斜井毕业设计

1、XXX学院矿业学院毕业设计摘要本文主要设计了矿井提升机的变频调速系统以及PLC控制系统。通过对矿井提升机调速系统要求的分析，说明了采用变频调速的重要性。在对各种变频调速方法的分析比较后，选择采用交流变频调速，然后选择变频器的类型，并按调速系统要求设计了变频器的外部电路。通过对其电控系统各类故障处理的要求，选择采用可编程控制器（PLC），并对可编程控制器进行选型。考虑到实际生产中可能出现的问题，合理的设计可编程控制器（PLC）的外部电路，并在此基础上对可编程控制器（PLC）程序做出初步的设计方案，为了保证可编程控制器（PLC）的可靠工作，将其系统抗干扰措施也设计在内。可编程控制器采用PLC，能够

2、时时检测矿井提升机的安全性能，反馈给控制设备。减少了传统继电器接触式控制系统的中间环节，减少了硬件和控制线，提高了形同的稳定性和可靠性。变频调速是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。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 变频器 PLC Abstract This article mainly designs the variable frequency speed control system and PLC control system of mine hoist. Based on

3、the mine hoist control system requirements analysis, illustrates the importance of using variable frequency speed regulation. In a variety of frequency conversion speed regulation method of analysis and comparison, selection using AC frequency converter, and then select the types of frequency conver

4、ters, and according to the speed control system is designed the external circuit of frequency converter. The electric control system of various fault handling requirements, selection by using the programmable controller (PLC), and the programmable controller type. Considering the practical productio

5、n problems that may arise, the rational design of programmable controller (PLC) of the external circuit, and based on the programmable controller (PLC) program to make the preliminary design, to ensure that the programmable controller (PLC) for the reliable operation of the system, the anti interfer

6、ence measures are designed. This paper is only a preliminary theoretical design, is not applied in practice, applied in practice before it must be verified in practice.Keywords：Mine Hois Variable Frequency Speed Regulation Frequency Converter PLCI目 录摘要IAbstractII第1章 概况11.1矿井提升方式与生产工艺11.2 变频提升机在矿山生产中

7、应用4第2章 提升主要机械设备选择62.1提升容器选择62.2钢丝绳选择82.3提升机、天轮选择92.4电动机选择10第3章 提升速度图确定113.1提升机与井筒的相对位置计算113.2提升速度图的计算13第4章 提升系统动力学计算154.1提升系统运动部分变位质量计算154.2提升系统力图计算154.3电动机容量校验184.4提升机电耗计算194.5核算提升能力20第5章 变频电控系统控制硬件设计205.1变频器选择205.2 PLC选择235.3交流/直流电抗器选择285.4低压电器选择285.5电力电缆选择295.6供电变压器选择305.7系统检测器件选择31第6章 变频电控系统控制软件

8、设计326.1 变频器功能设定326.2PLC梯形设计36第7章 变频调速系统控制与运行397.1提升系统原理分析与操作运行397.2变频电控系统与维护40第8章 提升设备的运转、检修与故障处理418.1提升设备的运转418.2提升设备的检修418.3提升设备的常见故障及处理方法43结论45参考文献46致谢47III60万吨斜井矿井提升机变频调速作 者：XXX指导教师：XXX第1章 概况1.1矿井提升方式与生产工艺1.1.1矿井提升设备及用途矿井提升机是机、电、液一体化的大型机械，广泛用于煤炭、有色金属、黑色金属、非金属、化工等矿山的竖井、斜井，是生产运输的主要工具。在煤炭生产中提升机担负着提

9、升煤炭、矸石、下放材料、升降人员和设备的任务，是联系井上与井下的唯一途径，素有矿井咽喉之称。提升机的电力传动特性复杂，电动机频繁正反向，经常处于负荷运转和电动、制动不断地转换的状态中。对应提升机来说运行的安全可靠是至关重要的，主井直接关系到矿山的生产效率，作为运送人员的副井，一旦发生故障往往造成机毁人亡。提升机运行的安全可靠性不仅直接影响整个矿井的生产能力，影响整个矿山的经济效益，而且还涉及到井下工作人员的生命安全。因此，研制并制造即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。1.1.2矿井提升系统 矿井提升系统就是通过地面井口、井筒和井底的设备、装置，进行矿石、人员等上下提升运输

10、工作的系统。所需设备和装置包括提升机、井架、天轮、钢丝绳、连接装置、提升容器、井筒导向装置、井口和井底的承接装置、阻车器、安全闸以及信号装置等。根据矿井井筒倾角及提升容器的不同，矿井提升系统大致分为以下几种类型：竖井普通罐笼提升系统、竖井箕斗提升系统、竖井箕斗提升系统、斜井箕斗提升系统、斜井箕斗提升系统、斜井串车提升系统等。一般井筒断面大、提升量多而提升水平（中段）又少的矿井采用双罐笼提升；井筒断面较小、提升水平多的矿井采用单罐笼带平衡锤提升；井筒断面小、提升量少的矿井采用单罐笼提升。本文主要研究的是斜井串车提升系统如图1-1所示：图1-1斜井串车提升系统图1.1.3 矿井提升机分类1.缠绕式

11、提升机缠绕式提升机的主要部件有主轴、卷筒、主轴承、调绳离合器、减速器、深度指示器和制动器等。 （1）单绳缠绕式提升机：根据卷筒数目可分为单卷筒和双卷筒两种：a单卷筒提升机，一般作单钩提升。钢丝绳的一端固定在卷筒上，另一端绕过天轮与提升容器相连；卷筒转动时，钢丝绳向卷筒上缠绕或放出，带动提升容器升降；b双卷筒提升机，作双钩提升。两根钢丝绳各固定在一个卷筒上,分别从卷筒上、下方引出,卷筒转动时，一个提升容器上升，另一个容器下降。缠绕式提升机按卷筒的外形又分为等直径提升机和变直径提升机两种。等直径卷筒的结构简单，制造容易，价格低，得到普遍应用。深井提升时，由于两侧钢丝绳长度变化大，力矩很不平衡。 （

12、2）多绳缠绕式提升机：提升机在超深井运行中，尾绳悬垂长度变化大，提升钢丝绳承受很大交变应力，影响钢丝绳寿命；尾绳在井筒中还易扭转，妨碍工作。2.摩擦式提升机多绳摩擦式提升机具有安全性高、钢丝绳直径细、主导轮直径小、设备重量轻、耗电少、价格便宜等优点。多绳摩擦式提升机的主要部件有主轴、主导轮、主轴承、减速器、深度指示器、制动装置及导向轮等。3.内装式提升机AEG公司生产的内装式提升机，将提升主电机与滚筒合为一体，即转子固定，转动的定子充当滚筒，使机构大为简化，制造成本低。1.2 变频提升机在矿山生产中应用1.2.1微机控制在提升机上的应用随着微机技术的发展，微机控制技术已逐步应用于矿井提升机中，

13、其应用主要体现在以下几方面:1.提升工艺过程微机控制在交流变频装置中，提升工艺过程大都采用微机控制。由于微机功能强，使用灵活，运算速度快，监视显示易于实现，并具有诊断功能，这是采用模拟控制无法实现的。如AEG公司采用CP-80微机、ABB公司采用MASTER-200和SIEMENS公司采用S5-150等微机实现的变频控制，都获得了相当成功。它们把控制、监视、基准值预测以及模拟控制等组合在公共的微机控制总线上组成静止变流器的传动控制，计算机实现速度及多个变量的调节。2.提升行程控制提升机的控制从本质上说是一个位置控制，要保证提升罐笼在预定地点准确停车，要求准确度高，目前可达±2cm。采

14、用微机控制，可通过采集各种传感信号，如转角脉冲变换、钢丝绳打滑、井筒位置、滚筒及钢丝绳磨损等信号进行处理，计算出罐笼准确的位置而施以控制和保护。在罐笼提升时可实现无爬行提升，大大提高了提升能力。如AEG、ABB、SIEMENS等公司已采用位微机来构成行程给定器，并还提供性能不尽相同的机械行程控制器口。一般过程控制用微机不同时用于监视，行程控制也采用单独微机完成，从而大大提高了系统的可靠性。3.提升过程监视由于近代提升机控制系统的设计特别强调安全可靠性，所以提升过程监视与安全回路一样，是现代提升机控制的重要环节。提升过程采用微机主要完成如下参数的监视:a 提升过程中各工况参数(如速度、电流)监视

15、;b 各主要设备运行状态监视;c 各传感器(如位置开关、停车开关)信号的监视。其目的在于使各种故障在出现之前就得以处理，防止事故的发生，并对各被监视参数进行存贮、保留或打印输出，甚至与上位机联网，合并于矿井监测系统中。4.安全回路安全回路旨在出现机械、电气故障时控制提升机进入安全保护状态。为确保人员和设备的安全，对不同故障一般采用不同的处理方法，大致分为以下四种情况:a 报警显示，如冷却器温度过高等;b 二次不能开车，如电机绕组过热、制动油过热等;c 立即进行电气制动，如停车终点设备出现故障时本次提升应尽快停下来;d 立即进行安全制动，如过卷、超速等。安全回路极为重要，它是保护的最后环节之一，

16、英、德等公司都采用两台PC微机构成安全回路，使安全回路具完善的故障监视功能。无论是提升机还是安全回路本身出现故障时都能准确地实施安全制动。5.制动系统的控制与监视制动(可调闸)控制系统除要可靠地完成工作制动和安全制动外，还要完成对液压站的控制以及各环节参数(如油压、闸瓦磨损等)的监视，其技术要求与安全回路相似。如西门子公司采用两套可编程序控制器(PLC)的双重控制与保护系统。1. 2.2 交流变频调速同步机驱动提升系统应用自80年代初以来，交流变频供电的同步机拖动异军突起，在大型提升机中发展成为技术、经济均优的拖动方式。如CEGELEC公司1983年投运的l×548OkW，额定转速6

17、9.5r/min等变频调速同步机拖动的提升机。这种拖动系统主要有如下优点:a 提升容量几乎不受限制，最大可达l0000kw，提升速度可达20m/s以上，提升高度1200m以上，滚筒直径达6.5m，这是直流系统难以达到的;b 没有整流子和碳刷这一薄弱环节，保证了电机的可靠运行和降低了运行消耗;c 功率因数高，可达住0.91，极大地节省了电能。因此，变频同步机拖动调速系统是大型提升机拖动的必然发展方向。1.2.3 研制与发展国产大型交流提升机及电控系统正在逐步完善和推广使用。大功率变频调速电控提升机其效率可达89%，国内正在组织研究这种系统，不少院校和研究单位都在着手研制。可编程序控制器在提升机电

18、控系统的应用可编程序控制器具有可靠性高、抗干扰能力强、实现继电逻辑容易，基本免于维护等独特优点，特别适用于对我国占大部分的交流提升机继电-接触器电控系统进行技术改造;因此有不少单位都在着手研制,已经显示出了很强的生命力。这是今后一段时期我国占绝大多数采用继电控制的交流提升系统进行技术改造的必由之路。第2章 提升主要机械设备选择2.1提升容器选择2.1.1原始数据：输送物料材料取日产原煤4%，输送矸石：日产原煤5%，其它：每班5-6次机电设备最大重量8000kg运送人员50人/班矿井年产量600kt/年工作制度年工作日： ，日工作小时： 矿井电压等级6KV电源电压380V/660V煤的集散密度提

19、升方式平车场双钩串车提升主井筒斜长倾角断面支护方式砌碹2.1.2矿车型号初选根据给定断面尺寸及矿井年产量等初步选用型固定箱式矿车。主要技术参:矿车自身质量： 单个矿车长度： 矿车名义载货量： 单个矿车宽度： 煤的散集密度: 矿井电压等级为: 6KV提升方式为斜井平车场双钩串车提升2.1.3一次提升量和车组中矿车数的确定1.计算提升斜长 式中 井口车场长度，即自井口至尾车停车点的距离，暂取 井底车场长度，即从井底到井底尾车点的距离，暂取2.初步确定速度图参数(1)初步确定最大提升速度 。根据煤矿安全规程规定：倾斜井巷内升降人员或用矿车升降物料时，。本设计初步确定最大提升速度 ；(2)井上、下车场

20、速度 ；(3)井上、井下车场加、减速度 ;(4)井筒中主加、减速度 ;(5)摘、挂钩时间：;3.初步计算一次提升循环时间T查图计算得 图2-1平车场双钩串车提升一次提升循环时间计算图 4.计算一次提升量 m上式中因无井下煤仓，取C=1.2；考虑提升富裕能力，取。 5.计算一次提升矿车数 n1取n1 =6 辆。 6.根据矿车连接器强度计算矿车数n2 式中取矿车运行阻力系数 ；重力加速度g取 。 7.确定一次提升矿车数 因为n1 < n2 故矿车连接器强度满足要求，所以确定一次提升矿车数n = n1 =6辆。2.2钢丝绳选择2.2.1计算钢丝绳悬垂长度式中 井口至阻车器的距离，取 ; 阻车器

21、至摘钩点距离，取 摘钩点至井架中心的水平距离，取; 提升机滚筒中心至天轮中心水平距离，暂取=16m； 井口处钢丝绳牵引角，暂取 2.2.2计算钢丝绳每米质量取 , , , 则：2.2.3选择钢丝绳查钢丝绳规格表选用钢丝绳：绳纤维芯 钢丝绳直径： ;每米钢丝绳质量： ; 单根钢丝绳直径： ;全部钢丝绳破断力总和:；公称抗拉强度： ；2.2.4验算钢丝绳安全系数所选钢丝绳合适 。2.3提升机、天轮选择2.3.1计算提升机滚筒直径2.3.2计算作用在提升机上的最大静张力和最大静张力差 2.3.3根据计算的 、 、选择提升机 查提升机规格表选用型提升机：D=2.5m， ，B= 2 m,，变为质量 ；减

22、速器许用最大动扭矩 ；两滚筒中心距为 2150 mm；提升机标准提升速度；减速器传动比i=20 ；滚筒中心高e=650 mm；2.3.4验算滚筒宽度 相邻两绳圈间隙K 缠绳层数，K=2采用双层缠绕符合煤矿安全规程要求。2.3.5计算选择天轮为减少天轮维护量，查天轮规格表选用 固定天轮变位质量。2.4电动机选择2.4.1估算电动机功率电动机容量备用系数取1.12.4.2估算电动机转速2.4.3选提升电动机根据N、n及矿井的电压等级6kv,查电动机规格表选用提升电动机为型； , , , 𝜆=2.2,额定电压6kv。2.4.4确定提升机的实际最大提升速度第3章 提升速度图确定3.1提

23、升机与井筒的相对位置计算3.1.1计算井架高度（1）井架高度计算取 ， 天轮半径。（2）验算井口处钢丝绳牵引角井口处钢丝绳牵引角满足防止矿车在井口处出轨掉道的要求。3.1.2初步计算钢丝绳弦长根据钢丝绳内、外偏角允许值计算钢丝绳最小弦长按外偏角 按内偏角式中 取 3.1.3计算提升机滚筒中心至天伦中心的水平距离取 ; （滚筒中心高）3.1.4计算钢丝绳实际弦长3.1.5计算钢丝绳实际内、外偏角3.1.6计算钢丝绳的下出绳角因，提升钢丝绳有可能与提升机基础碰撞，故不满足要求。井架高度不高，在此可调整，取带入上式计算得：（满足要求），（满足要求），满足要求。提升机与井筒相对位置如图3-1所示：图3

24、-1双钩平车场井口相对位置图3.2提升速度图的计算 已知： , , , , 。3.2.1矿车组在井底车场运行阶段初加速运行阶段时间 行程 等速运行阶段时间 行程 井底车场运行总时间3.2.2矿车组在井筒运行阶段(1)加、减速度运行阶段 时间 行程 (2)等速运行阶段时间 行程 3.2.3矿车组在井口车场运行阶段时间 行程 3.2.4一次提升循环时间3.2.5根据以上数据可做提升速度如图3-2所示：图3-2提升速度图第4章 提升系统动力学计算4.1提升系统运动部分变位质量计算式中4.2提升系统力图计算 已知：井上、井下车场内倾角，井筒倾角，矿井阻力系数 ,基本动力学方程式为： (1)重车组在井底

25、车场、空车组在井口车场运行阶段初加速开始 初加速终了等速开始 等速终了(2)空、重矿车组均在井筒中运行阶段主加速开始主加速终了等速开始 等速终了主减速开始 主减速终了 （3）重车组在井口车场、空车组在井底车场运行阶段等速开始等速终了末减速开始 提升终了 根据提升速度图和动力学计算作出速度图和力图如图4-1所示：图4-1斜井平车场双钩串车提升速度图和力图4.3电动机容量校验4.3.1按温升条件验算（1）求 （2）求等效时间 （3）求等效力 （4）求等效功率 因前初选的电动机额定功率为，所以（电动机温升条件满足要求）。4.3.2按正常运行时电动机过负荷能力验算力图中最大拖动力电动机额定出力 因 N

26、 所以（满足要求）4.4提升机电耗计算 (1)每提升一次电耗 (2)吨煤电耗 (3)年提升电耗 (4)一次提升有益电耗 (5)提升设备的效率4.5核算提升能力年实际提升能力提升能力富裕系数第5章 变频电控系统控制硬件设计5.1变频器选择分析比较各种控制方案的优劣，结合提升及调速系统恒转矩负载特性，最终选择PLC与变频器相结合的变频调速方案，其变频控制方式为向量变频调速控制。变频器的容量可以从三个角度来表述：额定电流、可用电动机功率和额定容量。选择变频器时，只有变频器的额定电流是一个反映半导体变频器装置负载能力的关键量。负载电流不超过变频器额定电流是选择变频器容量的基本原则。变频器与电动机匹配与

27、否主要是看电动机的额定电压及额定电流，如果电动机的额定电流小于同功率的变频器的额定电流，一般来说用同等功率的变频器就足够了；但如果电动机的额定电流比同功率的变频器的额定电流大，那就只好用大一级的变频器。对于鼠笼式异步电动机，变频器的容量选择应以变频器的额定电流大于电动机的最大正常工作电流的11.1倍为原则，这样可以最大限度地节省资金。提升机平均起动转矩一般来说可为额定力矩值的1.31.6倍。考虑到电源电压波动因素及需通过125%超载试验要求等因素，其最大转矩必须有1.2倍的负载力矩值，以确保其安全使用的要求。若用在电机额定功率选定的基础上提高一挡的方法选择变频器的容量，则可能会造成不必要的容量

28、损失。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，本系统中通过PLC输出电压信号(012 V)来控制变频器的频率。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，变频器外部电路如图5-1所示。图5-1 变频器外部主电路声光报警回路：变频器报警输出的动断（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。为了保护报警输出的触点，在接触器的线圈两端，并联阻容吸收电路（即RC震荡电路）。同时（常开

29、）触点30A-30B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，继电器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ST1为止，报警才能解除。制动控制回路：提升机负载由于惯性较大，当变频器的输出频率下降至0Hz时，常常停不住，而有“蠕动”(也称爬行)现象，在矿山提升机这种大负载机械中，蠕动现象有可能造成十分危险的后果。为此，变频器调速时应设置能耗制动和直流制动功能。变频器容量选择的内容：(1)变频器额定输出电压选择：变频器额定输出电压=电动机额定电压 =6000V (2)变频器额定输出电流选择：电机运行过程中，变频器额定输出电流必须

30、大于等于电动机可能出现的最大电流，即大于等于47A。(3)变频器容量选择：考虑超载能力和启动能力满足负载输出要求：满足电动机要求：满足电动机电流要求：其中:-变频器容量-电动机轴输出功率-电动机额定线电压-电动机额定线电流-变频器额定电流对于连续恒定的负载，变频器容量选择必须同时满足以上三项要求。根据以上数据，选择CKGY-800/6高压变频器，技术参数如表5.1所示。表5.1 变频器参数表名称参数试配电动机功率（KW）800额定容量（KVA）850额定输出电流（A）80输入额定电压（V）6000频率（Hz）4555电压允许变动范围-10%5%重量53006300输出频率范围1120Hz输出频

31、率分辨率0.01Hz输入功率因数0.95(20%负载)效率0.96（额定负载下）过载能力额定电流的120%，1min；额定电流的150%，立即保护。加速时间0.1300s防护等级IP20冷却方式自然风冷环境运行环境温度040存储/运输温度-4070环境湿度90%，无凝结用变频器供电时，电动机在额定状态下运行时的电流比工频电网供电时要大，故选择变频器的额定电流和功率时要比电动机大一个等级。5.2 PLC选择国际电工委员会（IEC）对可编程序控制器作了如下的定义：“可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制

32、、定时、计数和算术运算等操作的命令，并通过数字式模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充功能的原则而设计。具有其他工业设备难以具备的特点： (1) 可靠性高。在I/O环节，PLC采用了光电隔离、滤波的多种措施。系统程序和大部分的用户程序都采用E2PROM存储，一般PLC的平均无故障工作时间可达几万小时以上。(2) 控制功能强。PLC所采用的CPU一般是具有较强位处理功能的位处理机，为了增强其复杂控制功能和联网通信等管理功能，可以采用双CPU的运行方式，使其功能得到极大的加强。(3) 编程方便易学。第一编程语言(

33、梯形图)是一种图形编程语言，与多年来工业现场使用的电器控制图非常相似，理解方式也相同，非常适合现场人员学习。(4) 模块化结构，扩展能力强。根据现场需要进行不同功能的扩展和组装，一种型号的PLC可用于控制从几个I/O点到几百个I/O点的控制系统。(5) 与外部设备连接方便。采用统一接线方式的可拆装的活动端子排，提供不同的端子功能适合用于多种电气规格。(6) 适用与恶劣的工业环境。采用封装的方式，适合于各种震动、腐蚀、有毒气体等的应用场合。 (7) 体积小、重量轻、功耗低、性价比高，功能更加灵活。 在矿井提升机电控系统中，由于系统自身的特点，决定了系统对精度要求并不是特别高，对于响应时间的要求也

34、并不高，达到毫秒级就可以了。在满足基本要求的前提下，PLC的选型主要从经济性、可扩展性、适应性以及网络通讯性能等方面进行综合考虑。5.2.1PLC的基本结构PLC实质上是一种专门用于工业控制的通用计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，主要有中央处理器(CPU)，存储器(RAM,ROM)，输入输出接口电路（I/O接口），电源及编程设备几大部分构成。1.中央处理器（CPU）中央处理器（CPU）是PLC的控制中枢。PLC的CPU按照系统程序赋予的功能接收并存储用户键入的应用程序和数据，检查电源，存储器，I/O以及警戒定时器的状态，诊断用户程序的语法错误。PLC中采用的CPU 一般有三大类，一类为

35、通用处理器，如80286，80386等，一类为单片机芯片，如8301，8096等，另外还有位处理器，如AMD2900,AMD2903等。2.存储器PLC是工业控制计算机，除了硬件以外，还必须有软件才能正常工作。PLC的软件分两部分：系统软件和应用软件。存放系统软件的存储器称为系统程序存储器；存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。RLC常用存储器的类型：读写存储器（RAM），可擦除的只读存储器（EPROM）,电可擦除的只读存储器（EPROM）3.输入/ 输出（I/O）I/O接口有良好的光电隔离和滤波作用。PLC的输出接口往往始于被控对象相连接，被控对象有电磁阀，指示灯，接触器，小型电动机等。输

36、入接口各种PLC的输入电路大都相同，通常有三种输入类型。一种是直流（1214）输入，另一种是交流（100120V，200240V）输入，第三种是交直流输入。输出接口PLC的输出有三种形式：继电器输出，晶体管输出。继电器输出型PLC 最为常用。当CPU有输出时，接通输出电路中继电器的线圈，继电器的触点闭合，通过该触点控制外部负载电路的负载。晶体管输出型PLC是通过光耦合器是晶体管截至或导通以控制外部负载电路，并同时PLC内部电路和晶体管输出电路进行电气隔离。4.电源PLC的电源在整个系统中起着十分重要的作用。模块的PLC，是独立的电源模块；整体式PLC电源集成在厢体内。PLC的电源多为高精度的开

37、关电源；掉电保护电路供电的后备电源多为锂电池。5.编程器编程器是PLC的重要外围设备。编程器的主要任务是输入程序，编辑程序，调试程序，监控程序，还可以在线测试PLC工作状态和参数与PLC进行人机对话。5.2.2 I/O点数存与储容量的预选(1)根据被控对象输入/输出信号的实际需求，以及本设计中矿井提升系统工作原理的叙述，不难得出所需PLC的I/O分配表。此外，还需考虑1015的余量，其I/O点数选择分别为40，多出的点数用于扩展模块处理。(2)在使用过程中，用户程序所需存储空间的大小与PLC的功能有关，而PLC系统的功能要求在很大程度上由PLC的I/O点数的多少反映。因此，当I/O点数确定时，

38、可依据下式估算PLC存储容量，另外还需考虑20%30%的余量。存储容量（字节）=开关量I/O点数10+模拟量I/O通道数1005.2.3 PLC型号的选择在矿井提升机电控系统中，由于系统本身的特点，决定了系统对精度要求并不是特别高，对于响应时间的要求也并不高，达到毫秒级就可以。在满足基本要求的前提下，PLC选型主要从经济性、适应性、可扩展性及网络通讯性能等方面综合考虑。S7-200系列西门子PLC家族中的成员之一，在西门子工控领域中占有重要的地位。S7-200系列PLC具有以下特点: 1.可靠性高，抗干扰能力强。用程序来实现逻辑顺序和时序，最大限度地取代传统继电-接触器系统中的硬件线路，大量减

39、少机械触点和连线的数量。单从这一角度而言，PLC在可靠性上优于继电-接触器系统是明显的。在抗干扰性能方面，PLC在结构设计、内部电路设计、系统程序执行等方面都给予了充分的考虑。例如，对主要器件和部件用导磁良好的材料进行屏蔽、对供电系统和输入电路采用多种形式的滤波、I/O回路与微处理器电路之间用光电耦合隔离器、系统软件具有故障检测功能、信息保护和恢复、循环扫描时间的超时警戒等。 2. 灵活性强，控制系统具有良好的柔性。当生产工艺和流程进行局部的调整和改动时，通常只需要对PLC的程序进行改动，或者配合以外围电路的局部调整即可实现对控制系统的改造。 3. 编程简单，使用方便。第一编程语言(梯形图)是

40、一种图形编程语言，与多年来工业现场使用的电器控制图非常相似，理解方式也相同，非常适合现场人员学习。S7-200主机单元发展至今，经历了两代产品。第一代产品为CPU21X型，包括CPU212、CPU214、CPU215和CPU216，其中每种主机单元可以进行扩展。第二代产品为CPU22X型，包括CPU221、CPU222、CPU224、CPU224X、CPU226和CPU226XM，他们已经得到广泛的应用。 (1) CPU221型主机单元具有6输入/4输出共计10数字I/O点，无I/O扩展能力。 (2)CPU222型主机单元具有8输入/6输出共计14个数字I/O点，可以连接2个I/O扩展单元，最

41、大扩展至78个数字量I/O点或10路模拟量I/O。 (3) CPU224型主机单元具有14输入/10输出共计24个数字量I/O点，可以连接7个扩展单元，最大扩展至168个数字量I/O点或35路模拟量I/O。 (4) CPU224XP型主机单元具有与CPU224相比增加了2路输入/1路输出功3路模拟量I/O。 (5) CPU226型主机单元具有24个输入/16个输出共计40个熟悉I/O点，可以连接的I/O扩展单元，最大扩展至248个数字量I/O点或35路模拟量I/O。所以本设计选用的是西门子的CPU224型主机。5.2.4 PLC的外围接线图图5-2 PLC的外围接线原理图5.2.5 PLC的工

42、作原理图图5-3 PLC的工作原理图5.3交流/直流电抗器选择电抗器是增加电源阻抗，限制电网电压突变、操作过电压引起的冲击电流，保护变频器；改善变频器输入侧的功率因子；抑制变频器输入电网的谐波电流的装置。若电感量选择不合适，会直接影响额定电流下的电压降的变化，从而引起故障。而电感量的大小取决于电抗器铁芯的截面积和线圈的匝数与气隙的调整。输出电抗器电感量的选择是根据在额定频率范围内的电缆长度来确定，然后再根据电动机的实际额定电流来选择相应电感量要求下的铁芯截面积和导线截面积，才能确定实际电压降。在高压补偿装置中一般都装设有串联电抗器，它的作用主要有两点：一是限制合闸涌流，使其不超过额定电流的20

43、倍；二是抑制供电系统的高次谐波，用来保护电容器。因此电抗器在补偿装置中的作用非常重要。只有科学、合理的选用电抗器才能确保补偿装置的安全运行。本设计中选用LKSG-0.66-242-0.3滤波电抗器，主要技术参数：额定电压：660V； 额定电流 ：242A；额定频率：50Hz； 有无铁心：铁心式电抗器；绝缘结构：干式电抗器。5.4低压电器选择5.4.1低压断路器低压断路器又称自动开关，它是一种既有手动开关作用，又能自动进行失压、欠压、超载、和短路保护的电器。它可用来分配电能，不频繁地启动异步电动机，对电源线路及电动机等实行保护，当它们发生严重的超载或者短路及欠压等故障时能自动切断电路，其功能相当

44、于熔断器式开关与过欠热继电器等的组合。低压断路器额定电流按下式计算：其中:IQN- 低压断路器的额定电流；ION- 变频器的额定电流。本设计选择ME-630万能式低压断路器。主要技术参数：额定电压：660V及以下； 额定电流 ：630A；额定频率：50Hz/60Hz；防护等级：IP30；5.4.2交流接触器交流接触器是广泛用作电力的开断和控制电路。它利用主接点来开闭电路，用辅助接点来执行控制指令。主接点一般只有常开接点，而辅助接点常有两对具有常开和常闭功能的接点。交流接触器的接点，由银钨合金制成，具有良好的导电性和耐高温烧蚀性。 交流接触器额定电流按下式计算： 其中：IKN-接触器主

45、触头的额定电流；IN-电动机的额定电流。本设计选用CJ20-63型交流接触器。主要技术参数：额定电压：380V； 额定电流 ：63A；额定频率：50Hz； 机械寿命：10000000次；5.4.3熔断器熔断器其实就是一种短路保护器，广泛用于配电系统喝控制系统，主要进行短路保护或严重过载保护。熔断器主要由熔体和安装熔体的绝缘管(绝缘座)组成。使用时，熔体串接于被保护的电路中，当电路发生短路故障时，熔体被瞬时熔断而分断电路，起到保护作用。熔体的额定电流选择方法：按照电动机启动的最大电流计算选择RT0-1000Q/900型熔断器，其技术参数如表5.4所示。表5.2 熔断器技术参数表额定电压(V)额定

46、电流(A)熔体额定电流(A)极限分断能力(KA)3801000900505.5电力电缆选择电力电缆是用于传输和分配电能的电缆。常用于城市地下电网、发电站的引出线路、工矿企业的内部供电及过江、过海的水下输电线。电力电缆是在电力系统的主于线路中用以传输和分配大功率电能的电缆产品，其中包括1500KV以及以上各种电压等级，各种绝缘的电力电缆。本设计中根据电动机额定电流，额定工作电压6KV，选择电动机电缆为：ZQ系列油浸纸绝缘铅包三芯电力电缆，导体横截面积。5.6供电变压器选择变压器是用来变换交流电压、电流而传输交流电能的一种静止的电器设备。它是根据电磁感应的原理实现电能传递的。变压器就其用途可分为电

47、力变压器、试验变压器、仪用变压器等。电力变压器是一种静止的电气设备，是用来将某一数值的交流电压（电流）变成频率相同的另一种或几种数值不同的电压（电流）的设备。当一次绕组通以交流电时，就产生交变的磁通，交变的磁通通过铁芯导磁作用，就在二次绕组中感应出交流电动势。二次感应电动势的高低与一二次绕组匝数的多少有关，即电压大小与匝数成正比。主要作用是传输电能，因此，额定容量是它的主要参数。额定容量是一个表现功率的惯用值，它是表征传输电能的大小，以kVA或MVA表示，当对变压器施加额定电压时，根据它来确定在规定条件下不超过温升限值的额定电流。电源变压器选择：其中：变频器的输入功率因子在无交流输入电抗器时取

48、0.60.8，有交流输入电抗器时取0.80.85；变频器的效率取0.95；变频器的输出功率=所接电动机的总功率。因此选择S7500油浸双绕组变压器升压变压器，该变压器主要技术参数如表5.6所示。表5.3电力变压器技术参数表额定容量（KVA）额定电压（KV）联结组标号阻抗电压（%）损耗（W）散热面积（m²）高压低压空载负载5006.00.4Y，yn041030639816.295.7系统检测器件选择5.7.1行程开关行程开关：位置开关（又称限位开关）的一种，是一种常用的小电流主令电器。利用生产机械运动部件的碰撞使其触头动作来实现接通或分断控制电路，达到一定的控制目的。通常，这类开关被用

49、来限制机械运动的位置或行程，使运动机械按一定位置或行程自动停止、反向运动、变速运动或自动往返运动等。在实际生产中，将行程开关安装在预先安排的位置，当装于生产机械运动部件上的模块撞击行程开关时，行程开关的触点动作，实现电路的切换。因此，行程开关是一种根据运动部件的行程位置而切换电路的电器，它的作用原理与按钮类似。在深度指示器上的行程开关有：过卷开关、终端开关、减速开关；在井口安装的行程开关有：过卷开关、限位开关； 在辊筒出绳口需安装一个行程开关，检测松绳之用； 在室外井架上需要安装一个行程开关以及过卷开关。本设计中选用LXP1(3SE3)系列行程开关。适用范围： 该系统行程开关适用于交流4060

50、Hz，交流电压到380V ，直流电压至220V、约定发热电流为10安的控制电路中，将机械信号转变为电气信号，用来控制运动机械的行程及速度或作程控之用。5.7.2压力传感器提升系统的液压站和润滑站需要安装压力传感器，从而实现被测点的压力值实时显示。工作原理：测量膜片受到力的作用，产生微小形变，由于压敏电阻具有压阻效应，所以电桥输出一个与压力成正比的电压信号，这个信号经过放大以及电压与电流的交变后，转换成标准电流信号输出。本设计中选用KGY60型顶板压力传感器，技术参数如表5.7。表5.4压力传感器技术参数表压力检测范围（MPa）060响应时间（s）<3传输方式RS485，半双工传输速率（b

51、/s）1200最大传输距离（公里）10供电电源（V）DC1218尺寸（长×宽×高）165mm×85mm×210mm5.7.3温度传感器温度传感器是能感受温度并转换成可用输出信号的传感器，它能够对温度进行连续监测。本设计中选用GWD42矿用温度传感器，技术参数如表5.8所示。表5.5温度传感器技术参数表工作电压（V）DC 1115工作电流（mA）50动作温度（）42±2复原温度37响应时间（s）5探测距离（mm）1015输出信号当温度不超过动作值时，传感器输出0.5V低电平（灌入电流）；当温度超过动作值时，传感器输出5V高电平（拉出电流2mA）外

52、壳防护等级IP54 5.7.4位移传感器 矿井提升机闸瓦间隙的测量是通过闸瓦磨损传感器来完成的。这种传感器以数字的形式直接显示出所检测的闸皮损耗程度，位移传感器输出一个开关信号通知电控系统报警。本设计中选用LS1非接触位移传感器，技术参数如表5.9所示。表5.6移传感器技术参数表输出电压（V）0.110输出电流（mA）420弹性自动复位002型重复精度 (mm)0.002线性精度最高 ±0.075%测量长度（mm）10 50 75 100第6章 变频电控系统控制软件设计6.1 变频器功能设定变频器在出厂时，厂家对每个参数都已经预设了一个值，把这些预设的值叫出厂(缺

53、省)值。对大多数传动系统来说，缺省值并不能够满足其要求。所以用户在正确使用变频器之前，对变频器参数做如下设置:  (1)通过确认电机参数来设定电机的电流、电压、功率、转速、最大频率。这些参数都可以从电机铭牌中直接获得。    (2)设定变频器的启动方式，变频器在出厂时一般设定为从面板启动，用户可以根据自己的实际需要来选择启动方式。具体的启动方式：面板、外部端子、通讯方式等几种。    (3)变频器可能采取的控制方式：转矩控制、速度控制、PID或其它方式。在选定控制方式以后，一般要根据控制精度的需要进行静态或动态辨别。    (4)给定信号的选择，变频器的频率给定方式也可以有多种。面板给定、外部电压或电流给定、外部给定、通讯方式给定。当然，对于变频给定可以是这几种方式中的一种或几种方式的共同作用。正确设置以上参数以后，变频器基本能正常工作，若要想获得更好的控制效果则只能根据实际情况对相关参数进行修改。一旦出现参数设置故障，可以根据说明书进行必要的参数修改。如果不能排除故障则可以