1、 1 毕 业 设 计 （论文） 说 明 书 设计题目： 数控技术在矿井提升机系统中的应用 专业 函 授 站： 新汶矿业职工大学 班级： 10 自动化控制专业 设 计 人： 李 昆仑 山东科技大学继续教育学院 年 月 日 2 山 东 科 技 大 学 继续教育毕业设计任务书 发给 自动化控制 专业 10 级 班学生 李昆仑 一、 毕业设计题目： 数控技术在矿井提升机系统中的应用 二、设 计 专 题： 数控提升机的电控系统 三、设计原始资料： SIMATIC STEP7 系统编程软件和 6RA70 调试软件 提升机的控制模型 四、 设计应解决下列各主要问题 : 1、建立了提升机的控制模型 2、对提升
2、机驱动系统控制及应用 五、 设计说明书应附有下列图纸： 1、 副井高压配电图 2、 副井 液压站原理 图 六、命题发出日期： 设计应完成 日期： 设计指导人（签章）： 系 主 任（签章）： 院 长（签章）： 3 指导教师对毕业设计的评语 指导教师（签章：） 年 月 日 4 特 邀 评 阅 人 意 见 评阅人（签章：） 职 称（签章：） 年 月 日 5 答辩（考试）委员会鉴定意见 答辩（考 试）成绩： 鉴 定 意 见： 主 任（签章：） 副主任（签章：） 年 月 日 6 摘 要 本文在分析矿井提升直流传动全数字控制技术的基础上，建立了提升机的控制模型，确定了直流提升系统的整体控制方案，进一步研究
3、了 部分 子系统的功能开发，设计了整套硬件电路，开发了整套控制系统软件，根据现场使用状况条件进行了运行调试。重点对提升控制工艺的研究开发，使用 SIMATIC STEP7 系统编程软件和 6RA70 调试软件，运用提升系统控制基本原理，建立了实验开发模型，达到了对提升机驱动系统控制及应用。 研究、开发一套由高压开关柜、整流变压器、电枢整 流柜、司机控制台、 PLC 柜、辅助柜、低压配电柜、上位监视机、高速直流电动机组成的 TSA 型全数字自动化副井提升电控系统。 数控提升机的电控系统主要包括主控、驱动控制、监控、井筒信号、制动控制、人机对话、显示、硬件安全回路及其它子系统等硬件和软件。 关键词
4、： 数字化 ； 现场总线 ； 提升机 ； 电控系统 ； 直流传动 7 目录 1 绪 论 8 1.1 矿井提升直流传动全数字控制技术研究 的必要性和研究意义 8 1.2 矿井提升直流传动全数字控制技术研究现状及发展前景 8 1.3 本文主要研究内容 9 2 矿井提升直流传动 理论分析 10 2.1 直流传动系统概述 10 2.2 直流传动系统的调速方案 11 2.3 矿井提升机电气传动装置 11 2.4 电气传动的计算机控制 13 3 数控化提升机 系统开发设计 14 3.1 系统功能设计 14 3.2 硬件总体设计 21 3.3 系统软件设计 23 4 数控化提升机电控 系统 在煤矿的运用 2
5、7 4.1 副井概述 27 4.2 改造研发内容 27 4.3 主要经济技术指标、项目最终目标 30 4.4 研究、开发或实施技术路线 30 5 数控化提升机 系统 运行效果 32 致 谢 33 参 考 文 献 34 8 1 绪 论 1.1 矿井提升直流传动全数字控制技术研究 的 必要性和研究意义 目前我国提升机设备的制造和技术水平远远落后于世界提升机的发展水平，无论在硬件还是软件上都有较大差距。 国内提升机电控系统设备技术水平较国外还有较大差距。数字化电控设备虽然已有部分产品，但尚未实现系列化、系统化、规模化。在提升机数控技术上仍处于学习发展阶段，多为消化吸收国外的成熟技术，技术相对较简单的
6、软硬件已能够设计编制，但一些关键软件技术如驱动控制等尚未有较大突破若使用还需购买，生产的较高档电控设备的硬件多为国外公司的成熟产品。国内产品尚未达到国外八十年代末的技术水平。 德国 SIEMENS（西门子）公司和瑞典 ABB 公司是世界提升机电控设备生产领域的两大主要公司，代表了提升机电控技术和装备的世界先进水平。他们均生产系列化的提升机直流和交流驱动数据化电控设备，德国 SIEMENS（西门子）公司的代表产品为 SIMATIC S5系列（用于主控、制动控制、井筒信号等）和 SIMADYN D 系列（用于驱动控制和监控）；瑞典 ABB 公司代表产品为 MASTER PIECE 系列（用于主控和
7、监控）、 PRIDE 系列（用于直流驱动控制）和 TCDC 系列（用于交交变频交流驱动控制）。对应于硬件设备，两公司开发了适 应不同系统要求的模块化、系列化、易读、易编的专用程序软件。 该系统不仅可用于煤炭、冶金行业的提升机系统，还可广泛应用于有驱动控制的领域及许多过程控制需要的场合，不仅可以成套使用，还可以根据实际情况使用某些系统，前景十分广阔，国外进口设备不仅价格高，而且技术服务和配件购置不方便；国内数控设备有取代国外数控设备的趋势。对提高我国提升机等领域的技术水平和经济效益具有重要意义。 1.2 矿井提升直流传动全数字控制技术研究现状及发展前景 提升机是承担矿山人员和物料提升任务的关键生
8、产设备，是矿山井上下联系的咽喉，是矿 井中技术含量最高的设备之一，也是实现矿井生产和效益目标的保证。 80 年代 PLC 在工业领域已成熟使用，数字化驱动技术在 80 年代末 90年代初形成，随着数控技术的产生与发展，以及 PLC 产品在提升机领域的应用。世界先进的提升机已实现电控系统的全数字化控制，硬件和软件都有成熟的、系列化的产品。如美国 GE 公司。提升机的主控系统、驱动控制系统、监控系统、制动控制系统、井筒信号系统、定量控制、井筒通讯等已完全实现数控化。德国 SIEMENS（西门子）公司和瑞典 ABB 公司是世界提升机电控设备生产领域的两大主要公司，代表了提升机 电控技术和装备的世界先
9、进水平。 我国提升机大部分使用模拟控制，模拟提升机的主控系统采用继电器控制，触点多，9 接线复杂，故障率高，维护困难；驱动控制系统采用直流发电机组拖动，无功电耗较大；保护系统、监控系统等的信号采集采用机械传动、分离元件处理。 随着数控技术进入中国，中国也进行了数控化的产品开发研制，并且逐渐的应用到了提升机领域，国内如大中院校、企业院所正在做数字化提升机电控系统的集成开发尝试。但由于资金投入少，人力、技术力量不强，并且由于国际矿山领域经济的不景气，整个系统的成熟性没有再上一个台阶，目前应用在 提升机领域的国内的数控产品存在下列问题： 1）、 驱动控制产品不成熟，功能不够强大，可靠性还需要提高；
10、2） 、 对提升控制工艺没有深入的研究，缺乏提升控制与维护的经验，产品适应性不强； 3)、 在硬件配置上，存在安全性差，系统可靠性需要探讨，不能完全满足提升控制的需要。 考虑当今数控技术的发展，紧密结合提升机控制工艺的需要，我们认为当今先进的数字化提升机应具有以下特点： 1)、 在驱动控制上，矿井提升机直流拖动与交流拖动相比，调速性能好，不需附加其它拖动装置，随着驱动控制产品的成熟，完全能够实现全数字化控制，大大增 加了系统的可靠性与控制精度。与此相比，交流控制产品不够成熟，存在造价高、不易维护的特点； 2） 、 在整个系统的配置上，应采用现在比较成熟的网络化设计，既减少了现场维护的工作量，增
11、加了系统的可靠性，又减少了现场施工的工作量，减低了系统的整体成本； 3） 、 数控化的系统要有友好的人机界面，实时显示系统的各种信息，具有故障智能诊断功能，增加维护的方便性，减少系统的故障处理时间； 4） 、 随着基础技术的不断进步，各元器件的可靠性大大提高，在提升机控制系统中，应选用高可靠性的器件。 1.3 本文主要研究内容 1） 、数字化 提升机电控系统总体方案设计； 2） 、提升机主控系统的选型和开发； 3） 、提升机监控系统的选型和开发； 4） 、提升机驱动控制系统的选型和开发； 5） 、 工业总线网络的选择与开发； 6） 、 提升机上位监控系统的开发和调试； 7） 、 提升机制动控制
12、系统的开发和实验； 8） 、 数字化提升机电控系统的调试； 10 2 矿井提升直流传动 理论分析 2.1 直流传动系统概述 矿井直流提升机全数字调速电控系统有如下特点： 硬件结构简单，故障点少，可靠性高 全数字调速电控系统的硬件电路均采用大规模和超大规模集成电路，元器件少，结构简单，故障 点少，可靠性高；模拟调速电控系统的硬件电路则以分立元件为主，元器件多，线路复杂，故障点多，可靠性差。 （ 1） 可控精度高，工作稳定性好 全数字调速电控系统设有微处理器，整个控制功能与调速算法均由软件完成，控制参数一经确定，就不会发生改变，所以控制精度高，工作稳定性好；而模拟调速电控系统的控制功能与调速算法均
13、由硬件实现，控制参数离散性大，控制精度低，工作稳定性差。 （ 2） 容易实现先进的控制算法 随着控制对象的多样化和复杂化，传统的 PID 控制算法愈来愈没满足不了控制对象的要求，某些控制对象必须要求采用先进的控制算 法如自适应控制、模糊控制、智能控制等才能达到控制精度，而这些先进的控制算法只有全数字调速电控系统才能实现，这是模拟调速电控系统望尘莫及的，模拟系统只能完成一些诸如 PID 的简单控制算法。 （ 3） 故障自诊断能力强，大大降低使用维护成本 全数字调速电控系统中，硬件工作状态可以通过软件来反映，软件运行情况也可以通过硬件来监视，这样硬、软件故障可以通过指示直接反映出来，维护方便，模拟
14、调速系统线路复杂，一旦发生故障，很难查找，维护极为不便。 （ 4） 具有较高的可构置性，扩展方便，运行灵活性高 全数字电控系统硬件采用以总线 联系的模块化结构，控制算法和系统控制采用软件完成，具有较高的可构置性，在系统设计投入运行以后，随着科学技术的发展和系统要求的提高，可以进行功能扩展，具有较高的运行灵活性；而模拟电控系统一经设计完成，就无法进行功能扩展，具有功能单一，运行灵活性差的特点 。 （ 5） 可与其它系统联网，实现现代化管理 全数字调速电控系统容易实现数字通讯，并与其它系统联网，它可将系统中的运行参数、运行状态传递到网络上，便于实现现代化管理，而模拟调速电控系统就很难实现联网功能。 （ 6） 性能价格比高 一方面，随着电子技术的发展，集成器件的 成本越来越低，这样全数字调速电控系统的成本将越来越低；另一方面，全数字调速电控系统技术先进、可靠性高、功能强大，因
