矿井提升机

电气 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 学院课程 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 说明书 房屋状态说明书下载罗氏说明书下载焊机说明书下载罗氏说明书下载GGD说明书下载 设计题目：矿井提升机的ＰＬＣ控制系统设计系别：　应用电子　年级专业：学号：学生姓名：　指导教师：电气工程学院《课程设计》任务书课程名称：电气控制与PLC课程设计基层教学单位：电气工程及自动化系指导教师：郭忠南等 学号 学生姓名 （专业）班级 设计题目 矿井提升机的PLC控制系统设计 设计技术参数 采用PLC构成矿井提升机的电气控制系统。控制要求查阅相关文献。 设计要求 1)根据控制要求，进行电气控制系统硬件电路设计，包括PLC硬件配置电路。2)根据控制要求，编制PLC控制程序3)按要求编写设计说明书并绘制A1幅面图纸一张。 参考资料 1、《PLC电气控制技术》漆汉宏主编机械工业出版社20082、图书馆各类期刊文献相关数据库3、相关电气设计手册 周次 第一周 第二周 应完成内容 完成全部 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 设计：周一、二：查、阅相关参考资料周二至周五：方案设计周六、日：设计方案完善 周一、二：完成设计说明书周三、四：绘制A1设计图纸周五：答辩考核 指导教师签字 基层教学单位主任签字 说明：1、此表一式三份，系、学生各一份，报送院教务科一份。2、学生那份任务书要求装订到课程设计 报告 软件系统测试报告下载sgs报告如何下载关于路面塌陷情况报告535n,sgs报告怎么下载竣工报告下载 前面。电气工程学院教务科摘要矿井提升机对安全性、可靠性和调速性能的特殊要求，使得提升机电控系统的技术水平在一定程度上代表一个厂或国家的传动控制技术水平，因此世界各大公司纷纷将新的、成熟的技术应用于提升机电控系统。本文主要讨论了ＰＬＣ与变频器相结合控制电机的运行。将变频调速技术应用于矿井提升机是矿井提升机电气传动系统的发展方向。变频器的调速控制可以实现提升机的恒加速和恒减速控制，消除了转子串电阻造成的能耗，具有十分明显的节能效果。变频器调速控制电路简单，克服了接触器、电阻器、绕线电机电刷等容易损坏的缺点，降低了故障和事故的发生。因此，变频器在提升机调速系统中的应用具有十分广阔的前景。由于矿井中环境比较恶劣，对电机的运行和安全保护系统的要求比较高，所以本文着重于设计矿井提升机的运行速度曲线与各安全保护环节的功能，通过ＰＬＣ控制变频器可以很好的设定速度曲线，达到人们理想的要求。关键词：ＰＬＣ、变频器、调速、矿井提升机目录第1章绪论1.1国内外矿井提升机发展现状.........................51.2课题研究的目的和意义.............................5第2章矿井提升机调速控制系统分析2.1提升机工作原理及机械结构.........................72.2提升机电控系统总体结构...........................7第3章提升机调速控制系统硬件实现3.1提升机电控系统变频器选择........................113.2变频外部电路设计................................123.3PLC控制部分设计...............................143.4硬件调速控制系统保护措施........................17第4章提升机调速控制系统软件实现4.1矿井提升机中速度曲线建模及实现..................184.2调速控制系统软件流程............................19第5章总结与心得..................................22参考文献...........................................23第1章绪论1.1我国矿井提升机发展现状在煤矿生产中，矿井提升机起着非常重要的作用，它是矿山生产的关键设备。提升机电控装置的技术性能，既直接影响矿山生产的效率及安全，又代表着矿井提升机发展的整体水平。目前，矿井提升我国机90%以上是采用单机容量在1000KW以下传统的交流异步电机拖动，采用转子串、切电阻调速，由继电器—接触器构成逻辑控制装置。由于异步电动机在低速运行时特性曲线软，在次同步状态下无法产生有效的制动力矩，因而难于准确地控制提升机的停车位置。传统交流电控系统可靠性差的另一原因是安全保护、闭锁及监测系统不完善，均为单线系统，且与控制系统相混联，多数共用一套线路，互相影响。1986年以来，针对制约提升安全的主要环节，陆续增设了深度指示器、自动减速、限速等安全监测及后备保护功能，初步实现了对提升容器的定点位置监测及几项重要安全保护的双线制，使提升安全状况有所改善。1.2课题研究的目的和意义矿井提升机是煤矿，有色金属矿生产过程中的重要设备。提升机的安全、可靠、有效高速运行，直接关系到企业的生产状况和经济效益。矿井提升系统具有环节多、控制复杂、运行速度快、惯性质量大、运行特性复杂的特点，且工作状况经常交替转换。虽然矿井提升系统本身有一些安全保护措施，但是由于现场使用环境条件恶劣，造成了各种机械零件和电气元件的功能失效，使得现有保护未能达到预期的效果，致使提升系统的事故至今仍未能消除。一旦提升机的行程失去控制，没有按照给定速度曲线运行，就会发生提升机超速、过卷事故，造成箕斗的损坏，影响矿井正常生产，甚至造成重大人员伤亡，给煤矿生产带来极大的经济损失。所以提升机调速控制系统的研究一直是社会各届人士共同关注的一个重大课题。电气控制方式在很大程度上决定了提升机能否实现平稳、安全、可靠地起制动运行。对矿井提升机电气传动系统的要求是：有良好的调速性能，调速精度高，四象限运行，能快速进行正、反转运行，动态响应速度快，有准确的制动和定位功能，可靠性要求高等。将变频调速技术应用于矿井提升机是矿井提升机电气传动系统的发展方向。变频器的调速控制可以实现提升机的恒加速和恒减速控制，消除了转子串电阻造成的能耗，具有十分明显的节能效果。变频器调速控制电路简单，降低了故障和事故的发生，因此，变频器在提升机调速系统中的应用具有十分广阔的前景。第2章矿井提升机调速控制系统分析2.1提升机工作原理及机械结构（1）提升机工作原理:煤车厢与火车的运货车厢类似，只不过高度和体积小一些。在井口有一绞车提升机，由电机经减速器带动卷筒旋转，钢丝绳在卷筒上缠绕数周后挂上一列煤车车厢，在电机的驱动下将装满煤的列车从斜井拖上来；卸载完成后，再将空车在电机的拖动下沿斜井放下去。当提升机需要停车时，从操作台发出停车指令，从而对卷筒进行抱闸制动。(2)矿井提升的工作特点:箕斗在一定的距离（井深）内，以较高的速度往复运行，完成上升与下降的任务。鉴于在矿井提升机的工作特点，为确保提升机能够达到高效、安全、可靠地连续工作，其必须具备良好的机械性能，良好的电气控制设备和完善的保护装置。矿井提升机的基本参数是：电机功率75kW，卷筒直径1200mm，减速器减速比24：1，最高运行速度2.5m/s，钢丝绳长度为400m。2.2提升机电控系统总体结构基于PLC控制的大功率矿井提升机变频调速控制系统由动力装置、液压站、变频器、操作台和控制监视系统组成，系统框图如图3—1所示。各部分功能如下：动力装置：包括主电机、卷筒、制动器和底座，完成人、物、料的运输任务。主电机通过减速器向卷筒提供牵引所需的动力；液压站：为提升机提供制动力，停车时先通过液压站给卷筒施加机械制动力，再取消直流制动力；提升机起动时，先对电机施加直流制动，再松开机械抱闸，防止溜车，以保证系统安全可靠地工作。图2.1矿井提升机变频调速控制系统框图变频调速器：是动力装置的能量供给单元，通过它可将输入工频电能转换成频率可调的电能提供给交流电动机，以达到控制交流电动机转速的目的。操作台：操作台设置四个手柄，分别用于整个系统的启动，停止，煤车上升及下降控制。它是整个矿井提升机运输系统的控制核心，通过它可以设定系统的工作方式和控制方式，可以发布系统的各种控制命令，以实现对提升机启动、加速、平稳运行、减速、停车以及紧急制动等各种控制功能。变频调速控制系统工作原理：大功率变频器（SB61G110KW）可以将工频三相交流电经过交—直变换之后经过逆变器，利用设定的参数进行逆变，使得输出为某一相应设定频率的交流电，经变频后输出U,V,W来驱动电机的运行。变频器输出频率的变化，将导致电动机的输出转速变化，二者之间的关系近似线性。这样，就起到了调速的作用。旋转编码器可以检测主电动机的转速，并将此信号传送给可编程控制器，PLC通过该信号可以累计计算提升机的行走距离。控制监视系统通过与PLC的通信，将电动机的所有运行参数和故障参数都显示出来，并对矿车的位置及速度进行时时监控。为操作人员分析故障、判断故障和处理提供依据。系统控制主电路连接图如下：图2.2控制主电路第3章提升机调速控制系统硬件实现3.1提升机电控系统变频器选择1、提升电动机选择一般电动机的额定电流可以用如下公式计算，即：根据上述公式对一般三相交流异步电功机的额定电流计算得出：异步电动机的额定电流与电动机额定功率的关系为：如果U＝380V，电流大约为1kW是2A。因此．在选择电动机的保护元件时可以用1kw2A来估算电动机的额定电流值，从而达到快速选择保护元件的目的。本调速系统所选电动机为：QABP系列三相异步变频调速电动机。其技术数据如下表所示： 型号 标称功率/KW 额定电流/A 额定转矩/N*m 额定转速（r/min) 最大转矩/额定转矩 转到惯量/Kgm2 重量/Kg 315M8A 75 148 955 741 3.0 4.9591 10452、变频器的容量选择选择变频器时应以负载特性为基本依据，分析提升机的负载属于重力，其负载特性属于恒转矩负载特性。由于恒转矩负载类设备都纯在一定静摩擦力，负载的惯量很大，在启动时要求有足够的启动转矩。这就要求通用变频器有足够的低频转矩提升能力和短时过电流能力。但当低速时负载较重的情况下，为提高转矩提升能力而使电压补偿提的过高，往往容易引起电流保护动作。本次变频调速单元采用森兰SB61系列SB61G110KW通用变频器。SB61G110KW具有国际领先的无速度传感器矢量控制技术和拟超导技术，使电机低速时机械特性变硬。同时具有短路、接地和过载保护功能。3.2变频器外部电路设计系统主电路采用380V电源。变频器可以输出频率可调的交流电源，在变频器的控制输入回路中接入频率设定电路。另外在变频器的外围加设有声光报警输出口及制动单元，能够实现变频器故障报警和安全制动，更有效的对控制系统进行安全保护，变频调速主控电路如图3.2所示。变频器主控电路主要包括以下几个回路：声光报警回路：变频器报警输出的常闭触点“30B~30C”串联在KM1的线圈电路内，当变频器因故障不能正常工作时，报警输出的常闭触点动作，使KM1线圈失电，将变频器与电源断开，进行安全保护。同时常开触点“30B~30A”闭合，将报警指示灯HL和电笛HA接通，进行声光报警。与此同时，断电器KA1得电，其触点将声光报警电路自锁，使变频器断电后，声光报警能持续下去，直到工作人员按下复位按钮，才解除警报。制动回路：当电机需要减速时，可借助制动回路使电机能耗减速，当操作人员临时想让煤车停止时，可借助制动回路使电机紧急停止运行。图3.2变频器外部主控接线图安全回路：安全回路用于防止和避免矿井提升机发生意外事故。安全回路中串有很多保护触头，当矿井提升机工作不正常时，其中任意一个触头打开，安全回路接触器断开，产生安全制动，使提升机断电。3.3PLC控制部分设计基本控制功能：PLC是本控制系统中关键的一环，主要的控制功能有如下几项：主令操作控制、保护监视控制。主令操作控制：对系统进行管理，实现提升机与操作台之间的指令传递，运行方式可分为启动、等速运行、减速、爬行、停车。保护监视控制：主要包括过卷监视、实时速度监视、变频器故障监视、电机松绳监视、矿车行程监视、过载监视等，以上监视内容出现故障时，通过报警回路报警或安全回路实现抱闸停车保护。PLC接线见图3.3一、起动，停车(1)多数变频器不能适应上电运行功能，所以应对控制系统加入保护功能。当需要开机运行时，按下起动按钮SB1，其输出继电器KM1便吸合，置于电源与变频器之间的常开触点闭合，将三相AC380V动力电接入变频调速回路中；当减速停车，并实现机械抱闸制动后，可以将变频器与动力电源脱开，按下停止按钮SB2，使继电器KM1失电，其常开触点断开，变频器便与动力电源脱开。以下为PLC外部接线图：图3.3PLC外部主控接线图二、上提升，下放当要下放矿车或送工人到井下时，按下下降按钮，继电器K1吸合，其常开触点闭合，常闭触点断开。此时变频器FWD与CM端相连，电机正转下放重物。同时断开继电器K2回路，形成下降闭锁；当按下上升按钮时，K2吸合，断开K1回路，形成上升闭锁。此时REV与CM相连，电机正转上提煤车。三、保护及连锁功能(1)过卷保护，在离井口安全处和离井底一定距离处分别装上霍尔常开型接近开关，当矿车由于故障或操作员失误，矿车越过安全线时，传感器动作，同时PLC控制安全回路动作，实现对提升系统的保护，并伴随有声光报警。(2)松绳保护：用一根细丝和一个常开型开关，在钢丝绳下放一定距离垂直钢丝绳方向处架起，当矿车在缓道上行走，而电机下放速度过快时，就会出现松绳现象。此时，钢丝绳下沉，压下开关，此时声光报警，显示屏上显示故障信息。操作员应该及时降速或停车。(3)过载保护：热继电器常闭触点串接于安全控制回路，当电机因负载过重，电机堵转等故障而使负载转矩增大时，热继电器动作，常闭触点断开，使安全回路动作，保护提升机不受损坏。(5)当提升机因发生故障在中途停车，而且提升容器位于减速段行程内时，排除故障后工作人员按下向下按钮，只允许煤车向下开车，并且只能低速开车；若提升容器不在减速行程内，由井口发出开车信号，允许司机高速开车。(6)全矿停电时，由PLC保证提升机能实现安全制动，并做好提升机的后备保护。3.4硬件调速控制系统保护措施一、空气断路器短路保护短路保护应满足以下要求：（1）当电动机发生相间短路或在中性点直接接地系统中发生单相接地短路时，保护装置应能切断故障电路。（2）当电动机正常起动或制动时，保护装置不应动作。空气断路器可以用来频繁地起动电动机，并对电动机实现保护。因此，用来控制电动机时，其额定电流选择得大于或等于电动机额定电流1.3~1.4倍即可。即Ik≥1.3Io所以选用：富士康SA203BA断路器，其最大额定电流：225A，额定隔离电压：AC690V，额定分断容量：30KA（在AC380V下）二、热继电器过载保护过载保护一般采用热继电器保护，保护措施主要是通过切断电动机电源的方法实现保护。一般情况下，根据电动机的额定电流的1.1~1.25倍选取热继电器的额定电流。第4章提升机调速控制系统软件实现4.1矿井提升机中速度曲线建模及实现速度曲线选择矿井提升的整个过程可以分为五个阶段加速阶段、等速阶段、减速阶段、爬行阶段、停车抱闸阶段。图4.1矿井提升机的速度曲线第一阶段0～t3：为主加速阶段运行时间，此时加速度a1较大，速度一直从0加速到最大的Vm，重车启动后，开始持续加速到变频器的设定频率为f2，在此期间提升机的速度逐渐加速。第二阶段t3～t′：为匀速阶段运行时间，即容器以最大提升速度Vm等速运行的时间。一般这段过程最长。第三阶段t′～t3′：为主减速阶段运行，即容器以最大提升速度Vm减速运行的时间。重车快到井口时减速阶段，重车减速到低速，进入爬行阶段。如减速时间设置较短时，变频器制动单元和制动电阻起作用，以防止因减速过快而跳闸。第四阶段t3′～t0：为爬行阶段时间。重车以变频器频率为f1速度低速爬行，便于在规定的位置停车。第五阶段t0～t20：为抱闸停车阶段时间。到达停车位置时，变频器立即停车，重车减速到零，制动系统制动。整个运行过程结束。4.2调速控制系统软件流程主程序流程图如图4.2所示，完成系统初始化、自检、故障诊断、调速系统控制等工作。图4.2PLC工作流程图（1）中断子程序功能当PLC接收到来自传感器、接近开关或变频器故障等外部控制信号时，PLC控制程序转到相应的中断处理程序处，完成超速保护、过卷、过载、松绳等保护及提升机位置、速度监控、变频器故障监控等。当有故障出现时可转到相应的故障处理模块进行进行故障处理，并通过报警回路报警或安全回路实现抱闸停车保护。（2）故障处理子程序功能故障处理程序综合来自控制系统外围的故障信息和内部系统监视程序检测到的故障信息，控制系统程序依据故障的不同类型以及提升机当前的运行状态，做出相应处理。同时判断并记录首发故障，便于现场工作人员进行维护，快速地查找和排除故障。对于重故障，PLC系统根据故障的分类使快速开关跳闸或高压开关跳闸。变频调速器：是动力装置的能量供给单元，通过它可将输入工频电能转换成频率可调的电能提供给交流电动机，以达到控制交流电动机转速的目的。系统软元件编程梯形图见附录第5章总结与心得本文所作的主要研究工作是借助于现已成熟的变频调速技术，并尝试将可编程控制器（PLC）强大的控制功能与变频技术相结合，应用于矿山提升机电控系统中，以求能够改善矿山提升机电控系统性能。全文主要工作如下：结合煤矿生产实际情况，分析提升机工作过程及工作特点。确定基于PLC控制的大功率矿井提升机变频调速控制系统由动力装置、液压站、变频器、操作台和控制监视系统组成。变频调速单元采用森兰SB61系列SB61G110KW通用变频器，它与PLC通过模拟量输入接口相连，提升机速度给定曲线由PLC通过软件编程产生通过变频器模拟量输入器对电机实现调速控制。PLC控制部分主要接受外部控制信号，改变相应电控系统的工作状态，实现提升机启动、等速运行、减速、爬行、停车等。PLC还完成各种保护监视功能。　以上为本次课程设计的全部内容。通过本次课程设计，不仅加固了我对PLC课程基础知识的了解与运用，更通过自己查找资料与学习了解了变频器的基本原理与运用，使变频器与ＰＬＣ有效的结合了起来，更好的实现了对电机的控制。另外变频器外接电路能够实现变频器故障报警及提升机能耗制动控制，使ＰＬＣ编程更加简便，实现制动与报警更加可靠，大大提高了矿井提升机的工作效率与安全可靠性。课程设计过程中也遇到了很多问题，通过了很多次的修改与不断的查找相关资料学习，感谢指导老师的悉心指导与帮助，让我能及时改正错误，是我在本次课程设计中受益匪浅。参考文献（１）《ＰＬＣ电气控制技术》漆汉宏机械工业出版社（２）《变频器原理及应用指南》吴忠智吴加林中国电力出版社（３）《变频器应用经验》张选正，张金远中国电力出版社（４）《电气控制与可编程控制器技术》史国生化学工业出版社11112_268435459.vsd����������RSTUVWA空气开关km1FRKM2VR1_268435461.vsd���开始程序初始化�自检�正常�是否在初始位置？启动？变频器运行�进入初始状态�封锁输出声光报警�故障处理�S形速度控制程序�松绳？�报警回路动作�过载？�过卷？�安全回路动作�安全回路动作�停止？�结束�NYYNNYNYYNYNYN_268435460.vsd�����������COMX3Y2Y1Y5Y0Y6X6X14X10COM0Y4X15XOX11X5X4Y3X1Y7X13X2X7X12COM1COM1Y10Y11Y12DC24VFX2N---48MRAC220VKM1FR30B-30CRCKM2KM3KM3KM2K1K2K2K1K3K4K5K6K7旋转编码器停止启动过载过卷松绳正转反转上限位开关下限位开关复位工频变频热继电器保护变频器通电变频工频正转继电器反转继电器高速度继电器低速度继电器复位继电器故障继电器制动继电器X17X16下减速限位上减速限位SB1SB2_268435458.vsd�����KM1KM2L1L2L3空气断路器接触器交流电抗器RSTUVW变频器M电抗器FR外电路KM3_268435457.vsd�监视控制系统�PLC�操作台A旋转编码器变频器SB61G110KW�MAC380V减速器卷筒液压站�煤车箱�