【正文】 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) [論 文]題 目： 煤礦副井提升機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué) 院： 專 業(yè)： 姓 名： 完成時(shí)間： 1河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 摘要II畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 摘 要 副井主要用于提升和下放設(shè)備、提升廢石、下放礦井礦物挖出后防塌陷的充填物等輔助材料，以及升降人員之用。因此對(duì)副井提升機(jī)的安全性要比主井提升機(jī)的安全要求要高的多。本課題介紹了國內(nèi)外提升機(jī)系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r, 通過對(duì)比分析了國內(nèi)提升機(jī)電控系統(tǒng)的不足,針對(duì)提升機(jī)的高可靠性要求采用PLC控制提出一種可靠性高的提升機(jī)操作保護(hù)系統(tǒng)。 課題對(duì)煤礦副井提升機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行論述，對(duì)主要電路圖進(jìn)行設(shè)計(jì)，并詳細(xì)論述了對(duì)礦井提升機(jī)的保護(hù)設(shè)計(jì)，分別對(duì)過卷保護(hù)、墩罐保護(hù)、過載保護(hù)等進(jìn)行設(shè)計(jì)，可以使系統(tǒng)可靠安全的運(yùn)行。本設(shè)計(jì)采用現(xiàn)在比較主流的控制方式，用PLC作為控制器，變頻器進(jìn)行調(diào)速控制，使副井提升機(jī)平穩(wěn)安全的運(yùn)行。關(guān)鍵詞: 副井提升機(jī),可編程控制器,變頻器,可靠性,電控系統(tǒng)目錄摘 要 I1緒論 1 國內(nèi)外提升及研究狀況 1 4 6 82礦井提升機(jī)的組成及分類 9 礦井提升機(jī)的作用 9 礦井提升機(jī)的組成 9 礦井提升機(jī)的分類 103礦井提升機(jī)的制動(dòng)裝置及安全裝置 13 礦井提升機(jī)的制動(dòng)裝置 14 制動(dòng)裝置的組成及種類 14 制動(dòng)裝置的作用 14 制動(dòng)裝置的有關(guān)規(guī)定 15 礦井提升機(jī)的安全保護(hù)裝置 164提升機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) 18 18 18 20 21 21 24 PLC控制部分設(shè)計(jì) 29 29 32 39 41總結(jié) 42參考文獻(xiàn) 44致謝 45附錄A 46附錄B 47畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1緒論 國內(nèi)外提升及研究狀況近三十年來，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。特別要強(qiáng)調(diào)的是，此時(shí)期在國外一著名的提升機(jī)制造公司，如西門子、ABB、ALSTHOM都利用新的技術(shù)和裝備，開發(fā)或完善了提升機(jī)的安全保護(hù)和監(jiān)控裝置，使安全保護(hù)性能又有了新的提高。就在國外科學(xué)技術(shù)突飛猛進(jìn)發(fā)展的時(shí)候，我國提升機(jī)電控系統(tǒng)很長時(shí)間都處于落后的狀況。直到目前為止，我國正在服務(wù)的礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)大多數(shù)還是轉(zhuǎn)子回路串金屬電阻的交流調(diào)速系統(tǒng)，設(shè)備陳舊、技術(shù)落后。國產(chǎn)提升機(jī)安全性、可靠性差，在關(guān)鍵部位—上下兩井口減速區(qū)段沒有配套的有效的速度監(jiān)視裝置，就提升機(jī)控制技術(shù)而言，依然是陳舊的，和國外相比，我們存在很大的差距。礦井提升系統(tǒng)的類型很多，按被提升對(duì)象分:主井提升、副井提升。按井筒的提升道角度分:豎井()和斜井。按提升容器分:箕斗提升、籠提升、礦車提升。按提升類型分:單繩纏繞式和多繩摩擦式等。我國常用的礦用提升機(jī)主要是單繩纏繞式和多繩摩擦式。我國的礦井與世界上礦業(yè)較發(fā)達(dá)的國家相比，開采的井型較小、礦井提升高度較淺，煤礦用提升機(jī)較多，其他礦(如金屬礦、非金屬礦)則較少。因此在20世紀(jì)60年代開始單繩纏繞式礦井提升機(jī)采用較多。 井架 天輪目前我國提升機(jī)90%以上均采用交流繞線式異步電動(dòng)機(jī)的拖動(dòng)方式，其電控系統(tǒng)用于單繩纏繞式提升機(jī)的有TKD系列，多繩磨擦式提升機(jī)的有JKM、幻J系列。這幾種提升機(jī)通常在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路中串接附加電阻進(jìn)行起動(dòng)和調(diào)速。串電阻調(diào)速是一種恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方法轉(zhuǎn)子功率的損耗隨著串入的電阻的增大而增大。盡管轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速方法很不經(jīng)濟(jì)，低速特性也很軟，穩(wěn)定性差，但是由于這種調(diào)速方法比較簡單易行，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大在拖動(dòng)起重機(jī)等中、小容量的繞線式異步電動(dòng)機(jī)中仍然應(yīng)用廣泛。20世紀(jì)80年代，我國從瑞典、西德等國引進(jìn)20多套晶閘管—直流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)。直流電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)有兩種電控系統(tǒng)，一種為直流發(fā)電機(jī)—直流電動(dòng)機(jī)機(jī)組，另一種為晶閘管—直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)。我國自己生產(chǎn)的晶閘管—直流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用于20世紀(jì)90年代。這種控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是:體積小、重量輕、占地面積??；基礎(chǔ)省、安裝方便、建筑費(fèi)用低；無齒輪傳動(dòng)部分(不需要減速器)、總效率高、電能消耗少；單機(jī)容量大，適用范圍廣；調(diào)速平穩(wěn)、調(diào)速范圍廣、調(diào)速精度高；易于控制，能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，安全可靠；節(jié)約電能。礦井提升機(jī)對(duì)安全性、可靠性和調(diào)速性能的特殊要求，使得提升機(jī)電控系統(tǒng)的技術(shù)水平在一定程度上代表一個(gè)廠或國家的傳動(dòng)控制技術(shù)水平。比較國內(nèi)外礦用提升機(jī)系統(tǒng)，具體來說國外礦井提升機(jī)在電控方面的應(yīng)用特點(diǎn)有以下幾個(gè)方面:l)提升工藝過程微機(jī)控制提升工藝過程大都采用微機(jī)控制，由于微機(jī)功能強(qiáng)，使用靈活，運(yùn)算速度快，監(jiān)視顯示易于實(shí)現(xiàn)，并具有診斷功能，這是采用模擬控制無法實(shí)現(xiàn)的。2)提升行程控制提升機(jī)的控制從本質(zhì)上說是一個(gè)位置控制，要保證提升容器在預(yù)定地點(diǎn)準(zhǔn)確停車，要求準(zhǔn)確度高，目前可達(dá)到2cm。采用微機(jī)控制，可通過采集各種傳感信號(hào)，如轉(zhuǎn)角脈沖變換、鋼絲繩打滑、井筒、滾筒及鋼絲繩磨損等信號(hào)進(jìn)行處理，計(jì)算出容器準(zhǔn)確的位置而施以控制和保護(hù)。一般過程控制用微機(jī)作監(jiān)視，行程控制也采用單獨(dú)下位機(jī)完成。3)提升過程監(jiān)視提升過程監(jiān)視與安全回路一樣，是現(xiàn)代提升機(jī)控制的重要環(huán)節(jié)。提升過程采用微機(jī)主要完成如下參數(shù)的監(jiān)視:a、提升過程中各工況參數(shù)(如速度、電流)監(jiān)視:b、各主要設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視。c、各傳感器(如位置開關(guān)、停車開關(guān))信號(hào)的監(jiān)視。使各種故障在出現(xiàn)之前就得以處理，防止事故的發(fā)生，并對(duì)各被監(jiān)視參數(shù)進(jìn)行存儲(chǔ)、保留或打印輸出。甚至與上位機(jī)聯(lián)網(wǎng)，合并于礦井監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中。4)安全回路安全回路是指提升機(jī)在出現(xiàn)機(jī)械、電氣故障時(shí)控制提升機(jī)進(jìn)入安全保護(hù)狀態(tài)的極為重要的環(huán)節(jié)。為確保人員和設(shè)備的安全，對(duì)不同故障一般采用不同的處理方法。安全回路極為重要，它是保護(hù)的最后環(huán)節(jié)之一，英、德幾家公司都采用兩臺(tái)PC微機(jī)構(gòu)成安全回路，使安全回路具有完善的故障監(jiān)視功能，無論是提升機(jī)還是安全回路本身出項(xiàng)故障時(shí)都能準(zhǔn)確地實(shí)施安全制動(dòng)。而在電力拖動(dòng)方面，近幾年國外出現(xiàn)了不少新拖動(dòng)方式，交一交變頻供電方式就是最有前途的一種。20世紀(jì)80年代西歐一些工業(yè)先進(jìn)國家將交流變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用于提升機(jī)，有代表性的是西門子公司和ABB公司。我國在20世紀(jì)90年代也引進(jìn)了交流變頻調(diào)速提升機(jī)控制系統(tǒng)。變頻調(diào)速方式類似于它勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)取得很寬的調(diào)速范圍、很好的調(diào)速平滑性和有足夠硬度的機(jī)械特性，在提升機(jī)應(yīng)用中顯示了其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。副井的礦井提升機(jī)主要用于提升和下放設(shè)備、提升廢石、下放礦井礦物挖出后防塌陷的充填物等輔助材料，以及升降人員之用。所以副井提升機(jī)的安全、可靠、有效高速運(yùn)行，直接關(guān)系到企業(yè)的生產(chǎn)狀況和經(jīng)濟(jì)效益。礦井提升系統(tǒng)具有環(huán)節(jié)多、控制復(fù)雜、運(yùn)行速度快、慣性質(zhì)量大、運(yùn)行特性復(fù)雜的特點(diǎn)，且工作狀況經(jīng)常交替轉(zhuǎn)換。雖然礦井提升系統(tǒng)本身有一些安全保護(hù)措施，但是由于現(xiàn)場(chǎng)使用環(huán)境條件惡劣，造成了各種機(jī)械零件和電氣元件的功能失效，以及操作者的人為過失和對(duì)行程監(jiān)測(cè)研究的局限性，使得現(xiàn)有保護(hù)未能達(dá)到預(yù)期的效果，致使提升系統(tǒng)的事故至今仍未能消除。一旦提升機(jī)的行程失去控制，沒有按照給定速度曲線運(yùn)行，就會(huì)發(fā)生提升機(jī)超速、過卷事故，造成楔形罐道、箕斗的損壞，影響礦井正常生產(chǎn)，甚至造成重大人員傷亡，給煤礦生產(chǎn)帶來極大的經(jīng)濟(jì)損失。所以提升機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)的研究一直是社會(huì)各屆人士共同關(guān)注的一個(gè)重大課題。電氣控制方式在很大程度上決定了提升機(jī)能否實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)、安全、可靠地起制動(dòng)運(yùn)行，避免了嚴(yán)重的機(jī)械磨損，防止較大的機(jī)械沖擊，減少機(jī)械部分維修的工作量，延長提升機(jī)械的使用壽命。隨著礦井提升系統(tǒng)自動(dòng)化，改善提統(tǒng)的性能，以及提高提升設(shè)備的提升能力等的要求，對(duì)電氣傳動(dòng)方式提出了更高的要求。對(duì)礦井提升機(jī)電氣傳動(dòng)系統(tǒng)的要求是：有良好的調(diào)速性能，調(diào)速精度高，四象限運(yùn)行，能快速進(jìn)行正、反轉(zhuǎn)運(yùn)行，動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快，有準(zhǔn)確的制動(dòng)和定位功能，可靠性要求高等。目前，我國地下礦山礦井提升機(jī)的電氣傳動(dòng)系統(tǒng)主要有：對(duì)于大型礦井提升機(jī)，主要采用晶閘管變流器—直流電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)和同步電動(dòng)機(jī)矢量控制交一交變頻傳動(dòng)控制系統(tǒng)。這兩種系統(tǒng)大都采用數(shù)字控制方式實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的高自動(dòng)化運(yùn)行，效率高，有準(zhǔn)確的制動(dòng)和定位功能，運(yùn)行可靠性高，但造價(jià)昂貴，中小礦井難以承受。對(duì)于中、小型提升機(jī)，則多采用交流繞線式電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子切換電阻調(diào)速的交流電氣傳動(dòng)系統(tǒng)，即TKD電控系統(tǒng)。這種電氣傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)備簡單，但屬于有級(jí)調(diào)速，提升機(jī)在減速和爬行階段的速度控制性能較差，特別在負(fù)載變動(dòng)時(shí)很難實(shí)現(xiàn)恒加減速控制，經(jīng)常會(huì)造成過放或過卷事故。提升機(jī)頻繁的啟動(dòng)和制動(dòng)工作過程會(huì)使轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速產(chǎn)生相當(dāng)嚴(yán)重的能耗，另外轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速控制電路復(fù)雜，接觸器、電阻器、繞線電機(jī)電刷等容易損壞，影響生產(chǎn)效益。將變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用于礦井提升機(jī)是礦井提升機(jī)電氣傳動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展方向。對(duì)于現(xiàn)采用TKD電控系統(tǒng)的中小型礦井，隨著變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展，交一直一交電壓型變頻調(diào)速技術(shù)已開始在礦井提升機(jī)改造中應(yīng)用。變頻器的調(diào)速控制可以實(shí)現(xiàn)提升機(jī)的恒加速和恒減速控制，消除了轉(zhuǎn)子串電阻造成的能耗，具有十分明顯的節(jié)能效果[10]。變頻器調(diào)速控制電路簡單，克服了接觸器、電阻器、繞線電機(jī)電刷等容易損壞的缺點(diǎn)，降低了故障和事故的發(fā)生。因此，變頻器在提升機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用具有十分廣闊的前景。本文介紹變頻器在提升機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。本課題擬解決的關(guān)鍵問題是控制策略研究，提升機(jī)是礦山生產(chǎn)中的關(guān)鍵設(shè)備，它屬于大轉(zhuǎn)動(dòng)慣量機(jī)電液系統(tǒng)，提升機(jī)要按所要求的速度圖運(yùn)行，否則在系統(tǒng)中容易產(chǎn)生大的慣性力，降低機(jī)器的壽命，甚至產(chǎn)生脫軌等惡性事故?？刂撇呗匝芯烤褪且ㄟ^電液控實(shí)時(shí)地、準(zhǔn)確地使提升機(jī)按給定的速度圖運(yùn)行，使控制系統(tǒng)的精度和穩(wěn)定性滿足提升機(jī)運(yùn)行的要求。本論文的研究目標(biāo)是將可編程控制器（PLC）與變頻器相結(jié)合并應(yīng)用于礦山實(shí)際生產(chǎn)中，對(duì)現(xiàn)有的提升機(jī)電控系統(tǒng)進(jìn)行改造設(shè)計(jì)，提高精度，在更安全的范圍內(nèi)保證礦山生產(chǎn)的順利進(jìn)行。設(shè)計(jì)中充分考慮到保護(hù)系統(tǒng)惡劣的使用環(huán)境，