煤矿提升机变频调速拖动及PLC控制系统初步设计

河南科技大学本科毕业设计（论文）I煤矿提升机变频调速拖动及PLC控制系统初步设计摘要目前，我国绝大部分矿井提升机(超过80%)采用传统的交流电控系统。这种电控系统起动和调速换挡过程中电流冲击大；属于有级调速，调速的平滑性差；低速时机械特性较软，静差率较大；故障率高，节能效果差等。为克服传统交流绕线转子异步电动机串电阻调速系统的缺点,采用PLC与变频器相结合的控制方案对传统电控系统进行改造，变频调速是通过改变定子供电频率，成功实现了提升电动机大范围的无级平滑调速，在运行过程中能随时根据电动机的负载情况，使电机始终处于最佳运行状态，能够满足提升机特殊工作环境的要求且有着明显的节电效果；采用PLC对提升系统进行保护和监控，使系统更加安全可靠。关键词：提升机调速变频器PLC河南科技大学本科毕业设计（论文）IIMinehoistspeed-adjusteddragandPLCcontrolsystemdesignAbstractAtpresent,thevastmajorityofminehoist(morethan80%)usingthetraditionalcontrolsystemofalternatingcurrent.Thiselectroniccontrolsystemstart-upandspeedtheprocessofshiftingtheimpactofmajorcurrent;arein-classspeed,smoothspeedcontrolpoor;lowmechanicalpropertieswhenthesoft,quietlargergap;highfailurerate,energy-savingeffectofpoor.Inordertoovercomethetraditionalexchangeofstringwoundrotorinductionmotorspeedcontrolsystemoftheshortcomingsofresistance,theuseofPLCandinvertercontrolschemethatcombinesthetraditionalGMelectroniccontrolsystems,variablefrequencyspeedcontrolisbychangingthestatorsupplyfrequency,thesuccessfulimplementationoftheenhanceawiderangeofmotorsmoothsteplessspeedcontrol,theprocesscanrunatanytimebasedonmotorloadconditions,sothatmotorisalwaysrunningatitsbesttomeettheliftrequirementsofthespecialworkingenvironmentandhaveaclearenergy-savingeffect;usedPLCtoenhancetheprotectionandmonitoringsystem,allowingthesystemtoamoresafeandreliable.Keywords：minehoistelectriccontrolledsystemPLCtransducertransformation河南科技大学本科毕业设计（论文）III目录符号说明.......................................................V前言.........................................................1第一章煤矿提升机..............................................3§1.1煤矿提升机概述......................................3§1.2对矿井提升设备的要求................................3§2.3煤矿提升机的工作过程................................4§1.4煤矿提升机的拖动与控制过程..........................5第二章变频器及其电路设计....................................8§2.1高压变频器简介......................................8§2.2高高变频器的工作原理.................................9§2.3变频调速主电路设计.................................16第3章基于PLC控制的大功率矿井提升机控制系统设计.........18§3.1变频调速控制系统概述...............................18§3.2PLC控制系统设计..................................19§3.3PLC控制程序设计..................................25§3.4提升机在快速、减速或急停时的再生发电能量处理问题...28第4章其它电路设计...........................................32§4.1旋转编码器的安装设计................................32§4.3液压站的设计.....................................34第5章抗干扰电路设计........................................40§5.1主电路抗干扰措施..................................40§5．2电抗器的作用及选择..............................43§5.3主电路其他抗干扰对策.............................44结论........................................................46河南科技大学本科毕业设计（论文）IV参考文献......................................................47致谢.......................................................48附录........................................................50河南科技大学本科毕业设计（论文）V符号说明V代表速度，单位m/s;a代表加速度，单位：m/s；t代表时间，单位s；U代表电压，单位伏（v）；河南科技大学本科毕业设计（论文）1前言矿井提升设备是沿井筒升降人员，提升煤炭、矿石、器材的机械设备。虽然按提升方式及系统的不同，有钢丝绳（缠绕式提升机和摩擦式提升机）提升，输送机提升，水力提升，气力提升（松散煤炭管道提升及管道容器提升）。但是，目前在世界范围内，矿井主要使用由缠绕式提升机和摩擦式提升机带动钢丝绳牵引容器的提升设备。其它类型提升方式只在特定条件下用。自1872年出现第一台由蒸气机拖动的单绳缠绕式提升机以来，矿井提升设备的发展已有近170年的历史。随着生产需求和技术进步，提升设备不断发展：1877年德国人戈培设计出第一台单绳摩擦式提升机；1938年多绳摩擦提升设备问世，满足了深井提升的需要；1958年多绳缠绕式提升机在南非超千米的矿井使用；1988年德国安装了第一台置同步电机于摩擦轮内的内装式提升机。现代提升设备由大型机械-电气机组组成，提升容器在有限的运距（提升高度）内，往返高速运行，速度及加、减速度要求严格而准确地控制。因此，除传力、承力及运载机械部件外，还必须配备完善的拖动控制，安全监测及井筒信号等系统和设备。当今，在世界范围内运行的提升机，最大速度达20~25m/s；一次提升量达50t；电机容量已超过10000KW；井深超过2000m（分段提升超过3600m）。由于矿井生产强化和集中化，一些矿井为了满足生产量及不同提升任务的要求，常在一个井筒安装多台提升机——机群，例如瑞典的基鲁那矿，在一个矩形提升塔上安装12台多绳摩擦提升机，采用集中控制。随着现代技术进步及采矿工业的发展，提升设备在机械结构、工艺、设计理论方法、拖动控制及安全监测等方面都有了很大发展。例如中低压及中高压盘式闸及液压站、硬齿面行星齿轮传动等的应用；内装同步电机主轴装置的问世；零部件设计中CAD/CAM及有限元法的应用；利用系统工程方法进行提升系统方案设计及改造、提升系统的模化及仿真都取得了较新成就；拖动类型除异步电动机拖动调速、直流电动机调速外，交交变频器供电同步电河南科技大学本科毕业设计（论文）2动机方式已在大型提升机应用；由可编程序控制器（PC）构成的提升工艺控制、安全回路、监测回路、行程控制器、制动控制以及井筒信号系统，在工业技术发达国家已有典型产品。变频调速技术的应用，在我国开始得并不算晚，迄今已有约30年了。但这项技术的全面推广应用，在我国的确落后了。较大范围的推广，大约只有10余年，而且早期主要集中在节能应用领域，在更广泛领域中的推广工作，则是近几年才全面展开的。河南科技大学本科毕业设计（论文）3第一章煤矿提升机§1.1煤矿提升机概述目前，我国绝大部分矿井提升机(超过80%)采用传统的交流电控系统。这种电控系统起动和调速换挡过程中电流冲击大；属于有级调速，调速的平滑性差；低速时机械特性较软，静差率较大；故障率高，节能效果差等。为克服传统交流绕线转子异步电动机串电阻调速系统的缺点,采用PLC与变频器相结合的控制方案对传统电控系统进行改造，变频调速是通过改变定子供电频率，成功实现了提升电动机大范围的无级平滑调速，在运行过程中能随时根据电动机的负载情况，使电机始终处于最佳运行状态，能够满足提升机特殊工作环境的要求且有着明显的节电效果；采用PLC对提升系统进行保护和监控，使系统更加安全可靠。变频调速系统将是提升机电控系统的发展方向。平煤集团的煤矿提升机的电动机为高压电动机。矿井提升机是沿井筒提升煤炭、升降人员和设备、下放材料的大型机械设备。它是矿山井下生产系统和地面工业广场相连接的枢纽，是矿山运输的“咽喉”，因此，矿井提升机在矿井生产的全过程中占据着极其重要的地位，其安全可靠性尤为突出。在矿井生产过程中，如果提升设备出了故障，必然造成停产事故。轻者，影响煤炭产量；重者，则会危及人身安全。此外，矿井提升机作为一个大型的机械-电气设备，其成本和耗电量比较高，所以，在新矿井的设计和老矿井的改建中，确定合理的提升系统时，必须经过多方面的技术、经济比较，结合矿井的具体条件，保证提升设备在选型和运转两个方面都是合理的，即要求矿井提升设备具有良好的经济性。§1.2对矿井提升设备的要求中国幅员辽阔，矿产丰富，煤炭产量已跃居世界前列，其中近95%是以井下开采方式开采，需要通过提升设备提到地面以实现其使用价值。作为生产的基本环节，提升设备的合理结构及设计，安全经济运行和科学管理维护，河南科技大学本科毕业设计（论文）4直接关系到矿井生产能力及技术经济指标。根据矿井提升设备的功能特点，对矿井提升设备的要求是：1、安全性。提升设备的安全运行，不仅直接影响整个矿井生产，而且涉及人身安全。随着工业进步以及对人的价值的更加重视，矿井提升设备的高度可靠性已成为提升设备设计思想的重要内容。突出安全性的另一重要原因是提升运输事故率在煤矿电事故中占有不可忽视的比例，其中恶性事故也时有发生，因此提高设备的安全性，增加监测控设备以及后备保护等措施，是具有实际意义的。对矿井提升设备的高安全性要求还体现在提升设备及系统的设计，除应符合一般设计规程及规范外,还要满足《煤矿安全规程》的具体要求。提高设备的安全性