【正文】 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） I 基于 PLC 的礦井提升機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘 要 傳統(tǒng)的礦井提升機(jī)控制系統(tǒng)主要采用繼電器 接觸器進(jìn)行控制。這種控制系統(tǒng)存在可靠性差、操作復(fù)雜、故障率高、電能浪費(fèi)大、效率低等缺點(diǎn)。 采用 PLC與變頻器相結(jié)合的控制方案對原有電控系統(tǒng)進(jìn)行改造，提高整個(gè)電控系統(tǒng)安全可靠性、控制精度及調(diào)速性能。 本文把可編程序控制器和變頻器應(yīng)用于提升機(jī)控制系統(tǒng)上，并在可行性方面進(jìn)行了較深入的研究。 論文根據(jù)礦井提升機(jī)的運(yùn)行特性要求，對變頻器和 PLC 進(jìn)行選型，并對系統(tǒng)的軟、硬件進(jìn)行設(shè)計(jì)，其中包括檢測模塊、控制模塊、保護(hù)模塊、顯示模 塊和抗干擾模塊的設(shè)計(jì)，最后進(jìn)行系統(tǒng)集成和調(diào)試。 采用該控制系統(tǒng)，使提升機(jī)工作可靠，使用方便，同時(shí)具有動態(tài)顯示的功能，節(jié)能效果明顯。 關(guān)鍵詞： 礦井提升機(jī)， PLC，變頻調(diào)速 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） II The Freouency Conversion Use on The Speed Adjustment of Shaft Hoist on The Basis of PLC Control ABSTRACT The traditional shaft hoist control system is always controlled by the relaycontactor. The system has many disadvanges such as bad reliability， plicated operation， high fault rate， large energy –wasting and low efficiency. we adopt PLC and Transducer to reform for original control system, so as to raise the safety, reliability, control precision and speed regulation performance of the whole electric controlled system. The paper applied PLC(Programmable Logic Controller)and frequency converter to the system， and have carried on deeper research in feasibility. Paper based on the operation of mining properties hoist requirements， the selection of frequency converter and PLC， and the system software and hardware design. Including the detection module， control module， protect module， display module and antijamming module design， the final system integration and debug. Adopting control system， the shaft hoist works reliably， easy to use， energysaving well， and have dynamical shown function. KEY WORDS: Shaft hoist， PLC， Frequency conversion 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） III 目 錄 前 言 ....................................................................................................... 1 第 1 章 礦井提升機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì) ........................................... 3 礦井提升機(jī)對電氣控制系統(tǒng)的要求 ....................................... 3 提升機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) ............................................... 4 控制單元基本原理 ......................................................... 4 調(diào)速基本原理 ................................................................. 6 系統(tǒng)設(shè)計(jì) .......................................................................... 8 第 2 章 礦井提升機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) .................................11 PLC 的設(shè)計(jì) ................................................................................11 PLC 簡介 .........................................................................11 PLC 的選型 .................................................................... 12 PLC 外圍電氣控制 ........................................................ 13 礦井提升機(jī)及電機(jī)的選型 ..................................................... 15 礦井提升機(jī) .................................................................... 15 箕斗的選定 .................................................................... 16 預(yù)選提升電機(jī) ............................................................... 17 參數(shù)計(jì)算 ........................................................................ 17 電機(jī)容量校核 ............................................................... 21 變頻調(diào)速系統(tǒng) .......................................................................... 22 變頻器 ............................................................................ 22 變頻調(diào)速基本原理 ....................................................... 24 變頻器的選型 ............................................................... 25 變頻器主電路設(shè)計(jì)及參數(shù)設(shè)定 .................................. 27 第 3 章 礦井提升機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) ..................................... 30 提升機(jī) PLC 控制要求 ............................................................ 30 程序設(shè)計(jì) .................................................................................. 30 第 4 章 系統(tǒng)抗干擾措施 ...................................................................... 35 PLC 的抗干擾 .......................................................................... 35 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） IV 變頻器的抗干擾及其防止 ..................................................... 36 結(jié) 論 ..................................................................................................... 37 謝 辭 ....................................................................................................... 39 參考文獻(xiàn) ................................................................................................. 40 附 錄 ..................................................................................................... 41 外文資料翻譯 ........................................................................................ 42 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 前 言 本文以某煤礦主立井提升機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)為工業(yè)背景，在已經(jīng)非常成熟但調(diào)速方法比較落后的交流拖動技術(shù)基礎(chǔ)上，通過基于 PLC 的變頻控制技術(shù)在礦井提升機(jī)行程、速度和制動控制中的應(yīng)用，闡述了新型礦井提升機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用情況。 本設(shè)計(jì)的主要工 作有： ①礦井提升機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)； ②調(diào)速控制系統(tǒng)硬器件的選型； ③調(diào)速控制系統(tǒng)軟件部分的設(shè)計(jì)； ④對所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)進(jìn)行分析。 目前國內(nèi)提升機(jī)的調(diào)速控制系統(tǒng)絕大多數(shù)還是在電機(jī)轉(zhuǎn)子回路串入電阻分段控制的交流繞線式電機(jī)繼電器接觸器系統(tǒng)。這種控制方式設(shè)備陳舊、技術(shù)落后，存在著很多的問題： ①在轉(zhuǎn)子回路串接電阻，消耗大量電能，造成能源浪費(fèi)。 ②電阻分級切換，為有級調(diào)速，設(shè)備運(yùn)行不平穩(wěn)，容易引起電氣及機(jī)械沖擊。 ③繼電器、接觸器頻繁動作，電弧燒蝕觸點(diǎn)，影響接觸器使用壽命，維修成本較高。 ④系統(tǒng)的安全性、可靠性不 高，容易發(fā)生事故。 ⑤電動機(jī)依靠轉(zhuǎn)子電阻獲得的低速，其運(yùn)行特性較軟。 ⑥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。 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、安全性、經(jīng)濟(jì)性和高效性得到提高。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)，對原有提升機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行升級換代。 本設(shè)計(jì)從解決實(shí)際礦井提升機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)的問題出發(fā)，控制單元采用目前工控適用的 PLC 來控制；電力拖動系統(tǒng)中，選用先進(jìn)的變頻傳動裝洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 置； 優(yōu)化了礦井提升機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)的性能。甩掉了原電控調(diào)速用的交流接觸器及調(diào)速阻，提高了系統(tǒng)的可靠性，改善了操作人員的工作環(huán)境，使噪音及室溫降低了很多；調(diào)速連續(xù)方便，分段預(yù)置頻率，能根據(jù)負(fù)荷情況連續(xù)平滑調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，無機(jī)械沖擊現(xiàn)象；實(shí)現(xiàn)了低頻低壓的軟起動和軟停止，使停車運(yùn)行更加平穩(wěn)；啟動及加速過程沖擊電流小，可以實(shí)現(xiàn)提礦井升機(jī)在重載下從低速平穩(wěn)無級平滑地升至最高速。目前，這一控制方法為現(xiàn)代交流調(diào)速中比較先進(jìn)的調(diào)速控制方式之一。 安全、可靠、經(jīng)濟(jì)、高效的礦井提升機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)是本設(shè)計(jì)的追求目標(biāo)。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 第 1 章 礦 井提升機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 礦井提升機(jī)對電氣控制系統(tǒng)的要求 提升機(jī)控制系統(tǒng)方案的選用應(yīng)滿足生產(chǎn)工藝的要求速度。所以需要先來分析提升機(jī)電控系統(tǒng)的靜、動態(tài)特性。 提升機(jī)電氣傳動系統(tǒng)的給定速度 u=f(t)，根據(jù)動力學(xué)方程式 Td=TeTi= Tn *e/375 式中 Te電動機(jī)電動力矩 。Ti傳動系統(tǒng)的靜阻轉(zhuǎn)矩 。Tn傳動系統(tǒng)的飛輪力矩， Tn=4gJ，其中 J 為轉(zhuǎn)動慣量 (㎏㎡ )， g 為重力加速度， Td傳動系統(tǒng)的動態(tài)轉(zhuǎn)矩 ,e加速度。 可以得出按給定速度圖所需轉(zhuǎn)矩 Te=f(t)的特性，從而可以得到 拖動系統(tǒng)所需的力 F=f(t)。 提升機(jī)的負(fù)載靜力 FL 決定于提升機(jī)滾筒承受的靜張力差，在雙罐籠的平衡提升系統(tǒng)中，靜力凡也就是提升物體的凈