1、 学 号：河北联合大学成人教育毕业论文（设计说明书）论文题目： 矿井提升机电气控制系统设计 学 院：专 业： 自动化班 级：姓 名：指导教师：2012 年 11 月 1 日河北联合大学成人教育毕业论文（设计说明书）矿井提升机电气控制系统设计学 院：专 业： 自动化专业班 级：姓 名：指导教师：2012 年 11 月 1 日河北联合大学成人教育毕业设计（论文）任务书学院 学生姓名 指导教师设计（论文）题目 矿井提升机电气控制系统设计主要研究目标和研究内容主要目标：矿井提升机的电气控制系统的优化设计研究内容：通过 PLC 和变频调速相结合的矿井提升机控制系统说明书（论文）的要求1设计说明书不低于
2、2 万字。2格式规范图标完备3把所撰写的设计说明书缩写为 200-300 字的摘要并译成外文。图纸的要求图纸符合工程制图进度安排2012 年 12 月 15 日答辩指导教师签字: 系主任签字 : 河北联合大学成人教育毕业设计（论文）进程表学 院 姓 名 合作者设计（论文）题目 矿井提升机电气控制系统设计时 间 工 作 内 容 完 成 情 况2012 年 10 月第四周2012 年 11 月第一周2012 年 11 月第二周2012 年 11 月第三周2012 年 11 月第四周国内外提升机现状及矿井提升机的研究意义和容矿井提升机控制工艺流程和要求矿井提升机控制方案设计矿井提升机控制系统硬件和软
3、件设计矿井提升机人机交互界面设计及结论完成完成完成完成完成设计的基础数据和主要参考文献基础数据见论文内容。主要参考文献如下：1陶建平矿井提升机的监控与监视，郑州：中州煤炭，1999：60-90。2王朝晖矿井提升机系统新技术及装备，北京：煤炭工业出版社，1999：75-95。3夏荣海，郝玉琛矿井提升机机械设备，徐州：中国矿业学院出版社，1993：90-110。论文（说明书） 2.2 万字 本人完成部分图纸指导教师签字： 摘 要矿井提升机被称为矿山的咽喉，是生产的关键设备，是地下矿井与外界的唯一通道，肩负着运输矿石、物料、人员等的重要责任。对提升机来说，运行的安全性与可靠性是至关重要的。传统的矿井
4、提升机控制系统主要采用继电器接触器进行控制，这类提升机通常在电动机转子回路中串接附加电阻进行启动和调速。这种控制系统存在可靠性差、操作复杂、故障率高、电能浪费大、效率低等缺点。因此对矿井提升机控制系统进行研究具有现实意义，也是国内外相关行业专家学者的一个研究课题。随着计算机和 PLC 技术的不断发展，采用先进的控制技术改造传统矿山行业的传统控制系统，从而使矿井提升机的控制性能得到极大的改善，其自动化水平、安全性、可靠性都达到了新的高度，并采用现代化的管理和监视手段保障提升机的安全运行，保证矿井提升机可靠、准确地运行，实现矿井提升机的计算机控制。变频调速是近年来发展起来的一门新兴的自动控制技术，
5、它利用改变被控对象的电源频率，成功实现了交流电动机大范围的无级平滑调速，在运行过程中能随时根据电动机的负载情况，使电机始终处于最佳运行状态，在整个调速范围内均有很高的效率，节能效果明显。采用变频器对异步电动机进行调速控制，由于使用方便、可靠性高并且经济效益显著，所以得到广泛应用。因此，应用变频器对矿井提升机的控制系统进行改造，将成为历史的必然趋势。河北联合大学成人教育毕业设计说明书（论文）关键词：矿井提升机，PLC，变频调速，控制系统ABSTRACTThe mine elevator is entitled as the throat of mine, and it is the most v
6、ital equipment in mine. The mine elevator is the only channel to the underground mines, and it is shouldering the transportation of mineral, materials and people. The safety and security is the most vital to elevator. The traditional shaft hoist control system is always controlled by the relaycontac
7、tor, and adopts the methods of connect series additional resistant in rotors winding loop to start and adjust speed. The system has many disadvantages such as bad reliability, complicated operation, high fault rate, large energywasting and low efficiency. So, carrying on the research on the shaft ho
8、ist control system has realistic meanings, and it is a subject for research by relevant experts and scholars, both at home and abroad too.Along with the development and application of computer and programmable logical controller, the controller of mine elevator come forth new visage, the level of au
9、tomatization and safety and security arrived at the new altitude, and provided a new and modern manage and monitor means. Advanced industry control computer are used to monitor and manage the course of elevator Frequency conversion is developed as a new automatic control technology in recent years,
10、which is used to change the power frequency of the controlled objects, it successfully achieve the speed step less adjusting of the Ac motor in a large scope, and it can make the motor be always in the best state according to the load conditions at any time. It has very high efficiency and the energ
11、y-saving effect is obvious in the whole range of speed. Adopting inverter speed to control the 河北联合大学成人教育毕业设计说明书（论文）asynchronous motors is widely used because of it is convenient, high reliability and the economic benefit is remarkable. Therefore, adopting inverter to reform the control system of sh
12、aft hoist will become the inevitable trend of history. KEY WORDS：shaft hoist, PLC, frequency conversion, control system目 录1 绪 论 .11.1 国内外矿井提升机研究现状与发展趋势 .11.1.1 国外矿井提升机的现状 .11.1.2 国内提升机的现状与发展趋向 .11.2 矿井提升机控制系统研究与设计的意义及内容 .21.2.1 控制系统研究与设计的意义 .21.2.2 控制系统研究与设计的内容 .32 系统工艺流程及控制要求 .42.1 矿井提升机系统简介 .42.2
13、提升机电动机运行方式 .42.3 提升机的速度要求及受力情况 .52.3.1 提升机的速度要求 .52.3.2 提升机的受力情况 .62.4 矿井提升机的电气传动方案 .83 系统控制方案设计 .113.1 控制单元基本原理 .113.2 控制系统总体设计 .123.3 可编程控制器（PLC）介绍 .143.3.1 PLC 的基本特点 .143.3.2 PLC 的基本结构 .153.3.3 PLC 的工作原理 .153.3.4 PLC 的编程语言 .173.4 变频器介绍 .173.4.1 变频调速基本原理 .183.4.2 变频器按中间直流环节方式分类 .204 控制系统硬件设计 .224.
14、1 PLC 的选型及特点 .224.2 变频器的选型及参数设置 .244.3 旋转编码器的选型及接线方式 .254.4 变频调速主电路设计 .26河北联合大学成人教育毕业设计说明书（论文）4.5 PLC 控制系统设计 .285 控制系统软件设计 .315.1 控制程序流程图 .315.2 系统控制程序梯形图 .326 人机交互界面 .346.1 触摸屏概述 .346.2 触摸屏在工业控制中的应用 .346.3 PWS3261 触屏简介 .356.3.1 ADP 软件介绍 .366.4 触摸屏与 PLC 的通讯方式 .406.5 矿井提升机系统控制面板设计 .40结 论 .42参考文献 .43感
15、谢 .44河北联合大学成人教育毕业设计说明书（论文）- 0 -1 绪 论1.1 国内外矿井提升机研究现状与发展趋势矿井提升装置是采矿业的重要设备，随着科学技术的进步和矿井生产现代化要求的不断提高，人们对提升机工作特性的认识进一步深化，提升设备及拖动控制系统也逐步趋于完善，各种新技术、新工艺逐步应用于矿井提升设备中。特别是模拟技术、微电子技术、微电脑技术在提升机控制中的应用已成为必然的发展。1.1.1 国外矿井提升机的现状近三十年来，国外提升机机械部分和电气部分都得到了飞速的发展，而且两者相互促进，相互提高。起初的提升机是电动机通过减速器传动卷筒的系统，后来出现了直流慢速电动机和直流电动机悬臂安
16、装直接传动的提升机。上世纪七十年代西门子发明矢量控制的交一直一交变频原理后，标志着用同步电动机来代替直流电机实现调速的技术时代已经到来。1981 年第一台用同步机悬臂传动的提升机在德国 Monopol 矿问世，1988 年由 MAVGHH 和西门子合作制造的机电一体的提升机(习惯称为内装电机式)在德国 Romberg 矿诞生了，这是世界上第一台机械和电气融合成一体的同步电机传动提升机。在提升机机械和电气传动技术飞速发展的同时，电子技术和计算机技术的发展，使提升机的电气控制系统更是日新月异。早在上世纪七十年代，国外就将可编程控制器(PLC)应用于提升机控制。上世纪八十年代初，计算机又被用于提升机
17、的监视和管理。计算机和 PLC 的应用，使提升机自动化水平、安全、可靠性都达到了一个新的高度，并提供了新的、现代化的管理、监视手段。1.1.2 国内提升机的现状与发展趋向目前国内的矿井提升机传动方式大多为以下几种：1、交流绕线式异步电动机转子串电阻调速2、直流可逆调速河北联合大学成人教育毕业设计说明书（论文）- 1 -3、交流变频调速（1）异步电动机的交直交变频（2）大惯量低速同步电动机交交变频国内矿井提升机的发展趋势如下：（1） 随着国家出台一系列节能降耗、发展低碳经济相关政策，各大煤炭企业将不得不淘汰掉那些高耗能、高污染、生产技术落后的设备。矿井提升机作为生产重要设备，除高耗能以外，还有着
18、工作结构复杂、危险程度大等突出问题，因此，技术落后、设备陈旧逐渐不能满足发展要求，取而代之的将会是节能环保、安全高效的全数字化生产模式。 （2） 使用变频器调速的矿井提升机，可以实现启动时的软启动、软停车，减轻对电网的冲击；可根据负载需要，自动输出合适的功率大大降低了不必要的能量耗损；调速平滑连续，使运行更加安全、稳定、高效。据此，变频器以其独特的优势在提升机行业的应用也迎来了发展的新时期。1.2 控制系统研究与设计的意义及内容1.2.1 控制系统研究与设计的意义目前国内各大煤矿的矿井提升机系统的调速方案大多采用继电器接触器控制的转子串电阻调速。该方案耗能大，占地面积大，已不能适应现代矿业发展的需要。因此有必要对其调速方案进行改造。在广泛考察现行的变频调速方案后，本文提升机系统控制单元采用目前工控适用的可编程控制器来控制，具有编程简单和控制可靠性高的优点，电力拖动系统中，选用先进的变频传动装置，运用先进的矢量控制技术，优化了调速系统的性能，这已成为现代交流调速的重要研究方向。采用先进的工业计算机、现场总线和工业自动化技术，按照结构标准化、产品系列化、性能现代化、体积小型化的原则，研制生产适合矿井提升机电控设备是进行技术改造和新建矿井设备选型的理想选择。为保证提升设备无事故，在提
