【正文】 此本次設(shè)計以西門子公司的 S7200 系列入手。 PLC 技術(shù)的邏輯控制功能通過軟件編程來實現(xiàn)，柔性強，控制功能多，控制線路大大簡化。提升過程采用微機主要完成如下參數(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)備運行狀態(tài)監(jiān)視；各傳感器 (如位置開關(guān)、停車開關(guān) )信號的監(jiān)視。 采用該控制系統(tǒng)，使提升機工作可靠，使用方便，同時具有動態(tài)顯示的功能，節(jié)能效果明顯。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。如果對該豎井提升機電控系統(tǒng)進行技術(shù)改造，那么需要改變控制策略，采用當(dāng)代高新實用技術(shù)，比如先進的工業(yè)計算機、現(xiàn)場總線和工業(yè)自動化技術(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)適合礦井提升機電控設(shè)備是進行技術(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、自動化程度高的電控系統(tǒng)。 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)線連接起來加以實現(xiàn)的，這樣的控制系統(tǒng)稱為接線程序控制系統(tǒng)。 提升機經(jīng)過變頻調(diào)速改造后，系統(tǒng)的工作過程變化不大，操縱桿控制電機正轉(zhuǎn)三檔速度和反轉(zhuǎn)三檔速度。總體來說，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)于礦井提升計算機控制系統(tǒng)的研究發(fā)展迅速 ,采用了先進的控制設(shè)備和控制策略 ,無論在驅(qū)動方式上還是控制技術(shù)上都取得了很大的進展 ,積累了大量的經(jīng)驗 ,取得了很大的成績。特別要強調(diào)的是，此時期在國外著名的提升機制造公司，如西門子、 ABB、 ALSTHOM 都利用新的技術(shù)和裝備，開發(fā)或完善了提升機的安全保護和監(jiān)控裝置，使安全保護性能又有了新的提高。 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，近三十年來，國外礦井提升機機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，相互提高。 在礦井提升機控制系統(tǒng)設(shè)計中，采用變頻器和可編程控制器相結(jié)合的方法，具有編程簡單和控制可靠性高的優(yōu)點。因此對礦井提升機控制系統(tǒng)進行研究具有現(xiàn)實意義，也是國內(nèi)外相關(guān)行業(yè)專家學(xué)者的一個研究課題。對提升機來說，運行的安全性與可靠性是至關(guān)重要的。 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告 題 目 礦井提升機的電控系統(tǒng)設(shè)計 機電工程 院（系） 電氣工程及其自動化專業(yè) 學(xué) 號 100616035 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 起訖日期 設(shè)計地點 學(xué) 位 論 文 獨 創(chuàng) 性 聲 明 本人聲明所呈交的學(xué)位論文是我個人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進行的研究工作及取得的研究成果。 論文作者簽名： 導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 摘要 摘 要 礦井提升機被稱為礦山的咽喉，是生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備，是地下礦井與外界的唯一通道，肩負著運輸?shù)V 石、物料、人員等的重要責(zé)任。傳統(tǒng)的礦井提升機控制系統(tǒng)主要采用繼電器－接觸器進行控制，這種系統(tǒng)存在著很多的缺點。 變頻調(diào)速是近年來發(fā)展起來的一門新興的自動控制技術(shù)，它利用改變被控對象的電源頻率，成功實現(xiàn)了交流電動機大范圍的無級平滑調(diào)速，在運行過程中能隨時根據(jù)電動機的負載 情況，使電機始終處于最佳運行狀態(tài)，在整個 調(diào) 速范圍內(nèi)均有很高的效率，節(jié)能效果明顯。 國外礦井提升機的現(xiàn)狀 礦井提升機作為礦井運輸系 統(tǒng)的主要運行形勢之一，最早起源于英國、美國、德國等一些采煤技術(shù)發(fā)達的國家，五十年代已經(jīng)大規(guī)模服務(wù)于煤炭行業(yè)。計算機和 PLC 的應(yīng)用，使提升機自動化水平、安全、可靠性都達到了一個新的高度，并提供了新的、現(xiàn)代化的管理、監(jiān)視 手段。 對于我國的礦井提升機實現(xiàn)精度行程控制和制動控制系統(tǒng)安全可靠是一個急 待解決的問題。 交流拖動系統(tǒng)在我國中小型礦山或者中等深度以下礦井獲得了廣泛應(yīng)用。 此方案調(diào)速平滑，實施時采用閉環(huán)系統(tǒng)，機械特性較硬，調(diào)速范圍較寬。 這些不足主要是因為采用繼電器控制方式造成的，在這種控制方式下繼續(xù)改善的余地不大。 圖 1－ 4 為可編程控制器（ PLC）控制系統(tǒng)。從解決實際礦井提升系統(tǒng)存在的問題出發(fā)，對傳統(tǒng)的調(diào)速方案進行了控制方式的革新和數(shù)字化改造，降低了成本，提高了控制精度，加強了系統(tǒng)穩(wěn)定性 , 使速度變化更加平滑和實現(xiàn)精確調(diào)速。提升過程監(jiān)視與安全回路一樣，是現(xiàn)代提升機控 制的重要環(huán)節(jié)。 第二章 主要元部件的選擇 9 第二章 主要元部件的選擇 可編程控制器（ PLC）的選擇 PLC 技術(shù)是工業(yè)自動化的重要手段，它可以實現(xiàn)邏輯控制、順序控制、定時、計數(shù)、算 數(shù)運算、數(shù)據(jù)運算、數(shù)據(jù)通信等功能，并且具有處分支、中斷、自診斷能力。S7200 系列 PLC 體積小，價格低廉，軟硬件功能強大，系統(tǒng)配置方便，它一推向市場就在各行各業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。當(dāng) PLC 處于停止 (STOP)狀態(tài)時，只進行內(nèi)部處理和通信操作服務(wù)等內(nèi)容。同時設(shè)計人員也可根據(jù)自己的喜好和實際應(yīng)用的要求選擇其他編程語言。一臺小型的 PLC 只相當(dāng) 于幾個繼電器的體積 ,控制系統(tǒng)所消耗的能量也大大降低。變頻器的基本結(jié)構(gòu)如圖 22 所示。 圖 23 交 直 交變頻器結(jié)構(gòu)圖 異步電機的 VVVF 調(diào)速系 統(tǒng)一般簡稱變頻調(diào)速系統(tǒng)。交流拖動中以改變轉(zhuǎn)差率為目的調(diào)速方法有：定子調(diào)壓調(diào)速、轉(zhuǎn)子變電 阻調(diào)速、電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速、串極調(diào)速等。如表 21 所示。因此本次設(shè)計選用三相交流籠型異步電動機。 聲光報警回路：變頻器報警輸出的動斷（常閉）觸點 30B30C 串聯(lián)在 KM1 的線圈第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 20 電路內(nèi)，當(dāng)變頻器因故障不能正常工作時，報警輸出的常閉觸點動作，使 KM1 線圈失電，將變頻器與電源斷開，進行安全保護。 的輸入端 、 為提升機上升、下降開關(guān)控制端； 、 、 為提升機的過卷、松繩、過載控制端。 圖 41 箕斗提升速度圖 （ 1） t1 段：初加速階段。這時重載箕斗已接近井口，空箕斗接近裝載點，提升容器以加速度 a4 運行， a4 一般不大于 178。當(dāng)有故障出現(xiàn)時可轉(zhuǎn)到相應(yīng)的故障處理模塊進行故障處理，并通過報警回路報警或安全回路實現(xiàn)抱閘停車保護。 I 0 . 0I 1 . 0I 0 . 2 I 2 . 02 3451Q 0 . 0 圖 43 梯形圖簡圖 系統(tǒng)梯形圖 由于控制工藝比較復(fù)雜，本程序 采用主子程序模塊化順序結(jié)構(gòu)進行編程，程序中的內(nèi)存地址可分成 :參數(shù)設(shè)定、上位機顯示、故障存儲、運行數(shù)據(jù)存儲、中間量這五部分，系統(tǒng)各種子程序均由主循環(huán)程序調(diào)用執(zhí)行，按事先輸入的控制程序?qū)崿F(xiàn)自動控制，系統(tǒng)編程靈活，修改程序方便，僅需修改子程序梯形圖程序就可改變控制功能，便于現(xiàn)場維護管理，使提升機運行安全性和可靠性得到了大幅度提高。此時 FWD 與 CM相連，電機正轉(zhuǎn)上提煤車。 控制系統(tǒng)的梯形圖如圖 44 所示： 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 27 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 28 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 29 圖 44 系統(tǒng)梯形圖 調(diào)試過程 1． 先將程序傳入 PLC 中，連接外部連線和按鍵以及各個狀態(tài)指示燈。 ③ 所有機柜、操作臺等均需保護接地，臺柜內(nèi)需有獨立的 PLC 直流地、機殼安全地、電纜屏蔽地接地端子，與結(jié)構(gòu)內(nèi)部未接地電路板在電氣上隔離。 ⑦ 采用標(biāo)準(zhǔn)化軟件程序可以提高運行的可靠性，故障診斷軟件定期的檢測外界環(huán)境，以便及時進行處理。在此向?qū)煴硎旧钌畹母兄x和崇高的敬意。論文寫作比較規(guī)范，格式基本符合要求，結(jié)構(gòu)較合理，層次清楚，表述較準(zhǔn)確。 3．論文結(jié)論與創(chuàng)新性 作者根據(jù)確定的研究內(nèi)容和研究方案，開展了 礦井提升機的電控系統(tǒng) 的設(shè)計、仿真和驗證， 完成了基于 PLC 礦井提升機的電控系統(tǒng) 的設(shè)計，本畢業(yè)設(shè)計基本達到了預(yù)定的目標(biāo)。當(dāng)有故障出現(xiàn)時可轉(zhuǎn)到相應(yīng)的故障處理模塊進行故障處理，并通過報警回路報警或安全回路實現(xiàn)抱閘停車保護。在整個設(shè)計過程中肖老師提出來寶貴的意見和建議，指導(dǎo)我如何準(zhǔn)備材料，整理文章以及寫設(shè)計過程中提出了許多解決方案，才使我的畢業(yè)設(shè)計獲得全面改進，順利完成。主要措施有：合理布線、削弱干擾源、對線路進行屏蔽、隔離干擾信號和準(zhǔn)確接地。因此對數(shù)字信號和模擬信號，在任何情況下，都必須分開電纜迸行傳輸。所以在本系統(tǒng)中也不例外，有必要考慮系統(tǒng)的抗干擾措施。此時繼電器 KM2 得電， KM3 失電；置于變頻器與電機之間的KM2 常開觸點閉合，跨過變頻器，連接電機與三相動力電源的 KM3 常開觸點斷開。從而達到互鎖作用。 3. 觸點應(yīng)在水平線上，不能在垂直分支上，且應(yīng)遵循自左 至右、自上而下的原則。提升容器到達終點，提升機施閘停車，井底箕斗裝載，井口箕斗卸載。對于箕斗提升，加速度 a2 一般不大于 178。 圖 34 系統(tǒng)控制回路電路圖 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 22 其 I/O 口分配如表 31 所 示： 表 31 控制系統(tǒng) Ｉ /Ｏ 分配表 PLC I/O 分配表 輸 入 輸 出 電機啟動按鈕 工頻輸出端 電機停止按鈕 變頻輸出端 變頻控制端 正轉(zhuǎn)繼電器 工頻控制端 反轉(zhuǎn)繼電器 上升控制端 安全回路繼電器 下降控制端 報警繼電器 過卷保戶端 復(fù)位 松繩保戶端 點動控制 過載保護端 COM AC 220V 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 23 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 提升速度圖及分析 提升設(shè)備在一次提升過程中，提升速度、轉(zhuǎn)矩等運行參量隨提升時間變化的曲線，稱為提升工作圖。 制動控制回路：提升機負載由于慣性較大，當(dāng)變頻器的輸出頻率下降至 0Hz 時，常常停不住，而有“蠕動” (也稱爬行 )現(xiàn)象，在礦山提升機這種大負載機械中，蠕動現(xiàn)象有可能造成十分危險的后果。 PLC 與變頻器的外圍接線圖如圖 32 所示， PLC 的 端接電機啟動按鈕 SB1， 端接電機停止按鈕 SB2，再使用 PLC 的一個模擬量輸出點作為使電機正轉(zhuǎn)啟動的輸出信號，接到 MM420 變頻器的 AIN1+， AIN1端子上。 變頻器各端子說明 25 所示。調(diào)壓調(diào)速既非恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，也非恒功率調(diào)速，比較適合于大型類的負載。 2. MM440 變頻調(diào)速的原理 異步電動機定子對稱的三相繞組中通入對稱的三相交流電，在電機氣隙內(nèi)會產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場，其旋轉(zhuǎn)速度為同步轉(zhuǎn)速： pf160n0? (2－ 1) 式中 f1定子繞組電源頻