1、本科毕业论文（20 届）矿井提升机变频调速控制系统设计THE FREOUENCY CONVERSION USE ON THE SPEED ADJUSTMENT OF SHAFT HOIST ON THE BASIS OF PLC CONTROL所在学院 专业班级 矿山机电 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 毕业设计（论文）共 68 页（其中：外文文献及译文 13 页）图纸共 2 张辽宁工程技术大学本科毕业设计（论文）学生诚信承诺保证书本人郑重承诺： 毕业设计（论文）的内容真实、可靠，系本人在 指导教师的指导下，独立完成。如果存在弄虚作假、抄袭的情况，本人承担全部责任。学生签名：
2、年 月 日辽宁工程技术大学本科毕业设计（论文）指导教师诚信承诺保证书本人郑重承诺：我已按学校相关规定对 同学的毕业设计（论文）的选题与内容进行了指导和审核，确认由该生独立完成。如果存在弄虚作假、抄袭的情况，本人承担指导教师相关责任。指导教师签名：年 月 日- III -摘 要矿井提升机是矿山最重要的设备，肩负着矿石、物料、人员等的运输责任。传统的矿井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。针对这种情况采用PLC与变频器相结合的控制方案对原有电控系统进行改造，
3、提高整个电控系统安全可靠性、控制精度及调速性能。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。本文针对提升机控制系统中存在的上述问题，把可编程序控制器和变频器应用于提升机控制系统上，并在可行性方面进行了较深入的研究。事实表明 ，采用该控制系统，使提升机工作可靠，使用方便，同时具有动态显示的功能，节能效果明显。关键词：矿井提升机；变频调速；可编程控制器；控制系统AbstractThe shaft hoist is the foremost equipment of mines，it is widely used to transport the mat
4、erials，staff and equipment.The traditional shaft hoist control system is always controlled by the relay-contactor，and adopts the methods of connect series additional resistant in rotors winding loop to start and adjust speed. The system has many disadvanges such as bad reliability，complicated operat
5、ion，high fault rate，large energy wasting and low efficiency. According to this kind of condition, we adopt PLC and Transducer to reform for original control system, so as to raise the safety, reliability, control precision and speed regulation performance of the whole electric controlled system. So,
6、carrying on the research on the shaft hoist control system has realistic meanings，and it is a subject for research by relevant experts and scholars，both at home and abroad.To these questions existing in the shaft hoist contro1 system，the paper applied PLC(Programmable Logic Controller)and frequency
7、converter to the system,and carried on deeper research in feasibility. The fact indicates，adopting control system，the shaft hoist works reliably，easy to use，energy-saving well，and have dynamical shown function.Keywords：Shaft hoist ； Frequency conversion；PLC；control system辽宁工程技术大学毕业设计（论文）目 录1 绪论 .11.
8、1 设计来源 .11.2 国内外矿井提升机的现状与发展趋势 .21.2.1 国内矿井提升机电气控制系统的现状 .21.2.2 国外提升机电气控制系统的现状 .31.3 设计内容及意义 .41.3.1 设计内容 .41.3.2 设计意义 .42 矿井提升机的选型设计及运动学分析 .62.1 箕斗和电机的选型设计 .62.1.1 箕斗的选定 .62.1.2 提升机的简单介绍及电动机的选定 .72.1.3 计算变位质量 .92.2 提升电机的运行方式 .92.3 提升机的速度要求及受力情况 .102.3.1 提升速度图 .102.3.2 矿井提升机电控系统六阶段速度图分析 .102.3.3 加速度的
9、确定 .122.4 提升能力校核 .162.5 电动机等效功率计算 .162.5.1 运动力计算 .162.5.2 等效力计算 .182.5.3 等效功率 .192.5.4 校核电动机过负载系数 .193 矿井提升机变频调速控制系统总体设计 .203.1 矿井提升机电控系统的组成 .203.2 矿井提升机控制系统工作原理 .213.3 矿井提升机变频调速系统的组成 .213.3.1 变频调速系统变频器简介 .223.3.4 高压提升机变频器主要特点 .263.3.5 变频器参数设置 .273.3.6 变频器外部接线图设计 .283.3.7 变频调速控制系统主电路主要部件的功能 .283.3.8
10、 变频器声光报警回路设计 .293.3.9 变频器制动控制回路设计 .293.4 PLC 在提升机变频控制系统中的应用 .33PLC 概述 .333.4.1 PLC 的 I/O 点统计 .343.4.2 PLC 的 I/O 端口统计 .353.4.3 PLC 的选型 .363.4.4 PLC 的外部电路接线图 .363.4.5 PLC 外围电气控制回路设计 .373.5 硬件调速控制系统保护措施 .413.5.1 空气断路器短路保护 .413.5.2 热继电器过载保护 .414 矿井提升机变频调速系统软件设计 .424.1 程序设计 .434.2 系统抗干扰措施 .464.2.1 变频器的抗干
11、扰及防止 .464.2.2 PLC 的抗干扰及防止 .464.3 提升机调速系统的程序梯形图 .474.4 提升机调速系统的程序调试 .485 人机交互界面 .495.1 触摸屏概述 .505.2 触摸屏在工业控制中的应用 .505.3 PWS3261 触屏简介 .515.4 触摸屏在矿井提升机控制系统中的应用 .516 总 结 .52致 谢 .54参 考 文 献 .55附录 A .57附录 B .62辽宁工程技术大学毕业设计（论文）11 绪论1.1 设计来源矿井提升机在矿井中担负着升降人员、提升矿物、运送材料以及升降设备、工具等任务，它是联系矿井地面与井下的重要运输设备，是矿井的重要设备之一
12、，在整个矿井生产中占有重要地位，它被人们称为矿山的“咽喉设备”。就其耗电量来说，提升机的耗电量大约占全矿井用电量的 15左右。但矿井提升机的动力传输系统是非常复杂的，牵引电机频繁的前进和后退，经常超负荷运转，电制动不断转换的状态，这严重影响到提升过程的可靠与安全。因此，研制并制造既安全可靠又节省能源的提升机是煤炭安全生产的一项重要课题。从 20 世纪 80 年代末，随着大规模和超大规模集成电路的迅猛发展，以 16 位和 32位微处理器构成的可编程序控制器得到了快速的发展，使之在概念、设计、性能、性价比等有了重要突破，尤其使得 PLC 和变频器在提升机调速控制系统中得到了长足的发展。因为 PLC
13、 具有可靠性高、抗干扰能力强、功能强大，适应面广、设计调试简单，维护方便等独特的优点；而且变频器调速具有优异的调速性能、平稳的起制动性能、工作效率比较高、功率因数，节能效果也较明显；从而使得矿井提升机调速控制系统的可靠性、安全性、自动化水平都得到了大大的提高。我们都知道矿井提升机是联系井下和地面的提升机械。按工作方式分类如下：1.单绳缠绕式提升机：它是较早的一种，工作原理比较简单，它是把钢丝绳的一端固定并缠绕在提升机的滚筒上，另一端绕过井架上的天轮悬挂提升容器，利用滚筒转动方向的不同，将钢丝绳缠上或是放出，完成提升或下放重物的任务。在我国竖井、斜井、中小型矿井及凿井中较适用，目前在矿井提升机中
14、占有较大比重。2.多绳缠绕式提升机：多绳摩擦式提升机的主要部件有主轴、主导轮、主轴承、车槽装置、减速器、 深度指示器、制动装置及导向轮等。多绳摩擦式提升机是多根钢丝绳挂在卷筒上，当卷筒（摩擦轮）转动时依靠钢丝绳依靠钢丝绳与摩擦轮上的衬块之间的摩擦力带动钢丝绳运行。这种提升机由于具有安全可靠、体积小、质量小，更适用于深井提升等优点，在我国目前的矿井提升机也已得到广泛应用。3. 内装式提升机：内装式提升机是将拖动电机直接装在摩擦轮内部，使电机转子与摩擦轮成为一体。是世界上近年来研制成功的一种全新的新型提升机。它的摩擦轮相矿井提升机变频调速控制系统设计2当于电动机的转子，主轴相当于电动机定子。同时，
15、主轴可做成空心轴作为冷却风道，这样既达到了使用内部电动机冷却的目的，减少了设备结构重量，又减少了提升系统的转动惯量。内装式提升机的问世，是提升机领域里的一个新的里程碑，是提升机的机械与电气高度一体化的完美结合，它体积小，重量轻，基础设施要求也简单，设备造价低，运行费用低，与传统的提升机相比，它的各项指标都显示了较高的优越性。它不但对提升机制造业产生了巨大影响，也对矿井提升机的使用，维修引起了变革，迫使人们用全新的概念去评价提升机的性能，重视内装式提升机的研制。1.2 国内外矿井提升机的现状与发展趋势随着科学技术的进步和矿井生产的现代化的不断提高，人们对矿井提升设备的运行特性曲线以及工作特性的进
16、一步认识，提升设备及拖动控制系统也逐步趋于完善，各种各样的新技术，新工艺逐渐的被应用于矿井提升设备中。尤其是模拟技术、微电子技术、可编程控制系统在提升机控制系统中的应用将成为发展的必然趋势。下面就国内外矿井提升机电控系统情况作一简单的介绍。 1.2.1 国内矿井提升机电气控制系统的现状在煤矿实际生产中，矿井提升机起着十分重要的作用，它是矿山生产的过程中必不可少的设备。提升机电控装置的技术性能，不仅直接影响矿山生产的效率及安全和可靠性，而且代表着矿井提升机发展的整体水平。如今，我国矿井提升机 85%以上是采用单机容量在 1000KW 以下传统的交流异步电机来拖动，采用转子串、切电阻调速，用继电器
17、接触器构成逻辑控制装置来控制。其中一半以上为电动机发电机组(F-D 机组)供电，采用晶闸管整流传动(SCR-D)的只占一小部分。但传统交流拖动系统的显著缺点是：调速性能较差，调速时能量要大量消耗在电阻上，不仅给定方式落后，而且控制精度低，安全保护和监测环节也不完善，安全可靠性差，维护工作量大，运行还不经济。由于异步电动机在低速运行时的特性曲线软，在次同步状态下无法产生有效的制动力矩，因此无法准确地控制提升机的停车位置。现在多采取动力制动或低频拖动加制动的方式来完成减速、爬行和停车等过程。目前在用的动力制动及低频电源大多数为采用模拟技术控制的晶闸管装置，但是仍存在调试困难、维护量大的问题。传统交流电控系统可靠性差的另一原因就是安全保护、闭锁及监测系统不完善，均
