繩纏繞式提升機(jī) ， 廣泛采用交流繞線式電動(dòng)機(jī)拖動(dòng) ， 提升過程一般包括 ： 起動(dòng) 、 加速、勻速、減速、爬行和停車幾個(gè)主要環(huán)節(jié)。 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 提升機(jī)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行方式 提升機(jī)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行方式 ,主要根據(jù)系統(tǒng)的力圖來確定： 加速階段： 提升時(shí)為正力 ， 采用電動(dòng)加速。 下放時(shí)為負(fù)力 ， 若負(fù)力值較小 ，可考慮自由加速 ， 并配合使用盤式制動(dòng)器 ， 若負(fù)力值較大 ， 則采用動(dòng)力制動(dòng)加速。 勻速階段： 提升時(shí)為正力 ， 采用電動(dòng)拖動(dòng)。下放時(shí)為負(fù)力 ， 采用能耗制動(dòng)、閉環(huán)控制 ， 單閉環(huán)速度控制系統(tǒng)由與距離有關(guān)的理想速度給定電路、速度負(fù)反饋電路、 PID 調(diào)節(jié)器、移相觸發(fā)電路及雙向可控硅能耗制動(dòng)電路組成 ， 下放速度由PID 調(diào)節(jié)。 主減速階段： 提升時(shí)為正力 ， 采取逐級(jí)接入轉(zhuǎn)子附加電阻和機(jī)械制動(dòng)的方式。下放時(shí)為負(fù)力 ， 一方面接入轉(zhuǎn)子附加電阻 ， 另一方面增大制動(dòng)電流并輔以機(jī)械制動(dòng)方式減速。 爬行階段： 當(dāng)為正力時(shí) ， 轉(zhuǎn)子接入幾段附加電阻 ， 由 PLC 控制運(yùn)行 ； 當(dāng)為負(fù)力時(shí) ， 在能耗制動(dòng)方式下接入轉(zhuǎn)子附加電阻。 提升機(jī)的 速度要求及受力情況 合理地確定提升機(jī)的力圖和速度圖 ， 可以提高其運(yùn)行的安全可靠性 ，