【正文】 瓦斯?jié)舛缺Ｗo(hù) 上升過卷燈 松繩保護(hù) 下降過卷燈 超載保護(hù) 瓦斯?jié)舛确澍Q器 上升極限位 松繩蜂鳴器 下降極限位 超載蜂鳴器 PLC的 I/O地址接線圖 I/O 地址接線圖如圖 所示 煤礦井下升降安全控制系統(tǒng)的設(shè)計 17 圖 I/O 地址接線圖 軟件系統(tǒng)設(shè)計 升降機(jī)軟件系統(tǒng)包括控制安全回路軟件設(shè)程以及報警軟件設(shè)計，安全回路設(shè)計要完成整個提升過程所有的控制，包括升降機(jī)的正反轉(zhuǎn)，變頻調(diào)速等環(huán)節(jié)，以及過卷保護(hù)以及上限位開關(guān) 的的控制。它的組成主要有： CPU 模塊、電源負(fù)載模塊 (PS)、信號模塊 (SM)、功能模塊 (FM)、接口模塊 (IM)和通訊處理模塊 (CP)等， S7200 系列的 強(qiáng)大功能使其無論在獨(dú)立運(yùn)行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制功能， 因此 S7200 系列具有極高的性能 /價格比 [4]。因此，可以用2A 來預(yù)估一下電流值，這樣能粗略快速選擇元件， 本調(diào)速系統(tǒng)所選電動機(jī)為： QABP 系列三相異步變頻調(diào)速電動機(jī)。操作人員可以根據(jù)控制要求進(jìn)行各種操作， PLC 輸出相應(yīng)指令控制變頻器運(yùn)行，從而調(diào)整升降機(jī)的運(yùn)行。 (6)將高科技用到升降控制系統(tǒng)中，這樣 整體 效率比較高 。 假定電動機(jī)克服所有阻力后的合力與全部靜負(fù)荷和提升有害阻力的合力作用在同一力臂上，則升降機(jī)運(yùn)動部分有如下的動力平衡方程： 2m 2F r dxFMdt?? （ ） 式中： mF －電動機(jī)克服所有阻力后的合力； rF －全部靜負(fù)荷和提升有害阻力的合力； M －升降機(jī)所有運(yùn)動部分的換算質(zhì)量； 22dxdt — 提升加速度， 煤礦井下升降安全控制系統(tǒng)的設(shè)計 7 一般情況下， 22dr ( , )r xF f x c M dt?? （ ） 式中： x－給定瞬時通過的距離； c－各種不變提升參數(shù)的總和。 提升機(jī)工作原理：煤礦井下采煤，采好的煤通過斜井用 升降機(jī)將其運(yùn)輸?shù)降孛嫔?。 （ 5）全數(shù)字化系統(tǒng)調(diào)速控制 德國 AEG 公司的 Logidyn D 系統(tǒng)都已應(yīng)用于升降機(jī)上。同時設(shè)置了報警環(huán)節(jié)，當(dāng)出現(xiàn)事故或危險時，報警燈閃爍，已提醒作業(yè)員來采取相應(yīng)的措施，從而保證了升降機(jī)的安全運(yùn)行。近年來，我國在升降機(jī)的安全方面做了很多的努力，投資了大量的人力物力，使礦井升降機(jī)設(shè)備的安全可靠性有了巨大的進(jìn)步，并將“可靠性系統(tǒng)工程”的理念引入了煤礦井下升降機(jī)領(lǐng)域，與之相適應(yīng)，升降機(jī)對其電控系統(tǒng)安全可靠性的要求也愈來愈高。礦井升降機(jī)運(yùn)行時的狀況直接決定了煤礦工人的生命安全。而我國當(dāng)前的提升調(diào)速水平，大多數(shù)還停留在上世紀(jì)七十年代的繼電器控制的基礎(chǔ)上。因此，在設(shè)計煤礦井下升降機(jī)，安全性以及可靠性的重要性就不言而喻了 [1]。 (3)進(jìn)一步完善升降機(jī)后備保護(hù)功能，保證升降機(jī)運(yùn)行的安全可靠。 參數(shù)比較穩(wěn)定、可方便地與上位機(jī)聯(lián)網(wǎng)等優(yōu)點(diǎn)，因此這類的系統(tǒng)的維護(hù)需要作業(yè)人員有更高的知識素養(yǎng)和技術(shù)水平。 在井口處有升降機(jī) ， 電機(jī)經(jīng)過減速器后傳動給卷筒，這樣控制升降機(jī)的運(yùn)行 。 因此可得升降機(jī)的一般動力微分方程： 22d( , )mr xF f x c M dt?? （ ） 因此，礦井升降機(jī)速度的變化規(guī)律為： f( ) dxVtdt?? （ ） 2 ,2d( ) ( , ) [ ( ) , ] ( )m m r r x txF f t f x c M f f t c M f tdt? ? ? ? ? （ ） 因此可得電動機(jī)提升力如圖 所示： （電動機(jī)提升力）0FdFd1Fd2Fd3Fd1F 圖 電動機(jī)提升力圖 要使升降機(jī)按給定速度圖運(yùn)行，電氣傳動系統(tǒng)應(yīng)能根據(jù)負(fù)載的變化而自動的工作在電動或制動狀態(tài)。 (7)要求 有相應(yīng)的保護(hù)措施，以保證控制系統(tǒng)的安全性 。 (1)主控系統(tǒng) 本系統(tǒng)的主控系統(tǒng)采用 PLC 來控制，主 PLC 正常運(yùn)行時 ， 傳感器將相應(yīng)的信息轉(zhuǎn)換為控制信號， 以保證控制系統(tǒng)的運(yùn)行的正常 。其技術(shù)數(shù)據(jù)如表 31 所示 ： 表 31 電機(jī)技術(shù)參數(shù) 型號 標(biāo)稱功率/KW 額定電流/A 額定轉(zhuǎn)速（ r/min） 額定轉(zhuǎn)矩/ 轉(zhuǎn)動慣量/178。 S7200 系列 PLC 可提供 4 個不同基本型號的 8 種 CPU，根據(jù)升降機(jī)電控統(tǒng)原理的調(diào)速控制要求，選擇西門子公司的 CPU226 控制可靠、價格較低，性能優(yōu)良，程序容量較大、運(yùn)行速度快、編程靈活等優(yōu)點(diǎn)，既提高工作質(zhì)量，又取得了 良好的經(jīng)濟(jì)效 礦井升降機(jī)主接線圖 變電站送來的 380V 電源，經(jīng)高壓開關(guān)柜的隔離開關(guān) QF1 為電機(jī)供電。報警軟件設(shè)計包括報出現(xiàn)緊急情況時的安全制動和報警。 （ 2）梯形圖 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 22 升降機(jī)運(yùn)行中限位設(shè)計 在提升機(jī)的運(yùn)行過程中，當(dāng)升降機(jī)運(yùn)行到頂端或者低端的時，需要限位來加以控制，確保 行程的安全，在底端或者頂端停止一段時間，完成裝貨或者卸貨后，升降機(jī)可以自動調(diào)整方向，進(jìn)行升降。 煤礦井下升降安全控制系統(tǒng)的設(shè)計 27 4 升降機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的仿真 數(shù)字仿真技術(shù)現(xiàn)在已經(jīng)廣泛的應(yīng)用到各種設(shè)計的控制系統(tǒng)中，它可以對大型復(fù)雜的系統(tǒng)進(jìn)行仿真，只要建立完善的數(shù)學(xué)模型，其仿真的效果和真實(shí)值相比還是很樂觀的，經(jīng)過多次的仿真驗(yàn)證，其真實(shí)性已經(jīng) 得到了認(rèn)證 。 當(dāng)建模和參數(shù)設(shè)置完成后 ， 即可進(jìn)行仿真 。 采用可控制編程器和變 頻器相結(jié)合的方法來控制升降機(jī)的運(yùn)行 ； 變頻器的調(diào)速方法實(shí)現(xiàn)了提升機(jī)的平滑調(diào)速，提高了提升機(jī)的舒適度和安全性；由于缺乏實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)，同時受到時間和條件的限制，以及作者本人水平有限，礦井提升機(jī)控制系統(tǒng)在很多方面還需要不斷完善。 作者簽名： 日期： 。在此向?qū)煴硎旧钌畹母兄x和 崇高的敬意 。對設(shè)計的系統(tǒng)進(jìn)行仿真， 在經(jīng)過一系列轉(zhuǎn)速突變仿真后，得到轉(zhuǎn)速輸出波形如圖 所示煤礦井下升降安全控制系統(tǒng)的設(shè)計 29 圖 轉(zhuǎn)速輸出波形 二、仿真結(jié)果分析 仿真系統(tǒng)以實(shí)際電機(jī)參數(shù)輸入，對其變頻調(diào)速控制系統(tǒng)進(jìn)行了仿真研究，仿真結(jié)果分析表明：速度的振幅較小，速度比較緩和，在 時就基本趨于平穩(wěn)。 本文利用基于 MATLAB 環(huán)境下對交流變頻調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行了仿真。開關(guān)動作后，給出信號，進(jìn)行 相關(guān)動作 。 升降機(jī)調(diào)速設(shè)計 煤礦升降機(jī)在礦井中有著至關(guān)重要的作用 。通過改變變頻器的頻率來控制電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速。 n)表示 電動機(jī)的轉(zhuǎn)速 (r/min)。 礦井提升機(jī)調(diào)速控制方式選擇 變頻調(diào)速的控制 根據(jù)相關(guān)的電機(jī)學(xué)原理知識 ,可以得到異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速關(guān)系式為： 11 6 0 (1 ) fn n s p? ? ? （ 1s ） () 式中： n—— 升降 機(jī)的轉(zhuǎn)速； S—— 定子每相繞組串聯(lián)匣數(shù) 。 煤礦井下升降機(jī)電氣控制系統(tǒng)組成 傳統(tǒng)的提升機(jī) 的控制方式 是通過 切換電阻的形式 來實(shí)現(xiàn)的， 這種方式效率低下，問題復(fù)雜， 其中的缺點(diǎn)如下所述 : (1)提升機(jī)啟動的一瞬間電流很大，對電機(jī)的傷害嚴(yán)重，且在加 /減速運(yùn)行時可控制性弱，舒服度不好，停位不精確。 煤礦升降機(jī)的控制要求 目前，對于煤礦控制系統(tǒng)的具體要求有：調(diào)速性能好、升降機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定、定位準(zhǔn)確、能夠迅速的進(jìn)行正反轉(zhuǎn) 。當(dāng)卸完煤以后，變頻器控制升降機(jī)進(jìn)行反轉(zhuǎn)，到煤礦深處進(jìn)行運(yùn)輸煤，這樣剛好完成一個周期，當(dāng)升降機(jī)需要停車時，發(fā)出停車指令，開始抱閘停車。熟悉礦井升降機(jī)的性能、結(jié)構(gòu)及動作原理，合理使用設(shè)備，加強(qiáng)維護(hù)，對確保升降機(jī)工作效率、提高安全 可靠性、防止和杜絕事故的發(fā)生具有重大意義。 升降機(jī)現(xiàn)代化水平的高低直接影響著煤礦的生產(chǎn)效率以及作業(yè)人員 的生命安危 ,更代表著我國生產(chǎn)力的發(fā)展水平 。即使 礦井升降機(jī)系統(tǒng)本身有一些安全保 護(hù)措施，但是由于升降機(jī)慣性大大、工作流程復(fù)雜、環(huán)境惡劣、這些因素都會導(dǎo)致各種機(jī)械零件和電器元件的 失效，再加上 人為的疏忽和以及監(jiān)控系統(tǒng)的不完善，使得理想的安全保護(hù)措施未能實(shí)現(xiàn) 。在本次課題的設(shè)計中，利用 PLC 來控制煤礦升降機(jī)的 III 運(yùn)行，接觸器和繼電器將被 PLC 中大量的元件所代替，從而完成了利用 PLC 對原有系統(tǒng)的改造； 同時將 PLC 和變頻器結(jié)合起來 ， 運(yùn)用到煤礦井下升降機(jī)的控制系統(tǒng) 中，改善現(xiàn)有的升降系統(tǒng) ，提高精度， 使得升降機(jī)運(yùn)行更加的平穩(wěn)和安全 。 ④ 利用 MATLAB進(jìn)行仿真 , 對設(shè)計的系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)證。因此，升降機(jī)性能的提高，自動化控制水平的提高 ， 對于煤礦未來的發(fā)展具有重大的意義，設(shè)計出安全、可靠的升 降系統(tǒng)一定是未來發(fā)展新勢頭 。 (1)本課題將可編程控制器（ PLC）控制技術(shù)應(yīng)用到升降機(jī)的控制系統(tǒng)中，利用 PLC 的元件來代替?zhèn)鹘y(tǒng)繼電器。 （ 3）提升過程監(jiān)視 由于近代升降機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計特別強(qiáng)調(diào)安全可靠性， 所以升降機(jī)安全回路是現(xiàn)代升降機(jī)控制的重要環(huán)節(jié)。 (5)觀測和操縱系統(tǒng) 觀測包括斜面操縱臺，通過傳感器集中來的信號，對現(xiàn)有的運(yùn)行情況作出處理，從而執(zhí)行新的程序。 升降機(jī)過程中各部分動力計算， 而這些慣性力與升降機(jī)速度變化規(guī)律密切相關(guān)。 (5)工作方式轉(zhuǎn)換容易。 改進(jìn)后的電氣控制系統(tǒng)組成圖如圖 所示。 環(huán)境的惡劣性也要在設(shè)計中考慮之中，采用 PLC 的元件代替?zhèn)鹘y(tǒng)的的接觸器，大大簡化了路線的復(fù)雜性。 (3)如果控制系統(tǒng)有模擬量 ,I/O 模塊的響應(yīng)時間能要滿足系統(tǒng)要求 。I/O 信號處理的方式為：提升機(jī)的電控系統(tǒng)運(yùn)行過程從根本上說就是 PLC 把從現(xiàn)場釆集回來的各種數(shù)據(jù)經(jīng)運(yùn)算、處理后轉(zhuǎn)化為直觀的提升機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù) (如提升機(jī)運(yùn)行的速度等 )在操作臺上顯示出來，與此同時 PLC 會在這些運(yùn)行數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上按照預(yù)先編寫的程序控制現(xiàn)場各種設(shè)備動作。如果司機(jī)在開車過程中不小心開車過卷，過卷開關(guān)會立即動 作，安全回路斷開，提 升機(jī)停車。 （ 2）梯形圖 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 26 小結(jié) : 主要介紹 了煤礦井下升降機(jī)控制系統(tǒng)硬件包括對變頻器， PLC 的選型。速度調(diào)節(jié)器由比較環(huán)節(jié)、比例積分環(huán)節(jié)和飽和環(huán)節(jié)等組成。 本文針對提升機(jī)的安全環(huán)節(jié)還設(shè)置了減速、超速報警及過載、松繩、過卷等安全保護(hù)措施，使提升安全狀況有所改善。 作者簽名： 日期： 年 月 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。 太原理工大學(xué) , 2021. 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