基于PLC的矿井提升机变频调速控制系统设计样本

基于PLC矿井提高机变频调速控制系统设计摘要本文针对提高机控制系统中存在上述问题，把可编程序控制器和变频器应用于提高机控制系统上，并在可行性方面进行了较进一步研究。依照提高机运营特点，控制系统采用工控机监控提高机变频调速系统，PLC控制系统、变频调速系统等构成。为了提高系统可靠性，对提高机各种物理量及控制单元进行控制监控。提高机动态监测由工控机或触摸屏和组态软件构成。顾客在组态环境中完毕动画设计、设备连接、编写控制流程和工程所需要信息报表以及成果打印等。主控系统采用PLC系统，硬件简洁、软件灵活性强、调试以便、维护量小，配合某些专用电子模块构成提高机控制设备，可供控制高压带动动力制动或低频制动等。同步能检测各电机故障现象并送往上位机显示。减少了老式继电器接触式控制系统中间环节，减少了硬件和控制线，极大提高了系统稳定性，可靠性。核心词：矿用提高机；变频调速；矢量控制；可编程控制器TheFreouencyConversionUseonTheSpeedAdjustmentofShaftHoistonTheBasisofPLCControlABSTRACT

ElevatorControlSystemInthispaper，theaboveproblemsexistinthePLCandfrequencyconverterusedinelevatorcontrolsystem，andforamorein-depthfeasibilitystudy.Accordingtotheoperationofhoistfeatures，thecontrolsystemIPCVVVFelevatorcontrolsystem，PLCcontrolsystems，frequencycontrolsystemcomponents.Inordertoimprovesystemreliability，andvariousphysicalquantitiesontheelevatorcontrolunittocontrolmonitoring.DynamicmonitoringofelevatororthetouchscreenbyIPCandconfigurationsoftware.Userenvironment，completetheanimationintheconfigurationdesign，equipmentconnections，controlflowandprojectpreparationoftherequiredinformationstatements，andtheresultsofprinting.MastercontrolsystemusesPLCsystems，hardwaresimplicity，thesoftwareflexibilityandeasycommissioningandmaintenanceofsmall，specializedelectronicmoduleswithanumberoftheelevatorcontrolequipment，drivedynamicbrakingforcontrolofhighpressureorlow-frequencybraking.Whilethemotorsymptomscanbedetectedandsenttothehostcomputerdisplay.Relaycontacttoreducethetraditionalcontrolsystemoftheintermediatelinks，reducinghardwareandcontrollines，whichgreatlyimprovessystemstabilityandreliability.

KEYWORDS:：Shafthoist；Frequencyconversion；Vectorcontrol；PLC目录前言 1第1章绪论 21.1课题概述 21.2国内外矿井提高机发展状况 21.2.1国外矿井提高机现状 21.2.2国内提高机现状与发展趋向 61.3本文内容及研究意义 71.3.1研究内容 71.3.2研究意义 8第2章矿井提高机调速系统设计 92.1矿井提高机对控制系统规定 92.2提高机调速控制系统方案设计 112.2.1控制单元基本原理 112.2.2调速装置 132.2.3主控系统设计 15第3章变频调速系统设计 183.1变频调速发展及在提高机系统中应用 183.2变频调速基本原理 203.3变频器选取 213.3.1变频器选型 213.3.2变频器容量选取 223.3.3变频器主电路设计及参数设定 23第4章PLC在提高机变频控制系统中应用 264.1PLC概述 264.2本系统中PLC选型及特点 274.3PLC控制系统设计 274.3.1PLCI/O分派 284.3.2PLC接线图 33第5章PLC控制程序设计 345.1PLC软件概述及提高机PLC控制规定 345.2程序设计 355.3系统抗干扰办法 40结论 42谢辞 43参照文献 44附录 46外文资料翻译 47前言在煤炭生产中提高机肩负着提高煤炭、岩石、下放材料、升降人员和设备任务，是联系井上与井下唯一途径，素有矿井“咽喉”之称。提高机电力传动特性复杂，电动机频繁正反向，经常处在过负荷运转和电动、制动不断地转换状态中。对提高机来说，运营安全、可靠性是至关重要，主井直接关系到矿山生产效率，作为运送人员副井，一旦发生故障，往往导致机毁人亡。提高机运营安全可靠性不但直接影响整个矿井生产能力，影响整个矿山经济效益，并且还涉及到井下工作人员生命安全。因而，研制并制造既安全可靠又节约能源提高机是煤矿安全生产一项重要课题。就计算机技术在工业现场应用状况而言，可编程控制器（PLC）是当前作为工业控制最抱负机型，它是采用计算机技术、按照事先编好并储存在计算机内部一段程序来完毕设备操作控制。采用PLC控制，硬件简洁、软件灵活性强、调试以便、维护量小，PLC技术己经广泛应用于各种提高机控制，配合某些提高机专用电子模块构成提高机控制设备，可供控制高压带动力制动或低频制动，单、双机拖动等。操作、监控和安全保护系统选用可编程控制器。主控计算机应用软件能完毕提高机自动、半自动、手动等各种运动方式控制规定。在广泛考察现行变频调速方案后，本文提高机系统控制单元采用当前工控合用可编程控制器来控制，具备编程简朴和控制可靠性高长处；电力拖动系统中，选用先进变频传动装置，运用先进矢量控制技术，优化了调速系统性能，这一控制办法当前仍为当代交流调速重要研究方向之一。采用先进工业计算机、现场总线和工业自动化技术，按照构造原则化、产品系列化、性能当代化、体积小型化原则，研制生产适合矿井提高机电控设备是进行技术改造和新建矿井设备选型抱负选取。第1章绪论1.1课题概述矿井提高机是机、电、液一体化大型机械，广泛用于煤炭、有色金属、黑色金属、非金属、化工等矿山竖井、斜井，是生产运送重要工具。在煤炭生产中提高机肩负着提高煤炭、矸石、下放材料、升降人员和设备任务，是联系井上与井下唯一途径，素有矿井咽喉之称。提高机电力传动特性复杂，电动机频繁正反向，经常处在负荷运转和电动、制动不断地转换状态中。相应提高机来说运营安全可靠是至关重要，主井直接关系到矿山生产效率，作为运送人员副井，一旦发生故障往往导致机毁人亡。提高机运营安全可靠性不但直接影响整个矿井生产能力，影响整个矿山经济效益，并且还涉及到井下工作人员生命安全。因而，研制并制造即安全可靠又节约能源提高机是煤炭安全生产一项重要课题。1.2国内外矿井提高机发展状况矿井提高装置是采矿业重要设备，随着科学技术进步和矿井生产当代化规定不断提高，人们对提高机工作特性结识进一步深化，提高设备及拖动控制系统也逐渐趋于完善，各种新技术、新工艺逐渐应用于矿井提高设备中。特别是模仿技术、微电子技术、微电脑技术在提高机控制中应用已成为必然发展方向。1.2.1国外矿井提高机现状(1)晶闸管-电动机(SCR-D)直流低速直联拖动系统某些发达国家原有交流提高机已基本上被晶闸管-电动机(如下简称SCR-D)所取代。如德国、瑞典等国家己有90%以上采用直流提高机，传动系统大都采用低速直联式(省去减速机)，使系统大为简化。如AEG公司采用低速直联SCR-D系统，电机功率3000kw，额定转速55.8r/min，滚筒直径6.5m，提人速度17m/s，提物速度20m/s，提高高度1200m，具备完善保护系统;采用磁场反并联，有平波电抗器及卧式深度发送装置;采用积分给定与行程给定相结合双重给定信号;主回路采用两组三相桥构成12脉动顺抗整流，大大提高了功率因数。SIEMENS(西门子)公司、ABB公司、CEOELEC公司以及ASEA公司等均有相似类型产品，其性：能大同小异。此类系统长处在于:体积小，重量轻，占地面积小，安装以便，建筑费用低;无减速器，总效率高，电能消耗少;维护工作量小，备件少，解决事故快;单机容量大，合用范畴广;调速平滑，精度高;易于实现最佳控制和自动化，安全可靠;节电明显，5-8年可回收设备投资，是矿井节电有效途径。其缺陷在于:功率因数低，如三相桥平均功率因数只有0.45左右;无功冲击大，高次谐波对电网影响大。这些缺陷可采用顺序控制和多脉冲整流办法以及在电网上加谐波滤波器等办法使其抑制在一定容许范畴内。(2)交流变频调速同步机驱动提高系统SCR-D直流拖动系统趋于成熟，且采用了顺控技术等办法来提高功率因数，但其功率因数依然较低，从而从电网吸取大量无功功率，且对电网品质因数产生严重影响，提高容量越大，问题越突出。再则，直流电机制导致本高，电枢回路整流子限制了提高容量进一步增长，且整流子，碳刷易磨损，加大了维护工作量，故障率高。因而换相整流子是个薄弱环节。由于存在上述两个问题，迫使人们又重新考虑交流拖动方式。自80年代初以来，交流变频供电同步机拖动异军突起，在大型提高机中发展成为技术、经济均优拖动方式。如SIEMENS公司1979年投运2×4200kw、l×2650kw，额定转速55.8r/min;CEGELEC公司1983年投运l×548OkW，额定转速69.5r/min;AEG公司1985年投l×30O0kW，额定转速55.8r/min，ABB公司投运l×4200kW额定转速45.86r/min;SIEMAG公司投运2x46O0kW等变频调速同步机拖动提高机，通过近年运营，均获得成功。这种拖动系统重要有如下长处:a提高容量几乎不受限制，最大可达l0000kw，提高速度可达20m/s以上，提高高度1200m以上，滚筒直径达6.5m，这是直流系统难以达到;b没有整流子和碳刷这一薄弱环节，保证了电机可靠运营和减少了运营消耗;c功率因数高，可达住0.9～1，极大地节约了电能;d动态品质好(和直流系统相似)，系统可在四象限平滑过渡和无级调速;e由于机械特性好，故起动转矩大;f同步机价格和有色金属消耗低于直流机;g调速范畴宽。因而，多数专家以为，变频同步机拖动调速系统是大型提高机拖动必然发展方向。这种拖动系统缺陷是:(3)微机控制在提高机上应用从70年代开始，随着微机技术发展，微机控制技术己逐渐应用于矿井提高机中。当前，国外己达到相称成熟阶段，使整个拖动控制产生一次重大变革。其应用重要体当前如下几方面:1)提高工艺过程微机控制在交流变频装置中，提高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，并具备诊断功能，这是采用模仿控制无法实现。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等微机实现变频控制，都获得了相称成功。它们把控制、监视、基准值预测以及模仿控制等组合在公共微机控制总线上构成静止变流器传动控制，计算机实现速度及各种变量调节。2)提高行程控制提高机控制从本质上说是一种位置控制，要保证提高罐笼在预定地点精确停车，规定精确度高，当前可达±2cm。采用微机控制，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解决，计算出罐笼精确位置而施以控制和保护。在罐笼提高时可实现无爬行提高，大大提高了提高能力。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似机械行程控制器口。普通过程控制用微机不同步用于监视，行程控制也采用单独微机完毕，从而大大提高了系统可靠性。3)提高过程监视由于近代提高机控制系统设计特别强调安全可靠性，因此提高过程监视与安全回路同样，是当代提高机控制重要环节。提高过程采用微机重要完毕如下参数监视:a提高过程中各工况参数(如速度、电流)监视;b各重要设备运营状态监视;c各传感器(如位置开关、停车开关)信号监视。其目在于使各种故障在浮现之前就得以解决，防止事故发生，并对各被监视参数进行存贮、保存或打印输出，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浮现机械、电气故障时控制提高机进入安全保护状态。为保证人员和设备安全，对不同故障普通采用不同解决办法，大体分为如下四种状况: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及时进行电气制动，如停车终点设备浮现故障时本次提高应尽快停下来;d及时进行安全制动，如过卷、超速等。安全回路极为重要，它是保护最后环节之一，英、德等公司都采用两台PC微机构成安全回路，使安全回路具完善故障监视功能。无论是提高机还是安全回路自身浮现故障时都能精确地实行安全制动。5)制动系统控制与监视制动(可调闸)控制系统除要可靠地完毕工作制动和安全制动外，还要完毕对液压站控制以及各环节参数(如油压、闸瓦磨损等)监视，其技术规定与安全回路相似。如西门子公司采用两套可编程序控制器(PLC)双重控制与保护系统。6)全数字化调速控制系统德国AEG公司LogidynD(32位机)、西门子公司SiemadynD(16位机)以及ABB公司Tyrak(16位机)系统都己应用于提高机上。全数字化系统具备硬件构造单一，参数稳定且调节以便，可以便地与上位机联网等长处。固然此类系统规定维护人员有更高技术水平和计算机知识。7)内装式提高机AEG公司生产内装式提高机，将提高主电机与滚筒合为一体，即转子固定，转动定子充当滚筒，使机构大为简化，占地面积小，制导致本低。1.2.2国内提高机现状与发展趋向(1)交流拖动方式当前国内提高机约70%采用串电阻调速交流拖动方式。有单绳和多绳两种系列，大都采用变化转差率s调速办法，在调速中产生大量转差功率，使大量电能消耗在转子附加电阻上，导致调速经济性变差。很少数提高机采用串级调速办法，其调速范畴窄，且投资大。(2)直流拖动方式国内提高机采用直流拖动有两种系统:直流发电机始终流电动机机和晶闸管始终流电动机系统。其生产和使用状况如下:国内研制大型直流提高机重要有三大厂家:a上海电机厂重要生产配套电机，已生产低速直流电机80多台，最大容量5775kw，额定转速5Or/min，其中长广煤矿及五村煤矿提高机为100OkW、48r/min，淮南潘三矿采用一台26O0kW低速直联电机;b上海冶金矿山机械厂重要生产主机及信号系统，已生产80多台提高机，1979年生产过一台低速直联落地式提高机;c北京整流器厂重要生产配套电控，已从瑞士BBC公司和瑞典ASEA公司引进了晶闸管电控整机系统及元件生产线，直流电控容量可达7000kW;还引进了交流变频调速(交始终一交)电控生产线，可生产单机4200kW变频调速电控设备;1986年向甘肃金川矿提供了一套带微机控制800kW直流电控设备。从国外引进晶闸管供电直流提高机20多套，其中AEG公司21O0kW低速直联6套、西门子公司低速直联4套、瑞典ASEA公司9套。此外，还正在引进计算机控制低速直联电控系统。(3)研制与发展国产大型直流提高机及电控系统正在逐渐完善和推广使用。大功率变频调速电控提高机其效率可达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。如天津电气传动研究所己研制了一台300kw变频调速装置。可编程序控制器在提高机电控系统应用可编程序控制器具备可靠性高、抗干扰能力强、实现继电逻辑容易，基本免于维护等独特长处，特别合用于对国内占大某些交流提高机继电-接触器电控系统进行技术改造;因而有不少单位都在着手研制，如焦作矿务局，韩城矿务局均用可编程序控制器对TKD电控系统进行改造，已投入正常运营和使用，已经显示出了很强生命力。这是此后一段时期乃至凡十年对国内占绝大多数采用继电控制交流提高系统进行技术改造必由之路。1.3本文内容及研究意义1.3.1研究内容当前国内提高机电控绝大多数还是转子回路串电阻分段控制交流绕线式电机继电器接触器系统，设备陈旧、技术落后。并且这种控制方式存在着诸多问题:(1)转子回路串接电阻，消耗电能，导致能源挥霍。(2)电阻分级切换，为有级调速，设备运营不平稳，容易引起电气及机械冲击。(3)继电器、接触器频繁动作，电弧烧蚀触点，影响接触器使用寿命，维修成本较高。(4)交流绕线异步电动机滑环存在接触不良问题，容易引起设备事故。(5)电动机依托转子电阻获得低速，其运营特性较软。(6)提高容器通过给定减速点时，由于负载不同，而将得到不同减速度，不能达到稳定低速爬行，最后导致停车位置不准，不能正常装卸载。上述问题使提高机运营可靠性和安全性不能得到有效保障。因而，需要研制更加安全可靠控制系统，使提高机运营可靠性和安全性得到提高。在提高机控制系统中应用计算机控制技术和变频调速技术，对原有提高机控制系统进行升级换代。就计算机技术在工业现场应用状况而言，可编程控制器(PLC)是当前作为工业控制最抱负机型，它是采用计算机技术、按照事先编好并储存在计算机内部一段程序来完毕设备操作控制。采用PLC控制，硬件简洁、软件灵活性强、调试以便、维护量小，PLC技术已经广泛应用于各种提高机控制，配合某些提高机专用电子模块构成提高机控制设备，可供控制高压带动力制动或低频制动，单、双机拖动等。操作、监控和安全保护系统选用可编程控制器。主控计算机应用软件能完毕提高机自动、半自动、手动、检修、低速爬行等各种运动方式控制规定。1.3.2研究意义在调研中发现，当前山西省各大煤矿矿井提高机系统调速方案大多采用继电器接触器控制转子串电阻调速。该方案耗能大，占地面积大，已不能适应当代矿业发展需要.因而有必要对其调速方案进行改造。在广泛考察现行变频调速方案后，本文提高机系统控制单元采用当前工控合用可编程控制器来控制，具备编程简朴和控制可靠性高长处:电力拖动系统中，选用先进变频传动装置，运用先进矢量控制技术，优化了调速系统性能，这一控制办法当前仍为当代交流调速重要研究方向之一。采用先进工业计算机、现场总线和工业自动化技术，按照构造原则化、产品系列化、性能当代化、体积小型化原则，研制生产适合矿井提高机电控设备是进行技术改造和新建矿井设备选型抱负选取。使用上位机监控系统，采用组态模式，实现良好人-机对话;实时监控提高机运营状态，上位机动态模仿显示及故障闭锁:可进行故障报警、数据查询、报表打印;记录提高钩数以及每班、每日、每月、每年提高量合计;故障声光批示、记忆及某些传感器上位机紧急解决。为保证提高设备无事故，在提高设备有也许浮现故障各个重要环节上，设立双回路系统，并在系统各个环节上设有各种检测、控制、自诊断以及记录和保护装置(如负载、速度、加减速、产量、运营时间等记录)。本文从解决实际矿井提高系统存在问题出发，对老式调速方案进行了控制方式革新和数字化改造，减少了成本，提高了控制精度，加强了系统稳定性。表白本文所提出设计方案具备实用价值。合用、经济、高效、可靠是本文提高机系统设计追求目的。第2章矿井提高机调速系统设计2.1矿井提高机对控制系统规定提高机控制系统方案选用应满足生产工艺规定速度图。因此需要先来分析提高机电控系统静、动态特性。提高机电气传动系统给定速度u=f(t)如图2-1所示，依照动力学方程式Td=Te-Ti=Tn*e/375(2.1)式中Te-电动机电动力矩;Ti-传动系统静阻转矩;Tn-传动系统飞轮力矩，Tn=4gJ，其中J为转动惯量(㎏·㎡)，g为重力加速度Td-传动系统动态转矩,e-加速度。可以得出按给定速度图所需转矩Te=f(t)特性，从而可以得到拖动系统所需力F=f(t)，提高机传动系统给定速度图、力图如图2-1所示。图a图b图c图d图2-1提高机传动系统给定速度图、力图提高机负载静力FL决定于提高机滚筒承受静张力差，在双罐笼平衡提高系统中，静力凡也就是提高物体净载重。由于提高系统负载为位势负载，因此静力FL作用方向始终是提高重物重力方向，而与系统运动状态和方向无关。因而在电动机不带电时，为了使重罐笼处在静止状态(便于罐笼装卸载)，对滚筒必要施加机械闸。从图2-1可以看出，要使提高机按照给定速度图运营，电动力矩Te也许为正，也也许为负。这意味着电动机不但要工作在电动状态，还应能工作在制动状态。由于不同负载，不同提高机运营阶段，电动机运营状态也各不相似。综合以上提高机运营特点以及矿山生产固有特点，提高机工艺对提高机电控系统规定如下:(1)加(减)速度符合国家关于安全生产规程规定。提高人员时，加速度a≦0.75m/s2，升降物料时，加速度a≦1.2m/s(2)具备良好调速性能。规定速度平稳，调速以便，调速范畴大，能满足各种运营方式及提高阶段(加速、减速、等速、爬行等)(3)有较好起动性能。提高机不同于其她机械，稳定运营规定。不也许待系统运转后再装加物料，因而，必要能重载启动，有较高过载能力。(4)特性曲线要硬。要保证负载变化时，提高速度基本上不受影响，防止负载不同步速降过大，影响系统正常工作(固然，当负载超过一定限度时，还规定系统能有效自我保护。迅速安全制动停车，即所谓要具备挖土机机械特性)。(5)工作方式转换容易。要可以以便进行自动、半自动、手动、验绳、调绳等工作方式转换，操作以便，控制灵活，不至于因工作方式转换影响正常生产。(6)采用新技术和节能设备，易于实现自动化控制和提高整个系统工作效率。具备必要连锁和安全保护环节，保证系统安全运营.尽量节约能源和减少运转费用。2.2提高机调速控制系统方案设计2.2.1控制单元基本原理国内提高机设备中，普遍使用TKD系统，这种控制系统是采用继电器有触点逻辑控制，以磁放大器为核心构成模仿量闭环调节。在继电器控制系统中，要完毕一种控制任务，支配控制系统工作“程序”是由各分立元件(继电器、接触器、电子元件等)用导线连接起来加以实现，这样控制系统称为接线程序控制系统。在接线程序控制系统中，控制程序修改必要通过变化接线来实现。几十年来，这种控制系统由于受元件水平限制而存在着缺陷，突出体当前:(1)使用大量继电器、接触器及其他分立电子元件，系统体积大，运营噪声大，功耗高，接线复杂，故障率高，工作稳定性和可靠性差，控制速度慢，控制精度差，功能变化难度大，使用寿命短。(2)在启动过程中，由于罐笼实际载重量不同，实际加速过程并非按照预定设计参数运营，经常浮现停车不精确甚至提前停车现象。(3)采用磁放大器做调节控制，稳定性差，线性度差，调速精度很难保证。(4)系统安全保护环节不全面，工作不可靠，故障显示不直观，分析查找故障难度大，缺少运营参数显示功能.(5)调速性能差，机械冲击大，人员乘车舒服性差。这些局限性重要是由于采用继电器控制方式导致，在这种控制方式下继续改进余地不大。如果对该竖井提高机电控系统进行技术改造，那么需要变化控制方略，采用当代高新实用技术来控制，使之成为安全、可靠、高效率、自动化限度高电控系统。是可编程序逻辑控制器，简称PLC，PLC技术是当代工业自动化重要手段，由它构成控制系统逻辑控制由PLC通过软件编程实现，柔性强，控制功能多，控制线路大大简化;PLC输入喻出回路均带有光电隔离等抗干扰和过载保护办法，程序运营为循环扫描工作方式，且有故障检测及诊断程序，可靠性极高;PLC控制系统构造为模块化构造，维护更换以便，并可显示故障类型。图2-2为可编程控制器控制系统。其输入设备和输出设备与继电器控制系统相似，但它们是直接接到可编程序控制器输入端和输出端。控制程序是通过一种编程器写到可编程控制器程序存储器中.每个程序语句拟定了一种顺序，运营时依次读取存储器中程序语句，对它们内容进行解释并加以执行，执行成果用以接通输出设备，控制被控对象工作。在存储程序控制系统中，控制程序修改不需要通过变化控制器内部接线(即硬件)，而只需通过编程器变化程序存储器中某些语句内容。图2-2可编程控制器控制系统框图可编程逻辑控制器由于其具备高可靠性以及软件可编程长处，在当代控制中越来越广泛应用。对于普通提高机电控系统来说，采用一套中小容量PLC即可满足规定，其价格也不高.如果采用PLC技术对TKD-A电控系统进行改造，把本来由各种电器通过连线而实现逻辑控制改由PLC通过软件编程实现，则控制线路将大大简化，设备体积、设备维修量将大大减小，抗干扰能力将大大增强，工作可靠性将大大提高，工艺变化时只需要变化控制程序即可。改造时保持原有操作方式、按钮、开关、主令控制器作用不变，则顾客使用起来将非常以便，不需要适应期。同步可以运用PLC高速计数功能、网络通信功能、故障检测及诊断功能、信号显示功能等来增长某些新控制功能，安全性将大大提高，运营将更加平稳、精确，完全可以满足矿山生产苛刻规定，并且投资相对较少，性价比较高，具备很强实用价值。2.2.2调速装置矿井提高机，从电力拖动而言，可分为交流拖动和直流拖动两大类。国内当前正在服务矿井提高机电控系统中，属于交流拖动有转子电路串电阻调速系统:属于直流拖动有直流发电机与直流电动机构成G-M调速系统和晶闸管整流装置供电V-M调速系统。直流拖动系统普通采用她励电动机作为主拖动电机，它具备调速性能好，低速阶段运营稳定，在加速，减速和低速运营时电耗小，容易实现自动化控制等长处.依照供电方式不同，直流拖动系统又可分为两类，一类是发电机组供电系统(简称G-M系统)，一类是晶闸管供电系统(简称V-M系统)。G-M系统特点是过载能力强，所需设备均为常规定型产品，供货容易，运营可靠，维护工作量大但是技术规定不高，对系统以外电网不会导致有害影响，即不会引起电力公害等。与G-M系统相比，V-M系统具备如下长处:功率放大倍数高，G-M系统功率放大倍数在101左右，V-M系统可高达104，比G-M系统高三个数量级;迅速响应性好，G-M系统为秒级，V-M为毫秒级，因而动态品质迅速性能较好;功耗小、效率高，G-M系统平均效率为75%左右，V-M系统可达85%左右，比G-M系统效率提高10%以上;调速范畴大，由于剩磁影响，G-M系统在调速时转速受到限制，而V-M系统调速时速度从零到最大速度都能控制，运营可靠。直流拖动系统具备调速性能好特点，是交流拖动系统无法相比。而V-M系统由于具备以上某些突出特点，因而，当前在大型提高机方面，世界各国大多采用直流拖动方案，尤以V-M系统为主。但是依照国内生产实践经验表白，V-M系统尚存在如下缺陷:(1)晶闸管元件过载能力(过电压、过电流)较低，因而在矿井提高机系统中作为供电元件时，为了适应瞬时过载(例如提高机加速阶段)需要，普通将元件容量和耐压级别都相应增大，或者增长使用晶闸管元件数量，使元件作串联或并联运营，虽然用元件在正常负载时处在低负载(降级使用)，以保证在过载加速阶段，晶闸管元件负载依然在额定负载范畴内，不致由于浮现过负荷时使晶闸管元件烧毁。但由于这种降级使用，也给生产维护上增长了困难。(2)有冲击性无功功率。由于高次谐波影响，使电网电压波动加大并导致畸变，即所谓引起“电力公害”:同步低速时功率因数也较低。当前,在国内使用多绳摩擦轮提高机，G-M直流拖动占一定比例，而进口直流拖动提高系统，则所有采用V-M系统。老式串电阻交流拖动系统具备构造简朴，结实耐用，占地面积小，维护以便，运营可靠价格低廉，设备供货容易，安装调试周期短等长处.重要缺陷是启动阶段电能损耗较大，当用于规定频繁启动或不同运营速度多水平提高机时就更为不经济。但用于单水平提高时，其提高效果事实上与用发电机组供电直流拖动系统相称。此外在调速性能方面，交流拖动系统普通不如直流拖动系统优越，但选用了动力制动、低频制动、可调机械闸、负荷测量、计算装载等辅助装置后，交流拖动系统亦可获得满意调速性能。综上因素，交流拖动系统在国内中小型矿山或者中档深度如下矿井获得了广泛应用。近年来交流变频调速技术迅速发展起来，调速方式不断进步使得运用于提高机系统交流调速技术不但仅局限于老式转子串电阻方式，变频调速技术也越来越多地在提高机控制系统中广泛应用，充分发挥出交流调速优势。当前交流调速最有前程是变频调速技术，在变频调速技术中矢量控制和直接转矩控制都能满足提高机恒转矩负载这一特性，因此在提高机调速系统中这两种调速方案将是重要发展方向。2.2.3主控系统设计控制系统由主控系统、变频系统、液压站、润滑站、操作台、安全保护和控制监视系统构成，系统框图如图2-3所示。各某些功能如下。2-3提高机控制系统框图（1）主控系统图2-3为提高机控制系统框图。系统主控系统采用三菱FX2N系列可编程控制器，一备一用，当主PLC发生故障时候可以迅速切换备用PLC不影响生产。使用PLC集成高速计数输入口以及特殊高速计数模块相结合，对分别安装于电机轴、辊筒主轴、天轮四个编码器数据进行采集，同步监视速度、深度以及判断松绳；A/D模块采集现场液压站及润滑站油压、油温等信号;在井筒及深指器各阶段安装行程开关，用以拟定罐笼位置，并互相校验，达到停车位精准控制。程序编制满足提高机自动、半自动、手动、验绳、调绳等工作方式，并可以便转换;满足提高阶段(如加速、减速、等速、爬行等)稳定运营规定。（2）变频调速系统调速系统采用德国制造西门子变频器，性能优越，采用矢量控制技术适合提高机工作环境，只需在控制单元给出对变频器控制命令(正转、反转、多段速等)即可使提高机按照设定速度曲线运营，满足提高阶段稳定运营规定。变频调速装置自身具备过压、欠压、过流、过负荷、缺相、超温等保护，同步配合来自现场各种信号传感器监视及相应解决，可实现绞车过卷、过速、减速、限速等重要保护双线制保护功能，满足煤矿安全规程规定。在变频器系统中输出闸控信号到PLC，规定只有在变频输出转矩达到一定值时候才可以松闸，这样会避免竖井提高机启动时发生溜车现象。（3）液压站为提高机提供制动力，停车时先通过液压站给卷筒施加机械制动力，再取消直流制动力；提高机起动时，先对电机施加直流制动，再松开机械抱闸，防止溜车，以保证系统安全可靠地工作。（4）操作台操作台设立两个手柄，分别用于速度辅助给定及制动力给定。它是整个矿井提高机运送系统控制核心，通过它可以设定系统工作方式和控制方式，可以发布系统各种控制命令，以实现对提高机启动、加速、平稳运营、减速、停车以及紧急制动等各种控制功能。（5）控制监视系统：是操作人员和控制系统及运送系统之间桥梁，它可以在线监测提高机运送系统各种工作参数、工作状态、故障参数和故障状态。（6）安全保护本系统设有一条硬件安全电路和两条软件安全电路，这三条安全电路互相冗余与闭锁，一条断开时，另两条也同步断开。硬安全回路通过硬件回路实现，无论PLC单元与否正常工作，一旦浮现重度故障信号，硬安全回路立即断开;软安全回路分别在两套PLC软件中搭建，与硬安全回路相似并且同步动作。安全电路断开后，系统会及时解除运营控制指令，封锁变频器，制动油泵，断开安全阀和KT线圈，进行紧急制动。安全保护功能齐全，设有过卷、等速超速、定点超速、PLC编码器断线、错向、传动系统故障及自动限速等保护功能。控制系统工作原理：当司机听到开车信号时，按下启动按钮，PLC控制将380V动力电源接入变频器。再松开液压制动闸并将主令控制器推到正向（或反向），提高机开始运营。在提高过程中，控制提高机运营主速度给定S形速度曲线由PLC编程产生，通过A/D转换，由模仿量输出口输出，以驱动变频器工作；对变频器输出频率调节控制，也可依照现场工况需要，由操作台速度控制手柄以辅助给定方式进行控制。旋转编码器可以检测主电动机转速，并将此信号传送给可编程控制器，PLC通过该信号可以合计计算提高机速度及行走距离，监视器可以时时显示提高机速度和位置。第3章变频调速系统设计3.1变频调速发展及在提高机系统中应用老式调速系统中，直流调速以其控制容易，调速精度高等特点长期占据了主导地位，但是由于构造复杂，过流能力不强，环境适应差，难以实现高速度化等因素，始终限制了其应用范畴进一步扩大。相比较而言，交流异步电机具备环境适应能力强、过流能力大、牢固耐用、构造简朴、容易维护及价格低廉等长处，但异步电机调速性能难以满足生产规定。随着电力电子器件产生和控制理论飞速发展，当代控制理论越来越多应用到交流调速系统中，使得交流调速性能可以和直流调速相媲美、相竞争，交流调速系统应用领域不断扩大。近年来，电力电子技术发展和DSP微解决器推出，更为高性能交流调速系统实现奠定了基本，当前已经进入了实用化阶段，作为众多调速方案之一变频调速，其发展不超过40年，却获得了长足进步，变频调速以其节能和可平滑调速，调速范畴宽等长处得到了广泛应用。交流电动机变频调速控制技术大体经历了如下几种发展阶段：第一种阶段为电压/频率(U/f)恒定控制，这种控制办法在低频时定子电压较低，定子漏抗压降所占份量不能忽视，因而需要人为地把电压抬高某些，用以补偿定子压降，负载不同步需要补偿定子压降值也不同样，在控制软件中备有不同斜率补偿特性，以便顾客选取。第二个阶段是矢量变换控制，它办法是模仿直流电动机控制特点来进行交流电动机控制，通过电机统一理论和坐标变换理论，把交流电动机定子电流分解成磁场定向坐标磁场电流分量和与之相垂直坐标转矩电流分量，把固定坐标系变换为旋转坐标系解耦后，交流量控制变为直流量控制，于是等同于直流电动机。第三个阶段为直接转矩控制，也叫直接自控，它避开了矢量控制中两次坐标变换及求矢量模与相角复杂计算工作，直接在定子坐标系上计算电动机转矩与磁通，使转矩响应时间控制在一拍以内，且无超调，控制性能更好。提高机控制系统硬件由模仿技术转向数字技术，全数字变频技术应用于提高机控制。减速段速度调节采用低频发电制动方式，将系统动能反馈给电网，与动力制动减速相比，不但调速性能好、减速与爬行自然过渡，并且节能效果明显。采用当代智能控制技术实现速度电流闭环调节，使减速阶段在各种条件下均可严格按照给定速度图运营，使交流拖动在减速段达到直流拖动调速性能，减速段到爬行段过渡平滑。这样在提高机系统最大静张力差容许范畴内能实现正力减速与爬行、负力减速与爬行以及验绳等各种工作方式，达到控制规定。采用矢量控制技术零速起动转矩达150%，保证低速爬行时启动与运营特性，输出频率跟随给定频率，并且频率与电流值可精确批示出来。从而使传动系统获得高精度、高可靠性。采用直接转矩控制可改进低频特性，普通变频器虽然可以输出较低频率，但输出力矩小，特性较软，应用于提高位能负载时，起动瞬间总要溜车。采用特殊软件编程，改进低频特性，虽然在输出0Hz状况下，也能输出200%负载力矩，达到了在整个运营过程都能输出满足负载规定力矩。完全避免了重载坡起时溜车现象。提高机使用变频调速控制具备下列长处:(1)调速平滑、调速范畴大。通过控制器控制，变频器输出频率可以持续调节，实现无级调速，使电动机起动电流小、动负荷小、调速平滑而无冲击。(2)调速精度高。电动机在自然特性上运转时外特性硬，转速随负载变化小。(3)动态品质好。可使提高机起动、制动、反转和调速过程时间降至至少，具备良好动态品质。(4)易实现电动机换向，当频率减少至零后即可反向开车，采用控制器变化相序即可实现反转，因而可在四象限内平滑过渡。(5)节电效果明显。变频调速比转子回路串接电阻调速办法节约电能20%～40%。3.2变频调速基本原理由电机学基本公式：(4.1)式中电动机定子绕组磁极对数p一定，变化电源频率f，即可变化电动机同步转速。异步电动机实际转速总低于同步转速，并且随着同步转速而变化。电源频率增长，同步转速n0也增长，实际转速也增长；电源频率下降，同步转速n0也下降，电机转速也减少，这种通过变化电源频率实现速度调节过程称为变频调速。在变频调速领域，异步电机控制方式各种各样，但从转矩响应性和过渡特性来看，变频调速控制方式分为如下几种:（1）V/F控制V/F控制是交流电机最简朴一种控制办法，通过控制过程中始终保持V/F为常数，来保证转子磁通恒定。然而V/F控制是一种开环控制方式，速度动态特性较差，电机转矩运用率低，控制参数(如加/减速度等)还需要依照负载不同来进行相应调节，特别是低速时由于定子电阻和逆变器等器件开关延时存在，系统也许会发生不稳定现象.这种控制方式多用于调速精度不高场合。（2）转差频率控制转差频率控制是检测异步电动机转速，对转差频率采用闭环控制.与V/F控制相比，调速精度规定较高，且系统容易稳定，即能在辽阔调速范畴内，将电动机转矩、功率因数及效率控制在最佳状态。但是采用此法电动机调速系统只能是单机运营，同步转差频率控制未能实行对电机瞬时转矩闭环控制，尽管这种系统静态精度较高，但由于迅速性较差，故合用于对响应迅速性规定不高系统。（3）矢量控制矢量控制是一种建立在转子磁链定向基本上，通过一系列坐标变换，实现电机定子电流转矩分量和磁通分量解耦控制办法，可以将作为控制对象感应电机当作直流电机来进行控制，实现对瞬时转矩控制。当前，实用中多采用转差频率矢量控制，由于其没有实现直接磁通闭环控制，无需检测出磁通，因而容易实现。但是其控制器设计在某种限度上依赖于电机参数，为了减少控制上对电机参数敏感性，已经提出了许多参数辨识、参数补偿和参数自适应方案，收到了较好效果。(4)直接转矩控制直接转矩控制(DTC)也是一种转矩闭环控制办法，其克服了坐标变换和解耦运算复杂性，直接对转矩进行控制，通过转矩误差、磁通控制误差，按一定原则选取逆变器开关状态，控制施加在定子端三相电压，调节电机转速和输出功率，达到控制电机转速目。由于DTC直接着眼于转矩控制，对转子参数变化体现为状态干扰而非参数干扰，DTC办法比矢量控制办法具备较高鲁棒性。但是DTC也存在局限性之处，其最大困难就在于低速性能不抱负。3.3变频器选取选取变频器时应以负载特性为基本根据，分析提高机负载属于重力，其负载特性属于恒转矩负载特性。由于恒转矩负载类设备都存在一定静摩擦力，负载惯量很大，在启动时规定有足够启动转矩。这就规定通用变频器有足够低频转矩提高能力和短时过流能力。但当低速时负载较重状况下，为提高转矩提高能力而使电压补偿提过高，往往容易引起过电流保护动作。选型时应充分考虑这些状况，必要时应将通用变频器容量提高一档，或者采用品有矢量控制或直接转矩控制通用变频器。采用矢量控制或直接转矩控制通用变频可以在但是电流状况下提供较大起动转矩。对于升降类恒转矩负载，如提高机、电梯等，此类负载特点是启动时冲击电流大，在其下降过程中需要一定制动转矩，同步会有能量回馈，因而规定变频器有一定余量。系统设计时应注意恰当增大异步电动机容量或增大通用变频器容量。通用变频器容量普通取1.1～1.5倍异步电动机容量。3.3.1变频器选型提高机普遍选用带低速转矩提高功能电压型变频器，如日本安川，三菱，富士，德国西门子及丹麦丹佛斯等。本系统选用西门子6SE70变频器，西门子变频器具备较合理价格，完整顿论计算书及辅件推荐值，有助于顾客合理选用。6SE07系列变频器是具备各种可供选取接线方式设备:有将整流某些与逆变某些装于一体变频器、用于变频器制动电阻和制动单元、单独整流单元、整流回馈单元和单独逆变器。制动运营方式:对于不经常制动设备可以选取变频器+制动单元+制动电阻方式;对于经常制动设备采用整流回馈单元向公共直流母线供电，再由直流母线向多台逆变器供电;对于不同步制动逆变器可以在直流母线上互换能量，当制动功率大时从回馈单元向电网回馈能量；还可以将多台变频器直流母线直接连接，形成公共直流母线，再接入制动单元与制动电阻，当制动功率大时由制动电阻消耗能量。6SE7O系列变频器具备各种控制方式:可以设定为VVVF控制、开环矢量控制、闭环矢量控制中一种。闭环矢量控制性能最佳，必要接入测速装置;6SE70系列变频器所有设备均有故障自诊断功能。6SE70装置自身提供了各种可靠有效故障保护办法。同步也提供了简朴实用故障查询手段，装置可以记录同步发生各种故障(最多达8个)，并可以保存近来8次所发生过故障代码。3.3.2变频器容量选取变频器容量可从三个角度表述:额定电流、可用电动机功率和额定容量。其中后两项变频器生产厂家由本国或我司生产原则电动机给出，或随变频器输出电压而减少，都很难确切表达变频器能力。选取变频器时，只有变频器额定电流量是一种反映半导体变频器装置负载能力核心量。负载电流不超过变频器额定电流是选取变频器容量基本原则。变频器额定功率指是它合用4级交流异步电动机功率。由于同容量电动机，其极数不同，电动机额定电流不同。随着电动机极数增多，电动机额定电流增大。变频器容量选取不能以电动机额定电流为根据。同步，对于本来采用变频器改造项目，变频器容量选取也不能以电动机额定电流为根据。这是由于，电动机容量选取在考虑最大负载，富裕系数，电动机规格等因素，往往电动机容量富裕较大，工业用电动机经常在50%～60%额定负荷下运营。若以电动机额定电流为根据来选取变频器容量，留有富裕量太大，导致经济上挥霍，而可靠性并没有因而而得到提高。变频器与电动机匹配重要是电动机额定电压及电流，如果电动机额定电流不大于同功率变频器额定电流，普通来说用同等功率就足够了，但如果大了，只得用大一级变频器。对于鼠笼式异步电动机，变频器容量选取应以变频器额定电流不不大于电动机最大正常工作电流1.1倍为原则，这样可以最大限度地节约资金。在选用变频器时除了考虑技术性和可靠性外还应考虑经济性，普通不要留有太大功率余量，变频器与电动机两者功率应相匹配，不但经济性好并且输出波形更好。提高机平均起动转矩普通来说可为额定力矩值1.3～1.6倍。考虑到电源电压波动因素及需通过125%超载实验规定等因素，其最大转矩必要有1.2倍负载力矩值，以保证其安全使用规定。等额变频器仅能提供不大于150%超载力矩值，为此可通过提高变频器容量或同步提高变频器和电机容量来获得20%力矩值。提高机构变频器容量根据负载功率计算，并考虑2倍安全力矩。若用在电机额定功率选定基本上提高一挡办法选取变频器容量，则也许会导致不必要容量损失。3.3.3变频器主电路设计及参数设定变频器可以输出频率可调交流电源，在变频器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(0～12V)来控制变频器频率。变频器容量可从三个角度表述:额定电流、可用电动机功率和额定容量，其中后两项变频器生产厂家由本国或我司生产原则电动机给出，或随变频器输出电压而减少，都很难确切表达变频器能力。还可以将多台变频器直流母线直接连接，形成公共直流母线，再接入制动单元与制动电阻，当制动功率大时由制动电阻消耗能量。选取变频器时应以负载特性为基本根据，分析提高机负载属于重力，其负载特性属于恒转矩负载特性。由于恒转矩负载类设备都存在一定静摩擦力，负载惯量很大，在启动时规定有足够启动转矩此外在变频器外围加设有声光报警输出口及制动单元，可以实现变频器故障报警和安全制动，更有效对控制系统进行安全保护，变频调速主控电路如图3-1所示。3-1变频调速主控电路图声光报警回路：变频器报警输出动断（常闭）触点30B-30C串联在KM1线圈电路内，当变频器因故障不能正常工作时，报警输出常闭触点动作，使KM1线圈失电，将变频器与电源断开，进行安全保护。为了保护报警输出触点，在接触器线圈两端，并联阻容吸取电路（即RC震荡电路）。同步（常开）触点30B-30C闭合，将报警批示灯HL和电笛HA接通，进行声光报警。与此同步，断电器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停为止，报警才干解除。制动控制回路：提高机负载由于惯性较大，当变频器输出频率下降至0Hz时，经常停不住，而有“蠕动”(也称爬行)现象，在矿山提高机这种大负载机械中，蠕动现象有也许导致十分危险后果。为此，变频器调速时应设立能耗制动和直流制动功能。关于功能参数系统存储在装置中参数组构造菜单中，因而，一种菜单代表装置所有参数中一套参数，一种参数有也许列入几种菜单。参数表指明一种参数作列入菜单，通过配备给每个菜单菜单号，使其赋值生效。参数设立环节分为三类:(1)参数恢复到工厂设立工厂设立时装置所有参数被定义初始状态，装置在这个设立下进行供货。(2)应用参数设立环节简朴应用参数设立惯用于已精确理解装置应用条件且无需测试以及需要有关扩展参数进行补充状况:(3)用参数设立专家应用参数设立经惯用于实现不能拟定理解装置使用条件且详细参数调节必要在本机上完毕状况。在参数设立中用到是专家应用、专家应用参数设立重要分为如下几种环节:功率某些定义(P060=8)、电子板定义(P060=4)、系统定义(P060=5)、功能调节。第4章PLC在提高机变频控制系统中应用4.1PLC概述国际电工委员会（IEC）于1982年11月1985年1月对可编程序控制器作了如下定义：“可编程序控制器是一种数字运算操作电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定期、计数和算术运算等操作命令，并通过数字式模仿式输入和输出，控制各种类型机械或生产过程。可编程序控制器及其关于设备，都应按易于与工业控制系统联成一种整体，易于扩充功能原则而设计。具备其她工业设备难以具备特点：PLC具备如下特点:(1)可靠性高。在I/O环节，PLC采用了光电隔离、滤波各种办法。系统程序和大某些顾客程序都采用E2PROM存储，普通PLC平均无端障工作时间可达几万小时以上。(2)控制功能强。PLC所采用CPU普通是具备较强位解决功能位解决机，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运营方式，使其功能得到极大加强。(3)编程以便易学。第一编程语言(梯形图)是一种图形编程语言，与近年来工业现场使用电器控制图非常相似，理解方式也相似，非常适合现场人员学习。(4)模块化构造，扩展能力强。依照现场需要进行不同功能扩展和组装，一种型号PLC可用于控制从几种I/O点到几百个I/O点控制系统。(5)与外部设备连接以便。采用统一接线方式可拆装活动端子排，提供不同端子功能合用于各种电气规格。(6)合用与恶劣工业环境。采用封装方式，适合于各种震动、腐蚀、有毒气体等应用场合。(7)体积小、重量轻、功耗低、性价比高。维修以便，功能更改灵活。4.2本系统中PLC选型及特点三菱PLC有如下系列:Q系列，AnS系列，QnA系列，A系列和FX系列前四个系列PLC为模块型。可按规定配备。FX系列PLC为单元型，内含CPU、电源和固定搭配输入/输出。Q4AR系列为双机热备系列，最大输入输出点数为8192点。A系列PLC最大输入输出点数为2048点。F系列程控器最大输入输出点数为256点。

三菱小型FX2N系列程控器输入输出点最大不超过256点。每台主机可连模入、模出、高速记数、定位等特殊功能模块，不超过8个。FX系列PLC依照输入输出点数不同及功能分为各种不同系列：输入出点数在30点以內可使用FX1S系列

输入出点数在128点以內可使用FX1N系列

输入出点数在256点以內可使用FX2N系列

FX2N系列是PLCFX家族中最先进系列。基本单元(16～128点)有继电器或晶体管输出,最多可扩展到256点。內置有8K步RAM(最多可扩展到16K步)可选用存储卡盒，有RAM，EPROM和EEPROM。FX2N系列PLC特点：(1)高速运算速度基本指令：0.08微秒/指令，应用指令：1.52至几百微秒/指令。(2)更灵活配备除了具备满足特殊规定大量特殊功能模块外，六个基本FX2N单元中每个单元可以扩充到256个I/O。可增长一种通道,如：连接一台人机界面显示单元DU，此外一种连接编程器或连二台DU。

(3)丰富软元件3072点辅助继电器(M)、256点计时器、235点计数器、8000数据寄存器和1000点状态继电器(S)。4.3PLC控制系统设计4.3.1PLCI/O分派为提高系统可靠性，PLC输入输出信号均采用一定信号隔离方式:输入信号，开关量信号通过继电器隔离分派，电平信号通过信号分派板隔离分派;输出信号，通过中间继电器转接来控制执行对象。在设计时需记录I/O总量，涉及开关量和模仿量，以拟定选用PCL模块数量以及型号。详细分派如下表，FX2N-A-1系列PLC控制系统输入信号及地址编号如表4-1所示。表4-1输入点地址编码名称地址编码名称地址编码电机A轴编码器（速度）X0半自动X24电机B轴编码器（速度）X1主系统X25电机B轴编码器（深度）X2备系统X26辊筒编码器（速度）X3人员X27深指编码器（速度）X4材料X30心跳脉冲输入X10调绳X31验绳X11正常X32KP开关X12调阀X33维修X13G1X34应急X14G2X35上过卷X15G3X36无过卷X16G4X37下过卷X17调绳控制开关通X401#KT转换开关X20调绳控制开关断X412#KT转换开关X21故障复位X42手动X22半自动运营X43自动X23深度清零X44语音复位X45深指上井口开关X63急停X46深指下井口开关X64备用X47井筒上过卷X65三倍静力矩实验按钮X50井筒下过卷X66主令零位停车X51井筒上终端X67主令上升X52井筒下终端X70主令下降X53井筒上减速点X71紧闸开关X54井筒下减速点X72松闸开关X55井筒上井口开关X73深指上过卷X56井筒下井口开关X74深指下过卷X57井筒上校正开关X75深指上终端X60井筒下校正开关X76深指下终端X61闸瓦开关X77深指减速点X62FX2N-B-1系列PLC控制系统输入信号及地址编号如表4-2所示。表4-2输入点地址编码名称地址编码名称地址编码松绳开关X0KT2出口压力开关X14深指失效1X1制动油温度开关X15深指失效2X2压差发讯器信号1X16电机风机运营反馈X3压差发讯器信号2X17变频运营反馈X4润滑油欠压信号1X20主电失压X5润滑油欠压信号2X21变频故障X6润滑油过压信号X22A管电子压力继电器X7压差开个信号X23电子温度继电器开关X10液位控制上限X24紧闸反馈继电器X11液位控制下限X25松闸反馈继电器X12液量开关X26KT1出口压力开关X13制动阀运营反馈X27FX2N-C-1PLC控制系统输入信号及地址编号如表4-3所示。表4-3输入点地址编码名称地址编码名称地址编码制动泵故障反馈X0调绳阀锁开关X10润滑泵运营反馈X1硬解除二级制动中继X11润滑泵故障反馈X2备用1X12后备保护开关X3备用2X13提示信号X4备用3X14安全继电器反馈X5备用4X15调绳离合器1X6闸控开关X16调绳离合器2X7FX2N-B-1控制系统输出信号及地址编号如表4-4所示。表4-4输出点地址编码名称地址编码深度速度数显表RCKY0深度速度数显表SCKY1深度数显表Y2速度数显表Y3主PLC心跳输出Y4FX2N-A-1控制系统输出信号及地址编号如表4-5所示。表4-5输出点地址编码名称地址编码名称地址编码电磁阀中继G3Y0检绳故障Y21电磁阀中继G4Y1深指失效批示Y22电磁阀中继G5Y2制动油过压批示Y23电磁阀中继G6Y3等速段超速批示Y24语音报警1Y4减速段超速批示Y25语音报警2Y5爬行段超速批示Y26语音报警3Y6闸瓦磨损批示Y27软安全回路中继Y7离合器打开Y30减速点打铃Y10离合器合上Y31电机风机运营输出Y11变频正转输出中继Y40PLC监视输出Y12变频反转输出中继Y41主容许一次提高输出Y13变频预留Y42制动泵运营输出Y14变频多段速1Y43润滑泵运营输出Y15变频多段速2Y44闸控输出Y16变频多段速3Y45一次提高故障批示Y204.3.2PLC接线图第5章PLC控制程序设计5.1PLC软件概述及提高机PLC控制规定三菱PLC编程软件有几种，在此用到是Gxdeveloper，是一款可兼容三菱各种型号PLC编程软件，有离线仿真功能。(1)GX开发器1)开发器(GPPW)可以用于生成涵盖所有三菱电机PLC设备软件包。使用软件可觉得Fx/AQnA/Q系列PLC生成程序。2)开发器(GPPW)使用Widnows操作平台以提高工作效率，便于调试操作和维修操作。3)梯形图、指令表、或者是SFC(时序功能图)进行编程。4)可以与原先涉及基于DOS操作系统程序在内编程软件相兼容。5)维护涉及监控和程序/参数上载和下载，通过调制解调器通讯即可实现。(2)提高机PLC控制系统规定1)提高机速度(PLC)控制方式提高速度给定方式有两种:一种是给定速度为时间函数，v=f(t);另一种是给定速度为行程函数，v=f(s)。为了提高提高机运营速度控制精度，在速度给定电路中增长了加速变化率限制环节，即不但要限制加速度，并且还要限制加速度变化率。为了提高机运营安全可靠，采用行程给定和时间给定串级连接。在速度图中不浮现折线，实现S形速度给定曲线。2)提高机行程(PLC)控制方式通过井筒开关、旋转编码器检测提高行程。其中一种旋转编码器安装在提高机主轴上，另一种旋转编码器安装在提高电动机轴上，天轮轴上安装旋转编码器作为行程检测后备器件。井筒开关用来校正行程显示和控制信号，使行程控制和显示误差缩小到容许范畴。5.2程序设计(1)软件构造由于系统控制核心重要由PCL和上位机构成，因而，软件涉及PLC控制软件和上位机组态软件。PLC软件重要功能是对提高机启动、加速、减速、停车等过程控制、信号采集、逻辑解决。PLC软件设计采用模块化构造，程序编制采用梯形图。上位机软件重要对系统运营状态、故障状态实时监控，对运营数据、故障数据进行存储和记忆。PLC软件构造设计是依照提高机工艺和控制规定，将控制任务和过程分解为许多子过程和子任务，再对各个子过程和子任务进行模块设计、功能阐明，形成一种模块化程序构造。如图5-1所示。图5-1PLC软件构造图(2)设计思路软件某些阐明由于控制工艺比较复杂，本程序采用主子程序模块化顺序构造进行编程，程序中内存地址可提成:参数设定、上位机显示、故障存储、运营数据存储、中间量这五某些，系统各种子程序均由主循环程序调用执行，按事先输入控制程序实现自动控制，系统编程灵活，修改程序以便，仅需修改子程序梯形图程序就可变化控制功能，便于现场维护管理，使提高机运营安全性和可靠性得到了大幅度提高。主程序和某些子程序分别简介如下:1）控制程序控制子程序流程图如图5-2所示。提高信号、工作手柄以及所选取工作方式，驱动变频器实现提高下放操作，完毕对绞车启动、加速、等速、减速、停止等运营过程转矩和频率控制。故障时，通过对液压站电磁阀控制，实行一二级安全制动。重要输出驱动控制功能为:a电机变频调速控制；b制动泵液压泵控制；c液压站电磁阀控制；d调绳调闸操作；e安全保护、安全制动。程序置有半自动运营(主井提高可实现自动运营)、手动运营、检修运营、应急运营等四种运营方式。在正常状况下可采用半自动或手动运营；检修运营时系统自动给定一种检修速度(0.3m/s)低速运营:当故障时，在系统保护停机后，故障被确认但不能及时排除，此时可采用应急运营方式，应急运营速度不超过0.5m/s。图5-2控制子程序流程图2)深度、速度检测子程序速度检测采用光电旋转编码器双线输入。运用高速计数模块对编码器信号计数，其中一路编码器信号用于行程速度保护，一路用于显示与监测。两套编码器数据在程序中不断进行比较，当比较成果发生不一致时，程序会发出故障安全制动指令。3)程序软安全回路功能设立在PLC软安全回路中具备如下保护接点:过卷保护、主电源失压、制动油过压、后备保护、变频故障、操作台急停信号、减速段超速、等速段超速、爬行段超速、松绳信号、深指失效、松闸保护、错向保护、编码器失效、PLC故障、溜车故障。以上任一故障发生均会断开安全回路实现安全制动。此外，主令零位、工作闸零位与安全回路闭锁。4）保护设立子程序对各种保护点(减速点开关、过卷开关、终点开关、解除二级制动中继接点等)除在外部设立硬接点外，在程序中也设立软开关进行双重保护，在程序中设立保护如下:过卷保护，当提高容器超过正常停车位置0.5m时，过卷保护动作，实现安全制动。等速段超速、减速段超速、爬行段超速保护。程序中设立各种运营方式下速度保护包络线，对各种状况超速全程监控，任何超速均会断开安全回路，实现安全制动。自动减速功能，当提高容器到达减速位置时，系统发出警示铃声并开始减速。深指失效保护，程序通过读取深度批示器上编码器数值，与其他编码器数值进行比较，当判断深指失效时，自动断电并实现安全制动。变频故障保护，程序不断监测变频器运营状态，当发现变频故障时，自动断电并实现安全制动。松绳保护，程序不断监测松绳开关状态，当发现松绳故障时，断开安全回路，实现安全制动。溜车保护功能，当提高机无运营指令而有运营速度时，系统自动断开安全回路，实现安全制动。润滑油过压/欠压、润滑油超温、闸瓦磨损、制动油超温保护功能。此类故障发生在运营中，则容许本次提高完毕，但不容许下次开车。开车前浮现此类故障，则不容许再开车。PLC是本控制系统中核心一环，其重要控制电路如图5—3所示，重要控制功能有如下几项：主令操作控制、保护监视控制。主令操作控制，对系统进行管理，实现提高机与操作台之间指令传递，向提高系统发出相应指令，并变化相应电控系统工作状态，使提高机按照预定力图和速度图安全运营，运营方式可分为启动、等速运营、减速、爬行、停车。PLC依照运营方式对变频器实现S形速度给定控制，实现箕斗运营速度准S形曲线。PLC还完毕各种保护监视功能。监控内容重要涉及：超速监视、过卷监视、实时速度监视、井筒过卷监视、变频器故障监视、矿车行程监视、过载监视、深度批示器监视等，以上监视内容浮现故障时，通过报警回路报警或安全回路实现抱闸停车保护。1、起动，停车(1)多数变频器不能适应上电运营功能，因此应对控制系统加入保护功能。当需要开机运营时，按下起动按钮SB1，其输出继电器KM1便吸合，置于电源与变频器之间常开触点闭合，将三相AC380V动力电接入变频调速回路中；当减速停车，并实现机械抱闸制动后，可以将变频器与动力电源脱开，按下停止按钮SB2，使继电器KM1失电，其常开触点断开，变频器便与动力电源脱开。图5-3PLC外部接线(2)梯形图及编程语言二、上提高，下放在控制回路中运用正转继电器K1常闭触头控制反转继电器K2线圈；运用反转继电器K2常闭触头控制正转继电器K1线圈。从而达到互锁作用。其动作过程如：当要下放矿车或送工人到井下时，按下下降按钮，继电器K2吸合，其常开触点闭合，常闭触点断开。此时变频器REV与CM端相连，电机反转下放重物。同步断开继电器K1回路，形成下降闭锁；当按下上升按钮时，K2吸合，断开K1回路，形成上升闭锁。此时FWD与CM相连，电机正转上提煤车。当按下停止按钮时，所有继电器常闭触头闭合，为下一次提高做准备。三、工频与变频转换(1)工变频转换系统可使电机转速需在工频运营或变频浮现故障时进行自由切换。正常工作状态，为变频调速运营。此时继电器KM2得电，KM3失电；置于变频器与电机之间KM2常开触点闭合，跨过变频器，连接电机与三相动力电源KM3常开触点断开。变频器接入调速回路，并接受操作台控制信号及PLC反馈信号，进行调速控制。当变频器浮现故障或需要对电机进行点动调节时，按下工频按钮，使KM2断开，KM3闭合，电机进入工频状态。这样便于检修和故障排除。(2)梯形图及编程语言5.3系统抗干扰办法可编程控制器重要应用场合是工业现场，工作环境中各种干扰对系统设备正常运营存在着严重影响。因此在本系统中也不例外，有必要考虑系统抗干扰办法。抗干扰重要办法有：(1)数据采集采用屏蔽电缆，所有屏蔽电缆层汇线接地，多芯电缆中备用芯线也要一端接地这样可扩大屏蔽作用，并抑制芯线间干扰。必要时可采用带有屏蔽层输入和输出信号电缆。(2)数据采集采用屏蔽电缆，所有屏蔽电缆层汇线接地，多芯电缆中备用信号回路汇线接地，输入信号电缆、输出信号电缆和电力电缆都要分开敷设，不能扎在一起，信号电缆接线端子均安装在柜体下侧。(3)数据采集采用屏蔽电缆，所有屏蔽电缆层汇线接地，多芯电缆中备用所有机柜、操作台等均需保护接地，台柜内需有独立PLC直流地、机壳安全地、电缆屏蔽地接地端子，与构造内部未接地电路板在电气上隔离。电源柜、动力柜、变频柜进线方式均为:下进下出。(4)数据采集采用屏蔽电缆，所有屏蔽电缆层汇线接地，多芯电缆中备用引至PLC柜电缆要尽量远离那些会产生电磁干扰装置。(5)数据采集采用屏蔽电缆，所有屏蔽电缆层汇线接地，多芯电缆中备用同一电平级别信号才干用一条多芯电缆传播。因而对数字信号和模仿信号，在任何状况下，都必要分开电缆进行传播。低电平信号线应与其他信号线分开。尽量缩短模仿量I/O信号线长度，并采用双芯屏蔽线作为信号线。(6)数据采集采用屏蔽电缆，所有屏蔽电缆层汇线接地，多芯电缆中备用保证PLC柜良好通风环境，在设备现场，要充分考虑周边环境影响，尽量不要将PLC安装在多尘、有油烟、有导电灰尘、有腐蚀性气体、振动、热源或潮湿地方。结论本文重要为矿井提高机设计一套PLC控制变频调速控制系统，设备涉及系统操作台、变频柜、电源柜、动力柜及PLC实现提高机速度可调节，以节约能源和适应生产需要。依照规定，此系统能达到现场运营状况、运营数据都可以在司机控制室掌握，顾客在控制室可以通过操作台或人机界面来设立提高机运营频率、启动和停止电机，并且各环节故障信息可以在操作台或人机界面上反映出来，以用来提示顾客。对本文在矿井提高机控制系统研究中，采用变频器和可编程序控制器相结合办法，获得了一定成果，通过对已改造提高机设备进行调研以及有关文献阅读可以看出PLC控制变频调速提高机有明显社会效益和经济效益。采用PLC后，克服了原继电器系统局限性，系统安全可靠，性价比提高，且控制程序可依照需要修改，对提高控制技术水平具备辽阔应用前景。变频调速系统在提高机控制中显示出其控制性能优良、操作简便、运营效率高、维护工作量小等诸多长处，是矿用提高机传动发展方向。在使用过程中实现了软起动、软停车，减少了机械冲击，使运营更加平稳可靠；该系统四象限运营，可实现绞车调速、换向、能量回馈制动等功能，适应范畴广，节能效果更加明显。实现方案同步还发现诸多局限性。1、在运营过程中发当前提高机启动和停止时，钢丝绳有颤抖现象，导致安全隐患。在此后研究中可以加入先进控制算法例如模糊控制，在软件中为提高机启动和停止设立特定运营曲线，使其运营更稳定，并解决颤绳问题。2、为提高系统硬件设计水平，增进整机性能提高，减少成本。需要不断关注有关电力电子、变频器、PLC等领域新技术、新发展，选取更先进、使用以便、工作可靠，并且性价比更高元器件。谢辞在本次毕业论文即将完毕之际，谨向所有予以我关怀、支持和协助教师和同窗们致以深深谢意，感谢她们在我做论文是予以我孜孜不倦解说，指引。正是由于她们协助，使我在做论文过程中，获益匪浅，更进一步理解了咱们专业在实际生产过程中作用，为了我后来更进一步学习打下了较好基本。一方面，要感谢是我毕业设计导师何墉教师，在做毕业设计