基于PLC和变频器的矿井提升机的自动控制设计
摘要
矿井提升机是煤矿运输的重要设备之一，煤炭、煤矸石等的运输和矿井工作人员的运输都得依靠矿井提升机。中国近几十年来的矿井提升机几乎都采用继电器+接触器这种传统的陈旧的方式进行控制，大多数情况下都是在电动机回路中串接电阻，以此方式来启动设备和调控速度。这样的控制方法浪费国家能源资源、安全事故频繁发生防不胜防、设备不稳定、操作难度大、维修成本高、生产效率低能耗大等一系列问题。因此，对矿井提升机控制系统进行改造已迫在眉睫。
针对这个复杂问题，本文采用可编程控制器控制系统，并与变频器相结合来控制启动和调节速度。通过对矿井提升机的一系列研究与学习，完成提升机控制系统的设计，结合实际情况选择硬件设备与选用型号，并且完成了相应的软硬件的设计。根据系统的需求结合实际情况，用绘图软件把相关外部接线图绘制出来，与此同时编写与此有关的控制系统程序。用可编程控制器来对变频器进行控制操作，以此完成对矿井提升机的启动停止加速匀速减速等操作流程，完成对矿井提升机的行程控制。对过载、过卷、超速等故障进行实时监控。
事实情况表面，采用该控制系统很好的解决了传统方式面临的问题与不足，在某些方面更加优异。
关键词： 矿井提升机；变频调速；可编程控制器
Automatic Control Design of a Mine Hoist With PLC And Frequency Converter
ABSTRACT
The mine hoist is one of the important equipments for coal mine transportation. Coal, coal gangue and other transportation and mine workers have to rely on the mine hoist. In China, mine hoists in recent decades have almost always used the traditional, old-fashioned way of controlling relays and contactors. In most cases, resistors are connected in series in the motor circuit to start equipment and regulate speed. This type of control has a series of problems such as waste of resources, frequent safety accidents, unstable equipment, difficulty in operation, high maintenance costs, low production efficiency, and high energy consumption. Therefore, it is urgent to reform the mine hoist control system.
?? For this complex problem, this article uses a programmable controller control system and combines it with a frequency converter to control the start and regulation speeds. Through a series of research and study of the mine hoist, the design of the hoist control system was completed. The hardware equipment and the selected model were selected according to the actual situation, and the corresponding hardware and software design was completed. According to the system needs to draw the external wiring diagram, and write the relevant control system .The?programmable?controller?is?used?to?control?the?frequency?converter?to?complete?the?operation?process?of?starting,?stopping,?accelerating,?and?decelerating?the?mine?hoist?and?complete?the?stroke?control?of?the?mine?hoist. Real-time monitoring of overload, over-volume, overspeed and other faults.
?? ?On the surface of the facts, this control system has solved the problems and deficiencies of the traditional methods and has excelled in some aspects.
Key words: mine hoist; frequency control; programmable controller
目 录
第１章 引言 ………………………………………………………………………1
1.1课题概述………………………………………………………1
1.2国内外矿井提升机的发展状况 ……………………………………………2
1.2.1国外提矿机的现状 ………………………………………2
1.2.2国内提升机的现状与发展与趋势 ………………………………………3
1.3矿井提升机的相关知识 ……………………………………………4
1.3.1矿井提升机的分类 ………………………………………4
1.3.2矿井提升机的组成部分 ………………………………………5
1.4本文内容及研究的意义………………………………………………………6
1.4.1研究内容 ………………………………………6
1.4.2研究的意义 ………………………………………7
第2章 矿井提升机调速系统的设计……………………………8
2.1提升机运动分析 …………………………………………………………9
2.1.1提升机速度图参数分析 …………………………………………………………10
2.2 矿井提升机对控制系统的要求 ……………………………………………11
2.3提升机调速控制系统方案设计 ………………………………………………………14
2.3.1 控制单元基本原理………………………………………………15
2.3.2主控系统设计……………………………………………………15
第3章 矿井提升机变频器系统硬件选型设计…………………………………………18
3.1 变频调速特点……………………………………………………………18
3.2变频调速的基本原理…………………………………………………………18
3.3变频器选型设计 ……………………………………………19
3.3.1 控制方式的选择……………………………………………19
3.4 变频器声光报警回路设计……………………………………………………………20
3.5变频器制动回路设计…………………………………………………………20
3.5.1再生制动………………………………………………21
3.5.2直流制动单元……………………………………………………21
3.6变频器外部接线图设计 ……………………………………………22
3.7变频器基本参数 ……………………………………………22
第4章 PLC在提升机变频控制系统中的应用…………………… ……………………………23
4.1概述 ………………………………………………………………23
4.2 PLC的分类和主要技术指标 …………………………………………………………24
4.2.1PLC的分类……………………………………………………………24
4.2.2PLC的主要技术指标……………………………………………………………25
4.3PLC的结构和工作原理 …………………………………………………………25
4.3.1PLC的基本结构……………………………………………………………25
4.3.2PLC的工作原理……………………………………………………………26
4.4 PLC的选型 …………………………………………………………27
第5章 提升机变频调速控制系统软件设计…………………………………………………29
5.1子程序分析 ………………………………………………………………29
5.2 提升机PLC控制程序控制梯形图 ………………………………………………30
结语 …………………………………………………………………………33
参考文献 …………………………………………………………………………34
第一章 引 言
提升机在矿井作业中的主要任务是把煤炭、矸石、必需材料、人员和工具设备送至井底或者是地面；是连接地面和井下的生产系统中唯一的中枢，是矿井的喉咙。提升机的电力传动很复杂，电动机正反转频率很高，往往正处于负载运行和传动的状态。主井的安全性，会影响矿山的生产效率，整个矿山的运营生产能力都会被影响或者是被干扰到。而且井下的工作人员的生命安全也与之息息相关。因此，开发出安全可靠并且节约能源资源的提升机，是煤矿安全生产的最终追求。
目前可以看到的可编程控制器(即PLC)是工业现场应用中的产业控制最符合生产需求的机形。是在电脑技术、通信技术、继电器技术等一系列原有技术体系上发展壮大起来的，在工业控制中具有很大的竞争力，被广泛的应用于工业控制领域。采用计算机技术，按照事先编写好的程序语言来完成对工业设备的操作与控制。
近十几年来，PLC技术在各种提升机控制系统中得到应用，并广泛应用于一部分改进专用电子模块的控制设备，可实现电压非常之高的动力刹车或者是低频率的制动，可应用于控制，监控及安全保护系统。
目前提升机调速系统大多都采用变频调速，本文提升机控制系统采用先进的PLC技术来进行控制。电力拖动系统，使用目前来看比较优越的变频变动装置，并将技术水平高的矢量控制技术应用于本系统中，优化调速系统性能，采用了工业计算机及工业自动化技术；根据结构标准化、产品系列化、性能现代化、体积化越来越小的原则，开发生产矿井提升机的电控制设备，并进行技术改造升级。
1.1课题概述
提升机在矿井作业中的主要任务是把煤炭、矸石、必需材料、人员和工具设备送至井底或者是地面；是连接地面和井下的生产系统中唯一的中枢，是矿井的喉咙。对矿井提升机而言，井下井上的东西或者相关工作人员的上升或下降的途中安全可靠是非常至关重要的的，一旦出现意外或者发生事故，往往造成相当大的后果，让人感到非常惋惜。因此，研发制造安全可靠又节省能源资源的提升机迫在眉睫，必须马上行动。
参考文献
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