基于PLC的礦井提升機控制系統(tǒng).doc

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。 摘 要礦井被稱作地下礦井系統(tǒng)的咽喉，是井下與地面最重要的通道。礦井提升機承擔著礦井與井下人員、礦料、設備等物資運輸?shù)闹厝危钦麄€礦井系統(tǒng)中的核心部分，礦井提升機的安全可靠運行至關重要。所以設計一套安全可靠的礦井提升機控制系統(tǒng)具有極大的意義。PLC出現(xiàn)后以其顯著優(yōu)點迅速成為工業(yè)生產(chǎn)控制系統(tǒng)的主流發(fā)展方向，其可靠性高，抗干擾能力強；編程簡單，使用方便；控制程序可變，具有很好的柔性功能完善；擴充方便，組合靈活，極大減少控制系統(tǒng)設計及施工工作量；體積小，重量輕；非常適用“機電一體化”設備。基于PLC設計礦井提升機控制系統(tǒng)，極大滿足對大型機械控制安全與可靠性的要求，且節(jié)能環(huán)保，便于操作與維護。關鍵詞：礦井提升機；PLC；控制系統(tǒng)。Abstract The mine is called the throat of the underground mine, which is the most important channel of the underground mine. The mine hoist bears the heavy responsibility of the mine and the underground personnel, the ore material, equipment and so on. It is the core part of the entire mine system, and the safe and reliable operation of the mine hoist is very important. Therefore, it is of great significance to design a safe and reliable control system of mine hoist. PLC appears with its remarkable advantages quickly become industrial production control system of the mainstream of the development direction of, the high reliability, strong anti-interference ability; programming is simple, easy to use; variable control procedures, with perfect good flexible function; to facilitate the expansion, flexible combination, greatly reducing the control system design and construction work; has the advantages of small volume, light weight; very applicable electromechanical integration equipment. Design of mine hoist control system based on PLC, which greatly meets the requirements of safety and reliability of large mechanical control, and energy saving and environmental protection, easy to operate and maintain.Key words: mine hoist; PLC; control system.目 錄中文摘要. .英文摘要. .目錄.1 緒論.11.1 課題研究的背景.21.2 提升機國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀.21.3 課題主要研究內(nèi)容.32 礦井提升機概述2.1 礦井提升機的簡介.32.1.1 礦井提升機的分類.42.1.2 礦井提升機的主要組成部分及工作原理.62.2 礦井提升機的運行.72.3 提升機故障及保護.83 礦井提升機控制系統(tǒng)的設計3.1 礦井提升機控制要求.93.2 硬件的選擇及其電氣連接.103.3 控制系統(tǒng)的參數(shù)推導及設置.143.3.1提升過程參數(shù)推導.143.3.2變頻器參數(shù)設置.173.4 控制系統(tǒng)的軟件設計.184 礦井提升機的保護設計4.1 安全報警與監(jiān)控板的設計.194.2 抗干擾措施.205 總結(jié) .216 參考文獻.227 致謝.248 附錄.25控制流程圖.25MM440說明書（部分）.26軟件設計指令表.26程序梯形圖.30仿真結(jié)果圖.33 1 緒論采礦業(yè)是國民經(jīng)濟的重要組成部分，采礦業(yè)的健康發(fā)展對社會主義建設具有重大的意義。我國幅員遼闊，礦產(chǎn)資源豐富，但是開采難度大，露天礦山屈指可數(shù)，眾多的礦產(chǎn)資源都埋在深土里。我國的采礦大都是地下做業(yè)，對礦井提升機這種礦山的核心設備需求極大。美國通用汽車制造公司（GM）最先于1968年提出研制一種新的控制器，并且在用戶角度給出了設計要求。第二年美國數(shù)字設備公司（DEC）研制出了第一臺可編程控制器（ProgrammableLogicController）PDP-14，用于通用汽車生產(chǎn)線。隨后日本西歐等國也引進PLC制造技術，反展自己的PLC技術。隨著計算機技術與PLC技術的融合，PLC的功能得到了巨大的飛躍，其超高的運算速度，可靠的抗干擾設計能力，數(shù)字模擬量處理功能，強大的PID功能，極小的體積，極高的性價比，讓它在眾多工業(yè)化國家中得到大量使用。 通過對PLC的大量實踐應用國外的PLC廠家積累了大量的開發(fā)設計經(jīng)驗，憑借技術優(yōu)勢，發(fā)達國家生產(chǎn)PLC的公司在PLC的全球份額占到了80%，幾家大型PLC制造公司主導了全球的PLC行業(yè)，這幾家公司是德國的西門子 （SIEMENS）公司、AEG公司、法國的TE公司。日本的三菱、歐姆龍、松下、富士，韓國的三星（SAMSUNG）、LG。PLC技術是現(xiàn)代控制技術的主流技術，代表了高度發(fā)達的自動化，智能化水平，PLC技術在工業(yè)生產(chǎn)中的蓬勃發(fā)展，得益于其優(yōu)良的可靠性，抗干擾能力；簡單的編程要求，方便的使用方法；可變的控制程序，良好的柔性且功能完善；擴充方便，組合靈活，極大減少控制系統(tǒng)設計及施工工作量；體積小，重量輕。發(fā)展PLC理論，應用PLC控制，能極大的解放生產(chǎn)力，極大的緩解中國“老齡化”所帶來的生產(chǎn)力不足和國家產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型的政策要求。 采礦業(yè)中的地下做業(yè)是及其危險的，礦井下環(huán)境復雜，塌方沁水等問題層出不窮，礦石采掘及其繁重。作為礦山生產(chǎn)中的核心設備礦井提升機，它的安全可靠運行就幾乎決定了整個礦井的安全。我國對于礦井提升機的研發(fā)較晚，一直以來，國有大型廠礦都使用國外設備，這即推高了企業(yè)的運行成本，也不方便維護，若發(fā)生意外事故，還拖延救援的黃金時間。所以，將PLC技術應用于礦井提升機的研發(fā)中來，具有極大的經(jīng)濟價值，科研價值和社會價值。1.1課題研究的背景 礦井是礦山的咽喉，是井下與地面溝通最重要的通道；礦井提升機是礦井工作系統(tǒng)中的核心部分，承擔著礦料、設備、人員的進出，礦井提升機的安全可靠至關重要。傳統(tǒng)礦井提升機控制系統(tǒng)，需要數(shù)量眾多的繼電器設備，布線復雜，體積龐大，耗能多，啟動，停車，制動，邏輯控制等方面難盡人意。工作過程中整車下行，體積大，重量高，維護困難，產(chǎn)生大量的熱，有電火花，給安全生產(chǎn)帶來巨大隱患。采礦業(yè)作為現(xiàn)代工業(yè)的重要組成部分，伴隨著控制技術的進步，由人工控制，半自動控制，逐步向自動化，智能化發(fā)展。PLC代表了現(xiàn)代工業(yè)控制的先進水平，相對于傳統(tǒng)控制，其可靠性高，抗干擾能力強；編程簡單，使用方便；控制程序可變，具有很好的柔性功能完善；擴充方便，組合靈活，極大減少控制系統(tǒng)設計及施工工作量；體積小，重量輕，是“機電一體化”的理想設備。基于PLC設計的礦井提升機控制系統(tǒng)，能極大改善提升機的控制，提升整個礦井生產(chǎn)的安全性，可靠性與自動化水平，符合社會生產(chǎn)力反展與國家的產(chǎn)業(yè)技術升級政策。1.2提升機國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 工業(yè)革命刺激了對礦料的需求，第一次工業(yè)革命時國外就開始研制礦井提升機控制系統(tǒng)，20世紀60年代國外開始研制礦井提升機監(jiān)控系統(tǒng)，長時間的技術積累使國外在提升機狀態(tài)監(jiān)控方面水平較高。特別是對閘控和速度監(jiān)控等一些重要保護環(huán)節(jié)，設計更加合理，有些環(huán)節(jié)設置雙重保護，如過速保護，過卷保護等。這些監(jiān)控保護措施，對提升機的運行安全都是可靠的保證，如瑞典ABB公司的礦井提升機速度保護功能齊全，系統(tǒng)可靠，能實現(xiàn)全自動開車；德國西門子公司全數(shù)字式提升機實現(xiàn)了數(shù)字驅(qū)動，具有緊急制動時恒減速，提升鋼絲繩張力動態(tài)監(jiān)視，提升系統(tǒng)及設備動態(tài)顯示和故障自診斷功能。 國內(nèi)有關提升機控制系統(tǒng)的研究起步較晚，相對于國外設備性價比不高。國內(nèi)大型礦井一般引進國外提升機設備，但是國外企業(yè)實行嚴格的技術保密措施， 其核心技術(如程序等)無法掌握，在使用、維修和零部件的供應上都受到限制，且價格昂貴，推高了礦井的生產(chǎn)成本，中小礦井更是難以承擔，只好使用質(zhì)量較差的設備，給安全生產(chǎn)帶來隱患。改革開放后國內(nèi)積極開展了提升機的研制工作，取得了長足進步，但是與國外同類產(chǎn)品比較，還是存在著巨大差距。以交流電控系統(tǒng)主要以TKD交流拖動為代表，主令操作及故障監(jiān)控仍采用傳統(tǒng)的繼電器控制線路，每臺提升機需要數(shù)百個甚至上千個觸點的繼電器，系統(tǒng)可靠性差，故障率高，且不易維修，數(shù)目眾多的控制線要和各種動力電纜通過狹小的井筒空間并行下井，安全性差，電磁干擾大。隨著技術進步，當代的礦井提升機控制走向自動化，小型化，節(jié)能化。以PLC為代表的控制理論技術是礦井提升機控制未來的發(fā)展方向。1.3課題主要研究內(nèi)容 本文闡述部分闡述現(xiàn)代主流礦井提升機的主要機型，運行、保護方式，控制系統(tǒng)主要性能指標。設計部分基于PLC設計出一套滿足實際生產(chǎn)的礦井提升機控制系統(tǒng)。包括硬件選擇，參數(shù)推導，PLC外部接線示意圖，控制流程圖，主電路圖，I/O分配表，控制版面，安全保護。 2 礦井提升機概述2.1 礦井提升機的簡介 礦井提升機又稱“提升絞車”， 是一種大型提升機械電氣設備。主要用于地下采礦作業(yè)，通過電機帶動鋼絲繩連接的容器在井筒中升降，完成輸送任務?，F(xiàn)代礦井提升機的控制由繼電器控制，分離元件控制，模擬電路控制到微電子（PC,PLC）的全自動化控制,不過，出于安全考慮，提升機的自動化控制還是相對的，需要人工監(jiān)測，設計中都會給人工控制留出較高的控制等級。目前使用較廣泛的型號有：JTP型、JK型、JTK型。2.1.1 礦井提升機的分類 礦井提升機以電機驅(qū)動方式分類有交流式與直流式。交流電機結(jié)構(gòu)簡單，組合緊湊，質(zhì)量堅固，價格便宜，容量大，維護簡單，可直接三相電源使用，使用場合廣，長時間應用于井下采礦作業(yè)等復雜環(huán)境場合；但是，交流電機調(diào)速性能差，在礦井內(nèi)調(diào)速停車一般是機械硬停，對機械零部件照成沖擊，降低了其使用壽命，且沖擊過程容易出現(xiàn)火花，增加了安全隱患。20世紀70年代，得益于大功率可控硅與電子控制技術發(fā)展，直流電機憑借其良好的調(diào)速性能，優(yōu)良的啟動停車，大范圍的平滑調(diào)速能力，主導了一段時間大中型礦的提升機種類。隨著電力電子器件，交流控制理論，PC、PLC控制技術的發(fā)展，對于交流電機獲得了同直流電機一樣的調(diào)速性能，尤其是大功率的電機，交流電機有明顯優(yōu)勢。當前國內(nèi)井下采礦系統(tǒng)中，提升機大多采用交流繞線式異步電動機轉(zhuǎn)子串電阻的調(diào)速方案。礦井提升機按鋼纜繞行分為兩類：纏繞式與摩擦式。兩種方式均可用于主副井，提拉阡石、設備、礦料、人員等，布線簡單，操作效果好，機械沖擊小，最大的節(jié)省材料。下井方式可垂直也可斜入,均能有效利用地形，較好的滿足采礦作業(yè)需求，國內(nèi)年產(chǎn)120萬噸以下，井深小于400米的礦井大多用纏繞式。摩擦式提升機分作單繩摩擦式和多繩摩擦式，后者摩擦輪和鋼絲都較小，故機組尺寸小，制造簡單，速度高。多用于年產(chǎn)120萬噸以上，井深2100米以下的豎井。經(jīng)過多年的實際生產(chǎn)經(jīng)驗積累，目前國際上的大中型礦井都使用這兩中提升模式，還有其它特殊環(huán)境的提升方式，本文就不多做介紹。單繩摩擦塔式摩擦式 多繩摩擦落地式礦井提升機 可分離式單卷筒 單繩纏繞式纏繞式單卷筒多繩纏繞式(布雷爾/Blair式)14325圖2.1.1 單繩纏繞式提升機原理示意圖1、 卷筒；2；鋼絲繩；3、天輪；4、容器；5、平衡輪單繩纏繞式提升機布線簡單，所用鋼繩少，大量減輕其質(zhì)量與體積，節(jié)約鋼材，由于質(zhì)量小，工作過程中對電機的額外負載較少，反應迅速，不易出現(xiàn)卷筒打滑現(xiàn)象。不過同樣的，由于鋼繩少，在電機急停過程中，鋼繩出現(xiàn)斷裂可能性增大?，F(xiàn)代材料幾歲的發(fā)展有效的解決了這個問題，應用新的復合材料，鋼繩的強度得到極大的提升。4321513452圖2.1.2 多繩摩擦式提升機機原理示意 1、卷筒；2；鋼絲繩；3、天輪；4、容器；5、平衡繩2.1.2 礦井提升機的主要組成部分及工作礦井提升機主要由六部分組成，分別為工作機構(gòu)：包括主軸裝置和離合器；制動系統(tǒng)：包括制動閘和傳動裝置；機械傳動系統(tǒng)：包括減速器和連軸器；潤滑系統(tǒng)：包括油泵和油管；觀測和操作系統(tǒng)：包括操作臺、深度指示器與測速裝置；拖動、控制和安全保護系統(tǒng)：包括主動機、拖動裝置、電氣控制系統(tǒng)和安全保護系統(tǒng)。 圖2.1.3 礦井提升機組成示意圖2.2 礦井提升機的運行 礦井提升機的運行分為啟動、勻加速、勻速、勻減速、停車幾個階段，每個階段對速度要求不相同，且為提升提升機的工作效率，加速度要盡可能大，為減小機械沖擊，增加提升機使用壽命，啟動、停車、變速過程要平順。礦井提升機在理論速度要求與實際工作中不完全相同，理論中速度要求是到點變化，在實際生產(chǎn)中呈“S”曲線變化，平順的速度改變能減少機械沖擊，同時減少對回路的電變化干擾，原來使用繼電器做控制時，一般串多級電阻，以實現(xiàn)對電機的平滑調(diào)速，現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中對三相交流電機實現(xiàn)平滑調(diào)一般是用變頻器。通過變頻器進行平滑調(diào)速，以達到生產(chǎn)工藝的要求。 通常情況下，生產(chǎn)過程中電機輸出功率一定時，當速度達到最大值，運轉(zhuǎn)速度一定，扭力最小。利用電機的這個功能，有時可以不用特意調(diào)節(jié)速度，讓其直接運行即可。2.1 提升機運行情況示意圖 圖2.2.2 五階段速度示意圖根據(jù)國內(nèi)眾多礦井實地生產(chǎn)經(jīng)驗，得到礦井提升機在一個提升循環(huán)里的運動規(guī)律： 1）加速階段容器離開井底后經(jīng)過t1時間段，以加速度a1運行至最大速度。對于提升機，加速度一般不大于。2）勻速階段容器以最大速度運行t2完時間段，直至接近井口。3）減速階段容器接近井口后以加速度a3運行完t3時間段，實現(xiàn)減速至爬行速度，對于提升機加速度a3一般不大于。4) 爬行階段容器以爬行速度勻速行駛完t4時間段，以便準確停車。5）預備停車階段容器在t5時間段內(nèi)速度由至0，施閘停車。2.3 提升機故障及保護 礦井提升機工作環(huán)境復雜，高溫、潮濕、重粉塵等多重因素影響著提升機的正常運行提升機工作過程中不可避免各種故障，大致分為三類。第一類是造成礦井提升機緊急停車的故障，此事故是最嚴重的故障，故障原因有主回路過壓；主回路過流；卷筒兩端過卷；提升機錯向運行；主電動機失去勵磁；終端超速運行；制動系統(tǒng)液壓站電動機故障；運行過程中各水平穩(wěn)定器動作等。第二類是造成提升機事故停車的故障，故障原因有提升機制動輪變形；尾繩故障；緊急停車后未調(diào)零；操作限位開關失靈；開車時安全門打開；提升機調(diào)零電機故障；終端之間超速等。第三類是造成提升機信號預報的故障，故障原因有直流操作電流接地；主電機軸承過熱；制動閘瓦磨損；潤滑油壓異常；提升機通風故障等。為保障礦井從業(yè)人員的生命安全，保護整個礦井系統(tǒng)的設備使用，保證完成安全生產(chǎn)的要求，礦井提升機的故障提示，系統(tǒng)保護設計必不可少。開機后，系統(tǒng)預先進行自檢后運行，當?shù)V井提升機發(fā)生故障時，系統(tǒng)能夠迅速識別故障類型，做出反應，反饋故障部位，以便及時維修。同時應該加載外部保護電路。3 礦井提升機控制系統(tǒng)的設計3.1 礦井提升機控制要求礦井提升機是礦井生產(chǎn)設備的核心，關乎人員安全和高效生產(chǎn)。礦井內(nèi)部情況復雜，礦井提升機在工作時要克服礦井內(nèi)部高溫、潮濕、高粉塵等復雜的外界環(huán)境，還需要處理高低壓、電流過載、電熱效應、閘瓦磨損、液壓不足等自身設備問題。所以，礦井提升機的控制要求極高，其控制需要有極高的可靠性，礦井提升機的監(jiān)測要有及時準確，故障處理要迅速精確。 用PLC設計礦井提升機控制系統(tǒng)，需要處理眾多的模擬信號，傳感器選擇很重要，所以需要質(zhì)量好的傳感器。同時，礦井是非常特殊的生產(chǎn)場合，除了系統(tǒng)設計上通過計算設定參數(shù)值意外，還需要通過安裝的電氣設備來監(jiān)測礦井提升機的實時運行情況。當兩者完全都失靈時，還需要有應急保護措施，以保護整個礦井的人員財產(chǎn)安全。當發(fā)生不可控的災害，如地震、塌方、戰(zhàn)爭等破壞時，整個礦井系統(tǒng)要完全關斷電源，避免礦井提升機系統(tǒng)對人員進行二次傷害。 通過對礦井提升機盡可能完善的設計，保護整個礦區(qū)生產(chǎn)的安全，同時帶來良好的社會效應，減少采礦人員的恐慌心理，避免因恐慌而造成的人為操作失誤，降低采礦生產(chǎn)行業(yè)的事故發(fā)生率。 圖3.1 控制系統(tǒng)示意圖控制過程如下：1） 開機啟動，系統(tǒng)自檢，自檢無故障選擇是否開車，開車后進行自動控制，PLC控制變頻器調(diào)節(jié)電動機速度，通過其帶動滾筒按照五階段速度示意圖旋轉(zhuǎn)，完成循環(huán)。2）開車后自動控制過程中，實時顯示運行參數(shù)，監(jiān)測是否出現(xiàn)故障，出現(xiàn)故障迅速判斷故障等級，做出緊急停車或者聲音燈光警報，顯示故障區(qū)域。3）出現(xiàn)緊急停車故障后，系統(tǒng)自動跳轉(zhuǎn)到手動操作，進行點動控制。4）運行過程中，出現(xiàn)超速、過卷、松繩等輕故障，系統(tǒng)進行安全回路動作，自動調(diào)整運行狀態(tài)。5）井口下行與井底上行前檢測是否過載，若過載預先進行警報。3.2 硬件的選擇及其電氣連接PLC控制是當代主流的工業(yè)控制技術，邏輯控制、順序控制、計數(shù)、定時、數(shù)據(jù)運算、多點通信功能強，能自診斷、中斷控制、加載模塊，適合復雜的控制設計，模塊結(jié)構(gòu)簡化了控制系統(tǒng)設計，方便維護，可靠性高。本次設計使用Siemens（西門子）公司PLC的S7-200-CPU226，其共有24點輸入，16點輸出，內(nèi)置時鐘，有7個擴展模塊，高速計數(shù)器功能強大，工作環(huán)境要求較低，系統(tǒng)配置方便，內(nèi)置存儲器，體積小，價格低廉，適用于眾多特殊工作場合，能滿足本次設計的要求。 下面是S7-200的內(nèi)部基本結(jié)構(gòu)。圖3.2.1 S7-200基本結(jié)構(gòu)圖三相異步電動機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速相對于旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速低，轉(zhuǎn)子繞組與磁場間存在著相對運動，從而產(chǎn)生感生電動勢和電流，并與磁場相互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，通過電磁感應現(xiàn)象實現(xiàn)能量變換。與單相異步電動機相比，三相異步電動機運行性能好，并可節(jié)省各種材料。按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的不同，三相異步電動機可分為籠式和繞線式兩種?，F(xiàn)代以變頻技術為主的新技術的發(fā)展使交流電機擁有了良好的調(diào)速性能，克服了傳統(tǒng)三相交流啟動轉(zhuǎn)矩不大，啟動電流大，能量轉(zhuǎn)換率低等問題，為得到良好的調(diào)速性能和控制效果，本次設計電機采用三相異步電機。使用YR-800-12/1230繞線型異步電機。傳感器使用溫度、壓力、電壓和電流傳感器。為了有效的監(jiān)控提升容器的位置，二次監(jiān)測采用磁接近開關，形成對提升容器的雙效監(jiān)控。為能完成控制要求，發(fā)揮外接電氣設備的最大功能，需要充分考慮PLC的輸入輸出點分配，外接模塊信號的處理，充分發(fā)掘PLC的運算能力。根據(jù)S7-200的輸入輸出點分配位置，得到其的I/O分配表。并由此的到PLC電氣連接示意圖。 表一 控制系統(tǒng)I/O分配表 S7-200PLC I/O分配表 輸入 輸出I0.0啟動Q0.0變頻器通電I0.1停止Q0.1變頻上升I0.2變頻Q0.2變頻下降I0.3工頻Q0.3工頻上升I0.4上升Q0.4工頻下降I0.5下降Q0.5系統(tǒng)復位IO.6緊急停車Q0.6變頻器故障報警I0.7系統(tǒng)復位Q0.7變頻器停止I1.0自動Q1.0緊急停車I1.1點動Q1.1速度1I1.2旋轉(zhuǎn)編碼器Q1.2速度2I1.3過載Q1.3速度3I1.4松繩Q1.4輕事故I1.5過卷Q1.5重事故I1.6過流Q1.6降溫設備I1.7過壓Q1.7液壓泵I2.0超速I2.1液溫過高I2.2電機溫度過高I2.3液壓過低I2.4液壓過高I2.5閘瓦過熱I2.6運行方向錯誤I2.7液壓泵故障圖3.2.2 PLC外部連接示意圖PLC的電氣連接應能完成指定任務，同時要節(jié)約電氣設備，即自動化程度要高，節(jié)約輸入觸點與輸出觸點。在設計途中，考慮觸點的使用頻率，盡量提高其使用壽命，通常是能自動控制最好自動控制，將控制過程交由內(nèi)部處理。通過內(nèi)部處理，充分發(fā)揮PLC的快速運算的功能，同時考慮長時間運行產(chǎn)生的高溫對CPU性能影響，需要有降溫措施。PLC外部接線圖如。旋轉(zhuǎn)編碼器采用Omron(歐姆龍)公司生產(chǎn)的E6C2-CWZ6CZ，將其置于滾筒主軸上，信號進入PLC對比計算后得到相應控制。計數(shù)器通過累計正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)的脈沖個數(shù)，通過計算可得到提升容器的確切位置。圖3.2.3 旋轉(zhuǎn)編碼器與PLC連接圖變頻器采用西門子公司生產(chǎn)的MM440，其能將輸入工頻電能轉(zhuǎn)換成變頻可控電能，以實現(xiàn)對交流電機轉(zhuǎn)速的控制。變頻器容量一般取電動機容量的1.4倍。其外部加設聲光報警回路和制動回路，以保護變頻器和維護生產(chǎn)安全。接線圖如下。圖3.2.4 變頻器接線示意圖電氣接線應在達到控制要求前提下，盡量減少繼電器數(shù)量，避免過多繼電器工作而產(chǎn)生大量的熱量影響系統(tǒng)的正常運行，同時節(jié)約能源，節(jié)省材料，減小系統(tǒng)體積，方便系統(tǒng)設備的維護。主電路圖如下。 圖3.2.5 主電路示意圖3.3 控制系統(tǒng)的參數(shù)推導及設置為符合實際的生產(chǎn)要求，此次設計參數(shù)以煤礦安全規(guī)程垂直井標準為依據(jù)。則升降人員主加減加速度不得超過，最大速度低于，升降物料時，主加減加速度不得超過。最大速度不得超過，則過卷行程不得大于。且根據(jù)國內(nèi)一般常設速度，檢修運行速度，應急運行速度。3.3.1提升過程參數(shù)推導本次設計行程給定時間和速度。設定礦井提升機的有效行程為，主加速度a1=a3=，最大速度，爬升速度，井口加速度。則根據(jù)運動學公式（公式3-1） （公式3-2）可得主加速時間t1=t1通過距離s1=第一次減速時間t3=t3通過距離s3=爬升結(jié)束至停止時間t5=同理，t5通過距離s5=擇根據(jù)通過以上計上計算數(shù)據(jù)，經(jīng)理論推出礦井提升機在井下勻速通過的距離為s2+S4=為了提高工作效率，兼顧生產(chǎn)安全，以運行s2=，以運行s4=則可得t2=,t4=。一個提升周期時間t=圖3.3.1 行程參數(shù)示意圖取卷筒直徑為，卷筒由周長公式（公式3-3） 得L=則一個提升周期卷筒旋轉(zhuǎn)次數(shù)N=我們通過卷筒轉(zhuǎn)一周旋轉(zhuǎn)編碼器發(fā)出脈沖2000個，則可以算出一個提升周期脈為個，該系統(tǒng)平均每米脈沖。YR-800-6/1230繞線型異步電機參數(shù)如下：額定功率額定電壓額定轉(zhuǎn)速機械效率過載系數(shù)由三相異步電機轉(zhuǎn)速公式（公式3-3）推出頻率公式（公式3-4）n為電機轉(zhuǎn)速，單位f為電機頻率，單位p為電機磁極對數(shù)，以上述電機為參考，s為電機轉(zhuǎn)差率，以上述電機為參考，由頻率公式（3-4）推得由線速度與轉(zhuǎn)速換算公式（公式3-5）得卷筒以速度運行時轉(zhuǎn)速卷筒以速度運行時轉(zhuǎn)速設電機與卷筒的減速比為16：1。則電機相對應轉(zhuǎn)速由公式（3-4）得最高運行速度電機頻率爬升運行速度電機頻率3.3.2變頻器參數(shù)設置根據(jù)MM440說明書（詳見附錄）與上述參數(shù)可得變頻器參數(shù)設置表，參數(shù)設置前先復位為工廠缺省設定值；電機參數(shù)設定快速調(diào)試P0010=1，設置完成后準備P0010；P0003=2允許訪問擴展參數(shù)。表二 變頻器參數(shù)設置數(shù)字量輸入?yún)?shù) 功能P0003=1允許訪問使用最多參數(shù)P0010=1快速調(diào)速P0100=0頻率缺省值50HZP0300=1選擇電動機為異步電機P0304=380V電動機額定電壓P0305=292A電動機額定電流P0307=22KW電動機額定功率P0308=0.95電動機額定功率因數(shù)P0310=50電動機額定頻率P0601=1電動機溫度傳感器P0701=1ON/OFF正向運行P0702=1ON/OFF反向運行P0970=1復位P1002=5速度2頻率P1005=20速度3頻率P1011=50速度1頻率P1120=72.7正轉(zhuǎn)時間P1121=72.7反轉(zhuǎn)時間P1058=30正向點動頻率P1059=20反向點動頻率3.4 控制系統(tǒng)的軟件設計軟件設計梯形圖詳見附錄。4 礦井提升機的保護設計4.1 安全報警與監(jiān)控板的設計礦井提升機在工作過程中難免出現(xiàn)故障，安全回路一般在停車故障發(fā)生時工作，用以保護礦井提升記得安全，避免造成更大的事故。一般采用電氣設計。此時礦井提升機需要報警回路的及時響應，使之防患于未然，并指示出故障等級與故障位置，為工作人員做決策做依據(jù)。 圖4.1 安全報警回路示意圖同時，為了較準確的定位容器位置，需要設計一個電氣的電路，用于監(jiān)測容器位置。使用磁性接近開關TCK-1T。在容器上安裝一個永磁體，當其接近磁性開關時，磁性開關閉合，連接該開關的指示燈亮，兩秒后其自動復位。用這種方法輔助觀察，幫助操作員做出合理判斷，以便操作。由于礦井提升機的安全要求較高，磁接近開關在接近井口與井底的兩個開關還需要連接聲光提升。通過聲光提醒，警示提升容器旁的工作人員回避，以免發(fā)生事故。同時，由于井下布線復雜，有時電回路產(chǎn)生強磁現(xiàn)象，提升容器自身磁化都會干擾磁接近接近開關的正常工作。為了避免出現(xiàn)這種狀況。對磁接近開關的的抗干擾保護要做好，避免發(fā)生磁擾動等電磁干擾現(xiàn)象。 圖4.2 磁性接近開關示意圖為方便監(jiān)控提升機的運行狀態(tài)，需要一個便于操控的面板。監(jiān)控面板示意圖如下。 圖4.3 控制面板示意圖4.2 抗干擾措施 礦井生產(chǎn)場合干擾量大，對系統(tǒng)正常運行影響極大，所以抗干擾措施是必不可少的。一般抗干擾的主要措施有：1）保持良好的通風環(huán)境，盡量不要將PLC柜安裝在潮濕、多塵、有腐蝕性氣體、熱源、油煙重或強電磁的環(huán)境中。2）對數(shù)字與模擬信號，必須分開電纜傳輸。模擬量信號采用雙芯屏蔽線作為信號線，并盡量縮短其長度。3）合理布線。電力電纜、輸入輸出電纜、信號回路匯接線均要分開鋪設，不能合成一捆包扎，且信號電纜線接線端子都需要安裝在柜體下側(cè)。4）采集數(shù)據(jù)最好用屏蔽電纜，為擴大屏蔽作用且抑制芯線間干擾，所有屏蔽電纜層匯線接地，多芯電纜中的備用芯線也需一端接地。5總結(jié)本次基于PLC對礦井提升機系統(tǒng)的設計，我通過指導老師的細心指導，自己學習PLC的硬件工作原理與語言編程教程，上網(wǎng)查閱資料，加上同學之間的探討，基本完成了此次設計任務的要求。了解了礦井提升機在礦井生產(chǎn)中的重要作用，深刻感受到未來PLC在自動化領域中的重要作用。此次設計我獨立完成了控制流程，PLC輸入輸出點的分配，PLC外部電器接線，PLC控制程序的編程，操作界面的設計，保護電路設計，變頻器理論調(diào)試。不過由于自己的知識儲備不夠充分，設計經(jīng)驗過少，動手能力差，該次設計在實際生產(chǎn)還有一些欠缺。但基本功能夠完成基本的生產(chǎn)任務的要求。此次設計作為我大學最重要的一次設計，即興奮，有傷感。興奮的是大學四年所學的專業(yè)知識第一次能用在重要的場合；傷感的是之前浪費了許多時間，沒有好好鉆研PLC知識，以至于很多要點不能好好把握。通過這次設計，我感觸良多，重壓之下犯了許多低等錯誤，本來以為自己承壓能力很強，看來還很欠佳，今后要更加努力，完善自己的性格，增強自己的能力，才能回饋社會，做一個有用新時代的大學畢業(yè)生。 本次設計經(jīng)歷了很多困難，難點在于提升機速度的控制與故障保護的及時處理。通過與傳統(tǒng)繼電器控制比較，在理解PLC的編程語言與模塊功能后，采用變頻器與外接模塊，比較理想的解決了這一問題。同時，切身感受PLC在自動控制領域中的廣闊未來，其智能化，自動化水平相對于傳統(tǒng)繼電器控制，高了好多個層級，給予我在科技快速反展的今天，不與時俱進就要被社會所淘汰的警示。畢業(yè)設計讓我檢驗自己是否有所進步，審視自己還有那些不足，給我未來的方向有所指引。設計中解決問題的過程中讓我受益良多，硬件的搭載讓我復習了一遍控制理論與繼電保護知識，軟件的設計要求我靜下心來，不可浮躁。這為畢業(yè)后到工作崗位創(chuàng)造價值，為脫離了學校生活后融入社會，為完成社會與自我的價值積累了豐富的經(jīng)驗。感謝母校的細心栽培，指導老師的關心指導，同學的熱心幫助，今后的時間我會到以后的時間里加倍努力做有意義的事，做有意義的人。6 參考文獻1程麗，郭健.PLC控制系統(tǒng)編程與實現(xiàn)（第三版）M.北京：中國鐵道出版社，20102廖常初.可編程序控制器應用技術（第四版）M.重慶: 重慶大學出版社,20023俞國亮.PLC原理及應用 M.北京：清華大學出版社，20054閆綱.可編程控制器原理及應用M.北京：北京理工大學出版社，20125張運剛，宋小春，郭武強.從入門到精通西門子S7300/400PLC技術與應用M.北京：人民郵電出版社，2007.6廖常初.S7-300/400應用技術M.北京：機械工業(yè)出版社，2005.7索楠，馬春燕，李永剛. 基于PLC的礦井提升控制系統(tǒng)設計J.機械工程與自動化，2012（6）：140.8裴志強. 基于PLC的礦井提升機變頻調(diào)速系統(tǒng)設計 J.自動化應用,2014（5）:49-60.9朱志勇.基于PLC的礦井提升機控制系統(tǒng) J.自動化應用，2014（6）:32-41.10羅宇航.流行PLC實用程序及設計 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致謝感謝華東交通大學理工學院電信分院在這四年間的細心栽培，給了我能做好這次畢業(yè)設計的機會。感謝我的指導老師趙老師這段時間不辭勞苦的指導，老師認真細致的講解總能讓我醍醐灌頂，老師嚴謹?shù)慕虒W態(tài)度，端正嚴苛的學術要求讓我們得到了極大的鍛煉，更讓我們欽佩。感謝我的同學們積極的探討交流，讓我認識自己的不足，激發(fā)我向前的動力。最后，感謝我所引用材料的先驅(qū)們，正是你們的肩膀，幫助我看到了一個更廣闊的世界。大學的四年時光里，我經(jīng)歷了許多困難事，這使我成長，也收獲了許多感動，讓我明白在這世界里，不是只能我獨自艱難前行。漫漫長路在遠方，我有好友伴同行。四年的時間里我接到了許多人的幫助，每每想到在困苦之時他們的友愛之手，內(nèi)心倍感溫暖。大學生涯即將結(jié)束，滿含不舍與內(nèi)疚，不舍青春時光指間溜走，不舍老師的敦敦教導，不舍學校的錯落美景，更不舍一群志同道合的同學。內(nèi)疚青春以遠，自己無所建樹；內(nèi)疚心在美景，錯過老師的良苦用心；內(nèi)疚受人恩惠，卻難以為報。在多的感激都難以表達對在我大學四年里經(jīng)歷的人的感激。在此，我僅能祝福大學里的老師、同學們，闔家安康，前程似錦。THANKS !致力為企業(yè)和個人提供合同協(xié)議，策劃案計劃書，學習課件等等打造全網(wǎng)一站式需求歡迎您的下載，資料僅供參考-可編輯修改-