基于plc矿井提升机变频调速系统所有专业(编辑修改稿)

基于plc矿井提升机变频调速系统所有专业(编辑修改稿)内容摘要：

是从矿井中将煤拖到地面上来，电机工作在 正转和反转电动状态，只有在满载拖车快接近井口时，需要减速并制动。 方案 矿井提升机调速系统采用交流异步电动机拖动，其交流异步电动机转速公式为：n=60f/p(1s)从上式可见，改变供电频率 f、电动机的极对数 p 及转差率 s 均可达到改变转速的目的。 PLC 变频调速是一种理想的高效率、高性能的调速方法， 从调速的本质来看，不同的调速方式无非 是改变交流电动机的同步转速或不改变同步转速两种。 在生产机械上广泛使用的调速方法中，不改变同步转速的有：绕线式电动机的转子串电阻调速、斩波调速、串级调速等。 改变同步转速的有：变极对数调速，改变定子电压、频率的变频调速，无换向电动机调速 等。 经分析本文将 采用 改变定子电压、频率的变频调速 的方案， 近年来交流变频调速技术迅速发展起来，调速方式的不断进步使得运用于提升机系统的交流调速技术不仅仅局限于传统的转子串电阻方式，变频调速技术也越来越多地在提升机控制系统中广泛应用，充分发挥出交流调速的优势。 此方案 调速平滑， 实施时 采用闭环系统，机械特性较硬，调速范围较宽。 控制方案分析与确定 传统继电器 — 接触器控制 5 国内大多继电器 — 接触器式矿井提升机设备还是以磁放大器为核心组成模拟量闭环调节构成的，支配控制系统工作的“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的，这样的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的修改必须通过改变接 线来实现。 图 13 为继电器 — 接触器控制系统框图。 输 入 设 备按 钮 、 限 位 开 关 、 操 作 手 柄继 电 器 控 制 线 路有 继 电 器 和 连 接 线 路 组 成输 出 设 备继 电 器 和 电 磁 阀被 控 制 的 机 械 设 备 或 生 产 过 程 图 13 继电器 — 接触器控制系统框图 而这种控制方式还存在着很多的问题： （ 1）使用大量继电器、接触器及其它分立电子元件使系统体积大、运行噪声大。 （ 2）继电器、接触器频繁动作，电弧烧蚀触点，使用寿命短。 （ 3）在启动过程中由于罐笼的实际载重量不同，而使实际的加速过程并非按照预定的设计参数运行，常常出现停车不准确甚至提前停车现象，不能正常装卸载。 （ 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，缺乏运行参数显示功能 . （ 5）机械冲击大、人员乘车舒适性差。 这些不足主要是因为采用继电器控制方式造成的，在这种 控制方式下继续改善的余地不大。 如果对该竖井提升机电控系统进行技术改造，那么需要改变控制策略，采用当代高新实用技术，比如先进的工业计算机、现场总线和工业自动化技术来控制，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，从而使之成为安全、可靠、高效率、自动化程度高的电控系统。 PLC 控制变频调速 为了改善旧式提升机的不足，因此，需要研制更加安全可靠的控制系统，使提升机运行的可靠性和安全性得到提高。 在提升机控制系统中应用计算机 控制技术和变频调速技术，对原有提升机控制系统进行升级换代。 在变频调速技术中矢量控制和直接转矩控制都能满足提升机恒转矩负载这一特征，所以在提升机调速系统中这两种调速方案将是重要发 6 展方向。 PLC 控制变频调速 装置本身具有过压、欠压、过流、过负荷、缺相、超温等保护，同时配合来自现场的各种信号传感器的监视及相应处理，可实现绞车过卷、过速、减速、限速等重要保护的双线制保护功能，满足煤矿安全规程要求。 在变频器系统中输出闸控信号到 PLC，要求只有在变频的输出转矩达到一定值的时候才可以松闸，这样会避免竖井提升机启动时发生溜车 现象。 采用 PLC 控制变频调速 ， 在最大限度满足生产设备和生产工艺对电气控制系统要求的前提下，力求运行安全、可靠、动作准确、结构简单、经济、电动机及电气元件选用合理，操作、安装、调试和维修方便。 图 1－ 4 为可编程控制器 （ PLC） 控制系统。 其输入设备和输出设备与继电器控制系统相同，但它们是直接接到可编程序控制器的输入端和输出端的。 控制程序是通过一个编程器写到可编程控制器的程序存储器中。 每个程序语句确定了一个顺序，运行时依次读取存储器中的程序语句，对它们的内容进行解释并加以执行，执行结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，控制程序的修改不需要通过改变控制器内部的接线 (即硬件 )，而只需通过编程器改变程序存储器中某些语句的内容。 输 入 设 备按 钮 、 限 位 开 关 、 操 作 手 柄可 编 程 控 制 器输 出 设 备继 电 器 和 电 磁 阀被 控 制 的 机 械 设 备 或 生 产 过 程 图 14 可编程控制器控制过程系统框图 本次设计 采用 PLC 控制变频调速系统，选用 PLC 和变频器的组合可完成数字量的输入，实现模拟量和数字量的输出控制。 采用 PLC 技术，克服原继电器系统的不足，系统安全可靠，性价比提高，且控制程序可根据需要修改，对提高控制技术水平具有广阔的应用前景。 通过对频率的调节来实现对速度的控制， 使得速度变化更加平滑和实现精确调速。 从解决实际矿井提升系统存在的问题出发，对传统的调速方案进行了控制方式的革新和数字化改造，降低了成本，提高了控制精度，加强了系统稳定性 , 使速度变化更加平滑和实现精确调速。 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。 本文将提出的设计方案具有实用价值。 适用、经济、高效、可靠是本文提升机系统设计的追求目标。 基于 PLC 的矿井提升变频调速控制系统图如图 15 所示。 7 图 15 基于 plc的矿井提升变频调速控制系统图 基于 PLC 的矿井提升机变 频调速控制系统由控制监视系统、操作台、 PLC、编码器、变频器和液压站等系统组成。 图 16 为矿井提升机变频调速控制的系统框图。 图 16 控制系统框图 8 系统框图中部分系统功能如下： 控制监视系统：是操作人员和控制系统及运输系统之间的桥梁，它可以在线监测提升机运输系统的各种工作参数、工作状态、故障参数和故障状态。 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：提升过程中各工况参数 (如速度、电流 )监视；各主要设备运行状态监视；各传感器 (如位置开关、停车开关 )信号 的监视。 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储、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。 系统框图中用旋转编码器来测试电机的转速。 液压站：为提升机提供制动力，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；提升机起动时，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。 变频器：是动力站的能量供给单元，通过它可将输入工频电能转换成频率可调的电能提供给交流电动机，以达到控制交流电动机转速的目的。 操作台：操作台设置两个手柄，分 别用于速度辅助给定及制动力给定，它是整个矿井提升机运输系统的控制核心，通过它可以设定系统的工作方式和控制方式，可以发布系统的各种控制命令，以实现对提升机启动、加速、平稳运行、减速、停车以及紧急制动等各种控制功能。 9 第二章 主要元部件的选择 （ PLC）的选择 PLC 技术是工业自动化的重要手段，它可以实现逻辑控制、顺序控制、定时、计数、算数运算、数据运算、数据通信等功能，并且具有处分支、中断、自诊断能力。 PLC 技术的逻辑控制功能通过软件编程来实现，柔性强，控制功能多，控制线路大大简化。 PLC的输入输出回路均带有光电隔离等抗干扰和过载保护措施。 程序运行为周期性顺序扫描和集中批处理的工作方式，具有故障检测及诊断程序，可靠性极高。 PLC 控制系统为模块结构，维护更换方便，并可显示故障类型。 因此本文决定采用 PLC 进行，并且保持原有的操作方式、按钮、开关的作用不变，以方便用户，缩短适应期。 根据 PLC 的技术特点又可增加一些新的功能。 S7200 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。 S7200 系列 PLC 体积小，价格低廉，软硬件功能强大，系统配置方便，它一推向市场就在各行各业得 到了广泛的应用。 而 S7200 系列的产品可以满足设计要求，因此本次设计以西门子公司的 S7200 系列入手。 S7200 可编程控制器（ PLC）的基本结构如图 21 所示。 输入单元外设接口输出单元扩展单元电 源中 央 处 理 单 元系 统 程 序 用 户 程 序存 储 器输入信号输出信号P L C 主 机 图 21 PLC的基本结构图 S7200 系列西门子 PLC 的基本特点 PLC 通电后，需要对硬件和软件做一些初始化工作。 为了使 PLC 的输出及时地响应各种输入信号，初始化后 PLC 要反复不停地分段处理各种不同的任务，这种周而复始的循环工作方式称为扫描工作方式。 整个扫描过程分为 内部处理、通信操作、程序输入处理、程序执行、程序输出几个阶 10 段，全过程扫描一次所需要的时间称为扫描周期。 内部处理阶段， PLC 检查 CPU 模块的硬件是否正常，复位监视定时器等。 在通信服务阶段， PLC 与一些智能模块通信、响应编程器键入的命令、更新编程器的显示内容等。 当 PLC 处于停止 (STOP)状态时，只进行内部处理和通信操作服务等内容。 在 PLC 处于运行 (RUN)状态时，从内部处理、通信操作、程序输入、程序执行、程序输出，一直循环扫描工作。 可编程控制器（ PLC）的诞生给工业控制带来革命性的飞跃，与传统的继电器控制相比有着突出的特点： (1)灵活性、通用性强 继电器控制系统如果工艺要求稍有变化，控制电路必须随之作相应的变动，所有布线和控制柜极有可能重新设计，耗时且费力然而是利用存储在机内的程序实现各种控制功能的。 因此当工艺过程改变时，只需修改程序即可，外部接线改动极小，甚至可以不必改动，其灵活性和通用性是继电器控制电路无法比拟的。 (2)可靠性高，抗干扰能力强 继电器控制系统中，由于器件的老化、脱焊、触点的抖动以及触点电弧等现象是不可避免的，大大降低了系统的可靠性。 而在控制系统中，大量的开关动作是由无触点的半导体电路来 完成的，加之在硬件和软件方面都采取了强有力的措施，使产品具有极高的可靠性和抗干扰能力可以直接安装在工业现场稳定地工作。 PLC 在硬件方面采取电磁屏蔽、光电隔离、多级滤波等措施在软件方面采取警戒时钟、故障诊断、自动恢复等措施，并利用后备电池对程序和数据进行保护 ,因此被称为“专为适应恶劣的工业环境而设计的计算机”。 (3)编程简单，使用方便 PLC 采用面向过程，面向问题的“自然语言”编程方式，直观易 懂，主要采用梯形图和语句表编写程序，使得广大电气技术人员更易接纳和理解。 同时设计人员也可根据自己的喜好和实际应用的要求选择其他编程语言。 标准是编程语言的标准，除了梯形图和语句表之外，还存在顺序流程图、结构化文本和功能块图三种编程语言的表达方式。 一个程序的不同部分可用任何一种语言来描述，支持复杂的顺序操作功能处理以及数据结构。 (4)功能强大，可扩展 PLC 的主要功能包括开关量的逻辑控制、模拟量控制部分还具备控制或模糊控制功能、数字量智能控制、数据采集和监控、通信、联网及集散控制等功能。 PLC 的功能扩展也极 为方便，硬件配置相当灵活 ,根据控制要求的改变，可以随时变动特殊功能单元的种类和个数，再相应的修改用户程序就可以达到变换和增加控制功能的目的。 (5)控制系统易于实现、开发工作量少。