【正文】 論文作者簽名： 日期： 年 月 日 學(xué) 位 論 文 使 用 授 權(quán) 聲 明 井岡山大學(xué)有權(quán)保留本人所 送交學(xué)位論文的復(fù)印件和電子文檔，可以采用影印、縮印或其他復(fù)制手段保存論文。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告 題 目 礦井提升機(jī)的電控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 機(jī)電工程 院（系） 電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè) 學(xué) 號(hào) 100616035 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 起訖日期 設(shè)計(jì)地點(diǎn) 學(xué) 位 論 文 獨(dú) 創(chuàng) 性 聲 明 本人聲明所呈交的學(xué)位論文是我個(gè)人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。本人電子文檔的內(nèi)容和紙質(zhì)論文的內(nèi)容相一致。對(duì)提升機(jī)來說，運(yùn)行的安全性與可靠性是至關(guān)重要的。 隨著計(jì)算機(jī)和 PLC 技術(shù)的不斷發(fā)展，采用先進(jìn)的控制技術(shù)改造傳統(tǒng)礦山行業(yè)的傳統(tǒng)控制系統(tǒng)，從而使礦井提升機(jī)的控制性能得到極大的改善，其自動(dòng)化水平、安全性、可靠性都達(dá) 到了新的高度，并采用現(xiàn)代化的管理和監(jiān)視手段保障提升機(jī)的安全運(yùn)行，保證礦井提升機(jī)可靠、準(zhǔn)確地運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)礦井提升機(jī)的計(jì)算機(jī)控制。因此對(duì)礦井提升機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行研究具有現(xiàn)實(shí)意義，也是國內(nèi)外相關(guān)行業(yè)專家學(xué)者的一個(gè)研究課題。為改變這一狀況，煤炭行業(yè)的科研、高效、生產(chǎn)企業(yè)和待業(yè)主管部門以及行業(yè)的科研和生產(chǎn)企業(yè)的工程技術(shù)人員做了大量的工作，已開發(fā)了眾多適用的產(chǎn)品和技術(shù)，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，取得了長足的進(jìn)步。 在礦井提升機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，采用變頻器和可編程控制器相結(jié)合的方法，具有編程簡(jiǎn)單和控制可靠性高的優(yōu)點(diǎn)。 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)置雙回路系統(tǒng)，并在系統(tǒng)的各個(gè)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 (如負(fù)載、速度、加減速、產(chǎn)量、運(yùn)行時(shí)間等記錄 )。 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，近三十年來，國外礦井提升機(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。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。特別要強(qiáng)調(diào)的是，此時(shí)期在國外著名的提升機(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。極少數(shù)提升機(jī)采用串級(jí)調(diào)速方法，其調(diào)速范圍窄，且投資大?？傮w來說，隨著科學(xué)技術(shù)不斷的發(fā)展和 PLC 可編程控制技術(shù)、變頻技術(shù)的發(fā)展，我國近十年來關(guān)于礦井提升計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的研究發(fā)展迅速 ,采用了先進(jìn)的控制設(shè)備和控制策略 ,無論在驅(qū)動(dòng)方式上還是控制技術(shù)上都取得了很大的進(jìn)展 ,積累了大量的經(jīng)驗(yàn) ,取得了很大的成績。當(dāng)另一列重車上行時(shí)，電機(jī)處于反向電動(dòng)狀態(tài)，工作在第三象限和第四象限，另外有占總運(yùn)行時(shí)間 10%的時(shí)候單獨(dú)運(yùn)送工具或器材到井下時(shí)，電機(jī)純粹處于第二或第四象限，此時(shí)電機(jī)長時(shí)間處于再生發(fā)電狀態(tài)，需要進(jìn)行有效的制動(dòng)。 提升機(jī)經(jīng)過變頻調(diào)速改造后，系統(tǒng)的工作過程變化不大，操縱桿控制電機(jī)正轉(zhuǎn)三檔速度和反轉(zhuǎn)三檔速度。在生產(chǎn)機(jī)械上廣泛使用的調(diào)速方法中，不改變同步轉(zhuǎn)速的有：繞線式電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速、斬波調(diào)速、串級(jí)調(diào)速等。 控制方案分析與確定 傳統(tǒng)繼電器 — 接觸器控制 第一章 概述 5 國內(nèi)大多繼電器 — 接觸器式礦井提升機(jī)設(shè)備還是以磁放大器為核心組成模擬量閉環(huán)調(diào)節(jié)構(gòu)成的，支配控制系統(tǒng)工作的“程序”是由各分立元件 (繼電器、接觸器、電子元件等 )用導(dǎo)線連接起來加以實(shí)現(xiàn)的，這樣的控制系統(tǒng)稱為接線程序控制系統(tǒng)。 （ 2）繼電器、接觸器頻繁動(dòng)作，電弧燒蝕觸點(diǎn)，使用壽命短。如果對(duì)該豎井提升機(jī)電控系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造，那么需要改變控制策略，采用當(dāng)代高新實(shí)用技術(shù)，比如先進(jìn)的工業(yè)計(jì)算機(jī)、現(xiàn)場(chǎng)總線和工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)來控制，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，從而使之成為安全、可靠、高效率、自動(dòng)化程度高的電控系統(tǒng)。 PLC 控制變頻調(diào)速 裝置本身具有過壓、欠壓、過流、過負(fù)荷、缺相、超溫等保護(hù)，同時(shí)配合來自現(xiàn)場(chǎng)的各種信號(hào)傳感器的監(jiān)視及相應(yīng)處理，可實(shí)現(xiàn)絞車過卷、過速、減速、限速等重要保護(hù)的雙線 制保護(hù)功能，滿足煤礦安全規(guī)程要求。其輸入設(shè)備和輸出設(shè)備與繼電器控制系統(tǒng)相同，但它們是直接接到可編程序控制器的輸入端和輸出端的。 輸 入 設(shè) 備按 鈕 、 限 位 開 關(guān) 、 操 作 手 柄可 編 程 控 制 器輸 出 設(shè) 備繼 電 器 和 電 磁 閥被 控 制 的 機(jī) 械 設(shè) 備 或 生 產(chǎn) 過 程 圖 14 可編程控制器控制過程系統(tǒng)框圖 本次設(shè)計(jì)采用 PLC 控制變頻調(diào)速系統(tǒng)，選用 PLC 和變頻器的組合可完成數(shù)字量的輸入，實(shí)現(xiàn)模擬量和數(shù)字量的輸出控制。 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(dòng)態(tài)顯示的功能，節(jié)能效果明顯。 第一章 概述 7 圖 15 基于 plc 的礦井提升變頻調(diào)速控制系統(tǒng)圖 基于 PLC 的礦井提升機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)由控制監(jiān)視系統(tǒng)、操作臺(tái)、 PLC、編碼器、變頻器和液壓站等系統(tǒng)組成。提升過程采用微機(jī)主要完成如下參數(shù)的監(jiān)視：提升過程中各工況參數(shù) (如速度、電流 )監(jiān)視；各主要設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視；各傳感器 (如位置開關(guān)、停車開關(guān) )信號(hào)的監(jiān)視。 液壓站：為提升機(jī)提供制動(dòng)力，停車時(shí)先通過液壓站給卷筒施加機(jī)械制動(dòng)力，再取消直流制動(dòng)力；提升機(jī)起動(dòng)時(shí)，先對(duì)電機(jī)施加直流制動(dòng)，再松開機(jī)械抱閘，防止溜車，以保證系統(tǒng)安全可靠地工作。 PLC 技術(shù)的邏輯控制功能通過軟件編程來實(shí)現(xiàn)，柔性強(qiáng)，控制功能多，控制線路大大簡(jiǎn)化。因此本文決定采用 PLC 進(jìn)行，并且保持原有的操作方式、按鈕、開關(guān)的作用不變，以方便用戶，縮短適應(yīng)期。而 S7200 系列的產(chǎn)品可以滿足設(shè)計(jì)要求，因此本次設(shè)計(jì)以西門子公司的 S7200 系列入手。 整個(gè)掃描過程分為內(nèi)部處理、通信操作、程序輸入處理、程序執(zhí)行、程序輸出幾個(gè)階第二章 主要元部件的選擇 10 段，全過程掃描一次所需要的時(shí)間稱為掃描周期。在 PLC 處于運(yùn)行 (RUN)狀態(tài)時(shí)，從內(nèi)部處理、通信操作、程序輸入、程序執(zhí)行、程序輸出，一直循環(huán)掃描工作。而在控制系統(tǒng)中，大量的開關(guān)動(dòng)作是由無觸點(diǎn)的半導(dǎo)體電路來完成的，加之在硬件和軟件方面都采取了強(qiáng)有力的措施，使產(chǎn)品具有極高的可靠性和抗干擾能力可以直接安裝在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)穩(wěn)定地工作。標(biāo)準(zhǔn)是編程語言的標(biāo)準(zhǔn)，除了梯形圖和語句表之外，還存在順序流程圖、結(jié)構(gòu)化文本和功能塊圖三種編程語言的表達(dá)方式。 (5)控制系統(tǒng)易于實(shí)現(xiàn)、開發(fā)工作量少 由于 PLC 的系列化、模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化及良好的擴(kuò)展性和連網(wǎng)性能 ,在大多數(shù)情況下第二章 主要元部件的選擇 11 PLC 系統(tǒng)是一個(gè)較好的選擇。 變頻器的選擇 從 80 年代初通用變頻器問世以來，經(jīng)過近 20 年，通用變頻器更新?lián)Q代了五次。 目前國外變頻調(diào)速技術(shù)發(fā)展較快，性能也非常好，在各行各業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用，如日本富士、瑞典 ABB 等變頻調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛。 圖 22 變頻器的基本結(jié)構(gòu) 本次設(shè)計(jì)變頻器主要選用德國西門子公司研發(fā)、生產(chǎn)的交 — 直 — 交方式變頻器系列MM440 通用變頻器 , 三相交流電源電壓。 第二章 主要元部件的選擇 12 MM440 變頻器的工作原理及其調(diào)速原理 1. MM440 變頻器的工作原理 我們現(xiàn)在使用的 MM440 變頻器主要采 用交 － 直 － 交方式（ VVVF 變頻或矢量控制變頻），先把工頻交流電源通過整流器轉(zhuǎn)換成直流電源，然后再把直流電源轉(zhuǎn)換成頻率、電壓均可控制的交流電源以供給電動(dòng)機(jī)。由于在變頻調(diào)速時(shí)轉(zhuǎn)差功率不變，在各種異步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中效率較高，同時(shí)性能也最好，故是交流調(diào)速的主要發(fā)展方向。 異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率： nn 00s n?? (2－ 2) 第二章 主要元部件的選擇 13 ）（ s???? 1pf160s)1(n n 0 (2－ 3) 由上式可知，異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速方法有如下幾種： 變同步轉(zhuǎn)速 n0：變極 p、變頻 f1。圖 24 為 MM440 變頻調(diào)速系統(tǒng)接線圖，檢查電路正確無誤后， 合上主電源開關(guān) QS。 變頻器 MM440 的控制面板 變頻器 MM440 的 BOP 控制面板。 表 21 變頻器的快速調(diào)試 序號(hào) 參數(shù)號(hào) 出廠值 設(shè)定值 說明 1 P0003 1 3 專家級(jí) 2 P0700 2 2 端子輸入 3 P0701 1 1 接通正轉(zhuǎn) /停車命令 4 P0702 12 2 接通反轉(zhuǎn) /停車命令 5 P0703 9 9 故障復(fù)位 6 P0704 15 15 固定頻率 7 P0705 15 15 固定頻率 第二章 主要元部件的選擇 15 8 P0706 15 15 固定頻率 9 P0731 變頻器故障 10 P0732 7 7 報(bào)警信號(hào) 11 P0733 2 2 運(yùn)行信號(hào) 12 P1000 2 3 固定頻率設(shè)定 13 P1080 20 最低頻率 14 P1082 最高頻率 15 P1120 斜坡上升時(shí)間 16 P1121 斜坡下降時(shí)間 17 P1237 0 2 工作 /停止時(shí)間的比率為 10％ 18 P1312 180 啟動(dòng)提升 注 :（ 1）設(shè)置參數(shù)前先將變頻器參數(shù)復(fù)位為工廠的缺省設(shè)定值： ①設(shè)定 P0010=30， ②設(shè)定 P0970=1。 第二章 主要元部件的選擇 16 圖 25 變頻器控制端子圖 22 所示。 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 18 第 三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 礦井提升機(jī)控制系統(tǒng)的主回路 系統(tǒng)主回路原理圖 圖 31 是礦井提升機(jī)控制系統(tǒng)主回路原理圖。 圖 32 PLC 與變頻器的外圍接線圖 變頻調(diào)速主控電路接線 變頻調(diào)速主控電路接線圖如圖 33。為了保護(hù)報(bào)警輸出的觸點(diǎn)，在接觸器的線圈兩端，并聯(lián)阻容吸收電路（即 RC 震蕩電路）。為此，變頻器調(diào)速時(shí)應(yīng)設(shè)置能耗制動(dòng)和直流制動(dòng)功能。 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 21 的輸出端 和 作為變頻和工頻信號(hào)的輸出點(diǎn)。其中提升速度隨時(shí)間變化的曲線稱為提升速度圖。在提升剛開始，箕斗尚在卸載曲軌內(nèi)運(yùn)行，為了減小提升容器通過卸載曲軌時(shí)對(duì)井架的沖擊，提升容器在曲軌內(nèi)的速度和加速度不能太大，一般要將其速度限 制在 。 （ 3） t3 段：等速階段。 （ 5） t5 段：爬行階段。 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 24 以上 t1t6 的六個(gè)階段組成提升系統(tǒng)的一個(gè)提升過程 控制程序流程圖 系統(tǒng)控制程序流程圖如圖 42 所示。 開 始程 序 初 始 化自 檢初 始 位 置 檢測(cè) 完 成 ？正 常 ？開