基于plc的矿井提升机变频调速系统设计(编辑修改稿)

基于plc的矿井提升机变频调速系统设计(编辑修改稿)内容摘要：

的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、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： 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) 控制系统易于实现，开发工作量少，周期短。 由于 PLC 的系列化、模块化、标准化及良好的扩展性和连网性能，在大多数情况下， PLC 系统是一个较好的选择。 它不仅能够完成多数情况下的控制要求，还能够大量洛阳理工学院毕业设计（论文） 12 节省系统设计、安装、调试的时间和工作量。 (5) 维修方便。 PLC 有完善的故障诊断功能，可以根据装置上的发光二极管和软件提供的故障信息，方 便地查明故障源。 而由于 PLC 的体积小，并且有些采用模块化结构，因而可以通过更换整机或模块迅速排除故障。 (6) 体积小，能耗低。 由软件实现的逻辑控制，可以大量节省继电器、定时器的数量。 一台小型的 PLC，只相当于几个继电器的体积，控制系统所消耗的能量也大大降低。 (7) 功能强，性价比高。 PLC 所提供的软元件的触点可以无限次使用，方便地实现复杂的控制功能。 同时， PLC 的连网通信功能有利于实现分散控制、远程控制、集中管理等功能，与同等规模或成本的继电 接触器控制系统相比，无论其功能和性能，都具有无可比拟的优势。 PLC 的选型 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。 通过系统综合考虑，本系统选择三菱 FX2N80MR 型 PLC。 本型号 PLC基本单元的输入点和输出点均为 40 点，再选用 1 块模拟量输入模块和 1模拟量输出模块，即可满足要求。 FX2N 系列 PLC 经济、小巧，从功能上完全满足本系统的使用要求，其内置高速计数器，可满足系统 轴编码器采样的高速计数要求，而不需增加额外成本。 而且， AC 电源、 DC 输入型的内装 DC24V 电源可作为传感器的辅助电源。 基本单元采用易于维修的装卸端子台。 标准型内装 8K 步有备用电池的 RAM 存储器。 另外，若采用可选的存储卡盒，最大可扩展到 16K 步。 关于存储器的类型，可以选用 RAM、 EEPROM 和 EPROM。 FX2N 内含计时功能，可以进行时间控制。 PC 使用 A7PHP/A7HGP、 A6GPP/A6PHP 相对应的编程软件，可以在 RUN 时改变程序。 通过设定参数可以确保编程存储器内元件的注释区域。 洛阳理工学院毕业设计（论文） 13 此外还有具有利用可输 入汉字的外围设备给程序加汉字注释的显示功能。 为防止顺控程序被写入或盗用，可以对程序存储器设定 3 级保护。 具有丰富的输入输出扩展设备：继电器输出、三段双向可控硅开关元件输出、晶体管输出；丰富的特殊扩展设备：模拟输入输出设备、温度传感器输入、热电偶输入设备、 1 轴定位设备、双轴（内插）定位设备、脉冲输出设备、高速计数器、并联连接、 NELSCLNET/MINIS3 连接设备、 RS485 通信设备、 RS232 通信设备、 ID 机器连接设备、模拟量模块等。 FX2N 系列 PLC 是 FX 家族中比较先进的类型。 FX2N 系列具有如下优点 ： ①最大范围的包容了标准特点、程式执行更快、全面补充了通信功能、适合世界各国不同的电源以及满足单个需要的大量特殊功能模块，它可以为提升机的自动化控制提供最大的灵活性和控制能力。 ②灵活的配置 除了具有满足特殊要求的大量特殊功能模块外，六个基本 FX2N 单元中的每一个单元可扩充到 256 个 I/O 口。 控制点数从 16 至256 点。 ③高速运算 基本指令： s /指令；应用指令： 至几百 s /指令 ④突出 的寄存器容量 FX2N 系列包括 8K 步内置 RAM 寄存器，用一个寄存器盒可扩充到 16K 步 RAM 或 EEPROM。 ⑤丰富的元件资源 3072 点辅助继电器、 256 点计时器、 235 点计数器和 8000 点数据寄存器。 PLC 外围电气控制 ①电源回路 电源部分采用双回路供电模式，电源柜主要是给变频柜和动力柜供电，同时用来进行过流保护和电压、电流测量。 并且将操作台中的主电源上电开关串入变频柜送电断路器的失压脱扣线圈中，用来实现紧急停车。 动力柜主要是给油泵、风机和操作台供电，同时具有断相、缺相、过流保护和电机 过热保护。 操作台采用 UPS 电源供电。 ②手柄控制 在操作台上安装有手柄（主令手柄、制动手柄），类似于旧型设备的洛阳理工学院毕业设计（论文） 14 操作手柄，操作方便简单，使司机不需长时间培训及适应便可熟练操作。 主令手柄采用手柄输出177。 10V 迸行无级变频调速，在输出模拟量的同时，在手柄相应的操纵角度上加上光电开关触点，可以输入开关信号到变频器上的速段控制接入口，达到控制限制。 如在起始 o5。 触发一个继电器，继电器输入信号给第一速段控制口激活第一速段，只需在变频器上设置相应的速度即可，同时可设置后一个开关的 触发角度如 o20。 ，既可激活第二速段，电机既可运行在第二速段。 制动手柄采用手柄输出 010V 信号进行制动控制，在输出模拟量的同时，在手柄相应的操纵角度上加上光电开关触点，可以输出紧闸和松闸的开关信号到 PLC 上控制施闸。 模拟量输入到 PLC 的模拟量数入模块，同时输出到端子。 在正常情况下，由 PLC 的模拟量数出来确定给制动装置给定；在应急状态下，或者 PLC 出现故障时还可以直接将给定量送入制动装置，完成制动。 ③安全回路 安全回路用于防止和避免提升机发生意外故障。 硬安全回路通 过硬件回路实现，无论 PLC 单元是否正常工作，一旦出现重度故障信号，硬安全回路马上断开。 本系统安全回路采用两个接触器并联使用，以提高系统的安全性能，在安全回路中串有很多保护触头，当提升机发生故障时，故障对应的保护触头动作， ACI 和 AC2 断电，系统会立即解除运行控制指令，封锁变频器、制动油泵，断开安全阀，进行紧急安全制动。 只有安全回路始终保持接通状态，矿井提升机才能正常工作。 一旦主电失压安全回路就会断开，实施安全制动。 矿井提升机机械闸装有闸瓦磨损开关，当闸瓦磨损到一定程度或弹簧疲劳到一定程度时，安全回路断开，进行安全制动。 过卷是指提升容器在停车位置没有停止运行，超过了停车位置的现象。 发生这种现象时，过卷开关动作，使安全回路断开，实现安全制动。 矿井提升机在运行过程中若发生松绳现象，很容易发生断绳事故。 当发生松绳现象时，经过短暂调节后，若没有消除松绳现象，安全回路断开，进行安全制动。 洛阳理工学院毕业设计（论文） 15 矿井提升机及电机的选型 矿井提升机 矿井提升设备的主要组成部分是：提升容器、提升钢丝绳、提升机（包括拖动系统）、 井架（或井塔）、天轮、导向轮及装卸载设备等。 由于井筒条件（竖井或斜井）及选用的提升容器和 提升机类型的不同，可组 成各有特点的矿井提升系统。 常见的提升系统有：竖井单绳缠绕式箕斗提升系统、竖井单绳缠绕式罐笼提升系统、竖井多绳摩擦式箕斗提升系统、竖井多绳摩擦式罐笼提升系统、斜井箕斗提升系统、斜井串车提升系统。 矿井提升机是一个完整的机械 电气系统，其主要由以下几部分组成。 ①工作机构 主要是指主轴装置和主轴承等，主轴装置由主轴、卷筒、滚动轴承、支轮、制动轮、调绳离合器等组成。 ②制动系统 液压制动系统装置包括制动器和液压传动装置，是提升机不可缺少的重要组成部分之一，也是最后一道安全保障装置。 制动装 置的可靠性直接关系到提升机的安全运行。 提升机制动器的功能就是刹住提升机卷筒，使提升机停止运行。 ③机械传动系统 机械传动系统，机械传动系统包括减速器和联轴器。 减速器的作用是减速和传递动力，联轴器是用来联接提升机的旋转部分，并传递动力。 ④润滑系统 润滑系统是在提升运行过程中，不间断地向轴承及啮合齿面压送润滑油，以保证轴承和齿轮的正常工作。 润滑系统必须与自动保护系统和电动机联锁，即润滑系统失灵时，主电动机断电，确保机器的正常工作。 ⑤观测和操纵系统 观测和操纵系统包括斜面操纵台，深度指示器以及测 速发电机。 深度指示器的作用是显示提升容器的运行位置，容器接近井口卸载位置和井底停车场时，发出减速和制动信号。 ⑥拖动控制和自动保护系统 洛阳理工学院毕业设计（论文） 16 拖动控制和自动保护系统包括拖动电动机、变频器、 PLC 电气控制系统和自动保护系统。 矿井提升机自动保护系统的作用是：在司机不参与的情况下，发生故障时能自动将主电动机断开并同时进行安全制动从而实现对系统的保护。 箕斗的选定 ①提升高度 mHHHH xz 4 8 416184 5 0s  ②经济提升速度 smHv m / 8  ③一提升循环估算 时间 svHavT mmx  初估加速度 2/ sma ④每小时提升次数  xs Tn ⑤每小时提升量 httbCCAA rn fns /19714300 4   取提升不平衡系数 C ,提升能力富裕系数 fC。 tnAQ sS  考虑为以后矿井生产能力的加大留有余地，选择名义装载重量为 kN60的箕斗，其主要技术规格如下： 自重 NQz 50000 ；全高 mmHr 9450 ；有效容积 mV ；容器间中心距 mmS 1870 ；实际载重量 kNQ 。 根据《煤矿安全规程》规定，考虑到实际的提升速度低于 sm/8 ，取过卷高度 mHg 8 ，天轮直径 mDt  ，确定井架高度。 洛阳理工学院毕业设计（论文） 17 mDHHHH tgrxj  预选提升电机 ①确定电机额定转数 m i n/ rDivn tme    考虑到箕斗容积选用较大，故预定同步转数 min/500rnt 。 ②预选电机功率 由 tn 可估定电机额定转数 492 / minenr ，则实际最大提升速度 3 . 1 4 3 . 5 4 9 2 7 . 8 4 /6 0 6 0 1 1 . 5em Dnv m si    则电动机功率 1 . 1 5 6 0 0 0 0 7 . 8 4 1 . 2 7 6 41 0 0 0 1 0 0 0 0 . 8 5mejK Q vP k W     取矿井阻力系数  ，减速器传动效率   ，动力系数 。 根据以上计算，选择 YR80012/1430 绕线型异步电动机，其主要技术规 格 如 下 ： 额 定 功 率 800eP kW ， 额 定 电 压 6NU kW ， 额 定 转 数492 / minenr ，电动 机效率   ，过 载能力  ，飞 轮惯量2214660GD N m。 ③ 电动机额定拖动力 eF 1000 1 0 0 0 8 0 0 0 . 8 5 867357 . 8 4ejemPFNv     参数计算 ① 提升系统变位质量计算 1)电动机转子变位质量 kgdigGDm d 16310) ()( 222  2)提升机（包括减速器）变位质量 洛阳理工学院毕业设计（论文） 18 kggGm jj 30 7000  3)天轮变位质量 kggGm tt  4)钢丝绳变位质量 kgDLHgpmxcs7535)()730(2  5)容器变位质量 kggQm zr  6)荷载变位质量 kggQm g  则 kgmmmmmm grstjQm 72561 ②运动学参数计算 1)主加速度 1a 的确定 按电动机过负荷能力 21/72。